Домашняя яхт-верфь.

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

Радары для малого флота.

экран-ра-ар а-00

В «КиЯ»  №169 мы познакомили вас с принципами построения навигационных систем на основе концепции и протокола обмена SeaTalk и с несколькими сериями системообразующих элементов — лагами, эхолотами, электронными компасами и прочими, крайне необходимыми для парусных и моторных судов приборами.  Сейчас же речь пойдет о наиболее сложных приборах, созданных с использованием современных высоких технологий: с судовыми радиолокаторами, или, как их еще называют, радарами. Радиолокаторы — детище противовоздушной обороны, впервые появились на военных кораблях в годы Второй мировой войны и первоначально использовались для обнаружения воздушных и надводных целей.

Обладая высокими по тем временам возможностями, они, тем не менее, оказались не востребованными гражданским флотом — громоздкие и недостаточно надежные, они занимали слишком много места на транспортных и пассажирских судах и, главное, требовали для эксплуатации специально обученного и многочисленного персонала.

Судовой радиолокатор прописался в ходовой рубке гражданских судов лишь после освоения диапазона волн длиной 3 см, применение которых позволило резко сократить размеры антенн и приемо передающих устройств, и появления новых электронных компонентов, существенно повысивших надежность радара и предельно упростивших его эксплуатацию.

В течение долгого времени использованию радиолокации на яхтах, даже достаточно крупных, препятствовали неприемлемо большие размеры и энергопотребление существующих радаров. Возможность их установки на относительно небольшие суда появилась лишь после широкого внедрения микроэлектроники.

В первую очередь — твердотельных СВЧ приборов, микропроцессоров и больших жидкокристаллических матриц (экранов), позволивших, в сочетании с современными методами обработки сигналов, получить компактные, надежные, экономичные и удобные в эксплуатации даже на небольшом судне радары.

Прежде чем переходить к обзору конкретных приборов, кратко познакомимся с основными элементами и принципами работы радиолокатора.

Назначение и работу радиолокатора хорошо иллюстрирует пришедшее из за океана широко распространенное название — радар (RADAR) — аббревиатура слов: Radio Detection And Ranging — радиообнаружение и измерение дальности.

Любой радиолокатор имеет три основных элемента — сканирующую антенну, приемопередатчик и дисплей (рис.1). В современных судовых радарах два первых элемента объединяются в отдельный модуль, обычно называемый сканером.

При работе вращающаяся в горизонтальной плоскости антенна радара излучает вырабатываемые передатчиком короткие высокочастотные импульсы (так называемые “зондирующие импульсы”) и принимает отраженные от различных объектов сигналы.

0014

Приемник выделяет отраженные сигналы из шумов и передает их на дисплей, в котором осуществляется их обработка и отображение окружающего пространства на экране индикатора кругового обзора.

Наблюдая на экране радиолокационную обстановку вокруг судна, оператор производит визуальное обнаружение целей (под целью в радиолокации понимается любой обнаруженный радаром объект), измерение их дальности и азимута относительно судна и управление работой радара.

Основные характеристики радаров.

Функциональные возможности радиолокатора определяются рядом характеристик, понимание которых позволяет сделать правильный выбор аппарата, в той или иной степени удовлетворяющего потребностям владельца именно этого судна. Познакомимся с некоторыми из них.

Дальность действия. Дальность действия радара, указываемая в его паспортных данных — это его важнейший, но далеко не однозначный показатель, и в реальных условиях дальность обнаружения различных целей не всегда будет совпадать с заявленной.

Дальность обнаружения зависит от многих факторов — отражательной способности цели (характеризуемой так называемой ЭПР — эффективной поверхностью рассеивания), ее контрастностью по отношению к фону, высотой антенны и цели, состоянием атмосферы и моря.

Поэтому данная характеристика задается дифференцированно по типам целей и условиям работы радара. В соответствии с требованиями Международной Морской Организации(IMO), при нормальных условиях распространения радиоволн, высоте установки антенны РЛС 15 м над уровнем воды и при отсутствии помех от моря, РЛС должна обеспечивать четкую индикацию:

  1. Береговой черты: при высоте берега до 60 м — на расстоянии до 20 морских миль; при высоте берега до 6 м — на расстоянии до 7 морских миль.
  2. Надводных объектов: — судов валовой вместимостью 5000 т — на расстоянии 7 морских миль независимо от ракурса; — небольшого судна длиной 10 м — на расстоянии 3 морских миль; — объектов, аналогичных навигационному бую, имеющих ЭПР приблизительно 10 м2 — на расстоянии 2 морских миль.

Поскольку обнаружение целей возможно только при наличии прямой видимости, то, зная высоту установки антенны радара и ориентировочную высоту цели, можно определить предельную дальность ее обнаружения в морских милях, пользуясь известным выражением:

Rmax = 2.2 (gh1+gh2),

где h1 и h2 — высота установки антенны и высота цели над уровнем моря. Обычно в паспортных данных на судовые радары приводят максимальную (инструментальную) дальность, составляющую для подавляющего большинства компактных яхтенных радаров 16 морских миль.

00200

В реальных условиях радиолокационное наблюдение ведется, как правило, на меньших расстояниях, определяемых потребностями судовождения. В этих случаях использование развертки экрана с максимальной дальностью не целесообразно, так как это приводит к существенной избыточности информации и к уменьшению размеров цели, что затрудняет ее обнаружение.

Поэтому в радарах существует несколько так называемых шкал дальности — значений, в пределах которых может работать радар. Например, популярный среди владельцев небольших судов радар «Raytheon SL72»  имеет следующий набор шкал:

Дальность (миль): 0.125; 0.25; 0.5; 0.75; 1.5; 3.0; 6.0; 12; 24 Такое большое количество шкал позволяет получать и общее представление об окружающем пространстве на больших расстояниях, и детальное радиолокационное изображение на дальностях, представляющих наибольший интерес с точки зрения обе спечения безопасности плавания.

Кроме того, в некоторых радарах имеется возможность выделения и просмотра отдельных участков окружающего пространства в укрупненном масштабе. Ошибки определения координат цели. Для любого навигационного прибора, определяющего местоположение, важнейшим показателем является ошибка определения местоположения.

Судовой радар определяет две координаты цели: дальность относительно антенны и направление (азимут) относительно линии направления (истинного, магнитного, направления движения). Ошибка определения расстояния портативных радаров обычно составляет (0.9 ÷ 1)% максимального значения используемой шкалы дальности, ошибка определения направления  ±1°.

00300

Скорость вращения антенны. Этот параметр определяет скорость обновления информации на экране радара и особенно важен при управлении скоростными судами.

Скорости вращения антенн портативных радаров достаточно высокие: у уже известных нам «SL72» и «SL74» она составляет 27 об./мин., а у некоторых аналогичных (например, у «JRC Radar 1000») и более, что позволяет использовать их на всех доступных скоростях передвижения по воде.

Функциональные возможности.

Функциональные возможности радаров определяют удобство работы с прибором и способность получения той или иной информации. Для понимания того, что может современный радар, снова обратимся к нашему знакомому «SL72», а точнее — к работе с ним.

Обнаружение целей. Обнаружение любых объектов осуществляется визуально на экране локатора. Небольшие объекты — суда, буи, островки — отображаются в виде ярких точек на фоне различных помех, возникающих от собственных шумов приемника, от волн и атмосферных осадков, маскирующих отметки от целей.

Для выделения отметок от целей на фоне помех в судовых радарах предусмотрены различные функции — регулировка усиления приемника, подавление отражений от волн и дождя, расширение отметки (введение так называемого «следа эхо») и ряда других ухищрений.

Определение координат. Как yже oтмечaлocь, судовой радиолокатор определяет две координаты в своей местной системе — дальность и азимут относительно судна.

Измерение дальности. Дальность до цели может определяться тремя способами — при помощи колец дальности, при помощи курсора и при помощи маркера переменного расстояния VRM.

Если посмотреть на экран радара, первое, что бросается в глаза — это находящиеся на нем концентрические кольца. Количество колец и расстояния между ними жестко связаны с используемыми шкалами дальности.

Для измерения расстояния до цели достаточно подсчитать количество колец между ее отметкой и центром экрана, умножить это число на расстояние между кольцами и прибавить оцененное на глаз приблизительное расстояние отметки от внутренней кромки ближайшего по направлению к центру кольца.

00400

Понятно, что такой способ дает наглядную и быструю, но весьма грубую оценку, поэтому для получения точных значений используют два других способа.

Курсор — это отметка на экране в виде перекрестия, управляемая при помощи клавиш или трекбола. Чтобы измерить дальность до цели, достаточно поместить перекрестие на внутреннюю кромку отметки, после чего искомое значение вместе со значением азимута высветится в углу экрана.

Подвижный маркер расстояний VRM — это кольцо на экране, радиус которого может выбираться оператором. Изменяя величину радиуса, совместим наружную кромку кольца с внутренней границей отметки цели — и вы получите значение расстояния до цели, высвеченное в углу экрана.

Измерение направления. Направление отсчитывается от курсовой линии — вертикальной линии на экране, совпадающей с диаметральной плоскостью судна. При наличии магнитного компаса или гирокомпаса, сопрягаемых с радаром, отсчет азимута может осуществляться от магнитного или истинного направления на Север.

Измерение направления может осуществляться при помощи курсора (аналогично измерению дальности) либо с использованием линии электронного маркера пеленга EBL. Электронный маркер пеленга EBL — это исходящая из цент ра экрана линия (иногда называемая «линией электронного пеленга»), положение которой может управляться оператором.

При помощи органов управления наводят маркер на середину отметки, после чего считывают высвеченные в углу экрана значения азимута, либо получают их по шкале направлений, находящейся на краю экрана.

Определение координат — широты и долготы цели. При сопряжении с приемником спутниковой навигации или приемоиндикатором радионавигационных систем «Лоран» или «Декка» радар может определять и высвечивать на экране широту и долготу выбранных целей.

Помимо решения основных задач — обнаружения и определения координат целей — современные радиолокаторы обладают набором функций, существенно расширяющих их возможности. Познакомиться с ними мы можем на примере радара «Raytheon SL72».

Выбор этой модели объясняется тем, что она входит в комплект информационно сопрягаемых в формате «SeaTalk» приборов «Raytheon», представленных в «КиЯ» № 169. Но для начала познакомимся с прибором.

Радиолокатор SL72 состоит из двух элементов — дисплея «SL70»  с 7 дюймовым (17.5 см по диагонали) жидкокристаллическим экраном и закрытым 18 дюймовым (47 см в диаметре) сканером, обеспечивающим дальность действия 24 мили.

Дисплей «SL70» может работать также с более солидным 24 дюймовым сканером с дальностью действия 48 миль — та кая модель имеет название «SL74».

При взгляде на переднюю панель радара бросается в глаза полное отсутствие каких либо рукояток настройки и переключателей — все управление и настройки осуществляются клавишами с использованием экранных транспарантов и меню.

00500

Характерной особенностью «SL72» является многооконный режим работы дисплея. Помимо основного радиолокационного изображения в нижней части экрана располагаются так называемые «Data Boxes» — окна, в которых находится навигационная информация, получаемая от связанных с радаром датчиков — компаса, приемника GPS, эхолота, лага, а также данные о положении на экране курсора и маркеров направления и дальности (рис.2).

При помощи дополнительных экранных окон можно выделить сектор контроля, положение курсора, получить графическое изображение «Highway», используемое в приемниках GPS для судовождения по путевым точкам и маршрутам.

И, наконец, можно наблюдать общую радиолокационную картину одновременно с выделенным и растянутым участком находящегося на экране пространства. Однако этим не исчерпываются все возможности полиэкрана — созданный на базе дисплея «SL70» радар чартплоттер     «RL72RC» позволяет получать на экране электронную карту, радиолокационную картину окружающего пространства, а также оба изображения одновременно (рис.3).

При этом при работе в режиме чартплоттера выполняются все присущие ему функции — отображение карты, обозначение своего места и трассы движения, путевые точки и маршруты, характеристики движения и пр.

Интерфейс судовых радиолокаторов позволяет использовать их в составе навигационных систем, имеющих единый международный протокол обмена «NMEA 0183». Радары «SL72» и «RL72RC», в отличие от других, имеют еще и протокол обмена «SeaTalk», что позволяет сопрягать их с приборами «Autohelm» и «Raytheon», получать от них и отображать на экране большой объем навигационной информации.

Оттяжка-гика-на-яхте

В настоящее время производители судовой радиоэлектроники выпускают большое количество моделей радиолокаторов для малого флота. В прилагаемой таблице приведены сравнительные характеристики некоторых наиболее распространенных в нашей стране радаров.

На более крупных судах, не столь стесненных объемом помещений и возможностями источников электропитания, используются компактные радары с дисплеями на электронно лучевыхтрубках, обладающие более крупными и яркими экранами с высокой разрешающей способностью («Raytheon R70» и «JRC Radar 2000» с 7 дюймовым экраном; «JRC JMA 2253» и «Furuno М 1832» с 10 дюймовыми экранами).

При выборе радиолокатора для своего судна следует иметь в виду, что для его приобретения необходимо получить разрешение Главного управления по надзору за связью в РФ (Госсвязьнадзор), при этом прибор должен иметь Сертификаты Службы Морского Флота и Регистра Морского Судоходства РФ.

В.Евстратов, г. Москва.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №171.

08.01.2015 Posted by | Навигация | , , , , | Оставьте комментарий

Яхтенный дизайнер Альберт Назаров – и его «Albatros».

Известного яхтенного – дизайнера Альберта Назарова нет нужды представлять, это довольно известный человек в кругах яхтинга. Широко известны и его проектные работы такие как «PLUTO», «Краля», «Кавалер», «Пиллигрим» и др. Он неоднократно публиковался в журналах «Катера и Яхты», «Фарватер», «Судостроение». В его статьях всегда находили отражение современные проблемы яхтостроения, САD – проектирования, динамики и статики корабля… Его консалтинговыми услугами воспользовались очень многие, включая известного яхтсмена-одиночку – Виктора Языкова, кстати он об этом вспоминает с чувством большой благодарности.

Но не все знают, что этот деловой человек сумел в Таиланде организовать дизайнерское бюро «Albatros», и оно успешно работает в юго – восточной Азии с 1996 года.

Вот как Сhrome Googl делает перевод аннотации о Дизайн-бюро «Albatros» из —  http://www.amdesign.co.th

«Мы Таиланд основе дизайна Международная команда сертифицированных, опытных и признанных на международном уровне профессионалов. Мы предоставляем полный комплекс услуг от первых концептуальных эскизов до точную конструкцию лодки в соответствии с международными стандартами и методы проектирования. • яхт и лодки дизайн, мощность и Парус • корабельной архитектуры и морской техники • Лодка Дизайн интерьеров • Морские Консультации и Техническая и инженерным изысканиям • Проекты Управление Мы близки к boatbuilders и следовать Вашей строительство лодок проекта в Таиланде лофтинг к запуску завершена лодке.

Директор компании Альберт Назаров — Морской архитектор, окончил Севастопольский национальный технический университет, 1996. Получил кандидат специальности «эксплуатации судна», 2004, Одесский морской академии. Начало проектирования лодок в возрасте 11 лет, а в 14 построил свою первую лодку. Опыт лодке бак тестирования, CAD развития, положения, финалист международных конкурсов в области дизайна яхт. Диплом в области искусства. Автор более 60 статей в лодках и научных журналах, 20 + лет лодках опыт.Член RINA , SNAME
Альбатрос морское конструкторское является членом  TMBA».

Используя материалы из —  http://albertnazarov.blog.ru  представим на блоге  Дизайн – бюро «Albatros».

«Исторические» фото…


На фото — 2006 г. — первый состав компании в офисе; местная марина в которой еще нет наших лодок; «оморячивание» сотрудников на парусной лодке типа Platu25.

3 апреля 2006 года был первым днем работы нашей компании. В доме-таунхаусе на Сои Чаяпык, на первом этаже была комнатушка со стеклянными дверями, где и разместились дизайнер и бухгалтер. Мой кабинет был на втором этаже. Несколько месяцев спустя, штат пополнился еще одним инженером. Нашим первыми проектами в составе новой компании были 8-метровая парусная яхта для AWL (Украина) и 38-футовый катамаран-спасатель для MerlinMarine (Таиланд/Норвегия).

На фото — 2007 г. — сотрудники на катамаране Draco; катамаран Draco — первое судно компании; новый офис в здании на Раттаките.

На фото — 2008 г. — мы в новом офисе на третьем этаже; один из многочисленных спусков судов; отмечаем Новый Год; вид с башни на острова. 

Что в результате?

На фото — 2010/11 г. — Наша компания сегодня; спуск флагманского проекта — 90-футовой моторной яхты.

Что имеем на сегодняшний день? Есть эффективная команда дизайнеров и инженеров, есть опыт отточенный на сотне проектов, есть креативность и индвидуальность. Построенные по нашим проектам суда эксплуатирущимися от нефтяных месторождений Сибири до Большого Барьерного рифа в Австралии, от Уругвая до Скандинавии. Наши суда обслуживали Олимпиаду 2008, находятся в составе ВМС и спецслужб ряда стран. Есть международное признание, есть безусловное лидерство в отрасли…

Вышла… статья в Австралийском журнале.


Вышла моя статья в австралийском журнале, посвященная оценке физиологических факторов комфорта на малых судах, с особым вниманием к многокорпусникам. Приведены требования, результаты изменений на ряде судов и рекомендации по обеспечению комфорта. 

Кое-что об остойчивости.  Подходы к обеспечению остойчивости.

Итак, что же такое остойчивость? Работая с судоводителями, я давал простое определение: «остойчивость – это способность наклоненного судна выпрямляться».

Остойчивость принято оценивать в различных ситуациях и во всем диапазоне углов крена. Для нормирования остойчивости умные люди сформулировали критерии. Наиболее распространенные из них, для малых судов:

  • угол крена при  смещении людей к борту – так называемый ‘offset load test’;
  • требования к диаграмме статической остойчивости – углы максимума и заката, максимальное плечо остойчивости, площадь под диаграммой остойчивости;
  • угол крена при совместном действии расчетного ветра и бортовой качки, так называемый «критерий погоды».

Все это рассматривается и нормируется как для судна в неповрежденном состоянии (intact stability), так и для судна при затоплении части отсеков (damaged stability).

Но то, как обеспечивают остойчивость в Таиланде, поначалу ставило меня в тупик. Когда местные едят рыбу (как известно, ее сервируют на большом плоском блюде), ее ни в коем случае нельзя переворачивать: «иначе корабль опрокинется». Таким образом, рыба съедается с одной стороны, потому убирается кость и далее съедается остальная часть рыбы — не переворачивая… Это пошло от рыбаков, но даже офицеры Королевских ВМС едят рыбу именно так – «для обеспечения остойчивости».

А вы тут: диаграмма динамической остойчивости есть интегральная кривая к диаграмме статической остойчивости… Не портьте аппетит!

                                                              «Albatros» — встречает новый 2012 год.

Альберт Назаров.

07.01.2012 Posted by | яхтенный дизайн | , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Критерии оценки остойчивости яхт.

Остойчивость является важнейшим качеством яхты, от котоpoгo зависит как безопасность плавания, так и скорость хода. При крене 15 — 20° и выше сопротивление воды у большинства яхт заметно возрастает. Это объясняется неблагоприятным изменением формы погруженной в воду части корпуса и уменьшением эффективного относитeльнoгo удлинения плавника, что приводит к увеличению дрейфа и росту индуктивного сопротивления на острых курсах. Некоторое повышение скорости при появлении крена можно получить  только на таких яхтах, у которых при крене резко уменьшаются ширина ватерлинии и смоченная поверхность (например, на швертботах американского класса «Скоу» [1], строившихся до войны на Волге  «лаптях» И т. п.).

Однако  снижение скорости при крене в основном зависит даже не столько от увеличения сопротивления сколько от уменьшения тяги парусного вооружения. Сила тяги парусного вооружения  FX и кренящая сила Fyz (рис. 1) могут быть определены по формулам:

Коэффицненты силы тяги  Кx,  и кренящей силы  Kyz  при ходе в крутой бейдевинд впервые были определены американским профессором К. Дэвидсоном [2] на основании серии натурных и модельных испытаний яхты «Джимкрак», вооруженной  бермудским шлюпом с жесткой мачтoй и обычными (несинтетическими) парусами. Эти коэффициенты (тал.1. 1) за границей широко используются для различного рода расчетов.

При проектировании необходимо стремиться к оптимальному соответственно парусного вооружения и остойчивости. Oбеспечение чрезмерной остойчивости яхты излишним увеличением ширины ее корпуса и веса фальшкиля приводит к увеличению сопротивления и снижению скорости.  Недостаточная остойчивость даже при незначительном  усилении ветра приведет к появлению сильного крена и опять – таки снижению скорости.

Кроме того, яхта с недостаточной остойчивостью, естественно, будет вынуждена paньше уменьшать площадь парусов — рифиться, чем яхты с нормальной остойчивостью.

Приближенно оценить способность яхты  нести парyca можно по безразмерному соотношению  SОб / V3/4,  где  V — объемное  водоизмещение яхты, м3;  Sоб —  обмерная площадь парусности, м2.

Среднестатистические значения этого соотношения показаны на гpaфике  (рис. 2).

Более точную оценку соответствия остойчивости яхты ее парусному вооружению можно произвести по yглам  крена, приобретаемым   яхтой при заданном давлении ветра на паруса или при заданной скорости ветра. Для получения тaкoгo рода данных автором были выполнены расчеты остойчивости ряда разнотипных яхт.

В приводимую табл. 2  сведены значения критериев:

  1. Угол крена при давлении на паруса, равном  1кг / м2. и положении парусов в ДП, определенный по формуле:

где  lкр —  плечо кренящего момента,  принимаемое  равным вертикальному расстоянию от геометрического центра парусности до вaтеpлинии плюс 0.42 осадки, м;

S —  фактическая площадь лавировочных парусов, м2;

D —  весовое водоизмещение яхты, т;

h0  —   начальная поперечная метацентрическая высота, м.

Недостаток этого критерия, основанногo на метацентрической формулe, заключается в том, что он не учитывает остойчивости яхты на больших углax крена:

2. Статические углы крена при скорости вымпельного ветра 6,  9,  и 12 м/сек. на  курсе крутой бейдевинд,  полученные по точкам пересечения кривых восстанавливающих и кренящих моментов.

Диаграммы  статической остойчивости строились в предположении, что скорость, яхты не влияет на ее остойчивость, но с учетом откренивающего  действия экипажа. Предполагалось, что весь экипаж гоночных яхт и половина экипажа крейсерско – гоночных яхт располагается на кромке наветренногo борта. Таким образом восстанавливающий момент pacсматривался как алгебраичская суммa моментов остойчивости формы, веса и дополнительного момента от перемещения экипажа, т. е.

Кренящая сила определялась по вышеприведенной формуле.  Плечо кренящего момента принимапось тaкнм же, как н при расчете первого критерия.

В качестве примера на рис, 3 показано определение yглa крена для яхты Л6.

Из приведенных в табл. 2 данных видrно, что углы крена при равных условиях уменьшаются с увеличением размеров яхт. Довольно большие углы крена   «Звездника» и «Teмпеста» объясняются условностью расчета. Если учесть уменьшение «пузатости» парусов этих яхт при усилении ветра вследствие гибкости мачт, а также практикуемое в гонкax увеличение плеча открснивающего момента за счет перемещения экипажа за нaвeтpeнный борт, то yглы крена таких яхт будут ближе к средним значениям. Для оценки остойчивости можно использовать гpафик (рис. 4), построенный на основе данных таблицы.

П. С. Якшаров.

Источник:  «Катера и яхты»,  №36.

Литература.

1.Мархай Ч. , Теория плавания под парусами, «Физкультура и спорт», 1970г.

2. Dаvidsоn KSM, Some Ехреrimепtаl studies of the Sailing Yacht, SNAME, vol, 44, 1936.

22.07.2011 Posted by | гидростатика, расчет | , , , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Приближенные методы расчета остойчивости яхты.

Остойчивость является важнейшим мореходным качеством парусных яхт, определяющим способность яхты нести паруса при различных мeтеорологических условиях и крен, который при этом она получает. От крена зависит и сопротивление воды движению яхты и безопасность ее плавания. Без знания остойчивости яхты трудно рационально спроектировать ее парусное вооружение, оценить ходкость, определить рабочую площадь парусности для различной силы ветра, рассчитать нагрузки, возникающие в paнгoутe и такелаже, и решить целый ряд других задач.

Поэтому важно уже на начальной стадии разработки проекта яхты иметь представление об остойчивости создаваемoгo судна. Расчет остойчивости для парусной яхты включает решение двух основных задач:  построение диаграммы восстанавливающих моментов и расчет величин кренящих моментов, возникающих под действием внешних сил. Ниже рассматриваются приближенные методы расчета диаграмм стат,ической остойчивости парусных яхт. Эти методы позволяют определять плечи статической остойчивости яхты при значительной экономии времени по сравнению с обычно применяемыми графическими и графо — аналитическими методами, например методом Дарньи — Крылова.

При этом обеспечивается достаточная для практических целей степень точности (особенно на начальной стадии разработки проекта). Напомним, что плечом статической остойчивости называется перпендикуляр, опущенный в плоскости наклонения из центра тяжести судна на линию действия силы плавучести в нaкpeненном положении. Так, на рис. 1 плечом статической остойчивости является отрезок GК.    Из этого рисунка видно также, что:   l =  CoD —  СоE. Отрезок CoD характеризует смещение центра вeличины при крене в сторону наклонения. Eгo величина зависит от обводов судна и поэтому eгo принято называть плечом  остойчивости формы lф. Отрезок СоE = asin е из прямоугольноuо треугольника GCoE;  а = CoG —  возвышение центра тяжести над центром величины при крене, равном нулю. l =  lф —  а sin е.

Таким образом, при известном положении центра тяжести G и центре величины Со в прямом положении для расчета плеча статической остойчивости нeобходимо определить плечи остойчивости формы. Последнее для данных углов крена яхты, как мы уже отметили, зависит от обводов судна. Для определения плеча остойчивости формы иногда применяется метод Кэмпфа, сущность котоpoгo сводится к плоскому моделированию погруженной при данном угле крена части корпуса.

Для расчета остойчивости этим методом необходимо вычертить теоретические шпангоуты яхты на оба борта, вырезать их из плотной бумаги н склеить вместе. Таким образом, получается как бы сплюснутая по длине модель яхты (рис. 2). Таких моделей должно быть изготовлено столько, сколько углов крена подлежит расчету. Клеить надо aкккpaтно, совмещая пересечение ДП и КВЛ на одной оси для всех шпангоутов. Клей надо наносить тонким слоем. Следует помнить, что при этом методе определяется центр тяжести склеенной модели, по этому следует избегать нepaвнoмepнoгo нанесения клея. Читать далее

23.06.2011 Posted by | гидростатика, расчет, теория | , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Выбор основных характеристик крейсерских яхт.

При разработке проекта морской крейсерской яхты перед конструктором возникает целый ряд подчас противоречивых задач, от успешнoгo решения которых зависят мореходные качества яхты и безопасность плавания на ней. Прежде вceгo, яхта должна иметь положительную остойчивость, т. е. вceгдa быть способной возвращаться в нормальное прямое положение из любого нaкpeнeннoгo положения. Яхта должна быть непотопляемой. Это условие обеспечивается водонепроницаемостью наружной обшивки, палубы и ндстройки, а также минимальным объемом caмоотливного кокпита. Яхта должна иметь остойчивость, достаточную для тoгo, чтобы нести полную парусность даже в свежий ветер.

Она должна сохранять хорошие ходовые и маневренные качества практически при любых метеорологических условиях, должна быть способной лавировать при сильном волнении, coхраняя при этом достаточную скорость хода. Kopпус, paнгoут и такелаж должны быть прочными. Яхта должна обладать хорошей обитаемостью; иметь необходимые бытовые удобства для экипажа в течение вceгo периода aвтонoмнoгo плавания. Перечисленные условия  являются основными, но далеко не исчерпывают всех требований, предявляемых к мореходной яхте.

Так, например, вспомогательный двигатель яхты должен иметь запас мощности, необходимый при плавании в штормовых и аварийных условиях. При участии яхты в крейсерских гонкax ее гоночный балл, рассчитанный по той или иной обмерной формуле, не должен быть чрезмерно высоким и т. п. Приступая к проектированию новой яхты, очень важно использовать опыт эксплуатации судов, уже построенных ранее. В этом мoгут помочь приведенные ниже диaгpaммы для выбора основных xaрактеристик килевых крейсерских яхт со вспомогательным мотором, построенные на основании обработки данных по большому числу яхт, хорошо зарекомендовавших себя в условиях мopcкoгo и oкeaнcкoгo плавания. Читать далее

20.06.2011 Posted by | проектирование, теория | , , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Что такое «Полярная диаграмма скоростей яхты» и для чего она нужна яхтсмену?

Альберт НАЗАРОВ

 Опубликовано в журнале «Шкипер» 3’2000

В настоящее время в мировой практике стало нормой использование яхтсменами-гонщиками полярных диаграмм скоростей яхты, что позволяет численно оценить тактические решения в гонке и существенно улучшить спортивные результаты. Особенно глубокими знаниями в области динамики парусного судна обладают штурманы и тактики экипажей лучших гоночных яхт: ситуация складывается так, что только досконально разбираясь в подобных «тонкостях» и просчитывая варианты, можно претендовать на победу в соревнованиях мирового уровня. Кроме того, полярные диаграммы скоростей — один из основных элементов описаний яхт и «серьезных» проектов в яхтенных журналах. Однако поскольку наши «Школа рулевого» и «капитана» соответствующие вопросы совершенно не затрагивают, а специальная литература труднодоступна и ориентирована прежде всего на специалистов, то в знаниях большинства отечественных яхтсменов существует своеобразный «пробел». Занимаясь в течение ряда лет исследованиями и расчетами гидроаэродинамики парусных судов, осмелюсь предложить обзор основных принципов построения полярных диаграмм скоростей яхт и их применения яхтсменами.

Что такое полярная диаграмма скоростей?
Полярная диаграмма скоростей яхты — это графическое представление скорости яхты в зависимости от курса относительно истинного ветра и его скорости. Она называется так потому, что строится «в полярной системе координат»: угол и расстояние. Принцип построения диаграммы ясен из Рис.1. Принято показывать только половину диаграммы — для одного из галсов, но для яхтсменов удобнее изображать ее «на оба борта».
Используя полярную диаграмму, можно легко определить скорость яхты при любых скорости ветра и курсе относительно ветра, и составить полное впечатление о ее ходовых качествах.

Несколько важных подробностей
В ряде пособий по парусному спорту «курсом относительно ветра» неправильно называется угол между ДП яхты и направлением истинного ветра: такое представление не учитывает наличия у яхты при движении угла дрейфа (Рис.2). По-видимому, это определение «перекочевало» из навигации, где под курсом понимается угол между северной частью меридиана и ДП, а аналогичный угол с направлением движения (т.е. путем) называется путевым углом. Необходимо иметь ввиду, что курс показывает компас (конечно, с учетом соответствующих поправок), а путь показывает приемник GPS. Разность между их показаниями — это угол дрейфа.
На правильно построенной полярной диаграмме скоростей яхты в качестве курса относительно ветра откладывается угол между направлением движения (т.е. вектором скорости яхты, путем) и направлением истинного ветра.
Только такую поляру можно использовать для навигации. К сожалению, на некоторых «самодельных» полярных диаграммах отмеченный нюанс, особенно существенный на острых курсах, не учитывается.
На всякой случай напомним: истинный ветер ощущается только неподвижным наблюдателем. Вымпельный ветер получается за счет наложения на истинный встречного потока при движении судна, именно его и показывает яхтенный анемометр на ходу.


Как построить полярную диаграмму?
Диаграмма может быть получена экспериментально — путем записи показаний приборов в ходе пробегов яхты. Правда в этом случае, как правило, наблюдается большой «разброс» значений, связанный с погрешностями измерений.
Наиболее часто применяется расчетный метод с использованием компьютерных программ типа VPP (Velocity Prediction Program — программа предсказания скорости). Программы доступны с виде «пользовательских версий» для яхтсменов за рубежом; многие яхтенные конструкторы разрабатывают собственные «профессиональные» версии для конкретных целей.
Практика показывает, что наиболее надежным методом является «расчетно-экспериментальный», когда результаты расчетов «привязываются» к результатам пробегов.

Сферы применения: для чего используются полярные диаграммы скоростей?
Проектирование яхт
Идея расчетов ходовых качеств и построения полярных диаграмм скоростей происходит именно из задач оптимизации и сопоставления вариантов проектов гоночных яхт; такие расчеты — неотъемлемая часть работы профессионального яхтенного конструктора. Обычно в этом случае в дополнение к ходкости VPP дополняется программой RMP (Race Modeling Program) для прогнозирования времени прохождения заданной дистанции при заданных метеоусловиях, основанной на вероятностном подходе.
Обмер яхт
Программа VPP применяется для обмера «крейсерско-гоночных» яхт в системе IMS. Система разработана и в Массачусетском Технологическом Институте (США) и существует довольно давно — первые варианты разработаны еще в середине 1970-х. Основная идея системы — от «геометрического» обмера (как, например, в IOR) перейти к «динамическому»: т.е. непосредственно расчитывать ходовые качества яхты и исходя из них уравнивать шансы на победу. Предполагается, что IMS справедлива потому, что полностью опирается на научную основу. Однако как бы не был изощрен обмер корпуса «мерительной машиной», на самом деле в математическую модель расчета гидродинамического сопротивления IMS входят лишь несколько общих величин; еще более условным выглядит обмер и расчет характеристик парусного вооружения… В результате оказалось, что яхты некоторых типов стабильно получали незаслуженное преимущество. Опыт применения IMS за рубежом вызвал многочисленные нарекания и разочарование яхтсменов, несмотря на постоянные попытки ее совершенствования. Наверное, выражу общее мнение, сказав, что идея «торжества справедливого обмера» недостижима на практике, в связи с чем наиболее перспективным направлением выглядит развитие свободных классов яхт.
Управление яхтой
Внедрение и совершенствование IMS, тем не менее, «познакомило» широкий круг яхтсменов с полярной диаграммой скоростей, ранее доступной лишь передовым конструкторам и ученым. В гонках яхт поляры нашли применение как эффективный инструмент для количественного анализа приемов управления судном. Круг решаемых задач на самом деле очень широк: в том числе оценка вариантов парусности, управление средствами противодействия дрейфу, определение оптимального количества водяного балласта и т.д.; мы рассмотрим более подробно лишь несколько наиболее простых примеров.

Как определить оптимальный лавировочный угол?
Общий подход: оптимальный курс на лавировке должен обеспечивать наибольшее продвижение яхты по генеральному курсу — оси лавировки. Скорость «продвижения на ветер» находится геометрическим построением (Рис.3) (по-английски эта скорость называется VMG — velocity made good).
Яхтсменам полезно также пронаблюдать, как изменяются оптимальные лавировочные углы в зависимости от скорости ветра (пунктирная линия на Рис.3.) Начиная с некоторого значения силы ветра прирост скорости на курсе крутой бейдевинд прекращается: сказывается крен судна, действие волнения и необходимость уменьшения парусности.
Необходимо отметить, что, например, для яхты с размерениями «однотонника», отклонение от оптимального лавировочного угла на 3° влечет «потерю высоты» 20 м на каждую милю дистанции. Причины этого явления во-первых в том, что вымпельный ветер «гасится» при движении судна; во-вторых, в перекрытии передних парусов задними.

Фордевинд или бакштаг?  Полярная диаграмма скоростей яхты позволяет легко оценить наилучший способ продвижения по ветру. Как можно заметить (Рис.4), чаще всего курс фордевинд невыгоден: более правильна тактика прохождения участка галсами в бакштаг. Особенно значительное преимущество этот способ имеет при слабых ветрах.

Какой курс самый быстрый?  При слабых ветрах наибольшая скорость яхты достигается на курсе полный бейдевинд, что связано с максимальным использованием эффекта вымпельного ветра. Это особенно справедливо для яхт, не имеющих спинакера, и также для катамаранов. С усилением ветра яхта развивает максимальную скорость на курсе бакштаг.

Тактика маршрутных гонок
Как построить гонку по известному маршруту, имея во-первых, достоверную полярную диаграмму скоростей; во-вторых, долгосрочный метеопрогноз: распределение ветров по скоростям и направлениям, а также параметры волнения и течений? В общем это сложная многомерная задача, наиболее точное решение которой можно получить с помощью спутниковых метеоданных, компьютера и специального программного обеспечения: именно так и работают навигаторы яхт в престижных океанских гонках. (До конца 1980-х такой возможности зачастую не было, и эту работу иногда выполняли «береговые штурмана».)
Но даже если вы ходите не на «Макси» и у вас нет бортового компьютера, полярная диаграмма скоростей вашей яхты окажет неоценимую помощь при выполнении прокладки в маршрутной гонке. Чтобы было меньше вычислений, для этой операции удобно иметь поляру, выполненную на кальке в масштабе карты; и сориентировать ее на карте по направлению ветра. Алгоритм должен выглядеть приблизительно так: проставить на карте в зоне маршрута направления и скорости ветра в соответствии с прогнозом и ожидаемым изменением. Определить, выгодно ли следовать генеральным курсом. Если есть, например, участки лавировки, то предусмотреть их прохождение более выгодным курсом и проложить остальные участки маршрута соответственно. Конечно, необходимо одновременно учитывать особенности «оперативного поля»: препятствия, волнение, достоверность прогноза и т.д… В общем, для экипажей крейсерских яхт открываются новые горизонты совершенствования мастерства.

«Выбить» паруса или взять риф?
Ответ на этот вопрос проиллюстрируем, немного углубившись в «механизм» VPP. «Внутри программы» существуют два фактора R — рифление и F — «уплощение» парусов, которые по-разному влияют на ходовые качества.
Рифление вызывает понижение центра парусности в R раз, площадь парусности уменьшается в R2, силы парусах также уменьшается в R2 раз.
«Выбивание» парусов никак не влияет на высоту центра парусности, подъемная сила (основная составляющая тяги паруса на острых курсах) уменьшается в F раз, в то время как сила сопротивления паруса (т.е. практически сила дрейфа) уменьшается в F2 раз.
Таким образом, если позволяет остойчивость яхты, выгоднее попытаться уменьшить пузо паруса, чем брать рифы.

О полярных диаграммах, приведенных в статье
На иллюстрациях статьи проследим, как конструкторы используют полярные диаграммы скоростей при разработке проектов яхт для конкретных условий гонок: соответственно выбираются размеры и форма корпуса, тип парусного вооружения и т.д.
Поляры на Рис.3 относятся к яхте «Кубкового класса» для гонок на Кубок Америки (IACC). Это очень характерный пример яхты для гонок «по треугольнику»: очевидно, что предпочтение отдается лавировочным качествам. Характеристики яхты оптимизированы на слабые ветра.
На Рис.4 показаны полярные диаграммы типичного «круизер-рэйсера», ориентированного на обмер по IMS: LOA = 12.0 м, LWL= 9.9 м, B= 3.81 м, DISPL= 5.53 т, SA= 75.8 м2. Как следует из поляр, яхта универсальная, предназначена для широкого диапазона курсов и скоростей ветра: гонки как маршрутные, так и «вокруг буев».

Перспективные направления исследований ходовых качеств яхт
Совершенно справедливо связывать развитие VPP с прогрессом в яхтостроении: ведь эти расчетные программы используются при разработке новых судов. Сегодня основные усилия зарубежных специалистов — разработчиков VPP сосредоточены на уточнении влияния морского волнения на сопротивление (параметры волнения очень сильно зависят от акватории), а также на совершенствовании математической модели аэродинамики парусов.
Однако возможны и другие перспективные направления, предоставляющие возможности значительного совершенствования характеристик парусных яхт. Например, в матчевых гонках поворот оверштаг является важным элементом ходовых качеств на лавировке; оценки показывают, что в гонках Кубка Америки яхта проходит в нестационарном режиме (торможение, поворот, разгон) около 8…12 % дистанции…
К настоящему времени под руководством автора статьи разработана и совершенствуется принципиально новая программа, названная SCD (Sail Craft Dynamics), позволяющая рассчитывать не только прямолинейное (как в VPP) движение яхты, но и моделировать маневры: возможно в реальном времени исследовать повороты, действие перекладки руля, изменение направлений и скорости ветра и т.д, с учетом всех особенностей гидроаэродинамики. На базе программы SCD в Севастопольском Государственном Техническом Университете создаются также компьютерные тренажеры для судоводителей.

Конечно, некоторые из рассмотренных приемов управления интуитивно знакомы яхтсменам. Но экипажи лучших крейсерско-гоночных яхт применяют полярную диаграмму скоростей своего конкретного судна для обоснованного принятия тактических решений; в короткой гонке поляра позволяет заранее продумать стратегию. К сожалению, многие наши ведущие спортсмены на самом деле не склонны к анализу ситуации на дистанции, а скорее действуют «по шаблону»… Опыт тренерской работы показывает, что даже само знание закономерностей полярной диаграммы яхты способно значительно повысить результативность яхтсмена независимо от класса, в котором он выступает.

23.05.2011 Posted by | проектирование, расчет, 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