Кафедра проектирования судов

Содержание.

Краткая история создания судов на подводных крыльях…………………………….3

Архитектурно-конструктивные особенности судов на подводных крыльях………..5

Силовые установки судов на подводных крыльях………………………………….....8

Особенности обводов корпуса и выступающих частей судов на подводных

крыльях………………………………………………………………………………......10

Движетели судов на подводных крыльях……………………………………………...11

Элементы проектирования СПК……………………………………………………….14

Требования, предъявляемые к подводным крыльям………………………………………… 14

Выбор количества и расположения подводных крыльев по длине судна……………………15

Выбор площади подводных крыльев…………………………………………………………..16

Выбор типа подводных крыльев……………………………………………………………….17

Выбор формы крыла в плане……………………………………………………………….......18

Выбор размеров и профиля подводных крыльев………………………………………...……19

Взаимное расположение подводных крыльев и корпуса судна…………………………...…20

Проектирование корпусов судов на подводных крыльях………………………………….…20

Масса судов на подводных крыльях………………………………………………………..….21

Вопросы снижения уровней шума в помещениях СПК………………………………………21

Краткая история создания судов на подводных крыльях.

К концу XIX века практически были исчерпаны резервы в повышении скорости движения водного транспорта. Появились многочисленные предложения по использованию гидродинамических сил для движения судов на больших скоростях. Но более перспективными оказались работы в области создания скоростных судов с использованием подводных крыльев. Многие из специалистов, развивавших это направление, работали и в области авиации. Использованию крыла в судостроении способствовал и тот фактор, что массовая плотность воды в 800 раз больше, чем воздуха. Это означает, что для обеспечения одинаковой подъемной силы площадь подводного крыла требуется в 800 раз меньше, чем воздушного.

Основные задачи, которые было необходимо решить на пути создания СПК, заключались в выборе количества подводных крыльев, их геометрии и места расположения относительно корпуса судна. По этим трем принципиальным соображениям можно классифицировать все многообразие типов СПК и схем подводных крыльев.

Первая авторская заявка на судно на подводных крыльях принадлежит российскому изобретателю, французу по происхождению Ш. де-Ламберу, который запатентовал свое изобретение в 1891 г. во Франции, а в 1894 г. в США. Он построил небольшое судно с подводными крыльями, но оторвать корпус СПК от воды во время испытаний ему так и не удалось.

Впервые практически осуществить движение судна на подводных крыльях удалось одному из пионеров авиации, итальянскому инженеру Энрико Форланини в 1905 г. Построенное им судно массой 1,6 т с установленными на нем в носу, корме и по бортам „этажерочными" подводными крыльями (рис. 3) явилось результатом его многолетних исследований по использованию подводного крыла в судостроении для повышения скорости движения на воде. Целью установки „этажерочных" (в системе вертикальной решетки) подводных крыльев являлась стабилизация движения СПК при изменении скорости движения.

Примерно в этот же период итальянский авиатор Артуро Крокко предложил систему подводных крыльев, позволяющих более эффективно осуществлять стабилизацию судна в вертикальной плоскости с изменением скорости. Для этой цели он применил так называемые V-образные пересекающие поверхность воды подводные крылья.

Испытания судна, проведенные Крокко и Рикальдони в 1907 г., позволили

подтвердить принципиальные вопросы

движения судна на V-об-разных пересекающих

поверхность воды подводных крыльях.

Судно было выведено на основной режим движения

с полным отрывом корпуса от воды

Рис. 5. Схема крыльевого устройства Крокко-Рикальдони

и при мощности двигателя 59 кВт с двумя

воздушными винтами развило максимальную

скорость 70 км/ч.

Наибольшего успеха в создании судов на подводных крыльях в 30-х годах добился известный немецкий авиационный инженер Ганс фон Шер-тель. За основу при разработке судов на подводных крыльях он принял принципиальную схему подводного крыла, предложенную Крокко. До 1936 г. Шертелем было разработано и построено восемь экспериментальных судов на подводных крыльях, на которых отрабатывались отдельные элементы подводных крыльев, их взаиморасположение и размещение относительно корпуса судна. Значительное внимание было уделено вопросам конструкции подводного крыла и движительной установке. В результате активной 10-летней работы Шертелю удалось разработать принципиальную схему судна на V-образных пересекающих поверхность воды подводных крыльях, которая позволила в последующие годы создать первые образцы судов преимущественно военного назначения.

В 1934-1935 гг. французский инженер Грюнберг получил патент на схему судна, в которой 80—90 % массы судна сосредоточено на кормовом глубокопогруженном плоском крыле, а изменение угла атаки крыла (для изменения его подъемной силы по скорости) осуществляется при помощи носовых глиссирующих поплавков, несущих 10—20 % массы судна (рис. 10). Эта схема по идее близка к предложенной братьями Мичем. Основными ее недостатками являются большая чувствительность носовых глиссирующих поплавков к состоянию водной поверхности (при небольшой волне — прыгающее движение судна) и низкая поперечная устойчивость судна.

В СССР первые попытки создания судов на подводных крыльях относятся к началу 30-годов и принадлежат они, как и за рубежом, авиаторам. Авторами этих первых попыток являются инженеры ЦАГИ В. Г. Фролов и А. Н. Владимиров, которые в период 1933—1937 гг. провели первые экспериментальные исследования подводных крыльев в гидроканале ЦАГИ, подтвердили возможность их использования для судов и получили количественные результаты по влиянию глубины погружения на гидродинамические характеристики подводного крыла.

В 1934 г. В. Г. Фроловым и А. Н. Владимировым была разработана схема судна на двух подводных крыльях и построена его самоходная модель ЭГО-1 массой около 300 кг. При мощности двигателя 10 кВт модель развивала скорость 32 км/ч. Устойчивости хода на модели достичь не удалось, так как при приближении к поверхности воды к крыльям прорывался атмосферный воздух, в результате чего терялась их подъемная сила и судно проваливалось.

В 1936 г. сотрудником ЦАГИ Л. А. Эпштейном была предложена схема катера с автоматическим управлением подъемной силы подводного крыла. При массе 1,3 т катер при мощности 96 кВт с передачей на воздушный винт развивал скорость до 100 км/ч. Здесь, как и в схеме Грюнберга, пришлось столкнуться с трудностями обеспечения стабильного хода катера в вертикальной плоскости и с низкими характеристиками боковой остойчивости.

В ЦАГИ велась также работа по применению V-образных пересекающих поверхность воды подводных крыльев. Были предприняты попытки избежать неблагоприятного влияния передних крыльев на задние путем разнесения площадей носового крыла по ширине. По такому принципу в 1946-1947 гг. в ЦАГИ был построен катер массой 1,5 т, который при мощности двигателя 66 кВт развивал скорость до 60 км/ч.

В 1941 г. советский конструктор Р. Е. Алексеев приступил к работам по созданию судов на подводных крыльях. В поисках схемы судна для речных условий с ограниченной осадкой в 1943 г. он предложил использовать малопогруженное подводное крыло. К этому времени на основе исследований, проведенных им в опытовых бассейнах и гидролотках, а также на несамоходных и самоходных моделях на открытом водоеме, Р. Е. Алексееву удалось подтвердить возможность решения с помощью малопогруженных подводных крыльев, глубина погружения которых составляет 15—30 % хорды крыла, вопросов стабильного хода, устойчивости движения и высокого гидродинамического качества. В 1943 г. Р. Е. Алексеевым был разработан проект и построен первый катер на подводных крыльях А-4 (рис. 16).

Испытания катера прошли успешно. При массе около 0,9 т и мощности двигателя 18 кВт он полностью выходил на подводные крылья и развивал скорость свыше 30 км/ч. Гидродинамическое качество катера при этом составляло около 9. Основными недостатками катера являлись трудности искусственного управления подъемной силой подводного крыла и обеспечения его поперечной остойчивости.

В 1945 г. Р. Е. Алексеевым был разработан проект катера на подводных крыльях А-5 (рис. 18). Носовое крыло этого катера состоит из трех разнесенных по высоте крыльев, каждое из двух кормовых, установленных по бортам, - из двух, разнесенных по высоте крыльев. В 1946 г. катер был построен и испытан. При массе около 1 т и мощности двигателя 53 кВт. он полностью выходил

на подводные крылья и развивал скорость

около 80 км/ч.

К 1947 г. Р. Е. Алексееву удалось экспериментально решить принципиальные

вопросы гидродинамики малопогруженного подводного крыла, взаимодействия его с корпусом и выступающими частями. К этому

времени был создан также оптимальный

профиль такого крыла. Все это позволило Р. Е. Алексееву в 1947 г. разработать схему судна на

малопогруженных подводных крыльях,

принципиально отличную от ранее известных, явившуюся прообразом для известных речных пассажирских СПК, созданных им в 50-е годы.

Катер при массе около 22 т при суммарной мощности 2 двигателей 800 кВт развивал на подводных крыльях скорость более 60 уз. Рис. 18. Схема СПК Р. Е. Алексеева А-5

В 1956 г., т. е. спустя семь лет после первого проекта, Р. Е. Алексеевым был разработан второй проект речного пассажирского судна на малопогруженных подводных крыльях. Ему было суждено стать первым речным пассажирским судном на подводных крыльях.

Одновременно с практической реализацией принципиальных схем неуправляемых подводных крыльев появились первые опытные катера на глубокопогруженных подводных крыльях. По-видимому, наиболее успешные работы в этом направлении принадлежат английскому инженеру Кристоферу Гуку, который в развитие идей братьев Мичем в конце 40-х - начале 50-х годов предложил систему глубокопогруженных крыльев с изменяемым углом атаки.

Таким образом, 50-е годы 20- го века дали жизнь трем из четырех открытых направлений создания судов на подводных крыльях.

Архитектурно-конструктивные особенности судов на подводных крыльях.

Внедрение нового принципа движения на воде настоятельно потребовало пересмотреть внешнюю и внутреннюю архитектуру и планировку судов, разработать и выбрать новые конструкции и материалы.

Резкий рост скорости движения, подъем всего корпуса судна над водной поверхностью привели к тому, что с целью снижения аэродинамического сопротивления и улучшения экстерьера корпусу, надстройке, рубке и выступающим частям судна приданы обтекаемые стремительные формы.

Судно на подводных крыльях можно назвать скоростным водным автобусом, назначение которого — быстрая доставка пассажиров на короткие и средние расстояния (до 500—600 км) с использованием самых дешевых дорог — рек, водохранилищ и морей. По общему расположению суда на подводных крыльях также напоминают самолет или автобус.

Учитывая кратковременность пребывания пассажира на борту пассажирские помещения судов на подводных крыльях выполняют в виде салонов, оборудованных индивидуальными креслами авиационного типа с откидывающимися спинками или облегченными мягкими креслами или диванами. Салон располагают с учетом обеспечения максимальных удобств пассажиров, хорошего обзора и достаточного удаления от основного источника шума — машинного отделения.

Рулевая рубка — центральный пост управления — находится, как правило, в носовой части судна, что обусловливает нормальное управление судном даже в условиях извилистых и засоренных рек. Машинное отделение следует по возможности удалять и изолировать от пассажирских помещений. Наиболее рационально располагать машинное отделение в кормовых отсеках судна. Это связано,- однако, с необходимостью применения угловых редукторов или вертикальных передач мощности от двигателя к гребному винту.

На некоторых судах («Чайка», «Беларусь» и «Буревестник») кормовое расположение машинного отделения достигнуто в результате применения водометных движителей. Таким путем удалось значительно улучшить условия обитаемости этих судов по сравнению с судами, у которых машинное отделение находится в средних отсеках.

Вспомогательные служебные и бытовые помещения (кладовые, санузлы, дежурные каюты, буфеты и др.) необходимо размещать между машинным отделением и пассажирскими салонами, создавая тем самым дополнительную звукоизоляцию от источников шума. При расположении машинного отделения в средних отсеках теплохода над ними можно предусматривать только вспомогательные помещения или прогулочные палубы.

Основные места посадки и высадки на теплоходе необходимо проектировать с учетом максимального приближения их к посту управления, т. е. рулевой рубке, с целью минимальной потери времени на проведение операций по швартовке судна, высадке и посадке пассажиров и отходу судна от причалов.

На крылатых теплоходах целесообразно предусматривать для пассажиров открытые площадки или прогулочные палубы. При планировке помещений должны также учитываться определенные требования к положению ЦТ судна по длине. Наиболее целесообразное расположение ЦТ по длине — 2—4% длины в корму от миделя. Разница в положении ЦТ при полном водоизмещении и порожнем не должна превышать 4% длины.

Оборудование и архитектурное решение помещений теплохода на подводных крыльях подчинено одной задаче — обеспечению хороших условий обитаемости при наименьших затратах.

Внедрение новых материалов и учет специфических условий эксплуатации судов на подводных крыльях обусловили создание новых методов расчета прочности. В результате большой научно-исследовательской работы и обобщения опыта смежных областей техники были получены приближенные методы оценки прочности судов на подводных крыльях, позволившие разработать конструкцию корпуса современных судов на подводных крыльях.

Характерная особенность судов на подводных крыльях — значительное увеличение динамической составляющей изгибающего момента, которая в несколько раз превышает статическую составляющую. Кроме того, днищевые конструкции должны обеспечивать достаточную прочность при ударе о волну. Существующие методы расчета ударных нагрузок, возникающих при посадке гидросамолета и движении глиссера на волнении, не могли быть применены для судов на подводных крыльях. Поэтому в содружестве с учеными Горьковского политехнического института и Института инженеров водного транспорта (под руководством д-ра техн. наук проф. Н. В. Маттес) была разработана приближенная методика расчета внешних сил при движении судна на волнении.

Как показали многочисленные исследования, динамический изгибающий момент и давление на днище судна в значительной степени зависят от схемы крыльевого устройства, и в особенности от носового крыльевого устройства. В результате применения новых конструкций крыльевых устройств, разработанных применительно к конкретным условиям эксплуатации каждого судна, внешние нагрузки, действующие на корпус, удалось уменьшить на 50—60% (по сравнению с нагрузками глиссирующих судов).

Многие построенные суда на подводных крыльях имеют удельную мощность 28—32 л. с. на 1 т водоизмещения при скорости около 60 км/час. Однако доля полезной нагрузки у этих судов не превышает 30—32% (с учетом топлива) от полного веса судна. Для повышения доли полезной нагрузки, а следовательно, и увеличения экономической эффективности судна на подводных крыльях необходимо изыскать пути дальнейшего снижения веса корпуса, крыльев, механической установки, оборудования и др.

Корпуса и крыльевые устройства судна на подводных крыльях составляют в среднем 45—55% от веса его порожнем, и поэтому особое внимание при проектировании следует обращать на возможно большее уменьшение именно этих составляющих нагрузки. Анализ характеристик различных материалов показал, что наиболее приемлемы для судов на подводных крыльях такие материалы, как дюралюминий, используемый для изготовления клепаных корпусов, алюминиевомагниевые сплавы различных марок, применяемые для корпусов в сварном исполнении, а также нержавеющие стали, используемые для изготовления крыльевых устройств.

Снижение веса корпуса и крыльевого устройства судна на подводных крыльях во многом зависит от рационального выбора элементов конструкций корпуса и крыльевого устройства на основе правильно установленных действующих внешних нагрузок. Для крыльевых устройств дополнительные резервы в снижении веса можно найти также в результате применения других (взамен нержавеющей стали) материалов. На теплоходах «Чайка», «Беларусь» и «Буревестник» крыльевые устройства выполнены из алюминиевомагниевых сплавов типа АМг-61. При этом экономия составляет 50—65% от веса крыльевого устройства из нержавеющей стали. Опыт эксплуатации этих судов в 1963—. 1964 гг. показал достаточную прочность крыльевых устройств из алюминиевомагниевых сплавов не только при нормальной эксплуатации, но и в случае ударов о плавающие бревна, а также при посадке на мель. В настоящее время необходимо экспериментально установить характеристики усталостной прочности и долговечность крыльевых устройств, выполненных из алюминиевомагниевых сплавов.

Большая экономия в весе может быть получена также в результате применения пластмасс для изготовления крыльевых устройств. Расчеты показывают, что изготовленные из стеклопластиков с армированием крыльевые устройства обеспечивают экономию в весе для теплоходов типа «Ракета» ~ 700 кг, типа «Метеор» ~ 2000 кг, типа «Комета» ~2300 кг (по сравнению с крыльевыми устройствами из нержавеющей стали).

Экономия в весе при создании изоляции и при отделке судов достигается благодаря применению пленочных материалов, а также менее шумных механизмов и устройств, что позволяет уменьшить вес материала, идущего на звукоизоляцию.

Учитывая сравнительно высокую стоимость материалов и оборудования, используемых на скоростных судах, необходимо, наряду с экономией веса, стремиться к упрощению технологии и уменьшению стоимости постройки этих судов. В некоторых случаях целесообразно пойти на ухудшение гидродинамических и других качеств судна. Так, в последнее время клепаные корпуса из дюралюминия стали заменяться сварными корпусами из алюминиевомагниевых сплавов. Это приводит к некоторому утяжелению конструкции (механические свойства алюминиевомагниевых сплавов типа АМг-61 хуже, чем у дюралюминия; у Д16АТ G_Т = 3000 кг/см², G _В = 4400 кг/см², у АМг-61 G_т = 1800 кг/см², G _в = 3400 кг/см²), однако оправдано тем, что снижается трудоемкость и стоимость изготовления, а также улучшаются условия труда рабочих.

Применение клеесварных конструкций из дюралюминия позволяет сохранить как весовые, так и прочностные качества конструкции при значительном снижении трудоемкости на изготовление. Такие конструкции применены на судах типа «Комета» и «Буревестник». В недалеком будущем клеесварные конструкции как наиболее перспективные найдут широкое применение в конструкциях из легких сплавов. Очень перспективно использование в конструкциях судов на подводных крыльях прессованных панелей. Особенно выгодно применение прессованных панелей для корпусов с навесной системой набора. Навесная система (рис. 74) характеризуется тем, что шпангоуты «навешены» на продольные ребра жесткости. Применение такой конструкции позволило значительно уменьшить протяженность заклепочных или сварных швов и снизить трудоемкость постройки.

Металлические конструкции судов на подводных крыльях, выполненные из алюминиевых сплавов, с целью защиты от коррозии покрывают снаружи и изнутри грунтами ВЛ-02. Наружные поверхности дополнительно окрашивают: надводную часть — красками типа ПФ, подводную — красками ЭШЭЛ, ХВ.

Кроме лакокрасочных покрытий подводная часть корпуса морских судов защищается от коррозии электрохимическим способом. Благодаря установке на судах типа «Комета» магниевых протекторов МЛ-4 или МЛ-5 (на днищевой части корпуса и кронштейнах крыльевого устройства) корпус оказывается полностью защищенным от коррозии. Однако при этом на подводные крылья, выполненные из нержавеющей стали и электрически не изолированные от алюмипиевомагниевого корпуса, интенсивно выпадают солевые отложения, не смываемые водой. Через 20—25 дней слой солей крупнозернистой структуры, отложившийся на поверхности крыльевого устройства, приводит к тому, что теплоход выходит на крылья со значительной перегрузкой главных двигателей или вовсе не выходит на крылья. На преодоление дополнительного сопротивления требуется 100— 150 л. с. Для очистки крыльев необходим подъем теплохода. Очистка от солей производится механически (с помощью наждачной шкурки, скребков, шлифовальной машинки) или химически— 3—4%-ным раствором серной кислоты.

Борьба с выпадением солей ведется двумя способами. Первый— покрытие плоскостей крыльев и стоек красками типа ЭСКАП, т. е. изоляция крыльев от корпуса путем окраски.

Хотя такая окраска и не устраняет полностью выпадение солевых осадков, однако сцепление солей с поверхностью крыла значительно уменьшается, в результате соли легко смываются водой при ежедневной эксплуатации или могут удаляться периодически через 20—30 дней аквалангистом с помощью жесткой щетки.

Второй способ — электроизоляция от корпуса крыльевого устройства и выступающих частей, выполненных из металла с другим потенциалом, нежели корпусный металл. Изоляция в данном случае производится с помощью прокладок и втулок, устанавливаемых под планшеты и болты крепления. Этот способ более трудоемкий и сложный, но, по-видимому, и более эффективный. Оба способа по предотвращению солеотложений проверяются в эксплуатации.

Силовые установки судов на подводных крыльях.

Тип силовой установки на СПК предопределяет прежде всего — необходимая мощность в одном агрегате при минимальном весе, малый удельный расход топлива, небольшие габариты, возможность реверсирования и свободного хода; высокая эксплуатационная надежность, большой моторесурс, низкая стоимость. В настоящее время трудно найти двигатель, отвечающий одновременно всем перечисленным требованиям. Рассмотрим особенности двигателей различных типов.

Двигатель внутреннего сгорания. Из двигателей внутреннего сгорания наиболее целесообразно применение дизелей, работающих на относительно безопасном топливе (по сравнению с бензиновым двигателем). Выпускаемые промышленностью быстроходные дизели не больших габаритов мало расходуют топлива, имеют сравнительно невысокую строительную стоимость. Реверсивные муфты их обладают свободным ходом, а большие числа оборотов позволяют выбрать гребной винт с высокими пропульсивными характеристиками при относительно небольшом диаметре. Последнее(диаметр гребного винта) особенно важно для речных судов на подводных крыльях, осадка которых ограничена. Однако небольшой моторесурс быстроходных высокооборотных дизелей (500—1000 час.) и относительно небольшая мощность в одном агрегате ограничивают применение дизелей на судах с подводными крыльями, особенно при водоизмещении судов свыше 100 т.

Турбовинтовые двигатели (ТВД), используемые в авиации, имеют небольшие габариты, обладают очень малым удельным весом (0,15—0,3 кг/л, с.), большой мощностью в одном агрегате и значительным моторесурсом. Однако применение этих двигателей в судостроении связано с необходимостью ряда переделок. Использование выпускаемых отечественной промышленностью одновальных турбин с приводом на воздушный винт нерационально, поскольку при скоростях 60—70 км/час к. п. д. воздушного винта крайне мал. Возможна установка ТВД с приводом на гребной винт регулируемого шага (ВРШ). Однако в этом случае необходимо учитывать сложность, повышенную стоимость и недостаточную надежность (особенно в речных засоренных водах) винтов регулируемого шага.

Наиболее реальна силовая установка с одновальной ТВД и с приводом на водометный движитель. Такая установка предусмотрена на турбоходе «Буревестник» и находится в опытной эксплуатации. Двухвальные турбовинтовые двигатели могут быть применены с приводом на гребной винт фиксированного шага, но в этом случае требуются дополнительные средства для обеспечения заднего хода судна.

Кроме отмеченного, к недостаткам ТВД надо отнести их сравнительно высокую строительную стоимость и большой удельный расход топлива. При использовании подобных двигателей на судах всегда нужно помнить о необходимости приспособления ТВД к работе в морских условиях.

Применение на крылатых судах реактивных двигателей нецелесообразно ввиду значительного удельного расхода топлива и большой шумности этих двигателей.

На многих построенных судах передача мощности от двигателя к гребному винту осуществляется через наклонный валопровод. Для нормальной работы двигателя и гребного винта наклон валовой линии вала не должен превышать 12—15°. Поэтому силовая установка размещается в средних отсеках судна, т. е. вблизи от пассажирских помещений. При таком расположении валопровод имеет большую длину и значительный вес, создает дополнительное сопротивление движению, а гребной винт работает в косом потоке. Но несмотря на отмеченные недостатки передача мощности через наклонный валопровод оказывается относительно дешевой, надежной и легко осуществимой.

Создание вертикальных передач мощности позволило бы не только улучшить условия работы гребного винта и расположить силовую установку в кормовых отсеках судна, но и дало бы возможность значительно увеличить подъем корпуса судна над водой, а следовательно, повысить мореходность судов.

С некоторыми потерями к. п. д. движителя силовую установку можно расположить в кормовых отсеках судна при установке водометного движителя. Такие силовые установки с водометными движителями применены на судах «Чайка» (с дизелем типа М-50) и «Буревестник» (с газотурбинным двигателем АИ-20). Кроме возможности расположения силовой установки в кормовых отсеках судна, использование водометных движителей позволяет повысить эксплуатационную надежность движительно-рулевого комплекса, наиболее уязвимого в условиях засоренных фарватеров.

Независимо от расположения по длине судна силовая установка должна управляться из рулевой рубки. Управление силовой установкой — запуск, изменение подачи топлива, реверс и останов — могут осуществляться с помощью гидравлической, электрической или электрогидравлической систем или с помощью жестких тяг. На построенных судах применен электрический привод пускового клапана и гидравлический привод для управления подачей топлива и реверсом. На рис. 76 показана типовая для всех построенных судов принципиальная схема управления подачей топлива и реверса дизелей типа М-50.

Обеспечение эксплуатационных удобств в обслуживании и выбор размеров машинного отделения сопровождаются противоречивыми предпосылками. Учитывая, что практически все машинное отделение имеет звукоизоляцию и противопожарные покрытия, целесообразно с целью снижения веса стремиться к уменьшению его размеров. Однако для эксплуатационного обслуживания установки (смена фильтров, смена масла, осмотр соединений системы, работы с вспомогательным энергоагрегатом) необходимо предусмотреть проходы ко всем механизмам (главным и вспомогательным) и оборудованию силовой установки. При обеспечении дистанционного управления не только главными двигателями, но и вспомогательными, эти противоречия практически исключаются.

Жесткие требования предъявляются также к системам, обслуживающим силовую установку. Чтобы вес трубопроводов и оборудования был наименьшим, они должны изготавливаться из легких сплавов или из пластмасс. Кроме того, оборудование должно быть расположено так, чтобы длина трубопроводов была минимальной. Иногда целесообразно некоторое снижение долговечности отдельных деталей или узлов с целью значительного уменьшения их веса.

Особенности обводов корпуса и выступающих частей судов на подводных крыльях.

Суда на малопогруженных подводных крыльях имеют высокое гидродинамическое качество на эксплуатационных скоростях. У современных отечественных судов оно колеблется в пределах 12 - 16. Однако возможность реализации этого качества связана с режимом выхода судна на подводные крылья. Как показано на рис. 31, в районе (0,4 - 0,6) судно на подводных крыльях имеет минимальное гидродинамическое качество. В этом диапазоне расположен так называемый «горб» сопротивления. На «горбе» гидродинамическое качество отечественных судов на подводных крыльях составляет 8 - 11.

Наличие «горба» сопротивления, как правило, не позволяет реализовать максимальное гидродинамическое качество при ходе на подводных крыльях, так как параметры движителя выбираются не только из условия его оптимальности в районе максимального гидродинамического

Рис. 31. Зависимость сопротивления воды движению

судна от скорости.

скорость соответствующая ;

эксплуатационная скорос

качества, но и из условия обеспечения судну упора, необходимого для преодоления «горба» сопротивления, т. е. выхода судна на крылья. Таким образом, одна из важных задач при проектировании судна на подводных крыльях — повышение гидродинамического качества на

режиме выхода судна на крылья (снижение «горба» сопротивления).

Исследования показывают, что превалирующей составляющей сопротивления судна на подводных крыльях на малых скоростях, включая режим выхода, оказывается сопротивление его

корпуса. Поэтому правильный выбор формы и обводов корпуса — одна из главных задач, обеспечивающих успешное проектирование судна на подводных крыльях. Проектируя корпус, следует учитывать необходимость придания судну хороших мореходных качеств при движении на волнении.

Разработанные для отечественных судов на малопогруженных подводных крыльях формы и обводы корпуса существенно отличаются от известных обводов водоизмещающих и глиссирующих судов. Корпусам судов на крыльях свойственны килеватость днища, наличие резко выраженных скул и реданов. Килеватость днища, форма и количество реданов, полнота носовой и кормовой оконечностей зависят от назначения судна и в каждом конкретном случае выбираются исходя из условий оптимального взаимодействия с крыльевым устройством и выступающими частями. Например, корпус катера «Волга» для обеспечения наибольшего гидродинамического качества при выходе на крылья и повышения мореходности снабжен четырьмя реданами. Реданы имеют клиновидную в плане форму, что обусловливает при ходе катера на волнении (в случае замывания корпуса или провала подводного крыла) вход в воду относительно небольшой части днища. Этому же способствует и килеватость шпангоутов на реданах, которая меняется в пределах 12 - 25°, причем кормовым реданам соответствуют меньшие углы. Большое значение при движении на волнении имеет носовой редан, улучшающий всхожесть катера на волну.

Корпус катера «Волга» — первый многореданный корпус, созданный применительно к судну на подводных крыльях,— показал во взаимодействии с подводными крыльями и выступающими частями высокие гидродинамические характеристики и мореходные качества.

Корпус теплохода «Ракета» имеет один клиновидный редан с углом килеватости 8°, расположенный на расстоянии 0,7 l кр от носового крыла. В кормовой части за реданом расположен кормовой срывник. Такие обводы корпуса обеспечивают во взаимодействии с подводными крыльями необходимую дифферентовку корпуса при выходе на крылья и высокое гидродинамическое качество.

Корпус теплохода «Метеор», рассчитанный на плавание и в водохранилищах, имеет увеличенную килеватость и дополнительный носовой редан. Корпуса морских судов «Комета» и «Вихрь» обладают увеличенной килеватостью по сравнению с корпусами речных и озерных судов.

В каждом конкретном случае выбранные в первом приближении форма и обводы корпуса в комплексе с подводными крыльями и выступающими частями должны быть доработаны экспериментально.

Для повышения гидродинамического качества при выходе судна на крылья на морских судах «Комета» и «Вихрь» впервые применено среднее крыло. При выходе судна на крылья и замывании корпуса волной среднее крыло работает аналогично редану, значительно снижая сопротивление на этих режимах движения. Параметры и расположение среднего подводного крыла выбирают для конкретных форм и обводов корпуса с учетом взаимодействия с носовым крылом и кормовым комплексом судна.

К выступающим частям судов на подводных крыльях относятся стойки крыльев, кронштейны, гребные валы, обтекатели, рули и т. д.

Сопротивление выступающих частей у отечественных судов на малопогруженных подводных крыльях составляет (в процентах от полного сопротивления):

Выступающие части выбираются с учетом требований, предъявляемых к гидродинамике и прочности. Проектируя стойки крыльев и кронштейны, соединенные с крыльями, следует исключать возможность попадания воздуха на засасывающую стенку крыла при срывном обтекании стоек на высоких скоростях движения или на циркуляции. Для этого носок стойки и других выступающих частей необходимо перекрывать горизонтальным козырьком или ставить стойки так, чтобы их носки располагались не ближе '/з хорды от носка крыла. При таком расположении точки максимальных разрежений на поверхности профиля крыла и профиля стойки смещены. Заднюю кромку стоек следует выпускать за заднюю кромку крыла и для высоких скоростей делать ее тупой. Этим достигается отрывное обтекание стоек, и воздух, проникающий по стойкам, уходит в образовавшуюся за стойкой каверну, не попадая на крыло.

Заметное влияние на величину сопротивления выступающих частей оказывает свободная поверхность. Ввиду образования волн и брызг при пересечении выступающими частями поверх ности воды сопротивление движению увеличивается.

Условия работы рулей судов на подводных крыльях имеют специфическую особенность, заключающуюся в том, что при ходе судна на подводных крыльях руль пересекает поверхность воды. Поэтому при выборе геометрии и места расположения руля следует стремиться к тому, чтобы требуемые усилия на руле, обеспечивающие необходимые эволюции судна, достигались в бессрывном диапазоне углов перекладки руля. Угол срыва потока с руля, пересекающего поверхность воды, в широком диапазоне изменения удлинений и профилей сечений составляет 12-15°.

Движетели судов на подводных крыльях.

Наиболее распространенными типами движетелей судов на подводных крыльях являются гребной винт и водомет. По принципу действия они я вляются водореактивными, так как движущая сила на них создается за счет отбрасывания захватываемых из окружающей среды масс воды в сторону, противоположную направлению движения судна. Иногда на судах на подводных крыльях применяются воздушно-реактивные движетели (воздушный винт, турбореактивный двигатель и др.).

Особенности гидродинамики и проектирования гребных винтов судов на подводных крыльях. Гребные винты судов на подводных крыльях работают в специфических условиях. Для того, чтобы сохранить необходимое погружение гребному винту при выходе корпуса судна из воды, его исходное погружение должно быть достаточным, чего можно достичь с помощью наклонного валопровода или угловой колонки. Наибольшее распространение на СПК получила установка гребных винтов на наклонных валопроводах. Угол установки валопроводов при этом колеблется от 6 до 15°, т. е. гребной винт работает в условиях косого потока.

При движении судна на подводных крыльях гребной вал пересекает поверхность воды, что может привести к проникновению атмосферного воздуха через зону разрежения, образующуюся вдоль вала, в область работы гребного винта. Это может оказать существенное влияние на его гидродинамические характеристики.

Из-за больших скоростей движения гребные винты судов на подводных крыльях работают, как правило, в условиях развитой кавитации. Отмеченные характерные условия работы гребных винтов судов на подводных крыльях обусловили особенности их проектирования.

Решить задачу гидродинамики гребного винта судна на подводных крыльях с помощью оценки влияния на него отдельных факторов (косого потока, попадания атмосферного воздуха, кавитации и др.) не представляется возможным, так как все эти факторы активно взаимодействуют. Так, косой поток ускоряет наступление кавитации, засасывание атмосферного воздуха и область работы гребного винта может качественно изменить характер кавитации и т. д. Все это приводит к большим трудностям при определении гидродинамических характеристик гребных винтов судов на подводных крыльях. Тем не менее, благодаря работам Э. Э. Папмеля, Н. Н. Поляхова, А. М. Басина, В. М. Лаврентьева, И. Я. Миниовича, А. А. Русецкого, Ю. М. Садовникова и др. гидродинамические характеристики гребных винтов судов на подводных крыльях можно определить с достаточной для практических целей точностью.

Выбор геометрии и места расположения гребного винта СПК. Выбор геометрии и места расположения гребного винта, обеспечивающих движение судна на подводных крыльях во всем диапазоне его скорости с учетом отмеченных факторов, представляет сложную задачу. К особенностям проектирования гребного винта добавляется также специфический характер кривой сопротивления судна на подводных крыльях по скорости. Наличие „горба" сопротивления может привести к тому, что оптимальный гребной винт для основных режимов движения СПК не обеспечивает выхода судна на подводные крылья или наоборот, оптимальный гребной винт для преодоления „горба" сопротивления не обеспечивает заданной скорости или неэкономичен для нее.

В конечном счете пригодность гребного винта для данного судна определяется его паспортной диаграммой, которая представляет собой совокупность взаимно согласованных между собой характеристик корпуса или крыльевого устройства с выступающими частями, двигателя и гребного винта, построенных в зависимости от скорости движения.

При выборе места установки гребного винта СПК стремятся к тому, чтобы избежать засасывания к нему атмосферного воздуха. С этой целью его устанавливают в зоне повышенного давления кормового крыла или защищают от свободной поверхности воды специальными козырьками.

Учитывая, что гребные винты СПК расположены вблизи поверхности воды, а значит, подвержены ударам плавающих в воде тел, особенно в речных условиях, для защиты впереди них устанавливаются специальные отбойники. Откидка лопастей гребного винта в корму способствует смягчению удара при встрече его, например, с топляком.

Частично погруженные гребные винты. Одним из способов снижения осадки судов на подводных крыльях является применение полупогруженных винтов. При работе гребного винта в условиях частичного погружения в воду значительно ухудшаются его гидродинамические характеристики. Причинами этого являются: уменьшение гидравлического сечения движителя из-за частичного погружения или понижения уровня воды перед гребным винтом; засасывание воздуха из атмосферы и поверхностная кавитация; волнообразование, вызываемое гребным винтом, и нестационарность развития подъемной силы на лопастях гребного винта.

В общем виде задача о частично погруженном гребном винте решена А. М. Васиным, однако создать практический метод расчета на основе этого решения не удалось. Для разработки такого метода потребовалось проведение широкой программы модельных испытаний, в результате которых были получены необходимые материалы по влиянию пересечения лопастями гребного винта поверхности воды на его гидродинамические характеристики.

На основе полученных материалов сделаны следующие рекомендации по проектированию частично погруженных гребных винтов:

режим работы необходимо выбирать исходя из неравенства ;

относительное погружение Т должно быть не менее 0,4;

дисковое отношение выбирается, как и для глубокопогруженного некавитирующего;

число лопастей должно быть максимально возможным из условия минимальной вибрации;

профиль сечения лопастей рекомендуется принимать в виде плосковыпуклого сегмента;

форму лопастей целесообразно принимать саблевидной.

Водометный движетель на судах на подводных крыльях. Скоростные водометные движители впервые созданы в СССР. Эту задачу удалось успешно решить Р. Е. Алексееву в конце 40-х - начале 50-х годов применительно к судам на подводных крыльях. Основными причинами создания скоростных водометных движителей явились: необходимость максимального снижения осадки речных судов на подводных крыльях; требования повышения надежности движителя, работающего вблизи поверхности воды в условиях наибольшей вероятности столкновений с плавающими в ней предметами; попытка исключить или снизить вредные влияния на движитель кавитации и эрозии и обеспечить судну удовлетворительную управляемость на малых скоростях.

При создании водометного движителя газотурбохода „Буревестник" наряду с традиционными решалась принципиально новая задача создания работоспособного двигательно-движительного комплекса — одновальная газовая турбина — водометный движитель. Такая турбина развивает максимальную мощность на определенной частоте вращения. Использовать для ее работы обычный гребной винт нельзя, так как, с одной стороны, он требует для раскрутки до требуемой частоты вращения наличия определенной мощности, которой турбина при малых числах оборотов не располагает, а с другой стороны, он не позволяет регулировать упор, работая на постоянной частоте вращения. В таких условиях можно было бы применить винт регулируемого шага (ВРШ), но создание такого винта для больших мощностей — не менее серьезная проблема.

Разработанные к настоящему времени основы теории и расчета водометных движителей позволяют на первой стадии проектирования осуществлять приближенный выбор основных элементов водомета для СПК. Наибольшее распространение получили методы, разработанные под руководством А. М. Басина и М. А. Мавлюдовым.

Важной особенностью водометеного движетеля является то, что при одном и том же диаметре рабочего колеса на нем можно создать заданный упор при различных массовых расходах воды через движетель.

Учитывая, что гребные винты СПК работают на основных режимах в условиях развитой кавитации, спроектировав водомет, работающий на докавитационных режимах, мы получим относительный выйгрыш по КПД.

Рассмотрим устройство водометного движетеля на примере скоростного катера Б-1. На кактере установлен трехступенчатый водометный движетель.

Насосная часть водомета находится за транцем катера. Забор воды осуществляется через щелевидное отверстие, расположенное впереди кормового крыла катера.

К корпусу катера в транцевой и днищевой частях водозаборник крепится на фланцах. В целях защиты насосной части от попадания посторонних предметов на входе в водозаборник установлена съемная решетка с продольными и поперечными ребрами. Съемная конструкция решетки позволяет проводить на одном и том же водозаборнике испытания различных решеток и облегчает доступ во внутреннюю часть водозаборника.

Крутящий момент от двигателя к движителю передается через промежуточный вал. Для передачи упора ротора на корпус используется упорный подшипник, установленный на валу ротора. Фундамент упорного подшипника приварен к водозаборнику и крепится к корпусу катера.

Управление и задний ход катера осуществляются поворотом струи, выбрасываемой водометом, с помощью реверсивно-рулевых пластин. Реверсивно-рулевое устройство представляет собой коробку, навешенную на сопловую часть водомерного движителя. К коробке на петлях крепятся реверсивно-рулевые пластины. Реверс осуществляется при перекладке рулевых пластин на 90° к ДП катера за счет изменения направления струи с помощью специальных отгибов в нижней части рулевых пластин. Катер поворачивается на ходу благодаря одновременной перекладке рулевых пластин с борта на борт. Привод управления рулями - электрогидравлический. Каждый баллер соединен со своим гидроцилиндром. Система гидроуправления рулевыми створками расположена на кронштейне за транцем катера. Кнопочное управление системой находится на пульте управления катера.

Элементы проектирования СПК.

Требования, предъявляемые к подводным крыльям.

К подводным крыльям как к несущим элементам крылатых судов предъявляется ряд требований, являющихся определяющими при их проектировании. Некоторые из них являются необходимыми для любого типа судна на подводных крыльях, другие – в зависимости от назначения СПК – желательными. К необходимым требованиям относятся следующие:

1. Способность поддержать постоянное значение подъемной силы в широком диапазоне скоростей движения. Это требование вытекает из необходимости стабильного движения судна на подводных крыльях в вертикальной плоскости при изменении скорости его движения (ба
лансировка судна по скорости).

Для поддержания равенства Y= const при изменении скорости v, соответствующим изменениям должны подвергаться коэффициент подъемной силы крыла Су или его площадь S, или Су и 5 одновременно, поэтому балансировка судна по скорости различными конструкторами решается неодинаково.

2. Способность обеспечения судну продольной и боковой остойчивости (в дальнейшем — устойчивости) движения. Действительно, после отрыва корпуса судна от воды только подводные крылья, находясь в контакте с водой, способны взять на себя эти функции. Балансировка судна по скорости принципиально обеспечивает одновременно и продольную устойчивость при движении судна на крыльях. Для обеспечения боковой устойчивости этого оказывается недостаточно. Под
водные крылья для решения этой задачи должны иметь необходимый разнос по ширине (способ Форланини), необходимый размах подводной части (способы Крокко и Р. Е. Алексеева) или устройства для управления (стабилизации) боковым моментом подводных крыльев (способ Гука).

3. Возможность получения максимального гидродинамического качества, т. е. требуемой подъемной силы при минимальном сопротивлении. Это требование может стать необходимым, если энергетические возможности судна ограничены или предъявлены жесткие требования в части экономики. В частном случае, если решается задача получения максимальной скорости или мореходности, это требование может перейти в разряд целесообразных.

Чтобы удовлетворить требованию максимального качества подводное крыло должно иметь

Су =mах при минимальном значении Сх. Учитывая, что Су и Сх определяются преимущественно удлинением крыла и его профилем, при проектировании крыла с этих позиций особое внимание должно быть уделено выбору удлинения крыла и геометрии профиля его сечения. Максимальные значения гидродинамического качества реальных подводных крыльев могут превышать и 25.

4. Способность обеспечения судну требуемых характеристик управляемости и маневренности при движении на подводных крыльях.

5. Возможность обеспечения требуемых характеристик мореходности судна. Применительно к морским СПК это требование является необходимым.

Кроме перечисленных требований, которые в большинстве случаев являются необходимыми при проектировании подводных крыльев любого судна типа крылатого, в зависимости от назначения, условий эксплуатации, типа энергетической установки судна к подводным крыльям могут быть предъявлены требования минимального сопротивления при выходе судна на крылья, максимальной скорости бескавитационного обтекания, оптимального взаимодействия с корпусом при движении на волне, минимальной осадки на мелководье и др. Удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к подводным крыльям, практически невозможно. Поэтому при их проектировании учитываются лишь те требования, которые для данного судна являются главными. Например, если ставится задача получения максимальной скорости при высоком гидродинамическом качестве, то одним из основных требований должно быть обеспечение максимальной скорости бескавитационного обтекания подводного крыла. При создании морского судна на передний план выдвигается требование высокой мореходности и т. д. Другие требования удовлетворяются по мере возможности.

Выбор количества и расположения подводных крыльев по длине судна.

Созданные образцы СПК имеют два основных несущих крыла (для „этажерочных" крыльев они различны в зависимости от скорости). Устанавливаемые дополнительные подводные крылья выполняют, как правило, функции обеспечения устойчивости движения и мореходности на переходных режимах.

Расположение подводных крыльев по длине судна определяется преимущественно требованиями продольной устойчивости движения. Здесь основной характеристикой является расположение подводных крыльев относительно центра тяжести судна, которое определяет распределение нагрузки между крыльями.

Из созданных СПК наибольшее распространение получили суда со следующим распределением нагрузки (массы) между крыльями (рис. 19):

1. Носовое и кормовое подводные крылья несут около половины массы судна (например, если на кормовое приходится 60 % массы судна, то на носовое соответственно 40 %).

Рис. 19. Расположение подводных крыльев относительно корпуса СПК: а - сплошные крылья (/ -тандем; II -самолетное расположение; III -утка); б - разрезные крылья (I-III - носовое; IV - кормовое)

Обычно кормовое крыло несет несколько больше, чем носовое. Такое распределение массы судна между крыльями и соответствующая схема расположения подводных крыльев относительно центра тяжести судна, называются нормальными. По указанной схеме создана большая часть судов на подводных крыльях.

2. Основную массу судна несет одно крыло (80-90 % массы), а второе выполняет функции стабилизатора. При таком распределении массы между подводными крыльями различают две схемы:

одно крыло, несущее 80—90 % массы, расположено в корму от центра тяжести судна, а второе в нос (такая схема называется с носовым стабилизатором или уткой);

одно крыло, несущее 80—90 % массы, расположено в нос от центра тяжести судна, а второе в корму (схема называется с кормовым стабилизатором, или самолетной).

При расположении подводных крыльев по длине судна следует учитывать влияние носового крыла на кормовое.

Выбор площади подводных крыльев.

При установившемся движении СПК Yн + YK =D. Рассмотрим характерные режимы движения судна на подводных крыльях.

1. Режим плавания, когда подъемная сила подводных крыльев не значительна и превалируют гидростатические силы корпуса. В этом случае подводные крылья создают лишь дополнительное сопротивление, поэтому целесообразно их выполнять с минимальной площадью.

2. Режим выхода судна на подводные крылья, начинающийся с момента начала подъема носовой части судна и завершающийся отрывом его кормовой части от воды. Этому режиму соответствует максимальное сопротивление судна, которое интенсивно снижается при отрыве корпуса от воды. Учитывая, что сопротивление воды движению судна пропорционально квадрату его скорости, максимум сопротивления СПК, соответствующий движению судна на носовом крыле и корме (так называемый горб сопротивления), можно значительно снизить, уменьшив скорость его выхода из воды. Для этого следует увеличить площадь подводных крыльев или их коэффициенты подъемной силы.

3. Режим движения на подводных крыльях, когда выбор площадей подводных крыльев производится исходя из возможности получения максимального гидродинамического качества, условий безотрывного и бескавитационного обтекания подводных крыльев и (для морских судов) из требований мореходности.

Таким образом, требования, предъявляемые к площади подводных крыльев, на разных режимах неодинаковы.

Рассмотрим, как эти требования могут быть реализованы применительно к различным принципиальным схемам подводных крыльев.

Для первого режима малопогруженные и глубокопогруженные автоматически управляемые подводные крылья предпочтительнее, так как имеют постоянную минимальную площадь, соответствующую движению на подводных крыльях, а следовательно, и минимальное сопротивление.

Для второго режима предпочтительны „этажерочные" и пересекающие поверхности воды V-образные подводные крылья с дополнительной площадью (относительно площади подводных крыльев на основном режиме), которая позволяет осуществить более ранний по скорости выход судна на крылья, а следовательно, и минимальное сопротивление на этом режиме.

Для третьего, основного режима движения, преимущество той или иной крыльевой схемы заранее предопределить невозможно, так как оно определяется не только сопротивлением или гидродинамическим качеством.

Учитывая, что эксплуатационные и экономические качества судна определяются основным режимом движения, выбор площадей подводных крыльев осуществляется в первую очередь для этого режима. Если же (например, из-за большого сопротивления) не обеспечивается выход судна на подводные крылья, выбранные площади подводных крыльев могут быть уменьшены.

Опыт создания СПК позволяет дать рекомендации по приближенным значениям коэффициентов подъемной силы подводных крыльев, которые могут быть использованы для предварительного выбора их площадей.

Для малопогруженных подводных крыльев с глубинами погружения под свободную поверхность на основном режиме h =0,15 - 0,25 и углами атаки 0,5-2,0° в зависимости от скорости движения могут быть приняты следующие значения Су: при 50-70 км/ч для носового крыла - 0,20-0,15; для кормового-0,25-0,20; при 80-100 км/ч соответственно 0,12-0,08 и 0,16-0,12. Для пересекающих поверхность воды V-образных подводных крыльев с углами атаки 1,0-3,0° значения Су: при 50-70 км/ч соответственно 0,30-0,20 и 0,40-0,30; при 80-100 км/ч - 0,20-0,15 и 0.25-0.18. Для подводных крыльев с углами атаки 2—5° можно принять следующие С_у: при 50-70 км/ч соответственно 0,8 и 0,6; при 80—100 км/ч 0,5 и 0,3.

Приняв в первом приближении эти значения Сyн и Сук, можно выбрать S_H и S_К.

Заслуживает внимания способ ориентировочной оценки площадей подводных крыльев по значению удельной нагрузки на крыло. В соответствии с ним удельная нагрузка на крыло D/S связана со скоростью судна выражением:

Площади крыльев, приближенно выбранные по приведенным способам, в какой-то степени учитывают и режим выхода судна на подводные крылья. У созданных СПК скорость отрыва корпуса от воды = (0,5 - 0,6)

Учитывая, что при и суммарная подъемная сила подводных крыльев должна быть равна массе судна, и принимая = 0,5 , нетрудно получить соотношение

Таким образом, для обеспечения выхода судна на крылья необходимо, чтобы произведение C_yS каждого крыла при выходе на крылья было в четыре раза больше, чем на основном режиме. Этого можно достичь увеличением С_у и S, или того и другого множителя одновременно.

На судах с V-образными пересекающими поверхность воды подводными крыльями общая площадь носового и кормового крыльев примерно в два раза больше, чем их погруженная площадь при движении на крыльях. Поэтому для обеспечения выхода на крылья при = 0,5 для этих подводных крыльев достаточно, чтобы их коэффициент подъемной силы при выходе на крылья был в два раза больше, чем на основном режиме.

На судах с мало- и глубокопогруженными крыльями при неизменной площади крыльев вся нагрузка падает на коэффициент подъемной силы, который для обеспечения равенства = 0,5 , должен быть при выходе на крылья в четыре раза больше, чем на основном режиме. Если этого сделать не удастся, то v₀ > 0,5 с соответствующим падением гидродинамического качества при выходе судна на крылья.

Выбор типа подводных крыльев.

С помощью V-образной формы подводных крыльев удается эффективно решить принципиальные вопросы стабилизации подъемной силы по скорости и обеспечения продольной устойчивости движения за счет изменения погруженной площади крыльев. Однако вопросы боковой устойчивости с помощью таких подводных крыльев решить трудно, так как при увеличении скорости движения у них с уменьшением площади уменьшается и размах части крыла, погруженной в воду. Так как для обеспечения боковой устойчивости СПК размах погруженной части подводных крыльев должен быть соизмерим с шириной корпуса, при V-образных подводных крыльях их общий размах приходится делать настолько большим, что при этом затрудняется эксплуатация судна, увеличивая осадку и затрудняя швартовку. Сравнительно большая площадь V-образных подводных крыльев приводит также к снижению их гидродинамического качества, расходу дорогостоящих материалов, из которых изготовляются крылья, лишней массе и т. д. Все это привело к тому, что V-образные подводные крылья, применявшиеся на раннем этапе развития СПК, со временем уступили трапециевидным и дугообразным.

Трапециевидное крыло представляет собой вариант V-образного, центральная часть которого заменена плоской. В большинстве случаев размах плоской части такого крыла соизмерим с шириной корпуса судна. Этого оказывается достаточно для обеспечения требуемых гидродинамических характеристик крыла, пересекающего поверхность воды оставшимися V-образными концами.

Глубина погружения плоской части трапециевидного подводного крыла под поверхность воды на эксплуатационных режимах движения судна, как правило, больше 0,75 хорды крыла, т. е, влияние поверхности воды на гидродинамические характеристики плоской части крыла практически отсутствует.

Угол наклона V-образных концов трапециевидного крыла к его плоской части принимается в пределах 25—30°. Показано, что при таких углах достигаются наиболее благоприятные условия во избежание попадания атмосферного воздуха с засасывающей поверхности погруженной в воду части крыла и лучшие характеристики боковой устойчивости судна. Для повышения эффективности V-образных концов трапециевидных подводных крыльев их делают большей хорды (уширение концов) и с большим на 1— установочным углом атаки, чем у плоской части, а также с профилем, обеспечивающим большие значения коэффициента подъемной силы.

Коэффициент подъемной силы трапециевидного подводного крыла меньше, чем у плоского, не пересекающего поверхность воды, так как его наклонные элементы, пересекая поверхность воды, частично оголяются и на них возникает срыв потока. Это приводит к росту сопротивления и в конечном итоге — к падению гидродинамического качества.

Дугообразное подводное крыло (например, на судах типа „Аквастрол") представляет собой крыло с переменным углом килеватости, от нуля в центральной части до 25-30° по концам. По гидродинамическим характеристикам оно близко к трапециевидному, несколько уступая ему в гидродинамическом качестве.

Плоское подводное крыло, используемое для судов в качестве мало- и глубокопогруженного, по гидродинамическим характеристикам является, по-видимому, наиболее совершенным. Применение его в качестве малопогруженного позволяет за счет влияния свободной поверхности воды на Су успешно решить вопросы стабилизации подъемной силы по скорости и обеспечить продольную и боковую устойчивость при ходе на крыльях. Недостаточную устойчивость при выходе на крылья в этом случае несложно обеспечить дополнительным высокорасположенным крылом (стабилизатором).

Использование глубокопогруженного плоского крыла требует автоматической системы стабилизации подъемной силы по скорости и обеспечения продольной и боковой устойчивости.

Комбинированное подводное крыло сочетает в себе элементы разных форм подводных крыльев. Примерами комбинированного подводного крыла являются плоское и трапециевидное крылья с центральной V-образной вставкой. Вставка крыла в составе плоской частью „смягчает" ход судна на волне, предотвращает его полное оголение при пересечении волн, улучшает курсовую устойчивость судна. На отечественных судах на подводных крыльях широко применяется местная V-образность центральной части крыла. В табл. 23 приведены данные подводных крыльев с общей и местной V-образ-ностью некоторых отечественных судов. Общая V-образность подводных крыльев, как правило, невелика (в пределах 1—5°), местная в средней части (0,2-0,3l) - 10 -25°.

Выбор формы крыла в плане.

Наибольшее распространение на практике получили прямоугольные, стреловидные и с уширенными концами подводные крылья (рис. 20). Стреловидность крыла позволяет увеличить скорость его бескавитационного обтекания (рис. 21). К этому следует добавить несколько лучшие мореходные качества стреловидного подводного крыла в связи с его большой протяженностью по длине судна (в большей степени перекрывает волну, уменьшая возможность полного оголения крыла при пересечении волны) и его более высокие эксплуатационные показатели (более благоприятное взаимодействие с плавающими в воде предметами - косой удар и отбрасывание их за пределы судна, лучшие маневренные качества и др.),

Уширение по размаху применяется у V-образных и трапециевидных подводных крыльях для повышения боковой устойчивости судна при движении на крыльях.

Носовые подводные крылья известных СПК имеют угол стреловидности от 15 до 40° (более скоростные суда имеют больший угол стреловидности), кормовые — 5—10°.