Приводим изложение двух его статей, опубликованных в английском журнале «Motor Boat and Yachting» № 2467 за 1975 г. и 2483 за 1976 г. Выводы автора имеют прикладное значение и могут быть использованы при проектировании сравнительно мореходных — имеющих килеватость порядка 12° — и быстроходных катеров.
Обработка и сокращенное изложение материалов выполнены Е. А. Морозовым.
Исследователи сначала ставили перед собой узкую задачу: найти оптимальные в широком диапазоне скоростей обводы глиссирующего остроскулого корпуса, т. е. корпуса с обводами, наиболее распространенными в современном малом флоте.
Попытка использовать для выявления влияния формы корпуса на сопротивление материалы старых модельных испытаний, а через Тейлоровский бассейн за 40—50-е годы прошло около 25 моделей остроскулых катеров, потерпели неудачу: в относительной нагрузке и центровке рассматривавшихся ранее проектов наблюдались слишком большие различия.
Было исследовано сопротивление 15 моделей корпусов различной формы в сравнимых — одинаковых условиях. Результаты испытаний моделей пересчитывались на натурный катер водоизмещением 4,54 т с расчетной площадью днища Ар, равной 18,8 м2, что соответствует безразмерному коэффициенту:
где Ар — проекция площади днища, ограниченной линией скулы, на горизонтальную плоскость, м2;
V — объемное водоизмещение катера на плаву без хода, м3.
Положение ЦТ судна было принято на расстоянии 6% длины по скуле L в корму от ЦТ расчетной площади днища.
После испытания и всестороннего обсуждения свойств сравниваемых моделей с учетом требований управляемости и мореходности были сформулированы рекомендации по проектированию остроскулого корпуса оптимальной формы для исследуемого диапазона скоростей:
- 1. Корма должна быть относительно узкой: ширина по скуле на транце должна составлять 65—70% максимальной ширины по скуле В, расположенной в нос от транца на 60—65% L. Для корпусов с L/B=3÷4 это соответствует уклону линии скулы в кормовой части катера к ДП (на плане) около 5°;
- 2. В кормовой половине длины корпуса килеватость днища должна быть постоянной, «веерность» днищевых ветвей шпангоутов не допускается;
- 3. Килеватость днища «а транце должна быть умеренно высокой;
- 4. Линии днищевых ветвей шпангоутов должны быть прямыми на кормовой половине длины корпуса и слегка выпуклыми в носовой части.
В соответствии с рекомендациями была сделана еще одна — 16-я модель, которая действительно во всем диапазоне исследуемых скоростей (до Frv=5) испытывала сопротивление меньшее, чем любая из предыдущих. Оптимальная модель имела угол внешней килеватости на транце 12,5°. Эта килеватость днища сохранена на 40% L от транца; затем начинается увеличение угла килеватости и на шп. 1 он уже достигает 36°. Исследователи считают, что найденная форма корпуса оптимальна при условии, что и отношение L/В оптимально для водоизмещения и скорости катера.
В дальнейшем эту оптимальную модель использовали как базовую при испытании серии корпусов уже для исследования влияния L/B. Обводы ее были несколько перестроены — приведены к форме, полностью состоящей из поверхностей, развертывающихся на плоскость. Конечный вариант корпуса, оставаясь близким к варианту, оптимальному с точки зрения гидродинамики, уже приобрел очевидные технологические преимущества. Теоретический корпус этой доработанной оптимальной модели с L/B=4,1 показан на рис. 1.
Кроме этой модели испытывались еще четыре с L/B=2; 3,1; 5,5; 7. Материалы по двум моделям с крайними значениями не приводятся как не имеющие практического значения. Планы скуловой линии трех сравниваемых моделей с размерениями, пересчитанными на натурный катер водоизмещением 4,54 т, приведены на рис. 2. Для обеспечения сравнимых условий нагрузки и центровки расчетная площадь днища Ар и относительное положение ЦТ катера приняты постоянными для всех вариантов.
Для указанных трех моделей кривые сопротивления и ходового дифферента, изменения смоченной поверхности и вертикального перемещения ЦТ катера приведены на рис. 3. Все параметры пересчитаны на натуру и даны в зависимости от скорости хода в узлах.
Особый интерес представляет график А на рис. 3. Можно отметить, что на всех скоростях до 25 уз сопротивление корпуса с L/B=4,1 заметно меньше, чем с L/B=3,1. Относительно широкий корпус имеет несколько меньшее сопротивление лишь при увеличении скорости до 30 уз и затем снова — на скоростях свыше 40 уз. На основании этого графика делается вывод, что для катеров, максимальная скорость которых не превышает 25 уз (46,3 км/ч), целесообразно, в отступление от существующей практики, увеличивать значение L/B с 3 примерно до 4. Более длинный и узкий корпус обеспечит получение более высокой скорости при одинаковой мощности или уменьшение мощности и расхода топлива при той же скорости. При плавании в условиях волнения превосходство корпусов с большим удлинением проявляется и в области более высоких скоростей — прирост сопротивления у них меньше, ход на волне мягче.
Опубликованные графики хорошо иллюстрируют как процесс выхода на глиссирование, так и дальнейшее изменение посадки и смоченной поверхности остроскулого корпуса, а также наглядно объясняют причины определенного преимущества узких корпусов в некотором диапазоне скорости. Так, можно заметить, что при скорости 15 уз смоченная поверхность катера с L/B=3,1 на 15% меньше, а сопротивление на 16% больше, чем у катера с L/B=4,1. Объяснение заключается в том, что ходовой дифферент на этой скорости у первого катера почти вдвое больше, чем у второго, а известно, что сопротивление волнообразования на всех скоростях, кроме самых малых, пропорционально тангенсу угла ходового дифферента.
Широко принятое сейчас для катеров водоизмещением до 10 т значение L/B=3 обеспечивает определенные преимущества, такие, как меньшая стоимость постройки, более удобная компоновка, большая начальная остойчивость. Однако можно считать, что, в связи со значительным повышением цен на топливо, в ближайшем будущем получат распространение более узкие и длинные корпуса, позволяющие уменьшить мощность силовой установки и расход топлива в широком диапазоне эксплуатационных скоростей. Это не будет технической новинкой. Скорее, это — возвращение на позиции, занятые в начале века, когда в связи с ограниченной мощностью двигателей приходилось, чтобы получить приличную скорость, корпуса строить относительно уже, чем сейчас.