Продольные реданы на моторных лодках
Вам, конечно, знакома такая картина: взметая фонтаны брызг, мчится катер, он уверенно режет воду, в обе стороны от него расходятся крутые волны. Некоторым это даже нравится. Смотрите, какая красота!
Специалисты хорошо знают, как дорого стоит эта «красота»: снижение скорости, перерасход топлива, потери моторесурса, размыв берегов. Это далеко не полный перечень нежелательных явлений, сопутствующих появлению живописных волн и брызг! Хорошо еще, если катер и на самом деле идет с большой скоростью. Но чаще бывает иначе. Задрав к небу нос и провалившись кормой, катер движется на переходном режиме и никак не может «перелезть» через водяной вал, который образовался впереди него; встретив волну, такой катер ударяется об нее со страшным грохотом и окончательно теряет ход.А между тем, применив соответствующие обводы корпуса, можно было при той же мощности двигателя, той же нагрузке и тех же размерениях весьма ощутимо уменьшить эти потери.
Хорошо видна работа реданов
Одним из способов уменьшить волнообразование и использовать энергию брызговых струй является установка на днище продольных накладок, или реданов, имеющих специальный профиль.
Несколько лет тому назад конструкторы-любители начали использовать такие накладки на малых быстроходных судах. Поскольку никакого опыта и никаких рекомендаций по этому вопросу не было, все понимали сущность этого новшества по-разному. Одни видели его главный смысл в усилении днища и предохранении от повреждений при подходах к берегу, другие — в повышении устойчивости на курсе, третьи ожидали улучшения гидродинамических качеств лодки в целом.
Жизнь показала, что каждый был по-своему прав. Действительно, установка наружных накладок (реек из дерева твердой породы средним сечением 20X40) обеспечивает прочность днища и даже позволяет отказаться от традиционных внутренних стрингеров, что значительно упрощает и ускоряет сборку набора.
Улучшение устойчивости на курсе особенно понравилось воднолыжникам, так как дало возможность буксироваться за более легкими мотолодками. Однако наибольший эффект продольных реданов состоит именно в улучшении гидродинамических качеств глиссирующего судна. Этим объясняется широкое применение продольных реданов на гоночных судах за рубежом. Достаточно сказать, что большинство катеров — победителей крупнейших океанских гонок (Майами — Нассау Каус — Торки и др.) имеет продольные реданы. Теперь их стали делать и на всех прогулочных катерах. Некоторые зарубежные фирмы гарантируют прирост скорости катера до 15% только за счет установки продольных реданов. Следует отметить, что эти данные в общем соответствуют действительности.
Суда с продольными реданами создают значительно меньшую волну на переходном режиме, а при выходе не глиссирование носовая волна в ряде случаев исчезает вообще; кормовая волна значительно уменьшается, приобретая характер распыленной струи. Это происходит благодаря тому, что поток воды, вырывающийся из-под киля и направленный под каким-то углом в стороны, встречает на своем пути профилированную ступеньку-редан, отрывается на нем от днища. Смоченная поверхность при этом уменьшается; струи воды вырываются из-под днища под меньшим углом к горизонту, чем в случае отсутствия реданов. При этом поток воды, раздробленный реданами, совершенно не замывает борта. Скула остается сухой, чем существенно снижается сопротивление трения. Кроме того, важно отметить, что поскольку нижняя плоскость редана установлена под некоторым углом к днищу, на ней образуется дополнительная подъемная сила.
Проведенные нами эксперименты показали целесообразность установки продольных реданов не только при постройке новых судов, но и для улучшения ходовых качеств старых катеров и мотолодок.
Схемы поперечного обтекания днища катера:
а — без продольных реданов, б — с продольными реданами, в — образование дополнительной подъемной силы на редане.
1 — несмачиваемый участок днища, благодаря таким участкам за реданами уменьшается общая смоченная поверхность,
2 — дополнительная подъемная сила, образующаяся на редане, 3 — поперечный поток воды под днищем,
4 — высота подъема струй над «зеркалом» воды, 5 — уровень воды в спокойном состоянии («зеркало»).
| Длина корпуса, м | L | А | Б | Ж | Е | Д |
3 — 4 4 — 6 | 20 — 35 40 — 60 | 5 — 12 20 — 30 | 3 — 7 8 — 15 | 600 — 800 800 — 1200 | 450 — 500 600 — 950 | 250 — 350 380 — 620 |
Установка днищевых накладок на корпусе с плоско-килеватым днищем (вариант с двумя накладками на сторону).
Установку накладок-реданов особенно следует рекомендовать для корпусов, имеющих выпуклую форму днищевых ветвей шпангоутов, поскольку такие обводы способствуют «зализыванию» бортов носовой волной. В этом случае следует применять профилированные реданы, более активно отгибающие брызговые струи вниз, под днище.
Профилированная накладка для корпуса с выпукло-килеватым днищем.
Рекомендуемые сечения накладок: а — с металлической пластиной-козырьком, 6 — с наклоном стенки.
| Длина корпуса, м | А | Б | В |
3 — 4 4 — 6 | 15 — 20 30 — 45 | 12 — 18 25 — 30 | 5 — 7 14 — 18 |
Скуловой брызгоотбойник.
Опыт эксплуатации катеров с продольными реданами позволяет сделать следующие выводы.
Непременным условием для правильной работы реданов и получения минимального их лобового сопротивления является установка реданов строго параллельно килю (ДП). Ошибка на несколько градусов или, тем более, зигзагообразная (в плане) форма редана может свести на нет весь положительный эффект. То же может произойти и в случае применения реданов, по своим размерам не соответствующих данному корпусу.
На корпусах с плоско-килеватыми обводами следует ставить реданы треугольного сечения. Количество и размеры их зависят от размерений корпуса и скорости, которую способно развить данное судно. На корпусах с изогнуто-килеватыми обводами (типа «волноуловитель» или, как принято теперь говорить, «крыло чайки») могут быть установлены реданы такого же типа, но с несколько меньшей высотой стенки А. Работа реданов на корпусах с плоско-килеватыми и изогнуто-килеватыми обводами улучшается, если по кромке обтекания Б установить небольшой козырек, как показано на схеме. Так как установить подобный козырек на небольшой днищевой накладке сложно,
Замечено, что наиболее высокие результаты получаются в том случае, когда редан расположен от киля на расстоянии, примерно равном половине полушироты или даже несколько большем; если реданов несколько, с приближением к скуле их ставят чаще.
На плоскодонных и выпукло-килеватых корпусах крайний (внешний) редан следует устанавливать как можно ближе к скуле.
Дополнением к продольным реданам может быть скуловой брызгоотбойник, однако его установка целесообразна только в том случае, если судно на режиме глиссирования имеет наклон скулы к поверхности воды не более 6—8°. В противном случае образуются подсосы и закручивание кормовой волны, что приносит не пользу, а вред.
Продольные реданы можно выполнить в виде днищевых накладок из дерева твердой породы, стеклопластика или металла. Хорошие результаты получаются, если профилированные накладки обработать на фрезерном станке. При формовании корпусов из стеклопластика реданы можно выклеивать совместно с наружной обшивкой днища непосредственно в матрице. Переход от поверхности днища к плоскости редана должен быть по возможности плавным и незаметным. Носовые концы реданов срезают «на ус».
Морской гоночный катер «Ультимо Вольта» итальянского конструктора Р. Леви.
При проведении практических работ и всякого рода экспериментов с продольными реданами важно вести подробные записи, делать точные замеры скорости (в равных условиях). Особенно интересно и важно провести фото- и киносъемки корпуса на ходу до установки накладок и после того, как будут закончены работы по их установке и доводке. Это даст очень интересный материал для анализа и позволит наметить пути дальнейшего улучшения ходовых качеств построенного судна.
В заключение отметим, что применение продольных реданов — очень интересная область технического творчества, в которой как специалисты, так и любители мелкого судостроения могут достичь значительных успехов.
Поперечный редан
Появление на быстроходных катерах продольных реданов в их современном виде (днищевых брызгоотбойников, иногда неправильно называемых турбулизаторами) справедливо связывают с развитием океанских гонок катеров. Первый катер с такими обводами был спроектирован в 1958 г. Р. Хаитом. Однако настоящее признание продольные реданы получили только в 1960 г, на гонках Майами—Нассау, победу в которых одержал Р. Бертрам, выступивший на катере «Моппи» — новой конструкции Ханта.
В штормовых условиях, при которых проходила гонка, «Моппи» устойчивее других судов лежал на курсе, менее сильно ударялся днищем о волну. Отличные мореходные качества «Моппи» привлекли к нему внимание судостроителей. Вскоре разнообразные варианты Продольных реданов стали использоваться как на гоночных, так и на прогулочных катерах, а обводы, в которых сочетаются большая килеватость днища (15—20° на транце) с продольными реданами, стали известны как «обводы Ханта».Исследования обводов нового типа в опытовых бассейнах вначале были неудачны. Вопреки результатам, полученным на натурных судах, установка реданов на моделях не давала выигрыша в сопротивлении воды. Виною тому оказался масштабный эффект: при малых размерах модели корпус с реданами очень чувствителен к режиму обтекания его водой. Достоверные результаты были получены только в 1964 г. Норвежским бассейном, где испытывали модели катеров типа моногедрон с углом внешней килеватости 25°.
Коэффициент сопротивления Сr корпуса с реданами высотой 1/305 оказался при этих условиях на 7—8% больше, чем у гладкого. Зато коэффициент подъемной силы Су был на 20 %, а качество Су/Сr на 17% выше. Следовательно, первый эффект от установки реданов проявляется в увеличении подъемной силы, за счет которой судно глиссирует. Это особенно важно для катеров с большой килеватостью днища в кормовой части (около 20°), так как подъемная сила на таком днище значительно меньше, чем на плоском. Для мореходных же катеров такая килеватость необходима для сохранения высокой скорости на волне, смягчения возникающих при этом ударов и уменьшения перегрузок на днище.
Интересные результаты были получены в опытовом бассейне Тейлора (США), где испытывались четыре варианта модели 10-метрового катера:
1) с тремя продольными реданами со скругленной кромкой, установленными примерно на 70% длины катера;
2) с теми же реданами, но с острой кромкой;
3) с очень короткими реданами с острой кромкой, расположенными в области интенсивного брызгообразования;
4) без реданов.
Модель имела угол внешней килеватости на транце 7° и на миделе 17°. При испытаниях установили, что наиболее эффективно реданы работают в носовой части ходовой ватерлинии, где струи воды интенсивно выбрасываются под углом к килю катера. Здесь реданы отсекают от днища брызговые струи, благодаря чему уменьшаются смоченная поверхность и сопротивление трения, а также затраты энергии на подъем струй.
В кормовой части днища поток воды направлен, в основном, вдоль киля, поэтому здесь реданы оказываются мало полезными и увеличивают сопротивление. Как видно из графика, сопротивление модели с длинными реданами на скоростях до 20 узлов оказалось выше, чем модели без реданов, и на всех скоростях — выше чем модели с короткими реданами. Это значит, что совсем не обязательно делать реданы по всей длине судна, но во всех случаях они должны перекрывать по длине возможные положения передней границы ходовой ватерлинии. Это положение, как известно, изменяется при ходе катера на волнении, при колебаниях нагрузки и центровки. В корме следует сохранять крайние к скуле реданы (при значительной килеватости) или ставить скуловой брызгоотбойник для отсечения брызговой пелены от бортов лодки.
По результатам этих испытаний можно сделать и другой вывод. Очевидно, установка продольных реданов становится целесообразной лишь при сравнительно высокой скорости, значение которой зависит от размерений и нагрузки судна. Например, на легкой мотолодке длиной около 4,5 м предусматривать реданы полезно при скоростях свыше 20—25 км/час. Важным оказался и поперечный профиль реданов: заострение их кромок дало более высокие результаты.
Как показывает опыт, продольные реданы способствуют смягчению качки и повышению устойчивости на курсе благодаря возникновению гидродинамических сил на их нижних и боковых гранях. В то же время, реданы практически не оказывают никакого влияния на ходовой дифферент катера.
Продольные реданы и брызгоотбойники особенно широко применяются на пластмассовых корпусах, так как эти детали легко выполняются при формовании обшивки.
Изменение сопротивления катера.
1 — без продольных реданов, 2 — длинные (около 70% длины судна) реданы со скругленной кромкой,
3 — длинные реданы с острой кромкой, 4 — короткие реданы с острой кромкой.
Один из вариантов комбинированных обводов с продольными реданами — «полигедрал» — применяется для пластмассовых мореходных катеров. Характерны выпуклость («бульб») у киля и большая килеватость днища на миделе, обеспечивающие мягкий, без ударов, ход на волне с большой скоростью. Первый к килю редан повышает устойчивость на курсе, два следующих — отсекают брызговые струи от днища, а крайний к скуле —служит скуловым брызгоотбойником. Выше скулы предусмотрен еще один продольный слом. При повороте катера на наклонной поверхности этого слома создается подъемная сила, препятствующая чрезмерному крену на циркуляции. Этому же способствует и погружающийся объем скулы. При этом борта катера не замываются брызговой пеленой, что было бы неизбежно при прямой скуле.
Уменьшение смоченной поверхности при установке продольных реданов:
а — днище без реданов, б — днище с реданами в районе ходовой ватерлинии
1 — носовая граница ходовой ватерлинии, 2 — участки днища, смачиваемые брызгами,
3 — отраженные реданами брызги, 4 — основная брызговая струя.
В последнее время продольные реданы применяют и на крупных моторных яхтах. На днище остроскулого крейсерского катера, показанного на рисунке, предусмотрены всего два продольных редана-стабилизатора, поскольку килеватость его незначительна; эти реданы лишь повышают устойчивость на курсе при волне в борт и препятствуют дрейфу на поворотах. Выше скулы на. бортах предусмотрен слом-брызгоотбойник.
Обводы типа «полигедрал».
1 — бульб, 2 — килевой редан для устойчивости, 3 — днищевые реданы, 4 — скуловой брызгоотбойник,
5 — наклонный слом скулы, 6- статическая ватерлиния, 7 — ходовая ватерлиния.
Еще одна разновидность обводов — «Крайслер-гайдро» — показана на снимке. Здесь скуловые брызгоотбойники превратились уже в спонсоны, а у транца предусмотрена совершенно плоская несущая площадка днища, компенсирующая потерю подъемной силы из-за увеличения килеватости.
Г. С. Малиновский
Журнал КиЯ №11 1967г
boatportal.ru
Что такое реданы? | vipkater.com.ua
Каждый, кто приобрел катер или моторную лодку, рано или поздно задумывается о том, как можно усовершенствовать свое судно. Разумеется, существует множество способов увеличить скорость, снизить сопротивление воды или улучшить маневренность. Одним из самых популярных методов считается установка реданов если они отсутствуют а так же если есть техническая возможность установки.
Редан — своеобразный выступ, который устанавливается на днище глиссирующих катеров. Различаются они по форме и расположению — поперечные и продольные.
Зачем нужны реданы?
Основное назначение реданов — снижение подсасывающего действия воды при разгоне лодки. Таким образом уменьшается сила сопротивления, а значит, гораздо легче быстро набрать скорость и сохранять ее длительное время. Кроме того, редан подойдет и любителями «водных самолетов» и «прыжков по воде» на катере или моторной лодке. Установка редана заметно снижает силу сцепления, облегчая отрыв от водной поверхности.
С целью увеличения маневренности моторные лодки и катера зачастую проектируют обтекаемой формы. Достигается это при помощи обводов. Спроектированная таким образом лодка легка в управлении, хорошо маневрирует. Однако если ваша цель — высокая скорость или прыжки, вам не обойтись без редана. Оптимальным вариантом для катеров и моторных лодок считается продольный редан.
При его установке нарушается плавность обводов лодки. Таким образом создаются водные завихрения. Их интенсивность прямо пропорциональна скорости судна. На определенной скорости происходит процесс кавитации — нарушения целостности водной массы, появление в них пузырьков, заполненных воздухом. Появившаяся водная прослойка упрощает отрыв днища от водной поверхности. Уровень погружения заметно уменьшается. Таким образом гораздо легче перейти в режим глиссирования, иначе называемый режимом бега на редане или режимом гидропланирования.
Если вы хотите купить лодку БУ обратите внимание на наличие реданов или подумайте о самостоятельной установке. Процесс монтажа реданов не займет много времени и стоит недорого, однако качество эксплуатации судна будет значительно выше.
Режим глиссирования считается наиболее выгодным по силе гидродинамического сопротивления, он позволяет значительно снизить нагрузку на двигатель, увеличив при этом скорость. Установка редана не только облегчит вам водное планирование, но и поможет сэкономить: правильно установленный редан заметно снижает расходы на топливо. Пониженная нагрузка на двигатель помогает продлить срок эксплуатации лодки.
Приходятся реданы и на плоскодонных лодках — в этом случае лучше устанавливать поперечный. Они снизит давление воды на днище судна. Несмотря на то, что значительного прироста скорости вы не заметите, управлять лодкой будет значительно проще.
Фото реданов на катере Yamarin 64 BR Cross
vipkater.com.ua
Всегда ли нужны реданы?
Журнал КиЯ №17 1969г
Напомним. что эффект от продольных реданов складывается из отсекания воды от днища лодки и создания дополнительной подъемной силы, уменьшающей осадку корпуса, а следовательно уменьшающей смоченную поверхность и сопротивление трения. При этом «работает» на реданах та часть потока воды под днищем, которая растекается в поперечном направлении. к бортам, и попадает на реданы под углом, близким к прямому. А такой поток тем интенсивнее, чем больше килеватость днища. Вот почему именно на катерах с килеватостью днища 15—20 впервые и появились реданы.
На плоскодонных лодках, таких как «Казанка», поперечный ноток невелик, и обычные длинные реданы вместо пользы принесут вред, так как только увеличат смоченную поверхность. Достаточно на таких лодках в носовой части, у границы ходовой ватерлинии, закрепить пару коротких (500—600 мм) брызгоотбойников.
Если лодка имеет днище типа моногедрон с постоянной и достаточно большой (7—13) килеватость от миделя до транца, рекомендуется поставить два редана. Один из них следует расположить ближе к скуле и протянуть его до транца, второй — в передней трети длины днища лодки. Ставить большее число реданов, как это делается на мореходных и потому килеватых гоночных катерах, не имеет смысла. То, что подобные суда сплошь покрыты реданами, включая и борта, объясняется необходимостью эффективно отсекать воду от обшивки при входе корпуса в волну. Реданы на таких катерах чаще всего простираются от форштевня до транца, так как при ходе на волнении положение и площадь «рабочего участка» постоянно меняются — ведь катер то целиком выскакивает из воды и идет некоторое время на винте, то ложится на воду всем бортом.
Кстати, для мореходных катеров очень важно и свойство реданов снижать размахи бортовой и килевой качки. При резком крене на борт дополнительная подъемная сила возникает па реданах накрененного борта и оказывает большое сопротивление дальнейшему крену.
Другим важным признаком (кроме килеватости днища), говорящим в пользу установки реданов, является высокая скорость лодки. Лодка должна действительно глиссировать так, чтобы участки днища в носу и около скулы, где располагаются реданы, выходили из воды. На такой водоизмещающей и тихоходной лодке, как «Струйка», реданы будут обтекаться не поперек, а вдоль и, естественно, никакой подъемной силы на них возникнуть не может. Тем более, что подъемная сила на редане пропорциональна квадрату скорости лодки. Поэтому можно сделать вывод, что для четырех-, пяти метровых лодок длинные реданы целесообразны лишь при скорости 40—50 км/час.
Если реданы ориентированы по батоксам, они в носу круто поднимаются вверх, поэтому волна ударяет в рабочую плоскость редана иод большим углом и ход судна затормаживается, что сопровождается отбрасыванием воды вверх, в стороны, и даже вперед. Энергия тратится на бесполезный подъем этих брызг, пассажиры окатываются настоящим водопадом. Поэтому от такого расположения продольных реданов, принятого па первых катерах Ханта, впоследствии отказались и теперь их располагают параллельно ватерлинии. Более того, на последних конструкциях катеров применяются реданы с разными углами наклона к ватерлинии с тем, чтобы их рабочие плоскости были направлены иод наивыгоднейшим углом к набегающему потоку воды при различных условиях. Первый к килю редан обычно ему параллелен, а реданы у скулы и на бортах имеют небольшой наклон к плоскости ватерлинии. Но эта разница очень невелика. Следует помнить, что при глиссировании оптимальные углы атаки днища, а следовательно и реданов к набегающему потоку лежат в пределах 4—6°. Эти значения являются критическими и должны выдерживаться при установке реданов.
При скорости 60 км/час и более давление воды на реданах достигает 4 кг/см2, поэтому даже небольшая ошибка в угле их установки приводит к значительным потерям подъемной силы и снижает возможный прирост скорости.
Поперечное сечение реданов — треугольник с плавным переходом в днище и по возможности острой свободной (рабочей) кромкой. Нижняя, рабочая грань редана должна быть горизонтальна; ее ширина составляет от 35 мм на мотолодках длиной 4 м со скоростью хода 30— 40 км/час до 70—80 мм па катерах длиной 6 м и скоростью свыше 50 км/час.
Для последних новинок характерно расположение реданов, принятое, например, на французском шести местном пластмассовом катере «Смап». Основные данные этого катера: длина 5,50 м; ширина 2,20 м; высота борта 0,99 м; вес порожнем — 785 кг. С двумя установками фирмы «Кресчеит» (колонка под 45°) мощностью по 55 л. с. катер развивает максимальною скорость 51 км/час, с одной установкой мощностью 155 л. с. — 69,4 км/час.
Днище катера имеет отформованные заодно с обшивкой скуловые брызгоотбойники и по три продольных редана на борт. На снимке можно заметить, что два ближайших к килю редана простираются лишь на части длины лодки, заканчиваясь у вероятной границы смоченной поверхности днища. Угол внешней килеватости днища на транце 30°, ширина редана около 80 мм. Можно заметить, что расположены реданы почти по ватерлиниям и лишь слегка поднимаются у форштевня.
Выявлен еще одни положительный эффект от продольных реданов — они существенно повышают устойчивость лодки па курсе п в то же время сокращают радиус циркуляции. Это происходит благодаря работе боковых, вертикальных граней реданов, которые при боковом смещении корпуса (дрейфе) при повороте, от ветра, волны и т. и. действуют аналогично фальшкилю. Вот с целью повышения устойчивости на курсе можно рекомендовать установку реданов и на плоскодонных лодках, т. е. там, где прироста скорости реданы практически не дают.
В заключение отметим, что схема поперечного обтекания продольного редана несколько упрощена. На самом деле поток воды здесь направлен не в какой-то одной плоскости, а пространственный. Размеры поперечного сечения редана невелики, расположен он в непосредственной близости к обшивке судна, где действуют законы вязкости и пограничного слоя. Поэтому изучение влияния реданов на ходовые качества судна и выбор их оптимальных размеров на масштабных моделях чрезвычайно затруднены: испытания часто дают противоречивые результаты. Полностью эффект от реданов можно выяснить только на натурном судне. Поэтому целесообразно, учитывая отсутствие надежных данных для проектирования реданов, выполнять их в виде днищевых накладок, которые можно легко снимать, передвигать или заменять.
boatportal.ru