Суда тасымалының жоспарлау режимі

Кіріспе

Су кемесінің қозғалу режимі

Планинг (PLAYning) – су кемесінің салмағы негізінен гидростатикалық көтерілуге (қалықтауға) емес, гидродинамикалық көтерілуге арқа сүйейтін қозғалу режимі. Жылдам паромдар, жарыс қайықтары, су ұшақтары және су шаңғылары сияқты көптеген теңіз көлік түрлері планингті пайдаланады. Көптеген серфинг тақталары планингтік немесе жартылай планингтік корпустар болып табылады. Планингтен асып түсу үшін, жылдам кемелердің конструкциясы гидрофойлдік конструкцияларға көшкен.

Тарих

Ең алғашқы құжатталған жоспарлы желкенді қайық 1898 жылы коммодор Ральф Манроу салған proa болды. Ол корпустың жылдамдығынан екі еседен астам жылдамдыққа жете алды. Желкенді шағын қайықты жоспарлауды алғаш рет Ұлыбританияда Уффа Фокс танымал етті. 1928 жылы Фокс өзінің "Авангер" атты International 14 қайығы арқылы жарыс әлеміне жоспарлауды енгізді. Сол жылы ол 57 жарыстың ішінде 52 бірінші орын, 2 екінші және 3 үшінші орын алды. Бұл нәтиже басқа дизайнерлердің назарына ілігіп, олар оны одан әрі жетілдірді. Содан бері көптеген шағын қайықтар жоспарлау қабілетін алды. Материалдардың жетістіктері арқасында жеңіл және жылдам, тіпті әлсіз желде де жоспарлай алатын қайықтар жасау мүмкін болды. Қазір желге қарсы да жоспарлай алатын көптеген жоғары өнімді шағын қайықтар (кейде скифтер деп те аталады) бар.

Жоспарлаудың қалай жұмыс істейтіні

Кеме тыныш тұрғанда оның салмағын тек қана қалықтау күші көтереді. Кез келген корпус төмен жылдамдықтарда ығысу корпусы ретінде жұмыс істейді: қалықтау күші кемені қолдау үшін негізгі жауапкершілікті қосады. Жылдамдық артқан сайын гидродинамикалық көтерілу күші артады, ал корпус судан көтерілгенде қалықтау күші төмендейді, бұл ығыстырылған көлемді азайтады. Белгілі бір жылдамдыққа жеткенде, көтерілу күші корпусқа әсер ететін басты күш болады және кеме жоғары жылға бастайды. Бұл эффекттің қарапайым моделі – судан ауыр материалдан жасалған қатты тақта (мысалы, болат плита), бірақ оң шағылыс бұрышына ие болу үшін дұрыс пішінделген және бағытталған. Тыныш жағдайда тақта судан ауыр болғандықтан батып кетеді; қалықтау күштері гравитация күшіне жеңіле алмайды. Дегенмен, егер тақта сол бағытта ұсталып, су арқылы көлденең тартылса, ол алдынан келе жатқан суды төмен қарай итеріп шығарады. Бұл тақтаға жоғары бағытталған реакция күшін тудырады. Жеткілікті жылдамдыққа жеткенде, бұл реакция күші (кәдімгі қалықтау күшімен бірге) гравитация күшінен артық болады және тақта су бетінде қалады. Осылайша көлденең күш (мотор немесе желкен арқылы берілуі мүмкін) тік күшке айналады. Жоғары жылға бастау концепциясы көбінесе аэродинамикалық көтерілумен салыстырылады (қ. аэродинамикалық профильдегі көтерілу). Бірақ шындығында әрекет ететін күштер әртүрлі. Кез келген корпус жеткілікті қуат пен жылдамдыққа жетсе жоғары жылға бастай алады, бірақ жоғары жылға арналған корпус кейде артқы бөлігіндегі жалпақ бөлігімен ерекшеленеді. Яғни, бүйірден қарағанда, түбі корпуска қарай көлбеу сызық болып келеді. (Бұған серфинг тақталары және басқа да демалысқа арналған жоғары жылға бастайтын корпус жатады, олар бұрылыстар кезінде маневрлеуді жақсарту үшін бүкіл ұзындығында шайқауды пайдаланады.) Керісінше, ығысу корпусының (немесе жоғары жылға бармайтын корпустың) түбі бүйірден қарағанда қисық болады (қисықтық "рокер" деп аталады) және толқын кедергісін азайту үшін мұрыннан корпуска дейін созылады. Алдыңғы көріністе, корпуска жақын бөліктері жарыс гидроұшақтарындағыдай тік болуы мүмкін, бұл жоғары жылға бастау күштерін және жылдамдықты арттыруға мүмкіндік береді, бірақ тұрақтылық пен жайлы жүру үшін көбінесе V пішіндес болады, әсіресе теңізде пайдалануға арналған қайықтарда. Жоғары жылға бастау үшін, әсіресе жоғары жылға бастауды іске қосу үшін, қуат пен салмақ арақатынасы жоғары болуы керек, өйткені жоғары жылға бастау режимі корпусты оның табиғи жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен қозғалтуды қамтиды. Жоғары жылға арналған барлық қайық дизайндары салмақты азайтудан пайда көреді; жоғары жылға бастайтын моторлы қайықтар көбінесе жеңіл қорытпадан жасалады немесе басқа салмақты азайту технологияларын қолданады. RIB қайықтары – классикалық мысал. Жоғары жылға бастайтын желкенді қайықтарға үлкен желкен алаңы қажет, ал моторлы қайықтарға қуатты қозғалтқыш керек. Жоғары жылға бастауды жеңілдету және тұрақтылықты арттыру үшін жобаға қадамдар мен қыш жоталар да енгізілуі мүмкін. Көптеген серфинг тақталары, қуатсыз болса да, жоғары жылға бастайтын немесе жартылай жоғары жылға бастайтын корпус болып табылады. Олар толқынның итерім күшін гравитациямен және аэродинамикалық профильдің шабуыл бұрыштарымен біріктіріп, қозғалтқыш күшін барынша арттырып, төмен қарайғы күшті азайтады, осылайша жоғары жылға бастау көтерілісіне қол жеткізеді.

At rest, a vessel's weight is borne entirely by the buoyant force. Every hull acts as a displacement hull at low speeds: the buoyant force is mainly responsible for supporting the craft. As speed increases, hydrodynamic lift increases, and the buoyant force decreases as the hull lifts out of the water, decreasing the displaced volume. At some speed, lift becomes the predominant upward force on the hull and the vessel is planing. A simple model of this effect is a solid slab of material that is heavier than water (like a steel plate) but is shaped and oriented to have a positive angle of attack. At rest, the slab will sink because it is heavier than water; the buoyant forces are overwhelmed by the force of gravity. However, if the slab is kept in the same orientation and pulled horizontally through the water, it will force the incoming water downward. This results in a reactionary force upward on the slab. At a high enough speed, this reactionary force (plus any small buoyant force) is larger than the force of gravity and the slab will stay afloat. In this way, the horizontal force (which may be supplied by a motor or a sail) is converted into a vertical force upwards. The concept of planing is often interpreted as analogous with aerodynamic lift (See lift on an airfoil). In reality the acting forces are different. Although any hull will plane if enough power is provided and enough speed is attained, a hull designed for operation in the planing realm is sometimes distinguished by a flat run aft. In other words, in side view, the bottom is more or less a straight line towards the stern. (Exceptions to this include surfboards and other recreational planing hulls, which utilize rocker throughout for enhanced maneuverability when banking through turns.) In contrast, in a displacement, or non planing hull, the bottom is curved in side view (the curvature is called "rocker") all the way from bow to stern, in order to minimize wave drag. In front view, the sections in the aft area may be straight, as in a racing hydroplane, to maximize planing forces and speed, but for practical reasons of stability and comfortable ride are often V shaped, especially in boats intended for offshore use. To plane, especially to initiate planing, the power to weight ratio must be high, since the planing mode of operation involves moving the hull at speeds higher than its natural hull speed. All boat designs for planing benefit from minimised weight; planing powerboats are commonly made from light alloy or use other reduced weight construction techniques RIBs are typical examples. Planing sailing boats need a good sail area and powerboats need a high power engine. Steps and chine ridges may also be incorporated into the design to encourage both ease of planing and stability. Most surfboards, although unpowered, are planing or semi planing hulls. They utilize the push of the waveform more or less in combination with gravity and specific angles of attack for the airfoil to maximise propulsive force and reduce the net downforce and thus achieve planing lift.