Яхтенная школа

"Если Вам когда-либо довелось выйти в свежий ветер на парусной яхте, встречать восход солнца, поднимающегося из-за горизонта, в открытом море, прислушиваться к гудкам судов,дрейфующих в плотном тумане,и напряженно искать зарницу долгожданного маяка,— вы на всю жизнь полюбили море и парусный спорт. Вы навсегда запомнили удары волн и свист ветра в такелаже. Вы не сможете забыть,как впервые вступили в единоборство со стихией, как впервые почувствовали, что мореходное суденышко послушно вашей воле.После этого вы весь свой досуг стремитесь проводить под парусом...
Для того, чтобы помочь вам в решении целого ряда сложных вопросов, которые неизбежно встают перед яхтсменами-любителями, ниже приведены необходимые материалы, основанные на личном опыте авторов-яхтсменов" -
так ( или примерно так ) начинался 1 выпуск ( в 1963 году ) столь любимого и уважаемого сборника ( теперь уже журнала) "Катера и яхты". Некоторые статьи из его выпусков разных лет, на наш взгляд,не утратившие актуальности и сегодня, мы и приводим ниже, разделив для удобства, на некие условные категории.Справа приведены ссылки на тематические указатели статей этого журнала за разные годы его существования. Там Вы сможете найти то, что интересно Вам, но,возможно, ускользнуло от нашего внимания.

Теория судна

Тематические указатели основных материалов, опубликованных в сборнике (журнале) за прошедшие годы

Морская практика

Общие темы

Навигация

Такелажное дело

Добрые советы

Метеорология

Медицина

Радиосвязь

Ремонт судов

свернуть текст


Подруливающие устройства, удерживающие яхту на курсе.

В.В.Чайкин
«Катера и яхты» №3(31) 1971 год с.36-38

«Авторулевой» на малой яхте.

Любая современная яхта не может в течение сколько-нибудь значительного времени сохранять заданный курс, если ею не управлять. Иначе говоря, ее рулевой постоянно должен, действуя рулем, удерживать яхту от стремления привестись или увалиться под действием колебаний силы и направления ветра и волн, а также бортовой и килевой качки, изменяющих соотношение приводящих и уваливающих сил.
История, правда, знает примеры, когда парусные суда длительное время могли идти и шли без управления, т. е. без вмешательства рулевого. Тот же «Спрей» капитана Слокама с закрепленным рулем, под полными гротом и стакселем, со втугую выбранным кливером и потравленным бизань-гика-шкотом (этим сдерживалось стремление судна к приведению) вполне удовлетворительно лежал на курсе крутой бейдевинд, не требуя никакого вмешательства мореплавателя-одиночки. Но отметим сразу: такими способностями обладали лишь старинные, по нынешним меркам — малоповоротливые суда с фальшкилем по всей длине корпуса и далеко разнесенными в нос и корму парусами—с длинным бушпритом, чаще всего с бизанью.
Другое дело — современная яхта с узкими высокими парусами и килем, основная площадь которого сосредоточена в районе миделя. Поворотливость такой яхты намного лучше, чем у судна, подобного «Спрею», однако это и делает ее гораздо более чувствительной к влиянию любых, даже незначительных сил, отклоняющих ее от курса. Вот почему для автоматического удержания на курсе современной яхты приходится прибегать к специальным устройствам, использующим единственно доступный на маленьком парусном судне вид энергии — силу ветра.
Как же используется эта сила? Около головы руля устанавливается ветровое крыло в виде флюгера. Это крыло, свободно вращающееся на вертикальной оси, всегда разворачивается вдоль вымпельного ветра. При любом изменении положения яхты относительно ветра на флюгере возникает разворачивающее его по ветру усилие, которое при помощи привода передается на баллер руля и вызывает отклонение руля, приводящее яхту на прежний курс. Таким образом, яхта автоматически сохраняет тот в принципе оптимальный курс по отношению к ветру, какой был задан рулевым, покидающим свой пост, чтобы отдохнуть или заняться какими-либо судовыми работами.
Современные ветродействующие устройства не свободны от недостатков. Естественно, из-за малой площади флюгер реагирует только на ветер определенной силы: ветер силой менее 2 баллов, как правило, слишком слаб. При плавании на большой волне крыло часто обезветривается из-за завихрений воздушного потока между волнами. На полных курсах, близких к фордевинду, силы вымпельного ветра также может оказаться недостаточно, поскольку сила вымпельного ветра в этом случае, уменьшается, по сравнению с силой истинного ветра, а рыскливость яхты увеличивается.
Разберем принцип действия некоторых систем. Наиболее простым остается устройство типа «Миранда», которым была оборудована еще яхта Чичестера «Джипси Мот III» во время гонок одиночек через Атлантику. В качестве флюгера использован обычный парус на трубчатой рамке, укрепленной на небольшой вращающейся мачте. Усилие от давления ветра на флюгер передается ка румпель руля яхты при помощи поперечного румпеля, посаженного на мачту, и тросовой системы.
Устройство «Миранда» надежно. Применение в качестве крыла- флюгера шпрюйтового паруса позволяет, изменяя его площадь, регулировать усилие на баллере. Недостатком такого простейшего вариантa является то, что для перекладки руля более или менее крупной яхты требуется значительная площадь ветрового крыла, тяжелая и громоздкая конструкция для его установки. Ветровое крыло больших размеров (мягкое или жесткое безразлично) само создает большее, аэродинамическое сопротивление, снижая ход яхты на острых курсах.
В настоящее время применяются более эффективные устройства с отдельным вспомогательным рулем, вынесенным как можно дальше в корму — иногда за транец (основной руль закрепляется при этом в положении прямо — в ДП). Благодаря увеличению плеча установки относительно миделя вспомогательный руль при равной эффективности с основным может иметь меньшую площадь, потребует меньших усилий для перекладки, а следовательно, может управляться крылом меньшей площади.
В качестве примера такого устройства приведем эскизы простейшего «авторулевого» «Пластимар» с шестеренчатой передачей, а также схему устройства с передачей в виде двух встречных шарнирно соединенных рычагов. Второй вариант предпочтительнее, так как, меняя длины плеч рычагов, можно регулировать усилие, передаваемое от крыла на руль, и потому встречается чаще.
Во всех ветродействующих устройствах крыло должно быть сбалансировано при помощи противовеса для того, чтобы на положение крыла при крене не влиял его собственный вес.
Для небольших яхт с навесным рулем, например «Фолькботов», широко распространенных и у нас, обычно применяется несколько иной принцип. Поскольку навесной руль является самой кормовой точкой яхты, его и используют для «автоматического» управления, дополнительно устанавливая на задней кромке пера руля закрылок, ось которого жестко связана с осью крыла.
При уваливании яхты под ветер ветровое крыло разворачивает закрылок под ветер, встречное давление воды заставляет основной руль развернуться на ветер и привести яхту на прежний курс. Свободное качание основного руля при этом должно быть ограничено при помощи закрепления румпеля резиновым шнуром в ДП яхты.
Опыт показал, что закрылок должен иметь площадь, примерно равную 1/6 площади основного руля, а площадь ветрового крыла должна примерно в четыре раза превышать площадь закрылка.
Эффективность действия устройств подобного типа, разумеется, будет выше, если закрылок выполнить в виде маленького вспомогательного руля и отнести его еще дальше в корму. В этом случае, опять-таки вследствие увеличения плеча, воздействие вспомогательного руля на перекладку основного увеличивается. На одной из приводимых схем показано устройство именно такого типа, изготовленное автором и испытанное на «Фолькботе».
Такое решение удобно тем, что относительно просто по конструкции, размещается на голове основного руля, легко ставится и снимается, не нуждается в штуртросовой или иной передаче. Для регулировки достаточно, потянув за шнурок, освободить ось крыла от зацепления с баллером вспомогательного руля и дать крылу установиться по ветру, а вспомогательному рулю — прямо.
Все описанные выше устройства могут применяться лишь на сравнительно небольших яхтах длиной по палубе 8—9 м. На более крупных яхтах силы, создаваемой самым ветровым крылом, уже не достаточно для перекладки руля, и устройства получаются более сложными (о них рассказано в статье Б. Тараторкина и Б. Буданова).
В настоящее время такие устройства уже не являются привилегией яхт мореплавателей-одиночек, пересекающих океаны. По мнению многих ведущих яхтсменов, «авторулевые» есть смысл устанавливать и на судах с нормальным экипажем. Здесь «авторулевые» будут вспомогательным видом управления, позволяющим вахтенному временно оставлять руль.
Литература
1. «Die Jacht», № 25/26, 1969 г.
2. «Bateaux», апрель 1970 г.
3. «Катера и яхты», № 6, 1966 г.







Б.С.Тараторкин
Б.А.Буданов
«Катера и яхты» №3(31) 1971 год с.39-43

Основные системы современных подруливающих устройств.

На правильно «сцентрованной» современной яхте центр парусности смещен на 3—12% длины по КВЛ в нос относительно центра бокового сопротивления. Такое смещение необходимо для того, чтобы компенсировать стремление яхты приводиться к ветру при крене: горизонтальный момент, образуемый силой сопротивления дрейфу и давлением ветра на паруса, будет уравновешивать момент, возникающий из-за того, что при крене сила тяги парусов Fд выходит из ДП яхты. Однако такое равновесие неустойчиво и даже при случайном уменьшении крена из-за любого изменения силы ветра или его направления нарушается, что приводит к уходу яхты с курса.
Наиболее неприятный курс — фордевинд, когда рулевому особенно трудно удержать яхту от рысканья: попутная волна поднимает корму и стремится развернуть яхту лагом. При устойчивом бейдевинде зачастую удается настроить паруса так, что яхта возвращается на правильный курс относительно ветра даже при случайных отклонениях на 5—10°, но и при такой настройке в конце концов случайная волна или порыв ветра обычно все-таки сбивают яхту. (Кстати говоря, такая настройка парусов — обычно не наилучший вариант с точки зрения достижения наибольшей скорости.)
Для продолжительного плавания попутными курсами, например, при свежих ровных пассатных ветрах (пользуясь которыми можно вообще обойти половину земного шара без единой смены курса), давно уже известно и употребляется вооружение, состоящее из поставленных на двойном штаге бабочкой двух стакселей, шкоты которых закреплены на румпеле. Шкотовые углы парусов вытравлены вперед, за линию штага, так, что при выбегании на ветер проекция площади наветренного стакселя увеличивается, его тяга возрастает, по сравнению с тягой подветренного, и своим шкотом наветренный парус отклоняет руль вплоть до возвращения яхты на курс и выравнивания давлений на оба паруса. Шкоты могут быть заложены и не за поперечину румпеля, а просто на кормовых углах палубы, как и показано на приводимом эскизе.
На более острых курсах иногда используются другие варианты. Например, подветренный шкот стакселя проводится на наветренную сторону румпеля и закрепляется на нем, причем тяга шкота уравновешивается эластичным стропом, оттягивающим румпель в подветренную сторону. Усиливающееся с усилением ветра стремление яхты приводиться компенсируется отклонением руля под действием соответствующего увеличения тяги стакселя. Однако эта система требует довольно тонкой настройки и, конечно, непригодна на лавировке.
Гораздо удобнее вариант с так называемым брайновским квадрантом на голове баллера руля. Устройство состоит из трехрогого румпеля (квадранта), который под действием эластичного стропа стремится занять нейтральное положение в ДП. Этому мешает тяга гика-шкота, который закладывается карабином за одно из отверстий поперечины румпеля; тяга гика-шкота стремится увалить яхту тем больше, чем сильнее ветер.
Стремление уваливаться можно регулировать, изменяя плечо тяги шкота. При перемене галса достаточно застегнуть на квадрант карабин другого «хвоста» коренного конца гика-шкота. Кстати говоря, такая система хорошо зарекомендовала себя при запуске самоходных моделей яхт.
Все эти сравнительно простые системы стоят того, чтобы попробовать их, плавая с малочисленным экипажем. Однако развитие одиночных плаваний привело за последние годы к разработке более эффективных специальных подруливающих «автоматов», выправляющих курс яхты относительно ветра после любых отклонений (такие автоматы по-английски называются «рулевыми флюгерами» — steering vane).
Кинематически схема наиболее распространенной системы подруливающего «автомата» представляет собою два рычага, связанных поводком, катающимся в прорези. Один рычаг укреплен на голове баллера руля. Другой вращается с флюгером, причем может быть неподвижно связан с ним под определенным углом. Принцип работы схемы со встречными рычагами рассмотрен в статье В. В. Чайкина. Ниже приводится лишь описание одной из английских конструкций, в которой использована эта схема.
Вспомогательный руль подвешивается на транце, а подвижная система флюгера закреплена на легкой трубчатой раме 1, выстреленной за корму. Ахтерштаг выполняется раздвоенным, чтобы флюгер не задевал за него. Перо руля 2 продолжено вверх до уровня палубы и снабжено парой гетинаксовых щек 3, которые служат направляющими для пальца 4 поводка 5 флюгера. Поскольку в большинстве случаев транец наклонен, приходится скашивать и внутренние плоскости этих щек, чтобы палец не заклинивало при положенном на борт пере. Поводок 5 жестко соединяется с нижним фланцем 6 вращающейся вертикальной трубе 7, несущей собственно флюгер 8. Труба 7 надета на неподвижную ось 9 (диаметр 15—16 мм), с напрессованными на нее бронзовыми втулками — подшипниками скольжения 10. Ось крепится гайкой 11 на площадке рамы — выстрела 1, а гайка 12 и шайба на верхнем конце оси предотвращают смещение подвижных частей вверх. Вес всей системы воспринимается упорным подшипником 13, закрытым от брызг колпачком 14, набиваемым консистентной смазкой.
В кормовой части поводка просверлены 12—20 отверстий, равномерно расположенных по окружности вокруг оси. Во фланце 6 трубы флюгера есть 3 отверстия, шаг которых на 20—30% отличается от шага отверстий поводка. Это дает возможность утроить число возможных фиксированных положений поводка относительно флюгера. Соединение осуществляется чекой 15.
Противовес 16 изготовляется иногда из жестяной банки, залитой свинцом. Положение груза на стержне подбирается при настройке подруливающего устройства и фиксируется гайками. Для увеличения жесткости пластину флюгера и конец стержня противовеса полезно связать проволочной струной 17.
Настройку лучше всего производить при ветре 2—3 балла не курсе, близком к галфвинду. Может оказаться, что полезно противовес расположить так, чтобы он даже слегка перевешивал пластину флюгера; это поможет компенсировать повышенное стремление яхты приводиться при больших кренах на острых курсах. На свежих ветрах полезно подветренную оттяжку румпеля основного руля делать эластичной (например, из резинового шнура эспандера).
Поскольку вспомогательный руль для уменьшения поворотного момента чаще всего делают балансирным, для регулировки полезно иметь три сменные насадки на переднюю кромку пера руля. Смена насадок должна давать возможность изменять площадь балансирной части пера руля, делая ее равной, например. 5%, 12% или 20% общей площади руля. Соответственно в доводке надо предусмотреть несколько отверстии для установки пальца с тем, чтобы иметь возможность менять соотношение плеч поводкового соединения. Среднее значение плеча поводка составляет 125 мм при вдвое меньшем значении плеча руля (12% площади пера руля расположено впереди оси вращения).
На попутных ветрах все подруливающие «автоматы» работают плохо. Ведь как раз тогда, когда требуется особенно активная работа рулем — на фордевинде, давление ветра на флюгер обычно в 9—10 раз меньше, чем на бейдевинде.
Следует помнить, что и при использовании подруливающего «автомата» яхта не будет двигаться по идеальной прямой, однако «автомат» поддерживает курс лучше, чем рулевой средней квалификации.
Необходимо иметь в виду взаимодействие главного и вспомогательного рулей. Если попытаться увалить яхту действием главного руля, подруливающее устройство будет препятствовать этому и рулевому будет казаться, что яхта получила чрезвычайно сильное стремление приводиться (об этой особенности не следует забывать в случаях экстренной необходимости изменить курс). Для уменьшения этого эффекта можно установить между щечками 3 вспомогательного руля болт, ограничивающий ход пальца поводка, а следовательно, и поворот руля; полностью же устранить этот эффект можно только отсоединением поводка.
Ясно, что под действием ветра всегда сначала поворачивается только флюгер, воздействуя на привод руля, а яхта некоторое время идет по старому курсу. Нетрудно сообразить, что во время этого рабочего хода флюгера сила давления ветра на него будет падать, так как угол атаки по мере разворота флюгера в нейтральное положение будет уменьшаться. Следствием этого является малая чувствительность рассмотренных систем с флюгером, вращающимся относительно вертикальной оси.
Этот недостаток меньше сказывается в системах, в которых флюгер работает подобно крылу ветряной мельницы, т. е. ось его вращения горизонтальна. Рассмотрим устройство одной из таких систем.
На горизонтальном барабане 1 установлен кронштейн 2, несущий вращающийся горизонтальный вал 3 со шкивом 4 и пером флюгера 5 (симметричный обтекаемый профиль), жестко ориентированным в плоскости вала 3. Флюгер снабжен противовесом 6, стремящимся удержать его вертикально. Поворачивая барабан за тросовые тяги 7, разворачивают систему так, чтобы вертикально расположенный флюгер установился вдоль потока вымпельного ветра. В этой позиции флюгер, естественно, не создает никакой подъемной силы. Если теперь яхта уйдет с заданного курса, обтекание флюгера уже не будет симметричным и под действием косого потока он начнет поворачиваться вправо или влево вокруг горизонтального вала 3, поворачивая (через шкив 4 и систему штуртросов 8) перо основного руля. Очевидно, что во время рабочего хода, пока яхта не вернулась на первоначальный курс, флюгер будет совершать вращение с примерно постоянным углом атаки, т. е. без снижения рабочего усилия, передаваемого на руль. Как правило, в таких системах применяется понижающая передача, дающая выигрыш в силе, т. е. позволяющая уменьшить площадь флюгера благодаря увеличению рабочего хода.
Есть и другой способ увеличения управляющего усилия, когда для отклонения незакрепленного навесного транцевого руля используется гидродинамическая подъемная сила, возникающая на балансирном вспомогательном руле. Флюгер и вспомогательный руль сидят на одном и том же штоке-баллере, причем положение флюгера относительно штока фиксируется стопорным винтом. При отклонении яхты от курса флюгер поворачивает перо вспомогательною руля, набегающий поток создает на пере подъемную силу, которая передается на основной руль и будет поворачивать его. Нужно отметить, что в этой схеме вспомогательное перо и главный руль действуют в разные стороны, поэтому желательно, чтобы площадь вспомогательного пера была небольшой, а ось его вращения проходила на возможно более значительном расстоянии от оси вращения основного руля. Тогда сила F на основном руле будет значительно превышать действующую в противоположном направлении силу на вспомогательном руле, в то время как вращающий момент, необходимый для отклонения основного руля, сохранится достаточно большим.
Легко заметить, что при такой схеме от флюгера не требуется значительных усилий, так как вспомогательный руль является своеобразным гидродинамическим усилителем.
Еще одна схема, в которой используется энергия обтекающего яхту потока, известна под названием системы Хаслера по имени ее конструктора, одного из участников первых трансатлантических гонок одиночек. «Автоматы» Хаслера установлены на многих известных яхтах, в том числе и на «Джипси Мот IV» (то, что это устройство доставило Чичестеру много хлопот и волнений, не говорит еще о принципиальных недостатках рассматриваемой схемы). В отличие от предыдущей, эта схема может быть применена на яхте с длинным кормовым свесом. Управляющим элементом служит балансирный вспомогательный руль 1, способный вращаться одновременно вокруг вертикальной 1-1 и горизонтальной продольной ll -ll осей. Под действием флюгера поворачивается вспомогательный руль 1, но возникающая при этом на его пере подъемная сила не только стремится развернуть яхту, но и одновременно наклоняет — поворачивает само перо относительно горизонтальной оси ll - ll, лежащей в ДП яхты, благодаря чему через систему штуртросов 3 поворачивается основной руль яхты 4.
Удачной комбинацией двух последних схем является система, опубликованная известным английским яхтсменом и конструктором Колином Мьюди и испытанная в одиночном плавании из Англии в Австралию. Как видно из рисунка, подруливающая система имеет вспомогательный руль 1 с закрылком 2, подвешенный к транцу на вращающемся барабане 3. Поворот барабана 3 под действием гидродинамической подъемной силы приводит в действие основной руль 4.
Эту систему можно рассматривать как составленную из каскадов гидродинамического усиления.
Существуют также и системы, в которых роль воздушного крыла-флюгера играют воздушные винты, вращающие через замедляющую червячную передачу баллер вспомогательного руля. Здесь используется свойство винта менять направление вращения в зависимости от того, с какой стороны воздушный поток набегает на плоскость вращения. Замедляющая передача позволяет получить достаточно большие усилия даже в слабый ветер.
Среди большого разнообразия применяемых конструкций трудно отметить наиболее предпочтительные схемы. Сложные системы обычно обеспечивают большую стабильность курса, однако, как показывает опыт, менее надежны. Вместе с тем даже сравнительно простые системы существенно облегчают дальние переходы с малочисленной командой, не говоря уже о плаваниях одиночек.
свернуть текст