Архитектурно-конструктивные особенности судов на подводных крыльях.

Внедрение нового принципа движения на воде настоятельно потребовало пересмотреть внешнюю и внутреннюю архитектуру и планировку судов, разработать и выбрать новые конструкции и материалы.

Резкий рост скорости движения, подъем всего корпуса судна над водной поверхностью привели к тому, что с целью сниже­ния аэродинамического сопротивления и улучшения экстерьера корпусу, надстройке, рубке и выступающим частям судна при­даны обтекаемые стремительные формы.

Судно на подводных крыльях можно назвать скоростным вод­ным автобусом, назначение которого — быстрая доставка пас­сажиров на короткие и средние расстояния (до 500—600 км) с использованием самых дешевых дорог — рек, водохранилищ и морей. По общему расположению суда на подводных крыльях также напоминают самолет или автобус.

Учитывая кратковременность пребывания пассажира на борту пассажирские помещения судов на подводных крыльях выполняют в виде салонов, оборудованных индивидуальными креслами авиационного типа с откидывающимися спинками или облегченными мягкими креслами или диванами. Салон распола­гают с учетом обеспечения максимальных удобств пассажиров, хорошего обзора и достаточного удаления от основного источ­ника шума — машинного отделения.

Рулевая рубка — центральный пост управления — находится, как правило, в носовой части судна, что обусловливает нормальное управление судном даже в условиях извилистых и засорен­ных рек. Машинное отделение следует по возможности удалять и изоли­ровать от пассажирских помещений. Наиболее рационально рас­полагать машинное отделение в кормовых отсеках судна. Это связано,- однако, с необходимостью применения угловых редук­торов или вертикальных передач мощности от двигателя к греб­ному винту.

На некоторых судах («Чайка», «Беларусь» и «Буревестник») кормовое расположение машинного отделения достигнуто в ре­зультате применения водометных движителей. Таким путем уда­лось значительно улучшить условия обитаемости этих судов по сравнению с судами, у которых машинное отделение находится в средних отсеках.

Вспомогательные служебные и бытовые помещения (кладо­вые, санузлы, дежурные каюты, буфеты и др.) необходимо раз­мещать между машинным отделением и пассажирскими сало­нами, создавая тем самым дополнительную звукоизоляцию от источников шума. При расположении машинного отделения в средних отсеках теплохода над ними можно предусматривать только вспомогательные помещения или прогулочные палубы.

Основные места посадки и высадки на теплоходе необходимо проектировать с учетом максимального приближения их к посту управления, т. е. рулевой рубке, с целью минимальной потери времени на проведение операций по швартовке судна, высадке и посадке пассажиров и отходу судна от причалов.

На крылатых теплоходах целесообразно предусматривать для пассажиров открытые площадки или прогулочные палубы. При планировке помещений должны также учитываться определен­ные требования к положению ЦТ судна по длине. Наиболее целесообразное расположение ЦТ по длине — 2—4% длины в корму от миделя. Разница в положении ЦТ при полном водо­измещении и порожнем не должна превышать 4% длины.

Оборудование и архитектурное решение помещений тепло­хода на подводных крыльях подчинено одной задаче — обеспе­чению хороших условий обитаемости при наименьших затратах.

Внедрение новых материалов и учет специфических условий эксплуатации судов на подводных крыльях обусловили создание новых методов расчета прочности. В результате большой научно-исследовательской работы и обобщения опыта смежных обла­стей техники были получены приближенные методы оценки прочности судов на подводных крыльях, позволившие разрабо­тать конструкцию корпуса современных судов на подводных крыльях.

Характерная особенность судов на подводных крыльях — зна­чительное увеличение динамической составляющей изгибающего момента, которая в несколько раз превышает статическую со­ставляющую. Кроме того, днищевые конструкции должны обес­печивать достаточную прочность при ударе о волну. Существую­щие методы расчета ударных нагрузок, возникающих при по­садке гидросамолета и движении глиссера на волнении, не могли быть применены для судов на подводных крыльях. Поэтому в содружестве с учеными Горьковского политехнического инсти­тута и Института инженеров водного транспорта (под руковод­ством д-ра техн. наук проф. Н. В. Маттес) была разработана приближенная методика расчета внешних сил при движении судна на волнении.

Как показали многочисленные исследования, динамический изгибающий момент и давление на днище судна в значительной степени зависят от схемы крыльевого устройства, и в особен­ности от носового крыльевого устройства. В результате приме­нения новых конструкций крыльевых устройств, разработанных применительно к конкретным условиям эксплуатации каждого судна, внешние нагрузки, действующие на корпус, удалось уменьшить на 50—60% (по сравнению с нагрузками глиссирую­щих судов).

Многие построенные суда на подводных крыльях имеют удельную мощность 28—32 л. с. на 1 т водоизмещения при ско­рости около 60 км/час. Однако доля полезной нагрузки у этих судов не превышает 30—32% (с учетом топлива) от полного веса судна. Для повышения доли полезной нагрузки, а следова­тельно, и увеличения экономической эффективности судна на подводных крыльях необходимо изыскать пути дальнейшего сни­жения веса корпуса, крыльев, механической установки, оборудования и др.

Корпуса и крыльевые устройства судна на подводных крыльях составляют в среднем 45—55% от веса его порожнем, и поэтому особое внимание при проектировании следует обра­щать на возможно большее уменьшение именно этих составляю­щих нагрузки. Анализ характеристик различных материалов показал, что наиболее приемлемы для судов на подводных крыльях такие материалы, как дюралюминий, используемый для изготовления клепаных корпусов, алюминиевомагниевые сплавы различных марок, применяемые для корпусов в сварном испол­нении, а также нержавеющие стали, используемые для изготов­ления крыльевых устройств.

Снижение веса корпуса и крыльевого устройства судна на подводных крыльях во многом зависит от рационального выбора элементов конструкций корпуса и крыльевого устройства на ос­нове правильно установленных действующих внешних нагрузок. Для крыльевых устройств дополнительные резервы в снижении веса можно найти также в результате применения других (вза­мен нержавеющей стали) материалов. На теплоходах «Чайка», «Беларусь» и «Буревестник» крыльевые устройства выполнены из алюминиевомагниевых сплавов типа АМг-61. При этом эко­номия составляет 50—65% от веса крыльевого устройства из нержавеющей стали. Опыт эксплуатации этих судов в 1963—. 1964 гг. показал достаточную прочность крыльевых устройств из алюминиевомагниевых сплавов не только при нормальной эксплуатации, но и в случае ударов о плавающие бревна, а также при посадке на мель. В настоящее время необходимо экспериментально установить характеристики усталостной проч­ности и долговечность крыльевых устройств, выполненных из алюминиевомагниевых сплавов.

Большая экономия в весе может быть получена также в ре­зультате применения пластмасс для изготовления крыльевых устройств. Расчеты показывают, что изготовленные из стеклопла­стиков с армированием крыльевые устройства обеспечивают эко­номию в весе для теплоходов типа «Ракета» ~ 700 кг, типа «Метеор» ~ 2000 кг, типа «Комета» ~2300 кг (по сравнению с крыльевыми устройствами из нержавеющей стали).

Экономия в весе при создании изоляции и при отделке судов достигается благодаря применению пленочных материалов, а также менее шумных механизмов и устройств, что позволяет уменьшить вес материала, идущего на звукоизоляцию.

Учитывая сравнительно высокую стоимость материалов и обо­рудования, используемых на скоростных судах, необходимо, на­ряду с экономией веса, стремиться к упрощению технологии и уменьшению стоимости постройки этих судов. В некоторых слу­чаях целесообразно пойти на ухудшение гидродинамических и других качеств судна. Так, в последнее время клепаные корпуса из дюралюминия стали заменяться сварными корпусами из алюминиевомагниевых сплавов. Это приводит к некоторому утяжеле­нию конструкции (механические свойства алюминиевомагние­вых сплавов типа АМг-61 хуже, чем у дюралюминия; у Д16АТ G_Т = 3000 кг/см², G_В = 4400 кг/см², у АМг-61 G_т = 1800 кг/см², G_в = 3400 кг/см²), однако оправдано тем, что снижается трудо­емкость и стоимость изготовления, а также улучшаются условия труда рабочих.

Применение клеесварных конструкций из дюралюминия по­зволяет сохранить как весовые, так и прочностные качества кон­струкции при значитель­ном снижении трудоем­кости на изготовление. Такие конструкции при­менены на судах типа «Комета» и «Буревест­ник». В недалеком буду­щем клеесварные кон­струкции как наиболее перспективные найдут широкое применение в конструкциях из легких сплавов. Очень перспек­тивно использование в конструкциях судов на подводных крыльях прес­сованных панелей. Осо­бенно выгодно примене­ние прессованных пане­лей для корпусов с на­весной системой набора. Навесная система (рис. 74) характеризуется тем, что шпан­гоуты «навешены» на продольные ребра жесткости. Примене­ние такой конструкции позволило значительно уменьшить про­тяженность заклепочных или сварных швов и снизить трудоем­кость постройки.

Металлические конструкции судов на подводных крыльях, выполненные из алюминиевых сплавов, с целью защиты от кор­розии покрывают снаружи и изнутри грунтами ВЛ-02. Наружные поверхности дополнительно окрашивают: надводную часть — красками типа ПФ, подводную — красками ЭШЭЛ, ХВ.

Кроме лакокрасочных покрытий подводная часть корпуса морских судов защищается от коррозии электрохимическим способом. Благодаря установке на судах типа «Комета» магние­вых протекторов МЛ-4 или МЛ-5 (на днищевой части корпуса и кронштейнах крыльевого устройства) корпус оказывается полностью защищенным от коррозии. Однако при этом на под­водные крылья, выполненные из нержавеющей стали и электри­чески не изолированные от алюмипиевомагниевого корпуса, ин­тенсивно выпадают солевые отложения, не смываемые водой. Через 20—25 дней слой солей крупнозернистой структуры, отло­жившийся на поверхности крыльевого устройства, приводит к тому, что теплоход выходит на крылья со значительной пере­грузкой главных двигателей или вовсе не выходит на крылья. На преодоление дополнительного сопротивления требуется 100— 150 л. с. Для очистки крыльев необходим подъем теплохода. Очистка от солей производится механически (с помощью наж­дачной шкурки, скребков, шлифовальной машинки) или хими­чески— 3—4%-ным раствором серной кислоты.

Борьба с выпадением солей ведется двумя способами. Пер­вый— покрытие плоскостей крыльев и стоек красками типа ЭСКАП, т. е. изоляция крыльев от корпуса путем окраски.

Хотя такая окраска и не устраняет полностью выпадение солевых осадков, однако сцепление солей с поверхностью крыла значительно уменьшается, в результате соли легко смываются водой при ежедневной эксплуатации или могут удаляться перио­дически через 20—30 дней аквалангистом с помощью жесткой щетки.

Второй способ — электроизоляция от корпуса крыльевого устройства и выступающих частей, выполненных из металла с другим потенциалом, нежели корпусный металл. Изоляция в данном случае производится с помощью прокладок и втулок, устанавливаемых под планшеты и болты крепления. Этот спо­соб более трудоемкий и сложный, но, по-видимому, и более эф­фективный. Оба способа по предотвращению солеотложений проверяются в эксплуатации.