Поздовжні редани на моторнихчовнах
Поздовжні редани на моторних човнах
Вам, звичайно, знайома така картина: злітаючи фонтани бризок, мчить катер, він упевнено ріже воду, в обидва боки від нього розходяться круті хвилі. Декому це навіть подобається. Дивіться, яка краса!
А тим часом, застосувавши відповідні обводи корпусу, можна було при тій самій потужності двигуна, тому ж навантаженні і тих же розмірах дуже відчутно зменшити ці втрати.
Одним із способів зменшити хвилеутворення та використовувати енергію бризкових струменів є установка на днище поздовжніх накладок, або реданів, що мають спеціальний профіль.
Кілька років тому конструктори-аматори почали використовувати такі накладки на малих швидкохідних суднах. Оскільки жодного досвіду та жодних рекомендацій з цього питання не було, всі розуміли сутність цієї нововведення по-різному. Одні бачили його головний сенс у посиленні днища та запобіганні пошкоджень при підходах до берега, інші — у підвищенні стійкості на курсі, треті очікували на поліпшення гідродинамічних якостей човна в цілому.
Життя показало, що кожен був по-своєму правий. Дійсно, встановлення зовнішніх накладок (рейок з дерева твердої породи середнім перерізом 20X40) забезпечує міцність днища і навіть дозволяє відмовитися від традиційних внутрішніх стрінгерів, що значно спрощує та прискорює складання набору.
Поліпшення стійкості на курсі особливо сподобалося воднолижникам, оскільки дало змогу буксируватись за легшими мотолодками. Однак найбільший ефект поздовжніх реданів полягає саме у покращенні гідродинамічних якостей глісуючого судна. Цим пояснюється широке застосування поздовжніх реданів на суднах гоночних за кордоном. Досить сказати, що більшість катерівпереможців найбільших океанських перегонів (Маямі - Нассау Каус - Торки та ін) має поздовжні редани. Тепер їх почали робити і на всіх катерах прогулянок. Деякі зарубіжні фірми гарантують приріст швидкості катера до 15% лише за рахунок встановлення поздовжніх реданів. Слід зазначити, що це дані загалом відповідають дійсності.
Судна з поздовжніми реданами створюють значно меншу хвилю на перехідному режимі, а при виході не гліссування носова хвиля у ряді випадків зникає взагалі; кормова хвиля значно зменшується, набуваючи характеру розпорошеного струменя. Це відбувається завдяки тому, що потік води, що виривається з-під кіля і спрямований під якимось кутом убік, зустрічає на своєму шляху профільовану сходинку-редан, відривається на ньому від днища. Змочена поверхня у своїй зменшується; струмені води вириваються з-під днища під меншим кутом до горизонту, ніж у разі відсутності реданів. При цьому потік води, роздроблений реданами, не замиває борту. Вилиця залишається сухою, чим суттєво знижується опір тертя. Крім того, важливо відзначити, що оскільки нижня площина редану встановлена під деяким кутом до днища, на ній утворюється додаткова підйомна сила.
Проведені нами експерименти показали доцільність встановлення поздовжніх реданів не лише при будівництві нових суден, а й для покращення ходових якостей старих катерів та мотолодок.
Схеми поперечного обтікання днища катера: а - без поздовжніх реданів, б - з поздовжніми реданами, - утворення додаткової підйомної сили на редані. 1 - незмочувана ділянка днища, завдяки таким ділянкам за реданами зменшується загальна змочена поверхня, 2 - додаткова підйомна сила, що утворюється на редані, 3 -поперечний потік води під дном, 4 - висота підйому струменів над "дзеркалом" води, 5 - рівень води в спокійному стані ("дзеркало").
Установка днищових накладок на корпусі з плоско-кільватим днищем (варіант з двома накладками на бік).
Скуловий бризковідбійник.
Неодмінною умовою для правильної роботи реданів та отримання мінімального їх лобового опору є встановлення реданів строго паралельно кілю (ДП). Помилка на кілька градусів або, тим більше, зигзагоподібна (у плані) форма редана може звести нанівець весь позитивний ефект. Те саме може статися і у разі застосування реданів, які за своїми розмірами не відповідають даному корпусу.
На корпусах з плоско-кільватими обводами слід ставити редани трикутного перерізу. Кількість та розміри їх залежать від розмірень корпусу та швидкості, яку здатне розвинути дане судно. На корпусах з вигнуто-кільватими обводами (типу «хвильовловлювач» або, як прийнято тепер говорити, «крило чайки») можуть бути встановлені редани такого ж типу, але з дещо меншою висотою стінки А. Робота реданів на корпусах з плоско-кільватими і вигнута -кільвати обводами покращується, якщо по кромці обтікання Б встановити невеликий козирок, як показано на схемі. Так як встановити подібний козирок на невеликій днищової накладці складно, доцільно робити стінку А з невеликим завалом.
Помічено, що найбільш високі результати виходять у тому випадку, коли редан розташований від кіля на відстані приблизно дорівнює половині півшироти або навіть дещо більшій; якщо реданів кілька, з наближенням до вилиці їх ставлять частіше.
На плоскодонних і опукло-кілуватих корпусах крайній (зовнішній) редан слід встановлюватиякомога ближче до вилиці.
Доповненням до поздовжніх редан може бути виличний бризковідбійник, проте його установка доцільна тільки в тому випадку, якщо судно на режимі гліссування має нахил вилиці до поверхні води не більше 6-8 °. В іншому випадку утворюються підсмоктування та закручування кормової хвилі, що приносить не користь, а шкоду.
Поздовжні редани можна виконати у вигляді днищових накладок із дерева твердої породи, склопластику або металу. Хороші результати виходять, якщо профільовані накладки обробити на фрезерному верстаті. При формуванні корпусів із склопластику редани можна виклеювати разом із зовнішньою обшивкою днища безпосередньо в матриці. Перехід від поверхні днища до площини редана має бути по можливості плавним та непомітним. Носові кінці реданів зрізають "на вус".
Морський гоночний катер "Ультімо Вольта" італійського конструктора Р. Леві.
При встановленні днищових накладок на катерах зі стаціонарними двигунами (типу "КС") іноді спостерігалося різке збільшення кавітації гвинта, особливо на поворотах. Цей недолік легко усувається шляхом встановлення на транці антикавітаційної пластини із металу або 10-міліметрової фанери.
Насамкінець зазначимо, що застосування поздовжніх реданів — дуже цікава галузь технічної творчості, в якій як фахівці, так і любителі дрібного суднобудування можуть досягти значних успіхів.
Поява на швидкохідних катерах поздовжніх реданів у їхньому сучасному вигляді (днищових бризковідбійників, які іноді неправильно називають турбулізаторами) справедливо пов'язують з розвитком океанських перегонів катерів. Перший катер з такими обводами був спроектований 1958 р. Р. Хаїтом. Однак справжнє визнання поздовжні редани отримали тільки1960, на перегонах Майамі-Нассау, перемогу в яких здобув Р. Бертрам, який виступив на катері «Моппі» - нової конструкції Ханта.
Дослідження обводів нового типу в дослідних басейнах спочатку були невдалими. Попри результати, отримані на натурних судах, установка реданів на моделях не давала виграшу в опорі води. Виною тому виявився масштабний ефект: при малих розмірах моделі корпус із реданами дуже чутливий до режиму обтікання водою. Достовірні результати були отримані тільки в 1964 р. Норвезьким басейном, де випробовували моделі катерів типу моногедрон з кутом зовнішньої кілеватості 25 °.
Коефіцієнт опору Сr корпусу з реданами висотою 1/305 виявився за цих умов на 7-8% більше, ніж у гладкого. Проте коефіцієнт підйомної сили Су був на 20 %, а якість Су/Сr на 17% вище. Отже, перший ефект від установки реданів проявляється у збільшенні підйомної сили, за рахунок якої судно гліссує. Це особливо важливо для катерів з великою кілюватістю днища в кормовій частині (близько 20°), тому що підйомна сила на такому днищі значно менша, ніж на плоскому. Для морехідних катерів така кілюватість необхідна для збереження високої швидкості на хвилі, пом'якшення ударів, що виникають при цьому, і зменшення перевантажень на днище.
Цікаві результати були отримані в дослідному басейні Тейлора (США), де випробовувалися чотири варіанти моделі 10-метрового катера: 1) з трьома поздовжніми реданами з округленою кромкою, встановленими приблизно на 70% довжини катера; 2) з тими ж реданами, але з гострою кромкою; 3) з дуже короткими реданами з гострою кромкою, розташованими в області інтенсивного бризкоутворення; 4) без реданів.
Модель мала кут зовнішньої кілеватості на транці 7° та на міделі 17°. При випробуванняхвстановили, що найефективніше редани працюють у носовій частині ходової ватерлінії, де струмені води інтенсивно викидаються під кутом до кілю катера. Тут редани відсікають від днища бризкові струмені, завдяки чому зменшуються змочена поверхня та опір тертя, а також витрати енергії на підйом струменів.
У кормовій частині днища потік води спрямований в основному вздовж кіля, тому тут редани виявляються мало корисними і збільшують опір. Як видно з графіка, опір моделі з довгими реданами на швидкостях до 20 вузлів виявився вищим, ніж моделі без реданів, і на всіх швидкостях - вище, ніж моделі з короткими реданами. Це означає, що зовсім не обов'язково робити редані по всій довжині судна, але у всіх випадках вони повинні перекривати по довжині можливі положення передньої межі ходової ватерлінії. Це положення, як відомо, змінюється під час катера на хвилюванні, при коливаннях навантаження та центрування. У кормі слід зберігати крайні до вилиці редани (при значній кілеватості) або ставити виличний бризковідбійник для відсікання бризкової пелени від бортів човна.
За результатами цих випробувань можна зробити й інший висновок. Очевидно, установка поздовжніх реданів стає доцільною лише за порівняно високої швидкості, значення якої залежить від розмірів та навантаження судна. Наприклад, на легкій мотолодці завдовжки близько 4,5 м передбачати редани корисно за швидкостей понад 20—25 км/год. Важливим виявився і поперечний профіль реданів: загострення країв дало більш високі результати.
Як показує досвід, поздовжні редани сприяють пом'якшенню хитавиці та підвищенню стійкості на курсі завдяки виникненню гідродинамічних сил на їх нижніх та бічних гранях. У той же час, редани практично не мають жодного впливуна ходовий диферент катера.
Поздовжні редани та бризковідбійники особливо широко застосовуються на пластмасових корпусах, так як ці деталі легко виконуються при формуванні обшивки.
Один з варіантів комбінованих обводів з поздовжніми реданами - "полігедрал" - застосовується для пластмасових морських катерів. Характерні опуклість («бульб») у кіля і велика кілюватість днища на міделі, що забезпечують м'який, без ударів, хід на хвилі з великою швидкістю. Перший до кіля редан підвищує стійкість на курсі, два наступних - відсікають бризкові струмені від днища, а крайній до вилиці - служить виличним бризковідбійником. Вище вилиці передбачено ще один поздовжній злам. При повороті катера на похилій поверхні цього зламу створюється підйомна сила, що перешкоджає надмірному нахилу на циркуляції. Цьому ж сприяє і занурюваний обсяг вилиці. При цьому борти катера не замиваються бризковою пеленою, що було б неминуче при прямій вилиці.
Останнім часом подовжні редани застосовують і на великих моторних яхтах. На днищі гострозорого крейсерського катера, показаного на малюнку, передбачені всього два поздовжніх редана-стабілізатора, оскільки кілюватість його незначна; ці редани лише підвищують стійкість курсі при хвилі в борт і перешкоджають дрейфу на поворотах. Вище вилиці на. На бортах передбачений злам-бризговідбійник.
Ще один різновид обводів - "Крайслер-гайдро" - показаний на знімку. Тут вилицьові бризковідбійники перетворилися вже на спонсони, а у транця передбачено абсолютно плоский несучий майданчик днища, що компенсує втрату підйомної сили через збільшення кіловатості.
Г. С. Малиновський Журнал КІЯ №11 1967р