Динамические перегрузки при ходе на волнении


Статья из книги Х.Баадера "Разъездные, туристские и спортивные катера"

  Еще недавно на основе опыта эксплуатации катеров считалось правилом, что большую скорость можно развить только на тихой или едва взволнованной воде. Даже при умеренном волнении быстроходные катера должны были уменьшать свой ход, так как из-за перегрузок, возникающих при соударениях с волнами, могли подвергнуться поломке внутренние связи корпусов. Часто ломались шпангоуты в носовой части катера, появлялись трещины в днище. С начала организации гонок катеров в открытом море это правило стали нарушать. Постановка вопроса была изменена: какую форму днища следует выбрать, чтобы катера могли развивать большую скорость на волнении, не рискуя из-за резких ударов прочностью связей корпусов?

  Раньше полагали, что для достижения больших скоростей глиссирования должно применяться плоское днище. Но именно днище плоской формы сильнее всего страдает от перегрузок и сильных ударов при резком торможении катера. Такое днище чисто структурно не приспособлено к тому, чтобы выдерживать сильные удары.

  Используемые на судах формы днища представляют собой две крайности: сильно килеватое днище плохо глиссирует, хорошо скользящее плоское днище не может применяться на волнении. Поиск промежуточных форм уже достиг больших успехов. Насколько силы удара можно уменьшить выбором соответствующей формы днища, видно из рассмотрения рис. 49. В качестве исходных выбраны классические V-образные обводы (см. рис. 47). В 1933 г. в докладе на собрании судостроительного технического общества в Берлине Г. Вагнер сообщил интересные данные относительно этих обводов. Действительная сила удара зависит от веса катера и от скорости падения в момент удара. Для общего сравнения предположили, что после первого соприкосновения с волной возникает сила удара размером 100 (см. рис. 49). Удар начинается с умеренного, поскольку форма шпангоутов у киля выполнена очень острой. Как только погружается более плоская часть днища, сила удара значительно возрастает и достигает 150. Теперь в соприкосновение с водой вступает вогнутая форма днища вблизи скулы. Здесь вода больше не отходит в стороны, а внезапно и неожиданно устремляется вниз. В результате ускорения возникает особенно высокое давление на внешнюю зону днища; сила удара равна 260. Это значение было бы значительно выше, если бы не наступило существенное замедление скорости падения с начала соприкосновения с водой. Чем резче замедляется падение, тем выше ударное давление, действующее на днище. Глубокая V-образная форма шпангоутов значительно смягчает удары. Ее действие при ударе показано на рис. 50. В случае использования прямолинейной V-образной формы шпангоутов с углом килеватости, равным 24°, начальная сила удара по сравнению с таковой при вогнутых V-образных обводах получается несколько большей (110 вместо 100), поскольку классические V-образные обводы выполнены вблизи киля особенно острыми (угол килеватости, составляющий около 30°, резко уменьшается к скуле).
Старые V-образные обводы
Рис. 49. Силы удара корпуса катера с классической V-образной формой шпангоутов. Зарегистрированные относительные значения их зависят от скорости встречи с волной и формы поперечного сечения днища. Удары наибольшей силы наступают при соприкосновении с водой части днища, отогнутого вниз у скулы.
Обводы "Глубокое V"
Рис. 50. Здесь видно смягчающее действие формы обводов типа "глубокое V" с углом килеватости, равным 24°. Силы удара значительно уменьшились, так как килеватость к скуле не изменяется.




Обводы "Каталины"
Рис. 51. В идеальном случае благодаря V-образной форме шпангоутов давление на днище во всех трех положениях должно быть одинаковым. Показанная здесь форма шпангоутов катера типа "Каталина" приближает к этой цели.



  Благодаря прямолинейной килеватости днища вода легко может отходить в стороны, удар смягчается, давление повышается лишь незначительно - сначала от начального, равного 110-130, а затем до 150. Самый сильный удар составляет лишь немногим больше половины удара, которому подвержена классическая V-образная форма шпангоутов (см. рис. 49). Поэтому люди на борту катера с обводами типа "глубокое V" физически меньше страдают от ударов.

  Для создания обводов, у которых сила удара оставалась бы неизменной в течение всего времени соприкосновения катера с волной, необходимо привести присоединенную массу воды в соответствие с возникающим ускорением. Разработанные на этой основе, скорее эмпирически, чем теоретически, обводы катера типа "Каталина" и их поведение на волне показаны на рис. 51. Благодаря большому закруглению шпангоутов у киля несколько увеличился начальный удар. Возрастающий к скуле угол килеватости препятствует дальнейшему увеличению силы удара.

  В идеальном случае на всех трех ступенях погружения возникает неизменное давление со средним значением, равным 125. Умеренный отгиб у скулы служит для уменьшения брызгообразования. Скула расположена настолько высоко над водой, что соприкосновение ее с волной не вызывает торможения.

  При устаревших классических V-образных обводах катер и команда выдерживали силу удара, равную 260. У обводов типа "глубокое V" наибольший удар уменьшился до 150. Обводы "Каталины" являются еще одним шагом вперед: наибольшая сила удара составляет лишь 125.

  Название "Каталина" появилось у серии быстроходных катеров из стеклопластика длиной 6,3 м, постройку которых фирма "Баадер" начала несколько лет назад. При разработке обводов была поставлена задача - обеспечить ход с большой скоростью и на среднем волнении. Правильность конструкции, положенной в основу этой идеи, подтвердилась при проведении сравнительных испытательных походов с катерами, имеющими другие обводы. В большинстве случаев на сильном волнении катера типа "Каталина" оказывались в одиночестве, так как катера с обычными обводами были вынуждены отказаться от хода с большой скоростью.

  При многократных морских испытаниях катеров с классической V-образной формой шпангоутов больше всего опасений вызывали жесткие удары, ослабляющие связи корпуса катера. Поэтому первые же морские ходовые испытания катеров типа "Каталина" стали важным событием. Если сравнить силу зарегистрированных ударов на катерах с остроскулыми обводами трех типов, то окажется: обводы "Каталины" воспринимают менее чем половинную силу ударов, возникающих при классических V-образных обводах. На ходовых же испытаниях создавалось ощущение, что сила ударов была не половинной, а едва составляла четверть. Наиболее важным для такого поведения катеров типа "Каталина" следует считать продольное профилирование обводов, благодаря которому катер почти не менял дифферента, его нос не "выскакивал" из воды и весь катер поднимался на ходу параллельно поверхности воды. Это уменьшало высоту падения, а следовательно, и силу удара.

  При обводах типа "глубокое V" большое значение придается тому, чтобы днище от миделя до кормы не имело каких-либо изгибов. Это условие совершенно справедливо для такого движения, когда после подбрасывания катера волной корма первой касается воды. Подобная форма с пониженной несущей способностью кормы обладает, однако, свойством на полном ходу значительно увеличивать дифферент на корму, из-за чего возрастает высота падения носовой части катера. В противоположность этому днище у катеров типа "Каталина" более плоское у транца. Продольное профилирование выполнено с умеренным, но постоянным изгибом, чтобы ускорение струи и в продольном направлении выдерживалось примерно постоянным. Транец имел не плоскую, неглубокосидящую форму. Преимущество найденных обводов на волнении несомненно, однако наибольшая скорость катеров с такими обводами на тихой воде несколько ниже, чем у катеров с малокилеватыми шпангоутами.

Рейтинг@Mail.ru
На главную страницу
Rambler's Top100