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


Размышления о килевом комплексе современной яхты

Урмас Лаул
инженер-кораблестроитель,
яхтенный конструктор,
главный конструктор фирмы "Малфлот-Арматор"
«Катера и яхты» №1(183) 2003 год с.64-65
Статьи "Радиальный корпус яхты" А.Тараненко, "Три варианта комплекса "руль-плавник" Я.Фарберова и обзоры "Фантазии на тему яхтенного киля" и "Качающиеся кили по-немецки" (“КиЯ" № 171) подтолкнули меня на некоторые размышления, которые позволили сделать ряд предположений.
Для начала вспомним, какие основные функции выполняет подводная часть парусной яхты. Она создает:
► силу (статическую или динамическую) поддержания судна на поверхности воды;
► восстанавливающий момент для противодействия кренящему моменту от парусов;
► силу сопротивления дрейфу, вызываемому поперечной силой, возникающей на парусах.
К тому же, подводная часть несет устройства управления судном и при всем при том она должна оказывать минимальное сопротивление движению.
На первых яхтах все эти задачи выполнял корпус судна с навешенным на ахтерштевень пером руля. Плавучесть- то он обеспечивал, но вот все остальное... Корпус был узкий, балласт укладывался в трюм, что затрудняло обеспечение должной остойчивости. Форма корпуса с малым удлинением также была далека от оптимальной.
Все это вынудило проектировщиков отойти от традиционной конструкции парусного судна для повышения ходовых качеств. Конструкторы стали поступать по хорошо известному принципу: "разделяй и властвуй", что в данном случае означает: "различные функции должны выполнять разные устройства". Правда, процесс такого разделения еще до сих пор не закончен. Кратко рассмотрим "магистральный’' путь развития подводной части парусных килевых яхт (швертботы, компромиссы и многокорпусники остаются за рамками данною обзора).
Первоначально в отдельный элемент был выделен балласт, который стали располагать вне корпуса в фальшкиле, что снижало расположение ЦТ и повышало остойчивость. Балласт заглубляли все сильнее, попутно увеличивая гидродинамическое удлинение подводной части корпуса. Это было время яхт с S- образными шпангоутами, причем некоторые из них дожили и до наших дней (например. "Л-6" и "Дракон").
Постепенно балласт заглубили настолько, что практически весь водоизмещающий объем сконцентрировался у миделя, куда сдвинулось и перо руля. Это никак не способствовало улучшению управляемости, и тогда произошел скачок: руль отделили от фальшкиля. Благодаря этим мерам подводную часть яхты стало возможным проектировать как комплекс трех устройств: корпуса, руля и фальшкиля, которые можно оптимизировать для наилучшего выполнения ими своих функций.
Такую конструкцию сейчас имеет большинство современных килевых яхт. Из новых веяний можно отметить применение бульбкилей. позволяющих максимально заглубить балласт, и их качающиеся модификации, с помощью которых можно эффективнее откренивать яхту. Однако плавник до сих пор еще выполняет две функции: создает восстанавливающий момент и противодействует дрейфу. И хотя он неплохо справляется со своими обязанностями, еще не исчерпаны все возможности повышения эффективности гидродинамического комплекса современной парусной килевой яхты.
В последнее время все большее распространение получают яхты с относительно широкой кормой, способствующей серфингу, и с обводами, близкими к радиальным или U-образным. В сочетании с этими корпусами используются в основном бульбкили с плавниками большого удлинения. Данный комплекс, однако, имеет ряд недостатков:
► при ходе яхты с креном плавник, установленный в ДП, начинает работать с отрицательным углом атаки, и. следовательно. не противодействует дрейфу, а способствует ему (рис.1);
► большое заглубление балласта на плавнике приводит к низкому положению центра бокового сопротивления (ЦБС), что увеличивает плечо кренящего момента, действующего на судно. Получается, что, увеличивая плечо восстанавливающего момента, конструктор одновременно увеличивает и плечо кренящего момента ( Это утверждение автора представляется нам несколько сомнительным — низкое положение ЦБС вызвано не столько необходимостью заглубления размещенного на плавнике балласта, столько применением гидродинамически эффективных плавников большого удлинения — Прим ред;)
► яхта не всегда идет острыми курсами, когда необходимо устройство для предотвращения дрейфа. На полных курсах плавник зачастую превращается в тормоз;
► парусной килевой яхте требуется повышение поперечной остойчивости, продольная же в большинстве случаев и так в избытке. Но современный киль увеличивает и продольную остойчивость, приводя к возрастанию продольного момента инерции, увеличивающего дополнительное сопротивление при ходе против волны. Не зря конструкторы стремятся сосредоточить все массы у миделя яхты и максимально облегчить оконечности — но и при этом такую существенную часть массы яхты приходится подвешивать под корпусом яхты на значительном плече.
Возможно, пришло время разделить и эти функции с тем, чтобы поручить создание восстанавливающего момента и противодействие дрейфу различным устройствам, каждое из которых будет эффективнее решать эти задачи — как следствие, эффективность всего гидродинамического комплекса яхты должна возрасти.
Функцию противодействия дрейфу можно возложить на хорошо известный шверт, а лучше — на комбинацию швертов, особенно выигрышную на яхтах с широкой кормой, у которых при крене направление ватерлинии не совпадает с ДП (рис.2). Два шверта с несимметричным профилем для разных галсов, установленные в нужном направлении, возможно уже с начальным углом атаки, дадут большой выигрыш в эффективности особенно на малых углах атаки. Это позволит судну идти практически без дрейфа, что значительно сократит потери на индуктивное сопротивление корпуса. Большая же эффективность каждого отдельного шверта позволит уменьшить их площадь и заглубление, что соответственно уменьшит сопротивление самих швертов. Шверты позволят также регулировать центровку, что упрощает настройку под разные условия и облегчает управление яхтой. Однако шверты в отличие от фальшкилей имеют свои недостатки: они представляют собой еще один объект управления, их колодцы загромождают помещения яхты и требуют наличия специальных отверстий в подводной части корпуса. Но преимущества, которые может дать использование швертов, на мой взгляд, перевешивают их недостатки — не зря же процесс их внедрения на килевых яхтах открытого моря уже идет. Пионерами здесь, как и во многом другом, являются яхты класса "Open 60" и их "младшие сестры" меньшей длины. Впервые именно на этих судах появились кормовые шверты для смещения ЦБС в корму и повышения курсовой устойчивости на полных курсах ("Credit Agricole"), затем — маленькие швертики в носовой части для регулировки центровки ("TBS". "PRB"). И только на новых яхтах меньших размерений (15 и 12 м) шверты стали использоваться как основное средство противодействия дрейфу ("Aqua Согит"и "Ветер Перемен").
Осталось усовершенствовать устройство по созданию массой балласта восстанавливающего момента. Хорошо справляются с этой задачей качающиеся кили, но они, как уже отмечалось, существенно увеличивают продольный момент инерции. Для тех же яхт "Open 60" это увеличение составляет около 25-50%. Как известно, при ходе против волнения возникает дополнительное сопротивление, которое напрямую зависит от величины продольного момента инерции масс. Для разных случаев и по разным источникам эта зависимость имеет характер от прямой до кубической. Таким образом, снижая продольный момент инерции на 25%, мы уменьшаем это сопротивление на курсе бейдевинд как минимум на 25%! Это существенное снижение, позволяющее отыграть так необходимые на финише минуты и часы. Однако для управления качающимся килем требуется сложный и тяжелый гидравлический привод, который может сломаться в самый ответственный момент. К тому же он занимает много места, и в корпусе появляется отверстие, в котором болтается ручка многотонной "кувалды".
Каким же образом можно избавиться от всех этих недостатков?
Надо придать этой самой кувалде еще одну (но ограниченную) степень свободы — в продольном направлении, и избавить балласт от выполнения функции сопротивления дрейфу. Иными словами, размеры подвески балласта следует выбирать исходя исключительно из соображений прочности конструкции. Обеспечив свободу колебаний балласта в продольном направлении, получим следующие преимущества:
► снижается продольный момент инерции, что, как уже отмечалось, уменьшает дополнительное сопротивление при ходе в бейдевинд и килевую качку;
► уменьшается риск получения серьезных повреждений при касании грунта:
► уменьшается сопротивление выступающих частей (Данное положение также довольно спорно - приводимые автором возможные решения подвески балласта относятся к плохообтекаемым конструкциям, что может свести на нет выгоду от уменьшения площади смоченной поверхности — Прим ред.) за счет уменьшения площади смоченной поверхности конструкции крепления балласта.
Разумеется, все эти вышеприведенные соображения требуют практического подтверждения или опровержения, хотя бы по результатам модельных испытаний. В качестве одного из возможных технических решений можно предложить -треугольную ферму, два верхних угла которой шарнирно закреплены на корпусе яхты в плоскости шпангоута, а к нижнему углу в районе центра тяжести подвешена не шарнире "капля" балласта (рис.З). Для обеспечения подвижности балласта в поперечном направлении (отклонение на наветренный борт) стержни фермы подвески можно изготовить переменной длины (например, в виде гидроцилиндров). Еще один вариант реализации подобного устройства — доработка "обычной" схемы управления маятниковым килем путем добавления одного шарнира и пары амортизаторов и гидроцилиндров.
свернуть текст