Наближений розрахунок швидкості мотолодки (Суднобудування
Точний розрахунок швидкості мотолодки – справа складна, і нерідко розрахункова швидкість набагато відрізняється від фактичної. Неточність розрахунку пояснюється двома основними причинами. Перша з них полягає в тому, що швидкість залежить від дуже великої кількості факторів, таких, наприклад, як розмірення, вага і характер обводів судна, положення його центру ваги, потужність двигуна, втрати потужності у валопроводі та передачі, кількість обертів веслового валу, розміри і якість виготовлення гребного гвинта, розташування та обтічність виступаючих частин (кіль, кермо, кронштейн гвинта і т. д.), стан поверхні обшивки і т. п. Ніяка навіть найскладніша формула не може абсолютно точно врахувати дію всіх цих факторів одночасно. Друга причина - це неминуча різниця між величинами, прийнятими в проекті, і дійсними, отриманими під час будівництва; це стосується головним чином ваги судна, потужності двигуна та якості гвинта.
При розбіжності 10% розрахунок швидкості можна вважати досить точним. У всякому разі, навіть при розробці проекту спеціалізованим конструкторським бюро зазвичай гарантується фактична швидкість на 10% менше, ніж виходила за розрахунком.
Любителям, яким особливо точний розрахунок з проведенням модельних випробувань не під силу (та й не потрібен!), можна рекомендувати наближені способи визначення швидкості, що розглядаються нижче. Тим більше, що і при використанні діаграм дуже часто виходить розбіжність менша за згадані 10%.
Вважаємо за потрібне попередити: щоб потім не довелося розчаровуватися, отримуючи меншу швидкість, ніж виходила «на папері», беріть крайні — найгірші з можливих — значення тих величин, які вам відомі недостатньо точно. Це зауваження стосуєтьсянасамперед до ваги ще не збудованого судна, потужності уживаного двигуна тощо.
Визначення швидкості за вагою судна та потужності двигуна
Це основні величини з усіх, що впливають на швидкість. Діаграма (рис. 1) показує швидкість водоймних човнів і човнів, що плавають у перехідному режимі, коли судно вже не менше ніж на 60% підтримується гідродинамічною підйомною силою. Ця діаграма (як і наступна - рис. 2) забезпечує достатню точність лише за умови відповідності обводів судна режиму руху. Якщо, наприклад, корпус човна має обводи глісеру, але потужність двигуна недостатня для того, щоб досягти ковзання, швидкість, обчислена за цією діаграмою, завжди буде вищою за дійсну, причому різниця буде особливо значна (20-30%) для малих швидкостей. Ще більша розбіжність (до 40%) може вийти, якщо потужність двигуна і вага човна відповідають переходу на гліссування, а корпус човна має суто водоізомісні обводи (гостра, ложкоподібна корма без транця).
Залишається додати, що мають на увазі човен з ретельно виготовленим корпусом і гребним гвинтом; в іншому випадку швидкість буде, зрозуміло, нижче (на ті ж 10-15%).
Користуватися діаграмою (рис. 1) легко. Вираховується відношення потужності до ваги човна. Від вертикальної осі з точки, що відповідає отриманому відношенню, проводимо горизонталь. Перетин цієї горизонталі з кривої довжини човна дає точку, за якою на горизонтальній осі відраховується швидкість ходу. Наприклад, для човна вагою 500 кг із двигуном потужністю 10 л. с. виходить відношення N/D=10:0,5=20 л. с./т. При довжині ватерлінії, наприклад, 6 м виходить швидкість 18,5 км/год (зрозуміло, якщо човен має корпус типу Б, а не А).
Діаграма рис. 2 застосовна для визначенняшвидкості тільки глісуючих мотолодок. Подібні криві, наявні в багатьох популярних виданнях, як правило, відносяться до більших суден. Наведена діаграма відкоригована за результатами, отриманими при випробуваннях малих суден — мотолодок, що гліссують, Розбіжності між розрахунковою і дійсною швидкостями у глісуючих човнів бувають більше, ніж у водовипромінюючих (до 10— 20%), тому що зростає ступінь впливу факторів, що важко враховувати. Дуже важливу роль відіграють опір виступаючих частин (воно може скласти найбільшу частку повного опору) і правильне центрування, що забезпечує найбільш вигідний кут атаки глісуючого днища.
Слід мати на увазі, що ця діаграма розроблена для безреданних глісерів, з широким плоским днищем (мала кілюватість), гострими вилицьовими гранями, широким транцем. При невеликому радіусі заокруглення вилиці швидкість зменшиться незначно, але при більш помітному заокругленні обводів і збільшенні кіловатості днища фактична швидкість буде істотно нижчою за визначену за рис. 2.
Визначення швидкості опору води руху корпусу та упору гвинта підвісного мотора.
Цей порівняно точний для середніх швидкостей порядку 10-30 км/год спосіб заснований на тому принципі, що опір води руху судна дорівнює або трохи менше, ніж упор гребного гвинта. Зауважимо, що у водозміщуючих суден з кильуватим днищем для компенсації впливу засмоктування упор має бути на 10—15% більше опору, а у суден, що глісують, ця різниця незначна і зазвичай не враховується.
Нагадаємо, що упор гвинта — це сила, що штовхає судно, яку створює гвинт, що обертається. Розрахунок упору становить значну складність, тому доведеться дещо звузити область застосування розглянутого способу любителями: будемоговорити лише про визначення швидкості човнів із підвісними моторами, упор гвинтів яких відомий.
На рис. 3 наведена діаграма для визначення швидкості орієнтовного значення упору і потужності підвісного мотора. Відразу ж зауважимо, що характер кривої упору одного й того ж мотора залежить від кроку гвинта (при постійному діаметрі), але розбіжності в результатах для середніх швидкостей зазвичай невеликі. На кривих вказані величини крокового відношення, до яких відносяться значення упору та швидкості.
Для визначення упору використовуємо діаграму (рис. 4), де показана залежність питомого опору човнів різних типів від відносної швидкості. Діаграма побудована для опору руху голих корпусів, без урахування опору виступаючих частин, які треба врахувати додатково збільшенням отриманого значення приблизно 10%. Для напівглісерів і безреданих глісерів позначено зону, що дає можливість оцінити вплив положення центру тяжіння. У принципі слід врахувати, що з відносних швидкостей до 12—14 менший опір мають човни з великим значенням xg у зазначеній зоні.
Пояснимо, як користуватись діаграмами. Вибираються кілька різних значень швидкості (чотири-п'ять), що свідомо охоплюють можливий діапазон, і для кожного з них обчислюються відносні швидкості:
Потім кожної з отриманих величин з діаграми рис. 4 знімаються значення відносного опору R/D і множенням на вагу судна D вираховуються значення R. Отримані значення обліку опору виступаючих частин збільшуються на 10%. Вважаємо, що для глісуючих мотолодок Р?R,. Тепер на рис. 3 за значеннями обраних раніше чотирьох-п'яти швидкостей та відповідним їм величин упору будуємо допоміжну криву. Перетинцією допоміжною кривою з кривою упору для обраного мотора дає положення точки, перпендикуляр з якої на горизонтальну вісь показує максимально досяжну швидкість.
Розглянемо приклад визначення швидкості човна з напівглісуючими обводами (плоське дно із заокругленням вилиці, транець) загальною вагою 400 кг, з положенням центру ваги на 40% L від транця, довжиною по ватерлінії 4 м при використанні підвісного мотора "Москва" потужністю 10 л. с.
Крива, побудована для отриманих значень Р на рис. 3 перетинається з кривою для потужності 10 л. с. у точці, що відповідає швидкості 19,0 км/год; отже, ця швидкість і є найбільшою досяжною.
Додамо, що для швидкісних глісерів зі швидкістю більше 30 км/год цей спосіб менш прийнятний, оскільки для них потрібно точніше враховувати вплив положення центру тяжіння та опору виступаючих частин.
Розрахунок швидкості по опору води руху човна та ефективності рушія
Діаграму рис. 4 можна з успіхом застосувати і для наближеного розрахунку потужності N, що забезпечує задану швидкість за формулою:
де R - Опір руху (кг), визначений за рис. 4 для заданої швидкості; V - швидкість, км/год; К - коефіцієнт, рівний 160 - при дуже хорошому к. п. д. гвинта (швидкісні спортивні човни); 140 - при хорошому к. п. д. (великі гвинти, менше оборотів, високі швидкості); 120 - при середній ефективності гвинта (середні гвинти, середні швидкості); 100 - для малоефективних гвинтів (невеликі гвинти, малі швидкості).
За цією формулою можна підрахувати і максимально досяжну швидкість, задаючись по черзі кількома швидкостями і вираховуючи для кожної з них потужності доти, доки не отримаємо потужність даногодвигуна, або застосувавши графічний метод.
Подібні розрахунки рекомендується зробити всіма наведеними вище способами. Це дозволить, з одного боку, - розкрити можливі арифметичні помилки, з іншого боку - по різниці в результатах, що виходять, прикинути можливу розбіжність між фактичними і розрахунковими швидкостями. Було б, однак, помилкою припускати, що дійсна швидкість буде середнім арифметичним значень. Найбільш близькі будуть ті швидкості, які були отримані найбільш застосовним для даного випадку способом і на основі більш точних передумов.