Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок

Некоторые особенности формы корпуса

Обводы корпусов гребных спортивных лодок отличаются от обводов самоходных надводных судов по основным соотношениям теоретического чертежа. Так, например, отношение длины лодки L к ширине В у гребных спортивных судов типа каноэ или байдарок равно 10,5—12,5, а у лодок академической гребли бывает свыше 25, в то время как наибольшие удлинения надводных судов с двигателями обычно не превышают 6—7. Необходимо отметить, что длина корпуса и характер обводов спортивных лодок типа каноэ и байдарок ограничены соответствующими международными правилами. Длина этих лодок должна быть не более 5200 м, а обводы в подводной части должны иметь овальную форму без острых скул.

Для лодок академической гребли по форме обводов и размерам ограничений нет. Размеры этих лодок определяются в основном удобством размещения гребцов с учетом техники гребли, а поперечные сечения имеют U-образную форму.

Основные элементы теоретического чертежа гребных спортивных лодок приведены в табл. 1.

Движение лодок

Движение спортивных лодок происходит в режиме плавания. Для спортивных лодок каноэ и байдарок число Фруда Fr_D = 0,90÷0,95. Для лодок академических Fr_D = 0,70÷0,75.

Каноэ и байдарки по значениям числа Фруда близко подходят к классу судов, движение которых происходит при переходном режиме, в то время как академические лодки относятся к судам, движение которых происходит в чистом режиме плавания. В условиях неподвижного плавания спортивные гребные лодки обладают малой статической поперечной остойчивостью.

Полное гидродинамическое сопротивление

В 1961—1962 гг. по заданию и программам Центрального опытно-конструкторского бюро спортоборудования и инвентаря в опытовом бассейне были проведены буксировочные испытания по исследованию гидродинамического сопротивления спортивных лодок в натурных образцах. С целью получения сравнительных характеристик по гидродинамическому сопротивлению были проведены буксировочные испытания четырех вариантов обводов лодок каноэ, одной байдарки и двух лодок академической гребли (одной одиночки и одной двойки распашной с рулевым).

Испытания проводились в одинаковых условиях, на спокойной воде; с нагрузкой, соответствующей суммарному весу лодки и гребцов с веслами, и со скоростями буксировки от 1 до 7 м/сек. Замеры гидродинамического сопротивления, всплывания и углов дифферента на ходу производились через каждые 0,5 м/сек.

В результате были получены замеры полного гидродинамического сопротивления при различных скоростях движения и нагрузках (водоизмещении) и зависимости сопротивления от приложения продольных моментов.

На графиках показаны сравнительные кривые полного сопротивления воды движению спортивных лодок и углы дифферента на разных скоростях. По этим графикам можно с достаточной точностью определять величины сопротивления воды движению спортивных лодок.


Величины полного сопротивления спортивных лодок различных типов даны в табл. 2; скорости движения взяты по результатам Первенства мира 1958 г. (каноэ и байдарки) и Чемпионата мира 1962 г. (лодки для академической гребли).


По величине сопротивления движению можно судить о потребных величинах сил упора на уключинах весла (для академических лодок) и на руках гребцов (для каноэ и байдарки). Следует, однако, учесть, что фактически гребец затрачивает большие усилия из-за потерь в лопасти весла.

Сопротивление трения

Ввиду того, что выделить экспериментально сопротивление формы и волновое сопротивление не представляется возможным, а расчет их является довольно сложной задачей, полное гидродинамическое сопротивление R разделено на сопротивление трения R_T и остаточное сопротивление R_O, т. е.


Сопротивление трения R_T спортивных лодок при движении на средних скоростях составляет:

Скиф-одиночка	80
Скиф-двойка	81
Скиф-четверка	74
Скиф-восьмерка	80
Каноэ-одиночка	70
Байдарка-одиночка	68

Из этих соотношений следует, что на остаточное сопротивление R_O, которое включает сопротивление формы R_Ф и волновое сопротивление R_B, приходится для академических лодок 20%, а для лодок каноэ и байдарок 30—32%> полного сопротивления.


По характеру обтекания корпусов академических лодок: можно судить, что в гидродинамическом следе нет поперечных волн и сильных завихрений за кормой; обтекание плавное, с небольшими продольными волнами в носовой части.

Зависимость гидродинамического сопротивления от нагрузки

В практике гребли на спортивных лодках принято считать, что физическое развитие гребцов соответствует их: весу. При экспериментальном исследовании гидродинамического сопротивления спортивных лодок средний вес гребцэ с веслами (нормальная нагрузка) был принят 80 кг. Поэтому испытания скифа-одиночки, каноэ-одиночки и байдарки-одиночки производились при водоизмещении 100 кг (из них вес конструкции лодки 20 кг, вес гребца 80 кг); для скифа-двойки распашной с рулевым водоизмещение было 250 кг, скифа-четверки распашной без рулевого — 395 кг и скифа-восьмерки — 825 кг.

С целью установления зависимости гидродинамического сопротивления от водоизмещения для скифа-одиночки, каноэ и байдарки были проведены испытания при нагрузках. 80, 100 и 120 кг. Результаты этих испытаний показаны на графиках. Влияние нагрузки на сопротивление значительно сказывается в диапазоне скоростей движения, начиная с 4 м/сек и выше.

Для академической одиночки изменение нагрузки с 80 до 120 кг на скоростях 4—5 м/сек дает прирост сопротивления соответственно 1,2 кг (25%) и 1,5 кг (22%); иначе говоря,, каждый килограмм увеличения или уменьшения нагрузки дает прирост или уменьшение сопротивления на/ 30—45 г, что соответственно уменьшает или увеличивает скорость на 0,015 м/сек. Так, например, если гребец на одиночке будет весить 70 кг вместо 80 (при условии равного качества гребли), скорость движения может быть увеличена на 0,15 м/сек.

Зависимость гидродинамического сопротивления от приложения продольных моментов

На характер движения спортивных гребных лодок: влияют перемещение гребцов и периодическое изменение места упора лопастью весла относительно лодки, поскольку эти факторы вызывают изменения угла хода или дифферента. Благодаря тому, что спортивные гребные лодки имеют большие удлинения, во время хода они обладают достаточной продольной остойчивостью.

Испытания в опытовом бассейне показали, что изменение продольного момента не вызывает сколько-нибудь заметного изменения сопротивления лодки и ходового дифферента.

Выводы

1. Корпуса спортивных гребных лодок по своим геометрическим соотношениям и элементам теоретического чертежа находятся в классе водоизмещающих судов. Основное их отличие от водоизмещающих судов с механическим двигателем состоит в большом относительном удлинении λ или в коэффициенте заострения ψ.

2. Общее гидродинамическое сопротивление спортивных гребных лодок для средних скоростей движения (по результатам соревнований) состоит на 70% и выше из сопротивления трения. Остаточное сопротивление (формы и волновое) составляет 20—30%.

3. Для лодок типа каноэ и байдарки, ввиду существующих ограничений по основным размерам и характеру обводов, какие-либо изменения других элементов теоретического чертежа (полноты ватерлинии, водоизмещения) не вызовут практически ощутимой разницы в гидродинамическом сопротивлении.

4. Для лодок академической гребли увеличение относительного удлинения λ свыше 20 или коэффициента заострения ψ свыше 15 не дает каких-либо существенных изменений в остаточном сопротивлении, поэтому такие лодки нецелесообразно проектировать с удлинением выше 20 или с коэффициентом заострения более 15.

5. Ввиду отсутствия ограничений по основным размерам и линиям обводов для академических лодок должны быть произведены исследовательские и конструктивные изыскания по применению других форм обводов.

6. Одним из существенных факторов, влияющих на изменение сопротивления, является изменение водоизмещения при скорости более 4 м/сек. В соревнованиях по гребле важно учитывать этот факт, отдавая предпочтение гребцам с меньшим весом (при одинаковой натренированности и силе).

7. Изменение продольных моментов (дифферента) при движении лодок на величинах сопротивления сказывается незначительно.

8. С целью повышения скоростных характеристик спортивных гребных лодок необходимо уделить особое внимание научно-исследовательской и экспериментальной работе по выбору оптимальных форм и размерений весел, сочетая эту работу с улучшением гидродинамических характеристик корпусов лодок и совершенствованием техники гребли.