г. Выкса Нижегородская область

 

Ходкость и волновое сопротивление туристических плотов.

Ходкость. Это способность судна развивать заданную скорость хода при наименьшей затрате мощности. Большая часть энергии экипажа (на гребных судах) и ветра (на парусных) тратится на преодоление сопротивления воды, которое она оказывает движению корпуса и которое в основном определяет быстроходность этих судов. Скорость существенна и для безопасности путешествия: от столкновения с препятствием суда уходят за счет быстрого смещения.

Полное сопротивление воды обычно делят на следующие составляющие: сопротивление формы, трения, волновое и индуктивное. Выделить и отдельно измерить эти составляющие практически нельзя, но такая классификация помогает конструктору лучше понять поведение реального судна.

Сопротивление формы проявляется при возникновении за кормой области пониженного давления. По величине оно эквивалентно работе, затрачиваемой там на образование и срыв вихрей, и определяется характером обтекания кормы. Причем если обтекание водой носа происходит главным образом в горизонтальной плоскости по ватерлиниям, то корма в основном обтекается по ботаксам (линиям пересечения оболочки корпуса вертикальными плоскостями, проходящими   параллельно   ДП), т. е. из-под днища корпуса к поверхности. Сопротивление формы тем больше, чем значительнее перепад давлений между кормой и миделем, что, в свою очередь, бывает у судов с малым удлинением  — L / B  ≤ 3—4,   большой   площадью поперечного сечения корпуса в миделе SМД и   большим коэффициентом общей полноты — δ ≥ 0,75.   И   наоборот, оно мало, например, у парусных катамаранов, у которых LК ≥ 10, δ ≤ 0,5, углы заострения обоих    оконечностей корпусов менее 20°, а длина кормового заострения (подрезки) не менее чем в 4 раза превышает осадку корпуса в миделе. Обычно это сопротивление невелико у каркасных и каркасно-надувных   туристских   байдарок, и его удается сделать сравнительно небольшим у    гребных и парусных катамаранов на надувных поплавках.

У туристских плотов, наоборот, сопротивление формы обычно бывает преобладающим — так сложилось, видимо, исторически. Два первых поколения плотов — из сухостойных бревен и на автомобильных камерах — имели сплошное заполнение става элементами плавучести, и сопротивление формы было преобладающим в силу самой конструкции и конфигурации плота. Это, видимо, и определило невнимание туристов к гидродинамическим свойствам плотов и методам их оценки, принятым в спортивном судостроении.

 

Туристский плот с точки зрения гидродинамики не совсем обычное и не простое судно — не все его свойства очевидны. При анализе движения плота можно выделить три составляющие. Первая составляющая — движение плота вместе с потоком относительно русла реки среди неподвижных препятствий. Это движение наиболее наглядно, и, собственно, оно определило удлиненную форму туристского плота и традиционное положение носа и кормы (морские спасательные плоты часто делают круглыми). Вторая составляющая — движение (перемещение)" плота бортом, осуществляемое за счет активной работы экипажа поперек потока в целях управления. Собственно, этот способ управления в настоящее время и является той особенностью, которая отличает плот от других туристских судов. Ходкость у судна, которое перемещается бортом (длинной стороной) вперед, будет естественно низка, и особенно у плота катамаранного типа. В спортивном судостроении под катамараном понимают два одинаковых корпуса, связанных поперечными балками ила мостом. Площади сечения SДП двух длинных и узких корпусов будут сравнительно велики, а следовательно, будет велико и боковое сопротивление катамарана. При оценке ходкости плота этого типа, движущегося бортом, по существу, меняются местами площади сечений SДП и SМД, то же происходит с длиной L и шириной Вк поплавков. Таким образом, преобладание сопротивления формы у этих плотов формально объясняется очень большим «поперечным» сечением и малым (<1) «удлинением» поплавков в направлении движения. Эти характеристики будут заметно лучше у плотов с поперечным расположением поплавков. Однако и в этом случае общее сопротивление при движении лагом (бортом) не так уже мало, поскольку количество поплавков существенно больше, а удлинение их меньше, чем у катамарана, да и с точки зрения обтекания водой поплавки плота далеко не оптимальны. Третья составляющая движения плота становится заметной на участках с большим уклоном. Она совпадает с продольной осью и возникает за счет «соскальзывания с горки», причем скорость тем больше, чем меньше лобовое сопротивление и тяжелее плот. Первое характерно для катамаранных плотов, а второе — для деревянных плотов первого поколения.

Сопротивление трения — основное сопротивление у гребных судов, имеющих хорошо обтекаемый корпус и движущихся с малой или умеренной скоростью. Оно возникает в силу того, что около корпуса при движении судна из-за вязкости воды образуется оболочка из следующих за ним ее частиц. Толщина этого слоя увеличивается от носа к корме и зависит от формы корпуса, его шероховатости и скорости движения и может достигать 2% от длины L судна, т. е. у пятиметровой байдарки составит около 10 см. Очевидно, что, чем больше воды «тянет» за собой судно, тем сильнее сопротивление трения, величина которого пропорциональна квадрату скорости, первой степени площади смоченной поверхности и коэффициенту трения.

Величина коэффициента трения в основном зависит от того, какая доля корпуса обтекается турбулентным потоком. При турбулентном обтекании не только увеличивается толщина пограничного слоя вокруг корпуса, но и возникают поперечные колебания, поглощающие дополнительную энергию. Часть корпуса, лежащая к корме от точки «отрыва струй» (рис. 1,в), всегда обтекается турбулентным потоком. Поскольку эта точка располагается вблизи наиболее широкого шпангоута, то последний выгодно смещать несколько в корму. Напомним, что у промышленных байдарок «Ладога» и «Салют» он, наоборот, сдвинут в сторону носа, и, следовательно, рекомендации туристов переделывать трехместные «Салюты» и ходить на них «задом наперед» имеют и теоретическое обоснование.

Характер обтекания передней половины корпуса зависит от ее формы, степени шероховатости смоченной поверхности и скорости движения судна, причем требования к гладкости возрастают вместе со скоростью. Особенно сильно сказываются выбоины, зазубрины, выступающие оковки и т. п., которые расположены у носовой части,— они вызывают турбулентный поток вдоль всего корпуса. Однако с ростом скорости и на «полированном» корпусе переход ламинарного потока в турбулентный сдвигается от точки «отрыва струй» в сторону носа. Местоположение области этого перехода определяется некоторой постоянной критической величиной произведения vL*, где v — скорость движения, a L* — расстояние от носа корпуса до начала турбулентного потока (на рис. 1, в L*~20% L]. Таким образом, судам с плавными обводами и заостренными оконечностями существенно иметь гладкую, веретенообразную, хорошо обтекаемую переднюю подводную часть корпуса с плавным увеличением поперечных сечений, которая лучше сохраняет ламинарность потока, чем простая плоская поверхность. Наконец, следует подчеркнуть, что с увеличением длины корпуса L сопротивление трения растет, в то время как сопротивления формы и волновое уменьшаются.

Волновое сопротивление. Его природу легче уяснить, рассматривая движение потока мимо стоящего судна. Скорость воды у носа будет.несколько падать (вода как бы наткнется на препятствие), а следовательно, здесь часть кинетической энергии потока перейдет в потенциальную — вода поднимется на некоторую высоту, образуя гребень носовой волны. У середины судна поток сожмется, скорость его увеличится, кинетическая энергия получит приращение, и вода здесь опустится. И наконец, у кормы поток опять расширится, скорость упадет, а потенциальная энергия возрастет — вода поднимется, образуя кормовую волну.

Волновое сопротивление судна, так же как и сопротивление трения, зависит от площади смоченной поверхности и квадрата скорости движения. Однако коэффициент волнового сопротивления пропорционален более высоким степеням скорости и имеет максимумы, когда скорость такова, что носовая волна совпадает по фазе с кормовой и энергии их складываются. Поэтому для волнового сопротивления важнейшей характеристикой является отношение скорости движения к корню квадратному из длины корпуса v/√L. Для однокорпусных водоизмещающих судов до скорости vmin~0,65/ √L м/с волновое сопротивление практически незаметно. Затем оно очень быстро растет и при скорости vmax ~1,57/ √ L м/с достигает максимального пика — «волнового барьера», когда вдоль корпуса укладывается одна полуволна.

Менее известно, что волновое сопротивление также пропорционально (в первом приближении) отношению фактического водоизмещения V к кубу длины судна V/L3. Другими словами, если при равной длине одна из лодок имеет водоизмещение вдвое больше, то для движения на одинаковой, близкой к максимальной, скорости ей потребуется и тяги по крайней мере также в 2 раза больше. Кроме того, волновое сопротивление узких судов растет пропорционально квадрату их ширины. Наиболее эффективно эти закономерности используют на катамаранах, где при неизменном водоизмещении можно увеличить удлинение поплавков L/BK путем уменьшения их поперечных сечений. Поскольку поперечная остойчивость катамарана может быть обеспечена увеличением расстояния Во между поплавками, то это позволяет уменьшить ширину ватерлинии до минимума, необходимого только для создания плавучести. Вследствие этого туристский парусный катамаран с поплавками длиной порядка 5 м, имея 15 кв. м парусов, может преодолеть свой «волновой барьер» и выйти на глиссирование, хотя это невыполнимо для туристских судов с мощными двигателями.

У катамаранов есть еще две специфические составляющие волнового сопротивления. Во-первых, оно заметно растет, когда носовые волны встречаются между поплавками впереди миделя. Во-вторых, при близком расположении поплавков друг к другу скорость потока между ними сильно увеличивается — то же самое происходит и с волновым сопротивлением. Поэтому рекомендуется задавать конструктивную ширину В0 и горизонтальный клиренс Кг по соотношениям: B0≥0,35L и КГ≥ЗВК (первая величина получена для парусных, а вторая — для моторных катамаранов).

Однако на практике латвийские двухместные катамараны с байдарочными веслами, имея КГ ~1,5 Вк, на соревнованиях (в Лосеве) регулярно показывали такие же результаты, как четырехместные, у которых КГ ~3Вк. То, что при близком расположении поплавков волновое сопротивление заметно не выросло, возможно, объясняется либо меньшим в 2—2,5 раза водоизмещением, либо незначительной скоростью относительно воды как тех, так и других, чего не было заметно из-за большой скорости самого потока. Из этого, видимо, следует целесообразность применения для определенных условий двухместных катамаранов с байдарочными веслами.

Индуктивное сопротивление возникает, когда судно, кроме поступательного, имеет еще поперечное движение. При этом у одного борта возникает повышенное давление, а у другого — пониженное. Затраты энергии на перетекание струй воды с одной стороны корпуса на другую, образование и срыв вихрей определяют величину индуктивного сопротивления.

Оно тем значительнее, чем больше осадка Т, площадь сечения корпуса SДП и коэффициент его полноты μдп. Величина индуктивного сопротивления у парусных судов при углах дрейфа 5—8° может составить более половины общего сопротивления воды. Парусникам оно позволяет ходить курсами, не совпадающими с направлением ветра, у гребных судов препятствует поперечным смещениям.

 

Предыдущая страница        К оглавлению      Следующая страница 

 

 
 
 

 

 

 

Смотрите на сайте:

Видео ловли плотвы

Как ловить плотву, видео

Ловля на балансир

Ловля балансиром.

О жерлицах и кружках

Статьи о жерлицах и кружках.

Пайка металлов

Бензиновая и газовая горелки для пайки металлов.

       

Мормышки для плотвы

Плотвиные мормышки.

Фотоотчеты о рыбалках

Отчеты о рыбалках.

Техника ловли жерлицей

Ловля жерлицами.

Техника ловли окуня

Как ловить окуня.

 
       

Жерлицы. Практика

Видео ловли жерлицей.

Видео изготовления мормышки

Изготовление мормышки, видео.

Как насадить мотыля

Насадка мотыля на крючок.

Ночник-щучья голова

Чучело щуки.

Видео хранения мотыля

Видео хранения мотыля

Окунь на мормышку

Блесны для окуня.

Загадочный ротан

Как ловить ротана зимой и летом.

Как привязать мормышку. Видео

Привязываем мормышку паровозом.

Календарь рыболова

Где, когда и на что ловить рыбу. Календарь.

Пайка мормышек

Мормышки своими руками.

Щука на жерлицы

Щука на жерлицы.

О жерлицах и кружках

Статьи о жерлицах и кружках.

Необычные приманки
Необычные воблеры.
  Рыболовный сайт Фарватер

 

 

 

 

Copyright © 2004-2016