Некоторые гидродинамические особенности катеров-катамаранов

Доля ответа на вопрос — каковы же основные гидродинамические особенности катамаранов, отличающие их от однокорпусных судов? — были проведены испытания моделей с различными вариациями размерений и формы, нагрузки и центровки.

Длина буксируемых моделей изменялась в пределах L=1,8÷3,6 м; ширина по скуле на миделе каждого корпуса катамарана оставалась постоянной и равной В_ск=0,3 м; нагрузка варьировалась в пределах Δ=87÷218 кг.

Этим данным соответствовало изменение коэффициента статической нагрузки


где γ — удельный вес воды.

Значения относительной центровки составляли


где x_g — отстояние ЦТ модели от транца.

Прежде всего следует заметить, что, если катамаран образован простым разделением однокорпусного катера по ДП на два корпуса с прямостенными внутренними бортами и разнесением их на какое-то расстояние по ширине, это почти всегда приводит к увеличению сопротивления движению. Объясняется это значительным увеличением площади смоченной поверхности из-за появления внутренних бортов и образованием дополнительной системы волн между корпусами. Особенно заметен прирост сопротивления при числах Фруда FrΔ>1,5÷1,7. При меньших числах Фруда разница в сопротивлении практически невелика.

Представляется наиболее целесообразной схема катамарана, состоящего из двух корпусов, размерения и обводы которых оптимальны по сопротивлению для намеченной скорости движения с учетом нагрузки, которая приходится на каждый корпус (вполне допустимо, что в сравнении с таким катамараном оптимальный однокорпусный катер, имеющий то же водоизмещение, будет обладать меньшим сопротивлением).


Очень важен правильный выбор величины горизонтального клиренса


где с — расстояние между внутренними бортами корпусов катамарана по скуле на миделе, и формы внутреннего борта. Влияние этих факторов на сопротивление движению непосредственно связано с волнообразованием между корпусами катамарана и является определяющим. Если внутренние борта плоские, влияние горизонтального клиренса на сопротивление относительно невелико; в большинстве случаев увеличение с ведет к некоторому уменьшению ходового дифферента и снижению сопротивления движению. Практически можно считать, что при с>0,75 сопротивление движению уже не зависит от клиренса. А в случае применения симметричных корпусов (например, при соединении в катамаран двух однокорпусных катеров), из-за интенсивного волнообразования влияние горизонтального клиренса становится значительным и сопротивление движению при малых с значительно возрастает. В этом случае влияние клиренса на сопротивление практически перестает сказываться с величины с>1,5.

При выполнении внутреннего борта с неполной профилировкой, например плоским, но с развалом, можно добиться некоторого уменьшения сопротивления, по сравнению с катамараном, имеющим плоские внутренние борта. Однако следует учитывать, что подбор оптимальной профилировки внутреннего борта и соответствующего клиренса — задача весьма трудная, требующая проведения экспериментов и непосильная судостроителю-любителю. Влияние профилировки на величину сопротивления не одинаково на различных скоростных режимах; обводы, удачно подобранные для одной скорости, могут оказаться неприемлемыми на других.


Для практических целей вполне допустимо угол развала внутренних бортов, если это требуется по условиям размещения или прочности, выбирать в диапазоне до 20°.

Наиболее просто вопрос о взаимовлиянии корпусов решается увеличением горизонтального клиренса до таких значений, когда этот эффект можно не учитывать. Уместно сказать, что такие значения с, особенно в случае плоских внутренних бортов, обычно позволяют удовлетворить как условиям внутреннего размещения, так и требованиям прочности соединительных конструкций. В таких случаях оценку сопротивления движению одного корпуса катамарана можно проводить аналогично однокорпусным катерам, не учитывая наличие килеватости одного знака по всей ширине каждого корпуса катамарана.

Такое важное качество катамарана, как остойчивость, также определяется выбором величины горизонтального клиренса с. Остойчивость катамарана можно оценить величиной возрастания его метацентрической высоты


(где М_кр — кренящий момент, θ — угол крена) по отношению к метацентрической высоте h_о однокорпусного катера. При величине горизонтального клиренса 0,75 метацентрическая высота катамарана становится уже в 7—8 раз выше, чем однокорпусного катера, или, другими словами, при одинаковом кренящем моменте угол крена катамарана будет в 7—8 раз меньше. При с=0,25 соответствующее увеличение остойчивости составляет 2—3, при с=0,50 — около 5,0.

При движении на волнении высокая остойчивость катамарана обеспечивает (например, при с=0,75) уменьшение углов бортовой качки, по сравнению с однокорпусным катером, в 3—3,5 раза. При этом следует учитывать, что возрастают и угловые скорости бортовой качки, т. е. она становится более резкой, хотя и меньшей по размаху.

Продольная качка катамарана, напротив, становится более плавной, чем у однокорпусного катера; углы килевой качки возрастают, хотя и не в такой степени, в какой уменьшаются углы бортовой качки.