Реактивный катер — это судно, приводимое в движение струей воды, выбрасываемой из задней части судна. В отличие от моторной лодки или катера , которые используют внешний гребной винт в воде под или позади лодки, реактивный катер втягивает воду из-под лодки через заборник и в водометный насос внутри лодки, прежде чем выбросить ее через сопло на корме .
Современный реактивный катер был разработан новозеландским инженером сэром Уильямом Гамильтоном в середине 1950-х годов. Его целью было создание лодки, способной ходить по быстрым рекам Новой Зеландии, которые были слишком мелкими для винтов.
Предыдущие попытки создания водометных движителей имели очень короткий срок службы, в основном из-за неэффективной конструкции агрегатов и того факта, что они предлагали мало преимуществ по сравнению с обычными гребными винтами. В отличие от этих предыдущих разработок водометных движителей, таких как Campini's и Hanley Hydrojet, Hamilton нуждался в особой системе движителя для работы на очень мелководье, и водометный движитель оказался идеальным решением. Популярность водометного устройства и водометного катера быстро росла. Было обнаружено, что водометный движитель лучше гребных винтов для широкого спектра типов судов, и водометные движители теперь широко используются на многих высокоскоростных судах, включая пассажирские паромы, спасательные суда, патрульные катера и суда снабжения в открытом море.
Реактивные катера очень маневренны, и многие из них можно развернуть с полной скорости и остановить на расстоянии, немного превышающем их собственную длину, с помощью маневра, известного как «аварийная остановка». Хорошо известный поворот Гамильтона или «реактивный штопор» — это высокоскоростной маневр, при котором дроссельная заслонка двигателя катера отключается, руль резко поворачивается, а дроссельная заслонка снова открывается, заставляя лодку быстро вращаться с большой струей воды.
Не существует инженерных ограничений на размер реактивных лодок, хотя их полезность зависит от типа применения. Классические винтовые приводы, как правило, более эффективны и экономичны на низких скоростях, примерно до 20 узлов (37 км/ч; 23 мили в час), но по мере увеличения скорости лодки дополнительное сопротивление корпуса , создаваемое стойками, рулями , валами и т. д., означает, что водометы более эффективны на скорости до 50 узлов (93 км/ч; 58 миль в час). Для очень больших винтов, вращающихся на малых скоростях, например, на буксирах , водомет эквивалентного размера был бы слишком большим, чтобы быть практичным. Поэтому подавляющее большинство водометных установок устанавливаются на высокоскоростных судах и в ситуациях, когда мелкая осадка, маневренность и гибкость нагрузки являются основными проблемами.
Самые большие реактивные суда используются в военных целях, а также в сфере высокоскоростных пассажирских и автомобильных паромов. Южноафриканские фрегаты класса Valour (длиной около 120 метров или 390 футов) и 127-метровый (417 футов) американский прибрежный боевой корабль входят в число самых больших реактивных судов по состоянию на 2020 год [update]. Даже эти суда способны выполнять «аварийные остановки». [ требуется цитата ]
Обычный гребной винт работает в толще воды под корпусом лодки, эффективно «прокручиваясь» сквозь воду, чтобы двигать судно вперед, создавая разницу в давлении между передней и задней поверхностями лопастей винта и ускоряя массу воды назад. Напротив, водометный агрегат обеспечивает «толчок» высокого давления с кормы судна, ускоряя объем воды, когда он проходит через специализированный насос, установленный над ватерлинией внутри корпуса лодки. Оба метода создают тягу благодаря третьему закону Ньютона — каждое действие имеет равную и противоположную реакцию.
В реактивном катере водометный движитель забирает воду из-под корпуса, где она проходит через ряд импеллеров и статоров , известных как ступени, которые увеличивают скорость потока воды. Большинство современных водометных движителей являются одноступенчатыми, в то время как старые водометные движители могут иметь до трех ступеней. Хвостовая часть водометного агрегата простирается через транец корпуса , выше ватерлинии. Эта струя выходит из агрегата через небольшое сопло на высокой скорости, чтобы толкать лодку вперед. Рулевое управление осуществляется путем перемещения этого сопла в любую сторону или, реже, небольшими затворами с обеих сторон, которые отклоняют струю. Поскольку для управления водометным катером используется поток воды через сопло, управлять обычным водометным лодкой без работающего двигателя невозможно.
В отличие от обычных систем гребных винтов, где вращение гребного винта реверсируется для обеспечения движения назад, водометный движитель будет продолжать качать в обычном режиме, пока дефлектор опускается в струю после того, как он покидает выпускное сопло. Этот дефлектор перенаправляет силы тяги вперед для обеспечения обратной тяги. Большинство высокоразвитых обратных дефлекторов перенаправляют струю вниз и в каждую сторону, чтобы предотвратить повторную циркуляцию воды через струю, что может вызвать проблемы с аэрацией или увеличить обратную тягу. Рулевое управление по-прежнему доступно при опущенном обратном дефлекторе, так что судно будет иметь полную маневренность. Когда дефлектор опущен примерно на полпути в струю, прямая и обратная тяга равны, поэтому судно сохраняет фиксированное положение, но рулевое управление по-прежнему доступно, позволяя судну поворачивать на месте — что невозможно с обычным одинарным гребным винтом.
В отличие от подводных крыльев , которые используют подводные крылья или стойки для подъема судна над водой, стандартные реактивные катера используют обычный глиссирующий корпус для движения по поверхности воды, при этом только задняя часть корпуса вытесняет воду. Поскольку большая часть корпуса находится над водой, сопротивление уменьшается, что значительно повышает скорость и маневренность, поэтому реактивные катера обычно эксплуатируются на скорости глиссирования . На более низких скоростях с меньшим количеством воды, прокачиваемой через водометный агрегат, реактивный катер потеряет часть рулевого управления и маневренности и быстро замедлится, поскольку корпус выйдет из состояния глиссирования, а сопротивление корпуса увеличится. Однако потерю рулевого управления на низких скоростях можно преодолеть, слегка опустив реверсивный дефлектор и увеличив дроссель — так оператор может увеличить тягу и, таким образом, управление без увеличения скорости лодки. Обычный речной реактивный катер будет иметь корпус с небольшим углом наклона (но не с плоским дном), чтобы улучшить его управление на высокой скорости и устойчивость, а также позволить ему пересекать очень мелководье. На большой скорости водометные катера можно безопасно эксплуатировать при глубине воды менее 7,5 см (3 дюйма).
Одним из самых значительных прорывов в разработке водометного движителя было изменение конструкции таким образом, чтобы он выталкивал струйную струю выше ватерлинии, вопреки интуиции многих людей. Гамильтон рано обнаружил, что это значительно улучшает производительность по сравнению с выталкиванием ниже ватерлинии, а также обеспечивает «чистое» днище корпуса (т. е. ничего не выступает ниже линии корпуса), что позволяет лодке скользить по очень мелкой воде. Не имеет значения, находится ли выходное отверстие выше или ниже ватерлинии, но его расположение выше ватерлинии снижает сопротивление корпуса и осадку. Первая конструкция водометного движителя Гамильтона имела выходное отверстие под корпусом и фактически перед входным отверстием. Вероятно, это означало, что возмущенная вода попадала в струйный агрегат и снижала его производительность, и это было главной причиной, по которой изменение положения на положение выше ватерлинии имело такую разницу. [ необходима цитата ]
Применение реактивных катеров включает в себя большинство видов деятельности, где также используются обычные винты, но в частности пассажирские паромные перевозки, береговая охрана и патрулирование полиции, военно-морской флот и армия, приключенческий туризм (который становится все более популярным во всем мире), операции лоцманских катеров, спасание при серфинге , сельское хозяйство , рыболовство , исследования , прогулочные катера и другие водные виды спорта, где используются моторные лодки. Реактивные катера также могут участвовать в гонках в спортивных целях, как на реках (World Champion Jet Boat Marathon проводится в Мексике, Канаде, США и Новой Зеландии [1] ), так и на специально разработанных гоночных трассах, известных как спринтерские трассы. В последнее время все чаще используются реактивные катера в виде надувных лодок с жестким корпусом и в качестве роскошных яхт-тендеров . Многие реактивные катера достаточно малы, чтобы их можно было перевозить на прицепе и буксировать автомобилем.
Поскольку у реактивных катеров нет внешних вращающихся частей, они безопаснее для пловцов и морских обитателей , хотя их может ударить корпус. Преимущество безопасности само по себе иногда может быть достаточной причиной для использования этого типа движителя.
В 1977 году сэр Эдмунд Хиллари возглавил экспедицию на реактивных катерах под названием «Ocean to Sky» от устья реки Ганг до ее истока. Один из реактивных катеров был потоплен другом Хиллари. [2]
На топливную эффективность и производительность водометного катера может повлиять все, что нарушает плавный поток воды через водометный агрегат. Например, пластиковый пакет, присосавшийся к впускной решетке водометного агрегата, может иметь весьма неблагоприятный эффект.
Другим недостатком реактивных лодок, по-видимому, является то, что они более чувствительны к несоответствию двигателя и водометного агрегата по сравнению с проблемой несоответствия двигателя и гребного винта в винтовых судах. [ необходима цитата ] Если водометный движитель не соответствует характеристикам двигателя, это может привести к неэффективному расходу топлива и низкой производительности.