Некоторые гидродинамические особенности катеров-катамаранов

Э. А. Афранеев, Я. С. Рабинович «Катера и яхты» №6 (70) ноябрь-декабрь 1977г

 

Некоторые гидро­динамические особенности катеров-катамаранов

 

Для 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 Y — удельный вес воды.

Значения относительной центровки составляли

где xg — 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 Fr Δ 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.

Волнообразование катера-катамарана с плоскими внутренними бортами

Волнообразование катера-катамарана с корпусами, поставленными плоскими бортами наружу

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.

Обратное гидродинамическое качество e=l/k ходовой дифферент φ однокорпусного катера (кривая 1) и катамарана, образованного разделением его корпуса по ДП. Модель М 1: L/B_CK = 4,5;   СΔ = 0,6; х_g = 0,43. Корпуса катамарана развернуты плоскими бортами: А — к ДП; Б — наружу. Значения горизонтального клиренса: 2 — с = 0,25; 3 — с = 0,75; 4 — с = 1,5. 

 

Обратное гидродинамическое качество е = l/k ходовой дифферент ср однокорпусного катера (кривая 1) и катамарана, образованного разделением его корпуса по ДП (плоские борта к ДП) — А. Влияние развала внутреннего борта — Б.

А — модель № 4: L/B_CK — 4,5; CΔ = 0,5; x_g = 0,43. Значения горизонтального клиренса: 2 — с — 0,25; 3—с=0,75. Б — модель №2:   L/B_CK = 4,5; CΔ = 0,6; x_g = 0,43; с = 0,75.

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

Размахи углов бортовой качки 9 однокорпусного катера (А) и катамарана (Б), образованного разделением его корпуса по ДП, при с = 1,0. Модель № 1. Отношение высоты волны к длине модели между перпендикулярами 0,6—0,7.

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 Мкр — кренящий момент, Ǿ — угол крена) по отношению к метацентрической высоте h₀ 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.