Классификация и устройство маломерных судов
Классификация маломерных судов
Семейство маломерных судов очень многообразно, поэтому приведенная ниже классификация не претендует на полноту и законченность
- По назначению:
- транспортные суда (для перевозки грузов и пассажиров);
- спортивные (для спортивных целей и тренировок);
- специальные (для проведения специальных работ на воде).
- По режиму движения:
- водоизмещающие (суда, которые поддерживаются на плаву за счет «архимедовой силы»);
- глиссирующие (суда, у которых при движении, благодаря особой формы днища, возникает гидродинамическая сила, вызывающее значительное всплытие судна и скольжение его по поверхности воды);
- на подводных крыльях (суда, у которых при движении за счет аэродинамической подъемной силы подводных крыльев, корпус судна выходит из воды);
- на воздушной подушке (суда, у которых корпус поддерживается над поверхностью за счет нагнетания воздуха под основание камеры днища).
- По роду движителя:
- весельные;
- парусные;
- колесные;
- винтовые;
- водометные;
- реактивные.
- По материалу корпуса:
- деревянные;
- металлические;
- стеклопластиковые;
- резинотканевые;
- композитные;
- железобетонные;
- из других материалов.
- По конструкции набора корпуса:
- с продольным набором;
- с поперечным набором;
- со смешанным набором;
- безнаборные.
- По роду двигателя:
- со стационарным двигателем;
- с подвесным двигателем.
- По обводам корпуса:
- плоскодонные;
- круглоскулые (круглошпангоутные);
- остроскулые (шарпи);
- реданные;
- безреданные;
- смешанные.
- По количеству корпусов:
- однокорпусные;
- многокорпусные (катамараны, тримараны, многоточечные, лыжи, сани и др.).
Общее устройство маломерного моторного судна
Основными составными частями маломерного моторного судна (на примере катера любительской постройки) являются:
Корпус [1] — Основная часть судна, в которую входят набор и обшивка. Набор состоит из продольных и поперечных связей, служащих основанием для обшивки. Передняя часть корпуса называется баком (бак), средняя часть — шканцами (шканцы), кормовая часть — ютом (ют).
Надстройка [2] — Конструкция над корпусом судна, являющаяся продолжением его бортов, или помещение, расположенное на палубе по всей ширине корпуса судна.
Рубка [3] — Часть надстройки или конструкция на палубе не занимающая всей ширины корпуса судна (расстояние от борта до стены рубки более 4% от ширины корпуса). Является помещением для управления судном и двигателем. На маломерных судах надстройка и рубка совмещается.
Моторная ниша [4] — Отсек в кормовой части корпуса судна для размещения главного судового двигателя, узлов и агрегатов систем двигателя, топливных емкостей. Моторная ниша может быть открытая (как правило для подвесных двигателей) и закрытая (для стационарных двигателей).
Главный двигатель [5], реверс-редукторное устройство с гребным винтом [6] — Механизмы, приводящие в движение маломерное судно.
Кокпит [7] — Вырез или углубление в палубе маломерного судна на юте, как правило отделен от остальной палубы буртиком. Предназначен для размещения пассажиров, грузов и экипажа.
Леер [8] — Туго натянутый тонкий трос в качестве ограждения вдоль бортов судна при отсутствии фальшборта. Фальшборт — продолжение борта над палубой в носовой и кормовой части судна.
Мачта [9] — Часть рангоута маломерного судна, установленная в диаметральной плоскости судна, возвышающаяся над рубкой и предназначенная для установки приборов сигнализации (ходовых огней [10]) и связи.
Надводный борт [11], подводный борт [14], днище [13] — Элементы внешней обшивки корпуса выше и ниже конструктивной ватерлинии (КВЛ).
Редан [12] — Уступ на поверхности днища маломерного судна в носовой части, который обеспечивает при движении судна его подъем из воды до положения скольжения (глиссирования).
Каюта [15], кубрик [16] — Помещения на судне, предназначенное для проживания экипажа судна и пассажиров.
Форпик [17] — Носовой отсек, расположенный непосредственно у форштевня.
Общее устройство корпуса маломерного моторного судна
Несмотря на разнообразие маломерных судов, их корпуса устроены, в основном, из одних и тех же элементов:
Как уже упоминалось выше, корпус судна состоит из набора и обшивки. Набор состоит из продольных и поперечных связей, которые служат основанием для обшивки, придают корпусу необходимую форму и обеспечивают его прочность.
Для продольной прочности корпуса судна в нижнюю часть набора укладывается продольный брус — киль [11], заканчивающийся в носовой части вертикальным брусом — форштевнем [10], а в кормовой части — ахтерштевнем. Штевни соединяются с килем с помощью книц на латунных болтах. На маломерных моторных судах к ахтерштевню заподлицо врезана транцевая доска (транец) [8]. Параллельно транцу, ближе к носу, установлена кормовая переборка [7], которая совместно с транцем образует моторную нишу [9]. На киль и форштевень накладывается металлическая полоса — оковка, предохраняющая судно от повреждения при швартовке.
Поперечной прочностью и надежностью набора корпуса судна служат шпангоуты [19], которые крепятся к килю по всей длине судна с обеих сторон. Шпангоуты могут быть выполнены из цельного бруса, но могут быть и составными (из двух частей, как на рисунке). В этом случае нижняя часть шпангоута (со стороны днища) называется флор-тимберсом, верхняя часть шпангоута (со стороны бортов) — топ-тимберсом. Флор-тимберсы соединены между собой флорой.
Поверх шпангоутов накладывается кильсон — съемная доска, которая соединена с килем латунными болтами. Верхние концы шпангоутов соединяются двумя изогнутыми по форме борта судна привальными брусьями, которые в свою очередь врезаны в форштевень и соединены с ним и между собой брештуком — мощной стальной кницей с деревянной накладкой. Кормовые концы привальных брусьев скреплены кницей с транцевой доской. Привальный брус, также как и киль, придает судну продольную прочность и надежность набора.
Верхние части шпангоутов соединены бимсами [2], которые служат опорой для карлингсов [3] на которые укладывается настил палубы [1]. В местах, где в палубе выполнены различные вырезы (кокпит, рубка и т.д.) , опорой для палубы являются полубимсы [16]. Полубимсы наружным концом опираются на шпангоуты, а внутренним — на вертикальные стойки, называемые пиллерсами.
Для установки бортовой (наружной) обшивки [12] и днища к шпангоутам крепятся стрингеры [14, 15, 18]. По периметру настила палубы установлен планширь [13], который уплотняет соединение палубной и бортовой обшивки и предохраняет корпус судна от попадания воды сверху. Снизу планширя с наружной стороны бортов укрепляется полукруглый (в сечении) бортик, который защищает борта шлюпки от ударов при швартовке. Расширенный в носовой части буртик (чаще на моторных лодках, яхтах и катерах) называется бархоутом.
В настиле палубы выделяют среднюю часть (средняя доска), которая располагается от форштевня к ахтерштевню, и называется мидельвейсом. Элемент палубы в виде бруса, расположенный у самого борта называется ватервейсом, служит для предохранения судна от попадания в него воды.
По типу крепления наружной обшивки корпуса судна к набору корпуса различают: вгладь, клинкерную, диагональную (чаще для деревянной обшивки) и композитную (чаще для металлической и пластиковой обшивки).
Суда на подводных крыльях
Суда на подводных крыльях еще можно встретить почти на каждой реке, водохранилище и на море. Это — пассажирские теплоходы, служебно-разъездные катера, моторные лодки, конструкции которых разрабатывают сами судоводители.
Быстроходность судов на подводных крыльях достигается главным образом благодаря уменьшению сопротивления воды движению корпуса судна. У таких судов корпус при движении не касается водной поверхности. Происходит это в результате действия подъемной силы крыльев, укрепленных под корпусом, которая во время хода поднимает судно над водой и удерживает его в таком состоянии до тех пор, пока судно движется с достаточной скоростью. Поскольку при этом в воде находятся лишь крылья, стойки, гребной вал и винт, а их суммарная площадь значительно меньше площади корпуса, то и сопротивление воды движению судна будет значительно меньшем.
Принцип действия подводного крыла можно рассмотреть на схеме.
При движении в воде любого тела на него действует сила сопротивления воды R, направленная в сторону, противоположную движению.
Поскольку профиль крыла имеет несимметричную форму и к тому же при движении судна крыло расположено по отношению к потоку под некоторым углом α, называемым углом атаки, то полная сила R, действующая на крыло, отклонится от направления движения и будет направлена по отношению к нему под углом. Эту силу можно разложить на две составляющие: перпендикулярную направлению движения Y и параллельную направлению движения X. Составляющая Y называется подъемной силой, так как она стремится поднять крыло. Составляющая X называется лобовым сопротивлением, ибо она противодействует поступательному движению крыла. Возникновение подъемной силы связано с образованием около крыла циркуляционного потока, который, накладываясь на основной поток, ускоряет движение воды над крылом и замедляет под крылом. В связи с этим, согласно закону Бернулли, над крылом, где скорость потока увеличена, давление понижается, а под крылом, где скорость потока уменьшена, возрастает.
Чем больше скорость набегающего потока, тем больше будут подъемная сила и лобовое сопротивление. Эти силы зависят также от формы профиля крыла и от угла атаки.
С увеличением угла атаки α подъемная сила сначала возрастает и при некотором значении, называемом критическим углом атаки αкр, достигает максимального значения. При дальнейшем увеличении α подъемная сила уменьшается, что связано с отрывом потока от верхней поверхности крыла. Сила лобового сопротивления с увеличением угла атаки непрерывно растет.
При малом угле атаки подводного крыла судно не сможет выйти на крылья из-за недостаточного значения подъемной силы, а при завышенном угле атаки — из-за большого лобового сопротивления.
Совершенство крыла принято оценивать величиной, называемой качеством крыла и представляющей отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению.
Обычно целесообразные скорости судов водоизмещением 0,5–2 т, оборудованных подводными крыльями, находятся в пределах 40–70 км/ч. При скорости судна ниже 40 км/ч крыльевое устройство получается очень громоздким и тяжелым; при скоростях свыше 70 км/ч на крыльях возникает явление кавитации, движение становится неустойчивым.
В крыльевом режиме масса судна воспринимается подъемной силой носового и кормового крыльев, причем нагрузка чаще всего распределяется между ними поровну. Для исключения отрицательного влияния носового крыла на кормовое расстояние между ними должно быть не менее 12–15 хорд крыла.
На малых судах применяют различные системы подводных крыльев, наиболее распространенные из которых показаны на рисунке ниже. Преимущественное распространение из них для речных судов получили малопогруженные подводные крылья. Глубина погружения носового крыла такой конструкции составляет 15–20% его хорды, кормового — 20–25%, высота подъема корпуса небольших катеров над водой — 0,1–0,5 м при ходовом дифференте на корму в 1,5–2,5°.
Малопогруженное крыло [а] имеет высокое гидродинамическое качество, поэтому необходимая подъемная сила обеспечивается при сравнительно малых его площадях. Существенным недостатком такого крыла, однако, является низкая мореходность: на волнении крылья могут оголяться, отчего происходят жесткие удары, так как в контакт с водой вступает сразу вся площадь крыла. На волнении судно с малопогруженными крыльями испытывает сильные колебания и часто срывается с крыльевого режима.
Мореходность судов на малопогруженных крыльях частично может быть повышена путем установки дополнительных несущих элементов, закрепленных под основным носовым крылом [б], расположения килевого участка — «чайки» в средней части крыла [в], дополнительных плоскостей на стойках крыла.
Недостатком в первых двух случаях является увеличение габаритной осадки судна в режиме плавания; в третьем — возрастание сопротивления из-за «замыкания» дополнительных плоскостей на ходу, к тому же эта схема не устраняет «проваливания» крыла при сходе с волны.
Пересекающие поверхность воды крылья [г, д] обеспечивают более высокие мореходные качества и, кроме того, обладают свойством саморегулирования при изменении нагрузки в широком диапазоне. Стабилизация движения осуществляется в результате изменения погруженной площади крыла. Вследствие большого погружения эти крылья меньше подвержены волновым возмущениям, затухающим с увеличением глубины. Подъемная сила на пересекающих поверхность воды крыльях в условиях волнения изменяется плавно, без потери устойчивости. Благодаря наклонным частям крыла судно обладает повышенной остойчивостью — при крене этот участок входит в воду и создаваемая на нем подъемная сила восстанавливает судно в прямое положение для улучшения мореходных качеств судно может быть оборудовано разными типами подводных крыльев. Например, носовое крыло делают пересекающим поверхность воды, а кормовое — в виде плоского малопогруженного крыла.
В практике мелкого судостроения имеют распространение также разрезные носовые крылья [е], которые легко сделать складывающимися. Следует отметить, что гидродинамическое качество такого крыла несколько ниже, чем сплошного, поэтому для получения той же скорости требуется несколько большая мощность двигателя.