Для уменьшения потерь от закручивания гребным винтом водного потока и повышения к. п. д. движителя за винтом устанавливается контрпропеллер. Направление хода судна изменяется перекладкой реверс-руля.
Коэффициент полезного действия такого движителя составляет только 35-45%, а отсутствие всяких выступающих частей в подводной части судна обеспечивает ему большую проходимость на мелководье, в узкостях и на засоренных фарватерах. Для судна с таким движителем не являются препятствием даже плавающие предметы, через которые оно свободно переходит.
Перечисленные преимущества водометного движителя сделали его применение особенно удобным на речных судах, в первую очередь на лесосплаве.
В последние годы водометные движители стали применяться и на быстроходных судах, таких, как суда на подводных крыльях, развивающие скорость хода до 95 км/час.
Использование современных паровых и газовых турбин позволяет успешно применить водометные движители на крупных морских судах, где по расчетам пропульсивный к. п. д. может достичь около 83%, что на 11% выше пропульсивного коэффициента гребного винта, запроектированного для того же судна.
К недостаткам судов с этим движителем следует отнести потери судном грузоподъемности на величину веса прокачиваемой воды и потери объема внутренних помещений, занимаемого каналом.
§ 14. Суда, достигающие неводоизмещающего режима движения
Одно из решений проблемы увеличения скорости движения судов – резкое снижение сопротивления их движению – привело к созданию неводоизмещающих судов: судов на воздушной подушке и на подводных крыльях,- а также водоизмещающих двухкорпусных судов – катамаранов.
Суда на воздушной подушке принято называть так потому, что слой сжатого воздуха, специально подведенного под днище, поднимает судно на высоту H = 0,3-0,5 м над уровнем спокойной воды, и судно как бы парит над нею.
Рис. 30. Суда на воздушной подушке: а – с полным отрывом от воды, б – без отрыва от воды. H – высота подъема судна над водой; h – глубина водяной чаши.
Воздух непрерывно выходит из-под днища, и поэтому для поддержания подъемной силы он непрерывно туда нагнетается вентиляторами.
Воздушные или водяные движители обеспечивают поступательное движение судна, и оно, встречая незначительное сопротивление воздуха, развивает большую скорость, в некоторых случаях превышающую 80 узл. Суда на воздушной подушке двигаются с высокими скоростями, недостижимыми для обычных водоизмещающих судов, они могут достигать значительных размеров, двигаться по мелководью, по болотам, пескам, снегу и льду, в условиях ледостава и ледохода, что невозможно для любого другого судна.
Суда, плавающие на воздушной подушке, разделяют обычно на три категории: с полны м отрывом , с частичным отрывом и без отрыва от воды (рис.30).
Суда первой категории после подъема на воздушную подушку по всему периметру не соприкасаются с водой. Такие суда могут выйти на берег и способны двигаться над твердой поверхностью. Днище судов второй категории после подъема на подушку находится ниже уровня невозмущенной воды во время стоянки. Воздух выходит из-под днища по всему периметру. При выходе на берег судно может двигаться над землей.
Суда третьей категории имеют толщину воздушной подушки, приближающуюся к тонкой воздушной прослойке. Некоторые части корпуса находятся ниже дна водной чаши, воздух ограниченно выходит из-под купола как на стоянке, так и на ходу. Над землей такие суда двигаться не могут из-за недостаточной высоты подъема над твердой поверхностью.
Рис. 31. Сечение крыла судна на подводных крыльях. а – угол атаки; Р – равнодействующая давления водяного потока над крылом и под крылом; Ру – подъемная сила; Рx- лобовое сопротивление.
Недостатки судов на воздушной подушке, из-за того, что опыт их эксплуатации еще невелик и малоизучен, трудно пока еще установить, но очевидно, что к ним следует отнести: затруднения плавания на взволнованной поверхности, забрызгивание, обледенение при низких температурах, потерю видимости при брызгообразовании и т. п.
Суда на подводных крыльях имеют корпус водоизмещающего судна в подводной части с конструкциями в виде крыльев. При стоянке или движении на малой скорости такие суда водоизмещающие, как и всякое надводное судно. На ходу, при увеличении скорости, находящиеся в воде крылья судна приобретают подъемную силу. Когда подъемная сила достигает величины водоизмещения, корпус судна полностью выходит из воды (судно выходит в крыльевой режим), в воде остаются только крылья, движители и рули.
Подводное крыло (рис. 31) в поперечном сечении имеет вытянутую обтекаемую форму. Если крыло поставить под некоторым углом а, называемым углом атаки, к набегающей воде, то оно рассечет воду на два потока: один, обтекающий крыло сверху, а другой- снизу. После прохода крыла оба потока соединяются вновь. Скорость воды над крылом больше, отчего давление ее над крылом становится меньше, чем под крылом. Равнодействующая этих давлений Р направлена под углом вверх и приложена в центре давления в точке С. Если силу разложить на составляющие: одну по направлению потока, а другую – перпендикулярно ему, то получим силы: Рx – силу лобового сопротивления и Рy – подъемную силу, которая на ходу выводит судно на крыльевой режим.
При выходе корпуса из воды сопротивление воды движению судна резко уменьшается, отчего скорость судна намного увеличивается.
Основными преимуществами судов на подводных крыльях являются: достижение значительной скорости без увеличения мощности силовой установки и, как результат этого, экономия топлива или увеличение района плавания, хорошая мореходность на тихой воде, отсутствие волнообразований, дающее преимущества, аналогичные преимуществам катамаранов, и т. п.
К недостаткам таких судов следует отнести: отсутствие заднего хода на крыльевом режиме и ухудшение мореходных качеств при плавании на взволнованной поверхности, когда судно может потерять устойчивость, а это приведет к срыву крыльевого режима и сведет на нет все преимущества судов на подводных крыльях.
Катамаранами называются двухкорпусные суда, коопуса которых смонтированы на некотором расстоянии друг от друга, имеют параллельные диаметральные плоскости и перекрыты общей верхней палубой. По сравнению с однокорпусными судами равного водоизмещения и длины, они имеют относительно большую ширину, увеличивающую их остойчивость.
Благодаря большей смоченной поверхности корпусов, у катамаранов больше и сопротивление трения движению судна. При расстоянии между корпусами не менее двух ширин одного корпуса волновое сопротивление их резко уменьшается, а так как при большом отношении длины к ширине каждого корпуса сопротивление формы значительно снижается, то буксировочное сопротивление у катамарана оказывается значительно меньше, причем при повышении скорости эти преимущества возрастают. Снижение волнового сопротивления дает возможность увеличить скорость движения катамаранов по внутренним водным путям, так как малая высота создаваемой волны не мешает судоходству, не расстраивает счалы встречных составов и судов, стоящих у пристаней, а также не размывает берега рек и особенно неукрепленные берега каналов.
Катамараны обладают хорошими маневренными качествами, устойчиво держатся на курсе как на переднем, так и на заднем ходу, хорошо управляемы и хорошо противостоят качке на спокойной -или взволнованной поверхности воды.
Кроме того, на катамаранах облегчаются и ускоряются грузовые операции благодаря возможности перевозки грузов на палубе.
Глава IV. Судовая архитектура
§ 16. Определение судовой архитектуры и архитектурные элементы судов
Судовой архитектурой называется общее расположейие элементов корпуса, оборудования, устройств, планировка судовых помещений, которые должны быть выполнены наиболее рационально, с соблюдением требований безопасности, экономичности и современной эстетики, обусловливающее внешний вид судна.
На изучении этих принципов возникла научная дисциплина, называемая судовой архитектурой.
Главными архитектурными элементами всякого современного судна являются: корпус судна с его палубами, платформами, прочными поперечными и продольными переборками, надстройками и рубками.
Часто бывает трудно провести различие между архитектурными и конструктивными элементами современных судов. Так, например, являющиеся основными архитектурными элементами прочные водонепроницаемые переборки, устанавливаемые исходя из расчета непотопляемости судна, одновременно обеспечивают общую и местную прочность и жесткость корпуса, выполняя функции жестких опорных контуров для наружной обшивки и плоских перекрытий (палуб и платформ).
