ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ
СУДОСТРОЕНИЕ 1'2000
ет около 120 дол. за одну тонну, то годовая эффективность движения с оптимальным дифферентом составит более, чем в 90 000 дол.
Пример относится к сравнительно тихоходному судну полных образований, когда, по данным цитированных исследований, эффект в процентном отношении максимальный. Но для быстроходных транспортных судов при меньшем относительном выигрыше абсолютная его величина может оказаться значительной за счет более высокой энерговооруженности, а следовательно, большей мощности главной механической установки.
Стоимость модельного эксперимента по определению оптимального дифферента зависит от размеров модели, количества рассматриваемых вариантов, номенклатуры испытаний — буксировочные, самоходные, на тихой воде, на волнении. Однако она очевидно меньше годо-
В книге Джозефа Норвуда «Быстроходные парусные суда. Основы проектирования многокорпусных парусных судов», изданной в 1979 г. в Англии, США, Канаде, Австралии, а также в нашей стране (Л.: Судостроение, 1983), отмечается, что «большинство парусников на подводных крыльях, построенных любителями, не обнаружили, за малым исключением, преимущества в ходовых качествах перед обычными судами. Частично это объясняется завышенным весом и недостаточно продуманной конструкцией. В еще большей степени сказываются недостатки, вызванные слишком большими теоретическими упрощениями, принимаемыми при оценке подъ-
вого экономического эффекта для балкера.
В заключение необходимо отметить, что использование оптимального дифферента — самый дешевый из всех существующих способов повышения ходовых качеств судна [9]. Кроме того, не исключается применение и других энергосберегающих устройств и технологий.
Литература
1. Буянов Н. Влияние дифферента на скорость хода судна//Морской флот. 1958. № 10.
2. Шувалов В. Выбор дифферента на пере-ход//Морской флот. 1961. № 11.
3. Бронников А. В. Морские транспортные суда. Л.: Судостроение, 1984.
4. Moor D. J., Parker M. N, Pattulo R. N. M. The BSRA Methodical Seres — an overall presentation. Geometry of forms and variation of resistance with block coefficient and longitudinal centre of buoynce.//Trans. RJNA, 1961.
5. Detlefs H. R, Mewis F., Ropcke H.J., Ein Verfahren zur Ermittlung der optimalen Trimmlage eines Schiffes//Schiffbauforschung. 1983. N 1.
6. Максимаджи А. И. Капитану о прочности корпуса судна. Л.: Судостроение, 1988.
емной силы подводных крыльев». В конце книги Норвуд выразил уверенность в том, что «для крейсерских многокорпусных парусников на подводных крыльях время еще не пришло, но оно уже на подходе...». Изложенные в книге соображения, возможно, помогут развитию работ в данном направлении и найдут отражение в следующем поколении быстроходных парусников. Ибо, как сказал в своей книге Норвуд: «...самое интересное в плавании под парусом — это скорость».
Обеспечивая развитие работ в данном направлении, Норвуд разработал, в дополнение к формулам для обычных парусников, формулы для сил, создаваемых крыльевыми
7. Prodanov S, Yanev S, Chernev D. The Influence of Dranght and Trim on Ship Propulsion//4-th International Congress of International Marime Assotiaoion of East Mediterranean//IMAEM'87. Vol. 5. Ref. 167, Varna, Bulgary.
8. Жинкин В. Б. Современные способы топли-восбережения на судах//Морской флот. 1993. № 5/6.
9. Жинкин В. Б., Бережных О. А. Использование энергосберегающих решений на морских транспортных судах//Судостроение. 1996. № 1.
10. Bogdanov P., Genov E, Kostov D., Lazarov S., PapazovA., Lipis V., Petrov A. Systematic Experimental Investigation of Trim Influence on the Propulsive Characteristics of High — Speed Merchaut Ships//IMAEM'87. Vol. 5. Ref. 163, Varna, Bulgary.
11. Определение оптимального дифферента судов типа т/х «Художник Сарьян»/В. Б. Жинкин, А. В. Липис, А. А. Петров, И. Е. Товстых// Сб. трудов ЦНИИМФ: Новые типы судов и их мореходные качества. Л.: Транспорт, 1987.
12. Coranov S., Lazarov S., Genov E. Systematic Experimental Investigation on the Influence of Trim on a Medium Tonnage Ship Propulsive qualites Appluing the new NSMB Method// 15-th Jubille Session SMSSH'86. Varna, Bulgary, 1986.
элементами, использовав для этого (как и для сил, действующих на парус) формулы для воздушного крыла самолета с заменой плотности воздуха рА на плотность воды рн и введением поправок к, о и О на дополнительные сопротивления воды. Кроме того, Норвуд опубликовал графическую иллюстрацию теоремы курсов, по которой определяются силы тяги Fx и дрейфа Гу паруса, а также представил натурные зависимости аэро- и гидродинамических углов для яхты 12-метрового класса и катамарана «Торнадо», которые можно использовать в качестве прототипов для определения этих углов у других парусников: 8а — для всех парусников, в том числе и на подводных крыльях; 8н — для обычных парусников. Расчет скорости хода яхты зависит от значения этих углов, поскольку их сумма определяет курсовой угол вымпельного
ветра: Р = 8а+ 8н.
Следует отметить два недостатка теоретических материалов Норвуда, затрудняющих выполнение по ним расчетов подводных крыльев. Первый заключается в отсутствии формул для расчета всех трех составляющих итоговой силы крыльевых устройств Кх, 1.у и (по осям X, У, 7), удовлетворяющих трем основным условиям плавания на подводных крыльях: = Гх; 1-у = Гу; = Из указанных сил Норвуд предлагает вычислять только вертикальную
К ВОПРОСУ О ПРОЕКТИРОВАНИИ СВЕРХСКОРОСТНЫХ ПАРУСНЫХ КАТАМАРАНОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
Л. М. Бобков, В. И. Блинов удк 629.525.4.01
Авторами данной статьи являются бывшие главные конструкторы проектов боевых кораблей и подводных лодок ветераны отрасли Леонид Михайлович Бобков и Василий Иванович Блинов. Они развивают идею создания сверхскоростного парусника на подводных крыльях, не опрокидываемого шквальными ветрами силою 6 баллов, способного двигаться со скоростью 60 и даже 80 уз. Приводится расчетное обоснование достижения таких скоростей.
Публикуя эту статью, редакция надеется, что специалисты-яхтостроители выскажут свои соображения по данному предложению.
подъемную силу W( равную водоизмещению (!.г = Wj. Величина 1г определяется суммой вертикальных составляющих подъемных сил I. всех крыльевых элементов по формуле !. = 0,5рн ув2 Ар С1( где ув — скорость хода; АР( С — площадь и коэффициент подъемной силы элемента. При этом Норвуд предложил при расчетах заменять наклонные крылья горизонтальным крылом с двумя вертикальными стойками, что неверно, так как при такой замене исчезает сила противодействия дрейфу, создаваемая наклонными элементами.
В связи с этим, на основе данных, приведенных в книге, определим значения 1.у и сначала для крыльевого устройства, изображенного на рис. 1 и состоящего всего из трех элементов 1, 2 и 3:
Ц = 0,5Рн V (АР1 Си АР2
1г = 0,5рн Ув2 (АР1 С[, саз^1 + АР3 У;
Кх = 0,5Рн Ув2(АР1 СД1 + АР2 СД2 + АР3 Сдз)(
где Сд — коэффициент сопротивления элемента.
Затем представим эти формулы в общем виде для неограниченного количества элементов, введя следующие модули подъемных сил М:
Мх=^ ^ ш
Му = ХАр, С1; , (2)
Мг = ХАр, Сисаз^ . (3)
В итоге получим:
Rх = Мх(Рн/2) Ув2 = ^х ; (4)
Ц = Му (Рн/2) УВ2 = ^ ; (5)
^ = Мг (Рн/2) УВ2 = * . (6)
Второй недостаток теоретического материала книги заключается в отсутствии методики и зависимости для определения угла гидродинамического сопротивления 8н и скорости хода ув, а также примера расчета этих величин и проектирования подводных крыльев на основе этих расчетов. В то же время существующие методики расчета крыла самолета и крыльевых устройств моторных судов для парусников не подходят, а без них квалифицированно спроектировать крыльевые устройства для парусников невозможно.
к г \п/ к 1 к |-з / /V
\ % = о/ =
1-1 / щ/
/~1
Рис. 1. Схема сил на элементах подводного крыла:
¿1, ¿2, ¿3 — длина элементов 1, 2 и 3 крыла; ^ — угол наклона элемента
Остановимся на этой проблеме более подробно.
Аэродинамический расчет летных качеств самолетов (скорость, потолок, продолжительность полета) сводится к построению двух не зависимых друг от друга кривых в функции от скорости полета ув: кривой потребной силы тяги создающей подъемную силу, равную весу самолета W( и кривой располагаемой (т. е. создаваемой двигателями) максимальной силы тяги (рис. 2). Пересечение этих кривых дает абсциссу максимальной скорости самолета УВтах, а абсцисса минимума определяет наивыгоднейшую по дальности скорость полета уВн.
Расчет кривой сводится к определению угла атаки крыла а (его закрылка), обеспечивающего для данной скорости полета равенство подъемной силы крыла весу самолета 1г = W( а затем сопротивления самолета при этом угле. Построение этих кривых было предложено профессором Н. Е. Жуковским в 1911 — 1912 гг. на лекциях по теоретическим основам воздухоплавания, в связи с чем в России их называют кривыми Жуковского, а в других странах — кривыми Пэна.
Рис. 2. Кривые Жуковского—Пэна для аэродинамического расчета самолета
Крылья самоходных судов также можно проектировать, пользуясь кривыми Жуковского—Пэна. Для расчета кривой располагаемой мощности нужно задаться рядом скоростей хода Ув и вычислить для них тягу гребного винта (винтов) при работе двигателя на полном числе оборотов. Для расчета кривой потребной силы тяги нужно задаться рядом осадок подводных крыльев и рассчитать для каждой из них значение М1, затем 1^п. Напишем формулу для = на основании приведенных выше зависимостей (1), (3), (4) и (6);
* = 1г = 0,5Мг Рн Ув2 ; Ув = <(ЩМг) (2/рн) ;
(7)
*х = ^ 0,5Рн Ув2 ?А,СД = тмг) Х\СД.
Трудоемкость гидродинамического расчета кривой для самоходного судна на подводных крыльях в несколько раз превышает расчет для самолета, так как в крыльевом устройстве десятки крыльев (у самолета одно) и все их нужно рассчитать, а результаты просуммировать; при этом расчет каждого крыла сложнее, чем самолетного, поскольку необходимо дополнительно учитывать влияние поверхности воды (к, о и
В отличие от самолетов и моторных судов кривые располагаемой и потребной силы тяги у парусников на подводных крыльях не являются независимыми фун
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.