- Re: сверхскоростные суда -- Форум водномоторников.

	Лодки и моторы в вопросах и ответах Правила общения в форуме
Прежде чем задать вопрос! Как правильно задавать вопросы в форуме и пользоваться материалами сайта.

Московское время 14:33:33

Ваше локальное время

Владивостокское время 21:33:33

Следующая тема | Предыдущая тема

сверхскоростные суда

Автор: Масленков Михаил (---.ioffe.rssi.ru)
Дата: 01-11-01 21:09

Предлагаю для обсуждения новую концепцию построения сверхскоростных и экономичных судов, а также возможное сотрудничество по этой теме.

"Сверхскоростное надводное судно с носовым расположением движителей"

Основную часть мирового надводного флота составляют суда водоизмещающего типа с движителями, расположенными в кормовой части. Но за многие десятки лет своего существования скорость судов подобного типа существенно не изменилась и в настоящее время составляет несколько десятков километров в час. И увеличить ее не удается ни со-вершенствованием формы корпуса, ни двигательными установками в десятки и сотни тысяч лошадиных сил. Объясняется это тем, что сопротивление движению таких судов с ростом скорости растет резко нелинейно и требует для его преодоления больших затрат энергии.
Следует отметить, что именно размещение движителей в кормовой части судна создает условия для возникновения сил сопротивления движению. Так, при работе дви-жителей в кормовой части судна создается (в соответствии с законом Бернулли) зона по-ниженного давления, а на его носовую часть действуют соответствующие силы лобового давления. Преодолевая его и раздвигая массу воды, корпус судна создает систему волн, приводящую к появлению волнового сопротивления. Оно принципиально ограни-чивает скорость движения судна известным соотношением Фруда. При движении судна на его корпус действуют силы трения, также противодействующие движению. Сумма этих основных сил и создает мощное сопротивление движению судов. Как показывает опыт развития мирового судостроения, совершенствованием формы корпуса и увеличе-нием мощности двигательных установок добиться существенного уменьшения сил со-противления и увеличения скорости движения пока не удается.
Поэтому вполне логично выглядели попытки размещения движителей в носовой части судна. "Передний привод" должен был снизить лобовое давление и привести к по-явлению сил кормового давления, действующих в направлении движения. Однако поло-жительный эффект у известных конструкций судов с "передним приводом" практически полностью ликвидируется возрастанием сил трения за счет "прилипания" упорных струй к корпусу и перераспределения сил давления по корпусу судна.
Как известно, пропульсивные качества судна определяются не только сопротивле-нием движению корпуса судна и КПД двигателя, но существенно зависят от величины коэффициента засасывания t и коэффициента попутного потока W. При традиционных обводах корпуса и расположении движителя в корме t  0,06-0,08, W  0,02-0,05, а ко-эффициент влияния корпуса k = 1-t / 1-W  0,94-0,98 и достаточно близок к пределу.
При носовом расположении движителей у известных конструкций судов t  0,2, W= 0, а коэффициент влияния корпуса k  0,8, или ухудшается почти на 20%. Это одна из причин, по которой "передний привод" до настоящего времени не нашел практиче-ского применения в судостроении.
Если проанализировать формулу коэффициента k , то будет видно, что надвод-ные суда традиционного типа имеют практически очень малый (на несколько процентов) резерв для улучшения своих техникоэкономических показателей. Выход из данной си-туации возможен только путем перехода к качественно иной технической системе.
Из формулы k можно видеть, что обеспечить его существенное увеличение может только коэффициент попутного потока W. При его увеличении до 1, коэффициент k стремится к бесконечности. Следует отметить, что попутному потоку в судостроении уделяется явно недостаточное внимание, хотя его влияние на движение судна известно и пассивно используется (см., например, Т.К. Гилмер. Проектирование современного корабля. Л., Судостроение, 1984, с.153; Х. Баадер. Разъездные, туристские и спортив-ные катера. Л., Судостроение, 1977, с.274). В последней из указанных книг говорится: "Гребной винт всегда стремятся расположить как можно выгоднее в поле попутного по-тока, влияние которого увеличивает упор винта, не требуя для этого увеличения мощ-ности. Чем сильнее попутный поток, тем меньшая мощность требуется от движителя".
Однако, до настоящего времени создать попутный поток, способный оказать за-метное влияние на пропульсивные качества судов, не удавалось. Однако в природных условиях такие потоки можно наблюдать довольно часто, например, за резкими высту-пами или изгибами берегов рек. Это мощные и достаточно протяженные потоки, направ-ленные против течения реки. В литературе по судовождению они носят название ано-мальных течений и весьма опасны для малых судов. На сибирских реках в них попадают и не могут выйти даже вековые деревья. Если повторить это природное явление техниче-скими средствами и создать вдоль корпуса судна достаточно мощный попутный поток, то появится возможность значительно снизить энергетические затраты судна или сущест-венно повысить скорость его движения при той же мощности двигательной установки.
Правильность исходных предпосылок и работоспособность идеи проверены на мо-делях с гребными винтами и водометными движителями. Конструктивно движители располагались в носовой части корпуса под острым углом к диаметральной плоскости судна, изменена была и традиционная форма корпуса. Испытания моделей показали, что:
1. Перед носовой частью судна создается разрежение и появляются силы кормово-го давления, направленные в сторону движения.
2. Упорные струи от винтов не прижимаются к корпусу и за ними образуется по-путный поток. За счет эжекции в упорные струи попутный поток приобретает скорость большую, чем скорость судна. Это приводит к появлению сил трения, но направленных уже в сторону движения и способствующих ему;
3. Забор воды в носовой части и попутный поток вдоль корпуса в направлении движения ликвидируют волнообразование и судно движется в спокойной воде. При этом снимается принципиальное ограничение скорости движения, обусловленное волно-вым сопротивлением;
4. Судно приобретает высокую устойчивость по курсу и высокую маневренность, а развороты можно производить практически на месте. При неработающих движителях в условиях внешнего волнения судно разворачивается носом к волнам и движется на-встречу им, что способствует повышению его живучести и непотопляемости.
Таким образом, в данном техническом решении движители, создаваемые ими упорные струи и корпус судна взаимодействуют как единое целое. При этом значительно ослабляются силы сопротивления движению или же вообще меняется их направление, помогая движению. В этом случае уже можно говорить о едином комплексе движитель - корпус судна. В судах же традиционного типа движителю приходится преодолевать силы сопротивления, создаваемые им самим и корпусом судна.
Оценим количественно возможное улучшение пропульсивных качеств судна по данному техническому решению. Приняв для носового расположения движителей t 0,2, и учитывая, что в данном случае попутным потоком может быть охвачена практически вся подводная часть корпуса за миделевым сечением, т.е. W  0,8-0,9, получим:
k = 1-0,2 / 1-(0,8-0,9)  4-8!!!
Отсюда видно, что данное техническое решение позволит повысить пропульсив-ные качества судна в несколько раз, а не на несколько процентов, которые есть еще в резерве у судов традиционной конструкции. Скорости движения в несколько сотен ки-лометров в час при этом будут вполне реальными, что позволит вывести водный транспорт на качественно иной уровень. При этом поле деятельности здесь практиче-ски безгранично - от скоростных спортивных и туристских катеров до гигантских транс-портных судов и танкеров.
Однако, по мнению специалистов, провести теоретические обоснования описанных выше физических эффектов весьма сложно. Необходимо проведение корректно постав-ленного эксперимента на полномасштабных моделях и/или натурные испытания мало-мерного судна. Они или подтвердят справедливость изложенной выше идеи и дадут жизнь новому направлению в судостроении, либо покажут ее несостоятельность.

Лодки и моторы в вопросах и ответах