что такое водоизмещающий катер

Плюсы и минусы тихоходных водоизмещающих лодок

В наш век скорость — непременный спутник и символ прогресса. Естественно, что повысить скорость своего судна хотя бы на два-три километра в час стремятся уже не только спортсмены-гонщики, но и большинство владельцев лодок и катеров, которым, казалось бы, можно было и не торопиться. Для многих это становится своеобразным хобби, чуть ли не целью жизни. У нас в Ленинграде, например, есть чудак, который каждый год строит новый катер только потому, что предыдущий кажется ему слишком тихоходным.

Сам он уже дважды попадал в больницу с переломанными ребрами и — тем не менее — этой зимой всю его семью опять можно было застать за полировкой деталей водомета для очередного скоростного катера.

Понятно, что на таком общем фоне тихоходные водоизмещающие лодки многим кажутся чем-то устаревшим, явно не заслуживающим внимания. Но давайте посмотрим, много ли проигрывает владелец такой «неторопливой» лодки? Если он выходит не для того, чтобы промчаться по реке со скоростью автомобиля, а полюбоваться красотой речных берегов, синевой неба, послушать плеск волн о борта лодки, — то оказывается в явном выигрыше. Не нужно постоянно смотреть вперед, так как замеченный объект приблизится не скоро. Если в лодке есть гости, хозяин сможет уделить им несравненно больше внимания. Когда на реке гуляют волны с белыми барашками, прогулка на быстроходном катере будет напоминать скачку на диком мустанге. А вот при той же погоде выход на хорошей водоизмещающей лодке оставит впечатление настоящего морского плавания на большом корабле, настолько плавна и приятна качка.

Отправляясь в дальнее путешествие, любитель скоростей долго перебирает снаряжение, отказываясь от многих необходимых, но тяжелых вещей. Ведь нагрузка в 300 кг приводит к снижению скорости такой легкой лодки, как «Казанка», почти вдвое. А вот для водоизмещающей лодки лишняя сотня-другая килограммов значения не имеет, следовательно, путешествие на неторопливой лодке будет гораздо более комфортабельным. Не приходится уже и говорить о том, что на ней проще оборудовать каюту, что достать доски для постройки тяжелой лодки гораздо легче, чем фанеру или дюраль для глиссирующего катера.

Привлекательной стороной плавания с небольшой скоростью является и экономичность. Ведь для достижения высокой скорости требуется более мощный и дорогой двигатель, расходующий больше топлива!

Все эти доводы отнюдь не значат, что мы призываем всех отказаться от скорости и мощных моторов, иными словами — хотим остановить прогресс. Даже напротив: речь пойдет о борьбе за скорость, о выборе таких форм корпуса водоизмещающих лодок, которые обеспечивали бы им максимальную скорость при минимальной мощности двигателя.

Нередки случаи, когда на катер, обводы которого рассчитаны на глиссирование, вместо 40-сильного ставят 6-сильный двигатель, а потом удивляются, почему красивое, современных очертаний судно уступает по скорости какой-то «великовражке». И наоборот, снабдив старую гребную спасательную шлюпку мощным автомобильным мотором, ее владелец никак не может заставить судно преодолеть роковой рубеж в 20 км/час. В обоих случаях оказываются бесплодными попытки подобрать лучший гребной винт и изменить центровку судна, потому что все дело в обводах корпуса.

Каждое судно проектируется на определенную скорость. Чтобы убедиться в этом, придется рассматривать. волны, которые создает любое судно при движении.

Конечно, все замечали волны, которые расходятся в стороны от носа и кормы идущего судна и с силой накатываются на берега; хорошо видны (особенно, если на борта нанесена прямая ватерлиния) и поперечные волны, идущие вдоль судна. И расходящиеся, и поперечные волны появляются вследствие изменения давления воды у корпуса во время его движения. Носом судно как бы раздвигает, вытесняет воду, — здесь образуется зона повышенного давления, и вода вспучивается над поверхностью в виде гребня волны. В корме за корпусом, раздвинувшим воду, возникает разрежение и образуется впадина (или подошва) кормовой волны. Чем большую скорость будет развивать судно, тем выше и длиннее образуемые его корпусом волны, т. е. тем большую массу воды придется судну вовлекать в движение, расходуя на это все большую энергию двигателя.

При движении судна кормовая его часть, естественно, идет уже не по спокойной воде, а встречается с каждой носовой поперечной волной. Как встретятся эти носовая и кормовая волны — гребень с подошвой или подошва с подошвой — зависит, очевидно, и от длины судна, и от его скорости. Если к корме подходит гребень носовой волны, то он уменьшает впадину кормовой, и наоборот, при наложении впадины носовой волны на кормовую, за кормой получается волна суммарной высоты.

Судостроители объединили обе зависимости волнообразования — от скорости и длины судна — в одну и стали характеризовать скорость судна безразмерной величиной — числом Фруда:

или относительной скоростью υ_S: √L, где υ — скорость судна в м/сек или υ_S — в узлах; L — длина по ватерлинии, м; g=9,81 м/сек 2 — ускорение силы тяжести.

Для того чтобы наглядно представить соотношения скорости, длины судна и числа Фруда, приводим простой график. Сразу оговоримся, что речь дальше пойдет о лодках длиной 3—10 м и их скоростях, не превышающих Fr=0,8, т. е. в пределах 7—30 км/час.

Число Фруда характеризует расположение системы волн, поднимаемых судном, относительно его корпуса. Например, при Fr=0,31 на длине корпуса судна, независимо от его размеров, всегда будут располагаться два гребня, а впадина носовой волны совпадет со впадиной кормовой. А отсюда следует важный закон— в судостроении он называется законом подобия, основываясь на котором, можно сравнивать по обводам (и выбирать из них лучшие) суда любой длины, плавающие с одинаковым числом Фруда.

Кстати, при одинаковом Fr и близких обводах на создание волн затрачивается одна и та же удельная мощность (мощность в л. с. на тонну водоизмещения),

В нашем случае (Fr=0,31) на образование волн затрачивается около половины полезной мощности двигателя (другая половина идет на преодоление трения корпуса о воду).

Нетрудно сообразить, каким условиям должны отвечать обводы лодок и катеров для этой скорости Fr=0,31. Очевидно, нос и корма должны быть достаточно острыми, чтобы не вызвать волну повышенной высоты. Глубоко погруженный транец, такой, например, как у «Казанки», здесь не пригоден, так как чем полнее корма, тем глубже будет впадина кормовой волны, тем большая потребуется мощность двигателя. Лучшие результаты дают плавные, заостренные в корме по ватерлиниям обводы с выходящими из воды и достаточно круто поднимающимися вверх линиями батоксов. Применяются вельботная, крейсерская — как у каноэ, и транцевая формы кормы, причем в последнем случае днище у транца имеет значительную килеватость, а сам транец обычно в воду не погружен.

Характерные обводы имеет, например, мореходный рыболовный бот. Транец едва входит в воду; ватерлинии примерно симметричны относительно миделя. Благодаря подъему батоксов к транцу в корме создается интенсивный поток воды вверх, как бы компенсирующий увеличенную впадину волны. Шпангоуты у транца имеют большую килеватость. Важна также и минимальная площадь подводной (смоченной) поверхности корпуса, от чего зависит вторая половина потребной мощности, расходуемая на трение.

В качестве других примероз хороших обводов для рассматриваемых скоростей (Fr=0,27÷0,35) можно назвать катера «Помор», «Эврика» и катер Соломбальской верфи (см. стр. 16 и 17). Примерно такие, же кормовые обводы имеют гребные и парусные шлюпки, например, военно-морские ялы.

Для рассматриваемого диапазона скорости характерна сравнительно небольшая потребная удельная мощность двигателя — примерно 1÷1,5 л. с. на каждую тонну водоизмещения судна; при этом скорость при увеличении нагрузки лодки практически не изменяется. Очевидно, рассматриваемая скорость для катеров является минимальной и получить ее можно с самым слабым моторчиком в 2—3 л. с. даже на тяжелом судне.

При дальнейшем повышении относительной скорости, А— длина поперечных волн — постоянно увеличивается и при Fr=0,40 становится равной длине корпуса лодки, т. е. лодка при таком λ идет на двух соседних гребнях поперечных волн. Соответственно возрастает и мощность, затрачиваемая на создание волны (или волновое сопротивление); теперь она составляет уже не половину, а около 70—80% всей буксировочной мощности. Лодка немного погружается и получает легкий дифферент на корму, так как в корме гребень носовой волны в известной мере гасится подошвой кормовой волны. Чтобы эффект этого благоприятного наложения волн был больше, рекомендуется даже несколько приполнить обводы в оконечностях.

Соответствующая описанной картине абсолютная скорость для наших катеров длиной 4 м будет 9 км/час, длиной 10 м — 14 км/час. Еще. небольшое увеличение скорости — всего на 3—4 км/час — и картина волнообразования резко изменится. Носовая волна становится длиннее лодки, лодка как бы начинает взбираться на гребень этой волны, высоко задрав нос. Вот тут-то конструктор и должен помочь судну преодолеть эту «гору» — хотя бы немного сдвинуть носовой гребень в корму за счет большего заострения носовых обводов, а главное — не допустить слишком большого погружения кормы.

Напомним, что чрезмерный дифферент на корму нарушает плавное обтекание корпуса, снижает эффективность работы гребного винта. С подобными явлениями хорошо знакомы владельцы деревянных лодок, снабженных слишком мощными двигателями. Хорошо известна и основная причина этого — недостаточные плавучесть и опорная поверхность узкой кормы. Каких только приспособлений не навешивают владельцы на свои лодки, чтобы избавиться от дифферента! Здесь и бортовые наделки, и подпорные клинья, и транцевые плиты, и подводные крылья. Но в большинстве случаев все эти приспособления из-за малой скорости хода оказываются недостаточно эффективными и непрактичными в эксплуатации. Только правильно подобранные обводы корпуса помогают лодке перевалить через гребень и достичь большей скорости.

В качестве примеров приводим эскизы обводов двух катеров, скорость которых непосредственно примыкает к рассматриваемой зоне. Десятиметровый стальной катер рассчитан на скорость 16 км/час, что соответствует числу Fr=0,46. Характерно, что широкий транец лишь касается ватерлинии, а батоксы в корме имеют меньший подъем, чем у ранее рассмотренного катера. Это обеспечивает хорошие ходовые качества и на более низких скоростях, при неполном числе оборотов двигателя или при большой нагрузке.

Следует обратить внимание и на форму ватерлинии катера — она сильно заострена в носу, а наиболее широкое место сдвинуто в корму от миделя. Это снижает высоту носовой волны и несколько смещает в корму объем подводной части, что, в конечном счете, препятствует кормовому дифференту катера.

Носовая часть палубы имеет большую площадь, а носовые шпангоуты расширяются кверху постепенно, благодаря чему катер хорошо режет волну, не зарываясь, однако, глубоко в воду и не теряя скорости. Слом по линии борта между корпусом и баком (носовой надстройкой) способствует отбрасыванию брызг в стороны.

Для второго катера, рассчитанного на скорости до Fr=0,80, характерна широкая плоская корма с погруженным в воду транцем. Осадка транцем равна примерно четверти наибольшей осадки корпуса — подводный объем, таким образом, смещен в корму еще больше, чем в предыдущем случае (соответственно перемещается и гребень носовой поперечной волны). Линии батоксов в корме более пологие, поэтому на днище возникает уже достаточной величины гидродинамическая подъемная сила, выравнивающая катер. Если посмотреть за корму такого катера на ходу, можно увидеть, как две струи воды, срывающиеся с бортов у транца, смыкаются далеко за кормой как бы увеличивая длину корпуса.

Катер со слишком узким транцем или с большой килеватостью днища в корме буквально проваливается кормой в воду; за его транцем образуются завихрения, поглощающие энергию двигателя. Дифферент на корму при вельботной или крейсерской корме может составить 5—7°; подобные катера достигают скорости Fr=0,5÷0,6 только за счет установки слишком мощного двигателя.

При правильных обводах корпуса и скоростях Fr=0,5÷0,7 на волнообразование тратится уже 85—90% мощности двигателя, которая обычно составляет 15—20 л. с. на каждую тонну водоизмещения. Судно становится чувствительным к увеличению нагрузки и изменению положения центра тяжести.

При дальнейшем увеличении скорости до Fr=0,8÷0,9 гребень носовой волны перемещается в кормовую часть катера. Если днище здесь достаточно плоское с пологими, почти горизонтальными линиями батоксов, то благодаря действующей на него гидродинамической подъемной силе катер будет всплывать, рост волны приостановится, и судно пойдет в близком к глиссированию режиме. Но, помимо обводов днища, все более существенную роль начинает играть нагрузка катера. Если полный вес превышает 35 кг на каждую лошадиную силу мощности двигателя, перехода в глиссирование может и не наступить. Однако на этой скорости мы бы и хотели закончить разговор о неторопливых лодках, ибо при дальнейшем выжимании скорости они лишаются большинства преимуществ, о которых говорилось вначале.

Приведем эскиз обводов катера, который пригоден для самого широкого диапазона скоростей — от Fr=0,4 до Fr=1,2. Характерны малая осадка, в корме — большая ширина ватерлиний, плавные (почти параллельные ватерлинии) батоксы. Транец погружен в воду немного, поэтому для движения на нижнем пределе скорости требуется незначительная мощность. Для достижения максимальной скорости, естественно, нужно поставить гораздо более мощный двигатель (разумеется, если катер не слишком тяжелый)

Выше речь шла об обводах, рекомендуемых для каждого диапазона скоростей. Какую же мощность двигателя нужно предусмотреть для достижения той или иной заданной скорости при условии, что обводы корпуса выполнены оптимальными? Достаточно точный ответ можно получить из таблицы (табл. 1), составленной по данным большого числа построенных катеров. По этой таблице особенно хорошо видно, как сильно влияет на потребную мощность длина лодки. Например, для скорости 15 км/час катеру длиной по ватерлинии 6 м и водоизмещением 2,0 т требуется двигатель в 22 л. с. Катер того же водоизмещения и с тем же двигателем, но длиной 9,2 м, пойдет на 4 км/час быстрее (или при сохранении той же скорости 15 км/час может принять дополнительно 1,5 т полезного груза). Такое значение длины должно быть для нас уже понятно — ведь с ее увеличением при данной скорости понижается число Фруда, уменьшаются потери на волнообразование. Не случайно поэтому катера с маломощными двигателями строят максимально возможной длины, чаще всего 6—10 м.

В табл. 2 представлены основные данные некоторых водоизмещающих лодок и катеров, описания которых были опубликованы в сборнике «Катера и яхты». Из характерных соотношений размерений следует отметить относительную длину L_WL:D⅓=5÷6; отношения L_WL:В=3,2÷4,5 и В:T=3,5÷5,5. Эти параметры наиболее существенно влияют на ходовые качества и остойчивость лодок.

Источник

Глиссирующая или водоизмещающая яхта. Что выбрать?

От типа корпуса напрямую зависит поведение яхты на воде и возможности её использования. Выбирая яхту, нужно в первую очередь определиться, какой тип корпуса подойдёт под ваши конкретные нужды. В этой статье мы перечислим основные типы корпусов, которые существуют сегодня, и максимально наглядно покажем, чем они отличаются друг от друга.

Два главных типа корпуса на примере ножа и коробки

Работа над созданием новых и улучшением существующих корпусов ведётся с одной целью: уменьшить сопротивление корпуса при движении в воде. Все корпуса испытывают волновое сопротивление, преодолевают силу трения, а также сопротивление формы, аэродинамическое, индуктивное и брызговое сопротивления. Каждая конструкция борется с этими силами по-своему.

Конечно, это очень грубое сравнение, но оно точно описывает поведение корпуса в воде в зависимости от его формы и те задачи, которые стоят перед яхтенными дизайнерами. Интуитивно понятно: чтобы быстрее идти, нужен узкий корпус, который легко проходит сквозь воду и создаёт наименьшее сопротивление, но для комфортного размещения большого количества людей подойдёт что-то коробчатое, похожее на баржу.

Фокус в том, чтобы совместить преимущества «коробки» и «ножа» в одном корпусе.

Чем больше в форме корпуса от «ножа», тем яхта быстроходнее, чем больше от «коробки» — тем она вместительней и комфортней.

Условно говоря, «нож» — это глиссирующий корпус, «коробка» — водоизмещающий. Это два полюса в яхтенном дизайне. Между ними есть так называемые переходные типы корпусов, а внутри них — подтипы в зависимости от формы днища и линий бортов.

Преимущества и недостатки водоизмещающих корпусов

Помните школьный стишок для запоминания закона Архимеда, который позволяет телам не тонуть в воде? «Тело, всунутое в воду, выпирает на свободу силой выпертой воды телом, всунутым туды». На тело, погруженное в жидкость, действует сила, которая равна по величине и противоположна по направлению силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объем жидкости.

В случае с водоизмещающими лодками сила Архимеда — главная сила, которая действует на яхту. Уравновешенные сила Архимеда и сила тяжести подвешивают корпус в толще воды, как поплавок. Так что при движении он просто проталкивается через неё за счёт импульса, который получает от гребных винтов двигателя или паруса.

Чтобы проталкиваться яхте было проще, форму корпуса ниже ватерлинии делают чаще всего округлой, гладкой — так меньше трение воды. Они похожи на идеально отполированную морскую гальку, по которой вода проходит, не задерживаясь.

Даже если изредка конструкция корпуса всё же подразумевает острые скулы (когда обводы напоминают гранёный стакан), их направляют так, чтобы они пересекали линию воды под самым тупым углом или не пересекали вовсе. Ведь любые лишние углы и выемки создают нежелательные завихрения воды, которые тормозят лодку.

Самым большим ограничением яхт с водоизмещающим корпусом является их скорость. Формула расчёта максимальной скорости водоизмещающего корпуса будет выглядеть следующим образом:

где Lwl- длина судна по ватерлинии в футах;

Vmax — максимальная скорость судна в узлах.

Проще говоря, скорость водоизмещающего корпуса ограничена его длиной.

Конечно, если установить сверхмощный двигатель, то яхта пойдёт быстрее, но большая часть «лишней мощности» уйдёт на преодоление сопротивления, т. к. корпус не предназначен для больших скоростей и начнёт «проваливаться» в воду, толкая перед собой волну.

В то время как скорость будет расти линейно, необходимая мощность будет увеличиваться в кубе. Например, чтобы скорость водоизмещающей яхты выросла в два раза, нужно увеличить мощность двигателя в восемь раз. А чтобы увеличить скорость в три раза, мощность должна быть больше уже в 27 раз.

Для уменьшения волнового сопротивления применяется носовой бульб. Он располагается ниже ватерлинии и формирует собственную волновую систему, которая накладывается на волновую систему корпуса и уменьшает её воздействие.

Водоизмещающие лодки сильно уступают глиссирующим в скорости, если сравнивать одинаковые по габаритам суда.

Но здесь же кроется и большое преимущество водоизмещающих яхт: они экономично расходуют топливо и на них комфортно отправляться в длительные круизы и проходить большие расстояния.

Низкие скорости водоизмещающих корпусов существенно снижают возможность шкипера избежать приближающегося шторма или грозы. На небольших скоростях сложнее пройти прибой. Вы также не сможете маневрировать между волнами, что могло бы существенно обезопасить и облегчить переход в плохую погоду.

Ещё одна особенность водоизмещающих корпусов состоит в том, что их осадка обычно больше глиссирующих аналогов, что ограничивает возможность срезать путь через мелководья.

Центр масс находится ниже ватерлинии, что делает яхту менее восприимчивой к ветру. Хорошо спроектированную яхту с водоизмещающим корпусом гораздо легче удержать против ветра на малых скоростях, чем аналогичный глиссирующий.

ГЛИССИРУЮЩИЕ ЯХТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИ МОГУТ УБЕЖАТЬ ОТ НЕПОГОДЫ, НО ЕСЛИ ВЫ ВСЕ ЖЕ ПОПАЛИ В ШТОРМ, ТО СКОРЕЕ ХОТЕЛИ БЫ ОКАЗАТЬСЯ НА ЯХТЕ С ВОДОИЗМЕЩАЮЩИМ КОРПУСОМ.

Для продольной остойчивости на волне, раскачивающей лодку в стороны, хватает правильно подобранного соотношения длины корпуса к его ширине. Например, у лодок длиной 6–12 метров длина корпуса должна быть в 3,5 — 4,75 раза больше ширины.

Водоизмещающая яхта идёт по воде ровно, без дифферента на корму (продольного наклона корпуса в соответствующую сторону), поэтому путешествовать на ней можно даже в плохую погоду.

Она не боится не только бортовой, но и килевой качки, при которой лодка поднимает то нос, то корму.

При этом для того, чтобы удерживать лодку в нормальном положении, не нужно прилагать много дополнительных усилий. На борту может быть много груза (включая пассажиров) и его можно относительно хаотично распределить по яхте. Хотя возникновение крена (поперечного наклона) или дифферента на нос или корму и нежелательно, даже в этом случае судно сможет адекватно продолжать движение. Вес самой лодки также не играет большой роли. С глиссирующими яхтами дело обстоит иначе.

Преимущества и недостатки глиссирующих корпусов

В отличие от водоизмещающих, глиссирующие корпуса поставили себе на службу не только силу Архимеда, но и гидродинамическую подъёмную силу и сопротивление воды. Проще говоря, глиссирующий корпус сконструирован таким образом, что во время движения работает, как своеобразное крыло.

При достижении определённой скорости лодка преодолевает горб сопротивления, её нос задирается, форштевень не касается воды.

Вместо того, чтобы проталкиваться через толщу воды, как это делают водоизмещающие яхты, глиссирующий корпус начинает скользить по поверхности.

Водоизмещение части корпуса, которая остаётся в воде, делают минимальным. Это снижает сопротивление воды и позволяет лодке развивать высокие скорости.

Цена за возможность погонять — необходимость более мощного (а значит, и дорогого) двигателя по сравнению с водоизмещающими моделями той же длины.

Для выхода на глиссирование требуется не менее 35 л.с. на каждую тонну водоизмещения.

Для глиссирующих яхт большое значение имеет общий вес лодки и его распределение. Центр тяжести должен быть смещён к корме, но не слишком сильно. Носу лодки должно быть проще подняться, но в то же время он не должен взлететь слишком высоко, чтобы яхта не потеряла равновесие и не перевернулась (к тому же он будет закрывать обзор рулевому). Перегружать корму при этом тоже нельзя, так как это увеличит площадь поверхности, погруженной в воду, и сопротивление воды только вырастет. Соответственно, вырастет и необходимая подъёмная сила, которая способна перевесить это сопротивление и вывести лодку на глиссирование. Мощности мотора для развития соответствующей скорости у яхты может просто не хватить.

Глиссирующие яхты неохотно ходят в водоизмещающем режиме. Они рассчитаны на большой крен на корму, когда волны расходятся из-под днища примерно на середине длины корпуса, а носовая половина лодки не касается воды. Когда такая яхта падает в воду всем килем, вода начинает обтекать её совершенно иначе.

В результате, чтобы развить даже небольшую скорость, на которую способна и водоизмещающая модель такой же длины, двигателю глиссирующей яхты требуется в 8–10 раз больше лошадиных сил на каждую тонну водоизмещения, чем двигателю водоизмещающей.

До выхода на глиссирование (или после его завершения) двигатель глиссера работает неэффективно и тратит намного больше топлива, чем двигатель водоизмещающей лодки в аналогичной ситуации.

Для наглядности можно представить, как скачет камень, который пустили по воде «блинчиком» (или «лягушкой»). Пока скорость не падает ниже определённой отметки, он снова и снова отталкивается от воды. Но после торможения сила тяжести и сопротивление становятся больше гидродинамической подъёмной силы, и камень, потеряв возможность продвигаться вперёд, идёт на дно. Примерно то же происходит и с глиссирующим корпусом лодки (с поправкой на то, что его в отличие от камня сила Архимеда всё же спасает от затопления).

Из-за большой «прожорливости» глиссирующие яхты менее пригодны для длительных путешествий. К тому же, полезный объем внутри глиссирующих яхт значительно меньше подобных водоизмещающих, в остром носу ничего не помещается, а вся кормовая часть занята мощными двигателями.

Разные формы днища глиссирующих яхт

Использовать гидродинамическую подъёмную силу глиссирующие лодки могут не только из-за того, что способны развивать достаточную для этого скорость. Подняться над водой помогает и особая форма днища. Для этой цели подходят как плоскодонки, так и лодки V-образным корпусом.

Отметим, однако, что плоскодонки эффективны только там, где не бывает большой волны: плоское днище принимает всю силу удара волны на себя, то отнюдь не способствует выходу на глиссер. Кроме того, плоскодонные яхты устойчивы только на ровном киле и при увеличении крена восстанавливающая сила уменьшается, в отличии от водоизмещающих корпусов.

Среди морских глиссирующих яхт широко распространены обводы типа «глубокое V». Угол, под которым днище такого корпуса поднимается от киля к бортами (килеватость), больше 20°, в то время как у «обычных» V-образных корпусов этот параметр, как правило, 10–17°. Угол, который возникает между корпусом и водой во время движения, у лодок с «глубоким V» в 1,5–2 раза больше, чем у плоскодонок. С такими обводами можно комфортно, без серьёзной потери скорости ходить в глиссирующем режиме даже при волнении (пока волна попутная или бортовая), в то время как менее совершенные модели могут начать «прыгать» по волнам с неприятной для пассажиров тряской («дельфинировать»).

Преимущества и недостатки корпусов типа глубокое V

Главные недостатки корпусов с «глубоким V» — большое сопротивление воды до перехода в глиссирующий режим (лодке тяжелее разгоняться) и меньшая остойчивость во время стоянок и при движении малым ходом, чем у корпусов с меньшей килеватостью. Из-за проблем с остойчивостью большие глиссирующие моторные яхты чаще всего делают менее килеватыми, чтобы они были комфортабельнее.

Ещё один «лайфхак», который используется, чтобы помочь корпусу глиссировать — установка так называемых «реданов». Продольные реданы — вытянутые призмы с сечением в виде прямоугольного треугольника, которые прикрепляют к днищу вдоль корпуса. Так на днище получаются своеобразные выступы с острой кромкой. Днище с поперечными реданами выглядит, как лестница с несколькими ступеньками.

Продольные реданы во время движения как бы сбивают водные потоки, которые стремятся резко уйти от киля к борту, распределяя их вдоль днища и смещая на корму. При достаточно высокой скорости на реданах возникает дополнительная подъёмная сила, которая помогает лодке глиссировать, а при крене не даёт перевернуться. Кроме того, они повышают остойчивость и снижают качку, то есть могут работать по принципу киля. Минус продольных реданов — при встречной волне на высокой скорости корпус получает жёсткие удары, так как на выступах концентрируется давление. Тем не менее, их обязательно устанавливают на корпусах типа «глубокое V».

Поперечные реданы позволяют улучшить устойчивость лодки во время глиссирования. Так она меньше зависит от положения центра тяжести. Чтобы уменьшить силу гидродинамического удара «ступеньки» поперечного редана о встречную волну, его делают стреловидной формы. Так давление нарастает постепенно.

Зачем глиссерам нужны триммеры и транцевые плиты

Регулировать угол подъёма носа глиссирующей лодки над водой помогают «триммеры» и «транцевые плиты».

В первом случае регулируется положение откидного мотора или поворотно-откидной колонки двигателя. Это позволяет избежать чрезмерного дифферента на корму. Запрокинутый нос может отклонять лодку влево и вправо («рыскать»), осложняя управление. Это особенно нежелательно при движении на волне. В этом же положении лодки чаще дельфинируют.

Транцевые плиты, как видно из названия, представляют собой пластины, установленные под водой на транце. Они играют роль подводного крыла. За счёт электромеханического или электрогидравлического привода их угол относительно корпуса можно регулировать. Это позволяет получить правильно направленную дополнительную подъёмную силу в кормовой части корпуса и за счёт этого облегчить выход на глиссирование или выровнять крен.

Приятный бонус транцевых плит — они позволяют сбавить обороты двигателя, но при этом сохранить режим глиссирования. А это означает не только бережное отношение к мотору, но и экономию топлива.

Транцевые плиты входят в стандартную комплектацию многих моделей яхт Bayliner, Sea Ray, Four Winns, Sunseeker, Princess, Fairline, Aquador, Azimut, Ferretti. Разновидностью транцевой плиты можно назвать и Hull Vane, который используют на яхтах Dynamiq (хотя их корпуса чаще всего не глиссирующие, а относятся к особому типу Fast Displasement, о котором речь пойдёт ниже).

На современных моделях вместо транцевых плит чаще всего устанавливают интерцепторы. Эту систему можно описать как «лезвие в ножнах». Когда необходимо, «лезвие» опускается параллельно транцу, как бы продолжая его. При этом, когда интерцептор не нужен и убран, он, в отличие от транцевой плиты, не создаёт дополнительное сопротивление воды. Кроме того, интерцептор начинает действовать в 5 раз быстрее, чем обычная транцевая плита. Самые известные производителя инцепторов для катеров — Zipwake, для яхт — Humphree.

Оптимальный дифферент для каждой конкретной лодки устанавливается опытным путём. Для лодок с поперечными реданами он всегда будет меньше, так как им стоит «опираться» хотя бы на один из них. Кроме того, центр тяжести, а с ним лучшее положение любой глиссирующей лодки меняется по мере того, как опустошаются топливные баки.

Движение на высоких скоростях, особенно при волнении, часто сопровождается обильными брызгами воды, разлетающимися из-под корпуса во все стороны. Для того, чтобы они не попадали на палубу, также существует особое устройство, которое так и называется: брызгоотражатель или брызгоотбойник. Он представляет собой уступ или накладку на борту. Действуют они также, как и продольные реданы. При этом их устанавливают не только на глиссирующих, но и на водоизмещающих судах. Так при установке в носовой части корпуса они могут помогать гасить волну, образующуюся перед форштевнем.

Бывают ли парусные яхты с глиссирующим корпусом?

Раньше все парусники имели только водоизмещающий корпус, а глиссировать могли только моторные суда. Однако в современном мире это уже не так. Морские архитекторы научились создавать для парусников корпуса, форма и вес которых позволяют даже без вспомогательных подводных крыльев выводить их на глиссирование, несмотря на небольшие (по меркам моторок) скорости. В среднем для уверенного глиссирования требуется 45–50 м² парусов на каждую тонну водоизмещения.

Ярким примером глиссирующих парусников могут служить классы «Летучий голландец», «Финн» и SB20. Уверенно глиссируют модели Pogo 44 и J/99. Всех их отличает плоское днище в кормовой части.

Преимущества и недостатки полуводоизмещающих корпусов

Своеобразный компромисс двух крайностей: шустрых, но прожорливых глиссирующих лодок и более медленных, но и более экономичных водоизмещающих — яхты с полуводоизмещающим корпусом.

Они вместительнее, стабильнее на волне и в целом комфортнее, чем глиссирующие яхты, но быстрее, чем водоизмещающие.

Обычно их используют так же, как и водоизмещающие. Причём благодаря меньшей осадке в водоизмещающем режиме полуводоизмещающим яхтам требуется меньщая мощность двигателя и расходуют топливо они более экономно. Если для того, чтобы разогнаться до 10 узлов 16,7–19,8 метровой водоизмещающей лодке требуется использовать всю мощность двигателя, то аналогичной полуводоизмещающей яхте для этого необходимо всего около 15% мощности.

Это даёт возможность экипажу такой лодки ощутимо «поддать газу», если нужно, например, «убежать» от надвигающегося шторма, (почти) как глиссирующей яхте. У команды водоизмещающего судна такой опции нет. И наоборот, если уж непогода застала врасплох, на полуводоизмещающей яхте пассажирам намного комфортнее и безопаснее, чем на глиссирующей за счёт большей устойчивости на волне. Это же является их преимуществом во время стоянок на якоре.

Такой гибридный характер движения полуводоизмещающих яхт возможен благодаря тому, что они способны ходить в так называемом «переходном режиме». Такое же положение проходят глиссирующие корпуса, когда подъёмная сила уже начинает расти, создавая дифферент на корму, но ещё недостаточно велика, чтобы значительно поднять нос от поверхности воды.

Если нарисовать график, изображающий зависимость сопротивления воды от скорости лодки, на нём можно увидеть характерный «горб»: до определённого момента сопротивление растёт, но затем начинает постепенно снижаться. Водоизмещающие лодки не способны развить достаточную скорость и получить нужную подъёмную силу, чтобы даже приблизиться к «горбу». Глиссирующие могут полностью преодолеть его. Ну, а полуводоизмещающие корпуса «застревают» на «горбе» или если и «переваливают» за него, то незначительно, по сравнению с глиссирующими яхтами.

Благодаря большему диапазону доступных скоростей, в целом длительный круиз на полуводоизмещающей яхте будет более динамичным, чем на сравнимой водоизмещающей.

Однако стоит помнить, что расход топлива в переходном режиме наименее оптимальный, поэтому увлекаться «гонками» на полуводоизмещующей яхте не стоит.

Так лодка создаёт носовую волну поперёк корпуса, которая, будь корпус глиссирующим, в конце концов помогла бы набрать достаточную подъёмную силу. Но так как на глиссирование полуводоизмещающий корпус не способен, он продолжает постоянно пытаться забраться на эту волну, что требует огромных затрат энергии двигателя. Среди лодок полуводоизмещающие яхты — мифические Сизифы, которые вечно заталкивают огромный камень на гору, но никогда не добираются до вершины.

Что касается очертаний корпуса, полуводоизмещающе яхты сохраняют округлое днище у киля, вертикальный острый нос и макмимальную двину ватерлинии, характерные для водоизмещающих лодок. Но полуводоизмещающий корпус, как правило, шире. В то время как у водоизмещающих яхт длина больше ширины в 3,5 — 4,75 раза, у полуводоизмещающих — всего в 2,8 — 3,2 раза.

В целом диапазон оптимальных значений длины и ширины у полуводоизмещающих корпусов ниже, чем у водоизмещающих.

Они не могут быть слишком компактными, так как они должны быть способны развить достаточную скорость для выхода на «горб» сопротивления. И в то же время они не могут быть слишком большими, потому что в этом случае вес тоже непропорционально вырастает и лодка становится уже слишком тяжёлой для необходимых скоростей.

С глиссирующими корпусами полуводоизмещающие проекты роднит уплощённое днище в районе кормы, которое помогает аккумулировать подъёмную силу, и наличие острых скул. Это и позволяет таким лодкам «псевдоглиссировать». Как и глиссирующим лодкам, им также требуются довольно мощные двигатели, которые способны разогнать судно до нужной скорости.

Чтобы сделать это полуводоизмещающим яхтам было проще, конструкторы стараются максимально облегчить корпус. Это сказывается и на осадке. Она заметно меньше, чем у водоизмещающих аналогов.

Корпуса Fast Displacement

Водоизмещающие корпуса медленные. Полуводоизмещающие неэффективно расходуют топливо на пиковых скоростях. Полностью глиссирующие — на низких (да к тому же нестабильны на волне). Создать нечто новое и приблизиться к идеалу, у которого не было бы ни одной из этих существенных проблем попробовали в голландском бюро морской архитектуры Van Oossanen. В 2009 году компания официально представила вариант полуводоизмещающих корпусов, который специалисты назвали Fast Displacement, то есть буквально «скоростные водоизмещающие». С 2017 года такие корпуса можно встретить и на больших суперяхтах.

Уже во время первых испытаний на круизной скорости 13 узлов корпус Fast Displacement показал себя с точки зрения волнового сопротивления так же, как аналогичный водоизмещающий корпус, но на 40% лучше, чем полуводоизмещающий.

Остойчивость такой лодки, имеющей пологие, округлые обводы, оказалась такой же, как у аналогов с острыми скулами, хотя в теории должна была быть хуже. А дальность хода за счёт экономичного расхода топлива увеличилась на 1500 морских миль.

Последнего удалось достичь во многом благодаря носу с так называемым «бульбом» (от французского bulbe — «луковица»). Это каплевидное утолщение в подводной части корпуса, применение которого за счёт его влияния на волнообразование оптимизирует потребление топлива на 12–15%. Хотя, нужно признать, бульб совсем не инновация. Его изобрели ещё в начале ХХ века и всё это время используют и на водоизмещающих судах.

На скорости и энергоэффективности преимущества корпусов Fast Displacement не заканчиваются.

Они всегда намного длиннее, чем другие модели с такой же вместимостью, и площадь палуб у них на 20–25% больше.

Это важно не только для гостей, но и для экипажа яхты, так как больше места становится в том числе и на носу, где обычно располагают каюты для команды.

Строительство округлого корпуса типа Fast Displacement из стали или алюминия немного дороже, чем строительства лодки с острыми скулами. Это связано с необходимостью дополнительно изгибать листы металла.

Однако в дальнейшем яхта окупает эти вложения за счёт сниженных расходов на покупку двигателя, а затем и на топливо.

Характерные современные яхты с корпусом Fast Displacement — большинство моделей верфи Dynamiq. Также его можно встретить у лодок Heesen, Wim van der Valk и Overmarine Mangusta, Sunseeker.

Пара слов о многокорпусниках

Катамараны, как и однокорпусные лодки, бывают и водоизмещающими, и глиссирующими, и полуводоизмещающими.

Вне зависимости от типа корпусов по сравнению с однокорпусными моделями их будет отличать более высокая остойчивость, ведь подъёмная сила распределена по гораздо большей площади. Правда, если уж катамаран всё же решит перевернуться, то из-за все той же большой площади и возникающей «парусности» он сделает это очень быстро.

Сопротивление воды, несмотря на два корпуса вместо одного, у катамарана меньше, чем у очень широкого однокорпусника. Поэтому у водоизмещающего катамарана расход топлива в целом будет заметно лучше.

Для выхода на глиссирование катамарану нужно чуть больше мощности, но зато после этого он даже немного более экономичен, чем однокорпусник. В целом расход топлива у глиссирующих судов оказывается примерно одинаковым вне зависимости от количества корпусов.

Резюме

При выборе типа лодки отталкивайтесь от ваших целей. Если вы ищете яхту, чтобы с ветерком гонять на ней по акватории днём и не планируете долгие переходы, присмотритесь к моделям с глиссирующим корпусом. Идеальный вариант для масштабных экспедиций вдали от марины — водоизмещающие яхты. В случае, если вы фанат комфорта, но не представляете себе яхтинг без возможности хотя бы иногда хорошенько разогнаться, выбирайте из полуводоизмещающих лодок.

Количество же корпусов у яхты зависит от ваших потребностей в объёме жилого пространства и ваших личных предпочтений. Да, катамаран всегда дороже однокорпусной яхты аналогичной длины, зато выигрывает у неё по обитаемости. Но моно-яхта — лучшее решение, если вы собираетесь путешествовать в арктических и антарктических широтах, ведь один корпус намного проще отапливать.

Водоизмещающие, полуводоизмещающие и глиссирующие корпуса. Сравнительная таблица

*Относительная скорость лодки, которая вычисляется на основании длины её ватерлинии и фактической скорости.

Число Фруда показывает, каким будет волновое сопротивление для лодки определённой длины на определённой скорости. Чем больше число Фруда, тем больше сопротивление, тем мощнее должен быть двигатель и больше расход топлива. Число Фруда позволяет сравнивать яхты одинаковой длины с разными скоростными характеристиками, вычислять, какой скоростной режим более эффективен для лодки желаемой длины, понимать, как увеличение длины повлияет на расход лодки при сохранении её скоростных характеристик.

** Отношение водоизмещения к длине судна по ватерлинии и площади подводной части мидель-шпангоута. Можно представить себе, как подводную часть судна помещают в прямой цилиндр, у которого основание по форме и площади такое же, как мидель-шпангоут в этой части. Отношение водоизмещения к объёму этого цилиндра и даст нужную цифру. Это один из четырёх подобных показателей, характеризующий полноту обводов. Чем коэффициент меньше, тем более вытянутые и острые обводы у корпуса. Полнее обводы — больше грузоподъёмность, но меньше скорость.

*** Центром величины называют точку, к которой приложена равнодействующая силы тяжести, силы Архимеда и прочих сил, которые поддерживают судно на плаву. Эта точка находится в центре объёма погруженной части корпуса. Чтобы расчётная (конструктивная) ватерлиния лодки совпадала с реальной и не было ни крена, ни дифферента, центр тяжести и центр величины должны лежать на одной прямой, которая перпендикулярна плоскости воды и плоскости конструктивной ватерлинии. Если центр тяжести смещён от центра величины по горизонтали, оно изначально наклонено на корму или на нос. Из-за того, что носовая часть корпуса более острая, в подавляющем большинстве случаев центр тяжести и центр величины судна смещены немного в корму относительно мидель-шпангоута

Источник