Общее устройство судов

§ 14. Суда, достигающие неводоизмещающего режима движения

Одно из решений проблемы увеличения скорости движения судов – резкое снижение сопротивления их движению – привело к созданию неводоизмещающих судов: судов на воздушной подушке и на подводных крыльях,- а также водоизмещающих двухкорпусных судов – катамаранов.

Суда на воздушной подушке принято называть так потому, что слой сжатого воздуха, специально подведенного под днище, поднимает судно на высоту H = 0,3-0,5 м над уровнем спокойной воды, и судно как бы парит над нею.

Рис. 30. Суда на воздушной подушке: а – с полным отрывом от воды, б – без отрыва от воды. H – высота подъема судна над водой; h – глубина водяной чаши.

Воздух непрерывно выходит из-под днища, и поэтому для поддержания подъемной силы он непрерывно туда нагнетается вентиляторами.

Воздушные или водяные движители обеспечивают поступательное движение судна, и оно, встречая незначительное сопротивление воздуха, развивает большую скорость, в некоторых случаях превышающую 80 узл. Суда на воздушной подушке двигаются с высокими скоростями, недостижимыми для обычных водоизмещающих судов, они могут достигать значительных размеров, двигаться по мелководью, по болотам, пескам, снегу и льду, в условиях ледостава и ледохода, что невозможно для любого другого судна.

Суда, плавающие на воздушной подушке, разделяют обычно на три категории: с полны м отрывом , с частичным отрывом и без отрыва от воды (рис.30).

Суда первой категории после подъема на воздушную подушку по всему периметру не соприкасаются с водой. Такие суда могут выйти на берег и способны двигаться над твердой поверхностью. Днище судов второй категории после подъема на подушку находится ниже уровня невозмущенной воды во время стоянки. Воздух выходит из-под днища по всему периметру. При выходе на берег судно может двигаться над землей.

Суда третьей категории имеют толщину воздушной подушки, приближающуюся к тонкой воздушной прослойке. Некоторые части корпуса находятся ниже дна водной чаши, воздух ограниченно выходит из-под купола как на стоянке, так и на ходу. Над землей такие суда двигаться не могут из-за недостаточной высоты подъема над твердой поверхностью.

Рис. 31. Сечение крыла судна на подводных крыльях. а – угол атаки; Р – равнодействующая давления водяного потока над крылом и под крылом; Р_у – подъемная сила; Р_x- лобовое сопротивление.

Недостатки судов на воздушной подушке, из-за того, что опыт их эксплуатации еще невелик и малоизучен, трудно пока еще установить, но очевидно, что к ним следует отнести: затруднения плавания на взволнованной поверхности, забрызгивание, обледенение при низких температурах, потерю видимости при брызгообразовании и т. п.

Суда на подводных крыльях имеют корпус водоизмещающего судна в подводной части с конструкциями в виде крыльев. При стоянке или движении на малой скорости такие суда водоизмещающие, как и всякое надводное судно. На ходу, при увеличении скорости, находящиеся в воде крылья судна приобретают подъемную силу. Когда подъемная сила достигает величины водоизмещения, корпус судна полностью выходит из воды (судно выходит в крыльевой режим), в воде остаются только крылья, движители и рули.

Подводное крыло (рис. 31) в поперечном сечении имеет вытянутую обтекаемую форму. Если крыло поставить под некоторым углом а, называемым углом атаки, к набегающей воде, то оно рассечет воду на два потока: один, обтекающий крыло сверху, а другой- снизу. После прохода крыла оба потока соединяются вновь. Скорость воды над крылом больше, отчего давление ее над крылом становится меньше, чем под крылом. Равнодействующая этих давлений Р направлена под углом вверх и приложена в центре давления в точке С. Если силу разложить на составляющие: одну по направлению потока, а другую – перпендикулярно ему, то получим силы: Р_x – силу лобового сопротивления и Р_y – подъемную силу, которая на ходу выводит судно на крыльевой режим.

При выходе корпуса из воды сопротивление воды движению судна резко уменьшается, отчего скорость судна намного увеличивается.

Основными преимуществами судов на подводных крыльях являются: достижение значительной скорости без увеличения мощности силовой установки и, как результат этого, экономия топлива или увеличение района плавания, хорошая мореходность на тихой воде, отсутствие волнообразований, дающее преимущества, аналогичные преимуществам катамаранов, и т. п.

К недостаткам таких судов следует отнести: отсутствие заднего хода на крыльевом режиме и ухудшение мореходных качеств при плавании на взволнованной поверхности, когда судно может потерять устойчивость, а это приведет к срыву крыльевого режима и сведет на нет все преимущества судов на подводных крыльях.