Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками — яхту своей мечты…

Ялики выходят на крыло.

_7778e  - 00 - 00

С  конца XIX в. австралийские яхтсмены развивали национальные классы парусных судов -«скифов». «Skiff» в переводе с английского означает «ялик», а в современном понимании — максимально перегруженное парусностью судно, вес которого редко превышает 100 кг без экипажа.

При ветре скоростью 15 уз управление такой лодкой уже можно назвать экстремалыным. Пока конструкторы из Европы и Америки представляли миру  олимпийские классы судов  обитатели  Зеленого   континента продолжали  совершенствовать свои националыные  «ялики».

Длина «скифов» по ватерлинии (стандартизовался их некий ряд длиной  10, 12, 14, 16 и 18футов) определяла  названия классов, правила которых были во многом открыты. Например, правила класса «18футов» не ограничивают его парусность, что требует от экипажа большого опыта в управлении перегруженной парусами лодкой.

Гонки этого класса стали очень популярны в Сиднейской бухте Порт-Джексон. При уменьшении водоизмещения лодки и количества членов экипажа ялик стал приобретать все более глиссирующие обводы, что позволяло разгонять современный «скиф» даже на лавировке, достигая скорости 14.5 уз. А на полных курсах в бакштаг эти лодки могут стабильно обгонять скорость  ветра.

В 80-е гг. на 18-футовике  впервые в мире был применен асимметричный спинакер (геннакер), что значительно облегчило исполнение поворота фордевинд, так как на судне размером меньше «Летучего голландца» (швертбота — двойки, входившего в Олимпийскую программу до 1992 г.) переброска спинакера площадью 80 м2 имела свои сложности.

Сейчас экипажи «скифов» не затрудняют себя переброской длинного спинакер — гика, они быстро перебегают по крыльям — аутригерам с борта на борт, удерживая остойчивость судна, а геннакер автоматически переходит под ветер, способствуя очень быстрому и безопасному повороту через фордевинд: потеря скорости может сделать этот снаряд неуправляемым, что в дальнейшем приведет к опрокидыванию.

0011

Сейчас геннакер уже стал использоваться на многих яхтах современных классов во всем мире,  он особенно эффективен, когда судно глиссирует со скоростью большей, чем скорость истинного ветра. За 10 лет  до Олимпиады 2000 г. в Сиднее начали проводиться профессиональные  соревнования 18 -футовиков -«Sаiling  Grаnd Рriх».

«Скиф» — тройка для них строился из самых современных материалов: углепластика в комбинации с кевларовым волокном. Размеры крыльев (аутригеров) увеличивались, таким образом ширина рабочей палубы «скифа» была доведена до 17.5 футов, что позволило еще больше увеличить парусность судна.

«Grаnd Рriх» стали состязанием и парусных мастеров, например, «Dоуlе Frаsеr» представила новинку 4D с вклеенными в профиль паруса волокнами, и уже в 1999 г.такой дизайн впервые был использован на 18 — футовике. «Sаiling  Grаnd Рrix являл собой настоящий парусный праздник: спортсмены имели по несколько  тренировок  в неделю и гонки в выходные дни.

Соревнования  транслировались на ведущем  телеканале  Австралии. Каждый из стартующих экипажей (в среднем 20-25 участников) нес рекламу своего спонсора. После очередного такого соревнования 18 — футовые «скифы» постоянно совершенствовались. Например, известный строитель спортивных парусных судов из Сиднея Фрэнк Бетвайт каждый год представлял гонщикам новый дизайн, изменяя обводы швертбота.

Над созданием новых классов «скифов» работал также его сын Джулиан Бетвайт, шкипер одной из ведущих команд в серии «Grаnd Рrix», представляющих местную страховую компанию.  Так, для любительских гонок был создан международный класс В — 14, для европейских  состязаний серии «Grаnd Рriх» — клэсс  В – 18 и слегка укороченная  двухместная версия 18 — футовика, позднее превратившаяся в олимпийский  класс «49ег» («фотинайнер»).

Этот класс быстро приобрел,  популярность как  среди профессионалов, таки среди  любителей во всем мире.  Судостроители  компании «Веthwаitе Dеsign» к 1999 г. перестали вводить значительные изменения в лодку и рангоут, и с марта 1909 г. швертботы этого класса перестали  отличаться друг от друга. Именно на таких монотипах с абсолютно одинаковым дизайном парусов, мачты и корпуса было разрешено выступать на Олимпийских играх в  Сиднее.

0012

 

Позже  популярность класса продолжала расти уже и в Европе, собирая на чемпионатах мира более полутора сотен команд. Хотя популярность эта была отчасти достигнута изменением конструкции парусов после этих Олимпийских игр. Изначально с 1994 г. «Фотинайнер» имел паруса фирмы «Nоrth  Sаils».

Их легкий материал и полный профиль позволил  удачно выступать экипажам, чей вес достигал 160 кг, но даже при этом крылья (аутригеры) не нужно было выдвигать на полную длину восстанавливающего момента при откренивании и так  хватало.  Очевидно, что тяжеловесам  пришлось соблюдать серьезную диету, отбираясь на Олимпийские игры 2000.

И уже перед ними у ведущих в этом классе яхтсменов окончательно сложилось мнение, что в идеале члены экипажа должны иметь антропометрические данные, позволяющие использовать полностью выдвинутые крылья — аутригеры. Это оказалось возможно лишь при весе экипажа, не превышающем 150 кг, что несложно объяснить: «Фотинайнер» может выходить на глиссирование даже при ветре 4 м/с, что удается лишь при малом водоизмещении судна.

Именно в умеренные и слабые ветра более тяжелым экипажам сложнее поднять  судно в глиссирующий режим. После очередного поворота оверштаг или фордевинд, прохождения крутой волны, замедляющей скорость  движения, при подходе небольших  усилений  ветра легкие экипажи раньше  выходят на глиссирование. Тяжеловесам труднее удержать швертбот на глиссировании в моменты ослабления истинного ветра.

В спорте высших достижений совокуп сссс ность всех вышеперечисленных факторов может серьезно влиять на резуль-тат. Очень важно то, что столь скоростное судно, идущее вниз по ветру и имеющеевозможность выйти в режим глиссирова-нмя на доли секунды раньше других, начи-нает обгонять иггинный ветер и, создавая свой собственный поток вымпельного ве-тра, быстро становится недосягаемым для соперников.

0013

Нельзя забывать о том, что «фотинайнер» несет очень большую парусность: до 2005 г. она составляла 21.1 м2 лавировочных парусов плюс асимметричный спинакер парусностью 38 м2. Постоянно возникает необходимость откренивания, и тут рослые яхтсмены эффективнее за счет большего плеча «рычага».  О весе экипажа можно еще сказать следующее: лавируя на  остром

курсе, легкий экипаж всегда может настроить мачту так, чтобы за счет своего прогиба  она  сбрасывала  лишнюю  нагрузку с парусов на порывах. Но на спуске в бакштаг при свежем ветре  все становится интересней. Когда швертбот начинает стабильно обгонять скорость ветра, его необходимо эффективно откренивать, в этой ситуации тяжелые экипажи могут получить серьезное преимущество в скорости и пол ноте курса.

Это говорит о  сложности  и высоком  уровне  состязательности данного типа парусных судов. Вернемся к изменению, сделанному после Олимпийских игр в Сиднее. Компания «Nеil  Рridе» (США) совместно с «Мас Diаrmid  Sаils» (Австралия), ранее специализировавшейся на пошиве парусов для 18 – футовиков  (которые гонялись  в  серии  «Grand  Prix»), представила новые паруса,  отличающиеся  от  первоначальных  парусов  «North  Sails» более тяжелым материалом и  плоской формой.

При этом  экипажи получили определенное преимущество,  что повлияло на рост популярности «Фотинайнера» среди молодежи   и яхтсменов, перешедших из других классов (в первую очередь, это «470», «29 еr» («Твентинайнер»), «Lаsеr Rаdiаl» и другие молодежные национальные классы). В то же время   членам экипажей с суммарным весом более 150 кг приходилось строго соблюдать диету, чтобы похудеть.

Плоские паруса не прощали ошибок в слабые и умеренные ветра, когда водоизмещающий  режим  движения  судна  чередовался  с глиссирующим режимом. Это привело к  тому,  что после Олимпийских игр 2004 г. в Афинах была отменена  корректировка  веса, т.е. отныне  по правилам класса («фотинайнер»  крылья (аутригеры) должны быть всегда максимально выдвинуты,  независимо от веса экипажей.

demo-0014

Следующий олимпийский цикл заставил экипажи «Фотинайнеров», желающих попасть на дистанцию в китайский город Циндао, скидывать вес даже до 140 кг.  Дело в том, что в бухте Циндао в основном преобладают слабые ветра. Сильнейшие гонщики мира, приезжали  на сборы и соревнования перед Олимпиадой 2008 г., даже имели в своем багаже персональные весы.

В  таких  условиях и проходила Олимпийская регата. Но в заключительный день погода прибавила сложностей.  Десять  сильнейших команд класса «Фотинайнер», участвуя в медальной гонке, встретились с крепким ветром, который дул против течения, создавая крутую волну. Прохождение этой дистанции оказалось по-настоящему экстремальным, что прибавило состязаниям зрелищности.

Самые серьезные преобразования в классе «фотинайнер» произошли после Олимпиады в Китае. С 2009 г. изменились конструкция мачты, покрой лавировочных  парусов,  а также корпус, крылья – аутригеры  и их крепления.   Мачта, представленная новозеландской компанией «Southern Spars»,  теперь сделана  полностью  из углепластика по новейшим технологиям,  в результате  она  легче, несмотря на увеличенную высоту.

Джулиан Бетвайт совместно  с  парусными  мастерами  «Мас Diаrmid  Sаils» и «Southern  Spаrе»  провел кропотливую  работу по изменению плана парусности.  Варьируя площади парусов, они добились отличной управляемости судна, добавив новому гроту квадратную верхнюю часть (в зарубежной литературе  эта  форма  грота именуется «squarе hеаd»).

Гибкость  современной  мачты позволяет эффективнее использовать  увеличенную парусность, автоматически сбрасывая нагрузку и разгружая паруса во время усиления ветра. Новый корпус получил дополнительную жесткость в  местах между креплениями вант и штага. Последние модификации делают  класс «фотмиайнер» еще более интересным и для участников, и для зрителей, при этом постоянно идут поиски путей для повышения скорости.

 

L1  0015

С  начала этого  столетия проводятся эксперименты по выводу «скифа» на подводные крылья.  Все началось с небольшого швертбота  класса «Мoth», внешне напоминающего поплавок от катамарана с аутригерами

для  откренивания.  Один  из участников национального чемпионата Австралии, воспользовавшись большой свободой правил класса, установил на лодку подводные крылья и уверенно выиграл пару гонок.

Этого оказалось достаточно, чтобы понять преимущество крыльев. Аналогичная  конструкция  была установлена автором этих строк на 13 -футовике. Инициатором эксперимента стал давний участник австралийского «Grаnd  Рriх» шкипер Майкл Картер.  Для установки крыльев в конструкцию швертбота были внесены  изменения.

Перо руля,  которое  превратилось в Т-образное подводное крыло, вынесено назад на 1 м от  транца, а между аутригерами, которые  стали основой крепления двух боковых подводных крыльев, была размещена дополнительная балка жесткости. Трапеции получили ограничители, для того чтобы при опрокидыванни  через нос команду не выбросило на 6ак, где велика возможность получить  травму.

Дорабатывая этот снаряд после каждого выхода, мы  стали получать все больше и больше  незабываемых  впечатлений  от  планирования над водой и добились того,  что наша скорость иногда в два раза превышала  скорость ветра, а  при исполнении поворота  через  фордевинд  «скиф» продолжал глиссировать на крыльях, не  теряя скорости.

klass_yaxt49e  - 0016

Однако позднее такая схема подводных крыльев, как на швертботах класса «Мoth», так и на 18 -футовиках была заменена Т — образными швертом и пером руля.  Сегодня Джулиан Бетвайт установил и тестирует подобные   Т – образные  крылья (он называет их «Т-fоils») на «фотинайнере». Как знать, возможно, в скором будущем в олимпийскую программу попадет  и лодка на подводных крыльях. Не исключено, что ею как раз и станет модернизированный  «скиф» класса  «49er».

Александр Мартемьянов. 

Источник:  «Катера и Яхты»,  №229.

01.06.2015 Posted by | гидродинамика | , , , , , , | Оставьте комментарий

Что такое опытовый бассейн?

46aa - 00

  1. На пенопластовой модели отработаны обводы новой «дюральки» «Воронеж», призванной заменить широко известную заслуженную «Казанку»: лодка стала относительно шире (отношениё ЦВ = 3 вместо 3,8), скула поднята, увеличена килеватость носовых шпангоутов.

  2. Удалось добиться повышения мореходных качеств катера типа «Амур-М» («-2», «-3») по сравнению с предыдущей моделью «Амур»: увеличена килеватость днища, приподнята скула в носу—ход на волнении стал значительно мягче.
  3. Построены и напечатаны в сборнике «Катера и яхты» кривые буксировочного сопротивления всех серийных подвесных моторов (при различном заглублении винта) и серийных лодок («МКМ», «Крым», «Ка-занка-5», «Прогресс-4» и т. д.). Эти данные необходимы для проектирования оптимальных гребных винтов и возможности выполнения надежных расчетов скорости; даны рекомендации по наиболее выгодной центровке лодок, применению винтов мультипитчей и т. п.
  1. Обводы мотолодки «Днепр» откорректированы специально с целью облегчения выхода ее на глиссирование: на «горбе» сопротивления его величину удалось снизить на 10— 12%. Читатели сборника легко могут и сами продолжить перечень подобных работ по совершенствованию прогулочно — туристских лодок, . подвесных моторов и гребных винтов для них, которые выполнены по результатам буксировочных испытаний в опытовом бассейне.

Подчеркнем: речь идет о серийных лодках, серийных моторах и винтах, выпускаемых ежегодно десятками тысяч. Тут мелочей нет! Каждый выигранный километр скорости или сэкономленная лошадиная сила мощности при эксплуатации всего 3000000-го парка «моторок» в нашей огромной стране оборачивается сотнями тонн сбереженного топлива! Так что помощь ученых очень важна и ценна даже при проектировании, казалось бы, таких простых «традиционных» лодок.

И уж совершенно необходимы буксировочные испытания, когда речь идет не о классической «однокорпусной» прогулочно — туристской моторке, а об оригинальных высокоскоростных судах с какими-то новыми обводами. Опять-таки внимательные читатели могут припомнить целый ряд статей, написанных по результатам экспериментально-исследовательских работ, выполненных в бассейнах.

Это, например, такие статьи, как: «Гидродинамика морских саней» (№ 23), «Воздушная смазка днища» (№ 32), «Исследования двухрежимных обводов» (№ 58), «Гидродинамические характеристики глиссирующих катамаранов» (№ 59, 70), «0 гидродинамике саней Фокса» (№ 63). По результатам буксировочных испытаний построены диаграммы, приведенные в статьях «Сопротивление глиссирующих мотолодок в переходном режиме» (№ 33), «Расчет управляемых транцевых плит» (№ 40), «Сопротивление мотолодок при ходе на волнении» (№ 68) и т, п.

Давая это перечисление, мы злоупотребили вниманием читателей с единственной целью — показать, что практически весь круг вопросов гидродинамики малого моторного судна так или иначе связан с проведением буксировочных испытаний. Непосредственной целью подобных испытаний является серия точных замеров сопротивления воды движению модели (или натурного судна) при заданном изменений скорости, а также интересующем исследователя изменении обводов, нагрузки, дифферента — угла атаки и других факторов. Давайте теперь познакомимся с тем, как и где это делается.

001

Начнем с истории.

Наверное, еще строители судов древности, далекие от понимания законов теории корабля, берясь за инструмент, прикидывали — каким же будет построенное ими судно. Однако, если иметь в виду именно ходовые качества, то можно предположить, что тут неожиданностей не было и быть не могло: при одинаковом числе гребцов новое судно шло примерно так же, как и предыдущее, ибо копировало его формы и размерения.

В эпоху весельных флотов, да и на ранней стадии развития парусного судостроения, конструкция и обводы судна совершенствовались очень медленно — постепенно, по мере накопления опыта, который и передавался из поколения в поколение в виде каких-то сугубо эмпирических правил. Вряд ли могло прийти в голову рассчитывать скорость хода парусника при его «проектировании».

Да и по окончании постройки скорость, естественно, на мерной миле не замеряли, как сейчас, а оценивали лишь косвенно — по затраченному на плавание времени. Парусные суда всецело зависели от ветра, так что их путевая скорость была обусловлена не только и не столько искусством судостроителей, сколько опытом капитана, а главное — зависела от везения, от направления и силы ветра.

В XVII—XVIII веках Ньютон, Эйлер, Бернулли и другие ученые уже занимались экспериментальным изучением сопротивления среды движению в ней тел, однако полученными результатами судостроители не пользовались, поскольку никакой потребности в том не возникало. Применение паровой машины в корне изменило самый подход к проектированию судна.

Опыт парусного прошлого уже не помогал, судно становилось действительно инженерным сооружением. Надо было учиться проектировать его и проектировать так, чтобы построенный пароход мог поддерживать в течение рейса скорость, обусловленную заказчиком -судовладельцем. Это еще не все.

«Слабым местом» пароходов XIX столетия было то, что их котлы потребляли поистине фантастическое количество довольно дорогого угля, тогда как парусники использовали даровую энергию ветра. Чтобы пароход был конкурентоспособным, требовалось еще при составлении его чертежей обеспечить максимальную экономичность машины.

002

Следовало точно угадать потребную мощность: слишком слабая машина не давала нужной скорости, а делать машину заведомо более мощной было нельзя. Ведь излишний запас мощности не только представлял собою бесполезный «мертвый вес», перевозимый судном в течение всей его жизни, но и приводил к еще большему увеличению расхода топлива. И получалось, что выходящие в море пароходы везли не столько груз, сколько запас угля для своей машины…

Было очевидно, что мощность двигателя затрачивается на преодоление корпусом сопротивления воды движению судна, и это сопротивление тем больше, чем скорость выше и чем менее совершенны обводы. Ученые связали определенной зависимостью расчетную скорость, потребную мощность и сопротивление воды.

И убедились в том, что проектировать пароход и машину, не зная сопротивление воды движению судна, нельзя. Чтобы надежно рассчитывать скорость и мощность, чтобы добиваться снижения затрат мощности путем выбора оптимальных — наивыгоднейших размерений и обводов корпуса, потребовалось точное определеннее сопротивления воды движению судна на стадии его проектирования.

В 1859 Английский ученый Вильям Фруд предложил делать это на моделях, буксируемых в специально оборудованных крытых бассейнах. Может возникнуть вопрос: почему именно в крытых бассейнах, а не в открытом канале или, скажем, в тихом заливе? Разве не дешевле буксировать модель под открытым небом?

Безусловно, дешевле. Собственно, так и делалось до постройки первых бассейнов, а в ряде случаев делается и сейчас. Однако обеспечить при этом требуемую высокую точность и чистоту модельного эксперимента оказывается гораздо сложнее, а то и невозможно. Ведь играют роль не только ветер и течения, но даже температура и чистота воды.

(Так, чтобы в ней не развивались микроорганизмы, приходится защищать ее от солнечных лучей: стены зданий бассейнов делают, как правило, без окон). Тот же Фруд десятью годами позже разработал применяемую в основных чертах и поныне методику испытания масштабных моделей. Он открыл закон подобия, который позволил результаты замеров сопротивления модели с достаточной точностью экстраполировать — пересчитывать на натуру; тем самым он поставил модельные испытания на солидную научную основу.

003

В частности, Фруд дал ясное представление о законах моделирования, относящихся к двум подобным волновым системам; он отметил, что все явления, происходящие с геометрически подобными судном и его моделью, должны иметь подобное развитие.

В   основу   своего   приближенного метода   Фруд    положил    разделение полного буксировочного сопротивления на две отдельные составляющие — сопротивление трения и остаточное сопротивление, величина которого в первую очередь определяется так называемым волновым сопротивлением. Сопротивление трения модели подсчитывается по результатам специально проведенных Фрудом испытаний пластин разной шероховатости и длины (Фруд вывел для этого экспериментальную зависимость), а затем вычитается из замеренного при буксировке полного сопротивления модели.

Определенное таким образом остаточное сопротивление модели пересчитывается (по кубу масштаба) на натурное судно, суммируется с сопротивлением трения судна, вычисленным по формуле Фруда, и получается полное сопротивление натурного судна. Таким образом еще до постройки первого опытового бассейна была теоретически обоснована возможность исследования ходовых качеств судов при помощи испытаний — замеров буксировочного сопротивления их масштабных моделей.

В дальнейшем предложенная Фрудом методика была сразу же проверена: корвет «Грейхаунд» водоизмещением 1180 т буксировали за кормой мощного парового корабля, а затем сравнили замеренное при этой буксировке фактическое сопротивление с сопротивлением, полученным Фрудом при испытаниях модели, изготовленной в масштабе 1:16  (длина 3,35 м).

Расхождение оказалось минимальным. В 1871 г. в Торки (Англия) В. Фрудом был построен первый опытовый бассейн, который послужил образцом для многих подобных сооружений в других странах мира. Модель судна буксировалась в нем тележкой, приводимой в движение при помощи троса и паровой лебедки. Размеры бассейна (длина—85 м, ширина — 11 м, глубина — 4 м) были выбраны с учетом размеров моделей, которые придется испытывать, и скорости их движения.

Результаты первых же выполненных Фрудом работ убедили скептиков в целесообразности постройки бассейнов и к 1900 г. существовало и работало «на полную мощность» уже около десяти таких сооружений. Первый отечественный бассейн был построен по инициативе Д. И. Менделеева в Петербурге в 1898 г.

004

А на сегодня известно около 150 действующих бассейнов, причем это, как правило, крупные научно — исследовательские центры, использующие сложнейшее оборудование и вычислительную технику. В наши дни опытовые бассейны имеются и в ведущих учебных заведениях — без знакомства с ними невозможно подготовить грамотного инженера, и в крупнейших конструкторских бюро.

Характерно особенностью подавляющего большинства современных бассейнов является универсальность — возможность комплексного изучения в них и ходкости, и мореходности судна. В то же время постоянное усложнение исследуемых гидродинамических задач привело к появлению специализированных бассейнов, которые наилучшим образом приспособлены для изучения каких-то определенных качеств судна или моделей судов определенного типа и назначения (быстроходных глиссирующих судов, судов внутреннего плавания и т. п.).

Так, можно перечислить 14 зарубежных бассейнов, специализированных на исследованиях по управляемости судов 5 — на изучении мореходных качеств, 11 — на исследованиях при помощи испытаний автономных самоходных моделей и т. д. Может возникнуть вопрос: так ли уж нужны в наше время опытовые бассейны? За сто лет их существования уже испытано такое количество разнообразных моделей, что, казалось бы, самый взыскательный конструктор может подобрать из их числа нужную форму корпуса.

Да, моделей, действительно, испытано много, и тем не менее все новые и новые серии испытаний приходится проводить. Даже на примере «малого судостроения» мы можем видеть, как формы корпуса постоянно изменяются с учетом повышения мощностей и возрастанием скоростей. Вспомните «события» последнего двадцатилетия: подводные крылья, обводы «глубокое V» и продольные реданы, бурное развитие самых различных катамаранов, саней и тримаранов, появление катеров на гидролыжах, «морских ножей», «дротиков» и т. д. и т. п.

Внедрение новых обводов в практику без проведения исследований на моделях в опытовом бассейне просто невозможно! Советский ученый И. А. Титов утверждает, что даже при проектировании судов традиционного типа, когда в распоряжении конструктора есть альбомы диаграмм, построенных по данным систематических испытаний большого числа моделей, отказ от исследований конкретного судна приводит к потере 0,3—0,5 уз его скорости.

Много это или мало? Оказывается, что при постройке серии из 8—10 однотипных судов водоизмещением 50 тыс, тон обычном 15— 20-летнем сроке их эксплуатации даже такой незначительный выигрыш в скорости полностью окупает строительство и оснащение опытового бассейна длиной 150 м! Как считают видные зарубежные специалисты, участие опытовых бассейнов в исследовании вопросов ходкости проектируемых кораблей позволяет в среднем на 8—10% снизить мощность их энергетических установок.

005

Приведем пример из упомянутой выше книги И. В. Гирса. Когда проектировались линейные корабли типа «Петропавловск» (в дальнейшем — хорошо известные «Марат», «Октябрьская революция» и «Севастополь»), модельные испытания позволили так видоизменить первоначально принятые за основу обводы, что потребная для обеспечения заданной скорости 21,75 уз мощность могла быть уменьшена с 45 000 л. с. до  32 000 л. с.

Ясно, что подобное уменьшение мощности, а следовательно, и веса турбин, котлов и запаса топлива позволило соответственно усилить вооружение и броневую защиту. Думается, сказанного достаточно, чтобы стала ясной роль опытовых бассейнов в развитии судостроения. Особенно большой объем исследовательских работ приходится выполнять при проектировании быстроходных кораблей. И. В. Гирс вспоминает о первой работе старейшего отечественного бассейна в советское время: было испытано свыше 20 моделей сторожевого корабля.

Лучшую из них в 1928 г, и приняли за основу при разработке проекта для серийной постройки. Корабли этого типа — первенцы советского кораблестроения — активно участвовали в Великой Отечественной войне и, как отмечает автор, оказались довольно удачными с точки зрения ходкости и мореходных качеств. Кстати сказать, 20 вариантов одного корпуса—далеко не предел.

Тот же И. В. Гирс упоминает случай, когда при проектировании быстроходного корабля пришлось изготовить и «прогонять» в бассейне… свыше 100 моделей. Впрочем, бывают и случаи, когда при помощи модельных испытаний отрабатывают соотношения размерений и обводы судов, которые никак нельзя назвать быстроходными.

Так, в начале войны ленинградские ученые — исследователи по заказу командования фронта за два дня изготовили модель и за один день отработали обводы самоходного десантного бота-плашкоута: особая сложность задачи состояла в том, что надо было получить максимально возможную скорость при крайне ограниченной мощности (двигатель грузовика) и упрощенных обводах.

006

Откорректированный ‘теоретический чертеж послужил затем основой при срочной постройке в блокированном Ленинграде 118 тендеров, прославившихся на Дороге жизни и при наступлении наших войск (см. «КЯ» № 82). Вот коротенькая справка: только за одно предвоенное десятилетие в нашем опытовом бассейне были проведены буксировочные испытания 1600 моделей! Кроме того испытывалось около 80 самоходных моделей кораблей и около 750 моделей гребных винтов.

Приходилось также испытывать и модели не судна в целом, а отдельных его частей. Так, в конце 20-х годов проводилось изыскание наивыгоднейшей формы ограждения рубки для первых советских подводных лодок. Было испытано 17 вариантов; из них выбрали тот, который обеспечивал наименьшее сопротивление воды движению.

Рассмотрим теперь устройство типичного бассейна. Конструктивно — это здание с заполненным водой каналом и уложенными вдоль его стенок рельсовыми путями, по которым движется самоходная буксировочная тележка с аппаратурой.

Основные размеры бассейна выбираются так, чтобы полностью исключалось влияние ширины и глубины чаши на результаты измерений. Длина канала зависит в первую очередь от максимальной скорости испытываемых моделей и определяется как сумма участков, на которых происходят их разгон, движение с установившейся скоростью (как раз в это время и производятся измерения) и торможение.

Обычно длина канала для испытаний интересующих нас глиссирующих судов не превышает 180—200 м, однако бывают и каналы километровой длины и даже «бесконечные» — кольцевые каналы. Можно напомнить, что в таком кольцевом бассейне (что-то вроде водно — лыжной карусели), принадлежащем ВМФ Франции испытывалась модель самой большой яхты для одиночных трансокеанских плаваний — «Клуба Медитерраннэ» (см. «КЯ» № 66).

Чтобы снизить затраты на строительство, длину канала стараются делать минимальной. Для этого существуют два пути. Первый — применение аппаратуры, которая позволяла бы сократить время, необходимое для выполнения измерений, до 2,5— 3 с. Второй путь — сокращение времени разгона и торможения за счет увеличения ускорений, однако наиболее распространенные «обитаемые» буксировочные тележки не могут разгоняться и тормозиться с ускорениями более 0,2 g (2 м/с2), так как колеса их начинают проскальзывать, идут «юзом» и т. п.

007

Точность измерений определяется не только качеством аппаратуры, но и постоянством скорости движения тележки, а также отсутствием ее вибраций, что во многом зависит от качества рельсовых путей (достаточно, пожалуй, упомянуть, что отклонение их рабочей поверхности от горизонтали не должно превышать 0,10 мм!).

Корпус тележки представляет собой ферменную конструкцию, обтянутую плотной тканью для улучшения обтекания потоком встречного воздуха и защиты от него испытателей. Чаще всего при испытании моделей морских судов достаточна скорость движения тележки до 20— 30 км/ч. Естественно, при испытаниях крупных моделей особо быстроходных судов (и тем более — натурных корпусов глиссирующих мотолодок и катеров) скорости буксировки соответственно возрастают.

В комплекс аппаратуры обычно входят: прибор для точной фиксации скорости движения тележки, буксировочный динамометр, приборы для контроля посадки модели, кино- и фото-аппаратура и регистрирующие приборы, в качестве которых обыкновенно используются частотомеры, а при испытаниях на волнении — различного типа осциллографы.

Модель, закрепленная на динамометре, последовательно — проход за проходом — буксируется на скоростях, изменяющихся от самых малых до соответствующих максимально возможной (или несколько большей) скорости судна. (Скорости движения натурного судна Vн и модели Vм связаны зависимостью Vн = Vм \/ М     где М — знаменатель масштаба.)

В результате получают данные об изменении буксировочного сопротивления судна на различных скоростях, а также и при различных вариациях иных условий испытаний. Такие данные обычно приводятся в виде графиков. Для оценки мореходных качеств судна в бассейне создается искусственное волнение с заданными высотой и длиной волны (при соблюдении все того же масштаба).

Наибольшее распространение получили волнопродукторы с «качающейся» стенкой или профилированным телом, совершающим движения в  вертикальной плоскости, а также пневматические волнопродукторы. Так как каналы имеют ограниченную длину, то волна, идущая от волнопродуктора, за несколько минут доходит до противоположного конца бассейна и отражается от него, наложение же двух систем воли приводит к образованию «толчеи» — неправильного волнения.

008

Чтобы предотвратить образование отраженных воли, приходится в торце канала устанавливать волногаситель. Испытания моделей на волнении позволяют оценивать не только снижение скорости хода судна при движении на волне, по сравнению со скоростью на тихой воде, но и его «поведение»—размахи килевой и вертикальной качки, ударные перегрузки (особенно опасные для малых быстроходных судов), заливаемость палубы, характер брызгообразования и т. п.

Нередко работникам бассейнов приходится выполнять различные исследования по конкретным заявкам моряков с целью улучшения мореходных качеств кораблей. Вот пример из истории петербургского бассейна. Во время ходовых испытаний линкоров типа «Андрей Первозванный» обнаружилось, что на полном ходу даже при небольшом волнении (3 балла) под форштевнем поднимается такой мощный бурун, что брызги мешают действию носовых орудий.

На моделях были отработаны необходимые изменения форм носовой части, соответствующие работы выполнили на кораблях — брызгообразование существенно уменьшилось. Теперь несколько слов о моделях, длина которых может доходить до 8—10 м.  Важнейшее условие модельных испытаний — высокая точность соответствия модели теоретическому чертежу судна.

Современная модельная мастерская — это, по сути дела, большой и светлый цех, оснащенный сложнейшим оборудованием, в частности, копировально — фрезерными станками с программным управлением. Когда-то модели отливали из парафина; сейчас применяют различные легкообрабатываемые синтетические материалы.

Понятно, что когда опытовому бассейну поручают замерить сопротивление выпускаемой серийно 4,7-метровой мотолодки «Прогресс» или серийного подвесного мотора «Вихрь-М», модель делать незачем: буксируют саму лодку или сам мотор. А вот когда потребуется, скажем, проверить на том же «Прогрессе» эффект изменения килеватости днища или ширины на транце, будет гораздо удобнее иметь дело с пенопластовыми масштабными моделями: не переделывать же каждый раз дюралевую клепаную лодку.

Остается добавить, что провести буксировочные испытания моделей или даже натурных судов можно и своими силами. О том как это сделать — не раз говорилось в сборнике, начиная с самого первого его выпуска (см. также № 58 и др.). Буксировать модель или лодку проще всего при помощи автомашины. Сопротивление удобнее всего измерять пружинным динамометром (типа ручных весов), угол дифферента — пузырьковым уровнем.

Естественно, при испытании непосредственно натурной лодки отпадает надобность в пересчете полученных результатов; эффективность исследуемых вариантов (установка реданов, транцевых плит, изменение посадки, нагрузки и т. д.) можно оценивать путем прямого сравнения сопротивлений. В тех случаях, когда нет возможности изготовить мощное буксировочное устройство, или речь идет об изменении размерений и обводов корпуса, приходится изготовлять и испытывать модели.  Следует иметь в виду, что ширина транца модели глиссирующего катера должна быть не менее 300 мм; исходя из этого и надо выбирать масштаб. Пересчет полученных результатов на натурный катер выполняется по правилам, изложенным, например, в «Справочнике по теории корабля», Л., 1960.

А. С. Павленко.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №83.

03.03.2015 Posted by | гидродинамика | , , , , , | Оставьте комментарий

Как «МОТЫЛЕК» стал крылатым.

001

В рамках правил открытого международного класса, давно известного (в «КиЯ» о нем сообщалось 37 лет назад – в № 27) и все более терявшего популярность, неожиданно стали происходить революционные события. «Moth» – самый маленький из взрослых швертботов.  Серийно тысячами выпускались и выпускаются самые разные его варианты; казалось бы, придумать что-то новое, не выходя за оговоренные правилами максимальные длину (всего лишь 3.35 м) и размеры рангоута бермудского кэта, уже невозможно!

И вот происходят события, способные не просто существенно повысить скорости участников гонок на «Мотыльках», но и, как предсказывают некоторые, оказать влияние на развитие мирового парусного спорта.

Многолетний опыт создания рекордных крылатых аппаратов, демонстрируемых на ежегодной «Неделе скоростей» в Уэймуте, подсказывал, что крылатые парусники должны быть очень легкими. А главное – возможно более простыми в управлении, что и представляло основную трудность.

Одно дело – аппарат, рассчитанный на прохождение одним галсом в идеальных условиях 500-метровой рекордной дистанции, и совсем другое, когда речь идет о паруснике, способном участвовать в реальных условиях гонки флота на классической «треугольной» трассе, т. е. на всех курсах относительно ветра.

Успехи последних лет дают возможность утверждать, что правильный путь нащупан, и, более того, оптимисты утверждают, что будущее парусного спорта – именно за крылатыми парусниками. Неслучайно, на недавнем чемпионате мира в классе крылатых «Moth» присутствовал президент ISAF и уже есть предложения сделать этот класс олимпийским.

Триумфальное шествие крыльев под парусом продолжается. Появились сообщения, что в Швейцарии парят на крыльях не только маленькие «Мотыльки», но и 55-футовики! А ведь еще совсем недавно американская телеведущая доктор Лаура называла тех, кто пытается ходить под парусами на крыльях, извращенцами…

Естественно, чудо родилось не само собой. Много лет яхтсмены экспериментировали, немало «Мотыльков» было поломано, пока не установили,  что площади паруса 8 м2 достаточно для подъема на крылья 30-килограммовой лодочки вместе с рулевым. В 1998 г. первый «Moth» на несущих плоскостях сразу же привлек внимание. Идея базировалась на примере «трехкрылого» катамарана «Хобби».

Экспериментаторы пристраивали V-образные крылья по бокам – к аутригерам аппарата, а кормовое Т-образное крыло использовали вместо руля. Время от времени такие конструкции показывали прекрасные результаты, но только в идеальных условиях. При испытаниях подготовленный таким образом «Moth» развил скорость 17 уз, но крыльевое устройство было крайне тяжелым и неуправляемым.

Австралиец Брет Бурвил немного усовершенствовал его и даже успешно выступил в нескольких гонках 2000 г., но к этому моменту подобные варианты оказались под запретом: правила класса не допускали «внешние стабилизирующие устройства», а «плавание на трех крыльях» можно считать превращением швертбота «Moth» в тримаран.

002

003

004

Упорный австралиец тут же начал экспериментировать со «сдвоенными» крыльями под днищем швертбота, соответствующими (в основном) сегодняшним конструкциям: лодка идет на крыльях, стойками которых служат шверт и руль.

Испытания именно такого варианта проводились в Сиднее с 1999 г. Честь первого успешного управляемого плавания на «Мотыльке», снабженном двумя крыльями длиной по 0.8 м, принадлежит Джону Иллету из Перта. Его заслуга в том, что он сделал крылатое судно способным подниматься из воды автоматически.

Для этого используется длинный стержень (А), который свисает с носа и буксируется рядом с лодкой. Он свя зан штангами и системой отклонения (В) с Т-образным крылом на конце шверта (С) – передвигает закрылок, подобный элеронам самолета. Когда судно идет в водоизмещающем режиме, датчик всплывает и отклоняет закрылок вниз, увеличивая подъемную силу для старта.

Эффект повышается, когда рулевой немного сдвигается на корму. По мере подъема судна из воды датчик автоматически отклоняется все дальше к носовой оконечности (В) и уменьшает угол атаки несущего крыла до тех пор, пока не возникнет установившееся движение под парусом. Закрылок на руле механизмами не обслуживается, им активно управляет сам яхтсмен.

При этом он поворачивает удлинитель румпеля (Е), который передает усилие на управляющую штангу на головке руля при помощи червячной передачи; она устанавливает угол атаки на кормовом крыле (F). Однако эта механика нужна только для точной настройки; при тестировании стартового процесса она не используется.

Проблема остойчивости решается тем, что гонщик закренивает лодку на наветренную сторону, как это делают виндсерфисты. В результате кренящему моменту приходится преодолевать работу восстанавливающего момента от веса корпуса, паруса и рулевого плюс работу от вертикальной составляющей подъемной силы подводного крыла, вынесенного от продольной оси судна на подветренную сторону.

(Конечно, эту картину разложения сил и моментов можно представить и по-другому!) Так же просто устраняется крен; вертикальная стойка, руль и горизонтальная составляющая подъемной силы работают против дрейфа. Теперь движение на крыльях стало самоуправляемым.

Австралиец Рохан Фил доказал, что с такой радикальной конструкцией можно проходить дистанцию настоящих гонок. Он купил крылья у Джона, интенсивно тренировался и вскоре праздновал первую победу: одну из гонок «Мотыльков» на чемпионате Франции 2003 г. выиграл с преимуществом в 10 минут.

В следующем году он выиграл титул чемпиона Франции уже с восемью победами в гонках. Он шел в бейдевинд на 20% быстрее, демонстрируя специфическую технику с креном на наветренную сторону («veal heel»), иногда со скоростью 17 уз, и заметно круче бескрылых конкурентов.

005

Через два месяца на чемпионате мира в датском Хорсенсе уже 23 яхтсмена стартовали на крыльях. При 5-узловом ветре лодки легко выходили на крыльевой режим, но, естественно, при более слабых ветрах «проваливались» и шли на днище. Победил англичанин Симон Пейн.

Особенности английских «Мотыльков» были «засекречены»; видимо, поэтому Пейн опередил австралийца. В первом же заезде GPS на лучшем английском «Мотыльке» показал 17.9 уз при 5-балльном ветре, а рекорд составил 27.9 уз. История недавно повторилась. На чемпионате мира «Moth-2006», проходившем в Хорсенсе, снова первым среди гонщиков на крылатых швертботах был тот же Симон Пейн, а вторым – Рохан.

Участвовал 31 яхтсмен из 9 стран. Статья подготовлена с использованием сообщений иностранных журналов

 («Yacht», «Bad Nyt» и др.) и материалов интернета.

Отзывы гонщиков.

Джон Иллет:  Это как наркотик! После шквала подбираю шкоты, и лодка уверенно поднимает над водой рулевого, который в три раза тяжелее ее. Летящяя над водой лодка всего на метр длиннее «Оптимиста» и на 5 кг легче его (с пленочными парусами площадью 8 м2). Он затмевает самые боевые парусные машины!

Поднявшийся над водой «Мотылек» достиг скорости 25 уз и показал, что наступает техническая революция в парусном спорте. При наборе скорости возникает опьяняющее чувство, известное только швертботистам! Аутригеры идут горизонтально. Острый нос с 30-сантиметровой углепластиковой трубкой прокладывает путь в воде. Журчание воды под плоской кормой усиливается с ростом скорости, до начала глиссирования.

Но все это только на стадии разгона. По мере ускорения сначала нарастают шум воды и сила брызг, бьющих в лицо и по корпусу, после чего вдруг наступает «зловещая» тишина – корпус поднимается из своей среды. Скорость растет скачками: GPS показывает 10, 12, 14 уз! Так проявляется взлет из воды и появляется страх – от скорости, точнее от опасности падения.

Похоже на спуск с горы на машине с отказавшими тормозами. Как приземляться? Как установить контроль над судном, не разбив его? Однако «Мотылек» не теряет равновесия, постепенно напряжение всего тела падает, появляется улыбка. Наслаждение! Чувство, от которого все дуреют.

Бурхард Стаабс (лучший немецкий рулевой этого класса): Четверть века я – энтузиаст класса «Moth». И этот энтузиазм все больше угасал, но теперь техника плавания на крыльях вновь разогрела его. Мой вес 86 кг, так что очень важно правильно отцентровать суденышко.

При старте сначала сдвигаемся к корме, потом постепенно передвигаемся к носу. Подбирая шкоты, разгоняем швертбот. Вымпельный ветер отходит к носу и, естественно, усиливается. Надо поймать момент его предельной скорости и начать уваливаться, опять набирая скорость.

Далее – все, как на буере или катамаране: чем больше скорость, тем больше возможность ее увеличить. Лодка может идти на крыльях в очень полный бакштаг с огромной скоростью, но… впереди поворот фордевинд, и надо суметь, не опускаясь корпусом до воды, сменить галс и снова набрать скорость. Пока такой трюк выполняют не более десятка яхтсменов в мире.

Достаточно сложным оказывается резкое торможение, обычно связанное с касанием воды подветренным аутригером при крене: яхтсмен может быть катапультирован, остается только спасать хрупкое суденышко и такелаж от разрушения!

Рохан Фил: Это не номер на канате. Суденышко идет стабильнее, чем ожидалось. Лодочка на первый взгляд кажется неуправляемой и просто страшной – с остроскулым корпусом, похожим на домашнюю туфлю из углепластика, но балансирование на узком, 20-сантиметровом шверте, похожее на цирковой номер на проволоке, оказывается достаточно стабильным.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №206.

31.07.2014 Posted by | гидродинамика | , , , , , , | Оставьте комментарий

Модернизация таллинского четвертьтонника.

четвертьтонн  00

Четвepтьтонники являются нaиболее paспpостpaненным и пepcпeктивным клaссом кpeйcepcко — гoнoчных яхт в нaшeй стpaне. B соpевновaниях paзличного paнгa обычно учacтвyeт несколько типов яхт этого клaссa: польскиe «Heфpит», «Koнpaд-24», «Koнpaд-25» и «Kaпeллa-2», a тaкжe чeтвepтьтонник, выпускаeмый Taллинской экспериментальной веpфью споpтивного сулостpоения. Taллинская яхтa отличается унивepcaльностью: онa в нaибольшей стeпeни может быть иcпользовaнa для paзвития мaссовoгo cпopтa, дaльных cпopтивных походов, тypизмa и отдыха трудящихся.Именно нa это нaцеливaeт Постановлениe ЦК КПCC и Cовета Mинистpов CCCP «0 дальнейшем подъеме мaссовости физической культypы и cпopтa». Что касается  чeтвepтьтонников пpоизводствa Польши они, облaдaя низким ypовнeм комфopтaбeльности, используются в основном для учaстия в гонкax, a для других целей мало пригодны. По ходовым качествам чeтвepтьтoнник TЭBCC, однако, зaмeтно уступает яхтaм зapyбежной пocтpoйки.

Яхт клуб НКИ 08 001

Гpyппa яхтсмeнов Николaeвскогоo Kopaблeстpоитeльного инcтитутa, пpoaнaлизиpовaв кaчeствa cepийныx яхт — четвepтьтонников TЭBCC, обpaтилaсь на  вepфь с pядом пpeдлoжeний, peaлизaция котоpых позволилa бы  пoвысить комфopтaбeльнocть и конкуpeнтнocпocобность суднa в гонкax. Hиколaeвскими яxтсмeнaми были пpовeдeны многочислeнныe paботы пo пepeоборудoвaнию ужe готовых чeтвepтьтонников — повышeнию гидродинамического кaчeства и облeчeнию кopпyca, пepeвoopужeнию яхты. Экcпepимeнты покaзaли, что конструктоpy A. B. Teтcмaну и paботaвшeму с ним  коллeктиву yдaлocь coздaть кopпyc с отличными обводами, в то жe вpeмя фaльшкиль, скег, руль, весовая нагрузка корпуса, парусное вооружение явно нуждаются в усовершенствовании.

четверть тонн  01

B опытовом 6acceйнe НКИ были проведены  буксировки модели четвертьтонника с вариациями различных параметров. Пpи этом кpeн измeнялся от 0 до 20°,  дpeйф — от 0 до 4о, водоизмещение – от  1600 до 2000кг;  испытывались шесть вариантов плавниковых фальшкилей и тpи вapиaнтa рулeй. Интеpвaл скоpостeй соотвeтствовaл диaпaзону 1,5 — 6 уз   для нaтypнoй яхты.

Aнaлиз pезyльтaтов буксировок показал, что  на лавировке наилучшие кaчeствa обecпeчивaются с фaльшкилем №3 – с поворотным триммером, а на попутных курсах оптимален фальшкиль №5, имеющий профиль NACA664 – 0. Однако сопоставление эксперимента с результатами яхты в гонках показало, что штраф по правилам обмера IOR, который получает яхта за триммер, уничтожает все преимущества фальшкиля №3. Поэтому предпочтение отдали фальшкилю №5, с котоpым были пpoвeдeны буксировки яхты пpи водоизмещении 1600 и 2000 кг. Пpи облeгчeнии яхты нa 400кг  буксировочнoe сопpотивлeниe ee снизилось нa 10 — 12%  нa мaлых скоpостях и до 16 %  —  нa скоpости около 5 уз.

четвертьтонн  02

Пocлe зaвepшeния модeльных экспериментов  нa тpex яхтax были устaновлeны фaльшкили N5, нa чeтыpex — N2 (c минимумом пepeдeлок), на двух — N6 и нa одной — N4. Ha пpaктикe peзультaты экспериментов полностью подтвepдились. Помимо улучшения ходовых кaчeств, зaмeнa фaльшкилeй позволилa избaвиться от сильной вибpaции пepa руля, вызванной сpывом потокa с зaднeй кpомки плaвникa cтapoй конструкции.

Для облeгчeния яхт былa пpoвeдeнa полнaя зaмeнa тяжелой внутpeннeй зaшивки (пepeбоpoк, шкaфчиков и т. д.) нa болee лeгкую. Bмeсто пepeбоpки, нe вocпpинимaющeй попepeчной нaгpузки, устaновили paмный шпaнгоут свapной конструкции из  лeгкого сплaвa. Чaстично пepeплaниpовaли общее paсположeниe. Убpaли шкафчики пo лeвому борту, нa их мeстe устaновили дополнительное  сидeньe. Tяжeлыe пaйолы зaмeнили нa фaнepныe и т. д. Bce эти мepoпpиятия позволили умeньшить мaccy cуднa нa 100 кг.

четвертьтонн  03

B то жe вpeмя, изготовив фaльшкиль из свинцa и знaчитeльно снизив зa счeт этoгo цeнтp тяжeсти яхты, удaлось умeньшить мaccy фaльшкиля до 500 — 550кг. Был снят скег и устaнoвлeн более  лeгкий подвесной руль. Теперь яхта порожнем вeсит лишь  нeмнoгим больше, чeм «Конрад – 24». Кстати, благодаря замене руля буксировочное сопротивление судна удалось снизить на 10%.

По нашему мнению, некоторые недостатки гидродинамики корпуса и его обмерных характеристики можно легко устранить на верфи. Например, на больших скоростях яхта несколько садится на корму и «тянет» транцем воду.  От этого можно избавиться, если перераспределить весовую нагрузку яхты или изменить обводы – приполнить ее кормовой подзор. Если же немного переработать обводы носовой и кормовой оконечностей, а также линию борта, можно существенно снизить гоночный балл яхты, не ухудшая ее ходовых качеств.

четвертьтонн 04

На двух судах с измененной подводной  частью  вместо оснастки с топовым стакселем было поставлено вооружение типа 7/8, при чем в качестве основного использован малый стаксель из штатного комплекта парусов, а грот – от яхты класса «Солинг». Площадь парусности осталась такой же, как и у серийной яхты, хотя  ее по правилам обмера IOR можно увеличить на несколько квадратных метров без ущерба для величины гоночного балла.

Оснастив яхту по – новому, гонщики получили возможность производить более тонкую настройку парусов применительно к ветру и курсу судна. Конечно, переделка вооружения – сложное мероприятие, поэтому не может быть  настойчиво рекомендовано экипажу, не имеющему достаточного опыта и возможности изготовить новую легкую и прочную мачту.

четвертьтонн  05

 Как показала практика, группа николаевских модернизированных четвертьтонников смогла достойно конкурировать с яхтами типа «Конрад – 24» и «25». Так четвертьтонник «Азов» (капитан В. Байнов) стал неоднократным призером гонок на Кубок Днепро – Бугского лимана, а яхты      «Аиста»  —  ( С. Шаповалов ) и «Аида»  — (М. Свириденко) заняли соответственно вторые и третьи места в гонках на Малый кубок Черного моря.

y_54be1a9a

Несмотря на то, что модельные испытания носили выборочный характер и не исчерпывали всех возможных вариантов улучшения гидродинамики комплекса фальшкиль – скег – руль, результаты можно признать довольно успешными и рекомендовать верфи произвести такие переделки на серийных яхтах, тем более, что первоначальный проект практически не модернизировался  уже более восьми лет.

Л. В. Забурдаев, Ю. Н. Пащенко.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №97.

21.01.2013 Posted by | гидродинамика, проектирование | Оставьте комментарий

Всегда ли хорош плавниковый киль яхты?

В наше время дизайнеры яхт все чаше используют результаты исследований, проводимых в гидродинамических лабораториях. Не отрицая положительных сторон этого, заметим, что в каждом конкретном случае необходима критическая оценка имеющихся результатов. Другими словами, объект проектирования —  яхта —  должен pacсматриваться в целом, в совокупности взаимосвязанных качеств и свойств. Одним из вопросов, возникающих при разработке проекта, является выбор типа киля и руля.

В последние годы предпочтение отдается плавниковым килям и отдельно от них размешенным рулям. Применение тaкoгo киля позволяет уменьшить смоченную поверхность корпуса и снизить сопротивление трения.

Если корпусу придать соответствующие обводы, судно можно будет перевести в режим глиссирования  серфинга на попутной волне в свежий ветер. Однако на некоторых яхтах повысить скорость не удается.

На волнении сопротивление плавникового киля может возрасти в несколько раз по сравнению с тихой водой. Возможно также явление аэрации киля и руля, при котором резко падают их гидродинамические характеристики.

Причины неудовлетворительного поведения яхт мoгут быть разными, но прежде вceгo их следует искать в неправильном применении результатов испытаний яхт в опытовом бассейне. Особенно, если нспытывался так называемый «голый коpпус» —  без киля и руля.

Хотя методы гидродинамики позволяют приближенно рассчитать сопротивление изолированных килей и рулей и даже учесть влияние корпуса на их характеристики, необходимо учесть и влияние выступающих частей на гидродинамику корпуса.

Сложным также является вопрос о положении киля по длине. Киль желательно располагать с учетом минимального влияния «гидродинамической тени», но это может противоречить требованиям устойчивости, умерения качки и особенно управляемости.

Управляемость судна определяют eгo поворотливость и устойчивость на курсе. Если при движении яхты на тихой воде эти качества являются противоположными, то на сильном попутном волнении устойчивость может быть достигнута только за счет достаточной поворотливости.

Последняя в свою очередь обеспечивается высокоэффективным рулевым комплексом, способным и предотвратить резкое приведение судна к ветру брочинг, возникающий при оголении руля. Эффективность комплекса зависит от места расположения, типа, формы и площади руля.

Ряд авторов считает критерием эффективности расстояние между центрами тяжести площадей геометрических фигур киля и руля (такая точка зрения высказывается, например, в известной российским читателям книгe К. Рейнке, Л. Лютьена и И. Муса «Постройка яхт».).

 

 

С этим можно было бы согласиться, если бы эффективность работы рулей различных типов не зависела от состояния поверхности моря —  существование такой зависимости не вызывает сомнений.

При анализе причин немореходного поведения современных яхт ряд авторов справедливо указывает на влияние поверхностных течений в волнах, к которым относят ветровые течения и орбитальные движения частиц в волнах [1, 3).

Эти течения иногда существенно изменяют скорость обтекания пера руля и угол атаки, а следовательно и действующие на руле гидродинамические силы.

Частицы воды приобретают орбитальное движение под воздействием ветра, причем частицы, расположенные на поверхности, совершают движение по максимальному радиусу, равному половине высоты волны.

Они же приобретают наибольшие скорости V0. По мере удаления от поверхности радиус траектории уменьшается, как и орбитальная скорость частиц (1). Например, на глубине  0,1H  орбитальная скорость частиц воды оказывается вдвое меньше, чем на поверхности.

На гребне волны вектор скорости совпадает с направлением бега воли. В районе подошвы он направлен в противоположную сторону. Скорость поверхностных течений зависит от высоты и длины волны и оказывается соизмеримой со скоростью движения яхты.

 

 

Влияние повepхностнoгo течения можно нaглядно представить, рассматривая движение яхты под углом к попутной волне (см. рис.). Предположим, что длина волны  /\ = 30 м;  высота H = 3 м. При таких размерах максимальная скорость поверхностного течения составляет  V0 = 4,2 уз.

Построим треугольники скоростей потока воды, обтекающего корпус яхты, в положении близ вершины волны и у ее подошвы.

Сложение векторов скоростей даст результат, объясняющий, почему яхты с плавниковым килем сильно зарыскивают на попутной волне и раскачиваются с борта на борт: угол атаки набегающего потока изменяется от  а — — 300  до  а — + 100,  и величина eгo скорости  от  3,8 уз  на вершине до 11 уз  близ подошвы (при скорости яхты V0 =  7 уз).

Изменение гидродинамических сил не происходит мгнoвeннo. Они достигают значений, присущих новому углу атаки, только через некоторое время, необходимое для установления постоянного потока. Этот интервал временн (гистерезис) тем больше, чем больше хорда крыла (в нашем случае — хорда плавника киля).

На «длинном» киле яхт традиционного типа моменты сил, вызывающих рыскание, растут гораздо медленнее, чем на узких плавниках современных яхт, и при движении яхты на коротких волнах часто успевают сменить свой знак прежде, чем резко изменится курс яхты.

Это одна из причин лучшей устойчивости на курсе яхт с «длинным килем».

Другой возможной причиной ухудшения управляемости на волнении, по нашему мнению, может явиться аэрация киля и руля. При нeкоторых углах атаки обтекание стороны разрежения плавников происходит с отрывом, образующаяся полость сообщается со свободной поверхностью.

Это может происходить, несмотря на экранирующее действие корпуса, при частичном оголении руля и плавника на волне. Возможен также просос воздуха в зону разрежения из волновой впадины. В этом случае эффективность рулевого комплекса резко падает, яхта становится неуправляемой.

В статье А. А. Оскольского, опубликованной в «КЯ», №1 за 1984 г., дана оценка управляемости ряда яхт с помощью предложенного в ней коэффициента рулевого комплекса и сделан вывод о том, что данный коэффициент для малых яхт должен быть выше, чем для больших.

Последнее по существу подтверждает влияние на управляемость соотношения размеров яхт и размеров волны в районе плавания. Это значит, что для достижения равноценной управляемости яхт различных размеров, эксплуатируемых в одинаковых условиях нужно стремиться к примерно одинаковому заглублению пера руля.

Поскольку на практике это требование не выполняется , то, как правило, меньшие по размерам яхты больше подвержены брочингу, чем крупные.

Совершенно очевидно, что у яхт традиционного типа руль, опирающийся на пятку в нижней точке фальшкиля, оказывается углубленным на полную осадку яхты в отличие от отдельно стоящего руля на яхте с плавниковым килем.

 

 

В этом вторая причина лучшей устойчивости на курсе «старых» яхт.Если следовать мнению о зависимости управляемости яхты от расстояния между центрами тяжести геометрических фигур плавника и руля, то для улучшения управляемости достаточно увеличить это расстояние.

В соответствии с этим у многих современных яхт руль навешен на транец. Однако на крутых попутных волнах такой руль иногда в значительной степени выходит из воды, в результате чего ухудшается его эффективность и уменьшается возможность противодействия рысканию яхты. Критерий, справедливый для случая движения яхты на спокойной воде, здесь оказывается неправильным.

Можно было бы упомянуть еще некоторые свойства, присущие яхтам с «длинным» или с плавниковым килями. У последних можно, например, отметить возможность достижения большей мaксимальной скорости и более высоких лавировочных качеств, технологичность постройки.

Нужно, по-видимому, критически относиться к наблюдаемой в настоящее время тенденции использования плавниковых килей на всех без исключения яхтах.

Часто приходится слышать безапелляционные высказывания о том, что плавниковый киль заведомо более предпочтителен. Однако это не так: при проектировании крейсерской яхты, особенно предназначенной для эксплуатации в тяжелых условиях, традиционный корпус с «длннным» килем представляется гораздо более выгодным.

Да и для гоночной яхты можно представить ситуации, когда потери скорости от брочинга превзойдут выигрыш, обеспечиваемый более совepшенной, с точки зрения гидромеханики «спокойной воды», формой корпуса с плавниковым килем по сравнению с традиционными обводами.

По нашему мнению, необходимо перейти от поиска универсального к обоснованному выбору оптимального типа киля с учетом назначения яхты и особенностей района ее эксплуатации.

Я. Фарберов, Г. Эпов.

Источник:  «Катера и яхты», №119.

Литература.

1. Тоnу Маrсhаi. Direclional slabilily. Praclical Воаl Owner, № 202. Oclober, 1983.

2. Рейнке К. Лютьен Л., Мусс И. Постройка яхт. Л, Судостроение, 1982.

3. Оскольский А.А. Эффективность рулевoгo комплекса. «Катера и яхты», 1984, № 1.

4. Перельмутр  А. С. Материалы для проектнрования обводов и выступаюшнх частей быстроходных катеров. Труды ЦАГИ. с. 554, 194

20.07.2012 Posted by | гидродинамика | Оставьте комментарий

Время новых идей в яхтинге.

Новый век в парусном спорте принес и новые рекорды. Уникальная кругосветная гонка — «The Race», стартовавшая в последний день прошлого века, закончилась триумфом. Длиннейшая из существующих дистанций была пройдена всего за 62 дня, что на 9 дней меньше предыдущего достижения. Заодно было утверждено превосходство паруса над моторным соперником на кругосветной дистанции — специально построенное судно «Cable & Wireless» преодолело ее в 1998 г. всего лишь за 74 дня. Повидимому, Бруно Пейрон, обладатель приза Жюля Верна, чувствовал наличие высокого технического и скоростного потенциала парусов, когда высказал идею проведения подобной гонки.

Если оценить технические возможности парусного судна сегодня, то такой потенциал действительно накоплен. Возник он благодаря новым материалам, доступным для создателей гоночных яхт, материалам, обладающим высокой прочностью, большим модулем упругости и минимальным весом. Если говорить о предельных скоростных возможностях парусных судов, то здесь превосходство многокорпусников обозначилось окончательно, хотя и традиционные однокорпусные яхты значительно прибавили в скорости. Тем не менее ниже речь будет идти только о катамаранах и тримаранах.

Приведем для сравнения такие данные: катамаран, который в дни нашей молодости (и с характерной для этого периода наивностью) мы строили для участия в Трансатлантической гонке одиночек 1976 г., весил 5.6 т при длине 13.2 м. Это был прообраз будущей серии «Centaurus». Теперь столько же весят 60футовые тримараны океанских гонок.

Несмотря на то, что в «The Race» были вложены рекордные спонсорские суммы, на которые построили целую флотилию новых парусных гоночных машин небывалых размеров,  принципиально  новых  идей, касающихся самой схемы судна, практически не появилось. Победителем «The Race» стал, по сути, просто увеличенный «Торнадо» тридцатилетней давности.

К революционным можно было причислить только одного потенциального участника — английский катамаран «Team Philips» (рис.1), с корпусами, рассчитанными на «прошивание» волн и с параллельным двухмачтовым парусным вооружением без стоячего такелажа. Однако при его проектировании были допущены ошибки, и уже в первом пробном выходе встреча с атлантической волной кончилось потерей 12метровой оконечности правого корпуса (рис. 2), а за пару недель до старта построенный с всенародным энтузиазмом (и крещеный королевой) катамаран развалился окончательно.

Возможен ли в ближайшие десятилетия дальнейший прогресс в области ходовых качеств яхт? Чтобы ответить на этот вопрос, нам не обойтись без некоторых технических подробностей. Представим, что у нас есть превосходный проект 30футового гоночного тримарана. Мысленно увеличим все его размеры в два раза в расчете получить «гоночную машину» для океанских гонок класса ORMA60.

Следовательно, длина, ширина и высота мачты увеличатся в 2 раза, площадь парусов и смоченной поверхности корпуса — в 4 раза, а вес и внутренний объем корпусов — в 8 раз. В результате силовые нагрузки на конструкцию также увеличатся в 8 раз (как и вес), а площади сечений конструкции — только в 4 раза. В итоге, сконструированный таким образом тримаран просто развалится. Чтобы этого не случилось, для увеличения размеров экстремального гоночного судна потребуются куда более прочные материалы.

Таким образом, как мы видим, увеличению размеров судна, дающему ходовые преимущества, есть чисто физический предел, не говоря о финансовом. Если учитывать все курсы и волновые режимы океанских гонок, то прочностные характеристики современных материалов уже практически исчерпаны при постройке 60футового корпуса.

Гиганты, построенные для «The Race», предельные скорости развивают только на попутных курсах, а в крутой бейдевинд с туго выбранными шкотами на одном подветренном корпусе при волне ходить им не рекомендуется — это становится опасным для общей прочности. Можно предположить, что с созданием «Club Med», «Geronimo» и «Playstation» «гонка размерений» на океанских дистанциях закончилась. Вряд ли в обозримом будущем появятся доступные высокопрочные материалы, позволяющие создавать еще более крупные многокорпусные суда.

Однако использование новых материалов — это отнюдь не единственная возможность увеличения скорости и, более того, даже не главная. Разберемся с парадоксом, сложившимся со скоростными парусниками. Построим график зависимости скорости многокорпусных судов от их длины (рис. 3). Общая закономерность — чем длиннее корпус, тем больше скорость. 30узловой рубеж преодолевают самые длинные суда (см. правую сторону графика). Но есть одно исключение — парусные доски (см. левую границу графика) — также развивают более 30 уз.

Что это — общая закономерность? Получается, наиболее распространенные К и Т (середина графика) по каким  то фундаментальным законам обречены на тихоходность? Вовсе нет. Секрет виндсерфера заключается в особом режиме движения: комбинации глиссирующего корпуса с планирующим парусом. Свой секрет есть и у судов средних размерений — это подводные крылья.

Оптимальная скорость для них — 30 — 40 уз. При более высокой скорости уже начинается кавитация — образование вакуумных пузырей, создающих дополнительное сопротивление и разрушающих само крыло. По гидродинамической эффективности подводные крылья значительно превосходят глиссирующие корпуса, которые сегодня используются на большинстве быстроходных судов, в том числе на парусных. Сопротивление крыла в 34 раза меньше. Объединение двух крыльев — подводного и надводного (паруса) — еще более эффективно, поскольку тянущая способность современного крыловидного паруса увеличивается пропорционально росту скорости.

Однако использование этого эффективного тандема осложняют две основные проблемы — необходимость сохранения остойчивости судна при ветрах разной силы и направления, а также мореходности на волнении. Если судно рассчитано на массового яхтсмена, то важно, чтобы оно было также удобным в эксплуатации.

Способы решения этих проблем различные, но можно выделить четыре основных:

1. Остойчивость судна обеспечивается ручной регулировкой углов атаки всех крыльев и дополнительно за счет частичного пересечения носовыми крыльями водной поверхности. Наиболее эффектной и широко известной из крылатых яхт подобной схемы  является  французский  тримаран «l`Hydroptere» (рис. 4), который уже прошел многолетние испытания и неоднократно перестраивался после многочисленных поломок.

Главные  подводные  крылья «l`Hydroptere» размещены наклонно на поплавках по обеим сторонам главного корпуса, а третье (горизонтальное) крыло закреплено на нижнем конце руля на корме. Кроме того, эта 7тонная лодка дополнительно принимает на борт до 2 т водяного балласта. Судно, по заявлениям конструкторов, способно достигать максимальной скорости в 45 уз. Последние новости о нем таковы — яхта находится в Саутгемптоне и готовится к рекордному переходу через ЛаМанш.

Капитан «l`Hydroptere» рассчитывает достичь французского берега за 4 часа. Далее запланирован переход через Средиземное море, а потом — бросок через Атлантику на дистанции Кадис—Сан — Сальвадор. Экипаж и конструкторы рассчитывают показать среднюю скорость 3035 уз при удачных погодных условиях, однако признают, что превзойти достижения «Playstation» и «Club Med» будет нелегко, ибо размерения судна все же недостаточны для океанской волны (длина — 18 м; ширина — 24 м, высота мачты — 27 м).

2. Несколько отличающаяся крыльевая схема использована на двухместной прогулочной крылатой яхточке “Rave” (длина — 5.2 м, водоизмещение — 182 кг), которая строится серийно и уже завоевала определенное признание «массового яхтсмена». Размещение подводных крыльев на ней такое же, как и на «l`Hydroptere», только горизонтальными являются уже все крылья, а их положение регулируется специальными сенсорами в виде рычагов, отслеживающих состояние водной поверхности. Год назад было объявлено о постройке серии крупных океанских судов по этой схеме, но о дальнейшей судьбе этого проекта информация не поступала.

Обе эти схемы нацелены в первую очередь на установление рекордов скорости на самых разных дистанциях. Однако, если в качестве основной задачи будет поставлена победа на гонках, то подход к совершенствованию крыльевой системы парусного судна должен быть иным.

3. На тримаранах чемпионата ORMA60 стремительно развивается другая разновидность крылатых несущих поверхностей — сперва это были дополнительные наклонные шверты на поплавках (рис. 5), потом открыли эффект от их продольной кривизны, который в настоящее время усиленно исследуется. Вокруг этих соревнований крутятся большие рекламные деньги, соперничество нарастает, а технический прогресс идет в основном методом проб и ошибок. Сам же эффект «искривленных крыльев» был открыт в Риге более 20 лет назад.

Именно благодаря ему мировой рекорд скорости под парусами на закрытой акватории был превзойден с минимальными ресурсами и затратами. К сожалению, а может быть, к счастью, наблюдателя из Англии тогда пригласить не удалось, и наши дальнейшие усилия по работе с крылатыми конструкциями мы направили на создание гоночных, а не рекордных судов, интересных и для «массового яхтсмена».

4. К последнему типу крылатых многокорпусных судов можно отнести тримаран «Catri» с основными несущими крыльями на корме, описанный в «КиЯ» № 175 (рис. 6). В его конструкции учтен очень существенный момент (о нем уже говорилось выше) — крылатая яхта, рассчитанная на плавание при волне, должна «увидеть» набегающую волну как можно дальше впереди крыльев, чтобы среагировать соответствующим образом. Самый большой и принципиальный недостаток конструкций типа «l`Hydroptere» и «Rave» (с основными несущими поверхностями, расположенными в первой трети судна) заключается именно в том, что их крылья не могут своевременно реагировать на подступающую волну.

На «Catri» своеобразным «сенсором», оценивающем состояние водной поверхности, служит нос подветренного поплавка. При этом расстояние до крыльев равно полной длине корпуса, что обусловливает исключительную эффективность работы подобной схемы на волне. Испытания подтвердили наши теоретические предположения, и теперь приходят восторженные отзывы первых обладателей «Catri».

В свободную продажу первыми поступили «Catri 24»  и «27»  в двух модификациях, которые собирают на трех верфях в Латвии, США и Бразилии. Их основные данные приведены в таблице — можно заметить, что при равной вместимости яхты типа «Catri» меньше и легче своих конкурентов.

Особый интерес для яхтсменов представляет «Catri 24» — это и предельная гоночная машина, и одновременно семейный крейсер для прибрежного плавания, простой в эксплуатации и с конкурентоспособной ценой. Более того, он должен сыграть роль масштабной модели для проектирования будущих океанских “фойлеров”, что позволит окончательно ликвидировать “впадину” в середине графика на рис.3.

Алдис Эглайс, Г. Рига, Латвия.

Фото из журнала «Multihulls» и  Жиля Мартин – Раге.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №182.

08.02.2012 Posted by | Многокорпусники., гидродинамика | , , , , , , , , , | 1 комментарий

Руль – новая проблема парусной яхты.

Несмотря на то что «Дилeммa» ­ —  первая яхта с отделенным от киля рулем была спроектирована знаменитым американским конструктором Натаниэлем Херрешофом еще в 1891 г., руль вплоть до 6O­x годов прочно занимал на яхтах свое привычное место на килe. Попыткам некоторых конструкторов­ повторнть опыт Херрешофа aвтоpитeты яхтенного мира противопоста­вляли мнoгo веских возражений, укa­зывая на то, что яхта с коротким килeм будет неустойчива на курсе, что руль будет работать в возмущенном (за килем) потоке и судно будет пло­хо управляться. И действительно, ях­ты с тpaдиционным профилем киля большой площади были очень устойчивы на курсе. А так как руль при длинной килевой линией размещался далеко в корму от середины яхты, то он давал большой  вращающий момент для поворота.

Со  вpeмeнeм, однако, во взглядах на проектирование яхт происхо­дили незаметные, но существенные изменения. Меньше становилось водоизмещение яхты благодаря более рациональной конструкции и применению новых легких и прочных мaтe­риалов, уменьшались вес балластного фальшкиля и парусность, сам киль все больше приближался по форме к правильному гидродинамнческому профилю.

Все это позволило обеспе­чить хорошие лавировочные качества при меньшей площади киля. Конструкторы начали постепенно укорачивать киль, обрезая eгo с носа н кормы при неизменном расположении основной площади eгo в средней части  по длине яхты (что продиктовано необходимостью центровки парусности и бокового сопротивления корпуса).

Руль, по­ — старо­м  закрепленный на кормовой кромке киля, сдвигаясь в нос, уже не мoг эффективно выполнять свою роль, так как плечо (расстояние до миделя) стало меньшим и соответственно уменьшился вращающий момент. Особенно тяжело стало справляться с яхтой при форсировании парусами и на большой волне. Поэтому руль решительно отделили от киля и снова перенесли в корму, не предполагая, что это вызовет новые и не менее сложные проблемы.

С ними пришлось столкнуться прежде вceгo экипажам крейсерских яхт, выжимающим мaксиму­м скорости, все, на что способны паруса. И вот при свежем ветре, кoгда яхты, идя в крутой бакштаг, несут спинакеры, некоторые новомодныe суда с отдельно подвешенным руле­м стали совершенно неожиданно терять уп­равляемость и резко бросаться к вeтру, несмотря на то, что руль поло­жен до упора под ветер. И это сопровождалось чрезмерным кpeнo­м, перенапряжением такелажа, и в итоге ­ — потерей спинакера.

Удалось установить, что причиной таких странных случ­ев поведения яхт является прорыв воздуха с поверхности воды к области разрежения за рулем, так как верхняя кромка устaнoвлeннoгo в корме руля окa­зывается вблизи ватерлинии. Нередко вся сторона разрежения оказывалась в открытой сверху воздушной полости (каверне), вследствие чего подъемная (в даином случае ­ — пово­рачивающая судно) сила на руле резко падала.

Явление назвали поверхностной кавитацией, или вентиляцией руля, а конструкторы стали  спешно разраба­тывать меры по eгo предотвращению. Наиболее простым выходом было увеличенне площади руля, но дополнительная поверхность увеличила сопротивление воды в слабый ветер. Поэтому в некоторых проектах, например, в проектах яхт. предназначенных для транстихоокеанской гонки, которая проходит преи­мущественно при попутных ветрах, пошли на устройство дополнительных убирающихся рулей, нспользуемых лишь на бакштаге и в свежий ветер.

Уннверсалыным стало дpyгoe решение: навешивать отдельный от киля руль на небольшой кормовой плавник ­-  скег. Такой скег повышает устойчивость яхты на курсе, так как представляет дополнительное сопротивление при повороте, уменьшает силу сопротивления воды, возникающую при обтекании руля, а глaвнoe ­ — так направляет поток воды на руль, что вентиляции руля практически исключается.

Более тoгo, при испыта­ниях в опытовых бассейнах оказа­лось, что в некоторых случаях cкeг даже выгодно выполнить с увеличенньм объемом. Тогда он так влияет на распределение давления воды у корпуса яхты, что удается «погасить» кормовую волну, на которую pacxo­дуется значительная часть энергии парусов. Такой развитый скег виден, например, на яхте «Дуна» американcкoгo конструктора Стефенса.

В других случаях (на менее полных судах) оказалось выгодным нa­оборот сделать тонкий cкeг, убирающийся на лавировке в специальный колодец в корпусе, подобно «втыкаю­щемуся» шверту на малых парусных лодках. Такое устройство предусмотрено и на одной из самых быстроходных яхт мира «Ондин», описанной в предыдущем номере. В свежий ветер опушенный скег придает судну хорошую устойчивость на курсе и препятствует вентиляции руля, в слбый ­- cкeг полностью убирается внутрь корпуса, чтобы увеличить скорость яхты.

И наконец, еще более сложная конструкция, ­ шарнирный руль, раз­вивающий большую подъемную силу на единицу площади, чем обычный. Состоит он из трех частей ­ среднeгo неподвижного cкeгa и двух кинематически связанных поворотных лопастей. При повороте основной кормовой лопасти носовая поворачивается в ту же сторону, но на вдвое меньший угол.

Получается профиль выпукло­ — вогнутого сечения, подобный крылу самолета с приведенными в действие элероном и предкрылком.  На таком профиле создается максимальная подъемная сила, причем давление распределяется по рулю равномерно, без образования обычного пика разрежения, приводящего к вентиляции. Более тoгo, распределив co­ответствующим образом активную площадь между носовой и кормовой лопастями, можно существенно снизить усилия на румпеле. Первые яхты с шарнирными рулями, испытанные в прошлом году, показали отличную управляемость при любом курсе.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №25.

25.11.2011 Posted by | гидродинамика, проектирование, теория | , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Яхтенные рули высокой эффективности.

Руль на современной яхте безоговорочно переместился со своего привычногo  места у задней кpомки фальшкиля под кормовой подзор. Теперь при определении его формы и размеров имеется возможность в большей мере руководствоваться требованиями гидродинамики, нежели так называемыми конструктивными соображениями, к которым обычно прибегают, когда другого выхода не остается.  В этой связи представляет интерес обоснование  рационального подхода к проектированию рулей, пpивoдимое  английским исследователем А. Милуордом, которое  в кратком изложении публикуется ниже.

Относительное удлинение и конфигурация руля.

Перекладывая pyль, мы увеличиваем поперечную силу, возникающую в результате обтекания eгo косым потоком воды. Вместе с  тем растет и величина лобового  coпротивления  (физическая картина здесь та же, что и при движении крыла). Эффективность действия руля  повысится, если поперечная сила, необходимая для поворота или удержания яхты на курсе, будет получена на меньших  углах перекладки, кoгдa  сопротивление растет сравнительно медленно.

Обратимся к рис.1.  Кривые на нем показывают величину поперечной силы, полученную на рулях прямоугольной формы и одинаковой площади, но с различным  относительным  удлинением, которое для руля  прямоугольной формы определяется отношением длины пера к ширине, а для сложных форм   отношением  квадрата длины к площади.

 Как видно, например, при перекладке на 100  поперечная сила руля с удлинением  3  более чем на 30% выше, чем у равностopoннeгo (удлинение — единица).   Сопротивление же первого руля в этих условиях получается даже меньше, чем у втopoгo (рис. 2). С дальнейшим увеличением относительногo удлинения руля выигрыш с гидpoдинамической точки зрения становится все менее ощутимым. Очень длинный  и узкий руль, кроме тoгo,  работает  эффективно лишь при небольших  yглах  перекладки (это также видно по характеру кривых на графике).

На практике целесообразно  использовать рули, длина которых примерно в        2 — 2,5 раза превышает  ширину. Такое соотношение размеров  позволяет сделать руль достаточно прочным; к тому же, меньше шансов поломать eгo при плавании на мелководье, чем длинный руль  большего  удлинения.

Величины поперечной силы, показанные на рис. 1, определялись в редположении, что руль установлен вплотную к корпусу яхты. В действительности между ними оставляется  зазор, величина котopoгo оказывает  заметное влияние на эффективность работы руля. Так, зазор исего в 5 мм  может снизить поперечную силу  руля  на 10% и увеличить его сопротивление на 4%.

При выбранном относительном удлинении немаловажное значение имеет конфигурация пера руля.  Его боковая проекция может иметь форму  от прямоугольной  до треугольной.  Испытания, проведенные в бассейне, показали, однако, что наименьшее  сопротивление будет иметь трапециевидный руль, у которого верхняя сторона примерно в три раза больше  нижней. Более наглядно эта зависимость показана на рис. 3

Следует ли закруглять нижнюю кромку руля? Ответ на этот вопрос также был получен в результате серии испытаний. Против ожиданий они показали, что наилучшее качество имеет все же руль с совершенно прямым срезом. Его эффективность, по сравнению с рулем, имеющим скругленные концы, была эквивалентна  приросту относительного удлинения примерно на 0,04. Любые другие  формы нижней кромки  руля оказались неэффективными (рис. 4).

Выяснилось также, что руль со значительным нaклоном  к корме, эффектно выглядящий на чертеже, в действительности имеет большее сопротивление, чем вертикальный. Наклон определялся  углом, образованным линией, проходящей на расстоянии 1/4 длины хорды от передней кромки, и вертикалью. Оптимальный вариант соответствовал  небольшому  (50) наклону руля к корме (рис. 5).

Профиль поперечного сечения.

Заслуживают внимания в основном два вида поперечных сечений рулей:  нормальный  профиль (серии NACA — OO)  с максимальной толщиной приблизительно на трети расстояния от передней кромки крыла и ламиниризованный  профиль, или профиль  малого сопротивления (серии NACA — 66), у котopoгo наибольшая ширина  находится на середине между передней и задней кромками.  Характеристики ламиниризованного профиля рассчитываются на получение низкого сопротивления при незначительной поперечной силе.

С увелнчением угла перекладкн более 30 рули тaкoгo сечения утрачивают свое преимущество, как это можно видеть на рис. 6. На практике,  когда поверхность руля испещрена царапинами или имеет неровности,  ламиниризованный  профиль работает хуже нормального при любом угле перекладки. Поперечная сила на руле с нормальным профилем  всегда равна или больше, особенно при больших углах перекладки, чем при профиле малого сопротивления (рис. 7).

Исследование влияния относительной  толщины нормального профиля  (отношения  наибольшей  толщины  к  хорде) на эффективность работы руля показало,  что хотя самый тонкий  из рассмотренных рулей (6%) имеет наименьшее сопротивление при нулевой поперечной силе, т. е. до переклaдки,  гидродинамическое eгo качество в реальных условиях значительно  хуже, чем у рулей с 9 — и 12 – процентным  профилями (рис. 8).

Самый  толстый 12 — процентный профиль  имел  нeмногo  большее сопротивление  чем  9 — процентный, на  углах  перекладки  до 7о.  Однако срыв потока на стоpоне  разрежения, приводящий  к  резкому  падению поперечной  силы  и  poсту  сопротивления,  у  нeгo начинался  при перекладке на  16О, в то время  как у 9 — процентного он наступал при  13°, а у 6 — процентного  — при  9°.

Балансировка руля.

У большинства профилей центр приложения сил расположен на 1/4 хорды от передней  кромки. Если баллер  прохoдит  через  эту точку, то для  перекладки руля и удержания eго на месте не потребуется никакого усилия. Однако в этом случае рулевой плохо чувствует руль. Если сместить ось руля ближе  к  кормовой кромке, то при любом eгo  отклонении возникает сила, которая  будет стремиться вырвать румпель  из рук рулевого. Очевидно, баллер  должен проходить в нос от линии, проходящей на 1/4 хорды от передней  кромки.  Тогда руль при любой перекладке будет стремиться вернуться в исходное положение.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №25.

06.10.2011 Posted by | гидродинамика, проектирование | , , , , , , , , , | 4 комментария

profiinvestor.com

Инвестиции и заработок в интернет

SunKissed

мое вдохновение

The WordPress.com Blog

The latest news on WordPress.com and the WordPress community.

Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками - яхту своей мечты...

Twenty Fourteen

A beautiful magazine theme