Суда на подводных крыльях

Маломерные суда на водоемах России

К главным размерениям судна относятся длина, ширина, высота борта и осадка (рис. 2).

Набор корпуса, системы набора. Основные понятия и термины.

Конструкция корпуса должна обеспечивать водонепроницаемость и достаточную прочность судна. Корпус, испытывая действие сил собственного веса судна и сил давления воды, которые распределяются по длине неравномерно, может получить изгиб.

Способность судна сопротивляться изгибающим нагрузкам называется продольной прочностью.

Кроме продольного изгиба судна, под действием давления воды, груза, механизмов и другого судового оборудования возникает местная деформация днища, бортов и настила в поперечном направлении.

Способность судна противостоять усилиям, вызывающим деформацию корпуса в поперечном направлении, называется поперечной прочностью.

При чрезмерных нагрузках может произойти разрушение корпуса. Чтобы этого не случилось, листы обшивки подкрепляют набором - продольными и поперечными балками.

Совокупность продольных и поперечных балок, образующих каркас судна, называется судовым набором корпуса.

Набор корпуса судна являясь каркасом, делается из наиболее прочных материалов. Состоит он из продольных и поперечных связей. Основной продольной связью является киль, установлен ный в диаметральной плоскости судна. У деревянных судов он представляет собой прочный брус из крепких пород дерева (дуб, ясень и т. п.), а у металлических — утолщенную полосу металла. В носовой части судна непосредственно к килю присоединяется форштевень. Это загнутый кверху брус или металлический угольник, являющийся продолжением киля. Подобный брус или угольник, но установленный в кормовой части, называется ахтерштевнем. У деревянных судов форштевень и ахтерштевень, как и киль, изготовляют из прочных пород дерева. Кормовая часть моторных судов обычно заканчивается транцем. Он представляет собой раму из брусков дерева твердых пород, обшитую снаружи досками или фанерой. Транец надежно крепится к килю. Для судов с подвесными моторами транцы должны быть повышенной прочности, так как они воспринимают упор гребного винта и вибрацию работающего двигателя.

Продольные и поперечные балки судового набора располагаются в определенной последовательности, называемой системой набора. В зависимости от соотношения продольных и поперечных балок системы набора подразделяются на: продольную, поперечную и комбинированную (рис.3)

.

Элементы набора

Продольными элементами (балками) судна являются:

Киль - продольная балка днищевого набора, проходящая посередине ширины судна;

Стрингеры - продольные балки днищевого и бортового набора. В зависимости от места расположения они бывают: бортовые, днищевые и скуловые;

Карлингсы - продольные подпалубные балки;

Продольные ребра жесткости - продольные балки меньшего профиля, чем у стрингеров и карлингсов. По месту расположения они называются подпалубными, бортовыми или днищевыми и обеспечивают жесткость наружной обшивки и настила палубы при продольном изгибе.

Поперечные элементы (балки) судна:

Флоры - поперечные балки днищевого набора, протянувшиеся от борта до борта. Они бывают водоне­проницаемые, сплошные и бракетные;

Шпангоуты - вертикальные балки бортового набора, которые соединяются внизу с флорами при помощи книц. Кница - это деталь из листовой стали треугольной формы, используемая для соединения различных деталей корпуса. На малых судах (лодках) флоры могут отсутствовать и шпангоуты являются цельными балками бортового и днищевого набора.

Бимсы - поперечные балки подпалубного набора, проходящие от борта до борта. При наличии вырезов в палубе бимсы разрезаются и называются полубимсами. Они одним концом соединяются со шпангоутом, а другим крепятся к массивному комингсу, который окаймляет вырез в палубе, с целью компенсации ослабления палубного перекрытия вырезами.

На рис. 4 изображено простейшее устройство корпуса маломерного судна с указанием основных элементов набора, а на рис 5 представлен более полный набор корпуса деревянной моторной лодки.

Шпангоуты судна нумеруются от носа к корме. Расстояние между шпангоутами называется шпацией. Вертикальные, отдельно стоящие стойки круглого или иного сечения, называются пиллерсами. Пиллерс служит для подкрепления палубы и в своей нижней части упирается в места пересечения флор (шпангоутов - на малых судах) с днищевыми продольными балками (киль, стрингер, кильсон), а в верхней части - бимсов с карлингсами. Установка пиллерса показана на рис. 6.

На малых моторных судах (в отличие от крупных судов) внутри корпуса устанавливают привальные брусья. Верхняя грань бруса должна быть на одном уровне с верхней гранью самого верхнего пояса обшивки. Оба привальных бруса (правого и левого бортов) выгибают по обводам корпуса судна и крепят к каждому шпангоуту и бимсу шурупами диаметром 4—8 мм или болтами. В носу привальные брусья соединяют между собой и с форштевнем угольником, называемым брештуком. Кормовые ветви привальных брусьев крепят к транцевому шпангоуту и обшивке транца металлическими или дубовыми кницами.

Корпус моторного судна обычно разделяют специальными водонепроницаемыми переборками на три отсека. Носовой отсек называется форпиком, средний — рабочим отсеком и кормовой — ахтерпиком.

На рис. 8 показан разрез катера для пояснения основных наименований его корпуса и надстроек.

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41

Рис 8 Разрез катера- 1 — перо руля, 2 — гельмпорт, 3 — румпель секторного типа, 4 — транец, 5 — отверстие газовыхлопа, 6 — настил палубы, 7 — привальный брус, 8- решетка воздухозаборника 9 степс, 10 —кормовой флагшток, // — клотик флагштока, 12—кормовой сигнальный огонь, 13— шахта воздухозаборника, 14— фальшборт, 15 — платформа кокпита 16—задрайка, 17 — леер (релинг), 18 — дверь фальшборта, 19—крышка люка, 20—поручень, 21 — комингс люка моторного отсека, 22 — крыша ходовой рубки, 23 — сиденье рулевого, 24 — штурвал, 25 — карлингс 26—бортовой сигнальный (отличительный) огонь, 27 — топовый сигнальный огонь, 28 — клютик мачты, 29 — пульт управления судном, 30— бимс, 31 мачта, 32 — подушка крепления мачты, 33 — крыша кубрика (каюты), 34— водонепроницаемая переборка, 35— швартовная утка, 36—киповая планка,, 37 — комингс люка 38—горловина (лаз в переборке), 39 бимс, 40 — таранная переборка, 41—лобовая стойка кубрика, 42—карлингс кубрика, 43 — комингс кубрика, 44 — боковая стоика кубрика, 45 переборка, 46- стенка кубрика, 47—скуловой угольник, 48—водонепроницаемая переборка, 49 — бортовой стрингер 50 — фундамент двигателя, 51 -полубимс, 52—комингс кокпита, 53 — ахтерпиковая переборка 54 —дейдвудная труба, 55— кронштейн гребного вала 56 - гребной винт

Наружная обшивка. Наружная обшивка судна обеспечивает водонепроницаемость корпуса и одновременно участвует в обеспечении продольной и местной прочности судна.

Палубный настил. Палубный настил обеспечивает водонепроницаемость корпуса сверху и участвует в обеспечении продольной и местной прочности судна.

Фальшборт и леерное ограждение. На морских, речных и современных прогулочных судах для предохранения людей от падения за борт открытые палубы имеют фальшборт или леерное ограждение.

Надстройки и рубки. Надстройками называются все закрытые помещения, расположенные выше верх ней палубы от борта до борта. Носовая надстройка называется баком, кормовая - ютом. Средняя надстройка специального название не имеет.

Суда на подводных крыльях

Суда на подводных крыльях еще можно встретить почти на каждой реке, водохранилище и на море. Это — пассажирские теплоходы, служебно-разъездные катера, моторные лодки, конструкции которых разрабатывают сами судоводители.

Быстроходность судов на подводных крыльях достигается главным образом благодаря уменьшению сопротивления воды движению корпуса судна. У таких судов корпус при движении не касается водной поверхности. Происходит это в результате действия подъемной силы крыльев, укрепленных под корпусом, которая во время хода поднимает судно над водой и удерживает его в таком состоянии до тех пор, пока судно движется с достаточной скоростью. Поскольку при этом в воде находятся лишь крылья, стойки, гребной вал и винт, а их суммарная площадь значительно меньше площади корпуса, то и сопротивление воды движению судна будет значительно меньшем.

Принцип действия подводного крыла можно рассмотреть на схеме (рис. 9). При движении в воде любого тела на него действует сила сопротивления воды R, направленная в сторону, противоположную движению.

Поскольку профиль крыла имеет несимметричную форму и к тому же при движении судна крыло расположено по отношению к потоку под некоторым углом а, называемым углом атаки, то полная сила R, действующая на крыло, отклонится от направления движения и будет направлена по отношению к нему под углом. Эту силу можно разложить на две составляющие: перпендикулярную направлению движения Y и параллельную направлению движения X. Составляющая Y называется подъемной силой, так как она стремится поднять крыло. Составляющая X называется лобовым сопротивлением, ибо она противодействует поступательному движению крыла. Возникновение подъемной силы связано с образованием около крыла циркуляционного потока, который, накладываясь на основной поток, ускоряет движение воды над крылом и замедляет под крылом. В связи с этим, согласно закону Бернулли, над крылом, где скорость потока увеличена, давление понижается, а под крылом, где скорость потока уменьшена, возрастает.

Чем больше скорость набегающего потока, тем больше будут подъемная сила и лобовое сопротивление. Эти силы зависят также от формы профиля крыла и от угла атаки.   С увеличением угла атаки а подъемная сила сначала возрастает и при некотором значении, называемом критическим углом атаки акр, достигает максимального значения. При дальнейшем увеличении а подъемная сила уменьшается, что связано с отрывом потока от верхней поверхности крыла. Сила лобового сопротивления с увеличением угла атаки непрерывно растет.

Рис 9 Силы, действующие на профиль крыла

При малом угле атаки подводного крыла судно не сможет выйти на крылья из-за недостаточного значения подъемной силы, а при завышенном угле атаки — из-за большого лобового сопротивления.

Совершенство крыла принято оценивать величиной, называемой качеством крыла и представляющей отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению.

Обычно целесообразные скорости судов водоизмещением 0,5— 2 т, оборудованных подводными крыльями, находятся в пределах 40—70 км/ч. При скорости судна ниже 40 км/ч крыльевое устройство получается очень громоздким и тяжелым; при скоростях свыше 70 км/ч на крыльях возникает явление кавитации, движение становится неустойчивым.

В крыльевом режиме масса судна воспринимается подъемной силой носового и кормового крыльев, причем нагрузка чаще всего распределяется между ними поровну. Для исключения отрицательного влияния носового крыла на кормовое расстояние между ними должно быть не менее 12—15 хорд крыла.

На малых судах применяют различные системы подводных крыльев, наиболее распространенные из которых показаны на рис. 10. Преимущественное распространение из них для речных судов получили малопогруженные подводные крылья. Глубина погружения носового крыла такой конструкции составляет 15—20% его хорды, кормового — 20—25%, высота подъема корпуса небольших катеров над водой — 0,1 —0,5 м при ходовом дифференте на корму в 1,5—2,5°.

Малопогруженное крыло (рис. 10, а) имеет высокое гидродинамическое качество, поэтому необходимая подъемная сила обеспечивается при сравнительно малых его площадях. Существенным недостатком такого крыла, однако, является низкая мореходность: на волнении крылья могут оголяться, отчего происходят жесткие удары, так как в контакт с водой вступает сразу вся площадь крыла. На волнении судно с малопогруженными крыльями испытывает сильные колебания и часто срывается с крыльевого режима.

Мореходность судов на малопогруженных крыльях частично может быть повышена путем установки дополнительных несущих элементов, закрепленных под основным носовым крылом (рис. 10, б), расположения килевого участка —«чайки» в средней части крыла (рис.-10, в), дополнительных плоскостей на стойках крыла.

Рис 10 Схемы подводных крыльев, применяемых на маломерных моторных судах: а — малопогруженное крыло, б — крыло с дополнительным элементом, в — «чайка», г -крыло, пересекающее поверхность воды, д — трапециевидное крыло со стабилизаторами, е разрезное крыло

Недостатком в первых двух случаях является увеличение габаритной осадки судна в режиме плавания; в третьем — возрастание сопротивления из-за «замыкания» дополнительных плоскостей на ходу, к тому же эта схема не устраняет «проваливания» крыла при сходе с волны.

Пересекающие поверхность воды крылья (рис. 10, г, д) обеспечивают более высокие мореходные качества и, кроме того, обладают свойством саморегулирования при изменении нагрузки в широком диапазоне. Стабилизация движения осуществляется в результате изменения погруженной площади крыла. Вследствие большого погружения эти крылья меньше подвержены волновым возмущениям, затухающим с увеличением глубины. Подъемная сила на пересекающих поверхность воды крыльях в условиях волнения изменяется плавно, без потери устойчивости. Благодаря наклонным частям крыла судно обладает повышенной остойчивостью — при крене этот участок входит в воду и создаваемая на нем подъемная сила восстанавливает судно в прямое положение.для улучшения мореходных качеств судно может быть оборудовано разными типами подводных крыльев. Например, носовое крыло делают пересекающим поверхность воды, а кормовое — в виде плоского малопогруженного крыла.

В практике мелкого судостроения имеют распространение также разрезные носовые крылья (рис. 10, е), которые легко сделать складывающимися. Следует отметить, что гидродинамическое качество такого крыла несколько ниже, чем сплошного, поэтому для получения той же скорости требуется несколько большая мощность двигателя.