Моторная лодка

DjVu

      От авторов
      Первое издание книги «Моторная лодка» вышло в 1959 году. За истекший срок в любительском и малотоннажном судостроении появились новые типы судов — на подводных крыльях, амфибии, с водометными движителями, катамараны и суда на воздушной подушке. Появились отечественные стационарные судовые двигатели, возросли мощности и улучшились конструкции подвесных моторов. Число типов автомобильных, мотоциклетных и других двигателей, пригодных для судовой конверсии, увеличилось. Изменилась технология любительского судостроения, шире применяются новые синтетические клеи и пластмассы, используется армо- и стекло-цемент. Разработаны любительские конструкции конверсий различных двигателей, водометов, Z-образных колонок, новые схемы электрооборудования судов, схемы освещения судов от подвесных моторов, появилось много и других новинок.
      Ряд предприятий отечественной промышленности занят выпуском судов, двигателей и подвесных моторов для массового потребления, однако любители, занимаясь техническим творчеством, продолжают строить и проектировать суда и двигатели собственных конструкций.
      Если при подготовке первого издания авторам приходилось многие годы по крупицам собирать материал, отыскивая удачные обводы судов и способы их проектирования, а при подготовке второго издания использовать накопленный опыт с учетом критических замечаний и пожеланий спортивных организаций, кружков и отдельных любителей, то при подготовке настоящего издания обилие материала вынуждало авторов отбирать только типичное, наиболее существенное, причем зачастую из-за недостатка места приходилось опускать интересные конструктивные решения. Делали мы это, памятуя, что книга предназначена оказать помощь при проектировании и постройке судов любителям и работникам конструкторских бюро и верфей малотоннажного судостроения.
      В настоящем издании авторы коренным образом пересмотрели примеры, графики и рисунки с учетом современных тенденций малотоннажного судостроения, уточнили теоретические основы и методы расчета, заменили устаревшие рекомендации и формулы, привели дополнительные материалы, уточняющие расчеты и рекомендации по обеспечению остойчивости и непотопляемости, расширили сведения о глиссировании, мореходности, судах на подводных крыльях и воздушной подушке.
      В расчеты скорости хода и потребной мощности введены понятия о наибольшей допустимой мощности и включены расчеты по прототипу.
      Даны рекомендации по выбору режима работы двигателей при судовой конверсии. Устаревшие таблицы и описания конструкций стационарных двигателей и подвесных моторов заменены современными. Приведено описание конструкции Z-образных колонок, пригодных для любительской постройки.
      Уточнены и частично обновлены данные по проектированию гребных винтов, разработана методика расчета водометных движителей и приведены примеры проектирования их по прототипу.
      Книга не является справочником, однако приведенные для иллюстрации чертежи малотоннажных судов можно использовать для практических целей, так как их теоретические обводы и таблицы плазовых ординат откорректированы.
      Большую помощью при подготовке рукописи авторам оказали замечания читателей по предыдущим изданиям книги и ценные рекомендации инженеров В. М. Алексеева, Ю. В. Емельянова и Ю. А. Манжоса.
      Авторы сознают, что их работа не лишена недостатков, поэтому все замечания и пожелания читателей будут приняты с благодарностью. Направлять их следует издательству «Судостроение» по адресу: Ленинград, Д-65, ул. Гоголя, 8.
     
      РАЗВИТИЕ МАЛОТОННАЖНЫХ МОТОРНЫХ СУДОВ
     
      Введение
      Классификация мелких моторных судов пред-затруднения из-за многообразия их типов к определению понятий «моторная лодка»,
      ставляет некоторые и различий в подходе «катер» и т. д.
      Моряки называют небольшие самоходные беспалубные суда или суда с кокпитами шлюпками, ботами, катерами, баркасами и т. п., а речники — моторными лодками, катерами и т. д.
      Спортивная (международная) классификация предусматривает в основном подразделение судов на типы по виду и способу установки двигателя (мотора). Например, суда с подвесными моторами, имеющие ограничения по размерам и весу корпусов, называются моторными лодками; подобные им по типу корпуса суда со стационарными двигателями согласно этой классификации следует называть катерами. При этом в обоих случаях имеются в виду открытые суда.
      В Большой Советской энциклопедии дано следующее определение понятия «моторная лодка»: «небольшая открытая лодка с двигателем внутреннего сгорания, предназначенная для разъездов или спортивногоночных целей. В отличие от моторного катера, моторная лодка не имеет закрытой каюты».
      Третья Всесоюзная научно-техническая конференция по малотоннажному судостроению НТО судостроительной промышленности (Ленинград, 29/Х — 1/XI 1966 г.) решила вместо существующих терминов «мелкие суда», «малые суда» и «маломерные суда» ввести единый термин «малотоннажные суда». Этот термин принят в настоящей книге.
      Рассматриваются малотоннажные моторные суда в основном любительской постройки, длиной 3 — 7 м, шириной 1 — 2,5 м, с осадкой 0.2 — 0,7 м, водоизмещением до 6 т. Для сравнения приводятся описания отдельных судов других назначений.
     
      § 1. Типы малотоннажных моторных судов
      Проектированием и постройкой корпусов судов и моторов занимаются не только специализированные конструкторские бюро и заводы. В значительной степени прогресс техники мало-
      тоннажного судостроения зависит от творчества широкого круга любителей водно-моторного спорта и туризма.
      Технологические новинки и достижения науки и техники осваиваются и творчески внедряются любителями в практику малотоннажного судостроения весьма оперативно. Не следует забывать, что стеклопластик, стекло- и армоцементы, водометы, подводные крылья и воздушная подушка стали широко известны в сочетании с малотоннажным, зачастую любительским, судостроением.
      Не редки случаи, когда моторные суда и двигатели, разработанные и построенные любителями для прогулочных или иных целей, находили применение в народном хозяйстве.
      Для всех судов, в том числе малотоннажных, существуют объединяющие их требования: плавучесть, остойчивость, прочность, непотопляемость, надежность силовой установки и устройств. Однако одно моторное судно пригодно для поездки на охоту или рыбалку, но не годится для длительного туристского похода; другое — подходит для спортивных гонок, но не может быть использовано даже для кратковременной субботней или воскресной прогулки; на третьем можно плавать по тихим плесам небольшой реки, но опасно выходить в большое озеро, водохранилище или морской залив.
      Поэтому при проектировании моторного судна необходимо с самого начала четко представить себе все требования, которым оно должно отвечать. Нередко эти требования противоречат одно другому: например, практически невозможно спроектировать хорошее судно, наиболее удобное для длительного путешествия во время отпуска и для кратковременного выезда на прогулку или рыбную ловлю.
      Задача сводится к отысканию лучших компромиссных решений, что невозможно осуществить без определения основных технических данных корпуса будущего судна, двигателя и движителя, а также цели постройки судна. К сожалению, выбор двигателя и материала корпуса не всегда зависит от любителя; зачастую к реальным возможностям данного периода приходится подстраивать размерения и конструкцию проектируемого судна.
      Для облегчения выбора типа судна, наиболее полно отвечающего различным условиям эксплуатации, ниже даны основные принципы классификации малотоннажных судов, выработанные практикой их проектирования и строительства. Постоянное развитие типов моторных судов не позволяет рассматривать эти принципы как нечто незыблемое: они систематически корректируются теорией и практикой малотоннажного судостроения.
     
      Принципы классификации малотоннажных судов
      По назначению. Транспортные моторные суда — моторные лодки, катера, шлюпки и баркасы, предназначенные для перевозки пассажиров и грузов, в том числе катера-такси, прогулочные мотолодки и катера.
      Специальные моторные суда — соответственно оборудованные моторные суда, выполняющие различные работы на воде: промысло-
      вые, лесосплавные, экспедиционные, спасательные (станционные), обстановочные и пожарные малотоннажные суда.
      Судовые моторные шлюпки — спасательные и рабочие. Спасательные шлюпки служат для спасения экипажа и пассажиров морских и речных судов. Их размерения, вместимость, конструкция, скорость хода, оборудование и снабжение регламентируются соответствующими стандартами и Международной конвенцией по охране человеческой жизни на море. Судовые рабочие шлюпки и катера предназначены для выполнения экипажем судна различных работ. Размерения, скорость хода и конструкция рабочих шлюпок и катеров не регламентируются.
      Служебно-разъездные моторные суда — используются для инспекционных поездок, перевозки почты, как посыльные, для обслуживания соревнований по водно-моторному и парусному спорту, для буксировки лыжников, а также для служебных разъездов на близкие и дальние расстояния. В зависимости от назначения они бывают открытыми или с каютами (рубками).
      Спортивно-гоночные моторные суда — представляют обособленную группу судов, используемых для соревнований по водно-моторному спорту, для обучения и тренировки спортсменов. Рабочий объем цилиндров двигателей, минимальные размерения корпусов, их вес и число мест для большинства типов судов этой группы регламентируются спортивной классификацией СССР, которая соответствует классификации УИМ (Международного союза водно-моторного спорта).1
      У гоночных судов все подчинено одному главному требованию — достижению максимально возможной, зачастую кратковременной, скорости хода, даже в ущерб удобствам размещения экипажа.
      Учебно-тренировочные спортивные суда предназначены для обучения начинающих спортсменов и тренировок. От гоночных судов они отличаются повышенными требованиями к безопасности их вождения и, следовательно, меньшими скоростями хода.
      Любительские суда. Эти суда, построенные любителями индивидуально или коллективно, используются для отдыха на воде, туризма и личных транспортных нужд населения. Любительские суда составляют преобладающую часть малотоннажных судов СССР и отличаются широким диапазоном скоростей.
      Туристские моторные суда используются для прогулок в субботние и воскресные дни, для дальних плаваний во время отпусков, а также для выездов на охоту и рыбную ловлю. Они могут быть любительской и заводской постройки.
      По мнению авторов, единственное различие между туристскими спортивными и любительскими судами — использование последних для хозяйственных нужд.
      2. По району плавания. В зависимости от конструкции корпуса, оборудования, снабжения, навигационных качеств и техyического состояния малотоннажные суда подразделяются Речным Регистром РСФСР на следующие разряды: морские М, озерные О, речные Р и для малых рек и небольших закрытых водоемов.
      Морские и озерные суда должны обладать хорошей мореходностью и повышенной прочностью; их осадка обычно не лимитируется. Двигатели, как правило, устанавливаются стационарные и лишь в редких случаях используются подвесные моторы.
      Суда для больших и малых рек и приравненных к ним водохранилищ и озер обладают меньшей прочностью и их мореходные качества ниже. Осадка ограничивается на больших реках, водохранилищах и озерах меженним горизонтом воды и глубиной судового хода, а на малых реках и небольших закрытых водоемах — максимумом, обеспечивающим прохождение узкостей, мелей и перекатов.
      Двигатели — стационарные, подвесные и бортовые моторы. Суда разряда М должны быть рассчитаны на плавание при больших глубинах, высоте волны 3 м и длине 40 м, в условиях, близких к морским. Плавание таких судов разрешено: с выходом в Белое море до Архангельского плавучего маяка, по Обской губе до о. Шокальского, по Енисейскому заливу до о. Диксон, по Финскому заливу до гор. Выборга, по Печорской губе до островов Гуляевские Кошки, по Амурскому лиману ниже Николаевска-на-Амуре, а также на озерах: Ладожском, Онежском, Байкале, Иссык-Куле и Аральском море. Выход в морские заливы разрешается этим судам при силе ветра не более шести баллов по шкале Бофорта.
      Суда разряда О должны быть рассчитаны на плавание при волне 2 м, длиной 20 м в озерных условиях. Им разрешено плавание по озерам: Балхаш, Выг-Озеру, Севану; водохранилищам: Рыбинскому, Цимлянскому, Каховскому и Новосибирскому; заливам: Куршскому, в пределах Гранц — Рыбачий — -Нида, Финскому до Кронштадта, Астраханскому 12-футовому рейду, Обской губе до Нового Порта, Енисейскому до Усть-Порта; рекам: Лене до бухты Тикси, Амуру до Николаевска-на-Амуре, Южному Бугу ниже гор. Николаева, Дне-провско-Бугскому лиману до гор. Очакова, Волге до Куйбышевской ГЭС, включая Куйбышевское водохранилище и до гор. Волгограда, включая Волгоградское водохранилище, Каме до Камской ГЭС, включая Камское водохранилище и от гор. Чистополя до устья Камы.
      Суда разряда Р должны быть рассчитаны на плавание по магистральным рекам и их крупным притокам при волне высотой 1,2м, длиной 12,5 м. Им разрешено плавание на озерах: Чудском, Белом, Ильмене, Зайсане, Кубенском; водохранилищах: Иваньковском, Горьковском, Веселовском; реке Волге: Калинин — Коприн, Рыбинск Камское устье, Тольятти — Саратов, Волгоград — Астрахань мор-
      ской канал; рекам: Каме до гор. Чистополя, Оби до Ямсальского бара, Енисею до порта Игарка, Иртышу ниже Омска, Лене до устья реки Алдан, Днепру ниже гор. Днепропетровска (исключая Кахов-ское водохранилище), Северной Двине до Бара, Неве, Свири, Колыме, Яне, Индигирке, Ангаре,. Алдану, Селенге, Печоре до
      гор. Нарьян-Мара, Амуру до гор. Хабаровска, Дону до морского канала, Южному Бугу до с. Терноватое, Куршскому заливу до Ниды; каналам: им. Москвы и его водохранилищу, Волго-Донскому до Пятиизбянских рейдов; Вислинскому заливу (Калининград — Балтийск — устье Вислы).
      Плавание судов разряда Р по озерам: Ильмень, Чудскому и им. В. И. Ленина допускается при силе ветра не более шести баллов по шкале Бофорта.
      Суда разряда Л рассчитываются на плавание при незначительном волнении по всем не перечисленным выше рекам и озерам. На магистральных реках районы их плавания ограничены: на Лене — Витимом, Енисее — Красноярском, Волге — Калининой, Днепре — Днепропетровском, Печоре — Усть-Цильмой, Амуре — Благовещенском, Северной Двине — устьем реки Пинеги, Каме — Березниками, Оби — Камнем, Иртыше — Омском, Данге — Клайпедой, Маныче — Веселовским водохранилищем, Немане — Калининградским каналом. Не ограничено плавание по рекам Шилке, Зее, Аму-Дарье, Волхову, Западной Двине, Оке и Москве-реке.
      Морские суда по районам плавания подразделяются Регистром Союза ССР на суда неограниченного, ограниченно-морского, рейдо вого и портового плавания. Малотоннажные моторные суда используются в прибрежно-морском, рейдовом и внутрипортовом цлавании. Выход их в море в каждом конкретном случае допускается по особым разрешениям портовых властей, в зависимости от погоды, района плавания и технического состояния судна.
      3. По режиму движения. Основные режимы движения малотоннажных судов: плавание, переходный режим, глиссирование, движение на подводных крыльях и движение на воздушной подушке.
      4. По обводам корпуса. По обводам корпуса моторные суда разделяют на округльщ (условное обозначение О); U-образные (U); V-образные (V); плоскодонные (ц); морские сани (W); продольно-и поперечно-ступенчатые (реданные) (Г); многокилевые (М).
      Обводы О-образные характерны для судов водоизмещающих, движущихся в режиме плавания; U- и V-образные — для переходного режима; V-образные, плоскодонные, морские сани, многокилевые и реданные — для глиссирующих судов. Многокилевые суда — три-, мараны отличаются наличием трех килей и двух тоннелей по днищу; катамараны могут иметь любые из перечисленных выше обводов. Суда на подводных крыльях имеют обводы, присущие переходному режиму и режиму глиссирования. Для судов на воздушной подушке еще четко не определены обводы, их своеобразные формы приспособлены к созданию и удержанию под днищем «воздушной подушки».
      5. По материалу корпуса. Основными материалами Для корпусов малотоннажных судов служат древесина, пластмассы и металлы; в незначительных количествах для этих целей используют парусину, брезент, резину, картон, стекло- и армоцемент.
      Древесину применяют в виде фанеры различной степени водостойкости, досок, реек, шпона и древесных пластиков: арктилита,
      бакелизированной фанеры и пр.; пластмассы — в основном стеклопластик и в небольших количествах другие пластмассы; металлы — в большинстве алюминиевые сплавы и в меньшем количестве сталь.
      Композитные суда с металлическим набором и деревянной обшивкой строят редко. За последнее десятилетие любители широко освоили постройку судов с обшивкой из фанеры, оклеенной снаружи, а иногда и внутри, стеклотканью на эпоксидном или полиэфирном клее.
      Относительная применяемость материалов при постройке корпусов судов любителями приведена в табл. 1. Не охватывая всего многообразия и количества судов, построенных любителями за последние годы, данные таблицы отражают общие для каждой страны тенденции; по СССР они собраны авторами, по США учтено 532 судна любительской постройки, демонстрировавшихся на ежегодной нью-йорской выставке в 1966 г.
      Интересно проследить динамику применяемости материалов для любительского малотоннажного судостроения США за 1960 — 1966 г.
      По данным американской ассоциации фабрикантов двигателей и лодок (NAEBM) удельный вес постройки судов из древесины за 6 лет снизился с 48,4 до 25,5%, из стеклопластика и других пластмасс за это же время возрос с 35,3 до 54,6%, применение алюминиевых сплавов незначительно увеличилось. Применение остальных материалов стабильно.
      6. По архитектуре (конструктивнымтипам). По конструктивным типам малотоннажные суда подразделяют следующим образом:
      — моторные байдарки;
      открытые моторные лодки;
      моторные лодки с носовой, средней или кормовой палубами и носовыми или кормовыми кокпитами;
      катера с ветровым стеклом и каютой со спальными местами;
      катера с полноразмерной каютой, полубаком и рулевой рубкой;
      — прочие, куда можно отнести плавучие дачи, суда-амфибии и пр.
      Основой для определения терминов «моторная лодка», «катер»
      принят принцип, указанный в Большой Советской Энциклопедии, а именно: « в отличие от моторного катера, моторная лодка не имеет закрытой каюты». Авторы считают подобное определение правильным, так как оно определяет тип моторного судна по его внешнему виду.
      7. По конструкции корпуса. Малотоннажные суда строят с поперечной, продольной и смешанной системами набора.
      При поперечной системе набора прочность корпуса обеспечивается, в основном, поперечными связями (шпангоутами), расположенными на небольших расстояниях (шпациях) друг от друга при минимальном количестве продольных связей. При этой системе поперечная прочность корпуса обеспечивается шпангоутами, бимсами и переборками, а продольная — наружной обшивкой, палубным настилом, килем, планширем и привальными брусьями. Стрингеры служат местными подкреплениями.
      При продольной системе набора основные прочные связи: киль, привальные брусья, стрингеры, ватервейс, планширь непрерывны по длине судна и имеют увеличенные размеры, что позволяет уменьшить число шпангоутов при обеспечении (с учетом наружной обшивки) достаточной общей прочности корпуса.
      При смешанной системе набора основные прочные непрерывные связи располагаются примерно поровну как в продольном, так и в поперечном направлениях.
      У безнаборных судов местная и общая прочность обеспечиваются скорлупной конструкцией обшивки (суда из шпона, выклеиваемые на болване) и жесткостью банок, переборок и воздушных ящиков у небольших судов из пластмасс. У более крупных судов из пластмасс прочность корпуса обеспечивается двухслойной обшивкой (иногда с заформовкой деревянных или пластмассовых деталей) или местными пустотелыми или монолитными утолщениями, приформовывае-мыми к обшивке в процессе изготовления корпуса. Иногда эти утолщения заполняют пористыми материалами (пенопласт и пр.). Нередко необходимую жесткость корпусу пластмассовых и металлических судов придают за счет продольных гофров или зигов.
      8. По типу двигателя. Принято следующее деление: суда с бортовыми моторами, суда с подвесными моторами и суда со стационарными двигателями.
      В качестве стационарных двигателей применяют судовые стационарные двигатели, многоцелевые, автомобильные, тракторные, мотоциклетные, а также двигатели мопедов и мотороллеров, конвертированные (приспособленные) для судовых целей.
      9. По роду движителя. Малотоннажные суда могут иметь в качестве движителя гребной винт, водометный движитель, воздушный винт и газовый реактивный двигатель-движитель.
      Наиболее распространенный движитель — гребной винт. В последние годы любители стали часто применять водометные движители.
      Приведенные принципы классификации не претендуют на полноту определений, многие из них подлежат дальнейшему уточнению, а возможно могут и оспариваться, однако составленное на их основе описание позволит приступить к разработке проекта судна.
     
      § 2. Краткие исторические сведения о развитии малотоннажного судостроения в России
      В 1892 г. выдающийся русский изобретатель инженер П. Д. Кузминский предложил, а в 1897 г. построил первый в мире газотурбинный двигатель, названный им «газопарородом». Этот двигатель, смонтированный на катере и испытанный на Неве, вращал гребной винт и имел те же основные детали, что и современные турбореактивные двигатели.
      Рис. 1. Первая русская моторная лодка.
      Двигатель П. Д. Кузминского является прототипом турбовинтовых двигателей, применяемых в авиации и имеющих большую будущность в автопромышленности и судовом машиностроении.
      Первая русская моторная лодка (рис. 1) была построена в 1900 г. на верфи Старлей по проекту П. Н. Беляева. Открытая мотолодка с обводами водоизмещающего типа развила скорость около 13 км/ч. Длина лодки 6,4 м, двигатель мощностью 3 л. с., весом 96 кг был оборудован редуктором, вдвое снижающим обороты гребного вала, и винтом регулируемого шага.
      Наряду с П. Н. Беляевым, пионером в деле создания отечественных моторных судов был В. Н. Пылков. Спроектированный им для
      А. Л. Золотова катер Потеха имел обводы вельботного типа, носовую палубу, каюту с дверью и сдвижным капом.
      Первый русский бензиновый двигатель был изготовлен на заводе Лесснер в Петербурге в 1904 г.; вскоре этот завод стал выпускать карбюраторные двигатели мощностью 6, 12, 16, 25, 30 и 50 л. с.
      Первые соревнования моторных лодок в России состоялись 1 августа 1904 г. в Петербурге; организовал их Петербургский речной яхт-клуб. Первый приз завоевал К- С. Картау на Сирене, вторым был А. Л. Золотов на катере Эх-ма. Вслед за столицей 23 июля 1906 г. гонки моторных судов организовал Рижский гребной клуб. Первый приз достался мотолодке Надя (водитель Т. Мельбаум). С 1909 г. гонки моторных лодок и катеров стали проводиться в России во многих городах (Ростов-на-Дону, Таганрог, Москва и др.).
      Первый русский глиссер был построен в Петербурге фабрикой Лебедева, а первые гонки глиссеров состоялись 9 августа 1909 г. в Петербурге. Лучший результат — 50 км/ч показал глиссер Л. Нобеля Тармарен с двигателем мощностью 120 л. с.1
     
      § 3. Борьба за скорость и мореходность
      Борьба за скорость и мореходность малотон нажных судов сводится к попыткам снизить вес судна, приходящийся на 1 л. с. мощности двигателя, и к поискам таких обводов корпуса, при которых сопротивление воды движению судна было бы минимальным.
      В 80-х годах прошлого столетия только что появившиеся двигатели внутреннего сгорания устанавливали на парусные яхты, а специально моторные суда строили подобно паровым баркасам и шлюпкам округлых водоизмещающих форм, с плавными, сходящимися у штевней ватерлиниями и сильно развитым в корме килем (дейдвуд-ным брусом).
      При небольших скоростях хода эти суда хорошо выполняли свои задачи, но с возрастанием мощности двигателей увеличение скорости сопровождалось потерей мореходности из-за недопустимого дифферента на корму, что и побуждало искать более совершенные обводы.
      Несмотря на то, что принцип бездейдвудных тетраэдровидных обводов корпусов был разработан выдающимся русским изобретателем инж. П. Д. Кузминским еще в 1876 г. и первая стальная шлюпка с обводами двойного клина (высокий узкий нос и широкая низкая корма) была построена им в 1881 г., корпуса моторных судов этого типа получили широкое распространение только в начале XX века.
      Тетраэдровидные суда строились с отношением ширины корпуса к длине (В : L) 1 : 8-^-1 : 10, с округлыми обводами, сильно заглуб-
      1 Более подробные сведения о становлении малотоннажного судостроения н водно-моторного спорта в дореволюционной России см.: Ю. А. Манжос, сборники «Катера и яхты» № 4, gt 10, 13; Л., «Судостроение».
      ленным в воду узким носОм и широкой, поднятой к ватерлинии транцевой кормой.
      Основным принципом получения большой скорости этих судов было выражение «длина бежит» (Die Lange lauft — нем.), т. е. увеличение отношения длины к ширине корпуса обеспечивало уменьшение волнового сопротивления и сопротивления формы, а следовательно, скорость судна возрастала.
      Наивысшая скорость была достигнута в 1908 г. английской тетраэдровидной бездейдвудной мотолодкой Урсула (В : L = 1 : 10,5) на соревнованиях в Монако.
      На Урсуле был установлен двенадцатицилиндровый бензиновый двигатель мощностью 200 л. с. (удельный вес двигателя 3 кг!л. с.), с помощью которого она развила скорость 75 км/ч.
      Такая скорость оказалась пределом для водоизмещающих тетраэдровидных судов. Стремясь уменьшить сопротивление воды движению моторных лодок, конструкторы пытались копировать обводы крупных быстроходных судов, но эти попытки не увенчались успехом, и дальнейшее проектирование моторных лодок и катеров пошло по самостоятельному пути поисков наиболее рациональных обводов корпуса.
      Водоизмещающие моторные суда развились в моторные лодки и. катера типа волноуловитель (Wellenbinder — нем.), достигающие при умеренных мощностях двигателей и хорошей мореходности скоростей 30 — 40 км/ч. Эти суда имеют S-образные днищевые ветви шпангоутов в средней части корпуса, образующие округлое, приполнен-■ ное у киля днище, переходящее в плоское или почти плоское к корме, и значительно килеватое в носу. Борта волноуловителя умеренна развалены в носу и завалены в корме с резко выраженным изломом батоксов в конце первой трети корпуса и прямой линией палубы,» понижающейся от носа к корме. Транец приподнят над основной и почти выходит из воды на стоянке при полной осадке. Отношение ширины к длине В : L ^ 1 : 4-М : 5.
      Суда этого типа хорошо приспособлены для плавания в устьях^ и низовьях магистральных рек, на больших озерах и водохранили-* щах. Конструкторы любительских судов нередко возвращаются к об- * водам типа волноуловитель при проектировании современных судов.1
      Дальнейшая борьба за повышение скорости хода, улучшение море- г ходности и упрощение обводов привела к созданию корпусов типа шарпи (sharpie — франц.) с V-образными обводами. Первоначально корпуса этого типа не были рассчитаны для больших скоростей — их предложили в целях упрощения технологии постройки.
      Корпуса шарпи имели прямые образования остроскулых шпангоутов с резким изломом на скуле, значительный развал бортов в носу, без завала в корме и килеватое днище с уменьшением килеватости в корме. Линия палубы и борта — прямая, скула понижалась от носа к миделю и повышалась в корме к приподнятому почти на
      1 См., например, теоретический чертеж катера Москвич в [34].
      уровень ватерлинии транцу, что затрудняловыход на глиссирование. В дальнейшем эти обводы были изменены для улучшения глиссирующих качеств в основном за счет расположения линии скулы и линии киля в кормовой оконечности параллельно основной, но термин «шарпи» сохранялся еще длительное время за судами с V-образными обводами и нередко употребляется и теперь.
      Суда этого типа просты в изготовлении, обладают хорошими мореходными качествами и при достаточной мощности двигателя глиссируют. Отношение В : L = 1 : 3-М : 4.
      В результате изменения обводов и увеличения скоростей хода произошло коренное изменение режима движения: взамен попыток добиться прироста скорости за счет уменьшения сопротивления воды водоизмещающему судну, появилось стремление заставить судно скользить по воде. Четко определилась дальнейшая задача — разработать такую форму корпуса, которая при наименьших затратах мощности двигателя обеспечила бы глиссирование. Актуальность этой задачи сохранилась до настоящего времени.
      После того, как было установлено, что слабокилеватое днище с транцевой кормой и острой скулой способствует уменьшению сопротивления воды движению на больших скоростях, были созданы суда с поперечными уступами на днище — реданами. При достаточной мощности двигателя суда этого типа глиссируют на небольших участках днища у редана и транца, выполняющего роль кормового редана.
      Новый тип судна получил название глиссер (glisseur — скользящий, франц.).
      Уменьшение осадки судна и относительное снижение сопротивления воды движению на большой скорости было изучено еще в 1834 г. англичанином Д. Расселом, а первое глиссирующее судно спроектировано и построено в 1867 г. французом Адером. Над теоретическими основами глиссирования (тогда его называли гидропланированием) работали с 1867 г. английский пастор Рэймус, с 1877 г. английский судостроитель Торникрофт, с 1881 г. француз Р. Пиктэ, с 1885 г. русский подданный де Ламбер, запатентовавший свои суда в нескольких странах, в том числе во Франции и США.
      Ко времени, когда Урсула завершала эру господства водоизмещающих судов, было создано и опробовано много глиссеров, выделившихся к этому времени в самостоятельный класс «скользящих лодок» — «гидропланов».
      В 1897 г. де Ламбер построил и испытал глиссирующий катамаран весом 300 кг, с паровой машиной 8 л. с., развивший скорость 33 км/ч. На аналогичном судне с бензиновым двигателем 60 л. с. в 1906 г. была достигнута скорость 50 км/ч. С 1905 по 1908 г. француз
      А. Телье построил и испытал пять глиссирующих корпусов с двигателем 105 л. с., добившись максимальной скорости 58 км/ч. Его глиссер La Rapier-Ill имел современные обводы реданного глиссера с кормовой установкой двигателя и передачей вращения гребному валу через угловой редуктор.
      В 1913 г. была официально зарегистрирована показанная Тис-сандье скорость на глиссирующей плоскодонной четырехугольной моторной лодке, равная 88,25 км1ч. Длина лодки 7 м, ширина 3 м, водоизмещение около 800 кг. «Гидроплан» был построен с участием де Ламбера.
      Дальнейшее увеличение скорости хода осложнилось тем, что мореходные качества реданных глиссирующих судов оказались низкими. Плоское или слабокилеватое днище глиссера, встречая даже небольшую волну, испытывает удары, сбивающие судно с курса и угрожающие прочности. Неплохие по своим ходовым качествам на спокойной воде глиссирующие суда при волнении в 2 — 3 балла становятся непригодными к эксплуатации. Недостаточна была также остойчивость первых глиссеров на поворотах.
      Переход от днища к борту в кормовой части глиссеров стали поэтому делать с раздвоением скулы от редана к транцу, образовавшем скошенные участки днища. Это увеличило остойчивость на поворотах, так как при дрейфе на циркуляции набегающие струи воды, взаимодействуя со скошенными участками днища, создают кренящий момент, направленный внутрь циркуляции. В результате опасность опрокидывания глиссеров при поворотах на большой скорости уменьшается.
      Американский конструктор Апель разработал конструкцию трехточечных глиссеров: редан как бы разрезан пополам вдоль и разнесен по бортам, образуя два поплавка — спонсона. На ходу глиссер опирается на кормовую оконечность судна и кормовые участки спонсо-нов, при этом все три точки движутся в иевозмущенном потоке («прямая» трехточечная схема). Трехточечные глиссеры имеют также вторую модификацию — кормовой участок днища как бы разрезан и разнесен по бортам, и кормовые спонсоны и редан движутся также в невозмущшном потоке («обратная» трехточечная схема).
      Трехточечные корпуса испытывают значительно уменьшенное сопротивление на высоких скоростях хода, устойчивы на прямых курсах, но на циркуляции иногда имеют тенденцию переваливаться с борта на борт. Мореходность трехточечных глиссеров недостаточна.
      В связи с тем, что вес трехточечного глиссера поддерживается на воде консольно разнесенными спонсонами, конструктивно трудно компонуемыми с корпусом, трехточечные суда обладают и меньшей прочностью.
      Во время хода трехточечного глиссера («прямой» схемы) центральная часть корпуса находится над водой. Проходящий под корпусом воздух создает аэродинамическую подъемную силу, увеличивающуюся примерно пропорционально квадрату скорости хода судна. Иногда глиссер, достигнув определенной скорости, поднимается — «взлетает» над водой, при этом возникает серьезная опасность опрокидывания. И все же, учитывая высокую скорость трехточечных глиссеров, их продолжают строить для спортивно-гоночных целей.
      На очень быстроходных глиссерах, в том числе трехточечных, для уменьшения сопротивления воды, кроме поперечных реданов,
      нередко делают продольные реданы, уменьшающие смоченную поверхность днища. В большинстве случаев такие корпуса используют
      в конструкциях гоночных судов.
      Американский конструктор А. Хикман разработал конструкции глиссирующего корпуса с обводами морские (водяные) сани. Суда с обводами морские сани (см. рис. 40) достаточно мореходны, отличаются хорошей остойчивостью, легко без ударов идут даже при значительном волнении. В режиме глиссирования днищевой тоннель, образуемый сводчатым днищем и двумя расположенными параллельно ДП килями, заполняется создающей подушку смесью воды и воздуха, уменьшающей сопротивление трения и смягчающей удары и брызго-образование при ходе по волне. Два киля очень улучшают устойчивость судна на курсе.
      Наряду с совершенствованием глиссирующих судов поиски путей увеличения скорости хода моторных судов привели к попытке снизить сопротивление воды движению, подняв корпус судна над водой.
      В 1891 г. де Ламбер запатентовал во Франции, а в 1894 г. — в США судно на подводных (водяных) крыльях, что положило начало поискам нового типа быстроходного мореходного судна. Однако вплоть до 1940 г. суда на подводных крыльях широкого распространения не получили, хотя многие конструировали и строили такие суда.
      В 1905 г. итальянец Форланини испытал катер водоизмещением 1,65 т с крыльями в виде этажерки. Катер при мощности двигателя 75 л. с. развил скорость до 70 км/ч. В 1906 г. катер итальянца Крокко с V-образньши крыльями достиг скорости 90 км/ч (мощность двигателя 100 л. с.)
      В 1910 — 1925 гг. в Италии Гвидони работал над проблемой установки подводных крыльев на гидросамолетах. В 1921 г. канадец Белл на катере водоизмещением 5 т с двигателями в 760 л. с. добился скорости 132 км/ч.
      Недостаточная теоретическая и экспериментальная база, неизу-ченность нового вида движения обрекали многие опыты с подводными крыльями на неудачи. Исключительно большое значение для развития судов на подводных крыльях имели опубликованные в 30-е годы теоретические работы советских ученых: А. Н. Владимирова, М. В. Келдыша, К. Ф. Косоурова, М. А. Лаврентьева, Г. Е. Павленко, А. С. Перельмутра, Л. И. Седова, К. К. Федяевского и др. В этих же годы были созданы первые практически приемлемые схемы судов на подводных крыльях: в 1932 г. проф. Титьенсом, в 1936 г. инж. Шертелем в Германии, в 1937 г. почти одновременно инж. Бенуа в СССР и инж. Грюнбергом во Франции.
      В послевоенные годы работы над «крылатыми» судами развернулись во многих странах мира в разных направлениях.
      В СССР суда на подводных крыльях получили широкое распространение. В 1956 г. опытный катер конструкции лауреата Государственной и Ленинской премий докт. техн. наук Р. Е. Алексеева, построенный заводом «Красное Сормово», показал скорость около
      130 км/ч. Полученные результаты были использованы при последующем проектировании. Летом 1957 г. на Волге было испытано широко известное ныне пассажирское судно Ракета на 66 мест, которое развило скорость более 60 км/ч (мощность двигателя 900 л. с.). В 1959 г. появляются катера-такси на подводных крыльях, с пятью пассажирскими местами, развивающие скорость 60 км/ч. Они предназначены для плавания по рекам и вдоль морского побережья. С тех пор в нашей стране создано много типов судов на подводных крыльях: теплоходы Метеор, Спутник, Чайка-, катер Волга, морские суда Комета, Вихрь и другие со скоростями хода 60 — 100 км/ч. Более тридцати
      Рис. 2. Судно на подводных крыльях.
      государств, в том числе США, Англия, Япония и др., выразили желание приобрести лицензии на постройку советских судов на подводных крыльях.
      Естественно, что суда на подводных крыльях обратили на себя внимание любителей водно-моторного спорта и туризма.
      Одним из первых построил моторную лодку на подводных крыльях москвич-любитель С. А. Тиайн.
      Любительские суда на подводных крыльях (рис. 2) получили распространение.
      Идея создания «воздушной подушки» для уменьшения сопротивления воды движению судна не нова. Еще в 1875 г. английский ученый В. Фруд предложил для уменьшения сопротивления трения создать между корпусом судна и водой тонкую прослойку воздуха. Осуществить идею Фруда пытался в 1885 г. шведский инженер Г. Лаваль, но его попытки не увенчались успехом.
      Примерно через 40 лет принцип движения на воздушной подушке был теоретически обоснован К. Э. Циолковским в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд», где предложена бесколесная конструкция поезда и новое строение пути,
      Установленные К. 3. Циолковским зависимости между высотой
      подъема вагона, его весом и расходом энергии лежат в основе современной теории судов на воздушной подушке (СВП).
      Применив теоретические исследования К. Э. Циолковского в судостроении, профессор Новочеркасского политехнического института
      В. И. Левков в 1927 — 1934 гг. разработал проект, по которому в 1934 — 1935 гг. было построено несколько катеров на воздушной подушке, показавших рекордные по тому времени скорости хода.
      В настоящее время разработано и построено много судов на воздушной подушке, среди них и любительские суда. В 1963 г. в Австралии на о. Барли Гриффин состоялись первые международные гонки любительских СВП.
      Такие суда поднимаются над водой в результате нагнетания вентилятором под днище судна воздуха с давлением, несколько превышающим атмосферное. Подъем судна над водой (или над землей, так как СВП — амфибии) будет продолжаться до тех пор, пока усилие, создаваемое давлением воздуха от вентилятора, не уравновесит вес судна. При подъеме судна между поверхностью воды и его днищем образуются щели; производительность вентилятора компенсирует вытекание воздуха из-под купола подушки. Судно будет держаться на воздушной подушке, пока не прекратится подача воздуха от вентилятора.
      Изучение взлета и посадки самолетов позволило обнаружить влияние близости поверхности (земли или воды) на аэродинамические характеристики крыла. Было установлено, что при полете в непосредственной близости от экранирующей поверхности подъемная сила крыла возрастает, а сопротивление воздуха движению уменьшается.
      Эффект близости экрана оказался настолько ощутимым, что возникла идея использования его для создания экранопланов [6].
      Экраноплан — это еще не самолет, так как не может подняться над опорной поверхностью воды более, чем на 5 — 40 см, но уже и не глиссер, потому что движется, не соприкасаясь с водой. Мощность, необходимая для движения в режиме экраноплана, примерно в три раза меньше мощности для движения в режиме глиссирования.
      По мере возрастания скорости глиссирующего судна для образования гидродинамической силы поддержания требуется все уменьшающаяся поверхность днища, опирающаяся на воду. Если придать подводной части глиссера профиль нижней плоскости крыла самолета и приложить нагрузку в 30 — 50 кг/м2, то при угле атаки 2 — 8° под воздействием аэродинамической силы, возникающей между поверхностью воды и днищем глиссера, он оторвется от воды и будет продолжать движение по воздуху.
      Первый экраноплан-аэросани был построен в Финляндии Т. Каа-рио в 1935 г. При полезной нагрузке 80 кг с двигателем мощностью 16 л. с. и воздушным винтом он двигался по снегу со скоростью
      22,4 км/ч. Аэросани Т. Каарио постройки 1962 г. с двигателем мощностью 50 л. с. при полном весе 500 кг и высоте движения над льдом 15 см развили скорость 80 км/ч.
      Экраноплан американской фирмы Локхид, построенный в 1963 г. (полный вес 680 кг, полезная нагрузка 200 кг, двигатель мощностью 50 л. с.), с гребным винтом при опорной поверхности 18,3 м2 показал скорость 83 км/ч. В США на экраноплане с двигателем мощностью 75 л. с. В. Б. Корягин достиг скорости 110 км/ч, а Н. Диккинсон — 139 км/ч на судне такого типа, но с двигателем мощностью 190 л. с.
      В СССР любительское судно-экраноплан построено под руководством Ю. А. Будницкого группой студентов Одесского института инженеров морского флота в 1965 г. Полный вес экраноплана — 450 кг (полезная нагрузка — 100 кг), длина 5 м, ширина 3,2 м, расчетная скорость 110 км/ч, установлено два мотоциклетных двигателя по 18 л. с. с воздушными винтами.
      Появление судов на подводных крыльях, воздушной подушке и гибрида глиссера и самолета — экраноплана позволило при одинаковой относительной скорости значительно уменьшить удельное сопротивление воды движению — R/D. Это хорошо видно на графике рис. 13; удельное сопротивление RID (где R — сопротивление, D — водоизмещение судна) по мере подъема корпусов судов над водой уменьшается.
      Борьба за скорость стала особенно интенсивной во второй трети XX века. Этот период отличается резким ростом скоростей всех видов транспорта. Однако если в авиации скорости далеко перешагнули за звуковой барьер, то на воде, за исключением отдельных рекордных судов, скорости обычно не превышают 60 — 130 км/ч.
      Вместе с тем конструкции гоночных судов быстро прогрессируют и, безусловно, оказывают положительное влияние на общее развитие малотоннажного судостроения — в этом техническое значение зародившегося на грани XIX и XX вв. водно-моторного спорта.
      История рекорда скорости на воде неразрывно связана с соревнованиями за интернациональный Британский приз, учрежденный в 1903 г. К состязаниям за этот приз допускались моторные лодки любых типов, но с единственным условием: лодки и двигатели должны быть построены в стране, под флагом которой выступал гонщик.
      Установление мировых рекордов скорости на воде требует высокого мастерства и напряжения всех сил и не всегда заканчивается благополучно. В борьбе за достижение абсолютной скорости на воде неоднократно гибли суда и спортсмены, однако борьба за скорость не прекращалась.
      Летом 1930 г. погибли англичане Генри Сигрейв и его механик Холиуэй, пытавшиеся побить свой абсолютный рекорд. Катер Си-грейва Мисс Англия-U, развив скорость более 130 км/ч, перевернулся и затонул.
      Двадцать девятого сентября 1952 г., показав скорость 332,7 км/ч, погиб англичанин Д. Кобб. Его глиссер Крестоносец с реактивным двигателем Де Хавиленд зарылся в воду на финише и развалился на куски.
      В 1954 г. погиб на последних метрах дистанции итальянец Марно Верга во время аварии глиссера Jlaypa-111 ■
      Осенью 1956 г. погиб на Сло-Мо-Шен-IV американец Стенли
      Сайерс, абсолютный мировой рекордсмен 1950 — 1952 гг. на воде.
      Все эти катастрофы взволновали не только спортивный мир. Стало очевидным, что для установления абсолютного рекорда скорости на воде нужна не только отвага и мастерство гонщика, а тщательная инженерная подготовка, требующая длительного напряженного труда.
      По этому пути пошел знаменитый английский испытатель Дональд Кэмпбелл, продолжатель дела и преемник славы отца, самого
      Рис. 3. Глиссер Синяя птица Дональда Кэмпбелла.
      «быстрого человека» мира — Малькольма Кэмпбелла, которому в течение ряда лет принадлежали абсолютные рекорды скорости на земле и воде.
      Глиссер Д. Кэмпбелла Синяя птица (Blue bird — англ.) готовился к побитию мирового рекорда с 1949 г. (рис. 3). Модель судна неоднократно испытывалась в аэродинамической трубе и опытовом бассейне. Управляемую по радио модель судна испытывали на скорости 150 км/ч в натурных условиях на озере. На Синей птице был установлен реактивный двигатель с тягой 1816 кг. В важнейших узлах судна имелись датчики, регистрировавшие и передававшие на береговой наблюдательный пункт данные о напряжениях.
      Зимой 1955 г. Синяя птица была спущена на воду на озере Эльс-ворт (Англия). С этого времени, постепенно наращивая скорость с 325,16 до 444,60 км/ч, Дональд Кэмпбелл побивал собственные рекорды. Последний заезд 4 января 1967 г. оказался роковым для Дональда Кэмпбелла. Приближаясь к первому бую мерного километра Синяя птица достигла скорости 527,8 км/ч, после чего, сбавив (по неизвестной причине) скорость до 464 км/ч, у финиша потеряла управление, взлетела в воздух, а затем врезалась в воду и затонула.
      Д. Кэмпбелл погиб в возрасте 46 лет в ореоле славы абсолютного рекордсмена мира на воде.
      Последний рекорд Д. Кэмпбелла не был зарегистрирован, так как 130 м, отделявшие глиссер от финиша, были пройдены по воздуху.
      Сейчас в Англии разработан проект рекордного глиссера с дельта-видным корпусом, сложной кривизной редана, катапультой для гонщика и другими приспособлениями, увеличивающими безопасность. В память Дональда Кэмпбелла решено назвать глиссер Синей птицей (рис. 4).
      Дональд Кэмпбелл погиб, достигнув скорости 498,88 км/ч, а через полгода, 30 июня 1967 г., на озере Гантерсвилл (штат Алабама, США)
      Рис. 4. Проект гоночного глиссера С делыавидным корпусом.
      американец Ли Тейлор на реактивном глиссере Хаслер развил скорость 458,5 км/ч, побив официальный рекорд Д. Кэмпбелла 1964 г. и завоевав кубок Р. Эванса х, до этого около 12 лет находившийся у Д. Кэмпбелла. Абсолютные мировые рекорды скорости на воде даны в табл. 2.
      В СССР водно-моторный спорт получил широкое развитие в послевоенные годы. Чемпионаты СССР по водно-моторному спорту, носившие ранее эпизодический характер, с 1956 г. стали проводиться ежегодно.
      Систематическое проведение соревнований внутри обществ перед чемпионатамиСССР способствует увеличению числа спортсменов в водно-моторных секциях коллективов физической культуры и Морских клубах ДОСААФ. Водно-моторный спорт в СССР становится подлинно массовым, растет техническое и тактическое мастерство не только ведущих спортсменов, но и рядовых гонщиков.
      Любительское судостроение и водно-моторный спорт получили в последние годы хорошую базу для развития. Предприятиями отечественной промышленности освоен выпуск подвесных моторов различных марок, а также катеров и моторных лодок для использования в народном хозяйстве и для удовлетворения запросов широких масс населения.
      Большую работу по развитию любительского судостроения проводит Центральный Морской клуб (ЦМК) ДОСААФ, разрабатывающий чертежи малотоннажных судов для постройки первичными организациями ДОСААФ и отдельными любителями.1
      Говоря о достижениях малотоннажного судостроения, следует упомянуть и о роли специалистов, оказывающих практическую помощь любителям.
      Работы и информации Ю. Ю. Бенуа, Ю. В. Емельянова, Л. Л. Ермаша, Л. М. Кривоносова, Э. Э. Клосса, |В. А. Лазарева , Г. Б. Либефорта, Ю. А. Манжоса, А. И. Павлова-, Л. Е. Трегубенко и многих других являются основным фондом любительского судостроения.
      Огромна роль общественной редколлегии популярнейшего издания — сб. «Катера и Яхты», вдумчиво отбирающей лучшее из отечественного и зарубежного опыта малотоннажного судостроения и сделавшей сборник трибуной обмена опытом и информацией специалистов и любителей.
      Большую работу проводит секция малотоннажного судостроения Центрального правления научно-технического общества судостроительной промышленности им. акад. А. Н. Крылова, устанавливающая деловые контакты со многими судостроительными и моторостроительными предприятиями и ведущими проектными организациями независимо от их ведомственной принадлежности и оказывающая им серьезную помощью в отработке новых судов, подвесных моторов и стационарных судовых двигателей.
      В. А. Лазарева
      1 Запросы о высылке наложенным платежом рабочих чертежей скутеров, мотолодок и катеров следует направлять по адресу: Москва, Д-364, проезд ДОСФЛОТА, д. 6, Центральный Морской Клуб.
     
      ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОТОРНОГО СУДНА
     
      § 4. Общие положения
      Выбор наивыгоднейших для каждого случая элементов судна изучается в курсе проектирования судов, а вопросы, связанные с поведением судна на воде, изучаются в курсе теории корабля, причем проектирование судов основывается на данных теории корабля.
      Детальное изучение этих сложных наук не под силу и не всегда необходимо любителю, однако для проектирования и постройки даже самого малого мотосудна следует овладеть основами этих наук, так как при всей простоте устройства по сравнению с крупными судами моторная лодка остается инженерным сооружением.
      Конечно, можно взять любую лодку (как это иногда и наблю дается на практике), поставить на нее какой-то двигатель и, если только лодка не утонет от перегрузки или не перевернется от неправильного размещения грузов, она, разумеется, будет перемещаться по воде. Однако такая «моторная лодка» не может иметь каких-либо хороших качеств.
      Не лучший результат получается и в том случае, когда за основу берется корпус хорошей формы, но для усиления какого-то одного качества, например, вместимости, удобства расположения и т. п., произвольно меняются элементы мотолодки (длина, ширина, расположение двигателя и пр.). Изменяя, например, длину моторной лодки, мы тем самым влияем на ее скорость хода, послушность рулю и другие качества; выбирая другую ширину, изменяем остойчивость и т. д. Дело в том, что улучшение одних качеств обычно вызывает ухудшение других, и при грамотном проектировании моторной лодки для многих противоречивых требований находят какое-то компромиссное решение. Произвольное нарушение достигнутого равновесия резко ухудшает все показатели.
      В дальнейшем будут изложены основные сведения по теории корабля и проектированию судов (применительно к малотоннажным моторным судам) в той последовательности, в которой они становятся необходимы строителю, обдумывающему элементы будущей моторной лодки или катера. При проектировании нового мотосудна в качестве исходного образца используют одно или несколько мотосудов, наиболее совершенных и подходящих для данных условий.
      Многолетний опыт постройки и эксплуатации моторных лодок и катеров дает богатейший материал для такого выбора. Поэтому непременным условием для каждого проектировщика должно быть максимальное использование статистических данных, знание общих вопросов развития малотоннажных моторных судов. Это поможет избежать ошибок и сбережет много труда и времени.
      Помещенные в книге таблицы и чертежи моторных лодок и катеров, преимущественно новейшей постройки, могут помочь любителям в выборе того или иного типа мотосудна. Однако авторы не ставили задачи создания справочника по всем многочисленным типам мотосудов. Решающее значение должно приобрести самостоятельное проектирование на основе изложенных сведений.
      ф 5. Мореходные качества
      К мореходным качествам судна относятся плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, управляемость, устойчивость на курсе и поведение на волнении {иногда пользуются термином «навигационные» качества). Совокупность этих качеств характеризует безопасность и нормальные условия эксплуатации 8) у любого судна, в том числе малотоннажного.
      Каждое судно должно плавать и нести какую-то нагрузку — двигатель, пассажиров, груз, — имея при этом вполне определенное погружение в воду. Это свойство называется плавучестью. Вес плавающего судна уравновешивается силой, поддерживающей его на плаву. Это очевидное условие плавучести основывается на законе Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует подъемная сила, равная весу вытесняемой телом жидкости.
      Вес судна (рис. 5, а) является равнодействующей сил тяжести всех его частей и приложен в центре тяжести (ЦТ) G судна.
      Равнодействующая гидростатических сил, действующая на погруженную часть судна, равная весу судна, называется гидростати-
      ческой силой поддержания Аст, или силой плавучести; АСТ направлена вверх.
      Объем погруженной части судна V называется объемным водоизмещением, а величина D, равная весу судна, — весовым водоизмещением
      где у = 1 m/м3 — удельный вес пресной воды; у = 1,025 т/м3 — средний удельный вес морской воды.
      Очевидно, что водоизмещение не постоянно, а изменяется в зависимости от нагрузки судна. Для малотоннажных Судов представляет интерес:
      а) водоизмещение порожнем, т. е. вес судна с двигателем, но без команды, топлива, масла, охлаждающей воды, груза и т. п.;
      б) водоизмещение полное, или в полном грузу, т. е. вес судна со всеми запасами, грузом и экипажем.
      Равнодействующая сил поддержания приложена в центре тяжести С погруженной части судна, называемом центром величины (ЦВ). В силу симметричности корпуса судна (при этом все нагрузки должны быть так распределены, чтобы судно находилось в покое без крена в положении «на ровный киль») ЦТ и ЦВ будут расположены в одной продольно-вертикальной плоскости, проходящей посередине судна — диаметральной плоскости (ДП).
      Способность судна, отклоненного внешними силами (удар волны, порыв ветра, действие центробежных сил на циркуляции и т. д.) от положения равновесия, возвращаться после прекращения действия этих сил в первоначальное положение называется остойчивостью.
      Рассмотрим условия поперечной остойчивости судов, имея в виду, что все выводы будут справедливы и для продольной остойчивости. Предположим, что судно накренилось (рис. 5, б) на небольшой угол р (5 — 10°). Положение ЦТ относительно корпуса судна при этом будет, очевидно, неизменным. В то же время ЦВ переместится из точки С в точку Сг (которая является новым центром тяжести измененной погруженной части), и направление силы поддержания, действующей перпендикулярно к поверхности воды, пересечет диаметральную плоскость судна в точке М. Точка М называется начальным метацентром, а ее отстояние от центра тяжести G — начальной мета-центрической высотой h0 Величина h0 характеризует остойчивость судна при малых наклонениях (ф 10°), причем положение точки М в этих условиях почти не зависит от угла р.
      Практически начальную метацентрическую высоту (для килева-тых судов) можно определить следующим приближенным способом. Резким наклонением вызывается поперечная качка судна и секундомером замеряется период свободной качки, т. е. время полного размаха от одного крайнего положения до другого и обратно, Поперечную метацентрическую высоту судна определяют по формуле
      где В — ширина судна, м\ Т — период качки, сек.
      Для оценки полученных результатов служит кривая на рис. 6, построенная по данным удачно спроектированных катеров. Если метацентр М, построенный по значению ft0, окажется ниже заштрихованной полосы, это означает, что судно будет иметь плавную качку,
      но недостаточную начальную остойчивость, и плавание на нем может h м быть опасным. Если метацентр
      0 расположен выше заштрихованной полосы, судно будет отличаться стремительной (резкой) качкой, но повышенной остойчивостью и, следовательно, такое судно более мореход-но, но обитаемость на нем неудовлетворительна. Оптимальными будут значения, попадающие в зону заштрихованной ПОЛОСЫ.
      Этот момент стремится вернуть судно в первоначальное положение и называется восстанавливающим моментом.
      Возможны следующие три случая:
      1) точка М расположена выше ЦТ — судно остойчиво, причем, чем большая h0, тем больше остойчивость, но стремительнее качка;
      2) точка М совпадает с ЦТ — судно неостойчиво, восстанавливающий момент равен нулю;
      3) точка М расположена ниже ЦТ — судно стремится увеличить угол крена, т. е. опрокинуться.
      Остойчивость можно увеличить за счет увеличения ширины судна или понижения ЦТ. Оригинальный способ увеличения остойчивости заложен в проекте мотолодки ПК-5 (см. рис. 38). В кормовой части предусмотрены бортовые були, которые в нормальном состоянии мотолодки не омываются водой и, следовательно, не влияют на сопротивление воды движению. Во время крена на стоянке, входя в воду, були создают благодаря своей плавучести дополнительный восстанавливающий момент, достигающий 20 кем. Во время крена на ходу на нижней поверхности булей, когда они коснутся воды, возникает дополнительная гидродинамическая сила, стремящаяся вернуть судно
      в равновесное положение. Такие же були, установленные на известной Казанке, обеспечили безопасную эксплуатацию ее с подвесным мотором «Вихрь» на волнении до трех баллов.
      Мотосуда, построенные с общепринятыми соотношениями главных размерений, имеют, как правило, достаточно хорошую остойчивость. Низкое расположение двигателя, топливного бака, сидений, отсутствие палубы, используемой для груза, и высоких рубок, создающих большую парусность, — все это положительно сказывается на остойчивости моторных судов. Однако следует помнить, что низкобортные мотосуда даже при небольшом крене могут зачерпнуть воду, а перетекание воды в корпусе резко ухудшает остойчивость. Поэтому мотосуда, предназначенные для больших рек, озер, водохранилищ и т. п., должны иметь более высокий надводный борт, что связано не только с обеспечением остойчивости, но и с непотопляемостью.
      Непотопляемостью называется способность судна сохранять плавучесть в случае попадания большого количества воды через пробоину в корпусе или вырезы в палубе.
      Мероприятия, обеспечивающие непотопляемость, можно подразделить на две группы: а) предотвращающие попадание воды в корпус;
      б) обеспечивающие сохранение плавучести при попадании воды внутрь судна.
      В первую группу входят: устройство палубы в носовой и кормовой частях корпуса, установка ветрового стекла или водоотбойных козырьков перед передним кокпитом, устройство фальшборта вокруг кокпитов, ограждение кожухами вентиляционных горловин в палубе и т. п.
      К числу мероприятий второй группы относится установка в корпусе водонепроницаемых переборок так, чтобы объем каждого из образованных отсеков был не более запаса плавучести судна, а также устройство воздушных ящиков и установка в корпусе «плавучестей» — материалов с малым удельным весом (например, пенопласта).
      Носовая часть судна чаще всего подвергается ударам, следовательно, там скорее всего может образоваться трещина или пробоина. Поэтому на моторных судах всех типов, кроме разряда Л, на расстоянии одной-двух шпаций от форштевня, но не менее 0,55 необходимо устанавливать поперечную водонепроницаемую переборку. Места установки стационарных двигателей — моторные отсеки также рекомендуется ограждать водонепроницаемыми переборками. Помимо обеспечения непотопляемости, эти переборки предотвратят распространение загрязненной топливом и маслом воды из моторного отсека по всему судну.
      Объем воздушных ящиков, пенопласта и т. п. рекомендуется принимать в пределах
      в зависимости от назначения и района плавания мотосудна. Во всяком случае этот объем должен обеспечивать поддержание на плаву
      затопленного корпуса с двигателем и при наличии одного-двух человек, при этом судно должно сохранить положительную остойчивость (h0 0).
      Ходкостью называется способность судна двигаться по воде с определенной заданной скоростью при наименьшей мощности двигателя.
      В сравнении с наземными и воздушными видами транспорта рост скоростей на воде был значительно более медленным. Причина такого отставания заключается в физической природе среды, в которой движется судно, т. е. воды. При одинаковых скоростях сопротивление воды движению судна примерно в 800 раз больше, чем сопротивление воздуха движению самолета. Это сопротивление воды и является пока неопреодоленным барьером для дальнейшего увеличения скорости судов.
      Судно, находящееся в покое, испытывает со стороны воды действие только одной гидростатической силы поддержания, которая уравновешивается его весом. При движении картина меняется.
      Вода обладает определенной вязкостью, т. е. способностью сопротивляться перемещению ее частиц, поэтому при движении судна вблизи его поверхности образуется тонкий слой воды, движущийся вместе с судном. Этот пограничный слой увлекает за собой, но уже с меньшей скоростью, соседний, за ним — следующий с еще меньшей скоростью и т. д. Силы сцепления частиц воды между собой и с обшивкой корпуса противодействуют перемещению судна. Равнодействующая этих сил называется сопротивлением трения.
      Под воздействием движущегося судна образуется система волн, на что расходуется часть энергии двигателя. Возникающее при этом сопротивление движению судна называется волновым. Образующиеся за кормой завихрения воды обусловливают появление вихревого сопротивления, или сопротивления формы.
      Таким образом, можно записать
      где R — полное сопротивление воды движению судна, RTp — сопротивление трения, RB — волновое сопротивление, R^, — сопротивление формы.
      Сопротивление трения Rrp зависит в основном, от площади смоченной поверхности, ее «гладкости» и скорости движения судна.
      Площадь смоченной поверхности определяется размерами судна, формой поперечного сечения корпуса и характером движения (о влиянии этих параметров на величину смоченной поверхности, а следовательно, и на сопротивление трения см.
      § 6).
      «Гладкость» смоченной поверхности характеризуется высотой и количеством различных неровностей на ней. Сопротивление движению в воде оказывают даже так называемые технически гладкие поверхности, т. е. такие, уменьшение шероховатости которых уже не может снизить величину сопротивления трения. С увеличением шероховатости выше определенного предела, зависящего от скорости и размеров поверхности, увеличивается и сопротивление трения. Так,
      мотосудна длиной 5 м при скорости 15 км/ч критическая высота бугорков составляет примерно 0,03 мм. В действительности даже тщательно отделанный корпус имеет большую шероховатость. Неровная стыковка отдельных листов или досок наружной обшивки, выступающие головки заклепок и шурупов, небрежная окраска без шлифовки и другие неровности могут увеличить сопротивление трения на 40 — 50% по сравнению с технически гладкой поверхностью. Это особенно сказывается на коротких поверхностях и кромках обтекаемых деталей при высоких скоростях движения; в данном случае требуется особенно тщательная отделка.
      Волновое сопротивление носит сложный характер зависимости от скорости хода и размеров судна. При некоторых соотношениях этих параметров оно достигает своего максимального значения, составляя наибольшую долю в общем балансе сопротивления воды, при других — резко уменьшается (об этом подробнее ниже).
      Сопротивление формы, в основном, определяется плавностью обводов подводной части корпуса, оно имеет существенное значение при малой скорости движения.
      На преодоление трения, на образование завихрений и волн необ ходимо затратить некоторую силу, которой и является упор движителя Т, сообщающий судну желаемую скорость хода. На рассматриваемых мотосудах упор Т, как правило, приложен под днищем и направлен горизонтально (подвесные моторы, Z-образные колонки) или под некоторым углом к горизонтали (обычный наклонный валопровод стационарного двигателя). При этом, если направление упора проходит ниже ЦТ мотосудна, упор винта создает момент Мт относительно ЦТ, стремящийся дифферентовать судно на корму. Одновременно в противоположном направлении действуют момент от сил сопротивления MR и вертикальной реакции винта. Соотношение величин этих моментов может в некоторых случаях привести к дифференту на корму, вследствие чего сила поддержания А„ как равнодействующая сил плавучести погруженного объема также перемещается в корму, создавая уравновешивающий момент МА ст. Перемещение это, однако, незначительно, поэтому для простоты в данном случае его можно не рассматривать. Тогда силы, действующие на судно при движении, можно свести к схеме, приведенной на рис. 7. Если скорость движения судна постоянна, то эти силы создают уравновешенную систему.
      Движение судна, при котором его вес полностью уравновешивается гидростатической силой поддержания, называется плаванием. На этом режиме наблюдается некоторое увеличение осадки вследствие уменьшения давления воды на корпус по сравнению с неподвижным судном.
      При достаточной мощности двигателя, обеспечивающей дальнейшее увеличение скорости, происходит существенное изменение системы сил, показанной на рис. 7.
      С увеличением скорости вследствие весьма малой сжимаемости воды нос судна приподнимается, при этом днище будет перемещаться
      Рис. 7. Силы, действующие на судно в режиме плавания.
      под некоторым углом атаки а по отношению к поверхности воды, что! вызовет появление новой силы, направленной перпендикулярно! к плоскости днища. Дополнительную силу (полное гидродинамическое давление), действующую на днище, можно разложить на две| составляющие (рис. 8): гидродинамическое сопротивление воды Ах и гидродинамическую подъемную силу Аг. Таким образом, вес судна в этом случае уравновешивается двумя силами
      Поскольку вес судна DI остается неизменным, нояв-f ление гидродинамической подъемной силы Аг вызывает всплытие судна, при этом гидростатическая сила поддержания Лст уменьшается до наступления равновесия.
      Режим движения судна, при котором Аст остается существенно® частью суммарной силы поддержания, называется переходнымJ Точка приложения гидродинамической подъемной силы Аг на| ходится на расстоянии 0,70 — 0,75 смоченной длины днища от кормо-] вой кромки днища (отрезок а на рис. 8) в зависимости от величины угла атаки а, т. е. в носовой части. Это приводит к появлению значительного дифферентующего на корму момента МАг, который вместе с моментом упора винта Мт создает дифферент на корму.
      Момент гидростатической силы плавучести Млст вследствие уменьшения силы Аст не может уравновесить диф-ферентующие на корму моменты. Поэтому с увеличением скорости происходит увеличение диффе рента до наступления такого положения, когда момент силы плаву! чести Млсг, сдвинутой значительно в корму, и момент сил сопрот® вления МАх становятся равными дифферентующим моментам образуется уравновешенная система. Этому положению соответ ствуют максимумы сопротивления воды движению судна и угло дифферента. Схема сил и моментов, действующих на этом режиме движения, показана на рис. 9 (моменты определяются относительн ЦТ судна).
      С дальнейшим увеличением скорости возрастающая гидродинамическая подъемная сила, пропорциональная квадрату скорости и углу атаки, заставляет судно все более всплывать, вследствие чего длина смоченного участка днища уменьшается и точка приложения силы Аг смещается в корму. Гидростатическая сила поддержания при этом уменьшается до тех пор, пока, наконец, не станет менее 10% суммарной силы поддержания. Такой режим движения судна называется глиссированием.
      Момент гидродинамической подъемной силы МАг при этом значительно уменьшается из-за приближения силы к ЦТ судна, поэтому дифферент на корму перестает увеличиваться (на большой скорости необходимое значение гидродинамической подъемной силы обеспечивается и при меньших углах атаки). Система сил на этом режиме движения имеет такой вид, как показано на рис. 10.
      Для облегчения перехода на глиссирование корпусу мотосудна придают особые обводы с острыми очертаниями скулы (участка перехода днища в борт). Уменьшая поверхность, соприкасающуюся с водой, такая форма обводов способствует всплытию корпуса на ходу, что приводит к уменьшению сопротивления трения и других составляющих полного сопротивления воды и, следовательно, к увеличению скорости.
      Равновесие при движении в режиме глиссирования поддерживается, в основном, за счет равенства моментов МАг и Мт. Вследствие незначительной величины силы поддержания Лст и малой длины смоченного участка это равновесие крайне неустойчиво и под действием разных причин может привести к резкому изменению посадки судна. Так, при очень высокой скорости и избыточной мощности наступает явление рикошетирования, т. е. отскока от поверхности воды. Действие гидродинамических сил при этом носит ударный характер.
      Нарушение продольной остойчивости на ходу может происходить и вследствие неправильной центровки (взаимного расположения ЦТ и равнодействующей сил поддержания) или нарушения ее под действием внешних сил (например, удара волны). При этом происходит перераспределение сил, и судно получает продольные и вертикальные колебания, напоминающие прыжки дельфина, — это явление называют дельфинированием.
      Ходовые характеристики глиссирующего мотосудна при дель-финировании ухудшаются, и движение может стать опасным. Чтобы избежать этого вредного явления, улучшить продольную ходовую остойчивость и еще больше сократить площадь соприкосновения с водой, несущую поверхность выгодно разделить на две части и разнести их по длине. Это достигается устройством поперечных уступов — реданов на днище глиссеров. Реданные глиссеры касаются воды только небольшими участками днища перед реданами (причем, роль одного из них выполняет транец), поэтому сопротивление воды их движению может быть уменьшено на 30 — 35%.
      Несмотря на получение хороших результатов, реданные глиссирующие суда обладают существенными недостатками: при выходе на редан наряду с сопротивлением трения значительно увеличивается волновое сопротивление и появляется новый вид сопротивления воды — брызговое (усы с бортов и брызговая струя, направленная вперед); большое сопротивление в момент выхода на редан требует значительной мощности для установления режима глиссирования; днище глиссирующего мотосудна подвержено ударам даже небольших волн, что сужает район плавания реданных глиссеров и ставит плавание в большую зависимость от состояния погоды.
      Крупным шагом в преодолении указанных недостатков явилось создание мотосудов на подводных крыльях. Под днищем этих судов закреплены на кронштейнах несущие плоскости, напоминающие крыло самолета и выполняющие ту же роль.
      Рассмотрим движение подводного крыла в воде под некоторым углом атаки а к направлению движения. Вода обтекает крыло сверху и снизу. На нижней поверхности крыла (рис. 11) вследствие давления набегающего потока возникает гидродинамическая сила, направленная вверх, как и на глиссирующей поверхности. Верхнюю поверхность крыла делают всегда выпуклой, поэтому частицы воды, обтекающие крыло сверху, движутся с большей скоростью, что приводит к падению давления, т. е. разрежению над крылом, и оно стремится подняться вверх. Таким образом, на подводном крыле возникают две силы, направленные вверх, в результате чего подъемная сила крыла в три-четыре раза больше, чем у глиссирующей поверхности (при одинаковых площади и скорости).
      Эта суммарная сила заставляет судно всплывать, поднимая над водой весь корпус. В воде остаются только крылья, поддерживающие их кронштейны и гребной вал с винтом, поэтому движение осуществляется почти без брызг с небольшим волнообразованием, и суммарное сопротивление движению судов на подводных крыльях при определенных условиях меньше сопротивления движению плавающих и глиссирующих судов. Положение корпуса судна над водой позволяет избавиться от ударов мелких волн, что увеличивает мореходность судна, и при равных с глиссером водоизмещении и мощности двигателя развивать большую скорость.
      Сравнительные кривые сопротивления воды движению малотоннажных судов примерно равного водоизмещения, движущихся в различных режимах и имеющих различные обводы, приведены на е рис. 12.
      Рассматривая графики рис. 12, можно сделать вывод о том, что для каждого типа судов существуют такие значения скоростей, при которых данный тип будет наивыгоднейшим по затратам мощности.
      Характерно, что сопротивление водоизмещающих судов на малой скорости меньше, чем у других типов, но при увеличении скорости резко возрастает, что и определяет предел скорости в режиме плавания.
      Сопротивление малотоннажных судов, спроектированных для эксплуатации в переходном режиме (полуглиссирующих), при малой скорости несколько ольше, чем у водоизмещающих (из-за формы обводов корпуса); с увеличением скорости их сопротивление по сравнению с во-доизмещающими судами уменьшается.
      лиссеры на малой скорости имеют еще большее сопротивление, днако при увеличении скорости с выходом на глиссирование их сопротивление возрастает медленно; оно значительно меньше сопротивления плавающих и полуглиссирующих моторных судов.
      Наибольшее сопротивление в начале движения у судов на подводных крыльях. Это вызвано большим сопротивлением, создаваемым выступающими частями; кривая сопротивления образует характерный бугор в момент выхода на крылья, после чего сопротивление падает, что и является преимуществом этого режима движения, так как скорость тогда растет при незначительном увеличении мощности.
      В последние годы все более широкое распространение получает принципиально новый и самый, пожалуй, молодой вид транспорта — суда на воздушной подушке (СВП). Иногда их называют машинами или аппаратами на воздушной подушке. При движении судна на воздушной подушке его корпус не касается воды,, поэтому характер сил сопротивления резко изменяется при общем уменьшении величины этих сил.
      Для сравнительной оценки различных мотосудов по величине сопротивления удобно пользоваться понятием удельного сопротивления, или коэффициентом обратного качества, показывающим, какое сопротивление приходится на единицу водоизмещения.
      Удельное сопротивление трех примерно равных по водоизмещению мотосудов в зависимости от скорости приведено на рис. 13. По данным графика видно, что, например, для указанного водоизмещения при скорости 40 км/ч сопротивление СВП почти в четыре раза меньше сопротивления глиссера и в 1,8 раза меньше сопротивления СПК-Эти соотношения меняются в зависимости от скорости, но преимущество всегда остается у СВП. Отметим, что это преимущество достигается только при более высокой мощности, приходящейся на единицу веса СВП; значительная часть этой мощности расходуется на создание воздушной подушки.
      Естественно поставить вопрос, чем определяется режим движения, иными словами, при какой мощности для заданного водоизмещения или при какой скорости возможен тот либо иной режим движения? Например, переход на режим глиссирования при высоких скоростях-движения возможен, в принципе, для любого судна, однако достижение таких скоростей может потребовать значительной мощности, нередко практически неосуществимой.