Чертежи катеров на подводных крыльях. Проектирование и расчет подводных крыльев. Педальный катамаран аквапед

Описанная ниже конструкция подводных крыльев (разработка В. Вейнберга) предназначена для небольшой двухместной самодельной лодки с легким корпусом и мотором мощностью 10 л. с.

Основные характеристики лодки :

Общий вид лодки и конструктивный чертеж корпуса приведены на рис. 74 и 75 .

Рис. 74. Общий вид лодки.

Рис. 75 . Конструктивный чертеж корпуса.
1, 6, 10, 11 - обшивка (фанера δ = 4 мм); 2 - киль, (ель, 15×60), в носу переходящий в форштевень; 3 - скуловой стрингер (ель 15×15); 4 - шпангоут (ель, 12×25); 5 - стрингер (ель, 12×15); 7 - настил палубы (фанера δ = 4); 8 - бимс (ель, 12×50); 9 - окантовка кормового кокпита-багажника (ель, 12×30); 12 - продольные кницы (фанера δ = 4 мм); 13 - переборка - спинка сиденья (фанера δ = 4 мм); 14 - сиденье (фанера δ = 4 мм); 15 - подкрепленье сиденья (ель, δ = 12); 16 - окантовка пассажирского кокпита (фанера δ = 3 мм; ель 10×10); 17 - наделка на транцевой доске (ель, δ = 2 мм); 18 - подкрепление под рыбины (ель, 12×25); 19 - скуловая накладка (береза, 5×20); 20 - привальный брус (береза, 10×15; ель, 15×15); 21 - подкрепление транцевой доски (дюраль, угольник 30×30×3); 22 - подмоторные брусья (береза, 25×60).

Для обеспечения высоких скоростных и мореходных качеств лодки, а также необходимой прочности крыльевого устройства была выбрана четырехточечная схема с малопогруженными крыльями. Поскольку лодка отличается высокой относительной скоростью, в схему были включены дополнительные стартовые плоскости, обеспечивающие выход на крылья при меньших скоростях, что уменьшает горб сопротивления. На расчетной скорости 35-40 км/час эти плоскости полностью выходят из воды, а на небольшом волнении значительно увеличивают стабилизацию хода.

Основные и дополнительные плоскости выполнены стальными, стойки и кронштейны - из дюраля. Соединения плоскостей со стойками осуществляется «в шип» с последующим расклепыванием концов шипов.

Общий вес носового и кормового крыльевых устройств составляет 7,5 кг. Крепление крыльев позволяет легко изменять угол их атаки. Кроме этого, конструкция позволяет установить привод для регулировки угла атаки на ходу.

В крыльевом режиме подъем корпуса над водой в корме равен 100-120 мм, в носу - 200 мм. Широко разнесенные основные плоскости, имеющие наклонные стабилизаторы и дополнительные стартовые плоскости, обеспечивают хорошую устойчивость на ходу при высоте волны до 0,5 м.

Винтом, пригодным для повседневной эксплуатации данной лодки, можно считать винт со следующими параметрами: D = 175 мм; Н = 340 мм; дисковое отношение 0,3. Для достижения максимальной скорости следует применить винт с D = 170 мм, Н = 400 мм и дисковым отношением 0,55.

Схемы установки крыльев, их параметры и узлы крепления приведены на рис. 76-78.

Рис. 76. Схема установки крыльев.
ПП - ось поворота; А - узел соединения плоскости крыла (Ст. 3) со стойкой (Д16Т); Б - узел соединения стойки носового крыла (7 - верхняя часть стойки - Д16Т); 8 - нижняя часть стойки (Ст. 3); 9 - заклепки Ø4 из сплава В65.

Рис. 77. Профили плоскостей и углы их установки
а - сечение основных плоскостей 1 и 6; б - сечение дополнительных плоскостей 2, 3, 4, и 5; в - сечение стоек носового крыла; г - сечение стоек кормового крыла.

Рис. 78. Узлы крепления крыльев к корпусу.
23 - выравнивающая прокладка (Д16Т); 24 - бортовая стойка; 25 - средняя стойка; 26 - прокладка δ = 4 (Д16Т); 27 - угольник 45×25×2,5 (Д16Т); 28 - заполнитель, сосна; 29 - кронштейн, Д16Т, δ = 4; 30 - угольник Д16Т, 30×30×3; 31 - прокладка для подбора угла установки; 32 - бортовой наклонный кронштейн; 33 - скула (остальные обозначения см. конструктивный чертеж корпуса - рис. 75).

Yep 16-06-2010 17:35

Yep 16-06-2010 17:44

Yep 16-06-2010 17:51

теоретег 16-06-2010 21:39

Рассчитать крылья - это задача явно не для "крепкого хозяйственника" и уж точно не для "эффективного менеджера". А чтобы их ещё и изготовить с достаточной точностью, нужны металлисты надлежащей квалификации, которую даже тридцатью миллионами китайцев не заменить...

SashaAn 16-06-2010 23:12

делают подводные крылья для надводных лодок- смотрим в сторону различных накладок на антикавитационные плиты подвесных моторов...

а смысл в подводных крыльях для таких малых судов? на глиссе оно и так идет на "пяточке", фактически как на крыле подводном... при этом - управляется относительно нормально... дык зачем "крылья"?

Yep 17-06-2010 07:36

да хз - я просто смотрю как местные рыбаки на утлых резинках по пруду ползают, в то время как достаточно вот такого корыта:

SashaAn 17-06-2010 11:52

а ты миникатамараны видел? которые под двиглом в 6 л\с на глисс выпрыгивают? и никакие крылья им не нужны

даже лодки с катамаранными обводами (РОТАНы) - на велходе знатный срачЪ идет как раз - и то пуляют так, что мама не горюй.... им даже для соревнований вводя поправочный коэфф = 1,15 и у обычной надувнухи он равен 0,9

Yep 17-06-2010 13:08

а ты миникатамараны видел?

нет, не видел

SashaAn 17-06-2010 13:20

SashaAn 17-06-2010 13:27

quote: Originally posted by Yep:

а, видел

НЕ, не видел это парусный - если я правильно понял а я про моторный говорю....

j-r 17-06-2010 15:57

Я в бытность своей молодости на "Невке" малость погонял.

Бензика жрала - что свинья помоев...
Ну и ночью опять же не походишь.

SashaAn 17-06-2010 19:44

quote: Originally posted by SashaAn:

а их даже делают "самостоятельно" у квика должны быть фоты.... если я не ошибаюсь....

ошибаюсь... наверное, всё-таки у Lat"a

Публикуемые чертежи и краткое описание мотолодки «Синичка» должны удовлетворить интерес наших читателей к небольшим судам на подводных крыльях. Напомним, что материалы по расчету и конструкции подводных крыльев для лодок были опубликованы в 3 (1964 г.) и 9 (1967 г.) выпусках нашего сборника. В третьем же выпуске приведены чертежи оригинальной двухместной мотолодки длиной всего 3 м конструкции В. Вейнберга. Эта лодка с подвесным мотором «Москва» развивает скорость свыше 50 км/час. Можно предположить, что и на описываемой лодке с гребным винтом диаметром 175 мм и шагом 340 мм можно достичь такой же скорости.

Естественно, что «Синичку» можно использовать и без подводных крыльев. Она должна понравиться автомобилистам. Именно от них редакция получает много писем с просьбой порекомендовать чертежи лодки, пригодной для перевозки на крыше легкового автомобиля.

Оценивая конструкцию лодки, следует отметить ее некоторую сложность. На большинстве современных лодок подобного размера с фанерной обшивкой ограничиваются 4-5 шпангоутами (включая транец), обеспечивающими точное воспроизведение обводов и достаточную прочность корпуса.

Желающие установить подводные крылья на серийных лодках типа «Казанка» могут получить чертежи крыльев из Центрального Морского клуба ДОСААФ СССР.

Построенная нами небольшая трехместная мотолодка «Синичка» очень удобна для транспортировки на крыше легкового автомобиля. Конструкция подводных крыльев проста, а их изготовление вполне доступно любителям при наличии минимальных возможностей для обработки металла.

Лодка оборудована рулевым управлением со штурвалом автомобильного типа и дистанционным управлением дроссельной заслонкой и реверсом мотора.

В открытом достаточно просторном кокпите размещены передние и заднее съемные сиденья, которые укладываются на рундучки. Спереди кокпит защищен ветровым стеклом, а по периметру выреза поставлен комингс, поднимающийся над палубой на 40 мм. Мотолодка оборудована отличительными огнями, причем топовый огонь установлен на шарнирной стойке, которую можно откинуть на палубу и закрепить перед ветровым стеклом в таком положении.

В носу (на 2 шп.) и корме (на 7 шп.) установлены водонепроницаемые переборки, образующие воздушные отсеки, что обеспечивает лодке достаточно большой запас плавучести. Носовой отсек может использоваться для хранения мелких предметов туристского снаряжения, в палубе над ним имеется горловина с герметичной крышкой. Между продольными выгородками на шп. 7-8 устанавливается топливный бак.

Шпангоуты, установленные через 400 мм, связаны бортовыми и днищевыми стрингерами, привальными брусьями и килем. Транец лодки, к которому крепятся кормовое крыло и мотор, имеет двойную обшивку с заполнителем из доски.

Для обшивки корпуса использована авиафанера толщиной 3 мм, для переборок - 2 мм, для транца-5 мм. Набор сделан из сосновых реек. Все детали корпуса склеены эпоксидной смолой ЭД-5. Гвозди применены только для запрессовки обшивки к набору на время высыхания клея.

Готовый корпус мы оклеили стеклотканью (днище - двумя слоями, палубу и борта - одним), затем покрыли корпус смолой ЭД-5, после чего все поверхности ошкурили и окрасили.

На «Синичке» установлены носовое и кормовое подводные крылья, причем доля веса судна, приходящаяся на носовое крыло, принята равной 60%. Мы выбрали схему крыльевого устройства, примененную на катере «Чайка», о которой сообщалось в сборнике «Мореходные качества судов» (НТО суд. пром. им. А. Н. Крылова, вып. 54, Ленинград, 1964) в статье М.Б. Масеева и П.С. Стародубцева «Гидродинамические исследования схем подводных крыльев для катеров малого водоизмещения».

Установка подводных крыльев. Крылья и узлы крепления их к корпусу.

1 - несущее носовое крыло; 2 - стойка крыла; 3 - кормовое крыло; 4 - угольник 2x40x40, АМг; 5 -заклепка d = 3; 6 - прокладка 40x70x100; 7 - болт М10; 8 - заполнитель, стекловолокно на смоле; 9 - заделка 12x60x80; 10-угольник 2x15x80; 11-болт М6; 12 - болт М8; 13 - подкладка, сталь 3X20X8; 14 - основание средней стойки; 15 - втулка; 16 - швеллер №12, l = 320, Д-16Т; 17 - брус для крепления подвесного мотора; 18 - ось поворота; 19- транец; 20 - киль. Угол установки к горизонтали: носового крыла а Н = -2°, кормового крыла а К = - 1°.

Форма крыльев «Чайки» применена на «Синичке» без каких-либо принципиальных изменений, за исключением профилировки наклонных стабилизаторов носового крыла.

Носовое крыло состоит из горизонтальной несущей части, верхнего и нижнего наклонных стабилизаторов и трех стоек, Профиль (поперечное сеченне) несущей части - плосковыпуклый сегмент с относительной толщиной 0,06; профиль стоек - двояковыпуклый сегмент с относительной толщиной 0.10. Задняя кромка наклонных стабилизаторов «Синички» имеет отгиб на длине 0,2 хорды на угол 15°, работающий как закрылок и существенно улучшающий остойчивость лодки. Кормовое крыло - плоское, прямоугольное в плане. По форме профиля оно, как и его стойки, не отличается от носового.

Крылья, выполненные из дуралюмина В-95, приклепаны к стойкам (дуралюмин Д-16) на угольниках.

Вес крыльев равен примерно 6 кг. Изготовлены они были следующим образом. На полосе - заготовке носового крыла были размечены и соответствующим образом профилированы горизонтальный и наклонные участки. Затем, нагрев места сгиба паяльной лампой до 400°, отогнули наклонные бортовые участки. Крепление крыльев к корпусу устроено так, что их можно довольно быстро снять; предусмотрена регулировка угла атаки.

Первоначально крылья были установлены па одинаковом расстоянии (200 мм) от днища лодки. При испытаниях мотолодка довольно быстро выходила на носовое крыло, однако при выходе на кормовое крыло угол атаки носового уменьшался и происходило легкое проваливание лодки на нос. Установив кормовое крыло на расстоянии 125 мм от днища, добились устойчивого движения мотолодки на максимальной скорости. Дифферент оказался равным 3°; угол атаки носового крыла составил 1°, а кормового 2°.

«Синичка» без крыльев с двумя человеками на борту едва достигала скорости 30 км/час, а с тремя скорость ее падала примерно до 25 км/час. Уже на небольшом волнении ход заметно падал, а на волнах высотой 200 мм движение сопровождалось неприятными резкими раскачиваниями и ударами.

Мотолодка на подводных крыльях с тем же мотором «Москва» и тремя человеками стала ходить со скоростью около 40 км/час; движение ее как на спокойной воде, так и на волнах до 200 мм стало устойчивым. Лодка имеет хорошую поперечную остойчивость, легко выходит на крылья на небольших скоростях.

При движении на крыльях стандартный гребной винт «Москвы» оказался «легким». Чтобы полностью использовать мощность двигателя, необходимо увеличить его шаг.

Публикуемые чертежи и краткое описание мотолодки «Синичка» должны удовлетворить интерес наших читателей к небольшим судам на подводных крыльях. Напомним, что материалы по расчету и конструкции подводных крыльев для лодок были опубликованы в (1964 г.) и (1967 г.) выпусках нашего сборника. В третьем же выпуске приведены чертежи оригинальной двухместной мотолодки длиной всего 3 м конструкции В. Вейнберга. Эта лодка с подвесным мотором «Москва» развивает скорость свыше 50 км/час. Можно предположить, что и на описываемой лодке с гребным винтом диаметром 175 мм и шагом 340 мм можно достичь такой же скорости.

Основные данные лодки

Для обшивки корпуса использована авиафанера толщиной 3 мм, для переборок - 2 мм, для транца - 5 мм. Набор сделай из сосновых реек. Все детали корпуса склеены эпоксидной смолой ЭД-5. Гвозди применены только для запрессовки обшивки к набору на время высыхания клея.

На «Синичке» установлены носовое и кормовое подводные крылья, причем доля веса судна, приходящаяся на носовое крыло, принята равной 60%. Мы выбрали схему крыльевого устройства, примененную на катере «Чайка», о которой сообщалось в сборнике «Мореходные качества судов» (НТО суд. пром. им. А. Н. Крылова, вып. 54, Ленинград, 1964) в статье М. Б. Масеева и П. С. Стародубцева «Гидродинамические исследования схем подводных крыльев для катеров малого водоизмещения».

Носовое крыло состоит из горизонтальной несущей части, верхнего и нижнего наклонных стабилизаторов и трех стоек. Профиль (поперечное сечение) несущей части - плоско-выпуклый сегмент с относительной толщиной 0,06; профиль стоек - двояковыпуклый сегмент с относительной толщиной 0.10. Задняя кромка наклонных стабилизаторов «Синички» имеет отгиб на длине 0,2 хорды на угол 15°, работающий как закрылок и существенно улучшающий остойчивость лодки. Кормовое крыло - плоское, прямоугольное в плане. По форме профиля оно, как и его стойки, не отличается от носового.

Крылья, выполненные из дуралюмина В-95, приклепаны к стойкам (дуралюмин Д-16) на угольниках. Вес крыльев равен примерно 6 кг. Изготовлены они были следующим образом. На полосе - заготовке носового крыла были размечены и соответствующим образом профилированы горизонтальный и наклонные участки. Затем, нагрев места сгиба паяльной лампой до 400°, отогнули наклонные бортовые участки. Крепление крыльев к корпусу устроено так, что их можно довольно быстро снять; предусмотрена регулировка угла атаки.

Первоначально крылья были установлены на одинаковом расстоянии (200 мм) от днища лодки. При испытаниях мотолодка довольно быстро выходила на носовое крыло, однако при выходе на кормовое крыло угол атаки носового уменьшался и происходило легкое проваливание лодки на нос. Установив кормовое крыло на расстоянии 125 мм от днища, добились устойчивого движения мотолодки на максимальной скорости. Дифферент оказался равным 3°; угол атаки носового крыла составил 1°, а кормового 2°.

Эффект подводных крыльев известен достаточно хорошо: подъемная сила, возникающая на них, полностью выталкивает корпус катера из воды, благодаря чему резко увеличивается скорость хода без повышения затрачиваемой мощности двигателей.

В настоящее время наиболее распространенным вариантом является установка кормового и носового крыльев с примерно равным распределением веса катера между ними (при этом как носовое, так и кормовое крыло может состоять из одного или двух крыльев, расположенных по бортам). Двукрылая схема обеспечивает наиболее высокое гидродинамическое качество на расчетной максимальной скорости хода, однако осуществление ее обычно связано с большими затруднениями при разработке винторулевого комплекса и доводке построенных катеров. В поисках упрощения конструкторы пришли к парадоксальной идее об отказе от кормового крыла.

Оказалось, что достаточный эффект можно получить и при однокрылой схеме. В носовой части катера устанавливается одно подводное крыло, воспринимающее около половины веса катера. На ходу, когда подъемная сила на крыле достигнет определенной величины, носовая оконечность катера приподнимается над водой и катер движется только на крыле и на небольшом участке днища у транца.

Поскольку качество глиссирующей пластины, разновидностью которой является кормовая часть днища катера, не превышает К =10, то очевидно, что теоретически в большинстве случаев катер на одном подводном крыле будет проигрывать двукрылому в скорости. Можно, однако, говорить и об определенных преимуществах упрощенной однокрылой схемы, которые позволяют катерам с одним носовым подводным крылом практически конкурировать с двукрылыми.

Во-первых, упрощается конструкция крыльевого устройства в целом; в два раза уменьшаются затраты на его изготовление, оно получается значительно более легким; в случае необходимости одно носовое крыло гораздо легче выполнить убирающимся, поворотным или с автоматически управляемым углом атаки, чем устройства с двумя крыльями.

Во-вторых, упрощается конструкция кормового движительно-рулевого комплекса (кронштейн, гребной винт, руль); уменьшается угол наклона оси гребного вала и улучшаются условия работы винта независимо от расположения двигателя; уменьшается габаритная осадка катера кормой. При преодолении «горба» сопротивления и выходе на крыло двигатель испытывает меньшие перегрузки.

Мореходность катера на одном подводном крыле даже повышается вследствие уменьшения размахов колебаний носовой части и улучшения условий совместной работы на волнении крыла и корпуса катера. (Имеются в виду «провалы» носового крыла, которые при наличии крыла в корме приводят к появлению отрицательных углов атаки и соответствующих сил, вызывающих погружение носового крыла, что сопровождается увеличением сопротивления и снижением скорости хода.)

Очень важно и то, что на ходовых испытаниях катера с одним носовым подводным крылом легче выбрать оптимальные значения углов его установки, высоты стоек и других элементов. При этом существенно облегчается и доводка гребного винта, которая производится одновременно с доводкой крыла с целью получения полного согласования движителя и механической установки, позволяющего развить наибольшую возможную скорость хода.

Следует добавить еще и такой плюс, как возможность оборудовать носовым крылом уже спроектированный и построенный глиссирующий катер без какого-либо изменения линии гребного вала и переделки выступающих частей. (В некоторых случаях подобное решение позволяет получить оптимальный ходовой дифферент неудачно спроектированного катера - с носовой центровкой, с выпуклостью днища и т. п.)

В зарубежной печати сообщения о постройке однокрылых катеров появлялись неоднократно. В качестве же примера установки носового крыла на существующем серийном судне можно назвать успешный эксперимент с разъездным катером «Чайка», построенным в 1961 г. (см. В. И. Блюмин, Л. А. Иванов и М. Б. Масеев, «Транспортные суда на подводных крыльях», стр. 38-40). Основные данные катера: длина - 6,1 м; ширина - 1,86 м; водоизмещение - 1,60 т; мощность двигателя - 90 л. с. Максимальная скорость хода (48 км/час) благодаря носовому крылу возросла на 8 км/час при одновременном повышении мореходных качеств. Авторы рекомендуют применять носовые подводные крылья и на всех других эксплуатируемых катерах типа «Чайка».

Одно крыло было установлено (рис. 1) и на 6-местном служебно-разъездном катере типа 370М, имеющем длину - 6,18 м; ширину - 2,03 м; полное водоизмещение - 1,95 т; мощность двигателя - 77 л. с. Скорость хода возросла с 40 до 48-50 км/час.

Наконец, можно отметить, что еще в 60-х годах поступило несколько сообщений о попытках применить однокрылую схему на серийных мотолодках для повышения скорости хода при ограниченной мощности имевшихся тогда подвесных моторов.

Если говорить о теоретическом обосновании рассматриваемой схемы, то стоит упомянуть, например, что установку одного носового крыла рекомендует М. М. Коротков в статье «Особенности использования подводных крыльев на малых судах» («Судостроение» № 11, 1968 г.); ожидаемое увеличение скорости хода, по его оценке, составляет от 10 до 20%.

Приводимые на рис. 2 кривые удельного сопротивления R / Δ бескрылых катеров и катера с одним носовым крылом показывают, что установка крыла оправдывается только при Fr Δ > 3. (Сразу же оговоримся, что все рекомендации настоящей статьи относятся к глиссирующим катерам с традиционными остроскулыми обводами; при L / B = 3-6 и углах килеватости днища на транце 3-6° и на миделе около 15°.)

Рис. 2. Типичные кривые удельного сопротивления R / Δ = f (Fr Δ)

1 - обычный остроскулый катер; 2 - остроскулый катер с поперечным реданом;
3 - остроскулый катер с носовым подводным крылом.

Проектирование носового крыла и его гидродинамический расчет для однокрылого и двукрылого вариантов катера практически одинаковы, если не считать некоторого уменьшения высоты стоек однокрылого устройства с целью уменьшения ходового дифферента.

Носовое подводное крыло целесообразно устанавливать, если ожидаемая скорость хода будет не менее

где Δ - водоизмещение катера, м³.

При меньших скоростях носовое подводное крыло существенной пользы не приносит, так как для создания необходимой подъемной силы его площадь должна быть чрезмерно большой; оно может вызвать даже повышение сопротивления катера и падение скорости по сравнению с бескрылым вариантом.

На начальной стадии проектирования значение наибольшей скорости хода катера с носовым крылом при известных водоизмещении Δ и мощности двигателя N e определяется как

где η - пропульсионый коэффициент, К = Δ / R - гидродинамическое качество, представляющее собой отношение Δ к полному сопротивлению R при ходе на носовом крыле.

Приближенное значение К можно снять с приводимой на рис. 3 кривой, показывающей снижение К крылатого катера при увеличении его скорости движения. (Происходит это потому, что в отношении Δ / R подъемная сила крыла и глиссирующего днища, равная по величине Δ катера, с увеличением V не должна изменяться, так как в противном случае движение будет неустойчивым, а сопротивление R в знаменателе постепенно возрастает.)

Рис. 3. Приближенные зависимости гидродинамического качества К и пропульсивного качества Кη от числа Фруда

1 - однокрылый катер; 2 - обычный остроскулый катер; 3 - остроскулый катер с поперечным реданом; 4 - двукрылый катер.

Пропульсивный коэффициент, характеризующий эффективность использования мощности двигателя, можно принимать в пределах η = 0,50-0,60.

Целесообразно сразу определить значение произведения К η, представляющего собой коэффициент пропульсивного качества:

Пунктирная линия на рис. 3 характеризует одновременное увеличение V и К η глиссирующих катеров при установке подводных крыльев. Переходя параллельно этой линии с одной кривой на другую, можно ориентировочно оценить прирост скорости, обусловленный наличием поперечного редана или подводного крыла.

Убедившись в целесообразности установки носового подводного крыла, следует определить его площадь и место расположения. С этой целью необходимо задаться той частью веса катера, которую крыло должно нести. Чаще всего ее принимают равной 50-60% полного веса катера. Таким образом, подъемная сила на крыле должна быть

Место установки крыла находится из выражения

Следует стремиться к тому, чтобы крыло располагалось в относительно широком и удобном для крепления месте корпуса катера. При проектировании нового судна может оказаться целесообразным даже уширение корпуса.

Несущая площадь крыла

где С у - коэффициент подъемной силы крыла.

Величина С у должна выбираться с учетом многих обстоятельств, главнейшими из которых являются обеспечение высокого гидродинамического качества и отсутствие кавитации крыла на расчетной скорости. Для скоростей 25-40 узлов этим условиям удовлетворяет величина, близкая к С у = 0,15-0,20.

Л. Л. Хейфец, «Катера и яхты» 1974 г.