Можно сказать, что почти все строители саней Фокса уже убедились в их высокой мореходности, устойчивости на курсе, малом брызгообразовании, прекрасной остойчивости и комфортабельности.
Например, куйбышевский учитель А. К. Гребенников, построивший свои сани «в размерениях Фокса» (длина 6,4 м, ширина 2 м; с одним водителем 250-килограммовый корпус под «Вихрем-М» глиссирует со скоростью 32 км/ч), пишет: «На глиссирование лодка выходит легко, на ходу удары волн почти не ощущаются, брызгообразованне при любой загрузке небольшое. Мои надежды сани полностью оправдали. Примите искреннюю благодарность за первоисточник, благодаря которому у меня появился чудесный мореходный катер!»
Читатель О. К. Севрук из Барнаула, построивший сани Фокса длиной 4,65 м и весом 200 кг (с одним водителем под «Вихрем» скорость 42 км/ч), отмечая те же достоинства саней, заканчивает свое письмо словами: «Сейчас, когда лодка прошла более 1000 км, можно сказать, что надежды оправдались! Пригодна она и для семейных воскресных выходов вместе с детьми, и для дальних туристских путешествий, мореходна и безопасна, имеет более высокие эксплуатационные характеристики, чем мотолодка «Прогресс»».
Присоединяется к таким отзывам и А. А. Григорьев из Магаданской области, построивший сани еще меньших размерений — длиной 4,32 м (с «Вихрем-М» скорость 43—45 км/ч): «Очень благодарен вам за схему обводов саней Уффа Фокса. Это, бесспорно, удачные по мореходности на волне обводы, о них еще немало скажут добрых слов и специалисты, и любители».
Наверное, этих трех отзывов достаточно, чтобы подтвердить главный вывод: сани Фокса мореходны и комфортабельны. А вот тем, кто рассчитывал получить от новых обводов скорости, более высокие, чем на таких же корпусах с традиционными обводами, пришлось разочароваться. Скорость саней Фокса при равных нагрузке и мощности двигателей оказалась такой же, как и большинства других современных лодок. Это говорит о том, что при существующих энергетических возможностях и движителях сани Фокса вряд ли стоит рассматривать как некий скоростной феномен.
Проект ленинградца Г. В. Клокова уже знаком нашим читателям (см. сборник №53). Построенные им сани по обводам очень близки к оригинальному катеру Уффа Фокса. Во многих преимуществах саней Г. В. Клоков уже убедился, но ходовые качества его судна оказались ниже ожидаемых конструктором: всего 43 км/ч, причем эта скорость зарегистрирована лишь при непродолжительных выходах вдвоем. Автор предположил, что это — «результат желания поскорее испытать Фокса», т. е. спешки при постройке и перетяжеления корпуса, и совсем не уверен в том, что достигнутая скорость предельна для его судна с двумя «Вихрями». Так это или нет? Есть ли скрытые резервы для повышения скорости конкретно его саней?
Чтобы ответить на этот вопрос, попытаемся приближенно оценить, насколько полно используется в данном случае суммарная мощность двух моторов. Необходимая мощность N может быть найдена из общеизвестной формулы
где Rп — полное сопротивление воды движению судна;
v — скорость, м/с; в данном случае она известна, т. е. v = 43 км/ч = 12 м/с;
η — среднее значение общего пропульсивного коэффициента, обычно принимаемое г; = 0,6.
Полное сопротивление воды движению складывается из сопротивления собственно корпуса судна R и сопротивления подводных частей двух подвесных моторов Rв.ч. Буксировочное сопротивление погруженной части мотора «Вихрь» можно определить по графику (сборник № 53). Для одного мотора на скорости 12 м/с оно составляет приблизительно 15,5 кг, т. е. для двух Rв.ч=31 кг.
Теперь определим сопротивление корпуса R из формулы
где D — вес лодки; в нашем случае D = 600 кг (сумма весов чистого корпуса — 250 кг, двух человек — 170 кг, двух моторов — 100 кг и запаса горючего — 80 кг);
К — гидродинамическое качество глиссирующих гидролыж.
Для оценки К на расчетной скорости надо знать относительное удлинение лыж, т. е. отношение ширины лыжи b к ее смоченной длине l; нам известно, что на лодке Г. В. Клокова b=0,2, а l=3,9 м, т. е. b/l=0,05.
Оценить гидродинамическое качество пластины с таким малым удлинением помогут экспериментальные кривые, полученные американским ученым А. П. Клементом при исследовании узких глиссирующих пластин ( результаты опубликованы в журнале «International Shipbuilding Progress», № 99, 1962 г.). Для глиссирующей под наивыгоднейшим углом атаки 6,5° пластины снимаем с кривых значение К=5,4. Падение качества корпуса в целом, обусловленное взаимовлиянием лыж, как показали эксперименты, составляет в среднем 10%. Таким образом, качество корпуса в целом приблизительно равно 5,0, а сопротивление собственно корпуса будет
Отсюда
Подставляя значение Rп, оцениваем мощность, теоретически необходимую для достижения скорости 12 м/с такого корпуса с двумя «Вихрями» на транце:
С известной степенью точности эта величина соответствует фактической мощности двух «Вихрей». Следовательно, конструктору уже удалось полностью реализовать имеющуюся мощность подвесных моторов, в целом его работа заслуживает положительной оценки. И все же некоторое повышение скорости и в данном случае возможно. Правда, при этом конструктор уже по-серьезному столкнется с проблемой размещения движителей за тоннелями.
Попытаемся коротко рассмотреть особенности саней Фокса именно как скоростного судна. Определив эти особенности, конструкторы-любители смогут их в какой-то мере учесть при проектировании своих судов, добиваясь теоретически возможного максимума.
В №53 сборника уже упоминалось, что главным путем повышения скорости при ограниченной мощности двигателя является максимально возможное облегчение корпуса и всего оборудования. (Как отмечают строители, обводы саней Фокса без вреда для прочности это делать позволяют.) Насколько же важен этот резерв?
Задача конструктора сводится к тому, чтобы обеспечить в рабочем диапазоне скоростей оптимальное значение .качества.
Испытания модели морских саней Фокса в ЦНИИ им. Крылова показали, что кривая их буксировочного сопротивления имеет лишь очень незначительный, по сравнению с традиционными глиссирующими обводами, горб сопротивления. При этом выигрыш в гидродинамическом качестве морских саней, по сравнению с традиционными обводами, в переходном режиме оказывается наибольшим, а с увеличением скорости начинает падать. Можно предположить, что в переходном режиме сопротивление формы и волновое сопротивление саней существенно меньше, чем традиционных глиссирующих корпусов. Некоторые наши читатели, уже испытавшие сани Фокса, обратили внимание на эту особенность.
О. К. Севрук провел интересные испытания. Его 200-килограммовые сани под мотором «Вихрь» с грузом 140 кг плюс три человека на борту со скоростью 25 км/ч еще глиссировали. Мотолодка «Прогресс», имеющая такие же размеры и вес, под тем же «Вихрем» со сравнимой нагрузкой — пятью пассажирами — уже не глиссирует, идет со скоростью 16—17 км/ч. С двумя и с одним человеком на борту скорости саней О. К. Севрука соответственно равны 38 и 42 км/ч, а «Прогресса» — 33 и и 34 км/ч.
Из этого сопоставления можно сделать вывод, что при большой загрузке, обычной для дальних туристских походов сани Фокса теряют в скорости меньше, чем самая распространенная у нас лодка с традиционными обводами.
Приглядимся внимательно к обводам саней Фокса. Центральный корпус сочетает в себе глубоко килеватые обводы (β=30°) с гидролыжей малого удлинения. С боковыми гидролыжами, также имеющими малое удлинение, центральная часть сопрягается по лекальным кривым тоннельного свода.
На малой скорости корпус идет на полной ширине днища, сопротивление его велико. С повышением же скорости и появлением подъемной силы на гидролыжах появляется она и на килеватой части центрального корпуса. Известно, что повысить его гидродинамическое качество как килеватой пластины можно за счет уменьшения брызгообразования и повышения давления у скул (конструкторы этого и добиваются поперечной профилировкой днища!).
Можно предположить, что благодаря удачной поперечной профилировке сани Фокса на умеренных скоростях глиссирования получают существенную долю прироста подъемной силы как раз на несущей поверхности сводов. Образующиеся при поперечном растекании брызговые струи оказывают гидродинамическое давление на верхнюю часть свода тоннеля и также несколько разгружают корпус. В то же время волновое сопротивление на таких скоростях у саней Фокса значительно меньше, чем у традиционных лодок: ведь от вертикальных наружных бортов саней волны почти нет! В итоге гидродинамическое качество саней даже на малых скоростях глиссирования получается сравнительно высоким.
Строителям, которые не будут гнаться за высокими скоростями, стоит уменьшить внешнюю килеватость центрального корпуса до 18—20°, а ширину лыж несколько увеличить, по сравнению с рекомендованной Фоксом. Удельная нагрузка на днище уменьшится, качество несколько возрастет, но, естественно, ход на волнении станет жестче.
Мы говорили до сих пор о режиме, который характерен для выхода на глиссирование и движения с большой нагрузкой и умеренными скоростями (по-видимому, большинство построенных саней ходит именно в этом режиме). Но оптимальным режимом для саней Фокса является такой, когда лодка целиком глиссирует только на гидролыжах, а тоннели «продуваются».
Центральная лыжа и дореданные участки боковых лыж имеют конструктивный угол атаки 2,5°, а зареданные — 3,5°. Каков смысл такой продольной профилировки?
Как известно, для того чтобы при максимальной скорости сохранить оптимальное гидродинамическое качество, надо расположить глиссирующую поверхность под наивыгоднейшим углом атаки (4—5°) с одновременным смещением центра тяжести к кормовому срезу днища. Это и позволяет сделать применение глиссирующих пластин с малым удлинением — гидролыж.
С увеличением скорости на традиционных корпусах с большим удлинением гидродинамическая сила растет очень быстро: при постоянном угле атаки пропорционально квадрату скорости. На какой-то достаточно высокой скорости даже при неоптимальных — малых — углах атаки (1—1,5°) величина подъемной силы уже начинает превышать вес катера, а это приводит к тому, что ход его становится неустойчивым, корпус" периодически отрывается от воды, вылетая в воздух, и вновь падает.
На узких же глиссирующих корпусах с малым удлинением (в частности — на гидролыжах) рост гидродинамической подъемной силы происходит гораздо медленнее, глиссируют они под более выгодными углами атаки (4—5°); центр давления на таких корпусах расположен дальше от кормового среза и ближе к реальному центру тяжести судна. А чем дальше от транца расположен центр давления, тем выше значение скорости, на которой начинает происходить потеря устойчивости движения, тем большую скорость может поддерживать катер, сохраняя нормальную управляемость и комфортабельность плавания.
Сделав на боковых лыжах в районе миделя поперечный редан, Фокс, вероятно, старался придать зареданным участкам лыж более выгодный угол атаки на высокой скорости и заставить сам редан играть роль стабилизатора по углу атаки. На высоких скоростях хода доля каждой боковой лыжи в создании общей подъемной силы становится больше, чем центральной (при условии одинаковой ширины). Такое преобладание подъемной силы на боковых лыжах за счет большего значения их угла атаки значительно увеличивает остойчивость корпуса, - что немаловажно при поворотах. Уменьшенный же угол атаки центральной лыжи и дореданной части боковых лыж несколько смягчает ход на волнении и также повышает продольную устойчивость.
На высокой скорости становится ощутимой и доля аэродинамической подъемной силы, которая возникает при воздействии встречного потока воздуха на внутренние поверхности сводов тоннелей; корпус частично разгружается, уменьшается смоченная поверхность лыж. Поток воздуха, проходящий под сводами, оказывает и демпфирующее действие на качку судна.
При общем рассмотрении обводов морских саней Фокса можно предположить, что конструктор выбирал ширину гидролыжи поперечную профилировку днища с целью получить минимальное сопротивление катера в сочетании с максимальной устойчивостью движения на высоких скоростях в условиях океанской гонки. Нашим конструкторам-любителям, проектирующим сани по идее Фокса, бесспорно, следует смягчить требования к своему будущему судну: ведь ясно, что с имеющимися у нас мощностями тех скоростей, на которых действительно необходимо заботиться об устойчивости движения, достичь не удастся!
Тем, кто все же будет стараться во что бы то ни стало выйти на режим чистого глиссирования на гидролыжах, прежде всего надо добиваться максимального снижения веса судна. Для уменьшения смоченной поверхности стоит установить брызгоотбойники по кромкам средней лыжи и по внешним кромкам бортовых лыж. Задача состоит в том, чтобы на максимальной расчетной скорости (доступной под имеющимися моторами!) обеспечить максимальное гидродинамическое качество. Естественно, регулируя при этом удельную нагрузку шириной гидролыж, нельзя забывать о мягкости хода на волне: чем больше удельные нагрузки, тем ход мягче.
Добиваясь всемерного снижения сопротивления на максимальной скорости, конструктор может получить слишком большое сопротивление при выходе на глиссирование (из-за чрезмерного ходового дифферента); мощности моторов может не хватить, чтобы преодолеть горб сопротивления при разгоне. Улучшить стартовые характеристики может установка транцевых плит. Опытным путем подбирается такой угол их атаки, который на максимальной скорости будет наивыгодным. Благодаря подтормаживанию набегающего потока на транцевых плитах сместится дальше в корму и центр давления.
Некоторые из возможных вариантов повышения скорости уже использовали строители саней.
Ленинградец Ю. С. Сальников, например, установил за боковыми лыжами транцевые плиты. Из недостатков его проекта надо отметить очень крутой подъем линии килей в носу и опускающуюся к носу палубу: при резкой встрече с волной лодка забрызгивается через палубу.
Рижанин С. В. Федорищев несколько отошел от традиционной схемы обводов Фокса — сделал носовую оконечность сужающейся в плане. На крутой речной волне ухудшения мореходности заметно не будет, а вот на крупной волне водохранилища или залива дадут себя знать «несбалансированные» по объему относительно миделя носовая и кормовая оконечности, мореходность судна ухудшится. На наш взгляд, не оправдывает себя и поперечный редан на центральной лыже с подводом воздуха в зареданную область. Как отвечает сам автор, скорость от этого не возросла, а при установке одного мотора его приходится сдвигать из-за этого в сторону от ДП, Вообще на узкой лыже добиться снижения сопротивления трения за счет образования воздушной каверны за реданом очень трудно: из-за близости кромок лыж каверна сразу же разрушается; поток по центральной лыже постоянно аэрируется, заметно ухудшая условия работы гребного винта, установленного за нею. В принципе, выбранная автором схема обводов, но без центрального редана может быть целесообразна при эксплуатации саней на небольших озерах и реках.
О санях А. К. Трофимова уже рассказывалось в №53 сборника. Полученную под одним «Вихрем-М» скорость для туристского варианта можно считать неплохой, но вес для саней такой длины велик; очевидно, слишком носовое расположение центра тяжести также уменьшает скорость катера. Другими словами, здесь резервы для повышения скорости есть. Конструктор делится своими планами по изменению первоначального проекта. На наш взгляд, делать лыжи килеватыми и с отгибом скулы нерационально: поперечная профилировка таких узких глиссирующих поверхностей не будет компенсировать потерю качества, вызванную килеватостью. Для снижения ударов на волне лучше уменьшить ширину гидролыж, а потерю гидродинамического качества компенсировать установкой транцевых плит, смещением центра тяжести в корму и, конечно же, снижением веса конструкции.
Информация об изображении
Мотолодка ленинградца В. А. Горбачева, построенная по проекту А. С. Ковалева
Можно еще заметить, что при сужении боковых лыж к корме и обрыве их за метр до кормового среза мощности двух моторов «Москва-М», которые автор предполагает установить, будет явно недостаточно. Из-за резко смещенного в нос центра давления при выходе на глиссирование будет наблюдаться чрезмерный ходовой дифферент, из-за которого резко возрастает смоченная поверхность и, следовательно, появляется резко выраженный горб сопротивления. Судно потеряет большинство преимуществ саней Фокса: оно будет идти с чрезмерным дифферентом, удары днищем на встречной волне станут значительными, при попутном волнении оно будет испытывать сильное торможение и забрызгиваться.
Мотолодка ленинградца В. А. Горбачева, построенная по проекту А. С. Ковалева
Так что А. К. Трофимову стоит не разрабатывать новый проект, далекий от идей Фокса, а доводить построенное судно, добиваясь более высоких показателей по скорости и мореходности. Кстати говоря, можно предположить, что планируемые им изменения в конструкции навеяны проектом мотолодки А. С. Ковалева (см. сборник № 54). По этому поводу заметим, что испытания, проведенные ленинградцем В. А. Горбачевым, рискнувшим построить мотолодку по проекту А. С. Ковалева, подтвердили высказанные в редакционной статье сомнения. Достичь скорости, обещанной автором проекта, конечно, не удалось. Мотолодка весом 150 кг под двумя моторами «Вихрь-М» развивала на тихой воде 44—45 км/ч. Из-за большого ходового дифферента корпус гнал перед собой пелену брызг боковыми лыжами. На попутной волне он испытывал резкое торможение и забрызгивался; па встречной волне высотой 0,75 м мотолодка шла с большим дифферентом на корму и получала значительные удары.
Предложенные А. С. Ковалевым обводы ни по скорости, ни по мореходности никаких преимуществ не дают даже по сравнению с хорошо спроектированным катером традиционных форм. Смещенный в нос (за счет сужения и обрыва боковых лыж не доходя до кормового среза) центр давления чрезмерно увеличивает дифферент и при выходе на глиссирование, и при ходе как на тихой воде (брызговые струи перед мотолодкой), так и на волнении. С существующими мощностными возможностями и обычными винтами вывести мотолодку с такими обводами на предполагаемый автором проекта трехточечный режим не удастся!
Мы по-прежнему ждем от читателей сообщений о постройке и испытаниях новых судов. Наш «клуб любителей саней Уффа Фокса» принимает всех самодеятельных конструкторов, создающих проекты с этими интересным обводами. В заключение одна просьба: по возможности точно, а не на глазок определять скорости!