Альберт Назаров — о категориях мореходности и максимально допустимой высоте волны
Cranchi Sessantasette. Приятное пополнение
Красивая улыбка — Apriori
Читателям MBY хорошо известны категории прогулочных судов длиной до 24 м, приведенные в европейских правилах RCD (Recreational Craft Directive): «A», «B», «C» и «D», — которым соответствует допустимая скорость ветра и высота волн. Эти категории обычно указывают на шильдике лодки, в руководстве пользователя и в рекламных материалах. Раньше они назывались Ocean, Offshore, Inshore, Inland, сейчас эти обозначения убрали, но максимальная высота волны для каждой категории осталась. Сразу заметим, что это «значительная высота», то есть средняя высота 1/3 наиболее высоких волн (у нас используется понятие 3 и 1% обеспеченности волн), а наибольшая волна может быть вдвое выше.
Некоторые прогулочные лодки длиной 8−9 м имеют категорию «В», для которой в RCD указана высота волн 4 м. Означает ли это, что катер можно безопасно эксплуатировать на такой волне? Сначала давайте разберемся, откуда берутся такие ограничения, кто и как «работает» с этими категориями. При проектировании лодки в расчете остойчивости по RCD (стандарты ISO Small Craft) высота волны напрямую вообще не участвует. А категории и соответствующая им высота волн давно стали инструментом маркетинга и не отражают фактическую мореходность судна. Категориями щеголяют яхтенные брокеры, зачастую вводя клиента в заблуждение относительно того, какую волну судно «сможет выдержать». Производители пытаются получить как можно более высокую категорию, видя в этом плюс при продаже. Бывало, что модели с «честной» категорией «В» предпочитали «натянутую» «А»…
На практике большинство моторных яхт категории «А» (разрешенная высота волны до 7 м) могут встречать такую волну только носом, двигаясь в этих условиях малым ходом и безопасным относительно волн курсом. То есть это условия выживания, но никак не нормальной эксплуатации.
Чем же в реальности определяется мореходность лодки и ее способность поддерживать скорость на волнении? Во-первых, нужно четко понимать, что обрушивающаяся волна, высота которой примерно равна ширине судна, при ударе в борт практически гарантированно его опрокидывает. А на каком волнении судно может поддерживать максимальную скорость при достаточном запасе мощности? Быстроходное прогулочное судно (кроме, пожалуй, специальных катеров) может идти в таком режиме при значительной высоте волн до 10% длины судна. При этом следует учитывать ряд ограничений.
• Недопустимость травм и дискомфорта людей на борту. Мне неоднократно доводилось проводить тесты быстроходных катеров с датчиками ускорений. Так вот, на 16‑метровом катере на 45 узлах перегрузки при волнении 4 балла достигают 2−4 g. Такие ускорения могут привести к травме позвоночника, суставов, не говоря уже просто о дискомфорте.
• Нагрузки на корпус. Важно понимать, что любое судно можно «сломать». Как правило, это происходит, если его эксплуатируют вне проектных ограничений.
• Перегрузки оборудования. Бортовая электроника, системы и механизмы также рассчитаны на определенный уровень ускорений, который не следует превышать.
Вернемся к нагрузкам на корпус. В расчетах прочности для малых рекреационных судов по стандартам ISO высота волны принимается как 1/10 длины судна (это для категории «А», для остальных — еще меньше), что предполагает снижение скорости на волне большей высоты. То есть ни о каком «глиссировании на полном ходу» при волне 7 м или даже 4 м речи быть не может. Но встречаются индивиды, предпочитающие скакать по волнам на мощной лодке, невзирая на боль в позвоночнике…
ГИМС и Речной регистр нередко назначают допустимую высоту волны исходя из высоты надводного борта судна. Такой подход изложен в «Суда прогулочные гребные и моторные». Это справедливо лишь для небольших открытых лодок: в требованиях RCD он применяется только для категории «D». В этом случае максимальная допустимая высота волны примерно равна удвоенной высоте надводного борта — во избежание заливания. В случае запалубленных судов более высоких категорий, где опасность заливания не столь высока, допустимая высота волны с надводным бортом напрямую не связана.
Повторюсь: указанная для категорий RCD высота волн — это условие выживания, а не нормальной эксплуатации. Выбирая прогулочное судно, следует грамотно оценивать его мореходность, а к заявленным категориям и «маркетинговой» высоте волны относиться с известной степенью скептицизма. А на реальном волнении, как показывает хорошая морская практика, скорость лучше снижать, не дожидаясь повреждения корпуса и травм людей.
Мореходные качества судна
Ходовые качества судна характеризуют его мореходные и эксплуатационные возможности. Они зависят от соотношения главных размерений судна, качества поверхности корпуса и его обводов.
Отношение длины судна к его ширине колеблется в широких пределах и характеризует остойчивость и ходкость судна. Оно находится в пределах: для моторных лодок 2,3-3,7, для современных быстроходных глиссирующих 2,3-2,7, для тихоходных катеров повышенной мореходности 3,2-4,5, для моторно-парусных судов 2,5-3,3, для парусных яхт до 5,0, для байдарок до 6,5. Увеличение этого соотношения понижает остойчивость судна.
От отношения L/B зависит также управляемость судном. Увеличение этого отношения улучшает устойчивость на курсе, но несколько снижает поворотливость, ввиду чего требуется большая площадь руля, и наоборот.
Отношение высоты борта к осадке влияет на остойчивость. С ростом отношения увеличивается парусность судна. Величина для катеров и моторных лодок в зависимости от высоты надводного борта колеблется от 2,0 до 3,0. Наибольшее Н/Т имеют мореходные моторные суда. Для парусных килевых яхт Н/Т уменьшается до 1,5.
С увеличением отношения ширины к осадке остойчивость судна увеличивается, способность судна сохранять скорость на волнении оказывается ниже, чем у глубоко сидящего судна. Это отношение составляет для легких мелкосидящих лодок и швертботов 10-12, для большинства катеров 5-6, для мореходных рыболовных судов 2,5-4, для корпусов парусных катамаранов 1-2. Чем меньше отношение длины к осадке L/T, тем маневреннее судно.
Ходкость прогулочного судна
Курс и устойчивость судна
Способность судна двигаться заданным курсом или изменять курс посредством рулей или путем изменения направления тяги движителей. Выделяют также понятие «маневренность»: под нею понимается способность судна совершать специальные маневры с заданной траекторией.
Качка прогулочного судна
Способность судна двигаться и управляться в условиях ветрового волнения, не испытывая чрезмерной качки и перегрузок, действующих на корпус, грузы и людей. Каждое судно имеет предел мореходности в соответствии со своим классом.
Мореходность катера чем определяется
производим, продаём, обслуживаем, ремонтируем катера и моторные лодки
Тел: 8 903 608 80 45
8 960 185 76 83
8 831 256 42 62
Адрес: Нижний Новгород
ул. Мончегорская 11а
В этом разделе предлагаю, поговорить об обводах и ходовых качествах, различных судов.
Итак, основных обводов судов существует не так уж много, но очень много вариаций на тему… Остановлюсь лишь на тех, которые наиболее распространены на наших водоёмах, и рынке катеров и моторных лодок.
Начну с того, что условно разделю их на несколько типов:
+ (плюсы) Монокилевых Малокилеватых обводов:
1. Не требуется мощного двигателя.
2. Легко и быстро выходит на глиссирование.
3. Имеет неплохую статическую остойчивость.
— (минусы) Монокилевых Малокилеватых обводов:
1. Не предназначена для высоких скоростей (свыше 40-45 км/ч, для стандартных лодок).
2. Плохо управляется на высокой скорости (либо становится вовсе неуправляемой).
3. Некомфортна на высокой скорости и или на мелкой волне, ряби (особенно ощутимо на старых алюминиевых лодках, к тряске добавляется ещё и звук).
4. Не любит большой волны, особенно, больше длинны корпуса.
Резюме: В основном лодка такого типа приобретается, на вторичном рынке, подходит для утилитарных целей (один из самых дешёвых вариантов, если его не люксовать).
Применение о бводов типа «Моногедрон» дают некоторые преимущества перед лодками с Малой килеватостью. Благодаря тому, что эти обводы имеют чуть большую килеватость, на всей длине корпуса, движение лодки становится более комфортным (лодка лучше проходит, как малую, так и относительно большую волну). Несмотря на то, что остойчивость Моногедона хуже чем у Малокилеватых лодок, по сравнению с корпусами с повышенной килеватостью днища типа Глубокова V, Моногедрон имеет более высокую статическую остойчивость, поэтому такие обводы предпочитают и для морских лодок и катеров в тех случаях, когда это качество играет важную роль (например для комфортабельных туристских судов, рыболовных лодок и т.п.).
1. Неплохая управляемость на высоких скоростях.
2. Неплохая статическая остойчивость.
3. Простота изготовления из листового материала.
— (минусы) обводов типа Моногедон.
1. Необходимость мощного двигателя, повышенный расход топлива.
2. Относительно низкая мореходность.
Резюме: В основном, лодки с обводами Моногедон, представлены на вторичном рынке, но можно найти и новую. Используется в основном, как туристическая, не требующая высокой скорости, экономичности и манёвренности.
И, хотя данный тип обводов популярен, и относительно неплох, но существует более прогрессивный, тип Монокилевых обводов, разработанных уже давно, но получивших распространение относительно недавно (особенно в России). В основном, из за сложности производства таких корпусов.
Непременной деталью корпуса «глубокое V» являются продольные реданы — призмы треугольного сечения с горизонтальной нижней гранью и острой свободной кромкой (рис. 30). Главный эффект реданов заключается в отсечении от днища потоков воды, растекающихся от киля к бортам. В результате их действия уменьшается смоченная поверхность корпуса, на реданах создается дополнительная подъемная сила; в совокупности это повышает гидродинамическое качество корпуса.
Благодаря продольным реданам осуществляется автоматическое регулирование ширины днища в зависимости от скорости судна. На малых скоростях катер глиссирует на полной ширине днища с уменьшенной удельной нагрузкой, которая оптимальна для данной скорости. По мере разгона гидродинамическая подъемная сила растет, катер уменьшает осадку. При этом крайние участки днища, прилегающие к скулам, выходят из воды, глиссирующая поверхность ограничивается крайней к скуле парой реданов.
Продольные реданы повышают остойчивость катера, демпфируют бортовую и продольную качки. На ходу при резком крене на реданах накрененного борта возникает дополнительная подъемная сила, которая препятствует дальнейшему увеличению крена. Продольные реданы существенно повышают устойчивость судна на курсе и в то же время сокращают радиус циркуляции. Это происходит благодаря работе боковых вертикальных граней реданов, которые при боковом смещении — дрейфе от ветра, волны или на повороте, действуют подобно килю.
Положительные качества реданов начинают проявляться лишь при достаточно высоких скоростях —На малой скорости и при разгоне катера сопротивление воды вследствие увеличенной смоченной поверхности днища с реданами оказывается выше, чем у катера с гладким днищем. Кроме того, их эффективность зависит от угла килеватости днища. Если он менее 10°, устройство продольных реданов нецелесообразно.
К недостаткам Глубокого V, можно отнести пониженную статическую и начальную остойчивость. Для повышения остойчивости на стоянке иногда устраивают днищевые балластные цистерны, автоматически опорожняемые при выходе катера на расчетный режим (используются для больших морских катеров).
Другим недостатком «глубокого V» является большое сопротивление в начальный момент движения и большие затраты времени на разгон до выхода на режим чистого глиссирования. Для улучшения стартовых характеристик и снижения «горба» сопротивления можно использовать транцевые плиты (не требуются при сбалансированной конструкции лодки) и продольные реданы на днище. Причем, наличие реданов по всему днищу, как правило свидетельствует о сбалансированной конструкции лодки, ибо просчеты при конструировании или изготовлении лодки, зачастую приводят к необходимости жертвовать реданам у кормы. Для повышения ходовой остойчивости приходится увеличивать смоченную поверхность днища в корме, обрывая продольные реданы, на которых корпус глиссирует на расчетной скорости, на некотором расстоянии от транца. В результате чего смачиваются дополнительные участки днища и увеличивается ширина ватерлинии, что также помогает облегчить выход на глиссирование, при этом несколько падает скорость и управляемость.
Моторные лодки семейства каскад имеют активно развитые полноразмерные (как и положено хорошей лодке с Глубоким V) продольные реданы, что облегчает управление лодкой, требует меньшей мощности мотора, и улучшает остойчивость лодки, что тоже немаловажно. Данные качества лодка приобрела за счёт сложной конструкции днища доступной к изготовлению лишь в пластике, так как к примеру алюминий, как и другие листовые материалы, сильно ограничивают возможности конструирования, по сути сводя обводы Глубокого V к Моногедону с увеличенной килеватостью и продольными реданами, да и возможности качественного и точного изготовления, из алюминия гораздо меньше чем у пластика, а это очень важно для данного типа обводов.
Все выше перечисленные качества лодок семейства Каскад, не только помогли лодкам, с лёгкостью, пройти сертификацию, но и, например, позволяют лодке Каскад 350 с мотором всего 15 л.с. и одним человеком развивать скорость свыше 50 км/ч. сохраняя при этом превосходные ходовые качества и отменную управляемость, что недостижимо для большинства самых новых и модных иностранных лодок.
+ (плюсы) обводов типа Глубокое V:
1. Высокая мореходность, на любой волне.
2. Наилучшая, из всех глиссирующих обводов, плавность хода.
3. Высокая эффективность по мощности.
4. Возможность достижения высоких скоростей.
5. Хорошая управляемость на любых скоростях.
— (минусы) обводов типа Глубокое V:
1. Необходимость использования относительно мощных моторов.
2. Пониженная статическая и начальная остойчивость.
3. Сложность в изготовлении, и как следствие более высокая цена.
Резюме: У данного типа обводов есть свои недостатки, но достоинств у него намного больше. Большинство лодок, с обводами типа Глубокое V, представлены на первичном рынке новых лодок, либо на вторичном рынке но, недавнего производства. Реже, но можно встретить такие обводы, как правило, на больших катерах со стационарными двигателями Советских времён.
На данный момент, Глубокое V пожалуй наиболее часто выпускаемый тип корпуса в мире, и как мне кажется самый перспективный среди Монокилевых обводов.
Смоченная поверхность гидролыжи имеет вид вытянутого вдоль корпуса прямоугольника. Благодаря этому корпус обладает большей устойчивостью глиссирования и меньшей чувствительностью к изменению дифферента и положения центра тяжести, по сравнению с плоскодонным судном, имеющим малое соотношение L/B. В результате катера и мотолодки с гидролыжей, снабженные достаточно мощным двигателем, способны развить более высокую скорость, чем при обычных обводах с малой килеватостью днища, обладают большей комфортабельностью при ходе против волны, имеют малый радиус циркуляции. Эти преимущества, однако, утрачиваются, если нагрузка оказывается слишком большой для данной мощности двигателя и судно глиссирует при увеличенной осадке. Естественно, что вследствие малой ширины катера с гидролыжей являются валкими на стоянке и могут раскачиваться на ходу.
Я считаю, что данный тип обводов идеально подходит для довольно больших лодок и катеров из алюминия. Мы уже знаем, что из листового материала нельзя изготовить, идеальные обводы Глубокого V, одним из перспективных способов совершенствования конструкций из листового материала, как раз и является применение гидролыжи. А большой размер обусловлен большей стабильностью рабочего веса лодки (чем больше лодка тем, меньше соотношение веса пустой и загруженной лодки), что немаловажно для данного типа обводов.
Редкое использование данной конструкции днища, обусловлено, несколькими факторами, и в первую очередь сложностью проектирования лодки. Если гидролыжа будет мала лодка просто не встанет на неё, а если велика то будет излишняя смачиваемая поверхность, что значительно затруднит, как скольжение, так и выход на лыжу. Не малое значение имеет и угол атаки гидролыжы, который в свою очередь обусловлен развесовкой корпуса, и его центром тяжести, что в свою очередь влечёт за собой комплексную разработку всего катера (т.е. нельзя ограничится только днищем, как у других типов, нужно проектировать и надстройку с её расположениями масс).
Расчётами катеров на гидролыже занимаются только специалисты высшей квалификации, которых в мире, единицы. Тем с большей гордостью могу сказать, что мы обладаем этой технологией, не только в теории, но и на практике, в 2012 году мы успешно реализовали пилотный проект новейшего катера на гидролыже Каскд 640.
+ (плюсы) обводов на гидролыже:
1. Высокая мореходность, на любой волне.
2. Хорошая, плавность хода.
3. Высокая эффективность по мощности.
4. Возможность достижения высоких скоростей.
5. Неплохая управляемость.
— (минусы) обводов на гидролыже:
1. Необходимость использования относительно мощных моторов.
2. Пониженная статическая и начальная остойчивость.
3. Сложность в изготовлении и проектировании, как следствие более высокая цена.
Резюме: Данный тип лодок редко встречается, но довольно перспективен при условии его дальнейшего развития.
Обводы типа Катамаран, двух килевыве обводы.
Очень редко встречается среди утилитарных глиссирующих, лодок, но довольно распространена среди, спортивных глиссирующих катеров, вплоть до Формулы 1 на воде. Одна из причин этого, посредственая мореходность такой конструкции (именно по этому, соревнования как правило, проходят на тихой воде). Двухкорпусные обводы используются в основном для высокоскоростных гоночных судов, развивающих скорости 100—150 км/ч. При такой скорости возникают аэродинамические силы, делающие катамаран эффективным. Катамараны выходят на глиссирование при значительно более высокой (примерно в 1,5 раза) скорости, чем однокорпусные катера, что в данном случае, тоже можно отнести скорее к недостаткам. А большая сложность расчётов, требующая множества ходовых испытаний, тоже не способствует распространению таких типов обводов.
Параллельные борта придают «морским саням» повышенную поперечную остойчивость. Два длинных киля и погруженные в воду вертикальные борта способствуют хорошей устойчивости судна на курсе. При плавании на волнении проявляется и такое важное качество саней, как хороший «продольный баланс» корпуса, под которым понимается распределение ширины и площади ватерлинии, а также килеватости днища по длине корпуса. При плавании косым курсом к попутной волне «морские сани», обладая большими объемами и шириной корпуса в носу, хорошо противостоят крену и дифференту, не зарыскивают с риском опрокидывания на полной скорости.
Брызги, поднимаемые носовой частью, отражаются вниз от поверхности вогнутого тоннеля, а широкая палуба предотвращает зарывание носом в волну. При некоторых определенных соотношениях размеров волны и корпуса воздух в тоннеле «саней» начинает оказывать демпфирующий эффект, смягчая удары волны о днище. У «саней» больших размеров более плавная бортовая качка, чем у обычных катеров. Определенные сложности представляет размещение на «морских санях» движителя. Встречный поток воздуха, попадающий в тоннель, проходит под днищем до самой кормы и воздействует на лопасти гребного винта, начинающего работать в условиях поверхностной аэрации. Поэтому на больших «санях» применялись частично погруженные гребные винты, имеющие специальную форму. При установке подвесного мотора на «санях» требуется большее погружение оси гребного винта, чем на обычных лодках; рекомендуется и кормовая центровка судна. Используется также смещение оси подвесного мотора в сторону от ДП. При одновинтовой установке на своде тоннеля в ДП рекомендуется устанавливать клин толщиной 12—20 мм и шириной 1,2 диаметра винта, отводящий аэрированную воду от винта. На волне, длина которой превышает длину катера, «морские сани» получают сильные удары в носовую часть свода тоннеля, что заставляет снижать скорость. Другими недостатками обводов этого типа является большой радиус циркуляции и малый объем корпуса в носовой части, затрудняющий его использование для размещения пассажиров и других целей.
Совершенствованием данного типа обводов, занимался ещё мой отец, но к сожалению не успел, довести конструкцию до расчетных характеристик.
+ (плюсы) обводов Катамаран:
1. Очень высокая, как статическая, так и ходовая остойчивость.
2. Высокая эффективность по мощности.
3. Возможность достижения высоких скоростей.
4. Неплохая управляемость.
— (минусы) обводов Катамаран:
1. Необходимость использования относительно мощных моторов.
2. Как правило невысокая мореходность.
3. Сложность в изготовлении и проектировании, как следствие более высокая цена.
Обводы типа Тримаран, его подвиды.
Корпуса этого типа появились в конце 50‑х годов. Иногда этот тип обводов называют «кафедралами», трехкилевыми морскими санями» или двухтоннельными судами. Отличительной особенностью всех существующих видов тримаранов являются основной корпус, имеющий обводы «глубокое V» (или изогнуто-килеватые), и два боковых спонсона меньшего объема; очертания палубы в плане близки к прямоугольнику (Назначение спонсонов — повысить остойчивость катера на ходу и на стоянке, избавить судно от рыскливости при ходе на попутном волнении. Спонсоны выполняют таким образом, чтобы на стоянке они были погружены примерно на половину осадки основного корпуса, а на ходу бо́льшая часть их поднималась над поверхностью воды. В случае крена в воду входит значительный объем спонсона, возникающая на нем дополнительная сила поддержания создает восстанавливающий момент. Благодаря тому, что спонсоны параллельны по всей длине катера, а не сужаются подобно скулам корпуса традиционного типа, остойчивость тримарана намного выше. Кроме того, при крене на ходу к статической восстанавливающей силе прибавляются еще гидродинамические силы, возникающие на наружной наклонной поверхности входящего в воду спонсона, как на обычной глиссирующей пластине, расположенной под некоторым углом атаки.
Поскольку на ходу без крена спонсоны оказываются над водой, они практически не вносят существенных изменений в гидродинамику основного корпуса. Как и в случае обводов «глубокое V», глиссирование осуществляется на кормовой части днища, так что в ходовых качествах тримаран преимуществ не имеет. Однако помимо лучшей остойчивости и мореходных качеств на волне, тримаран предоставляет конструктору гораздо больше возможностей в планировке внутреннего расположения. Необходимое оборудование здесь удается разместить в корпусе меньших размерений, чем например, на катере с обводами «глубокое V», и при равной мощности двигателя получить известный выигрыш в скорости.
Основные разновидности современных тримаранов представлены на рисунке. Тип а предпочтителен при постройке корпуса из листовых материалов — металла или фанеры. Явно выраженные тоннели в носовой части переходят в корме в плоско-килеватое днище с горизонтальными участками у скул (по ходовым качествам, мало чем отличается от Малалокилеватых обводов, но обладает отменой статической остойчивастью). Тип б — комбинация «глубокого V» с бортовыми спонсонами, имеющими клиновидные поперечные сечения. В месте перехода наклонной наружной грани спонсона в почти вертикальны» борт сделан уступ-брызгоотбойник. Спонсоны иногда обрываются, не доходя примерно 1/3 длины корпуса до транца, так как в корме они неоправданно увеличивают смоченную поверхность, мешают использовать энергию потоков воды, растекающихся от киля к бортам. Продолжением спонсонов близ транца являются горизонтальные брызгоотбойники или продольные реданы (это более совершенная конструкция, при плавильных расчётах, и качественном исполнении, по своим качествам может приближаться к обводам типа Моногедон, с немного меньшей мореходностью, ещё более требовательная к мощности мотора, но обладающая отменой остойчивостью. Тип в — обводы «Бостонского китобоя», послужившие прототипом для создания большого числа модификаций. При разработке обводов применены выпукло-килеватые шпангоуты. Борта в носовой части имеют наклонные участки — скосы для улучшения поворотливости. Чтобы ограничить подъем воды и брызг, вырывающихся из-под скоса, на борту сделан уступ-брызгоотбойник, идущий по всей длине корпуса. Вблизи шп. 7 наклонный участок борта заканчивается поперечным реданом; дальше в корме скула скруглена по радиусу. Можно предположить, что это придает катеру оптимальный дифферент на корму при довольно высокой скорости и обеспечивает выход воздуха из тоннелей к бортам. Выпуклость днища у транца предотвращает подток воздушных пузырей к лопастям гребного винта, особенно вероятный при поворотах катера.
