Скоростной глиссер: особенности и применение
Скоростной глиссер — это легкое и высокоскоростное воздушное транспортное средство, способное развивать очень большие скорости. Глиссеры были созданы с целью достижения максимальной эффективности и скорости при минимальных затратах энергии. Они обладают высокой аэродинамикой и обычно имеют стройную и стремительную форму.
Особенностью скоростных глиссеров является способность плавиться над поверхностью воды или земли, позволяя им двигаться практически без трения. Это достигается благодаря использованию подъемной силы, создаваемой аэродинамическими крыльями глиссера. Эта техника позволяет уменьшить сопротивление и повысить скорость движения.
Скоростные глиссеры имеют широкое применение во многих областях. Они широко используются в спорте, особенно в гоночных соревнованиях, где скорость играет ключевую роль. Глиссеры также могут использоваться для эвакуации и поиска и спасения в труднодоступных местах.
Кроме того, скоростные глиссеры могут использоваться в коммерческих целях, например, для пассажирских перевозок по воде или для доставки грузов. Благодаря высокой скорости и эффективности, глиссеры могут значительно сократить время и затраты на перевозку. Они также могут использоваться для выполнения различных научных и исследовательских задач, что открывает новые возможности в изучении окружающей среды и ее ресурсов.
Общие сведения о глиссере
Принцип работы глиссирующей лодки основан на известном многим с детства эффекте плоского камушка, который совершает скачкообразные действия при высокой скорости запуска. Сплющенная поверхность при небольшой массе объекта не просто предполагает меньшие показатели сопротивления водной поверхности, но и получает дополнительную энергию для движения вперед, то есть проскальзывания. На этом принципе и строится морской глиссер. Что это такое в конструкции лодок и катеров? В первую очередь, это плоское дно, обеспечивающее плавание при минимальной поддержке силового агрегата. Но есть и другая конструкционная особенность. Дело в том, что за возможность глиссера приходится расплачиваться хрупкостью того же днища. Даже на озере при появлении небольших волн есть риск повреждения корпуса лодки. По этой причине глиссирующие модели получают V-образные носы, которые отсекают волны. Но это встречается далеко не во всех модификациях.
Условия выхода на глиссер
Расчет выхода в режим глиссирования ведётся из соотношения веса лодки (вместе с пассажирами) и мощности мотора, определяемой в лошадиных силах. Но это лишь приблизительные отправные величины. В реальной жизни большое влияние оказывает форма плавательного средства: жёсткость пола, объём баллонов, конфигурация киля, правильность распределения груза по кокпиту.
Для надувных лодок ПВХ большое значение для глиссирования имеет длина, чем больше длина, тем легче выход. Более длинные надувные ПВХ лодки при одинаковой мощности мотора развивают большую скорость, а высокая скорость очень важный параметр.
Мощность мотора
Главным условием выхода в глиссирующий режим, это возможность мотора вывести вашу лодку на скорость 25 км/час. Если этого сделать невозможно, то нельзя сказать, что лодка двигается в этом режиме, а лишь в переходном. Вы сами почувствуете переход на глиссер, когда без прибавления газа, начнут прибавляться сами обороты.
Есть такое понятие «горб сопротивления», он появляется, когда лодка находится в переходном режиме. При всплытии лодки усиливается сопротивление воды, только после прохождения этой точки вы входите в режим глиссирования. Его можно пройти на определенной скорости.
Влияние веса
Обыкновенную ПВХ лодку под мотор 5 лс собственным весом около 100 кг на глиссер не вывести, даже если сделать тюнинг, например, наклеить гидрокрыло.
В этом случае надо менять мотор на более мощный хотя бы на 8 л/с. Но даже при установке более мощного мотора при преодолении горба сопротивления (подъема гидродинамическими силами корпуса лодки) надо смещаться в носовую часть лодки, помочь ей перейти в режим глиссирования.
Особенности конструкции судна
Для успешного выхода лодки ПВХ в режим глиссирования на лодках, которые изначально предназначаются для больших скоростей, предусмотрены различные приспособления:
- Киль.
- Тримараны.
- Крылья на задние баллоны.
- Более обтекаемая форма.
Всё, что уменьшает сопротивление воды, помогает набрать наибольшую скорость.
Длина лодки также способствует этому. Короткие лодочки очень тяжело выходят на глиссер, тогда как более узкие и длинные делают это легче. Для успешного выхода начинать надо с длины надувной лодки ПВХ от 320 – 330 и больше.
Планер — самый распространенный тип глиссера
Планер является самым распространенным и популярным типом глиссера. Это легкое и маневренное летательное средство, способное плавно скользить в воздухе без использования двигателя.
Основными характеристиками планера являются его аэродинамическая форма, большая размах крыльев и легкий вес. Крила планера обычно имеют высоту и ширину, обеспечивающую подъемную силу и стабильность полета.
Планеры используются для различных целей, включая спортивные мероприятия, пассажирские перелеты, научные исследования и общее развлечение. Большинство планеров оборудованы специальными приборами для навигации и контроля полета.
Наиболее известными видами планеров являются: плоскопараллельный планер, развивающий скорость, и траектория которого передвигается по плоскости земли, и стратостатический планер, который использует конвекцию и термальное восходящее потоки воздуха для поддержания полета на большой высоте.
Теоретические основы
Как известно, львиную долю в сопротивлении движению судна составляет волновое сопротивление и, так называемое, брызговое сопротивление. Разрезая воду при движении форштевень (нос судна) образует хорошо всем известную носовую волну. Струи воды, обтекающие судно по бортам, сталкиваясь за кормой, образуют кормовую волну. Наконец поток, обтекающий днище, образует поперечную волну, обуславливающую подъем воды за кормой. Волны разбегаются, унося с собой энергию, затраченную на их образование. Судно старается от них уйти. Волны немного отстают, но не отрываются. Когда скорость судна увеличивается, волна синхронно догоняет. При этом она растет и в длину, и в высоту. Поскольку волны увеличиваются в длину, а судно, при всем желании, не может, меняется соотношение длины волны и длины корпуса судна.
Пример из истории. Первым влияние соотношения длины волны и длины корпуса судна на сопротивление воды обнаружил английский физик Уильям Фруд, прогуливаясь двести лет назад по берегам Темзы. В то время моторов не было. Баржи таскали английские лошади. шади имели очень конкретное представление о сопротивлении барж, однако они не умели извлекать квадратных корней. А Фруд – умел. Его наблюдения, расчеты и выводы привели к появлению числового соотношения, определяющего характер взаимодействия длины судна и волн, им образованных. Теперь это соотношение называют числом Фруда, Fr = 0,4. Скорость, соответствующая движению судна на одной волне, является верхним пределом водоизмещающего режима. При дальнейшем увеличении скорости судно начинает карабкаться на свою же носовую волну. Если оно сможет туда забраться (Fr = 1,0-1,2), это будет уже режим глиссирования. Все, что между этими скоростями, носит название переходного режима. В надувных лодках переходной режим некомфортен для движения. Сильно поднят нос. Экипаж вместе с вещами сползает к транцу. Самый комфортный и экономичный режим – глиссирование. А для этого необходимо правильно подобрать мощность двигателя для своей лодки.
Скорость
Максимально возможную скорость глиссирования для каждого конкретного плавательного средства можно вывести из формулы числа Фруда: Fr= V/√(g*L), под V подразумевается скорость передвижения плавательного средства, g – всем известное ускорение свободного падения, а L- длинна корпуса лодки вдоль ватерлинии.
Как правило, значение числа Фруда для небольших плавательных средств, имеющих возможность перемещаться в глиссирующем режиме, превышает единицу, для водоизмещающих судов оно чаще всего составляет 0,2-0,3.
Минимальная скорость
В зависимости от веса, нагрузки в конкретный момент установленного двигателя и гребного винта, расположения груза, конструкционных особенностей днища конкретного плавательного средства и даже от плотности воды минимальная скорость, необходимая для перехода в глиссирующий режим может несколько меняться.
Режимы глиссирования
Выделяется три разновидности практического глиссера. Это водоизмещающий формат плавания, переходный и спортивный глиссер, при котором скорость может достигать более 20 км/ч. В режиме водоизмещения предполагается максимальное «пятно» смачивания и почти не задействуются скоростные качества лодки. При этом движение сопровождается образованием высокой волны. Переходный режим характеризуется высоким подъемом носовой части, а скорость в среднем составляет 17-18 км/ч.
Собственно, полноценный глиссер в спортивном режиме является самым желанным эффектом, который достигается при управлении быстроходными судами. Это движение по водной поверхности, активатором которого является только скоростной напор воды. Иными словами, достижение минимизации сопротивления движению – это и есть спортивный глиссер. Что это такое для практического применения? Использование данного режима обусловлено не попытками получить более высокий мощностный потенциал или новые скоростные возможности судна. Опытные судовладельцы применяют его для снижения топливного расхода. Глиссер приподнимает лодку из водного массива и практически ведет ее над поверхностью при минимальном сопротивлении.
Спортивные соревнования на глиссерах
Глиссеры – это легкие воздушные суда, которые способны длительное время летать без двигателя, опираясь на аэродинамические свойства и подъемные силы. Благодаря своей конструкции и возможности долгого полета, глиссеры стали популярными в сфере спорта, где проводятся различные соревнования на них.
Спортивные соревнования на глиссерах представляют собой тестирование навыков пилотирования и стратегического планирования полетов. Участники состязаются в различных дисциплинах, таких как длительность полета, точность приземления, скорость полета и даже акробатические трюки.
В дисциплине длительность полета пилоты стремятся удерживать глиссер в воздухе как можно дольше, используя все доступные аэродинамические характеристики и термические потоки. Победителем становится участник, удерживающийся в воздухе наибольшее время.
В точности приземления пилотам требуется аккуратно приземлить глиссер в пределах определенной зоны, размеченной на земле. Чем ближе глиссер к центру зоны приземления и чем мягче и плавнее происходит приземление, тем больше очков зарабатывает пилот.
Соревнования по скорости полета состоят в преодолении определенного расстояния наиболее быстрым образом. Участники должны раскрыть все свои навыки пилотирования, чтобы достичь наивысшей скорости и преодолеть трассу в наименьшем времени.
Акробатические трюки позволяют пилотам проявить свое мастерство и креативность в воздухе. Участники демонстрируют различные фигуры, повороты и виражи, имитируя птиц или создавая сложные композиции в небе.
Глиссирование лодок ПВХ
Поливинилхлоридные надувные лодки, как и любое другое плавательное средство, могут передвигаться по водной поверхности в трёх режимах:
- Водоизмещающий. Скорость передвижения в этом режиме сравнительно небольшая – до 15 км/ч, лодка поднимает высокую волну и кильватерную струю. Именно в этом режиме перемещаются лодки со слабыми моторами. Вследствие большой смачиваемой поверхности и, как результат, относительно большого трения, этот режим является наименее экономичным.
- Переходный. Еще не глиссирование, но водоизмещение лодки уже уменьшается, происходит достаточно сильное приподнимание носовой части плавательного средства. В зависимости от веса лодки переход на этот режим происходит на скорости от 16 до 18 км/ч.
- Глиссирующий. В среднем переход на этот режим передвижения происходит на скорости больше 20 км/ч. Смачиваемая водой поверхность днища лодки достигает на этом режиме минимума, наблюдается снижение нужной на поддержание режима мощности – глиссирующий режим наиболее экономичен. Лодка перестает поднимать высокую волну.
Главная особенность ПВХ лодок заключается в пригодности подавляющего большинства моделей для глиссирующего режима – они легкие, могут оснащаться мощными навесными моторами, а также в большинстве своем имеют плоское дно.
Моторизованный глиссер: возможности и ограничения
Моторизованный глиссер — это тип воздушного судна, оснащенного двигателем, который позволяет осуществлять самостоятельное передвижение в воздухе, без необходимости полагаться на термические потоки и аэродинамическую поддержку.
Одним из главных преимуществ моторизованного глиссера является его способность достигать большой высоты и пролетать на большие расстояния. Кроме того, благодаря наличию двигателя, глиссер может совершать самостоятельные взлеты и посадки, что значительно расширяет возможности использования.
Однако у моторизованного глиссера есть и некоторые ограничения. Во-первых, для эксплуатации такого судна требуется наличие специальной лицензии и соответствующей подготовки пилота. Во-вторых, моторизованный глиссер имеет ограниченную грузоподъемность, что ограничивает возможности в перевозке грузов или большого количества пассажиров.
Кроме того, в некоторых странах существуют регуляции и ограничения на полеты моторизованных глиссеров в городских и пригородных зонах или вблизи населенных пунктов из-за шумовых эмиссий и потенциального воздействия на окружающую среду.
Таким образом, моторизованный глиссер обладает рядом преимуществ и возможностей, однако имеет и свои ограничения, которые необходимо учитывать при его использовании.
Где используются глиссеры?
Спектр областей применения глиссера довольно обширен. Это и спасательные маломерные суда, и спортивная сфера, а также пассажирские лодки с небольшой вместимостью. Важным условием для реализации этого режима является низкая загруженность. Не всегда даже рыболовам удается выйти на минимизацию площади контакта с водной поверхностью из-за неверно рассчитанного распределения груза
Важно отметить, что практикуется и воздушный глиссер. Что это такое на практике? Чаще всего это судна, оснащенные толкающими воздушными винтами
Такая оснастка используется на охранных, пожарных, спасательных и некоторых почтовых моделях лодок и катеров.
Режим глиссирования
При движении глиссера, за счёт специально спроектированной формы корпуса, имеющего либо плоское днище, либо уступы на днище в виде ступеней — реданы, возникает гидродинамическая сила, компенсирующая часть силы тяжести и вызывающая общее значительное всплытие судна, которое «выходит на редан» (оно как бы скользит по поверхности воды — глиссирует). В результате существенно уменьшается площадь соприкосновения днища с водой (у спортивных судов в несколько раз), снижается вязкое сопротивление движению за счёт уменьшения смоченной поверхности и повышается скорость хода. На глиссеры устанавливают лёгкие двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, некоторые типы глиссеров используют паруса. Этот тип судна/движения очень чувствителен к нагрузке. Незначительное увеличение нагрузки или изменение развесовки может привести к тому, что судно не сможет выйти на режим глиссирования, и продолжит движение в неэкономичном водоизмещающем режиме при числе Фруда около 1. Движителями служат гребные (реже воздушные) винты, водомёты. Глиссеры используются для перевозки пассажиров, охранной службы, спортивных гонок, прогулок.
Идея создания глиссера появилась как следствие решения проблемы, похожей на проблему преодоления звукового барьера. При приближении скорости судна к скорости распространения волны по воде получается, что судно непрерывно пытается заехать на им же образованную горку. Это явление называется волновым кризисом. Расход топлива растёт по мере роста скорости и достигает своего максимума перед выходом судна на глиссирование. Недостаток мощности и/или неподходящая форма корпуса делают режим глиссирования недостижимым. Например, 30-ти тонному теплоходу «Заря» для преодоления волнового кризиса требуется двигатель мощностью не менее 800 л.с. (мощность силовой установки теплохода — 1000 л.с.). После выхода на режим глиссирования этому теплоходу для движения со скоростью 45 км/ч достаточно мощности всего лишь 330 л.с.
Если мощность силовой установки достаточна для поддержания движения в режиме глиссирования, но недостаточна для преодоления волнового кризиса, судно тем не менее может быть выведено в режим глиссирования. Для этого необходимо установить силовой установке режим максимальной мощности и сместить центр тяжести судна вперед по отношению к точке приложения равнодействующей гиростатической и гидродинамической сил (например, перемещением груза, пассажиров, перекачкой топлива или балласта). В результате дифферент судна на корму уменьшится, что снизит величину волнового сопротивления и позволит судну набирать скорость и перейти в режим глиссирования. Такой способ широко применяется на моторных лодках.
Особенности стеклопластиковых лодок
Изначально решить проблемы долговечности глиссирующих лодок позволяет стеклопластик. Он не так удобен в физическом обращении и транспортировке, однако в «полевых условиях» проявляет себя достойно. Конечно, если его сравнивать с алюминием, то обнаружится масса недостатков, но как бюджетное и более или менее серьезное решение для полноценного использования стеклопластиковые лодки себя оправдывают. К их бесспорным достоинствам относится и внешний вид – чего только стоят солнечные отблески на корпусе. Что касается глиссирования, то материал в некоторых аспектах оказывается эффективнее алюминия и тканевых моделей.
Немного физики
При глиссировании сила поддержания обусловлена главным образом динамической реакцией воды, действующей на поверхность объекта, соприкасающуюся с ней. Роль гидростатических сил незначительна. Усилие, необходимое для выхода на глиссирование намного превышает усилие, необходимое для поддержания этого режима. Поэтому в лодке с подвесным мотором сначала надо «дать полный газ», чтобы она выскочила в глиссирующий режим, а потом можно отпустить газ до половины. Режим глиссирования сохраниться. Скорость не упадет. Повысить мореходность глиссирующих судов и снизить перегрузки на волнении возможно путем придания днищу килеватости. По такому принципу созданы килевые моторные лодки.
Сравните два способа передвижения человека по воде. На гребной лодке и на водных лыжах. Они принципиально 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). Стоит буксировщику остановиться, и лыжи перестанут удерживать человека на поверхности. Их плавучести недостаточно. В теории корабля первый способ поддержания на воде называют плаванием, второй – глиссированием. Суда, которые при движении по воде поддерживаются силами плавучести, называются водоизмещающими, а суда, которые могут держаться на воде за счет гидродинамической силы, – глиссирующими. Конечно, в отличие от водных лыж, глиссирующие суда не тонут. Просто если их скорость недостаточна для выхода на глиссирование, они движутся в водоизмещающем режиме.
Ограничения в использовании стеклопластиковых глиссеров
Почти все модели глиссеров чувствительны к эксплуатации в условиях мелководья. Также стеклопластику противопоказана долгая стоянки с обращенным к берегу носом. В отличие от некоторых смесей поливинилхлорида, стеклопластик является токсичным. Причем не сама его основа, а обязательные защитные покрытия в виде гелькоута и особенно эфирных смол. Поэтому следует минимизировать частоту прямых контактов с такими корпусами. Особых условий стеклопластиковые лодки требуют и в плане хранения. Опять же, упомянутый гелькоут характеризуется способностью накапливать влагу, которая при замерзании оказывает на структуру корпуса разрушающее воздействие. Поэтому при регулярной эксплуатации хотя бы раз в неделю следует просушивать лодку, а длительное хранение в зимний период организовывать только в отапливаемых помещениях.
Лодка не выходит на глиссирование
Причины недоступности для плавательного средства глиссирующего режима могут быть следующими:
- Слишком низкая мощность двигателя. Примерная минимальная необходимая мощность вычисляется из расчета, что на 25 кг веса лодки должна приходиться 1 лошадиная сила мощности мотора.
- Материал изготовления лодки. Плавательные средства из поливинилхлорида требуют от мотора несколько большей мощности, чем, к примеру, цельнопластиковые.
- Неправильный угол наклона двигателя. Оптимальный вариант для большинства лодок и моторов находится в диапазоне 5-15 градусов, меньшее или большее значение угла наклона будет препятствовать переходу лодки на глиссирующий режим передвижения. В целях безопасности регулировка угла наклона выполняется только при выключенном двигателе.
- Неправильно установленный транец. Если гребной винт оказался так высоко, что захватывает лопастями воздух, то ни о каком глиссировании думать не приходится. Если же винт оказывается слишком глубоко, то кроме всего прочего, такая ситуация при достаточной мощности мотора приведёт к переворачиванию лодки.
- Неправильно распределённый груз. Слишком перегруженная корма или один из бортов может стать непреодолимым препятствием при попытке выхода на глиссер.
- Изначально неподходящая для глиссирования форма корпуса лодки.
Полетные характеристики глиссеров
Глиссеры – тип планеров, которые предназначены для полетов без применения силы двигателя. Они используют различные методы поддержания и увеличения скорости, такие как использование термальных воздушных потоков и плавное скольжение. Именно благодаря этим особенностям, глиссеры могут достигать значительных высот и дальностей в полете.
Полетные характеристики глиссеров зависят от многих факторов, включая форму крыла, аэродинамические свойства и массу планера. Основные характеристики, которые определяют эффективность глиссера, включают его скорость планирования, грузоподъемность, скорость падения и коэффициент планоя пролетаемой дистанции к высоте потери.
Скорость планирования является одной из ключевых характеристик глиссера. Она определяет скорость полета, которую глиссер может поддерживать при полном отключении двигателя. Чем выше скорость планирования, тем дальше глиссер сможет пролететь без использования двигателя и тем больше времени у пилота будет на поиск термальных потоков.
Грузоподъемность глиссера определяет, сколько груза планер способен перевозить. При более высокой грузоподъемности, глиссер может быть использован не только для рекреационных полетов, но и для коммерческих целей, таких как туризм или доставка грузов на удаленные территории.
Скорость падения — это скорость, с которой глиссер падает при планировании без использования двигателя. Чем меньше скорость падения, тем более эффективен глиссер и тем меньше энергии потребуется для поддержания полета.
Коэффициент планоя показывает, насколько далеко глиссер может пролететь по горизонтали относительно высоты, которую потеряет в процессе полета. Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее глиссер и тем больший диапазон пролета он сможет охватить.
Заключение
Введение глиссера в массовую практику использования маломерных судов обусловлено вполне логичным стремлением к понижению затрат на топливо. Глиссирующий формат плавания исключает плотный контакт объекта с волнами, за счет чего отпадает и потребность в подключении мощностного потенциала от двигателя. Но следует учитывать и некоторые недостатки этого режима. Дело в том, что легкое быстроходное судно в условиях глиссера подвергается быстрому износу в части дна, близкой к корме. Из-за этого, например, те же стеклопластиковые и поливинилхлоридные модели регулярно требуют починки. Если в случае с ПВХ возможен и риск элементарного пореза ткани на мелководье, то на пластик оказывает негативное воздействие столкновение покрытия с мелкими песчаными и каменистыми частицами. Впрочем, современные покрытия корпусов в виде тех же эфирных смол обеспечивают качественную механическую защиту.
