ПЕНОПЛАСТОВЫЙ КОРАБЛЬ — 2, ИЛИ ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА

Каждый, кто имел дело с микромотолодками длиной 2-3 м, сталкивался с тем, что на переходном режиме при скорости от 8 до 15 км/ч они ведут себя очень неприятно — задирают нос и гонят перед собой большую волну. Для того, чтобы выйти на глиссирование, нужно преодолеть эту волну и разогнаться хотя бы до 20-25 км/ч. Для этого требуется мощность мотора не менее 6-8 л.с., но, как правило, такая мощность превышает допустимую для маленькой лодочки. Вот и приходится гнать волну и двигаться с большим дифферентом, ревя мотором, но не торопясь. Можно ли этого избежать? Разберемся в сущности явления.

На фото хорошо видно систему волн, создаваемую небольшой мотолодкой на переходном режиме. При этом длина волны определяется формулой λ = 2πV²/g. На скорости 2,0 м/с (7,2 км/ч) длина волны составляет примерно 2,5 м, на 2,5 м/с (9,0 км/ч) — 3,9 м, а на 3,0 м/с (10,8 км/ч) — 5,65 м. Таким образом, корма лодки длиной 2 м попадает во впадину собственной волны уже при скорости 9 км/ч, а если длина лодки 3 м, то при скорости 11 км/ч.

Требуется тем или иным способом приподнять корму лодочки. Для этого обычно применяют транцевые плиты -плоские пластины в корме, на которых создается гидродинамическая подъемная сила. Но на маленьких лодках они неэффективны из-за небольшой скорости и малого плеча приложения усилия. Иногда пытаются решить проблему установкой на антикавитационной плите мотора плавника-гидрокрыла, но такой плавник еще менее эффективен, чем транцевые плиты, из-за меньшей площади. Что еще можно тут придумать?

ХВОСТОВОЕ ОПЕРЕНИЕ ДЛЯ ЛОДКИ

Идея заключается в том, чтобы увеличить стабилизирующую плоскость транцевой плиты и вынести ее на большее расстояние от кормы лодки, так, чтобы она находилась в потоке от винта. Это расстояние должно быть, как минимум, таким, чтобы стабилизирующая плоскость не мешала откидке мотора. Гидродинамическая подъемная сила будет иметь достаточное плечо, чтобы приподнять корму лодки.

Как назвать это устройство? По принципу действия оно подобно подводному крылу, но выполняет функцию не подъема лодки, а ее продольной и путевой стабилизации. По аналогии с горизонтальной плоскостью хвостового оперения самолета, решающей ту же задачу, назовем это устройство гидростабилизатором.

Чтобы «оперение» начинало выполнять свою функцию, начиная с самой малой скорости лодки, оно должно иметь достаточно большую площадь. При этом гидростабилизатор, а также кронштейн его крепления, должны быть как можно более легкими. Его подъемная сила должна быть, как минимум, больше веса. При этом, плоскость должна быть достаточно прочной и упругой, чтобы не бояться ударов и не получать вмятин. По этим критериям, если не считать дорогих углепластиков, подходит стеклотекстолит СТЭФ, в данном случае — толщиной 3 мм.

Прямоугольно-треугольная форма горизонтальной и двух вертикальных плоскостей гидростабилизатора объясняется тем, что заготовкой для них послужил один стандартный лист стеклотекстолита размером 500 х 500 мм. Для лучшей обтекаемости кромки плоскостей в плане следует закруглить, а в сечении — заострить. Треугольные вертикальные плоскости крепятся к горизонтальной на петлях, поэтому снятый с кронштейна гидростабилизатор компактно складывается в плоский пакет.

Регулируемый кронштейн гидростабилизатора представляет собой параллелограммный механизм с четырьмя фиксированными положениями. В крайнем верхнем положении он тоже складывается в компактный пакет. Продольные (горизонтальные) тяги кронштейна выполнены из дюралюминиевого уголка сечением 30 х 20 х 2 мм, поперечные (вертикальные) — из гнутого стального уголка сечением 50 х 25 х 2 мм. Расстояние между отверстиями у верхних продольных тяг составляет 470 мм, у нижних — 465 мм. Поэтому при опускании гидростабилизатора вниз его угол атаки увеличивается. В отличие от стабилизатора самолета, этот угол положительный, а не отрицательный. Поперечную жесткость кронштейну придают две одинаковые дюралевые распорки, закрепленные в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Масса гидростабилизатора в сборе с кронштейном составляет 4,2 кг. Вся эта конструкция установлена на пенопластовую лодочку длиной 2160 мм, описанную мной в предыдущей статье (см. «М-К» № 6/2022). Кронштейн гидростабилизатора крепится к усиленному транцу лодки четырьмя болтами М8, использовавшимися ранее для крепления транцевых колес.

Попробуем теоретически оценить подъемную силу гидростабилизатора. В соответствии с гидродинамическим уравнением импульсов подъемная сила плоской пластины площадью S = 0,16 м², движущейся в потоке воды плотностью ρ = 1000 кг/м³ со скоростью V под углом атаки а, приблизительно равна F = 1/2ρS(V*tgα)². Если принять скорость потока от винта равной V = 3 м/с, а угол атаки а = 15°, то подъемная сила гидростабилизатора будет равна примерно 51 Н (5 кгс), то есть будет уже немного превосходить вес устройства. При росте скорости подъемная сила будет увеличиваться пропорционально ее квадрату, и лодка, если и не выйдет на глиссирование, то ее дифферент должен уменьшиться. Конечный же результат могут показать только ходовые испытания.

ТРИМАРАН: ГИДРОСТАТИКА В ПОМОЩЬ ГИДРОДИНАМИКЕ

Таким образом, гидростабилизатор, хоть и создает в корме дополнительную подъемную силу, ее величина при малых скоростях не так уж велика, как хотелось бы. Можно, конечно, увеличить площадь горизонтальной плоскости стабилизатора, но лучше поискать альтернативу.

Таким решением может быть установка кормовых поплавков (аутригеров), тогда в помощь гидродинамической подъемной силе будет работать и гидростатическая сила Архимеда. Поплавки могут быть установлены за кормой на том же регулируемом кронштейне, так, чтобы их положение и заглубление соответствовало гребню расходящейся носовой волны, как показано на схеме.

В этой конструкции использованы полиэтиленовые поплавки фирмы «Мефодий», продающиеся как дополнительные аутригеры для выпускаемых ею же полиэтиленовых каяков и каноэ. Масса каждого поплавка составляет всего 1,9 кг, а гидростатическая подъемная сила при погружении поплавка на % объема достигает примерно 18 кгс. Таким образом, кормовые поплавки-аутригеры не только приподнимают корму лодки, но и увеличивают ее остойчивость и грузоподъемность -примерно на 30 кг. Последнее позволяет устанавливать не только маленькие моторчики мощностью 2-3 л,с, но и вполне «взрослые» 10-сильные.

Поплавки установлены на раздвижной траверсе, представляющей собой входящие одна в другую дюралевые трубы, фиксируемые червячными хомутами. Диаметр внешней трубы 32 мм, внутренней — 28 мм. Для установки траверсы потребовалось дооснастить кронштейн еще двумя хомутами. Поплавки могут быть установлены в четырех положениях по глубине, что позволяет регулировать ходовой дифферент. По ширине они могут быть разнесены между собой на расстояние от 1500 до 2300 мм.

Так как при монтаже кронштейна болты крепления транцевых колес оказываются занятыми, колеса устанавливаются теперь на ось, закрепляемую вместо траверсы аутригеров. Таким образом, регулируемый кронштейн стал многофункциональным: на него могут устанавливаться гидростабилизатор, поплавки-аутригеры, а также колеса для передвижения по берегу.

Надеюсь, что в ближайшее время все эти «изобретения», сделанные «долгими зимними вечерами», будут протестированы в реальных условиях.

Григорий ДЬЯКОНОВ