Одного разу під час загального пробігу туристських і відкритих спортивних катерів, звичайного для одного з яхт-клубів при відкритті сезону, багато спостерігали пробіг помітили, що велика моторна яхта викликала значно менше волнообразованіе, ніж інші катери, невеликі за розмірами і більш легкі. (Всі катери йшли до фінішу з однаковою швидкістю). Чому це залежало? Від гострої корми? Або від таланту конструктора, який вдалим проектом парусної яхти склав собі ім'я? Ймовірно, доцільно і для інших катерів використовувати гостру крейсерську корму? Якщо не витрачати так багато кінських сил на заважає руху кормову хвилю, то, очевидно, можна заощадити паливо або при такому ж витраті
Всі ці міркування були невірними. Причина полягала ні в формі корми, ні в таланті конструктора, а в меншій відносної швидкості великий яхти. При спільному плаванні була однаковою лише абсолютна швидкість, але не відносна.
Поняття відносної швидкості має першорядне значення для розуміння взаємозв'язку форми катера, швидкості і потужності двигуна.
Підводний човен або літак пересуваються в єдиній навколишньому середовищу - воді або повітрі. Судно ж пересувається по межі двох середовищ, що мають абсолютно різну щільність. Воно пливе по вільної поверхні води, що межує з повітрям. При плаванні під водою підводний човен не створює хвиль і не має хвильового опору.
Зображення, що рухається судно, навпаки, вільно утворює хвилі на поверхні води, на що витрачається частина потужності двигуна.
Існує закономірне співвідношення між довжиною хвилі і швидкістю її поширення. Пливе судно утворює хвильової профіль у свого борту; відстань між вершинами хвиль цього профілю визначено швидкістю судна.
Туристський катер довжиною 16 м при швидкості 20 км / ч йде вже менш ніж на одній довжині хвилі. В даному випадку хвиля також повинна бути довжиною 19,75 м, хоча катер має довжину по ватерлінії лише 16 м. Тому корми туристського катера потрапляє майже на підошву хвилі. У малого спортивного катера, довжина якого по ватерлінії дорівнює 4 м, довжина хвилі майже в п'ять разів перевищує довжину катера.
Отже, незважаючи на однакову абсолютну швидкість, положення трьох катерів всередині однакового хвилеутворення виходить зовсім по-різному. Створюється враження, що велика яхта йде малим ходом, туристський катер - середнім ходом, малий спортивний катер - повним ходом. Ці спостереження правильні.
Відносна швидкість визначається як частка від ділення абсолютної швидкості на квадратний корінь з довжини ватерлінії судна. Результат, званий також коефіцієнтом швидкості R, є чисельною виразом відносної швидкості. Квадратний корінь з довжини по ватерлінії великий яхти, рівній Для отримання порівнянних чисел Фруда необхідно користуватися або метричної, або англійською системою. Минуло досить багато часу, поки поняття відносної швидкості і її вплив на форму обводів і співвідношення размерений проникло в катеростроеніе. Лише в 30-х роках поняття відносної швидкості почали застосовувати при проектуванні моторних катерів, однак ще і в даний час, навіть в колах фахівців, до цього важливого чинника підходять емпірично і без глибокого розуміння суті питання Тепер зрозуміло, чому велика моторна яхта здивувала своїм невеликим хвилеутворенням. Вона пересувалася щодо набагато повільніше, ніж всі інші катери спільного пробігу, значно поступалися їй за розмірами. без
Якби коротші катера були побудовані для такої швидкості з обводами, як у великий яхти, то волнообразованіе виявилося б дуже великим. В цьому випадку виникає особливо небезпечна сильна кормова хвиля, пов'язана з несприятливим дифферентом катера.
Якщо катер рухається повільно, то його вага чисто статично підтримується водою, т. Е. Вага витісненої води дорівнює вазі катери і не змінюється.
Висока швидкість малих катерів стала можливою завдяки появі легких катерних двигунів, що володіють значною потужністю. На великій швидкості виникають динамічні сили, які прагнуть виштовхнути корпус катера з води. В результаті частина ваги катера перестає підтримуватися тільки статично витісненим кількістю води, а піднімається динамічним тиском води на днище, викликаним ходом катера.
Такий стан руху називають перехідним режимом, полугліссірованіем.
На динамічний підйом катера, в значній мірі залежить від відносної швидкості, впливає також і форма днища. Плоска конфігурація буде сприяти цьому підйому, гостра кильоватая форма шпангоутів, навпаки, виявиться менш сприятливою.
Не можна розраховувати, що багато суден можуть досягти перехідного режиму. Безглуздо надавати підводної частини великих суден (від портового буксира до великого пасажирського судна) форму, що забезпечує динамічний підйом їх. Динамічні сили виявляться недостатніми, і така форма несприятливо позначиться на швидкості судів. Всі великі судна мають закруглені або загострені форми кормовій частині; якщо останнім часом і зустрічається транцевой корми, то це не характерно 5. При отриманні малих значень коефіцієнтів швидкості необхідно, щоб кормова край судна мала вузьку витягнуту форму. В цьому випадку не грає ролі, що таке судно, може бути, рухається з абсолютною швидкістю 55 км / ч. Відносна швидкість його невисока.
Найбільшу швидкість, показану коли-небудь пасажирським водоизмещающих судном під час ходових випробувань, мав лайнер «Юнайтед Стейтс» - 76 км / год при потужності двигуна 240 000 л. с. Але навіть така потужність і швидкість при великій довжині судна не створили динамічної сили, що виштовхує. В цьому відношенні спортивні карлики набагато перевершили велетнів морів!
Якщо у швидкохідного моторного катера частково утворюється динамічна виштовхує сила, то виникає питання, чи не можна досягти стану повного ковзання (глиссирования) при збільшеній потужності двигуна і відповідно підвищеної швидкості. Це справді можливо.
Чим вище відносна швидкість катера, тим більшими стають динамічні сили. Дуже швидкохідні легкі катери, перш за все моторні гоночні, практично досягають стану повного ковзання. Вага катера підтримується тільки динамічної виштовхує силою, причому катер тільки торкається поверхні води.
Хвилеутворення. Кожен рухається катер викликає обурення вільної поверхні води. Носова частина судна витісняє певну кількість води. Вода спрямовується назад до корми, щоб заповнити порожнечу. Завдяки цьому обуренню виникають поверхневі хвилі, які «забирають» частина потужності двигуна.
Чим менше води витісняється катером, тим менша частина потужності двигуна витрачається на волнообразованіе. З кожною хвилею марно і безповоротно «тікає» паливо. Більш того, хвилі заважають іншим катерам і навіть завдають руйнування берегової межі. При починається ковзанні витісняється кількість води менше, ніж вага катера. Легко переконатися, що в цьому випадку зменшується опір, т. Е. Економиться потужність двигуна. Якби вдалося досягти режиму повного ковзання, то хвилеутворення могло б і не бути (фізично повного ковзання, на жаль, не існує).
Для контрасту варто було б розглянути дуже тихий хід. При ньому майже відсутня волнообразованіе; брижі на поверхні води стає ледь помітною. Так як паливо не витрачається на волнообразованіе, двигун в режимі малого ходу знаходиться в сприятливих умовах і виходить виключно економічний хід.
Щоб розглянути питання хвилеутворення, необхідно визначити деякі основні поняття. Довжиною хвилі називають відстань між вершинами хвиль. Під висотою хвилі розуміють різницю в висоті між підошвою і вершиною хвилі. Час між проходженням двох наступних один за одним вершин хвиль у нерухомої точки називають періодом хвилі. Останній залежить як від довжини, так і від швидкості поширення хвилі. Необхідно відзначити, що переміщається тільки геометрична фігура хвилі, а не водна маса.
Довжина хвилі, швидкість поширення і період знаходяться в певному співвідношенні, завдяки чому їх можна легко розрахувати. Для дослідження довжини хвиль не має значення, утворюються вони від дії вітру або ж від ходу катера. У будь-якому випадку хвилі підкоряються простим фізичним законам. Згідно з ними довжина хвилі
Прискорення сили тяжіння g при нормальних умовах залишається незмінним і рівним 9,81 м / с2; воно надає формулою незалежність від системи заходів. Для практичних цілей його виключають, тоді вираз довжини хвилі спрощується: Lw = 0,64w2. Швидкість v при цьому повинна прийматися в метрах на секунду. Як видно, довжина хвилі, що проходить уздовж катери, залежить виключно від швидкості, а не від розміру або обводів катера.
При русі катера зі швидкістю 5 м / с (18 км / ч) утворюється хвиля довжиною Lw - 0,64-52 = 16 м. Вільні морські хвилі, що з'являються від дії вітру, підкоряються тим же законом. Якщо поспостерігати в море хвилі середньою довжиною 16 м, то виявиться, що вони пересуваються теж зі швидкістю 5 м / с (18 км / ч).