Кіріспе
Су реактивімен қозғалатын қайық – судың артқы жағынан шығарылатын реактивті ағынымен қоздырылатын қайық. Қайықтың астындағы немесе артындағы суға орналасқан сыртқы винтті пайдаланатын моторлы қайықтан ерекшелігі, су реактивімен қозғалатын қайық суды қайықтың астынан сорып, қайықтың ішіндегі сорғыға жіберіп, содан кейін артқы жағындағы сопло арқылы шығарады. Қазіргі заманғы су реактивімен қозғалатын қайықты 1950 жылдардың ортасында жаңа зеландиялық инженер сэр Уильям Гамильтон жасаған. Оның мақсаты – Жаңа Зеландияның таяз сулы, бірақ жылдам ағысы бар өзендерінде жүзе алатын қайық жасау еді, мұндай өзендерде винттік қайықтар жүре алмайды. Бұрынғы су реактивті қозғалтқыштардың қызмет ету мерзімі өте қысқа болды, көбінесе агрегаттардың тиімсіздігі мен дәстүрлі винттерге қарағанда артықшылықтарының аздығы себеп болды. Кампини мен Хэнли гидрожеттері сияқты бұрынғы су реактивті әзірлемелерден айырмашылығы, Гамильтонға өте таяз суда жұмыс істейтін қозғалтқыш жүйесіне қажеттілік болды, ал су реактиві – идеалды шешім болды. Су реактивтері мен су реактивімен қозғалатын қайықтардың танымалдылығы тез өсті. Су реактивтері көптеген кеме түрлері үшін винттерден жақсырақ екені анықталды, сондықтан су реактивтері қазір жолаушылар паромдары, құтқару кемелері, патрульдік қайықтар және жағалаудағы жабдықтау кемелері сияқты көптеген жылдам кемелерде кеңінен қолданылады. Су реактивімен қозғалатын қайықтардың маневрлеу қабілеті жоғары, олардың көпшілігі толық жылдамдықтан кері бұрылып, өз ұзындығынан сәл артық қашықтықта тоқтай алады, бұл "төтенше тоқтау" деп аталады. Белгілі Гамильтон бұрылысы немесе "су реактиві айналысы" – қайықтың қозғалтқышының қуатын азайту, рульді күрт бұрып, қуатты қайта қосу арқылы қайықтың үлкен су шашыратып тез айналуына мүмкіндік беретін маневр. Су реактивімен қозғалатын қайықтардың мөлшеріне инженерлік шектеулер жоқ, бірақ олардың тиімділігі қолданылуына байланысты. Дәстүрлі винттік қозғалтқыштар төмен жылдамдықтарда, шамамен дейін тиімді және экономикалық, бірақ қайықтың жылдамдығы артқан сайын, рульдер, біліктер және т.б. тудыратын қосымша кедергі салдарынан су реактивтері тиімдірек болады. Өте үлкен винттердің баяу жылдамдықпен айналуы, мысалы, буксирлерде, су реактивтерінің тиімді болуы мүмкін емес. Сондықтан, су реактивтерінің басым көпшілігі жоғары жылдамдықты кемелерде және таяз сулы, маневрлеуге қабілеттілігі және жүктемеге икемділігі маңызды жағдайларда орнатылады. Ең үлкен су реактивімен қозғалатын кемелер әскери мақсаттарда және жоғары жылдамдықты жолаушылар мен автомобиль паромдарында қолданылады. Оңтүстік Африканың S (шамамен ұзын) және АҚШ-тың ұзын жағалаулық шайқас кемесі 2020 жылға дейін ең үлкен су реактивімен қозғалатын кемелердің қатарында болды. Тіпті бұл кемелер де "төтенше тоқтау" маневрін орындай алады.
A jetboat is a boat propelled by a jet of water ejected from the back of the craft. Unlike a powerboat or motorboat that uses an external propeller in the water below or behind the boat, a jetboat draws the water from under the boat through an intake and into a pump jet inside the boat, before expelling it through a nozzle at the stern. The modern jetboat was developed by New Zealand engineer Sir William Hamilton in the mid 1950s. His goal was a boat to run up the fast flowing rivers of New Zealand that were too shallow for propellers. Previous attempts at waterjet propulsion had very short lifetimes, generally due to the inefficient design of the units and the fact that they offered few advantages over conventional propellers. Unlike these previous waterjet developments, such as Campini's and the Hanley Hydrojet, Hamilton had a specific need for a propulsion system to operate in very shallow water, and the waterjet proved to be the ideal solution. The popularity of the jet unit and jetboat increased rapidly. It was found the waterjet was better than propellers for a wide range of vessel types, and waterjets are now used widely for many high speed vessels including passenger ferries, rescue craft, patrol boats and offshore supply vessels. Jetboats are highly manoeuvrable, and many can be reversed from full speed and brought to a stop within little more than their own length, in a manoeuvre known as a "crash stop". The well known Hamilton turn or "jet spin" is a high speed manoeuvre where the boat's engine throttle is cut, the steering is turned sharply and the throttle opened again, causing the boat to spin quickly around with a large spray of water. There is no engineering limit to the size of jetboats, though whether they are useful depends on the type of application. Classic prop drives are generally more efficient and economical at low speeds, up to about , but as boat speed increases, the extra hull resistance generated by struts, rudders, shafts and so on means waterjets are more efficient up to For very large propellers turning at slow speeds, such as in tugboats, the equivalent size waterjet would be too big to be practical. The vast majority of waterjet units are therefore installed in high speed vessels and in situations where shallow draught, maneuverability, and load flexibility are the main concerns. The biggest jet driven vessels are found in military use and the high speed passenger and car ferry industry. South Africa's s (approximately long) and the long United States Littoral Combat Ship are among the biggest jet propelled vessels as of 2020. Even these vessels are capable of performing "crash stops".
Функция
Конвенциялық бұрандалы винт кеме корпусының астындағы су массасында жұмыс істейді, суды тиімді түрде "бұрап" жылға отырып, винт қанаттарының алдыңғы және артқы беттері арасындағы қысым айырмасын тудырады және су массасын артқа қарай жылдамдатады. Керісінше, су тарту құрылымы (waterjet unit) судың көлемін жылдамдату арқылы кеме корпусының арт жағынан жоғары қысыммен "итеруді" қамтамасыз етеді, ал су кеме корпусының ішіндегі су сызығының үстінде орналасқан арнайы сорғы арқылы өтеді. Екі әдіс те Ньютонның үшінші заңына сәйкес итеру күшін тудырады – әрбір әрекетке тең және қарама-қарсы әрекет болады. Су тарту қайығында (jetboat) су ағыны корпустың астынан су тартады, онда ол су ағынының жылдамдығын арттыратын этаптар деп аталатын бірнеше импеллерлер мен статорлар арқылы өтеді. Көптеген қазіргі заманғы су тарту құрылымдары бір сатылы, ал ескілері үш сатылы болуы мүмкін. Су тарту құрылымының артқы бөлігі кеме корпусының корпусы арқылы су сызығынан жоғары созылады. Бұл су ағыны қайықты алға жылға беру үшін кішкентай сопло арқылы жоғары жылдамдықпен шығады. Басқару соплоны екі жаққа жылжыту арқылы немесе сирек жағдайларда, су ағынын бұратын екі жақтағы кішкентай қақпалар арқылы жүзеге асырылады. Су тарту қайығы басқару үшін сопло арқылы су ағынына сүйенгендіктен, қозғалтқыш жұмыс істемейінше дәстүрлі су тарту қайығын басқару мүмкін емес. Дәстүрлі бұрандалы жүйелерден айырмашылығы, онда бұранданың айналуы артқа жылға беру үшін кері бұрылады, су тарту құрылымы шығыс соплосынан шыққаннан кейін дефлектор су ағынына түсірілгенде әдеттегідей соруды жалғастырады. Бұл дефлектор итеру күшін алға қайта бағыттап, кері итеруді қамтамасыз етеді. Көптеген жетілдірілген кері дефлекторлар су ағынын төмен және екі жаққа бағыттайды, судың қайта айналуын болдырмау үшін, бұл ауаланғандық проблемаларын тудыруы немесе кері итеруді арттыруы мүмкін. Кері дефлектор төмендетілген кезде басқару мүмкіндігі сақталады, сондықтан кеме толық маневрлікке ие болады. Дефлектор су ағынының жартысына дейін төмендетілгенде, алға және артқа жылға беру күштері тең болады, сондықтан қайық тұрақты позицияда қалады, бірақ кемеге сол жерде айналуға мүмкіндік беру үшін басқару әлі де қол жетімді, бұл дәстүрлі бір бұрандалы жүйемен мүмкін емес. Су асты қанаттарын немесе тіректерін қолданып, кемені судан көтеру үшін қолданылатын гидрофойлдардан айырмашылығы, стандартты су тарту қайықтары су бетінде жүзу үшін дәстүрлі планерлік корпусты пайдаланады, корпустың артқы бөлігі ғана суды ығыстырады. Корпустың көп бөлігі судан таза болғандықтан, кедергі азаяды, жылдамдық пен маневрлеуді арттырады, сондықтан су тарту қайықтары әдетте планерлік жылдамдықпен жүзеді. Төмен жылдамдықтарда, су тарту құрылымы арқылы аз су ағып өткенде, су тарту қайығы басқару мен маневрлеуді жоғалтады және корпус планерлік күйінен шыққанда және корпустың кедергісі артқанда тез баяулайды. Алайда, төмен жылдамдықтарда басқаруды жоғалту кері дефлекторды сәл төмендету және газды арттыру арқылы жеңілуі мүмкін, сондықтан оператор жылдамдықты арттырмай, итеру күшін және осылайша басқаруды арттыра алады. Дәстүрлі өзенде жүзетін су тарту қайығында жоғары жылдамдықта бұрылуды басқару және тұрақтылықты жақсарту үшін, сонымен қатар өте шалшық судан өтуге мүмкіндік беру үшін көлбеу бұрышты (бірақ тегіс емес) корпусы болады. Жылдамдықпен, су тарту қайықтарын 7,5 см (3 дюйм) судың астында қауіпсіз пайдалануға болады. Су тарту құрылымын дамытудағы ең маңызды жаңалықтардың бірі – су ағынын көптеген адамдардың күткеніне қарамастан, су деңгейінен жоғары шығару үшін конструкцияны өзгерту болды. Гамильтон бұл су сызығынан төмен шығарумен салыстырғанда өнімділікті едәуір жақсартатынын, сонымен қатар корпустың таза болуын қамтамасыз ететінін (яғни корпустың сызығынан төмен ештеңе шықпайды) байқады, бұл қайықтың өте шалшық су арқылы жүзуіне мүмкіндік береді. Шығыс су сызығынан жоғары немесе төмен орналасқандығына қарамастан, тудырылатын итеру күшінің мөлшеріне ешқандай әсер етпейді, бірақ су сызығынан жоғары орналасу корпустың кедергісі мен су тартылуын азайтады. Гамильтонның алғашқы су тарту құрылымының шығысы корпустың астында және тіпті инектің алдында болды. Бұл, мүмкін, бұзылған судың су тарту құрылымына кіріп, оның өнімділігін төмендеткенінің және су сызығынан жоғары өзгерудің осындай үлкен айырмашылыққа әкелгенінің басты себебі болды.
Қолданбалар
Реактивті қайықтарды қолдануға болатын салаларға дәстүрлі винттер қолданылатын барлық қызметтер жатады, бірақ ең бастысы – жолаушылар паромдық тасымалы, жағалау күзеті және полиция патрулі, әскери және теңіз күштері, приключение туризмі (бүкіл әлемде күннен-күнге танымал болып келеді), пилоттық қайықтардың жұмысы, серфингтен құтқару, шаруашылық, балық аулау, зерттеу, демалысқа арналған қайықтар және моторлы қайықтар пайдаланылатын басқа да су спорты. Реактивті қайықтар спорт үшін де жарыса алады, өзендерде (Мексика, Канада, АҚШ және Жаңа Зеландияда өткізілетін Әлемдік реактивті қайық марафоны) және арнайы жарыс жолдарында. Соңғы кезде реактивті қайықтар қатаң корпусты пневматикалық қайықтар түрінде және сәнді яхталарға қосымша қолданылуы жиілеуде. Көптеген реактивті қайықтарды тіркемеге орнатып, автомобильмен сүйреп әкелуге болады. Реактивті қайықтардың сыртқы айналмалы бөліктері болмағандықтан, олар жүзушілер мен теңіз жануарлары үшін қауіпсіз, бірақ олардың корпусы соқтығысуы мүмкін. Қауіпсіздік өзі кейде осы типтегі қозғалтқышты пайдалануға жеткілікті себеп болуы мүмкін. 1977 жылы сэр Эдмунд Хиллари "Океаннан аспанға" деген атпен Ганг өзенінің сағасынан басталып, оның қайнар көзіне дейінгі реактивті қайықпен экспедиция ұйымдастырды. Бір реактивті қайықты Хилларидің досы батырып жіберді.
Кемшіліктері
Ұшқыш қайықтың отын тиімділігі мен өнімділігіне ұшқыш арқылы су ағынының үздіксіздігін бұзатын кез келген фактор әсер ете алады. Мысалы, ұшқыш блогының сорғыш торына жабысқан пластикалық қаптың әсері өте теріс болуы мүмкін. Ұшқыш қайықтардың тағы бір кемшілігі – олардың қозғалтқыш пен ұшқыш блогының үйлесімсіздігіне сезімталдығы, ал винтті қайықтардағы қозғалтқыш пен винттің үйлесімсіздігіне қарағанда бұл мәселе көбірек байқалады. Егер ұшқыш блогы қозғалтқыштың қуатына сай келмесе, отын тиімсіз жұмсалып, өнімділік нашарлауы мүмкін.