Ближайшие планы №4
Высокоэффективная гидродинамика и конструктивизм.
Перефразируя Ле Корбюзье: «лодка — машина для выполнения строго определённых задач».
Луис Салливан: «форма определяется функцией».
Вот от этого и будем отталкиваться, концепция исключительно здравая.
Постановка задачи: простая в постройке лодка, которая сможет решать широкий спектр задач и достигать высокой экономичности в эксплуатации не ценою ограничения скоростей и грузоподъёмности, а за счёт максимально возможной эффективности гидродинамики.
Иными словами, нужно добиться сочетания высоких ходовых качеств с протяжённым участком кривой сопротивления в зоне скоростей глиссирования, на котором сопротивление с ростом скорости изменяется слабо, с простотой постройки и высокой повторяемостью результата.
Решение — в применении системы из тандемно расположенных поперечных реданов, когда основной глиссирующей поверхностью является участок днища между первым и вторым реданами, где и создаётся более половины общей подъёмной силы. Здесь важно понимать, что задачей является ни в коем случае не получение «максимума подъёмной силы», а совершенно чётко определённой её величины — т.е. равной весу лодки с полезной нагрузки — в широком диапазоне скоростей.
Т.к. с ростом скоростей подъёмная сила резко возрастает, для сохранения её величины приходится или уменьшать действующую площадь глиссирующих поверхностей, или уменьшать их углы атаки.
Уменьшение углов атаки — наиболее неэффективно, подъёмная сила уменьшается, но сопротивление растёт, эффективность быстро падает. Тем не менее, это наиболее популярное решение: подъёмная сила возрастает, длина глиссирующей поверхности уменьшается, центр давления смещается в корму от центра тяжести, что приводит к потере продольной устойчивости, «дельфинированию», т.е. цикличным незатухающим колебаниям по углу атаки… «лечение» едва ли не хуже болезни: углы атаки уменьшают до неприемлемо малых (смещением ЦТ ещё дальше в нос и/или принудительно изменяют вектор упора для того, что бы «прижать нос»), иными словами, снижают эффективность, т.к. сопротивление возрастает очень сильно.
Уменьшение площади глиссирования для сохранения искомой величины подъёмной силы может осуществляться двумя путями: уменьшением ширины или уменьшением длины. Первый путь, уменьшение ширины, используется в концепции глубококилеватых корпусов, где развитые продольные реданы с ростом скорости отсекают по ширине участки глиссирующей поверхности. Решение эффективнее уменьшения углов атаки, но всё равно не оптимально, т.к. получающиеся узкие и длинные глиссирующие поверхности таких корпусов обладают невысоким гидродинамическим качеством (в понимании качества как отношения подъёмной силы к сопротивлению).
Потому единственно бескомпромиссным решением может быть только обратное решение — уменьшение площади глиссирующих поверхностей за счёт уменьшения длины с сохранением ширины, что даёт высокоэффективные глиссирующие поверхности с большим удлинением (в понимании отношения размаха к хорде, не путать с отношением Lwl/Bwl!).
Но… уменьшение длины глиссирующей поверхности при постоянном положении ЦТ приводит к продольной неустойчивости… отсюда есть выход — применение поперечного редана/реданов, что смещает центр давления в необходимое для сохранения продольной устойчивости положение относительно ЦТ.
Вот и все предпосылки :)
В своё время безграмотные люди умудрились дискредитировать саму концепцию поперечно-реданированных глиссеров, особенно сильно это выражалось в популяризаторской литературе — как там только не измывались над судами с поперечными реданами… В итоге же выяснилось, что перешагнуть через естественные ограничения, связанные с эффективностью и динамической устойчивостью глиссеров можно только с применением поперечного реданирования, используя исключительно благоприятный характер изменения гидродинамического качества таких решений.
Смотрите: с ростом скорости длина смоченной поверхности будет уменьшаться, ширина — оставаться постоянной, что означает рост эффективного удлинения, т.е. рост качества в итоге, а стабильность углов атаки позволяет сохранять их в близком к оптимальному диапазоне. На практике это выражается в длинном участке на кривой сопротивления где с ростом скорости сопротивление изменяется слабо: скорость растёт, а сопротивление практически не изменяется.
Привлекательно? Ещё бы!
Но практическая реализация «всего хорошего против всего плохого» не так уж проста, как это обычно и случается. Дело в том, что сопротивление короткой и широкой глиссирующей поверхности на близких к оптимальному углах атаки настолько мало, что паразитное сопротивление остальных элементов глиссирующего корпуса и пропульсивной установки может запросто превысить сопротивление основной глиссирующей площадки. Значит… совершенно верно — всеми способами нужно исключить или предельно сократить паразитное сопротивление. Что для этого только не придумывали… тут и специальные глиссирующие площадки в корме, и подводные крылья там же, и разнообразнейшие «хЫтрые» приводы винтов…
Мы же будем придерживаться принципов конструктивизма: только необходимое и достаточное ;)
Хотелось сделать проект простой в постройке лодочки, которая смогла бы дать своему пользователю все преимущества высокоэффективной гидродинамической схемы.
Габарит выбирался как максимум для хранения в «стандартном гараже», длина наибольшая по корпусу — 5,5м, габаритная — 5,775м, ширина наибольшая по корпусу — 1,58м (она же — ширина по транцу), габаритная ширина — 1,62м, высота борта в носу — 0,75м, высота транца — 425мм.
Это плоскодонная ;) лодка с тандемной системой из двух поперечных реданов, ширина по скуле выбиралась в расчёте на изготовление из листа фанеры шириною 1220мм, что и предопределило большинство связанных решений.
Умеренная ширина по скуле крайне выгодное решение, но требует каких-либо усилий по улучшению начальной остойчивости — в данном случае используются широкие сломы борта, в корме — аж 150мм, к носовой оконечности их ширина уменьшается. Сломы работают и как высокоэффективные брызгготбойники. В результате остойчивость достаточна для прохождения нормативов ГОСТ/ISO на смещение нагрузки без танцев с бубнами при водоизмещении до 850кг.
Вместимость — 5...6 человек.
Допустимый диапазон мощностей ПЛМ — от 10 до 40л.с., рекомендуемый диапазон мощностей — 15...25л.с… Настоятельно рекомендуется применение стальных винтов типа Michigan Ballistic или настоящих частично-погружённых винтов, которые позволяют снизить паразитные потери на сопротивление подводной части ПЛМ.
Все остальные решения — как обычно: постройка возможна в двух вариантах, из фанеры (6, 4 и 2мм фанера ФСФ, рейка, пенопласт, стеклоткань, эпоксидные системы) и из заранее отформованных листов трёхслойного бутербродного пластика с заполнителем из полипропиленовых сот и пенопласта в ряде узлов. Оба варианта на основе силовой схемы с развитым продольным набором и включением оборудования и обстройки в силовую схему.
Ле Корбюзье — слева ;)
Перефразируя Ле Корбюзье: «лодка — машина для выполнения строго определённых задач».
Луис Салливан: «форма определяется функцией».
Вот от этого и будем отталкиваться, концепция исключительно здравая.
Постановка задачи: простая в постройке лодка, которая сможет решать широкий спектр задач и достигать высокой экономичности в эксплуатации не ценою ограничения скоростей и грузоподъёмности, а за счёт максимально возможной эффективности гидродинамики.
Иными словами, нужно добиться сочетания высоких ходовых качеств с протяжённым участком кривой сопротивления в зоне скоростей глиссирования, на котором сопротивление с ростом скорости изменяется слабо, с простотой постройки и высокой повторяемостью результата.
Решение — в применении системы из тандемно расположенных поперечных реданов, когда основной глиссирующей поверхностью является участок днища между первым и вторым реданами, где и создаётся более половины общей подъёмной силы. Здесь важно понимать, что задачей является ни в коем случае не получение «максимума подъёмной силы», а совершенно чётко определённой её величины — т.е. равной весу лодки с полезной нагрузки — в широком диапазоне скоростей.
Т.к. с ростом скоростей подъёмная сила резко возрастает, для сохранения её величины приходится или уменьшать действующую площадь глиссирующих поверхностей, или уменьшать их углы атаки.
Уменьшение углов атаки — наиболее неэффективно, подъёмная сила уменьшается, но сопротивление растёт, эффективность быстро падает. Тем не менее, это наиболее популярное решение: подъёмная сила возрастает, длина глиссирующей поверхности уменьшается, центр давления смещается в корму от центра тяжести, что приводит к потере продольной устойчивости, «дельфинированию», т.е. цикличным незатухающим колебаниям по углу атаки… «лечение» едва ли не хуже болезни: углы атаки уменьшают до неприемлемо малых (смещением ЦТ ещё дальше в нос и/или принудительно изменяют вектор упора для того, что бы «прижать нос»), иными словами, снижают эффективность, т.к. сопротивление возрастает очень сильно.
Уменьшение площади глиссирования для сохранения искомой величины подъёмной силы может осуществляться двумя путями: уменьшением ширины или уменьшением длины. Первый путь, уменьшение ширины, используется в концепции глубококилеватых корпусов, где развитые продольные реданы с ростом скорости отсекают по ширине участки глиссирующей поверхности. Решение эффективнее уменьшения углов атаки, но всё равно не оптимально, т.к. получающиеся узкие и длинные глиссирующие поверхности таких корпусов обладают невысоким гидродинамическим качеством (в понимании качества как отношения подъёмной силы к сопротивлению).
Потому единственно бескомпромиссным решением может быть только обратное решение — уменьшение площади глиссирующих поверхностей за счёт уменьшения длины с сохранением ширины, что даёт высокоэффективные глиссирующие поверхности с большим удлинением (в понимании отношения размаха к хорде, не путать с отношением Lwl/Bwl!).
Но… уменьшение длины глиссирующей поверхности при постоянном положении ЦТ приводит к продольной неустойчивости… отсюда есть выход — применение поперечного редана/реданов, что смещает центр давления в необходимое для сохранения продольной устойчивости положение относительно ЦТ.
Вот и все предпосылки :)
В своё время безграмотные люди умудрились дискредитировать саму концепцию поперечно-реданированных глиссеров, особенно сильно это выражалось в популяризаторской литературе — как там только не измывались над судами с поперечными реданами… В итоге же выяснилось, что перешагнуть через естественные ограничения, связанные с эффективностью и динамической устойчивостью глиссеров можно только с применением поперечного реданирования, используя исключительно благоприятный характер изменения гидродинамического качества таких решений.
Смотрите: с ростом скорости длина смоченной поверхности будет уменьшаться, ширина — оставаться постоянной, что означает рост эффективного удлинения, т.е. рост качества в итоге, а стабильность углов атаки позволяет сохранять их в близком к оптимальному диапазоне. На практике это выражается в длинном участке на кривой сопротивления где с ростом скорости сопротивление изменяется слабо: скорость растёт, а сопротивление практически не изменяется.
Привлекательно? Ещё бы!
Но практическая реализация «всего хорошего против всего плохого» не так уж проста, как это обычно и случается. Дело в том, что сопротивление короткой и широкой глиссирующей поверхности на близких к оптимальному углах атаки настолько мало, что паразитное сопротивление остальных элементов глиссирующего корпуса и пропульсивной установки может запросто превысить сопротивление основной глиссирующей площадки. Значит… совершенно верно — всеми способами нужно исключить или предельно сократить паразитное сопротивление. Что для этого только не придумывали… тут и специальные глиссирующие площадки в корме, и подводные крылья там же, и разнообразнейшие «хЫтрые» приводы винтов…
Мы же будем придерживаться принципов конструктивизма: только необходимое и достаточное ;)
Хотелось сделать проект простой в постройке лодочки, которая смогла бы дать своему пользователю все преимущества высокоэффективной гидродинамической схемы.
Габарит выбирался как максимум для хранения в «стандартном гараже», длина наибольшая по корпусу — 5,5м, габаритная — 5,775м, ширина наибольшая по корпусу — 1,58м (она же — ширина по транцу), габаритная ширина — 1,62м, высота борта в носу — 0,75м, высота транца — 425мм.
Это плоскодонная ;) лодка с тандемной системой из двух поперечных реданов, ширина по скуле выбиралась в расчёте на изготовление из листа фанеры шириною 1220мм, что и предопределило большинство связанных решений.
Умеренная ширина по скуле крайне выгодное решение, но требует каких-либо усилий по улучшению начальной остойчивости — в данном случае используются широкие сломы борта, в корме — аж 150мм, к носовой оконечности их ширина уменьшается. Сломы работают и как высокоэффективные брызгготбойники. В результате остойчивость достаточна для прохождения нормативов ГОСТ/ISO на смещение нагрузки без танцев с бубнами при водоизмещении до 850кг.
Вместимость — 5...6 человек.
Допустимый диапазон мощностей ПЛМ — от 10 до 40л.с., рекомендуемый диапазон мощностей — 15...25л.с… Настоятельно рекомендуется применение стальных винтов типа Michigan Ballistic или настоящих частично-погружённых винтов, которые позволяют снизить паразитные потери на сопротивление подводной части ПЛМ.
Все остальные решения — как обычно: постройка возможна в двух вариантах, из фанеры (6, 4 и 2мм фанера ФСФ, рейка, пенопласт, стеклоткань, эпоксидные системы) и из заранее отформованных листов трёхслойного бутербродного пластика с заполнителем из полипропиленовых сот и пенопласта в ряде узлов. Оба варианта на основе силовой схемы с развитым продольным набором и включением оборудования и обстройки в силовую схему.
Ле Корбюзье — слева ;)
5 комментариев
Ранее пытался примерить на себя лодки типа
TUNA 455 M AL J-RUN
Finval 510 Rangy
… это все что вспомнилось
Не сравниваю ходовые качества этих лодок и проекта.
Но акватория рыбалки, где я бываю последние два месяца состоит из:
1. Участка русла Волги, которое нужно преодолеть в любую могоду, волнение до 0,5м включительно. Пройти можно напрямик или обогнув остров.
1а — берег и слип каменистый
2. Протоки и мелководные озера с пенками, бревнами, травой, со всеми вытекающими.
Поведение ПР в таких условиях.
Размышляю об эксплуатации корпуса в «межсезонье» с другим движителем.
Без использования прицепа, как волокуши.
На волне, если она достаточно длинная, проблем нет — высота борта в носу приличная, нос полный… на короткой волне перегрузки, натурально, относительно высокие, но, несмотря на плоское днище, не чрезмерные — ширина по скуле 1220мм играет свою роль (перегрузки пропорциональны при прочих равных произведению ширины по скуле на косинус угла килеватости), и кроме того, основной глиссирующий участок установлен с некоторым углом таки относительно основной линии, т.е. носовой дореданный участок встречается с волною с меньшим углом атаки, что тоже несколько снижает перегрузки.
Т.е. в этом отношении лодка вполне приемлема, а главное — безопасна, и снизив скорость можно спокойно добираться к месту назначения по волне до 0,7...1м.
Брёвна, трава — не проблема. Прочности и жёсткости днища достаточно в фанерном варианте точно, в бутербродном лучше усилить днище в таком случае арамидами (кевлар и т.п.).
А вот для саней — не лучший вариант. Если нужно именно такая вот амфибийная лодка, то я рекомендую санный корпус с двумя килями, на которые можно установить металлические (лучше — сталь) полозья для движения по льду. На снегу, особенно — рыхлом, это будет один из лучших вариантов вообще. Ограничение — только перегрузки на неровностях. Но тут спасут только подрессоренные длинноходовые подвески скользящих поверхностей, т.е. совершенно иная концепция.
На воде такого рода сани имеют значительное превосходство над надувастиками/надувными днищами в плане гидродинамики в любом реальном диапазоне скоростей.
Отсюда — для аэросаней или лодки-прицепа-саней выбирай санный корпус именно такого вот типа. Собственно, это развитие идей аэросаней-амфибии А-3 и самоходного макета/микролодки Г.В.Махоткина.
Не успел плюсануть. Почему-то.
Проект интересный! Для спокойной воды, для небольших рек, но с длинными маршрутами. Напоминает удлинённые джонботы с румпельным управлением ПЛМ от 50-ти сил и выше, притом стоя…
Где оптимально расположен ЦТ (расчётный)? Сильно ли зависит этот оптимум от нагрузки?
Критично ли расположение пассажиров и грузов? Надо специально рассаживать?
Лодка чисто румпельная или?..
Не только длинных, и не только небольших рек: это может быть хороший вариант для рыбалки, дайвинга или всякого разного, если нужно перевозить 3...5 человек с минимальными затратами на корпус, ПЛМ и топливо… или даже для одного-двух человек, но под 10...15л.с. ПЛМ тогда, когда микро-лодки не подходят по тем или иным соображениям.
На большой реке такая лодка тоже имеет смысл — борт относительно высокий, скорости могут быть весьма приличные даже под ПЛМ очень умеренной мощности… почему бы и не вариант?
Если строго — на 0,4м в корму от кромки основного поперечного редана, как это и принято.
+- всегда есть… критичным положение ЦТ становится в двух случаях:
1.необходимость получения предельно возможных скоростей вообще;
2.частный случай — выжимание максимума из маломощного ПЛМ, т.е. при очень высоких нагрузках на мощность.
Центровку тут обеспечить не сложно — это одна из причин по которым я принимаю подобную компоновку с продольными банками вдоль бортов, т.е. можно без труда расположить пассажиров и грузы по длине оптимальным образом без заметных неудобств (под ногами ничего лишнего нет, например). И когда рулевой один в лодке центровка будет близка к оптимальной.
Да можно поставить бортовую консольку… или штуртросовую проводку сделать на штурвальчик, закреплённый или на кормовой банке в ДП горизонтально перед рецессом (что бы не тянуться к румпелю), или вообще поставить штурвальчик вертикально на борт… это всё не критично и решается минимальными средствами.