Д. С. Кузьмина «Катера и яхты» №3 (67) май-июнь 1977г.
Гоночные суда глазами японских конструкторов
Океанские гонки последних лет привлекают к себе внимание всех, интересующихся морем и большими скоростями. Однако, в 70-е годы ни в обводах катеров, ни в двигателях, устанавливаемых на них, не появилось каких-либо новых идей, хотя на очереди уже стоит вопрос о скоростях порядка 200 км/ч.
Скорость современных гоночных катеров в 70 уз (112 км/ч) и 80 уз (127 км/ч) — это очень высокая скорость, а с точки зрения движения по суше — просто ошеломляющая (море — не автомагистраль). Авторы публикуемых ниже дизайнерских проработок— Какэхи Осаму и сотрудники фирмы «Дзибакку Дизайн Оффис» — принимали участие в гонках на серийных катерах, развивающих скорость 120 км/ч, и нашли, что ощущение этой скорости при движении на морских волнах существенно отличается даже от скоростей порядка 90—100 км/ч. Представить же движение со скоростью 150 или 200 км/ч они сочли просто невозможным!
Перед конструктором таких быстроходных катеров встает целый ряд сложных проблем, требующих своего разрешения.
1. Проблема устойчивости на курсе. При большой скорости даже на спокойной воде возникает неустойчивость на курсе. Катер взлетает в воздух, испытывает вертикальные колебания и поперечную качку.
2. Форма корпуса. Известно, что у гоночных судов с обводами глубокое V устойчивость движения на взволнованном море тем больше, чем больше длина, а скорость поддерживается тем стабильнее, чем уже глиссирующие участки днища. Японские конструкторы считают, что наилучший вариант — это сочетание обводов глубокое V с поперечным реданом, как показано на эскизе.
3. Прочность корпуса. Скорость гоночного судна находится в прямой зависимости от веса корпуса, поэтому естественно желание конструктивно его уменьшить. Однако прочность легкого корпуса может оказаться недостаточной, поэтому важное значение имеет выбор материала с большой удельной прочностью — отношением предела текучести к удельному весу материала.
В настоящее время корпуса гоночных катеров изготавливают, главным образом, из легких сплавов (в Англии) и из стеклопластика (в США). При использовании алюминия, однако, требуется высокое качество изготовления конструкций и, кроме того, материал должен быть устойчив к воздействию морской воды. Стеклопластик, таким образом, представляется особенно пригодным для постройки корпусов глиссирующих судов.
4. Положение корпуса в воздухе. При движении по взволнованному морю с большой скоростью судно иногда взлетает в воздух полностью отрываясь от поверхности. Желательно, чтобы полет катера в воздухе был устойчивым. В этом случае, кроме обводов корпуса, на движение судна оказывают влияние форма палубы, поверхностей бортов и рубки, а также положение гребных винтов.
5. Существует предел скорости, которую практически можно развить на катере в зависимости от высоты волны. Например, при высоте волны в 1м таким пределом является скорость около 200 км/ч —
при большей скорости затрудняется управление судном и возрастает опасность разрушения конструкций или даже опрокидывания катера.
6. Величина динамических перегрузок при ударах о волны и при прыжках катера. При опускании судна на поверхность воды после взлета оно испытывает удары, сила которых обычно выражается величиной g —ускорения силы свободного падения тела. Для малых катеров сила удара может достигать 15g. С увеличением скорости величина перегрузок также растет, промежутки между ударами
о воду сокращаются. При чрезмерных перегрузках здоровье экипажа и прочность корпуса катера находятся под угрозой, поэтому в этих случаях необходимо предусматривать устройства, смягчающие передачу ударов и толчков на экипаж, основные конструкции и оборудование судна.
7. Нервная реакция человека. При значительном увеличении скорости время прохождения катером
двух соседних гребней волн достигает долей секунды. Водитель вынужден постоянно манипулировать с оборотами двигателя, то повышая, то снижая скорость. Нервной реакции водителя часто не хватает, чтобы реализовать эксплуатационные возможности катера.
8. Двигатель. Необходимо выбрать наиболее легкий (относительно мощности) и достаточно надежный двигатель — это задача не простая.
9. Стоимость постройки. Это очень важный вопрос, исходя из которого выбирается тот или иной проект. В затраты на постройку входят стоимость изготовления катера, его испытаний, корректировка конструкции различных узлов, подбор гребного винта соответственно данным двигателя.
Принципиальные схемы устройства трех типов гоночных мотолодок.
Японские дизайнеры изготовили модель оптимального катера длиной 1,9 м, управляемую по радио, и провели на ней обширные испытания. На основании этих испытаний и была выполнена предлагаемая проработка океанского гоночного катера класса OPI.
Основные данные катера в натуре следующие: длина наибольшая — 11,4 м; ширина наибольшая—3,1 м; высота борта — 1,35 м.
Предполагаемый вес: корпус (включая цистерны)—1250 кг; 3 двигателя по 320 кг — 960 кг; кронштейны винта и руль — 170 кг; аккумуляторные батареи — 90 кг; выхлопная труба (легкий сплав) — 45 кг; запас топлива для гонок на «Океанский Кубок» протяженностью 900 миль — 630 кг; для гонок «Майами — Нассау» на дистанцию 1900 миль —1330 кг; экипаж — 2 чел.— 140 кг; оборудование для обеспечения безопасности — 25 кг. Общий вес заправленного катера для гонок на «Океанский Кубок» — 3310 кг; «Майами — Нассау» — 4010 кг.
Гидро- и аэродинамические проблемы, как предполагают авторы, будут успешно решены. Катер должен обладать устойчивым ходом на волне; благодаря обводам корпуса типа глубокое V, сила удара о воду не должна достигать критического значения. Сопротивление корпуса невелико — контакт с водой имеет узкая часть днища корпуса до скулы. Крыловидный корпус обладает аэродинамической устойчивостью за счет конического раструба, закрепленного на корме, и за счет малого сопротивления при высокой скорости (влияние поперечного редана). Руль требует минимального вращающего момента на баллере, так как центр его площади лежит на оси баллера.
На катере предполагается установить три двигателя объемом по 5400 см3 каждый (для катеров I класса общий объем не должен превышать 16,4 л). Полная мощность — 1500 л. с, расход топлива составляет 450—500 л/ч.
Японские дизайнеры выполнили также проработки проектов малых гоночных судов с подвесными моторами. Основой для проектирования послужили испытания небольших моделей катеров, управляемых по радио. Перспективными, с точки зрения дальнейшего повышения скорости конструкторы считают три типа судов, показанных на приводимых эскизах: лодка на гидролыжах, экраноплан и лодка на монолыже.
Подвеска гидролыжи к корпусу.
1 — гидролыжа; 2 — талрепы для регулировки угла атаки лыжи; 3 — гидравлический амортизатор от тяжелого мотоцикла; 4 — кожух; 5 — плита для крепления к корпусу.
Предлагаемая конструкция амортизированного кресла.
1 — кресло; 2 —амортизатор от легкого мотоцикла; 3—эластичный кожух; 4—опорная плита.
При скорости около 90 км/ч катер традиционных обводов становится плохо управляемым, а движение его неустойчивым, поэтому водителю часто приходится ограничивать обороты двигателя. Устойчивость движения можно обеспечить за счет установки вблизи от центра тяжести судна своеобразных опорных площадок с обоих бортов корпуса—в виде гидролыж. Правда, поворотливость при этом заметно ухудшается. Крутой поворот на таком катере сделать невозможно. Лыжи обладают подъемной силой, поэтому при повороте обычного креча не появляется, и возможна только циркуляция большого диаметра. При снижении скорости и при движении в водоизмещающем режиме корпус вместе с лыжами погружается в воду, следствием чего может явиться потеря времени при огибании поворотных знаков на дистанции гонок.
Другой вариант — лодка-экрано-план. Целесообразно сделать его двухкорпусным в виде катамарана с аэродинамической несущей частью-мостиком. Так как нижняя поверхность мостика расположена близко от воды, мотолодки такого типа, как правило, немореходны и не могут противостоять сколько-нибудь высокой волне. С другой стороны, скорость катамарана всецело зависит от веса судна, поэтому важно всемерно облегчить его конструкцию. Предлагается корпус обшить водостойкой фанерой толщиной 2,5 мм, а палубу покрыть прочной и легкой тканью.
Схема общего расположения гоночного катера для открытого моря.
1 — носовой отсек плавучести; 2— спасательный плотик; 3 —забор воздуха для двигателей; 4— панель контрольных приборов; 5 —мягкая обивка комингса кокпита; 6 — кормовой обтекатель; 7 — воздушный руль; а — выхлопная труба; 9 — водяной руль; 10— три двигателя мощностью по 500 л. с; 11 — топливная цистерна емкостью 900 л; 12— топливная цистерна емк. 600 л; 13—топливная цистерна емк. 400 л; 14—носовая дифферентная цистерна; 15—место водителя; 16—место штурмана; 17—стартерная аккумуляторная батарея
И, наконец, эскиз третьего катера представляет собой новейшую радиоуправляемую модель. Такие катера на монолыже являются непременными участниками соревнований радиоуправляемых моделей. Плоская центральная глиссирующая поверхность на днище — монолыжа — тянется вплоть до форштевня. Посередине этой поверхности для обеспечения устойчивости движения и требуемого угла атаки имеется поперечный редан.
Такие катера могут развить скорость значительно большую, чем обычные с обводами глубокое V. Они очень мореходны и получают призы при участии в марафонских гонках в океане.
При движении по ровной водной поверхности эта модель касается воды только нижней скользящей частью лыжи, а при движении по небольшой волне в контакт с водой входят и наклонные поверхности бортов в средней части днища. В промежутке между гребнями волн катер в воздухе летит подобно самолетику, сделанному из сложенного вдвое бумажного листа. Интересно, что модель катера длиной 1,3 м, испытанная дизайнерами, развила скорость свыше 100 км/ч.
