Глиссер

Глиссер

ГЛИССЕР, быстроходное судно, движение которого происходит по принципу скольжения, в отличие от судов водоизмещающих. Благодаря специальной конструкции плоского днища, при возрастании скорости глиссера его осадка быстро уменьшается вследствие развивающегося динамического давления воды на днище; когда это давление становится по величине близким к весу глиссера, он выходит на редан и начинает скользить (планировать). При дальнейшем же возрастании скорости осадка еще несколько уменьшается. Это явление сопровождается относительно резким уменьшением лобового сопротивления по сравнению с водоизмещающим судном и дает возможность глиссеру развивать сравнительно большие скорости. Если на оси ординат (фиг. 1) отложить сопротивление Р, а на оси абсцисс - скорость V, то кривая Оаbс дает кривую сопротивления глиссера. Пунктирная линия ad показывает рост сопротивлений для водоизмещающего судна.

Glisser 1

Скольжение глиссера основано на том, что плоская пластинка, движущаяся в жидкости с небольшим углом наклона (атаки) к горизонту, способна развивать большую подъемную силу при сравнительно малом лобовом сопротивлении, т. е. на том же принципе, что и полет аэроплана (см. Аэродинамика).

На фиг. 2 представлена схема движения плоской тонкой пластинки в воде под некоторым углом атаки α.

Схема движения плоской тонкой пластинки в воде под некоторым углом атаки α

Пусть величина площади погружения S = l·b. Полное сопротивление воды движению пластинки м. б. разложено на две составляющие: вертикальную Ry и горизонтальную Rх. Первую называют подъемной силой пластинки, а вторую - ее лобовым сопротивлением. Для того чтобы нагруженная пластинка (не имеющая водоизмещения) не тонула, ее подъемная сила Ry д. б. всегда равна нагрузке на пластинку. Величины сил Ry и Rх и их соотношение меняются с изменением скорости V, <α, площади S и удлинения λ = b/l погруженной части пластинки. Для пластин неплоских с непрямоугольной формой погруженной площадки удлинением называется, по аналогии с аэропланными крыльями, отношение b12/S (фиг. 3).

Glisser 3

Отношение Ry/Rх называют качеством планирующей пластинки. Чем больше подъемная сила Ry и чем меньше лобовое сопротивление Rх, тем выше качество. Качество растет с ростом удлинения и при угле атаки от 4 до 6° достигает максимума, который, по опытам Беккера и Миллера в Англии, находится для пластинок между 7 и 8; для лодок при тех же, примерно, углах максимальное значение Ry/Rх приблизительно составляет 4 … 6. Полная аналогия между крылом аэроплана и рабочей частью днища глиссера нарушается тем, что днище глиссера омывается водой с одной нижней стороны, тогда как крыло обтекается воздухом со всех сторон. Это обстоятельство не позволяет получить коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления пластинки или днища. Характерной особенностью глиссера является т. н. редан, т. е. поперечный уступ на днище для отделения струй жидкости на значительном участке днища за реданом и уменьшения общего сопротивления путем устранения прилипания и подсасывания струй и ослабления трения (см. Гидроаэроплан). На фиг. 4 изображен первый глиссер постройки ЦАГИ - АНТ-1 (деревянный), конструкции инженера Туполева (закончен постройкой и испытан в 1920 г.). Он снабжен одним реданом и подвижными плавниками, вместо второго редана, для изменения угла атаки; мотор - Изотта-Фраскини в 160 л. с. Этот глиссер с 4 пассажирами развивает скорость до 75 км/ч.

Первый глиссер постройки ЦАГИ - АНТ-1 (деревянный), конструкции инженера Туполева

По числу реданов, различают глиссеры однореданные, двухреданные и многореданные. К однореданным глиссерам приближаются, до известной степени, водоизмещающие моторные лодки современной формы с плоским к корме днищем и сравнительно широкой срезанной кормой. Для правильной работы глиссера необходимо и достаточно иметь два редана, причем вторым может служить обрез кормы. Увеличение числа реданов свыше двух,  как показала практика, не дает сколько-нибудь значительной выгоды и применяется гл. образом в так называемых плотиках. Плотик - легкий, пустотелый, прямоугольный в плане плот, снабженный реданами. Французский конструктор де-Ламбер составлял свой плотик из нескольких прямоугольных (в плане) поплавков. Главным недостатком глиссеров с одним реданом является их работа на невыгодных углах атаки, что приводит к потере скорости. Вторым существенным недостатком, при близко расположенном к редану центре тяжести, является «дельфинирование» на больших скоростях, вследствие недостаточной длины опорной площадки. Центр тяжести двухреданных глиссеров обычно располагается вблизи переднего редана(лучше немного позади его).

По внешнему виду различают два основных типа глиссеров: лодки и плотики. Первые лучше справляются с волной и, следовательно, обладают большей мореходностью. Вторые - на тихой воде дают хорошие результаты, но на волне сильно бьются, и поэтому их применяют только на реках и мелких озерах.

По роду движителя (винта) различают глиссеры с водяным винтом и воздушным винтом. Правильный подбор винтов - одно из главных условий успешной работы глиссера. С воздушным винтом глиссеры незаменимы для движения по мелководью; они также могут хорошо справляться с быстрыми течениями, благодаря своим высоким скоростям. Воздушный винт ставится гл. образом на плотики, в виду их сравнительно большой поперечной остойчивости. Недостатки воздушных винтов: 1) низкий КПД винта на малых и средних скоростях и вредное влияние встречного ветра; 2) необходимость высокого размещения мотора, что связано с уменьшением остойчивости и с возрастанием воздушных сопротивлений; 3) применение дорого стоящих и ненадежных, при больших оборотах мотора, цепных передач. На фиг. 5 показан второй глиссер постройки ЦАГИ - АНТ-2, конструкции инженера Туполева.

Второй глиссер постройки ЦАГИ - АНТ-2, конструкции инженера Туполева

В 1927 г. на нем (с мотором Сименс 50 л. с.) при неблагоприятных условиях погоды был совершен поход Москва—Ленинград по водной системе. Общая длина пути составляла около 2615 км; средняя скорость достигала 32,6 км/ч, при водоизмещении около 920 кг; наибольшая достигнутая скорость, при водоизмещении в 850 кг (на участке около 200 км) - 47,9 км/ч. Применение водяных винтов требует устройства хорошо обтекаемых кронштейнов и доведения подводных деталей до минимума, с приданием им наиболее обтекаемой формы. Моторы для глиссеров применяют только авиационные, причем для глиссеров с воздушным винтом отдают предпочтение моторам с воздушным охлаждением, как в отношении легкости, так и для уменьшения воздушных сопротивлений. Для глиссеров с водяным винтом имеются авиационные моторы, приспособленные для лодок (реверс и охлаждение забортной водой). Примером может служить лодочный мотор «Райт-Тайфун» 500 л. с. (переделанный Райт Т-3).

Основные требования, которым должен в конструктивном отношении удовлетворять хороший глиссер, следующие: 1) рациональная форма днища; 2) размещение нагрузки, обеспечивающее достаточную метацентрическую высоту, а также правильное положение центра тяжести по длине; 3) минимальный вес корпуса и механизмов; 4) прочность; 5) хорошо обтекаемая форма корпуса и всех выступающих из него частей, число которых, в особенности в подводной части, д. б. минимальным. Конструкцию корпуса можно понять из фиг. 6, на которой показана форма днища глиссера-лодки Торникрофта - типа «С. М. В.».

Форма днища глиссера-лодки Торникрофта - типа «С. М. В.»

Правая половина фигуры представляет поперечное сечение корпуса глиссера впереди редана, а левая - за реданом (в корму). Рабочая часть днища впереди редана имеет килеватую форму с отогнутыми книзу краями у бортов. Угол килеватости около 25—30°; к носу килеватость увеличивается. Отогнутые книзу края рабочей части днища впереди редана способствуют увеличению поперечной динамической остойчивости и быстроте выхода на редан. Непосредственно за реданом (к корме) поперечные обводы сильно приподнимаются и плавно переходят в борт, образуя на боковой проекции борта значительный уступ, обеспечивающий отставание боковых струй и доступ воздуха в зареданное пространство. Необходимо отметить, что для полного отделения струй и устранения подсасывания рабочие поверхности должны заканчиваться острой кромкой. От редана к корме поперечные обводы днища постепенно распрямляются и заканчиваются пологой кривой линией на обрезе кормы. В диаметральной плоскости, как видно на фиг. 7 (боковая проекция), кормовая линия днища за реданом поднимается, образуя с передней носовой линией угол около 3°30', что примерно соответствует наклону носового участка линии днища при скольжении.

Glisser 7

Для получения угла атаки кормового рабочего участка днища средняя линия на середине своей длины начинает снова перегибаться книзу и подходит к обрезу кормы с углом атаки около З°15'.

Материалом для постройки корпуса может служить как дерево, так и легкий металл (дюралюминий или кольчугалюминий). Из древесных пород наиболее употребительны: ясень, вяз, красное дерево, береза, мелкослойная сосна и дуб. Для наружной обшивки деревянных корпусов применяется красное дерево в 2—3 слоя из узких тонких дощечек, укладываемых по диагонали, с прослойкой из полотна, обработанного сырым льняным маслом или масляным лаком для водонепроницаемости. Можно также применять гидроавиационные сорта трехслойной березовой переклейки в два ряда с полотняной прослойкой в подводных частях и на некоторой высоте надводного борта. Для крепления обшивки к шпангоутам и стрингерам служат оцинкованные проволочные гвозди. Между собой слои обшивки проклепываются специальными гвоздями-заклепками красной меди с плоскими потайными головками и с шайбами изнутри. Для непотопляемости обычно каждый корпус снабжается, по крайней мере, двумя водонепроницаемыми переборками. Одним из главных недостатков деревянной конструкции является намокание дерева и связанное с этим увеличение веса. Торникрофт в своих глиссерах применяет заполнение пространства между двойным днищем (рабочий участок) мастикой из пробковых опилок в парафине. Это заполнение уменьшает проникновение воды внутрь корпуса и в то же время играет роль буфера при передаче ударов от наружного днища на внутреннее. В металлических корпусах водонепроницаемость швов достигается применением полотняных прокладок на сурике. За границей наряду с суриком применяют для этой цели более легкую мастику на каменноугольном лаке.

Расчет необходимой мощности двигателей и определение главных конструктивных размеров корпуса производятся на основании данных по испытанию моделей, возможно большого масштаба, в опытных бассейнах.

Для расчета, например, мореходного глиссера с водяным винтом, общим водоизмещением D = 5 тонн и заданной скоростью V = 40 узлов можно применить следующий метод. На график (фиг. 8) нанесены результаты испытаний, произведенных J. Е. Thornykroft и Bremner, трех моделей одинакового веса и размеров, отличающихся только формой днища.

Glisser 8

Из графика видно, что модель Торникрофта «С. М. В.» имеет наименьшее сопротивление. Зная вес и размеры модели, можно определить ее масштаб относительно проектируемого глиссера, а затем главные размеры:

Glisser 9

Если, далее, обозначить для полномерного судна: D - водоизмещение, Р - тягу и V - скорость, а через d, р и v - соответствующие величины для модели в 1/m натуральной величины, то между ними, по закону Фруда, существует следующая зависимость:

Glisser 10

Следовательно, при V = 40 узлов и m = 13, соответственная скорость модели: v = 40/3,6 = 11,1 узлов = 1129 футов/мин., а соответственное сопротивление модели по кривой р = 0,735 англ. фунтов. По формуле Р = р·m3 получается Р = 0,735·133 = 0,735·2200= 1615 англ. фунтов = 733 кг. К полученному сопротивлению поплавка необходимо прибавить вычисленное сопротивление подводных частей (валов, дейдвудов, кронштейнов, рулей, кингстона и др.), а также воздушные сопротивления надводных частей. Если предположить, что все вычисленные сопротивления в сумме составляют, например, 30% сопротивления поплавка, то определится необходимая тяга: Рх = 1,30·733 = 954 кг. Эффективная мощность глиссера N = P·V/75 л. с., где Р выражено в кг и V – в м/сек.

Принимая КПД винта, с учетом трения в валопроводе, η = 0,65, можно определить необходимую тормозную мощность двигателей (40 узлов = 20,5 м/сек):

Glisser 11

Если задаются водоизмещение и располагаемая мощность двигателей, а требуется определить скорость V, то вопрос решается построением кривой сопротивления полномерного глиссера по скорости и наложением на нее характеристики винтомоторной группы.

Применение глиссеров для гражданских целей, вследствие высокой стоимости моторов и дороговизны эксплуатации, ограничивается перевозкой почты, пассажиров, легких ценных грузов и имеет серьезное значение лишь при отсутствии других более дешевых и удобных путей и средств сообщения. Для военных целей глиссеры, вооруженные торпедами и пулеметами, находят применение для охраны берегов и пограничных морских и речных пунктов. Для учебных и спортивных целей в морской авиации применяются легкие глиссеры с установкой маломощных моторов. Такие учебные аппараты имеют значение для обучения технике управления гидросамолетом, так как они при скользящем движении дают в точности весь процесс разбега морского самолета.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.