Водоизмещающий режим, переходный, глиссирование
В этой статье мы рассмотрим режимы плаванья, виды судов и их скорость в разных режимах. В данной статье мы хотим наиболее простым языком описать механику движения судов, в частности, катамаранов и определение их максимальной скорости.
Стабильная скорость судна характеризуется равновесием воздействующих на него сил. Энергия мотора расходуется на создание поперечной волны, преодоление силы трения о поверхность воды и встречного ветра.
В состоянии покоя все суда в воде находятся в водоизмещающем режиме. Это означает, что они поддерживаются на поверхности воды только за счёт силы выталкивания. Скорость ограничена обводами судна. При движении на судно начинает воздействовать динамическая сила набегающего потока воды. С увеличением скорости сила потока увеличивается. Поток отражается от баллонов катамаранов или дна лодки. Если отразить поток в одном направлении вниз, то он позволяет вытолкнуть судно над водой (глиссирование). От круглых баллонов поток не отражается, а обтекает их, поэтому катамараны с круглыми баллонами не могут глиссировать. Для глиссирования нужно сделать нижнюю часть баллона плоской, чтобы поток отражался вниз. Во время глиссирования скорость, в основном, ограничена характеристиками мотора и ветром, а не обводами судна.
Водоизмещающий режим
Это наиболее экономичный режим движения судна. В нем ходят все большие морские и речные суда. Скорость зависит от обводов судна и длины ватерлинии. Судно поддерживается на плаву исключительно за счёт силы выталкивания.
- Оптимальная скорость составляет 8-10 км/ч. В этом режиме расходуется наименьшее количество топлива на расстояние. Это скорость любого максимально загруженного катамарана Мастеркат с двигателем 5 л.с. Судно идет без дифферента, волнообразование небольшое.
- Для не глиссирующих катамаранов с двигателями 5-10 л.с. с небольшой загрузкой (20-30% от грузоподъемности) Скорость составляет 17-22 км/ч – она не является оптимальной с точки зрения расхода топлива (это уже переходный режим), но является компромиссом между скоростью и экономичностью. Судно имеет небольшой дифферент на корму.
- При увеличении мощности до 20-25 л.с. скорость не превысит 28 км/ч. При скорости более 20 км/ч дифферент на корму и волнообразование сильно увеличиваются. Энергия мотора расходуется на "заталкивание" судна на носовую поперечную волну. Для преодоления этого эффекта мы разработали специальные глиссирующие катамараны, на которых баллоны оснащены скегами и скорость достигает 40 км/ч.
Переходный режим
С ростом скорости судна длина и амплитуда носовой поперечной волны продолжает увеличиваться. Появляется дифферент на корму. Энергия мотора расходуется на заталкивание судна на передний гребень волны.
Переходный режим – режим движения в котором создается большая поперечная волна, присутствует дифферент на корму называется переходным, а силы набегающего потока воды не хватает, чтобы вытолкнуть судно из воды. При этом не все суда могут выйти из переходного режима, зависит от обводов судна.
Становится понятно, что преодоление носовой поперечной волны требует больших затрат энергии мотора, поэтому переходный режим является наименее оптимальным с точки зрения расхода топлива. Расход растет, а скорость увеличивается незначительно.
Глиссирование
Чтобы выйти из переходного режима нужно, чтобы набегающий поток вытолкнул судно вверх. При этом осадка судна снижается, и оно перестаёт создавать поперечную волну и тратить энергию на её преодоление. В этом глиссирующем режиме судно поддерживается на плаву в основном за счёт силы потока, а скорость ограничена только силой трения и силой ветра, а также шагом винта и оборотами мотора.
В круглых баллонах обычных катамаранов набегающий поток не выталкивает катамаран вверх, он просто обтекает баллоны. Для того, чтобы вытолкнуть судно необходимо отразить поток воды в одном направлении вниз, для этого нужна плоская опора. Чтобы сделать баллон плоским, мы наклеиваем дополнительные маленькие баллоны снизу основного. Эти баллоны называются скегами.
Скеги создают глиссирующую подушку, которая позволяет вытолкнуть катамаран из воды. Мы разработали две серийные модели со скегами.
- Глиссирующий катамаран и тримаран К47S – судно с палубой 325х200 см. Минимальный мотор 10 л.с., рекомендуем от 15 л.с. и выше.
- Глиссирующий катамаран и тримаран К53S– судно с палубой 400х200 см. Минимальный мотор 15 л.с., рекомендуем от 20 л.с.
Выход в режим глиссирование (скорость при которой не образуется поперечная волна и пропадает дифферент на корму) происходит на 25 км/ч. Соотношение мощности мотора к выталкиваемому весу составляет 1 л.с. на 25 кг веса. Это означает, что мотор мощностью 10 л.с. Способен вывести в режим глиссирования 250 кг веса. Если вычесть вес глиссирующего катамарана К47S и мотор и бак, то остаётся 100кг полезной нагрузки. На практике скорость с одним пассажиром на К47S с мотором 9.9 л.с. составила 28 км/ч.
При этом катамараны глиссирующие катамараны Мастеркат со скегами имеют почти такие же характеристики в водоизмещающем режиме, как и другие катамараны. В режиме глиссирования они имеют очень высокую остойчивость и стабильность.
При выборе глиссирующего катамарана необходимо учитывать мощность мотора, т.к. слабый мотор не сможет вытолкнуть катамаран. Для катамарана К47S мы рекомендуем от 10-25 л.с. При 10 л.с. Катамаран сможет глиссировать с одним человеком и небольшим количеством снаряжения. Для катамарана К53s оптимальным будет мотор от 20 л.с. Глиссирующий катамаран значительно расширяет географию путешествий и рыбалки.
Подтверждение теории
На фото ниже как раз виден небольшой прогиб в центре катамарана из-за того, что он опирается на 2 гребня. На другом фото видно как притапливается корма и задирается нос. Однако, корма находится еще не в самой нижней точке, поэтому волнообразование не сильное.
