§ 46. Определение мощности главных механизмов

К рассчитанному сопротивлению судна добавляется воздушное сопротивление и сопротивление выступающих частей. Правда, применяемые на одновальных судах старн-посты и рули не только снижают сопротивление воды, но и улучшают ходкость судна. Однако у многовальных судов даже правильно расположенные обтекаемые кронштейны гребных валов могут увеличивать сопротивление на 4-8 %. Все это увеличение сопротив-ления могут быть учтены введением некоего коэффициента ( 1+с ). В результате полное сопротивление будет

Rп = (1+с) R (186)

Найдя полное сопротивление воды движению судна, можно определить буксиро-вочную мощность – мощность, используемая непосредственно на движение судна, в кВт будет определяться по формуле:

Nб = Rn v , (187)

где Rn – полное сопротивление в килоньютонах;

v – скорость в м/сек.

Допускается традиционное выражение мощности в лошадиных силах:

(188)

Если R выражается в килограммах силы, то мощность в лошадиных силах будет

(189)

Фактически, мощность силовой установки должна быть больше буксировочной из-за неизбежных потерь в комплексе корпус – движитель – двигатель. Величина этих по-терь учитывается коэффициентами. Тогда мощность, развиваемая главным двигателем, будет:

(190)

где ηпр – пропульсивный коэффициент, учитывающий эффективность работы движителя и взаимодействие его с корпусом судна;

ηвр – коэффициент полезного действия валопровода с передачей (редуктором);

ηв = ηпр ηвр – общий к.п.д. системы корпус – движитель – двигатель.

Из формулы (190) можно определить скорость судна

(191)

Для приближенной, ориентировочной оценки необходимой мощности можно вос-пользоваться так называемой формулой адмиралтейских коэффициентов, которая являет-ся производной от формулы (190)

(192)

где D – весовое водоизмещение судна в т;

v – скорость судна в узлах;

Са – адмиралтейский коэффициент, который можно определить по судну-прототипу.

§ 47. Пути повышения скорости судов

Скорость хода является одним из важнейших эксплуатационных качеств, поэтому понятно стремление судостроителей придавать судну как можно большую скорость хода. Существует такое понятие у проектировщиков судов – критическая скорость. Это значение скорости хода судна, после которой даже небольшое увеличение скорости судна требует очень значительного увеличения мощности двигателя, что неприемлемо. Наибо-лее экономичный способ увеличения скорости – уменьшение сопротивления воды, что позволяет при той же мощности двигателя получить большую скорость.

Уменьшить сопротивление можно, подобрав соответствующую форму корпуса судна. Особое значение при этом имеет форма носовой и кормовой оконечности судна. Например, бульбообразный нос и транцевая корма значительно снижают волновое сопро-тивление, которое у быстроходных судов может достигать 50% всего сопротивления во-ды. Бульбообразный нос, к тому же, увеличивает водоизмещение судна без увеличения сопротивления, что очень важно для транспортных судов.

Уменьшение сопротивления трения можно достичь хорошей обработкой поверхно-сти корпуса, уменьшением выступающих частей и т.д. большое значение имеет борьба с обрастанием корпуса.

Но все эти меры не могут привести к большому увеличению скорости судна. един-ственный способ кардинально увеличит скорость судна – это вывести корпус судна из во-ды.

На пластине, расположенной под углом α, называемым углом атаки, к набегающе-му потоку, возникает подъемная сила. Корпус движущегося со скоростью судна можно тоже рассматривать как тело в набегающем потоке. Практически на каждом судовом кор-пусе появляется подъемная сила, которая приподнимает судно над водой. Именно ее ис-пользуют в полной мере суда, называемые глиссерами.

Глиссеры имеют днище специальной формы (простейшее – плоское), на поверхно-сти которого при движении возникает подъемная сила, которая выводит корпус из воды. Этим достигается резкое уменьшение сопротивления воды, и скорость судна увеличивает-ся.

Именно на глиссере был установлен рекорд скорости на воде. В 1964 году англий-ский гонщик Дональд Кемпбел установил мировой рекорд – 444,6 км/час.

Но глиссеры могут быть только небольшими судами, так как при больших размерах для глиссера требуется немыслимая мощность двигателя. Кроме того, глиссеры обладают плохой остойчивостью, неустойчивостью на курсе, даже при сравнительно небольшом волнении корпус глиссера сильно бьется о воду, что может привести к аварии.

На глиссер устанавливают лёгкие двигатели внутреннего сгорания, газовые турби-ны. Движителями служат гребные (реже воздушные) винты, водомёты. глиссер использу-ются для перевозки пассажиров, охранной службы, спортивных гонок, прогулок.

Проблему увеличения размеров судов, имеющих возможность двигаться со срав-нительно большой скоростью частично решают суда на подводных крыльях (рисунок 67). Правда, и эти суда, несмотря на то, что они могут быть значительно крупнее глиссеров, ограничены в размерах из-за отсутствия легких и мощных двигателей. Эти суда выходят из воды не за счет подъемной силы, появляющейся на корпусе судна, а за счет подъемной силы специальных погруженных крыльев, которые крепятся на стойках под днищем суд-на. При развитии судном определенной скорости подъемная сила на крыльях становится равной весу судна, и корпус судна поднимается над водой. Естественно, сопротивление воды резко уменьшается, и судно развивает большую скорость.

Но и суда на подводных крыльях имеют ограничение скорости. Дело в том, что при увеличении скорости крылья могут разрушаться из-за кавитационной эрозии. (О кавита-ции – явлении холодного кипения воды – более подробно описано в разделе «Движите-ли» в § 53)

Если под плоское днище судна нагнетать воздух под давлением, то корпус судна поднимется над водой, как бы опираясь на воздушный слой – так называемую «воз-душную подушку», что тоже приведет к уменьшению сопротивления. Движение таких судов осуществляется либо путем направленного движения воздуха из под днища, либо при помощи специального двигателя с воздушным винтом.

Судно на воздушной подушке (рисунок 68) по сравнению с судами на подводных крыльях имеет одно важное преимущество: оно может двигаться не только над водой, но и надо льдами, снегом и достаточно ровной поверхностью суши.

Суда на воздушной подушке используются в основном как быстроходные паромы со скоростями от 120 до 150 км/час.

При движении крыла вблизи поверхности возникает так называемый экранный эф-фект: если расстояние от крыла до поверхности земли не превышает 0,3-0,5 от ширины крыла, то подъемная сила, возникающая а крыле раза в два превышает подъемную силу в воздухе. Это свойство летающих объектов было использовано при проектировании экра-нопланов – судов, которые при движении полностью отрываются от воды и летят близко над ее поверхностью (рисунок 69). При этом они могут достигать скорости до 500 км/час, и в отличие от самолетов, затрачивают меньше энергии и могут достигать значительных разме-ров.

Рисунок 69

Экраноплан

Кроме вышеперечисленных, есть еще ряд судов, которые достигают больших ско-ростей за счет снижения сопротивления воды. Это суда с воздушной каверной на днище, суда на динамической воздушной подушке и др.