Об обводах "Глубокое V"

Глиссирующие обводы с большой килеватостью днища (глубокое V) уже не один десяток лет как признаны успешными и применяются не только на катерах и моторных лодках для туризма и отдыха, но и для гоночных катеров. Ни у кого не вызывают сомнения высокие мореходные качества таких судов, их способность поддерживать на волнении скорость, более высокую, чем у катеров с традиционным плоским или почти плоским днищем в корме. Именно успехи многолетней давности «глубокого V» в океанских гонках заставили пересмотреть взгляды на обводы катеров вообще: если в 60 годы килеватость днища у транца 3° считалась нормальной, а 7° — чрезмерной, то сейчас на глиссирующих лодках с мощными подвесными моторами угол килеватости принимается равным 13 - 25° и даже более.

Можно считать уже установившейся следующую классификацию глиссирующих катеров в зависимости от характера обводов днища:

1) с «закрученным» днищем — корпус с заостренными ватерлиниями и узкими килеватыми шпангоутами в носу, с резко уменьшающейся к корме килеватостью — почти до плоского днища у транца;

2) моногедрон — корпус, имеющий постоянный угол килеватости рабочей части днища (от миделя до транца), равный примерно 15°;

3) с обводами «глубокое V» — корпус с килеватостью днища на транце 20° и более, с постоянным или переменным углом килеватости в рабочей части, с обязательной установкой продольных реданов.

Изначально может показаться, что «глубокое V» обладает значительно худшим гидродинамическим качеством, чем плоскодонное и даже «закрученное» днище. Однако опыт показывает, что при определенной достаточно высокой скорости «глубокое V» оказывается выгоднее обводов с «закрученным» днищем и моногедрон даже на тихой воде. Вот что еще в конце 60х годов по этому поводу писал известный итальянский конструктор гоночных катеров Ренато Леви:

— Успехи катеров с «глубоким V» в ряде океанских гонок, проходивших при тихой погоде, опровергли мнение о большей эффективности в таких условиях плоскодонных лодок. В этом нет ничего удивительного, так как речь идет о сравнительно высокой скорости, характеризуемой отношением υ / √L ≤ 17. На такой скорости плоский корпус быстро теряет свои преимущества, даже если не принимать во внимание волнение.

Рассмотрим элементарную гидродинамику сравниваемых корпусов. Гидродинамическая подъемная сила пропорциональна скорости, эффективной площади днища и углу атаки. Так как вес лодки во время плавания остается постоянным, постоянную величину должна иметь и подъемная сила. Значит, при повышении скорости катера должны уменьшаться рабочая площадь днища или угол атаки, либо и то и другое одновременно. При этом, чтобы глиссирование было устойчивым, положение центра давления воды на днище относительно центра тяжести катера должно сохраниться прежним.

В начальный период движения большая эффективная площадь плоского днища выводит корпус на глиссирование быстрее, с меньшим углом атаки и меньшими затратами мощности, чем «глубокое V». По мере роста скорости угол атаки обоих корпусов уменьшается, причем у плоскодонного корпуса это происходит в большей степени, так как здесь площадь днища не может уменьшаться—смоченная ширина днища остается постоянной. На острых носовых шпангоутах «закрученного» днища подъемная сила практически не создается. Входя в воду, они лишь увеличивают смоченную поверхность корпуса и сопротивление лодки, ее движение становится неустойчивым как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости: катер начинает дельфинировать и рыскать. Нетрудно заметить на графике, что сопротивление катера возрастет, потому что угол атаки станет меньше оптимального.

Иная картина при повышении скорости катера с обводами «глубокое V». Здесь смоченная поверхность по мере подъема корпуса из воды уменьшается, поскольку уменьшается смоченная ширина. Чтобы компенсировать это уменьшение эффективной площади, требуется увеличить угол атаки, а это в свою очередь уменьшает смоченную длину корпуса. В результате сопротивление корпуса с «глубоким V» ниже, лодка идет устойчиво и с меньшими затратами мощности двигателя, чем плоскодонная. А мы еще не принимали во внимание эффект уменьшения смоченной поверхности и дифферента, обеспечиваемый на «глубоком V» продольными реданами и брызгоотбойниками.

Назначение продольных реданов, как известно, — создавать подъемную силу при обтекании их косым потоком воды, вырывающимся из-под днища. Три-четыре редана на каждом борту служат своеобразными ступеньками, на которые «взбирается лодка» по мере развития скорости. Варьируя длину и расположение реданов, можно регулировать оптимальный угол атаки катера. Напомним, что, кроме того, реданы отсекают от обшивки брызговую пелену в носовой части судна. Возможно, что на очень высокой скорости катер с обводами «глубокое V» все же будет иметь большую смоченную поверхность (пропорциональную 1/cos β), чем умеренно килеватый катер. Однако это будет компенсироваться более выгодным углом атаки и безударным ходом на волне.


Сравнение катера с плоским днищем и с «глубоким V».
а — положение ходовой ватерлинии; б — схема обтекания днища; в — распределение гидродинамического давления на днище; г — теоретический корпус; д — обратное качество катера в зависимости от угла атаки; е — схема действия сил веса и подъемной.
1 — смоченная поверхность днища; 2 — брызги; 3 — область интенсивного брызгообразования; 4 — средний батокс; а —угол атаки днища; D — вес катера; R — сопротивление; Υ — подъемная сила; Р — гидродинамическое давление.

Если посмотреть на диаграмму распределения гидродинамического давления по длине катера (рис. в), то можно увидеть, что у катера с плоским днищем имеется резко выраженный пик давлений по линии встречи корпуса с водой. Поэтому даже небольшое изменение дифферента, вызванное, например, мелкой волной, сопровождается резким перемещением этого пика, с жесткими ударами в днище. Гидродинамическое давление на днище с большой килеватостью распределяется более равномерно, поэтому мелкая волна на катере с «глубоким V» практически не чувствуется.

К другим положительным свойствам катеров с обводами «глубокое V» Ренато Леви относит устойчивость на курсе при ходе на волне, плавность качки, малый дрейф при циркуляции и, конечно, сравнительно небольшие ударные перегрузки при ходе на волне с высокой скоростью.

В то же время килеватые катера имеют и ряд недостатков. На стоянке или на малом ходу такие катера очень валки, подвержены качке и чувствительны к перемещению груза на борт. При боковом свежем ветре они имеют тенденцию зарыскивать на ветер, причем чем больше скорость, угол килеватости и высота борта (особенно в носу), тем больше катер зарыскивает. При одновальной установке на управляемости катера в большей степени сказывается крутящий момент от винта, с влиянием которого приходится бороться конструктивными мерами. «Глубокое V» медленно выходит на режим глиссирования. Но все эти недостатки рассматриваемых обводов, полностью окупаются их преимуществами перед традиционными глиссирующими обводами.