Глиссирующие катамараны.

Как мы уже говорили, не всегда удается реализовать высокое гидродинамическое качество катеров с плоским и широким днищем. Одна из причин - потеря устойчивости движения катера при достижении им наивыгоднейшего ходового дифферента. Часто приходится мириться с тем, что фактические углы атаки на расчетной скорости значительно ниже оптимальных и составляют 1-2°. Следовательно, и гидродинамическое качество не достигает своего максимума и в редких случаях превышает К = 4,5.

Одна из возможностей повышения качества - это существенное уменьшение ширины глиссирующего участка днища, при котором судно может глиссировать устойчиво и с большим углом атаки. Чем больше по сравнению с шириной днища длина смоченной поверхности и, следовательно, расстояние от транца до точки приложения равнодействующей гидродинамических сил давления, тем выше скорость, при которой возможна потеря устойчивости. Именно это свойство и используется в конструкции современных глиссирующих катамаранов, которые обладают рядом преимуществ перед однокорпусными судами.

Во-первых, для смягчения ударов при ходе на волнении днищу катамарана можно придать большую килеватость, чем однокорпусному катеру, остойчивость которого резко падает при увеличении килеватости. Во-вторых, благодаря тому, что воздух проходит с большой скоростью по тоннелю между корпусами катамарана, на платформе (особенно если ей придать продольный профиль крыла) создается аэродинамическая подъемная сила, которая воспринимает часть нагрузки судна. В результате аэродинамической разгрузки уменьшается осадка и смоченная поверхность корпуса, повышается скорость.

Гидродинамическое качество оказывается выше качества однокорпусного глиссера лишь при сравнительно малых расстояниях Вк между корпусами, определяемых соотношением 2В0/Вk > 0,75 (значению 2В0/Вk = 1 соответствуют сдвинутые вплотную корпуса, а значению 2В0/Вк = 0 - корпуса, разнесенные на бесконечно большое расстояние, при котором один корпус не влияет гидродинамически на другой; В0 - ширина одного корпуса). При 2B0/Bk=0,4 качество катамарана оказывается минимальным, т. е. это самая невыгодная компоновка катамарана. С уменьшением расстояния между корпусами судно позже выходит на режим глиссирования. Кривые сопротивления катамарана имеют два "горба". Катамараны выходят на глиссирование при значительно более высокой (примерно в 1,5 раза) скорости, чем однокорпусные катера. Ширина корпусов катамарана оказывает существенное влияние на сопротивление воды. При относительном удлинении корпуса L/B0 = 16 и менее катамаран становится очень чувствителен к изменению нагрузки: при ее увеличении гидродинамическое качество падает. Узкие корпуса с отношением L/B0 = 17 - 25 к нагрузке менее чувствительны.

Подобные двухкорпусные обводы используются в основном для высокоскоростных гоночных судов, развивающих скорости 100-250 км/ч. При такой скорости существенное значение имеют аэродинамические силы, которые возникают на нижней поверхности соединительного моста, имеющего большую площадь. С одной стороны, следует использовать аэродинамическую силу, возникающую на ней, чтобы разгрузить корпуса и уменьшить сопротивление трения обшивки о воду. С другой, необходимо учитывать, что на волне угол атаки этой поверхности к набегающему потоку воздуха окажется чрезмерным и судно будет опрокинуто аэродинамической силой через транец (это нередко происходит в гонках скутеров и мотолодок с катамаранными обводами). На скоростях порядка 100 км/ч и выше аэродинамическая сила может достигать 30 кгс и более на 1 м2 несущей поверхности моста.

Чтобы обеспечить продольную устойчивость движения легкого катамарана под действием дополнительных аэродинамических сил и моментов, мостик приходится смещать ближе к транцу корпуса. Его продольное сечение выбирают из числа таких аэродинамических профилей, у которых центр давления и аэродинамический фокус (точка приложения дополнительной силы при изменении угла атаки) имеют кормовое расположение. Чаще всего используют обтекаемый клиновидный профиль с относительной толщиной 5-8 % и высотой среза кормовой части 100-300 мм. Однако опыт дает основание считать, что для скоростей движения 60-80 км/ч целесообразно применять более толстый профиль (10-12 %) и во многих случаях кормовую кромку делать обтекаемой.

Для гоночных катамаранов характерно отношение длины к общей ширине в пределах 2,3-2,9. Вертикальный клиренс (расстояние нижней поверхности моста от воды) принимается равным 4-5 % длины моста. Угол внешней килеватости глиссирующей пластины днища как правило составляет около 10°, а ее ширину можно приблизительно вычислить по формуле где В - ширина пластины, м; D - полная масса катамарана с запасом горючего и экипажем, кг; v - расчетная скорость движения, м/с.

В качестве прогулочных судов и катеров народнохозяйственного назначения глиссирующие катамараны широкого распространения не получили. Это объясняется тем, что сложно обеспечить прочность соединительного моста при больших размерах судна; днище моста приходится высоко поднимать над поверхностью воды, чтобы избежать ударов волн в его нижнюю поверхность. В результате этого надстройки получаются увеличенной высоты, что приводит к повышенному воздушному сопротивлению. Недостатком катамаранов является резкая килевая качка при движении с малой скоростью, а также большая площадь гавани, которую занимает на стоянке двухкорпусное судно.