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

Типы килей яхты.

Применение различных типов килей для парусных яхт, хотя в принципе они все должны выполнять одинаковую роль, можно объяснить различными представлениями дизайнерами  яхт о важности тех или иных гидродинамических характеристик килей. Основные сведения о сопротивлениях и коэффициентах подъемной силы профилей, применяемых для килей парусных яхт, поступают из аэродинамических лабораторий авиационной промышленности.

Многих конструкторов яхт эти сведения не удовлетворяют. Опыт, накопленный при разработке. быстpоходных парусных яхт, не совпадает или только частично совпадает с результатами продувки профилей в аэродинамических трубах.

Это объясняется, во первых, тем, что кили парусных яхт только в нижней части находятся в спокойной воде без поверхностных завихрений.

Bо втоpых, при килевой качке в случае шторма на море условия обтекания киля существенно изменяются. Так, например, казалось бы, что бульбовые кили, благодаря низкому положению их центра тяжести очень хороши.

Однако вследствие отрыва потоков на верхней и нижней сторонах бульба, неизбежного при резкой килевой качке, возникает повышенное сопротивление, которое сводит на нет преимущества этих килей.

Другой фактор, который при исследованиях профилей в авиационной промышленности не принимается во внимание, — устойчивость судна на курсе. Из множества профилей дизайнер яхты должен выбрать такой, который дает наивысшую подъемную силу при  минимальном сопротивлении с учетом реальных углов атаки киля к набегающему потоку воды.

В поиске таких профилей Бриттон Ченс провел обширные исследования путем кропотливых измерений действительных углов обтекания корпусов  различных яхт. В лаборатории Девидсона в Институте технологии Стивенса путем систематического изменения профиля киля в различных высотах получили  плавниковый киль, у которого центр гидродинамической подъемной силы расположен в его верхней трети. Этого удалось достичь постепенным увеличением относительной толщины профиля киля в его нижних сечениях.

Благодаря тому что утолщенные поперечные сечения расположены в нижней части профиля, здесь можно сосредоточить большую массу свинца или чугуна и тем самим обеспечить более низкое положение центра тяжести балласта.

Обводы тaкoгo идеального киля показаны на рис. 15. Скос кромок киля примерно на 30 – 60градусов назад дает особый эффект. Чем больше крен получает яхта, тем больше увеличивается нежелатепьный момент приведения яхты к ветру. С другой стороны, чем сильнее крен, тем большая  часть плавникового киля оказывается в теневой стороне потока за корпусом, особенно если корпус имеет трапециодальные шпангоуты с относительно острой скулой. Читать далее

30.04.2011 Posted by | проектирование, расчет | , , , , , , , , , , , , , , , , | 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