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

Управляющий гидропривод на малом судне.

05-S - 00

В настоящее время при разработке самых различных машин конструкторы все шире используют гидравлические передачи — гидроприводы. Они применяются как для дистанционного управления двигателем или трансмиссией, так и для непосредственного управления машиной, как для привода вспомогательных агрегатов, так и для привода основных движителей и рабочих органов. В гидросистеме современного авиалайнера, например, можно насчитать более сотни гидродвигателей, а потребляемая ими общая мощность превышает 1000 л. с. Широко используется гидропривод на землеройных машинах, тракторах. Гидравлические тормоза, приводы сцепления, усилители руля — эти устройства хорошо знакомы водителям легковых и грузовых автомобилей.

Существующие гидравлические системы условно можно разделить на силовые и управляющие. Силовые гидроприводы, рассчитанные на передачу от ведущего элемента к ведомому большой мощности (например, передачу мощности от главного двигателя на гребной вал), на малых прогулочно -туристских судах встречаются крайне редко. А вот интерес к гидроприводам управления с каждым годом растет. Чем же привлекателен гидропривод? Прежде всего — универсальностью: можно передавать как вращательное, так и поступательное движение. Насос может иметь как механический, так и ручной привод.

Соединяется с исполнительным механизмом он не капризными и сложными в обслуживании механическими тягами, а гибкими шлангами, что значительно упрощает компоновку системы и ее монтаж на судне. На подвижные узлы исполнительного механизма можно передавать любую необходимую мощность без излишнего усложнения конструкции) в этом смысле гидропривод значительно проще, чем системы, в которых используются боуденовские тросы с гибкой оболочкой и различные карданные шарниры. Современный управляющий гидропривод обладает высокой надежностью, быстродействием, малой массой (масса гидродвигателя составляет 10—15% массы электродвигателя равной мощности).

В зарубежном мелком судостроении гидроприводы используются для дистанционного управления двигателем и реверс — редуктором, рулем, транцевыми плитами, дифферентом колонки, углом атаки подводных крыльев, заглублением подвесного мотора. При помощи гидравлики регулируют натяжение стоячего такелажа на некоторых крейсерско — гоночных яхтах. Как можно заметить, во всех этих случаях речь идет о передаче не вращательного движения, а прямолинейного, т, е. вперед -назад.

Соответственно применяются при этом не гидродинамические передачи (с использованием гидравлической турбины — гидромотора), а гидростатические; механическая энергия потока преобразуется в них в механическую энергию ведомого звена при помощи поршня, движущегося прямолинейно в цилиндре.

Любой гидропривод состоит из насоса, подводящих жидкость трубопроводов и двигателя — гидроцилиндра, причем в качестве насоса и двигателя можно применять одни и те же поршневые механизмы. Так, для управления дроссельной заслонкой двигателя или редуктором чаще всего используются два совершенно одинаковых гидроцилиндра.

005

Рассмотрим одну из таких систем (рис. 1), применяемую для управления реверсом на крупных катерах. Первый — задающий — гидроцилиндр 3 расположен на пульте управления катером; он служит насосом. Исполнительный гидроцилиндр 6 является двигателем. При заполнении системы маслом запорные краны 2 открываются и масло из заправочного бачка 1, расположенного выше остальных элементов гидросхемы, самотеком поступает в обе полости обоих гидроцилиндров. Воздух при этом выпускают через клапаны 4, имеющиеся в верхней части каждого гидроцилиндра. (Подчеркнем, что отношение диаметра цилиндра к диаметру штока у обоих цилиндров должно быть строго одинаковым, так же как и объемы соответствующих полостей.)

Движение рычага управления на пульте вызывает перемещение поршня в задающем гидроцилиндре. Связанное с этим повышение давления в одной из ветвей трубопроводов перемещает в ту же сторону поршень исполнительного гидроцилиндра, приводя в действие механически связанный с ним рычаг переключения реверса.

Рассмотренная схема обладает обратной связью: поскольку к исполнительному механизму будет приложено усилие, такое же усилие на рычаге управления будет чувствовать рулевой (так же, как и момент срабатывания фиксатора в реверсе). Во многих случаях, например, для управления транцевыми плитами или дроссельной заслонкой, подобные схемы оказываются абсолютно неприемлемыми.

Ведь необходимо не только повернуть ведомый элемент (например, транцевую плиту) на определенный угол, но и зафиксировать его в этом новом рабочем положении. Для фиксации ведомого элемента можно применить различные механические фрикционные сточ пора, однако наиболее целесообразным решением, особенно если необходимо воспринимать значительные нагрузки, будет установка запорного крана в одном из соединительных трубопроводов.

Удобны в эксплуатации, но и более сложны, схемы с гидравлическим замком (рис. 2). В корпусе 1 размещены два обратных шариковых (или, чаще, конусных) клапана, между которыми помещен плавающий поршенек 3. При перемещении поршня задающего цилиндра масло подается, например, через отверстие 4 в правую полость замка; в результате поршенек переместится налево и откроет левый клапан 2, соединив левые полости обоих гидроцилиндров.

Далее, по мере повышения давления в той же правой полости замка, откроется правый клапан 5, и давление будет передаваться на поршень исполнительного цилиндра, вызывать его рабочий ход. Как только мы уберем нагрузку, оба обратных клапана замка автоматически под действием пружин закроются, надежно отсекая обе полости исполнительного цилиндра и фиксируя этим его поршень в заданном положении.

007

У этой схемы есть и минусы. Чтобы обеспечить срабатывание обратных клапанов, надо прикладывать некоторое дополнительное усилие. С течением времени в полости цилиндров со стороны штоков попадает воздух, связь становится «мягкой» — ручка управления пружинит, нарушается четкость фиксации. Кроме того, из-за неизбежных утечек масла рано или поздно нарушается точное соответствие положения поршней обоих цилиндров; в результате уменьшается ход исполнительного гидроцилиндра.

Уменьшить вероятность попадания воздуха можно, установив дополнительный обратный клапан (5 на рис. 1), отрегулированный на минимальный перепад давления. Большое значение имеет качество работы. При особо тщательном изготовлении деталей и монтаже необходимость в удалении воздуха и регулировке может возникнуть только через 30—50 ч работы гидросхемы; для управления реверсом, например, это соответствует десяткам тысяч включений.

В таких схемах, как управление воздушной заслонкой или приводом сцепления, достаточно иметь одностороннюю нагрузку на поршни, а возврат их в исходное положение осуществлять под действием пружин. Примером может служить привод сцепления легковых автомобилей. Поскольку жидкость при работе находится под давлением, попадание воздуха в систему практически исключено; при возвращении поршней в исходное положение происходит автоматическая дозаправка маслом. Подобные схемы практически не нуждаются в обслуживании.

Для натяжения стоячего такелажа на яхте (рис. 3) также может быть применена односторонняя схема. В этом случае, добавив клапаны 2 и 3 к задающему гидроцилиндру 1, получают простейший ручной насос, обслуживающий несколько силовых цилиндров 6. Манометр 5, установленный после двухходового крана 4, позволяет контролировать нагрузки на такелаж не только в момент регулировки натяжения, но и в процессе эксплуатации.

Схему с ручным гидронасосом можно использовать для подъема значительных тяжестей, например, для регулировки заглубления мощного подвесного мотора или наклона угловой поворотно — откидной колонки. Отличие механизма для подъема и регулировки положения колонки состоит в том, что он должен удерживать колонку с постоянным (хотя и относительно небольшим) усилием. Это необходимо для того, чтобы при резком уменьшении числа оборотов поток воды не мог отбросить ее от транца на переднем ходу и в нейтральном положении, чтобы амортизировать удар колонки по транцу после откидывания и жестко фиксировать колонку при включении заднего хода.

Наиболее полно удовлетворяет всем этим требованиям схема, включающая два цилиндра (рис. 4 и 5). Цилиндр 1, имеющий большой диаметр и малый ход, предназначен для регулировки на ходу угла наклона оси гребного винта колонки с целью получения оптимального дифферента и максимальной скорости. Цилиндр 2, имеющий малый диаметр и большой ход, обеспечивает подъем колонки.

В реальных конструкциях чаще применяется схема с двумя одинаковыми цилиндрами подъема, расположенными с обеих сторон колонки. При обычной эксплуатации катера кран 6 установлен в положение II. Колонка удерживается от откидывания за счет повышения давления в правой полости цилиндра 2. При наезде на препятствие давление в этой правой полости резко повышается, в результате срабатывает предохранительный клапан 3 и масло из правой полости перетекает в левую (давление открытия клапана регулируется натяжением пружины).

 

0071

После прохождения препятствия под действием веса и упора работающего винта колонка возвращается в первоначальное положение; при этом масло попадает в правую полость цилиндра через обратный клапан 4. Следует отметить, что откидывание колонки происходит за очень короткий промежуток времени, поэтому проходное сечениё клапана 3, крана 5 и соединяющих трубопроводов должно быть достаточно большим, чтобы исключить чрезмерное повышение давления в гидроцилиндре 2.

При включении заднего хода тяга механизма реверса перекрывает кран 5 (положение II), благодаря чему исключается возможность откидывания колонки. Как подъем колонки, так и регулировка ее угла наклона производится ручным насосом 8, который при помощи кранов 6 и 7 подключен к соответствующим исполнительным гидроцилиндрам.

Основу всех рассмотренных схем составляет гидроцилиндр. Представление об устройстве исполнительного гидроцилиндра одностороннего действия дает рис. 6. Для уплотнения подвижных соединений наибольшее распространение получили резиновые кольца круглого сечения, что позволяет существенно упростить всю конструкцию цилиндра. Долговечность его достигается изготовлением штока и цилиндра из качественной стали с последующим хромированием или из нержавеющей стали; иногда применяют латунь либо (наихудший вариант) анодированный дюралюминий.

Поршень и направляющие втулки изготовляют из более мягких металлов — бронзы, силумина, алюминиевого сплава АМг. Наиболее распространенная посадка в соединениях Н9/f9 (Аз/Хз), чистота обработки  Rа = 0,32—0,63 (для деталей из цветных сплавов Ra = 1,25—0,63). Глубину канавки делают на 7—12% меньше диаметра сечения уплотняющего кольца, ширину — на 25—30% больше.

В тракторостроении применяют унифицированные гидроцилиндры ЦС с ходом поршня до 200 мм и диаметрами 36, 55, 75 мм и более. Максимальное давление жидкости в гидроцилиндрах обычно в пределах 100—150 кгс/см2; рабочее, обеспечивающее достаточно высокие КПД и ресурс, 50—75 кгс/см2.

Естественно, наиболее удобны системы управления, в которых вместо ручного насоса применены насосы с механическим приводом от главного двигателя или электродвигателя. Наиболее распространенным вариантом является шестеренный насос (рис. 7,а). Номинальное число оборотов такого насоса должно обеспечивать окружную скорость шестерен, равную 5—6 м/с. КПД насоса зависит от утечки жидкости через осевые и торцевые зазоры.

 

При снижении числа оборотов насоса теоретический расход жидкости уменьшается, в то время как утечки остаются постоянными. При значительном уменьшении частоты вращения теоретический расход и утечки могут сравняться, действительный расход будет отсутствовать. Число оборотов, соответствующее нулевому расходу при номинальном давлении, которое указано в паспорте насоса, составляет 10—20% номинальной частоты вращения. При уменьшении давления число оборотов нулевого расхода уменьшается пропорционально: так, если насос развивает давление 25 кгс/см2 при номинальном давлении 150 кгс/см2, число оборотов, при котором расход уменьшится до нулевого, составит всего 2—3% номинальной частоты вращения.

008

В некоторых современных насосах для автоматического уплотнения шестерен по торцам применяются специальные втулки, которые поджимаются давлением жидкости. У этих насосов обороты, которые соответствуют нулевому расходу, составляют 5—8% номинальных. Существенный недостаток шестеренных насосов  с автоматическим уплотнением — возможность вращения только в одну сторону.

В тракторостроении применяется ряд шестеренных насосов НШ-6, НШ-10, НШ-32 (цифры в обозначении характеризуют рабочий объем — объем жидкости в см3, подаваемой за один оборот вала без учета утечек). Эти насосы с автоматическим уплотнением имеют номинальное давление 100 кгс/см2 и номинальное число оборотов 3000—1800 об/мин. Высокая износоустойчивость позволяет навешивать их непосредственно на главные двигатели, что обеспечивает постоянную готовность насоса к работе (естественно — при работающем двигателе).

Насосы имеют небольшие габариты и вес; так, габариты НШ-10, рассчитанного на передачу мощности до 8 л. с, всего 90 X 115ХЮО мм, вес 2,5 кг. В других отраслях промышленности применяют шестеренные насосы с меньшим рабочим объемом 0,5— 3 см3/об, приводимые от электродвигателей постоянного тока напряжением 27 В (вполне удовлетворительно они могут работать и при напряжении 12 В).

Мощность, необходимая для привода, нередко оказывается очень малой. Например, для подъема угловой колонки за 60 с достаточна мощность 25 Вт. Другими словами, для этой цели можно использовать 12-вольтовые двигатели от вентилятора «ВАЗ-2106» или двигатели от отопителей автомобилей «ВАЗ». Однако подобрать насос на такой небольшой расход удается не всегда. В таких случаях насос соединяют с двигателем через понижающий редуктор. Во избежание резкого понижения КПД число оборотов насоса должно быть в 2—3 раза выше числа оборотов нулевого расхода при соответствующем давлении,

Рабочее давление и КПД у пластинчатых насосов (рис. 7 б) обычно ниже, чем шестеренных. Пластинчатый насос используется, например, для привода гидроусилителя руля автомобилей «ЗИЛ»; в промышленности широко применяется насос 5БГ. Наиболее сложную конструкцию, но зато и максимальный КПД (0,8— 0,9) имеют аксиально-поршневые насосы (рис. 7, в). Их рабочее давление доходит до 200—300 кгс/см2 (обороты нулевого расхода составляют 3—4% от номинальных).

Если гидронасос работает от основного двигателя, для управления гидроцилиндром можно применять тракторные распределители типа Р 75-В. Такой распределитель имеет четыре положения: плавающее, когда обе полости цилиндра соединены со сливной полостью; нейтральное, когда обе полости отсоединены от гидросистемы; положение подъема и опускания. Если при подъеме и опускании поршень доходит до крайнего положения, давление в гидросистеме поднимается; как только оно достигнет 125 кгс/см2, срабатывает специальный запорный клапан, рычаг распределителя автоматически переводится в нейтральное положение. Если гидронасос работает от электродвигателя, то при подходе поршня к крайним положениям двигатель выключается за счет срабатывания концевых выключателей.

009

Гидросистемы управления рулем могут иметь как простейший ручной, так и механический привод, в том числе и привод от главного двигателя. Соединив штурвал (рис. 8) с задающим гидроцилиндром при помощи червячного (рулевой механизм от легкового автомобиля) или двухступенчатого цилиндрического редуктора, получают схему, аналогичную показанной на рис. 1.

В отличие от механических, гидравлические схемы рулевого управления позволяют осуществлять очень жесткую (практически без люфтов) связь штурвала с рулем даже при большом удалении их друг от друга. Ясно, что подобные схемы очень чувствительны к качеству изготовления и монтажа, а также требуют эпизодического обслуживания в связи с необходимостью удаления воздуха.

В схеме, показанной на рис. 9, вращение штурвала 1 через повышающую зубчатую передачу 2 передается на вал реверсивного гидронасоса 3, соединенного трубопроводами о силовым исполнительным гидроцилиндром 6. Для того чтобы при повороте штурвала на одинаковый угол вправо и влево угол поворота руля 7 также был одинаковым, применяется поршень с двумя штоками.

Если насос соединить непосредственно с гидроцилиндром, руль, выведенный из среднего положения, из —  за утечек через насос будет медленно возвращаться в среднее положение даже при неподвижном штурвале. Чтобы этого не  происходило, приходится устанавливать гидрозамок 5, конструкция которого была рассмотрена выше. После остановки штурвала гидрозамок срабатывает и отключает гидроцилиндр от насоса, поэтому нагрузки от руля на штурвал не передаются. Для компенсации возможных утечек жидкости применяются шариковые

обратные клапаны 4. Система очень надежна и практически не нуждается в обслуживании, что и обусловило ее широкое применение на больших прогулочных яхтах. Однако управление катером или яхтой, оборудованными такой схемой, имеет свои особенности. Например, при очень медленном повороте штурвала руль поворачиваться не будет нз  — за утечек в гидронасосе. Штурвал надо поворачивать чуть резче обычного; при этом нужно преодолеть начальное усилие, необходимое для открытия гидрозамка. Опять же из-за утечек положению «прямо» руля с течением времени будут соответствовать разные положения штурвала.

Управление пером руля по схемам 8 и 9 имеет общий недостаток: при резкой переброске штурвала; увеличение скорости течения жидкости в трубопроводах приводит к возрастанию потерь на трение и заметному увеличению усилия на штурвале, причем эта особенность проявляется, даже если руль отключен от гидроцилиндра. Чтобы этот минус проявлялся не слишком заметно, внутренний диаметр трубопроводов должен составлять не менее 18—20% диаметра цилиндра.

004

001

002

003

Обычно в гидросистемах применяют масла, используемые для смазки двигателей. Однако для схем с ручным управлением целесообразно уменьшить вязкость масла, разбавляя его соляром, либо использовать веретенное масло или специальную жидкость для гидросистем АМГ. Естественно, что утечки при этом увеличиваются.

В настоящее время разработано немало различных систем управления рулем, в которых благодаря применению привода насоса от главного двигателя или от специального электромотора удается резко снизить усилие на штурвале. Схемы эти довольно сложны, поэтому, на наш взгляд, при постройке малых судов целесообразнее пользоваться хорошо отработанными конструкциями таких рулевых механизмов, установленных на колесных тракторах и автомоби-лях «ЗИЛ».

Руль 5 (рис. 10) крепится к валу сошки 4. Непосредственно в рулевом механизме имеется исполнительный гидроцилиндр-усилитель 3, к которому подсоединяются трубопроводы 2 от гидронасоса. Усилие от штурвала передается на вал червяка 1 либо обычной тросовой передачей, либо системой валиков. Данная схема позволяет управлять рулем даже при неработающем гидронасосе (естественно, усилия на штурвале при этом резко возрастают и оказываются даже несколько большими, чем при обычной механической передаче, за счет перекачки масла в гидроци-линдре),

Малый вес и простота управления позволяют использовать серийные гидронасосы для привода подруливающих устройств, аварийно — вспомогательного движителя, для запуска одного двигателя от другого. При мощности главных двигателей до 50 л. с., используя те же серийно выпускаемые узлы, можно осуществить и гидравлическую передачу на гребной винт. Однако в принципе такая силовая установка с гидропередачей оказывается тяжелее обычной: пониженный КПД потребует установки в 1,5 раза более мощного двигателя (естественно, возрастает и расход топлива).

Б. Синильщиков.

«Катера и Яхты»,  №107.

 

20.01.2014 Posted by | гидростатика | , , , , | Оставьте комментарий

Исследования динамики парусных яхт — история и современность.

С давних времен и до настоящей поры парусные суда являются одними из наиболее сложных и малоизученных объектов инженерной деятельности. С точки зрения динамики, парусное судно — это система гидро и аэрокрыльев, движущихся вблизи границы раздела водной и воздушной сред. Характерное отличие режимов эксплуатации парусных судов заключается прежде всего в их сложности: наличии ходовых углов дрейфа и крена, в необходимости иметь достаточную остойчивость для несения парусов, а также в широком диапазоне относительных скоростей движения. Работа парусного вооружения, представляющего собой движитель судна, аналогичным образом зависит от большого числа взаимодействующих факторов (рис. 1).

Наибольший толчок изучению динамики парусных судов дают хорошо финансируемые престижные гонки: на Кубок Америки, “Volvo Ocean Race”, “Around Alone” и т.д. В столь от ветственных соревнованиях разница в скорости лидеров и аутсайдеров зачастую не превышает 1—2%, поэтому требуется обеспечить высокую достоверность сравнения и оценки принимаемых проектных и тактических решений. Существующие способы прогнозирования мореходных качеств судов постоянно совершенствуются за счет накопленных экспериментальных данных, развития теоретических и компьютерных методов. Внедрение системы обмера IMS (и подобных ей) также потребовало от мерителей и яхтсменов соответствующей теоретической подготовки в вопросах ходкости парусных судов…

Читать далее

17.08.2011 Posted by | гидродинамика, теория | , , , , , , , , , , , , , , , , , , | 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, 1944г.

22.07.2011 Posted by | гидродинамика, проектирование | , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Эволюция обводов крейсерско – гоночных яхт.

История развития быстроходных крейсерских яхт поистине удивительна. Менее чем за 20 лет традиционный обтекаемый корпус с пером руля, навешенным на коpмовую кромку киля, со сравнительно небольшой шириной, с длинными свесами оконечностей и большим водоизмещением (рис. 1) превратился в корпус, подобный приведенному на рис. 9. Характерными чертами современных крейсерских яхт стали перо руля, установленное отдельно от узкого плавникового кипя, большая ширина корпуса относительно длины по ватерлинии, короткие свесы оконечностей, умеренное или даже малое водоизмещeние.

Сейчас вряд ли кто будет отрицать, что корпус с современными обводами легче, быстроходнее и вместительнее, чем традиционного типa, а для тoгo чтобы привести eгo в движение, требуется меньшая площадь парусности. Современная яхта легче в управлении, благодаря большой ширине меньше кренится при сильном ветре; она хороша для воскpecнoгo отдыха, удобна для дальних крейсерских плаваний и по своим эксплуатационным качествам удовлетворяет требованиям большинства яхтсменов.

Для тoгo чтобы проследить пути развития обводов крейсерских яхт, выясним, что собой представляют сугубо гоночные яхты открытого моря и быстроходные крейсера.

Характерными чертами типичной гоночной яхты являются развитые гидравлические системы, необычные обводы корпуса, чрезмерно гибкий paнгoут, узкие плавниковые кили, похожие на крыло. Такие яхты очень дорого стоят, насыщены сложным оборудованием, неудобны для длительного пребывания экипажа и нередко небезопасны при плавании в экстремальных условиях. Зато они способны развить высокие ходовые качества. Владельцы и конструкторы гоночных яхт тратят значительные средства на эксперименты, идут на экстремальные решения, стремясь как можно больше повысить их ходовые качества.

Яхтсмены на западе, которые не располагают огромными средствами, предпочитают быстроходные крейсера  более комфортабельные, легкие и недорогие серийные яхты, которые в основном используются для продолжительных плаваний и коротких морских пpoгyлок. В настоящее время быстроходные крейсера пользуются большой популярностью,

Mнoгoe из тoгo, что сперва было присуще лишь гоночным яхтам впоследствии получило распространение и на большинстве крейсерских. В качестве примеров можно назвать плавниковые кили, бермудские паруса, короткий носовой свес, широкие стаксели, далеко заходящие за мачту, большую относительную ширину корпуса и заостренные ватерлинии в носу, топовые стaксели, синтетические ткани для парусов, такелаж из стальной нержавеющей проволоки, легкую конструкцию корпуса и малое водоизмещение.

Гоночные яхты проектируются в рамках правил обмера, а различные правила в той или иной стeпени либо поощряют, либо сдерживают развитие определенных конструктивных характеристик яхт. Например, считающийся теперь традиционным тип мореходной крейсерской яхты, показанный на  рис. 1, появился в результате применения обмерных правил ССА (Крейсерского клуба Америки). Читать далее

16.07.2011 Posted by | Обзор яхт., проектирование | , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Каким должен быть киль у яхты?

Кили современных парусных яхт проектируют на основании достижений гидро — и аэродииамики крыла конечиого размаха. Обычно отношение толщины поперечного сечеиия киля к eгo хорде принимается не более 10%. Это оправдано особенностями обтекания профилей на реальных скоростях движення яхт, которые характеризуются числом Рейнольдса:

где  v —  скорость хода, м/с;  b —  хорда профиля киля, м;  \—  коэффициент кинематической вязкостн.

О влиянии толщнны профиля на величииу максимальной подъемной силы, развиваемой килем, можно судить по графику, представленному на рис. 1 [2, 4]. Значения         чисел Рейнольдса для киля при средней скорости яхты в расчете на 1 м хорды лежат в пределах Re = 104 -:- 106.  При таких режимах обтекания оптимальны профили с относительной толщиной  t / b в пределах 10 — 12%. Однако окончательный выбор профиля киля определяется величиной гидромеханичеcкoгo качества:

(отношение подъемной силы Y к сопротивлению Х) и гидродинамическим моментом, который создается на профиле относительно eгo передней кромки. Этот момент фактически определяет положение центра бокового сопротивления яхты относительно миделя.

Кроме выбора профиля, дизайнер яхты должен выбрать форму киля в плане. При этом следует исходить из положений теории равномернoгo установившегося движения или учитывать некоторые хорошо нзученные в настоящее время элементы нестационарного обтекання киля при килевой и бортовой качке в зоне активного воздействия внутриволнового течеиня. На спокойной воде наиболее эффективны кили с максимальным гидродинамическим удлинением:

где l —  высота киля от eгo подошвы до днища корпуса;  S —  площадь киля. Такие кили обладают минимальным индуктивным сопротивлением, однако при чрезмерном их удлинении у яхты возникает дополнительное сопротивление в процессе качки от изменения углов атаки по длине. Особенно ярко такое сопротивление проявляется на яхтах с узкими глубокими килями (например, типа «Конpaд – 24»)  на курсах галфвинд — бакштаг, когда избавиться от бортовой качки невозможно. Читать далее

14.07.2011 Posted by | Аэродинамика, гидродинамика, теория | , , , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

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