Советы

Расчет скорости моторной лодки

Точный расчёт скорости моторной лодки – это достаточно сложное занятие и зачастую фактическая скорость от расчётной отличается очень сильно. И этому есть причина. Скорость зависит от слишком большого числа факторов: масса, размер, обводы корпуса лодки, материал её изготовления, мощность лодочного мотора, центр тяжести судна, обороты гребного винта, тип и материал изготовления гребного винта, расположение и обтекаемость выступающих частей, таких как руль, киль, кронштейны и т.п. Влияние и взаимодействие всех этих факторов на скорость лодки не сможет учесть даже самая сложная формула.

Если расчётная (проектная) скорость расходится с фактической на 10% то это считается уже достаточно точным значением. Конструкторские бюро, при разработке лодок и других судов обычно гарантируют итоговую скорость на 10% ниже, чем по факту получается на деле уже при испытаниях судна.

Водномоторникам и другим сочувствующим точный расчёт и модельные испытания не доступны (да и не нужны они) и поэтому, им рекомендуется использовать способы определения скорости их моторных лодок указанные ниже по тексту. Честно говоря эти диаграммы дают достаточно точные показатели, которые расходится с фактическими даже менее чем не 10%. Проверено на нескольких лодках.

Чтобы не быть разочарованным в фактической итоговой скорости, которая сильно отличается от расчётной, выбирайте на графиках “худшие” из возможных значений тех показателей, которые вам точно не известны. В первую очередь это касается массы судна и мощности ПЛМ (особенно бу).

Определение скорости по массе лодки и мощности мотора

Скорость лодки в зависимости от её массы
Диаграмма №1. Скорость лодки в зависимости от массы загруженной и снаряженной лодки D (Т), номинальной мощности мотора N (л.с.) и длины по ватерлинии LWL (м).

Режим движения: I-I – граница между чисто водоизмещающим движением (ниже прямой) и началом переходного режима; II-II – переходные режим, хорошее скольжение; III-III – выше этой линии чистое глиссирование.

Оптимальные обводы: А – острая корма; Б – килеватая транцевая корма, круглоскулые или килеватые остроскулые обводы; В – остроскулые обводы с широкой плоской транцевой кормой, глиссирующие обводы.

Это основные показатели, которые влияют на скорость судна. Диаграмма №1 показывает скорость лодок, которые двигают в водоизмещающем и переходном режимах, когда судно не менее чем на 60% поддерживается гидродинамической подъемной силой (глиссируют). Эта диаграмма и следующая (№2) даст достаточную точность скорости только если обводы корпуса лодки соответствуют её режиму движения. К примеру, моторная лодка имеет глиссирующий корпус, но вот мощность мотора недостаточная для выхода на глисс, т.о. скорость вычисленная по этой диаграмме будет на 20-30% выше фактической. Ещё большее расхождение (до 40%) получится если масса снаряженное лодки и мощность мотора соответствуют режиму глиссирования, а форма корпуса лодки имеет водоизмещающие обводы (ложкообразная корма без транца).

Хотелось бы еще добавить, что лодка должная иметь тщательно изготовленный, в хорошем состоянии корпус, гребной винт также должен быть подобран в соответствии с мощностью мотора, в противном случае вы получите расхождения еще на 10-15%.

Использовать диаграмму №1 очень просто. Вычисляется отношение мощности к массе моторной лодки. От вертикальной оси из точки, соответствующей полученному отношению, проводим горизонтальную линию. Пересечение этой горизонтали с кривой длины лодки дает точку, по которой на горизонтальной оси отсчитывается скорость хода. Например, для лодки весом 500 кг с двигателем мощностью 10 л. с. получается отношение N/D=10:0,5=20 л. с./т. При длине по ватерлинии, например, 6 м получается скорость 18,5 км/час (разумеется, если лодка имеет корпус типа Б, а не А).

Скорость глиссирующих моторных лодок
Диаграмма №2. Скорость глиссирующих моторных лодок в зависимости от их массы в D (кг.), номинальной мощности мотора N (л.с.) и длины по ватерлинии LWL (м.).

Заштрихована область лодок длиной 3,5 – 5 м. I – лодки обычного (среднего) качества производства; II – лодки лучшего исполнения.

Диаграмму №2 можно использовать только для расчета скорости глиссирующих моторных лодок. Аналогичные графики можно найти и в других источниках, но они зачастую применимы только к большим судам. Здесь же мы откорректировали её для маломерных судов на основе наших испытаний и открытых данных и тестов. Важно отметить, что расхождения между расчетными данными скорости и фактическими у глиссирующих лодок могут быть выше по сравнению с водоизмещающими судами, т.к. здесь возрастает влияние факторов, которые крайне трудно учитывать. Это и сопротивление различных выступающих частей корпуса, которые на больших скоростях оказывают бОльшее влияние, правильная центровка, которая и обеспечивает самый оптимальный угол атаки глиссирующего днища.

Ещё нужно заметить, что диаграмма №2 разработана для глиссирующих безреданных моторных лодок с широким, плоским днищем, с малой килеватостью, с острыми скулами и широким транцем. При незначительном скруглении скулы, скорость снизиться так же незначительно, но более заметное скругление обводов и увеличение килеватости приведет к большому падению скорости, по сравнению с расчетной.

Определение скорости моторной лодки по сопротивлению воды движению корпуса и упору винта ПЛМ

Этот метод определения скорости мотолодки достаточно точный для средних скоростей до 30 км/ч. Он основан на том факте, что сопротивление воды движению судна равно или незначительно меньше, чем упор гребного винта лодочного мотора. Для водоизмещающих судов с килеватым днищем для компенсации эффекта засасывания упор на винте должен быть на 10-15% больше сопротивления, а вот для глиссирующих лодок эта разница совсем незначительная и при расчетах не учитывается.

Упор винта – это толкающая судно сила, которая создается самим вращающимся винтом.

Рассчитать упор винта самостоятельно очень сложно, поэтому мы сузили область применения такого метода до подвесных моторов, упор винта которых заранее известен.

Упор гребного винта ПЛМ в зависимости от скорости
Диаграмма №3. Упор P (кг) гребного винта ПЛМ в зависимости от скорости. Шаговое отношение H/D = 1,0-1,2.

С помощью диаграммы №3 можно определить скорость лодки по ориентировочному значению упора и мощности подвесного мотора. Сразу же заметим, что характер кривой упора одного и того же мотора зависит от шага его винта (при постоянном диаметре), но расхождения в получаемых результатах для средних скоростей обычно невелики. На кривых указаны величины шагового отношения, к которым относятся значения упора и скорости.

Для определения упора винта нужно использовать диаграмму №4, на которой показана зависимость удельного сопротивления моторных лодок разных типов от относительной скорости. Диаграмма учитывает только голые корпуса лодок, без учёта сопротивления различных выступающих частей, для их учёта нужно дополнительно увеличить полученное значение на 10%. Для полуглиссеров и безреданных глиссеров обозначена зона, дающая возможность оценить влияние положения центра тяжести. В принципе, следует учесть, что для относительных скоростей до 12-14 меньшее сопротивление имеют лодки с большим значением Xg в отмеченной зоне.

Поясним, как пользоваться диаграммами. Выбираются несколько различных значений скорости (четыре-пять), заведомо охватывающих возможный диапазон, и для каждого из них высчитываются относительные скорости по формуле:

Формула расчёта скорости

Удельное сопротивление движению различных типов моторных лодок
Диаграмма №4. Удельное сопротивление движению R/D различных типов моторных лодок в зависимости от отношения скорости лодки V (км/ч) к длине по ватерлинии LWL (м).

1 – водоизмещающий корпус с круглоскулыми обводами; 2 – водоизмещающий корпус с остроскулыми обводами; 3 – водоизмещающее, плоскодонное судно (понтон); 4 – полуглиссирующий корпус; 5 – реданный глиссер; 6 – глиссирующий корпус.

Заштрихованы области между кривыми, построенными для случаев с расположением центра тяжести от транца Xg = 0,38LWL и  Xg = 0,44LWL

Далее для каждой из полученных величин с диаграммы № 4 снимаются значения относительного сопротивления R/D и умножением на массу снаряженного судна D высчитываются значения R. Полученные значения для учета сопротивления выступающих частей увеличиваются на 10%. Считаем, что для глиссирующих моторных лодок Р≈R. Теперь на диаграмме № 3 по значениям выбранных ранее четырех-пяти скоростей и соответствующим им величинам упора гребного винта строим вспомогательную кривую. Пересечение этой вспомогательной кривой с кривой упора для выбранного мотора дает положение точки, перпендикуляр из которой на горизонтальную ось показывает максимально достижимую скорость судна.

Для примера рассмотрим расчёт скорости лодки с полуглиссирующими обводами (плоское дно со скруглением скулы, транец) общей массой 400 кг, с положением центра тяжести на 40% L от транца, длиной по ватерлинии 4 м при использовании подвесного лодочного мотора «Москва» мощностью 10 л.с.

Кривая, построенная для полученных (см. таблицу) значений Р на диаграмме № 3, пересекается с кривой для мощности 10 л. с. в точке, соответствующей скорости 19,0 км/час; следовательно, эта скорость и является максимально достижимой.

V 16 19 22
V√VWL 8 9,5 11
R/D по диаг. №4 0,115 0,144 0,175
R=400 (R/D) (кг.) 46 58 70
P=1,1 R (кг) 50,6 63,8 77

Добавим, что для скоростных глиссеров со скоростью более 30 км/час этот способ не очень подходит, поскольку для них нужно более точно учитывать влияние положения центра тяжести и сопротивления выступающих частей корпуса.

Расчет скорости по сопротивлению воды движению лодки и эффективности мотора

Диаграмму № 4 можно с успехом применить и для приближенного расчета мощности N, обеспечивающей заданную скорость, по формуле:

N=RV/K (л.с.)

где R — сопротивление движению (кг), определенное по диаг. 4 для заданной скорости;
V — скорость, км/час;
К — коэффициент, равный 160 – при очень хорошем КПД винта (скоростные спортивные лодки); 140 – при хорошем КПД (большие винты, меньшее число оборотов, высокие скорости); 120 – при средней эффективности винта (средние винты, средние скорости); 100 – для малоэффективных винтов (небольшие винты, малые скорости).

Эту же формулу можно использовать для обратного расчёта максимально достижимой скорости моторной лодки, беря по очереди несколько скоростей и высчитывая для каждой из них мощности до тех пор, пока не получим мощность данного двигателя, или применив графический метод.

Такие прикидочные расчеты скорости мы рекомендуем выполнить всеми приведёнными в данной статье методами. С одной стороны это позволит выявить возможные арифметические ошибки, а с другой –  по разнице полученных значений можно будет прикинуть возможное расхождение между расчётной скоростью и фактической. Было бы, однако, ошибочно предполагать, что действительная скорость будет средним арифметическим получившихся значений. Наиболее близкими будут те скорости, которые были получены наиболее применимым для данного случая способом и на основе более точных предпосылок.

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

Back to top button