Корпуса глиссирующих прогулочных мотолодок «триклин»

В предлагаемой вниманию читателей сборника статье инженер-кораблестроитель А. Г. Чукавин (г. Одесса) рассказывает о проведенных им интересных экспериментах с корпусами глиссирующих прогулочных мотолодок.

Нетрудно найти в предлагаемых А. Г. Чукавиным обводах, названных автором «триклином», черты классической трехточечной схемы, изобретателем которой считается американский конструктор Аппель. Трехточечная схема получила преимущественное распространение на самых быстроходных — гоночных судах. Смысл ее применения для таких судов понять нетрудно.

С ростом скорости достаточная для поддержания судна подъемная сила может быть получена на совсем небольшом участке днища — у самого транца (вспомните множество фотографий гоночных катеров, идущих временами буквально на «пятке»). Однако для того, чтобы катер устойчиво сохранял это положение, необходимо сместить в самую корму и центр его тяжести (только тогда гидродинамическая подъемная сила и сила тяжести катера будут действовать по одной вертикальной прямой), а это требование на корпусах с обычными обводами практически не выполнимо.

Выход был найден, когда применили поперечный редан, благодаря которому рабочую часть днища как бы разбили на два еще меньших участка — один у миделя (перед реданом), второй у транца; теперь равнодействующая подъемных сил, действующих на обоих участках, расположилась дальше в нос — как раз под реально достижимым положением центра тяжести катера.

Идея Аппеля заключалась в том, что этот передний рабочий участок для обеспечения остойчивости был в свою очередь разбит на два и получил вид боковых спонсонов, оканчивающихся в корме реданами. Во время движения вес судна концентрируется на трех небольших участках; большая часть площади днища оказывается приподнятой над водой, благодаря чему минимальны смоченная поверхность и сопротивление трения. В то же время встречный поток воздуха создает дополнительную аэродинамическую подъемную силу, еще больше разгружая днище.

Скорость возрастает до тех пор, пока все силы и моменты, действующие на корпус, не уравновесятся. Естественно, даже при небольшом возмущении (волна, порыв ветра, изменение тяги гребного винта и т. д.) это уравновешенное состояние может быть нарушено.


Хорошо известно, что все корпуса с реданными обводами очень чувствительны к изменениям внешних сил, действующих на судно. Например, при встрече трехточечного судна с волной первыми с ней сталкиваются реданы спонсонов, стремящиеся следовать за профилем волны. Происходит некоторое увеличение смоченных площадок на спонсонах и, при прочих неизменных величинах (угол атаки, скорость, ширина глиссирующей площадки), увеличение подъемной силы, возникающей на них. А поскольку величина подъемной силы на реданах начинает превосходить ту часть веса судна, которая на них приходится, начинается под-всплывание передних реданов (спонсонов) до того момента, когда величины нагрузки и подъемных сил на них снова не уравняются. Но одновременно с подвсплыванием спонсонов кормовой несущий участок днища у транца («кормовой редан») неизбежно притапливается; вследствие этого корпус приобретает дифферент на корму, смоченная площадь и угол атаки кормового редана увеличиваются, подъемная сила начинает возрастать (тем более, когда в днище ударяет следующая волна). Происходит перераспределение веса катера между реданами, начинает увеличиваться дифферент теперь уже на нос и т. д.

Все это происходит на скорости очень быстро, корпус стабилизируется по углам атаки и не успевает «следить» за профилем волны, в результате вся конструкция получает весьма жесткие удары. Подчеркнем, что удары испытывают не только спонсоны, но и сравнительно плоская средняя часть днища «трехточки» (незначительная килеватость, предусмотренная, например, в проекте «триклина», по существу не спасает от этого явления). Таким образом, мореходность любого трехточечного корпуса, как и катамарана, находится в прямой зависимости от подъема средней части днища — вертикального «клиренса». (Недаром А. Г. Чукавин в своей статье считает необходимым увеличить высоту свода носового туннеля).

В проекте «Циклона» — усовершенствованный мореходный вариант «триклина» — носовая часть корпуса представляет собой сочетание гидролыж с «морскими санями». Достоинства подобной схемы обводов, известной также под названием «морские сани Уффа Фокса», были рассмотрены в №43 сборника; разница только в том, что здесь отсутствует центральная лыжа (в ДП), а боковые имеют небольшую длину и им придан наклон внутрь. Напомним, что вкратце выводы сводились к следующему. Гидролыжи малочувствительны к изменению угла атаки благодаря их большой относительной длине, мягко воспринимают удары волны, гидродинамическое качество их достигает максимума на сравнительно высоких скоростях; при некотором притапливании лыж на ходу возникает гидростатическая подъемная сила, участвующая в создании суммарной подъемной силы. Кроме того, сохраняются и положительные качества, присущие обводам типа «морские сани»: большая статическая и динамическая остойчивость за счет разнесения по ширине глиссирующих поверхностей; демпфирующие свойства на волнении благодаря вогнутости носовых шпангоутов; получение в туннеле дополнительной подъемной силы; малое брызгообразование и, наконец, устойчивость на курсе (о том числе и на попутной волне).


Анализируя обводы нового «триклина» Чукавина, можно отметить, что перечисленные положительные свойства корпуса, снабженного гидролыжами, частично не используются, так как лыжи имеют лишь сравнительно небольшую длину. Другим минусом является то, что высота поперечного редана (на санях Фокса всего 51 мм) здесь увеличена более чем в три раза при сравнимых размерах корпуса. А ведь чем выше редан, тем в большей степени сказываются недостатки реданных корпусов на волнении, о которых говорилось выше.

Следствием сложной геометрии является изменение высоты редана по ширине (увеличение к борту), само по себе бесполезное, так как редан начинает работать не «постепенно», а резко — сразу весь — по достижении определенной скорости.

Следует отметить и еще одно обстоятельство — дельтавидность в плане («треугольную» форму) корпуса. Это позволило конструктору сделать более полной корму, повысить гидродинамическое качество «кормового редана», улучшить общую устойчивость движения судна. С другой стороны, целесообразно было бы разнести возможно шире носовые реданы; это дало бы возможность увеличить остойчивость, а главное, почти полностью исключить влияние носовых реданов на работу кормового. Брызги от передних реданов (а в данном случае они умышленно направляются к ДП) нарушают структуру потока; в некоторых случаях сопротивление кормового редана только за счет этого явления повышается на величину до 30%. Кроме того, широкая корма с большим развалом бортов при определенных скоростях хода может способствовать зарыскиванию судна на попутном волнении, несмотря даже на сравнительно полные носовые образования.

Обратимся теперь к кормовой части днища «триклина», практически одинаковой на «Рапане» и «Циклоне». Она представляет собой плоско-килеватую (10° на транце) пластину с лекальным отгибом у скулы. Свойства таких обводов неоднократно рассматривались на страницах сборника; здесь лишь отметим, что гидродинамическое качество такого профиля сравнительно высоко, поскольку некоторое снижение подъемной силы, по сравнению с плоской пластиной, в значительной степени компенсируется использованием подъемной силы растекающихся струй вблизи отгиба у скулы. Добавим еще, что днище с такой поперечной профилировкой характеризуется относительно жесткими ударами при встрече катера с волной.


Оценивая «триклин» в цепом, можно прийти к выводу, что конструктор отдал предпочтение скоростным качествам, в известной степени в ущерб мореходным. Таблицы замеров скорости «Т4-72» и «Т5-73» свидетельствуют о высоких ходовых качествах рассматриваемого типа судна; следует отметить и его сравнительно низкую энерговооруженность, а следовательно, относительную экономичность.

Что же касается мореходных качеств, то, по всей вероятности, они могли быть и выше. Наилучшая комбинация комфортабельности (умеренные перегрузки при эксплуатации на волнении), остойчивости и ходкости может быть получена на современных корпусах с обводами типа «кафедрал», т. е. сочетании глубокого V с несмачиваемыми на ходу спонсонами умеренных размеров. Тем не менее проводимая А. Г. Чукавиным работа по испытаниям «триклина» в натурных условиях и повышению его мореходности заслуживает всяческого одобрения. В дальнейшем важно получить достоверные цифры по скоростным данным и ударным перегрузкам на волнении, так как на данном этапе испытаний автором они не были получены.

Тех самодеятельных судостроителей, которые решат построить «триклин», ждет целый ряд трудностей. Прежде всего это сложность сочетания форм, из которых в конечном счете строится трехточечная схема обводов корпуса. Здесь, как мы видели, и килеватая пластина с лекальным отгибом скулы — «крыло чайки», и спонсоны-гидролыжи, и «морские сани» Хикмана, и продольные и поперечные реданы. Во-вторых, нужно особо позаботиться об обеспечении местной прочности в районах носовых и кормового реданов, испытывающих большие нагрузки. В то же время корпус должен быть не только прочным, но и легким, ибо в противном случае скорость его окажется далекой от расчетной: в диапазоне «умеренных» скоростей «триклин» будет обладать очень большим сопротивлением из-за развитой поверхности днища.

Любителям неторопливой езды и дальних путешествий строить такой корпус не рекомендуется, поскольку трудно рассчитывать на приемлемую комфортабельность. Вероятно, и винт потребует тщательного подбора.

В заключение отметим, что данная попытка применить трехточечные обводы для прогулочных судов не является первой. Так, например, в 1971 г. конструкторы Вильям Кейт и Джон Реджинальд Филмер запатентовали (франц. патент № 2078967) трехкилевое прогулочное судно, корпус которого имеет резко выступающие бортовые и кормовой кили. «Благодаря такому сочетанию форм килей, — утверждают авторы, — во время хода судна под днищем образуется воздушная подушка, вследствие чего уменьшается сопротивление воды». Конечно, предлагаемые обводы корпуса нельзя назвать чистой «трехточкой»; это, скорее, «прогулочная вариация на тему трехточки». Важнее другое: сделана еще одна попытка добиться снижения сопротивления трения на относительно высоких скоростях хода без ущерба для других качеств, обязательных для прогулочного судна.

Приводим теоретический чертеж еще одной «трехточки», разработанной нашим читателем из г. Тарту Аво Тийтсом. Предоставляем читателям самостоятельно оценить возможности будущей прогулочной мотолодки.