Глиссирующие обводы с большой килеватостью днища уже лет десять как признаны и применяются для гоночных океанских 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. Успехи «глубокого V» в океанских гонках заставили пересмотреть и современные взгляды на обводы катеров вообще: если еще несколько лет назад килеватость днища у транца 3° считалась нормальной, а 7° — чрезмерной, то сейчас за рубежом на серийных лодках с мощными подвесными моторами угол килеватости принимается равным 13° и даже 17°.
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 более 20°, с постоянным или переменным углом килеватости в рабочей части, с обязательной установкой продольных реданов.
Широко распространено основанное на результатах проведенных много лет назад экспериментов с глиссирующими пластинами разной килеватости мнение о том, что «глубокое V» обладает значительно худшим гидродинамическим качеством, чем плоскодонное и даже «закрученное» днище. Однако опыт последних лет показывает, что при определенной достаточно высокой скорости «глубокое V» оказывается выгоднее традиционных глиссирующих обводов даже на тихой воде. Вот что пишет по этому поводу 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 v/корень(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.
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. поверхность днища; 2 - брызги; 3 - область интенсивного брызгообразования; 4 - средний батокс; а - угол атаки днища; D - вес катера; R - сопротивление; Y — подъемная сила; P - гидродинамическое давление.
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 B), чем умеренно килеватый катер. Однако это будет компенсироваться более выгодным углом атаки и безударным ходом на волне.
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, повторяем, полностью окупаются их преимуществами перед традиционными глиссирующими обводами.
