Глиссирование

Судно поддерживается на воде силами плавучести. Когда оно неподвижно, силы плавучести равны его весу. При движении частицы воды оказывают давление на днище. Наиболее заметным проявлением этого давления является гидродинамическое сопротивление, при котором появляется сила, направленная в сторону, противоположную направлению движения судна. Есть и другие силы. Одна из них — гидродинамическая сила поддержания — появляется вследствие давления воды на поверхность днища.

Возникает она следующим образом (рис. 87). Представим себе пластинку, движущуюся по воде под некоторым углом к ее поверхности. Очевидно, вода будет оказывать давление на поверхность пластинки вследствие ударов частиц воды о нее. Сила давления R примерно перпендикулярна плоскости пластинки. Силу R можно разложить на две: силу X, направленную горизонтально, и силу У, направленную вертикально. Сила Х — это сопротивление движению пластинки, а сила У-гидродинамическая сила поддержания.

Вот почему водные лыжи, плавучесть которых ничтожна, превосходно удержат человека. Если сравнить два способа передвижения человека по воде — например, на гребной лодке и на водных лыжах, — то они принципиальны различны. В одном случае поддержание на поверхности воды происходит исключительно за счет архимедовой силы плавучести (лодка), во втором-только за счет гидродинамической силы поддержания (водные лыжи).

В теории корабля первый способ поддержания на воде называют плаванием, второй — скольжением, или глиссированием. Поэтому суда, которые при движении по воде поддерживаются главным образом силами плавучести, называются водоизмещающими, а суда, которые держатся на воде за счет гидродинамической силы, — скользящими или глиссирующими.

Известно, что водоизмещающее судно может увеличивать скорость только в результате увеличения мощности своего двигателя, причем возрастание мощности примерно пропорционально кубу скорости. Это значит, что если катер водоизмещающего типа имеет скорость хода 6 узлов при мощности мотора 10 л. с., то для достижения скорости 12 узлов надо поставить мотор в восемь раз мощнее — 80 л. с., а для достижения скорости до 18 узлов (если все еще сохраняется водоизмещающий режим) понадобится мотор уже в 270 л. с. Поэтому до появления глиссирующих судов скорости на воде были ограничены. Так как сопротивление при глиссировании растет значительно медленнее, чем при плавании, то с появлением глиссеров стало возможно достигать скорости на воде 350–400 км/час и более.

Еще несколько лет назад считали, что яхта не может глиссировать. Во-первых, она является типичным водоизмещающим судном; а во-вторых, парус развивает недостаточную мощность, чтобы заставить ее глиссировать. Однако в последние годы термины «глиссирующий швертбот», «глиссирующая яхта», «глиссирование» стали обычными. Более того, неглиссирующие швертботы сохранились только в крейсерско-гоночных классах, а современные гоночные швертботы почти все глиссирующие.

Изучение движения судов на воде показало, что при движении с малыми скоростями гидродинамические силы поддержания очень малы и практически не оказывают влияния на судно. С ростом скорости гидродинамические силы увеличиваются и начинают понемногу выталкивать судно из воды, оно как бы всплывает. Если скорость еще больше возрастет, то в конце концов судно совершенно выйдет из воды и будет держаться на ее поверхности только благодаря действию гидродинамических сил поддержания.

С увеличением этих сил осадка корпуса уменьшается, уменьшается и смоченная поверхность; следовательно, величина сопротивления движению возрастает в значительно меньшей степени, чем при режиме плавания. Поэтому при больших скоростях глиссирующее судно оказывает сопротивление движению меньше, чем водоизмещающее.

Мы знаем, что скорость 5–6 узлов обычна для малых парусных судов, однако в подавляющем большинстве случаев они очень далеки от глиссирования, и мы почти не замечаем действия гидродинамических сил поддержания.

Каким же образом заставить парусное судно глиссировать?

Рассмотрим те условия, которые способствуют глиссированию моторных судов. Их три:

— наличие достаточной мощности на единицу веса судна, то есть высокое отношение мощности двигателя к весу судна;

— особые формы корпуса с большими плоскими поверхностями, создающими достаточно большую гидродинамическую силу поддержания;

— малый вес судна.

Мощность парусов зависит от трех факторов: скорости ветра, площади парусности и курса яхты относительно ветра. Не затрагивая влияния скорости ветра и курса яхты, остановимся на влиянии площади парусности. Поскольку мощность парусов пропорциональна их площади, то отношению мощности двигателя к весу моторного судна будет соответствовать отношение площади парусности к весу яхты. Существует мнение, что глиссирование парусного судна возможно при условии, если его парусность не менее 40 м² на каждую тонну водоизмещения. Уверенное глиссирование требует несколько большей нагруженности парусами — 45–50 м² на тонну: «Летучий голландец» отлично глиссирует при нагрузке 50 м² на тонну, а «Финн», имея около 45 м² на тонну, глиссирует несколько хуже.

Но даже если поставить очень большую парусность на маленький швертбот, он не обязательно будет глиссировать. Надо еще, чтобы глиссирующий швертбот был очень остойчив благодаря форме корпуса и открениванию.

Специальные формы корпуса способствуют глиссированию. Типичный глиссирующий швертбот или килевая яхта должны иметь острые носовые и плоские кормовые обводы с длинной и сравнительно широкой кормовой частью (рис. 85).

Глиссирование возможно главным образом на полных курсах, ибо на лавировке трудно удержать судно от сильного крена из-за большого давления на паруса. Кроме того, нужен достаточно сильный ветер, ибо мощность, развиваемая парусами, пропорциональна кубу скорости ветра. Глиссирование возможно при силе ветра не менее 4 баллов. Волнение способствует переходу на глиссирование, так как при скольжении по склону волны скорость яхты увеличивается.

Глиссирующие суда должны иметь минимальную смоченную поверхность, чтобы сопротивление трения было меньше. В итоге легче достигаются скорости, при которых начинается движение на переходном от плавания к глиссированию режиме.

Кратко подытожим сказанное. Для того чтобы парусная яхта глиссировала, необходимо, чтобы она:

— на полном курсе при ветре около 4 баллов легко достигала скорости 5–5,5 узлов, при которой небольшой швертбот переходит от плавания к глиссированию;

— была достаточно легкой и несла достаточную парусность, не меньше 40–50 м² на каждую тонну веса судна в гоночном состоянии, то есть с экипажем;

— имела достаточную остойчивость, обеспеченную формой и шириной корпуса или применением «летучей трапеции»;

— имела специальные обводы с плоч скими поверхностями в кормовой части, которые при глиссировании обладают хорошей несущей способностью;

— имела минимальную смоченную поверхность корпуса.

Кроме того, необходим сильный ветер и правильное управление судном. Глиссирующие швертботы с парусностью 12–20 м² достигают скорости 12–15 узлов при обычной скорости глиссирования 10–11 узлов, в то время как для водоизмещающих яхт и швертботов подобного размера такие скорости совершенно нереальны.