Форма баллонов для надувных катамаранов 2
Форма баллонов для надувных катамаранов (Часть 1)
Форма баллонов для надувных катамаранов (Часть 3)
Итак, мы могли остановиться на трех силах, если бы вода сжималась как воздух. Но вода по отношению к воздуху несжимаема. При начале движения надувного катамарана динамическая выталкивающая сила незначительна, она не способна поднять тяжелое судно, а воде надо куда-то «деваться» из-под набегающего баллона. Вода вовлекается в движение катамарана, вытесняется баллоном вперед и в стороны, образуя носовую систему волн. Эта система состоит из расходящихся и поперечных волн. Расходящиеся расположены под углом к курсу, а поперечные перпендикулярно к направлению движения.
Аналогичные процессы образования волн происходят и в корме в связи с «заполнением» водой освободившегося места после прохождения баллона вперед. Носовая волна всегда начинается гребнем с зоной повышенного давления. А кормовая – впадиной с зоной пониженного давления. Условно нос упирается в гребень, корма стремится провалиться во впадину. На образование этих волн и преодоление разности давлений вдоль корпуса тратится часть энергии толкающих сил – или мотора на моторном катамаране, либо паруса на парусном, либо гребцов на сплавном катамаране. Иначе говоря, при движении надувного катамарана в связи с образованием волн возникает волновое сопротивление движению. Наиболее сильное сопротивление создает носовая система волн.
Итак, мы «набрали» уже четыре силы, что стремятся остановить движение нашего надувного катамарана – лобовое сопротивление, трение скольжения, индуктивное и волновое сопротивления. И именно волновое сопротивление в водоизмещающем режиме становится краеугольным камнем, ограничивающим скоростные возможности судна.
Попробуем, не углубляясь в волновые теории, наглядными средствами объяснить суть проблемы. Совсем без формул не получится, но они нам нужны только чтобы нарисовать «объясняющие» картинки.
Первое выражение, это зависимость длины волны от скорости катамарана:
Еще одно выражение, связывающее силу тяжести, скорость судна и длину судна по ватерлинии. Это число Фруда или, по-другому, относительная скорость судна:
Не будем вдаваться в подробности этих формул. Нам они нужны лишь для получения зависимости числа Фруда от длины поперечной волны, создаваемой носом баллона и длины самого баллона по ватерлинии. После решения системы двух уравнений мы получим следующую формулу.
И теперь на основе полученного выражения нарисуем картинки взаиморасположения нашего катамарана и системы поперечных волн, создаваемых носом баллона. Сделаем это для следующих значений длины волны:
При длине волны 0,5L и относительной скорости Fr=0,28 катамаран двигается без дифферента, «опираясь» на три гребня поперечных волн.
При длине волны равной L и относительной скорости Fr=0,4 катамаран продолжает двигаться без дифферента, опираясь уже лишь на 2 гребня поперечных волн.
При длине волны больше L и относительной скорости Fr больше 0.4 надувной катамаран уже «не умещается» на соседних гребнях и начинает иметь дифферент на корму.
При длине волны равной двум длинам ватерлинии и относительной скорости Fr около 0,6 надувной катамаран фактически «проваливается» кормой во впадину поперечной волны. Нос на гребне в зоне высокого давления и корма в зоне низкого давления.
Это можно представить себе следующим образом. В интервале относительных скоростей от нуля до Fr=0,4 катамаран идет без дифферента, масса надувного катамарана удерживается архимедовой силой, и тяга используется в основном на преодолении инерции, лобового сопротивления и трения скольжения.
При дальнейшем росте относительной скорости Fr корма начинает «проседать», и все больше и больше тяги требуется на «заталкивание» груза на гребень носовой волны. Можно это состояние сравнить с заталкиванием санок на скользкую горку, которая становится все круче и круче. Чем больше угол горки и чем больше проседает корма, тем больше тяги вам нужно. И сила, необходимая на удержание катамарана на «склоне» разности давлений, на уклоне волны очень быстро начинает превалировать над всеми остальными силами…
О необходимых мощностях и возможных скоростях мы поговорим в следующей части нашей серии статей .
Форма баллонов для надувных катамаранов (Часть 3)
