Введение
Лодка, движимая струей воды, выбрасываемой из кормы судна. Реактивный катер – это лодка, движимая струей воды, выбрасываемой из задней части судна. В отличие от моторных лодок, использующих внешний винт в воде под или за лодкой, реактивный катер забирает воду из-под корпуса через водозаборник и направляет ее в водомётный движитель внутри лодки, прежде чем вытолкнуть через сопло в корме. Современный реактивный катер был разработан новозеландским инженером сэром Уильямом Гамильтоном в середине 1950-х годов. Его целью было создание лодки, способной ходить по быстротекущим рекам Новой Зеландии, которые были слишком мелки для гребных винтов. Предыдущие попытки создания водометных движителей имели очень короткий срок службы, как правило, из-за неэффективной конструкции и небольшого преимущества перед традиционными винтами. В отличие от этих предыдущих разработок, таких как Campini и Hanley Hydrojet, Гамильтон нуждался в двигательной установке для работы на очень мелководье, и водомет оказался идеальным решением. Популярность водометных движителей и реактивных катеров быстро росла. Было установлено, что водометы превосходят винты для широкого спектра судов, и сейчас они широко используются на многих скоростных судах, включая пассажирские паромы, спасательные суда, патрульные катера и суда снабжения. Реактивные катера обладают высокой маневренностью, многие из них могут быть развернуты с полной скорости и остановлены практически на длине собственного корпуса в маневре, известном как "аварийная остановка" (crash stop). Хорошо известный поворот Гамильтона или "водометный разворот" – это высокоскоростной маневр, при котором дроссель двигателя лодки прикрывается, рулевое управление резко поворачивается, а затем дроссель снова открывается, заставляя лодку быстро вращаться вокруг с большим фонтаном воды. Технических ограничений на размер реактивных катеров нет, хотя их целесообразность зависит от области применения. Традиционные винтовые приводы, как правило, более эффективны и экономичны на низких скоростях, до примерно , но с увеличением скорости лодки дополнительное сопротивление корпуса, создаваемое опорными плавниками, рулями, валами и т.д., делает водометы более эффективными до . Для очень больших винтов, вращающихся на низких скоростях, например, на буксирах, эквивалентный по размеру водомет был бы непрактичным. Поэтому подавляющее большинство водометных движителей устанавливаются на скоростных судах и в ситуациях, где важны малая осадка, маневренность и гибкость в отношении нагрузки. Самые большие суда с водометным движителем используются в военной сфере и в индустрии высокоскоростных пассажирских и автомобильных паромов. Южноафриканский (длиной около ) и американский береговой боевой корабль (длиной ) являются одними из крупнейших судов с водометным движителем по состоянию на 2020 год. Даже эти суда способны выполнять "аварийные остановки".
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
Обычный винтовой гребной винт работает в водной среде под корпусом судна, эффективно "ввинчиваясь" в воду для приведения судна в движение вперед, создавая разницу давления между передней и задней поверхностями лопастей винта и ускоряя массу воды назад. В отличие от этого, водометный движитель обеспечивает мощный "толчок" с кормы судна, ускоряя объем воды при прохождении через специализированный насос, установленный над ватерлинией внутри корпуса судна. Оба метода создают тягу в соответствии с третьим законом Ньютона — каждое действие вызывает равную и противоположную реакцию. В водометных лодках вода забирается из-под корпуса, где она проходит через серию рабочих колес и направляющих аппаратов – известные как ступени – которые увеличивают скорость потока воды. Большинство современных водометов одноступенчатые, в то время как старые водометы могут иметь до трех ступеней. Хвостовая часть водометного агрегата выступает за корму судна, над ватерлинией. Эта струя выходит из агрегата через небольшое сопло на высокой скорости, толкая лодку вперед. Управление осуществляется путем поворота этого сопла в стороны или, реже, с помощью небольших заслонок по бокам, отклоняющих струю. Поскольку водометная лодка полагается на поток воды через сопло для управления, невозможно управлять обычной водометной лодкой с выключенным двигателем. В отличие от традиционных пропеллерных систем, где направление вращения гребного винта меняется для движения задним ходом, водомет будет продолжать перекачивать воду в обычном режиме, а дефлектор опускается в струю после выхода из выпускного сопла. Этот дефлектор перенаправляет тяговые силы вперед, обеспечивая обратную тягу. Большинство усовершенствованных обратных дефлекторов перенаправляют струю вниз и в стороны, чтобы предотвратить рециркуляцию воды обратно в водомет, что может вызвать кавитацию или увеличить обратную тягу. Управление сохраняется при опущенном обратном дефлекторе, обеспечивая полную маневренность судна. При опускании дефлектора примерно на половину в струю, тяга вперед и назад уравновешивается, и лодка удерживает фиксированное положение, но управление сохраняется, позволяя судну разворачиваться на месте – что невозможно с обычным одновинтовым движителем. В отличие от гидроглиссеров, которые используют подводные крылья или кили для подъема судна над водой, стандартные водометные лодки используют обычный глиссирующий корпус для скольжения по поверхности воды, при этом только кормовая часть корпуса вытесняет воду. Благодаря тому, что большая часть корпуса находится над водой, снижается сопротивление, значительно повышая скорость и маневренность, поэтому водометные лодки обычно работают на глиссирующей скорости. На более низких скоростях, при меньшем потоке воды через водометный агрегат, лодка теряет контроль над рулевым управлением и маневренность и быстро замедляется, поскольку корпус сходит с глиссирующего состояния и увеличивается сопротивление корпуса. Однако потерю управления на низких скоростях можно компенсировать, слегка опустив обратный дефлектор и увеличив дроссель, позволяя оператору увеличить тягу и, следовательно, контроль, не увеличивая скорость лодки. Типичный речной водометный катер имеет корпус с небольшим углом наклона (но не плоским дном) для улучшения управляемости и устойчивости на высоких скоростях в поворотах, а также для возможности преодолевать очень мелкую воду. На скорости водометные лодки могут безопасно эксплуатироваться на глубине менее 7,5 см (3 дюйма). Одним из наиболее значительных достижений в разработке водомета стало изменение конструкции, при котором струя выбрасывалась над ватерлинией, вопреки интуиции многих. Гамильтон обнаружил, что это значительно улучшает характеристики по сравнению с выбросом под ватерлинией, а также обеспечивает "чистое" дно корпуса (то есть отсутствие выступающих элементов под ватерлинией), позволяя лодке скользить по очень мелкой воде. Не имеет значения, находится ли выходное отверстие над или под ватерлинией, но его расположение над ватерлинией снижает сопротивление корпуса и осадку. Первая конструкция водомета Гамильтона имела выходное отверстие под корпусом и даже перед входным отверстием. Вероятно, это означало, что нарушенная вода попадала в водометный агрегат и снижала его эффективность, и именно поэтому изменение конструкции на расположение над ватерлинией оказало такое значительное влияние.
Приложения
Применение реактивных катеров охватывает большинство видов деятельности, где используются и обычные винты, но особенно они востребованы в пассажирских перевозках на паромах, в береговой охране и полицейском патрулировании, в военно-морском флоте и армии, в приключенческом туризме (который набирает все большую популярность по всему миру), при работе пилотных катеров, в спасательных службах, в сельском хозяйстве, рыболовстве, при проведении разведывательных работ, для прогулок на моторных лодках и в других видах водного транспорта. Реактивные катера также используются в спортивных соревнованиях, как на реках (чемпионат мира по гонкам на реактивных катерах, проводимый в Мексике, Канаде, США и Новой Зеландии), так и на специально оборудованных гоночных трассах, известных как спринтерские трассы. В последнее время реактивные катера все чаще применяются в виде надувных лодок с жестким корпусом, а также в качестве тендеров для роскошных яхт. Многие реактивные катера достаточно компактны, чтобы их можно было перевозить на прицепе и буксировать автомобилем. Отсутствие внешних вращающихся частей делает реактивные катера более безопасными для пловцов и морских обитателей, хотя существует риск столкновения с корпусом. Сама по себе повышенная безопасность иногда является достаточным основанием для выбора такого типа двигателя. В 1977 году сэр Эдмунд Хиллари возглавил экспедицию на реактивных катерах под названием "От океана к небу", проходящую от устья реки Ганг до ее истока. Один из реактивных катеров был затоплен другом Хиллари.
Недостатки
На топливную эффективность и характеристики реактивной лодки может повлиять любой фактор, нарушающий плавный поток воды через водометный движитель. Например, пластиковый пакет, присосавшийся к впускной решетке водометного движителя, может оказать весьма негативное воздействие. Другим недостатком реактивных лодок является их повышенная чувствительность к несоответствию между двигателем и водометным движителем, по сравнению с проблемой несоответствия двигателя и винта в судах с винтовой движительной установкой. Если водометный движитель плохо согласован с характеристиками двигателя, это может привести к неэффективному расходу топлива и снижению производительности.