Домашняя яхт-верфь.

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

К вопросу о центровке гоночной яхты.

530408451_1

Центровка – это основная операция по настройке парусной яхты на высокие ходовые характеристики, и на протяжении гонок и тренировок она осуществляется постоянно, так как судно движется в переменной колебательной среде «ветер-волна».

Рассмотрим основные факторы, влияющие на центровку, и способы ее контроля. Парусная яхта представляет собой частично погруженное в воду несимметричное тело, которое влияет на окружающую среду (воздух, вода) и само испытывает ее действие в виде сил и моментов сил [1].

Устойчивое движение яхты обеспечивается при удержании в равновесном состоянии всех аэрогидродинамических сил, возникающих на корпусе, парусе, шверте (киле) и руле – это осуществляется за счет перестройки парусного вооружения и изменения места и позы экипажа (сидя, стоя, откренивая, с креном на трапеции), что вызвано перемещением центра масс.

Еще на стадии проектирования судна при выборе основных размерений и парусного вооружения приходится предусматривать диапазон этих перемещений. Диапазон центровки парусной яхты распространяется от статической поддержки судна на плаву за счет равновесного (на одной вертикальной оси) состояния центра тяжести (ЦТ) и центра величины (ЦВ) до изменения ЦВ гидродинамической подъемной силой при глиссировании.

002 Читать далее

11.01.2016 Posted by | паруса | , , , | Оставьте комментарий

К чему приводит наклон паруса?

00 - 001

Стремление человека двигаться быстрее преодолеть невозможно – это в полной мере касается и яхтсменов. Наиболее простой способ увеличения скорости – увеличить мощность двигателя и эффективность движителя. Но на ветер нам влиять трудно. Поэтому приходится экспериментировать с движителем – парусом. И тут возникает одна проблема. Чтобы увеличить скорость, надо увеличить силу тяги FT. Но тяга – это проекция аэродинамической силы F, возникающей на парусе, т.е. надо увеличить ее. Пути, позволяющие этого добиться, известны. Беда в том, что у этой силы есть еще одна проекция – поперечная FД. Она у нас называется силой дрейфа.

Особенность работы паруса на острых курсах заключается в том, что сила дрейфа превышает, иногда значительно, силу тяги. Но поперечная проекция не только пытается сдвинуть яхту вбок, но еще и кренит ее, т.к. точка приложения аэродинамической силы – центр давления (ЦД) – находится (условно) в центре площади нашего паруса, т.е. достаточно высоко над палубой.

Получаем следующую схему (рис. 1). Увеличиваем полную силу на парусе F – увеличиваем силу тяги FT и силу дрейфа FД – крен растет. Но с ростом крена ухудшаются условия работы паруса и сила на нем падает. Это происходит до тех пор, пока кренящий момент не сравняется с восстанавливающим. Сила F на яхте с креном становится меньше по сравнению с яхтой, идущей без крена, а значит, уменьшается тяга.

В результате эффект от улучшения характеристик паруса оказывается меньше, чем мы ожидали. Напрашивающийся выход – использовать вместо высокого и узкого паруса низкий и широкий, чтобы понизить ЦД – не перспективен. Из теории крыла известно, что низкие и широкие паруса создают значительно меньшую силу в сравнении с высокими и узкими.

Поэтому у конструкторов появилась идея увеличить силу F, но использовать часть ее для уменьшения кренящего момента. Если развернуть плоскость паруса относительно горизонта, то появится вертикальная проекция полной силы. Если ее направить вверх, то она будет, с одной стороны, приподнимать корпус из воды, с другой – при крене будет создавать восстанавливающий момент.

Такая идея была реализована в ряде проектов, в частности на SailRocket (рис. 5). Это судно недавно обновило рекорд скорости под парусами. Но наклоняя парус мы, как было указано раньше, уменьшаем полную силу, которая на нем возникает. Кроме того можно предположить, что и сила тяги будет меняться в зависимости от угла наклона паруса к горизонту.

001

002

003

004

005

006

Чтобы выяснить, что же происходит при использовании подобных конструкций, на кафедре Гидроаэромехники и морской акустики Санкт-Петербургского Государственного морского технического университета одним из авторов статьи выполнена дипломная работа, в рамках которой был проведен численный эксперимент.

В нем анализировалось влияние угла наклона паруса на величину аэродинамических сил и моментов. Поскольку любая численная модель содержит достаточно много допущений и упрощений, параллельно были выполнены продувки крыла в аэродинамической трубе.

Сравнение результатов численного и физического эксперимента позволило внести поправки в данные, полученные расчетом. Нужно уточнить, что в расчетах предполагалось безотрывное обтекание крыла. При продувках в трубе это предположение подтвердилось. Было использовано прямоугольное в плане крыло удлинением 3 (рис. 6).

В эксперименте анализировались три угла атаки а: 10°, 15° и 20°. Угол наклона крыла к вертикали изменялся от 0° до 90° с шагом 15° в диапазоне от 30° до 90° и с шагом 5° от 0° до 30°. За нулевой угол было принято вертикальное положение крыла. Для примера в таблице 1 и на рисунке 7 приведены экспериментальные и расчетные данные, полученные для угла атаки 10°.

Коэффициент боковой силы приведен в поточной системе координат. Ось Y направлена на правый борт, ось Z – вверх.  Из приведенного графика видно, что на малых углах наклона паруса, примерно до 20°, подъемная сила быстро растет, а боковая уменьшается, но гораздо медленнее.

Наклон паруса приводит к тому, что кренящий момент сохраняется, хотя и несколько уменьшается, но появляется вертикальная сила, стремящаяся приподнять корпус из воды. Для подавляющего большинства яхт ее величина пренебрежимо мала, по сравнению с весом корпуса. Но для виндсерфингистов она уже вполне ощутима.

007

008

009

0010

И на досках давно используют поперечный наклон паруса для ускорения выхода на глиссирование. А иногда и для подлетов и кульбитов на различных шоу. А к чему это приводит на обычных яхтах? Рассмотрим несколько вариантов возможного наклона паруса (рис. 8).

Для нас представляет интерес, можно ли и при каких условиях, наклоняя парус (по сути – наклоняя мачту в плоскости мидель-шпангоута), уменьшить или сделать нулевым кренящий момент от паруса на судне. Понятно, что простого наклона паруса недостаточно. Для обычного треугольного паруса (рис. 8а) вертикальная сила, приложенная в центре давления, создаст ничтожный момент относительно точки вращения судна.

Более того, увеличивая наклон, мы получим дополнительный кренящий момент от вертикальной силы при незначительном уменьшении момента от силы дрейфа. На катамаране, в зависимости от конструкции, мы можем получить разные результаты. Для случая, изображенного на рис. 2, и для симметричного прямоугольного паруса, использованного в эксперименте, момента от вертикальной силы не будет вообще.

Для таких судов, как на рис. 3–5, эффект уменьшения кренящего момента от паруса будет иметь место (см. рис. 8б). Но полностью ликвидировать его не удастся из-за неблагоприятного соотношения вертикальной и горизонтальной проекций. Еще один вариант, позволяющий достигнуть поставленной цели, приведен на рис. 8в.

В данной конструкции одновременно с наклоном паруса мы наклоняем мачту на подветер. Судов такой конструкции в реальности не встречалось. Что-то подобное можно представить лишь для судна с кайтом в качестве движителя. Для такого случая были проведены расчеты углов наклона мачты g (gamma) и паруса d (delta), при которых момент равен нулю.

Нужно учитывать, что увеличивая наклон паруса, мы уменьшаем силу тяги, которая является проекцией полной аэродинамической силы F на направление движения яхты. В таблице 2 приведены значения углов наклона мачты и паруса, при которых выполняется условие равенства нулю кренящего момента от паруса.

0011

0012

0013

Там же показана величина коэффициента силы тяги для каждого случая и отношение этого коэффициента к базовому, имеющему место при вертикальном положении паруса. Т.е. величина потери тяги в процентах. Эти данные приведены для угла атаки паруса 10°. Расчеты показали, что для получения нулевого момента, изменение угла атаки паруса от 10° до 20° приводит к изменению углов наклона мачты и паруса в пределах 2–3°.

На рисунках 9 и 10 приведены зависимости изменения коэффициента силы тяги от угла наклона паруса для случаев, соответствующих нулевому моменту. И величина потери тяги для этих вариантов. Из графиков видно, что наклоняя парус на 30°, мы теряем около 20% тяги. Нужно не забывать, что наклон паруса требует соответствующего наклона мачты.

При этом возникает мощный приводящий момент, который тоже надо чем-то компенсировать. Казалось бы, на основании полученных результатов можно предположить, что, установив парус и мачту в положение нулевого момента, можно увеличивать площадь паруса, чтобы компенсировать потерю тяги. Это не совсем так.

В данной постановке задачи мы рассматриваем момент, создаваемый парусом, относительно точки крепления мачты к корпусу (шпора мачты). Но на подводную часть судна действуют свои силы, которые тоже будут создавать свой кренящий момент. Мы о них не говорим, но они зависят от силы дрейфа, создаваемой парусом.

Кроме того, в данной модели не учитывается вес рангоута и паруса. Он должен компенсироваться вертикальной составляющей силы на парусе. Для этого ее придется увеличить. За счет тяги. И предполагается, что мачта прикреплена к парусу в центре давления.

Это ограничивает возможность увеличения вертикального размера паруса из-за близости поверхности воды. Поэтому конструкцию надо отрабатывать с учетом большого количества различных ограничений. Кроме того, надо рассматривать все судно в комплексе, с учетом подводной части.

0014

0015

Полученные результаты позволяют предположить, что использование наклона паруса вряд ли целесообразно на однокорпусниках. Но может, после соответствующих исследований, принести пользу на катамаранах и судах типа проа. Подтверждением этому является упомянутая выше SailRocket. Дополнительно в дипломной работе был рассмотрен еще один интересный вопрос – влияние продольного на клона мачты на силу, действующую на парус.

Спортсмены очень часто при настройке яхт наклоняют мачту в плоскости, совпадающей с ДП. Обычно это делается для обеспечения поперечной центровки яхты. А как наклон повлияет на скорость? Для оценки этого влияния также были проведены расчеты и продувка модели паруса.

Модель представляла собой плоскую пластину со скругленной передней и клиновидной задней кромками. Парус установлен под углом атаки, равном 15°. Наклон осуществлялся от -20° до 20° с шагом 5°. Наклон вперед соответствовал отрицательным значениям угла. На рисунке 12 приведена зависимость коэффициента силы тяги от угла наклона.

Результаты показывают наличие максимума при угле наклона мачты примерно на 10° в корму. Это можно объяснить увеличением относительного удлинения паруса за счет опускания вниз шкотового угла. Стоит заметить, что это предварительные выводы. Окончательно можно будет судить после испытания модели с имитацией мачты и гика.

В заключение хочется выразить благодарность сотруднику кафедры Теории корабля Д. А. Вирцеву, оказавшему большую помощь в подготовке и обсуждении результатов эксперимента.

А. Р. Бесядовский, М. Ч. Наумова

Источник:  «Катера и Яхты»,  №245.

06.11.2014 Posted by | Аэродинамика, паруса | , , , , | Оставьте комментарий

Графический метод определения общего центра парусности.

Одной из специфических сложностей проектирования парусных судов является центровка –  определение оптимального взаиморасположения центра парусности (ЦП) и центра бокового сопротивления (ЦБС). Обычно конструктор яхты варьирует положение геометрического ЦП как центра тяжести площади парусов и положение геометрического ЦБС как центра тяжести проекции подводной части яхты на ее ДП, дoбиваясь тoгo, чтобы ЦП находился впереди ЦБС на величину (в процентах LКВЛ), рекомендованную по среднестатистическим данным.

Такой способ весьма неточен, поскольку  на самом деле положения геометрических ЦП и ЦБС существенно отличаются от положений истинных ЦП и ЦБС как центров давления – точек приложения результирующих аэро – и гидродинамических сил; кроме тoгo, центровка зависит и от особенностей компоновки вооружения (в частности, от высоты ЦП), и от остойчивости яхты.

Не смотря, на все выше сказанное при предварительном эскизном проектировании яхты,  метод  графического определения центра парусности находит широкое применение среди дизайнеров – профессионалов а особенно среди конструкторов – любителей.  Рассмотрим подробнее применение этого графического метода определения центра парусности.

Прежде вceгo необходимо иметь чертеж или схему парусности яхты, вычерченную в точном масштабе.  Затем находят центры тяжести площади каждого  паруса S1 – S5   в   отдельности. Далее, наносят на вспомогательной вертикали последовательно сверху вниз, начиная с кормы, площади всех парусов, условно переведенные в линейный масштаб, например, 1 см = 5 м 2 паруса. Из центра тяжести каждого паруса на схеме опускают перпeндикуляры на ватерлинию.

Теперь выбираем справа от полученной вертикали полюс (см, рис.) с таким расчетом, чтобы прямые О и 4, проведенные от крайних точек  вертикали к полюсу, образовали при пересечении между собой прямой угол. Затем полюс Р соединяем линиями-лучами со всеми точками, соответствующими площадям парусов, и при помощи треyгольников переносим эти линии  cтpoгo  параллельно — под схему парусности, привязывая каждую к соответствующему перпендикуляру тoгo  же паруса: первый луч О —  к перпендикуляру из центра S1; второй 1 —  к S2 и т, д.

Если теперь продлить крайние лучи О и 4 вниз до пересечения, то таким образом и определится положение общего центра тяжести (или центра парусности) для всех четырех парусов. В нашем случае он совпал с центром тяжести гpoтa.

Предположим, надо определить положение центра тяжести штормового варианта парусности  штормовoгo стакселя S5 и бизани S1.  Опять наносим в выбранном линейном масштабе площади парусов, находим полюс Рl (см, схему внизу) и делаем построение под схемой парусности. Точка пересечения пунктирных прямых О и 5 является общим центром тяжести двух интересующих нас парусов (который опять совпадает с общим центром тяжести S).

При тщательном выполнении графических построений почти всегда удается получить удовлетворительный результат при центровке яхты.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №38.

02.10.2011 Posted by | проектирование, расчет | , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Центровка яхты.

Одной из специфических сложностей проектирования парусных судов является центровка —  определение оптимального взаиморасположения центра парусности (ЦП) и центра бокового сопротивления (ЦБС). Обычно конструктор яхты варьирует положение геометрического ЦП как центра тяжести площади парусов и положение геометрического ЦБС как центра тяжести проекции подводной части яхты на ее ДП, дoбиваясь тoгo, чтобы ЦП находился впереди ЦБС на величину (в процентах LКВЛ), рекомендованную по среднестатистическим данным.

Такой способ весьма неточен, поскольку .на самом деле положения геометрических ЦП и ЦБС существенно отличаются от положений истинных ЦП и ЦБС как центров давления — точек приложения результирующих аэро — и гидродинамических сил; кроме тoгo, центровка зависит и от особенностей компоновки вооружения (в частности, от высоты ЦП), и от остойчивости яхты.

Очевидно, что при увеличении высоты парусности и уменьшении остойчивости увеличиваются крен яхты и смещение центра давления (ЦД) парусов под ветер. Как следствие, увeличивается приводящий к вектору момент, а для eгo компенсации необходимо увеличивать опережение (условимся называть таким образом вынос ЦП вперед относительно ЦБС). С ругой стороны, положение гидродинамического ЦД зависит от степени нагруженности плавника и руля как поверхностей, создающих поперечную гидродинамическую силу более эффективно, чем остальная погруженная часть корпуса. Эта нaгpyженность определяется, главным образом, отношением площади парусности к суммарной поверхности руля и плавника: чем больше это отношение, тем больше нагрузка на плавник и руль, тем больше их влияние на положение истинного ЦБС. Читать далее

13.07.2011 Posted by | проектирование, расчет | , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Особенности движения парусной яхты.

Силы нa парусах и корпусе. Суда, приспособленные для движения под парусами, имеют ряд специфических особенностей, отличающих их от судов с механическим двигателем. Эти особенности обусловлены использованием ветра в качествe энергии для движения, а в качестне движителя —  пapycoв.

Большинство людей хорошо знакомо с простым прямыми пapycaми, которые ставятся преимущественно на попуктных к ветру курсах . Такой  пapyc является плохо обтекаемым телом. На eгo подветренной стороне создается разрежение, на наветренной —   повышенное давление.

Суммируясь по всей площади паруса, разность давлений образует силу сопротивления, направленную по курсу судна и приводящую eгo в движение. Прямой парус создаст тягу и при плавании под углом к направлению ветра вплоть до курса полный бейдевинд (60  —  70 градусов к ветру). На этом курсе на ветровой поток  воздуха накладывается встречный поток, вызванный  скоростью  продвижения судна вперед; вектор скорости  cyммарного потока накладывается направленным к парусу уже не под 60 или 70 градусов, а гораздо острее.

Парус начинает работать уже по другому принципу  —  аэродинамического крыла. С кормовой кромки срывается выхрь, вызывающий циркуляцию потока воздуха вокруг паруса направление которой совпадает с общим потоком у подветренной стороны паруса и противоположному ему у наветренной. Вследствае ускорения частиц воздуха на подветренной стороне возникает разрежение, а на наветренной, где движение частиц замедляется, создается пониженное давление, В результате образуется аэродинамическая сила, проекция которой на направление движения судна и является полезной тягой паруса.

При расположении паруса под углом к ветру он также обладает сопротивлением, но в данном случае сила сопротивления не только не создает тяги, но и наоборот тормозит движение судна. Если на попутном курсе чем больше сопротивление, тем больше тяга паруса, то на курсе бейдевинд важно по возможности снизить сопротивление (по аналогии с аэродинамикой крыла оно называется лобовым) и увеличивает вторую составляющую аэродинамической силы – подъемную силу  Y, направленную перпендикулярно направлению воздушного потока —  вымпельного ветра.

Для таких условий работы прямой парус оказывается малоэффективным. Исследования парусов показали, что подъемная сила создается в основном за счет разрежения на подветренной поверхности, которое достигает своего максимума вблизи кромки паруса, обращенной к ветру.  Помимо прочих факторов величина разрежения зависит от формы  —  профиля паруса, который принимает парус наполненный ветром, от расположения и глубины выпуклости или «пуза» паруса.

Поэтому наибольшее распространение на спортивных и прогулочных судах приобрели косые паруса, которые устанавливаются одной из своих боковых кромок – передней шкаториной – к ветру. Этой шкаторине придается прямолинейность при помощи мачты или штага; парус же выкраивается с выпуклым профилем, имеющем глубину «пуза» от 6 до 12% его хорды.

Косые паруса эффективно работают под малыми углами атаки к вымпельному ветру  —  5 – 8 градусов, благодаря чему суда , имеющие специально рассчитанные для плавания под парусами обводы, могут идти в бейдевинд под углом  30  —  35 градусов к направлению истинного ветра и продвигаться против ветра в лавировку  —  галсами.

Из схемы видно, что сила тяги T оказывается намного меньше боковой силы D, называемой дрейфа так как она вызывает перемещение судна  —  дрейф его в подветренную сторону. Следовательно, для того чтобы парусник эффективно продвигался в сторону ветра, он должен иметь достаточно большое сопротивление дрейфу и по возможности малое сопротивление в направлении движения.

Первое из этих качеств достигается благодаря применению килевых обводов с развитой боковой поверхностью или же эффективных профилированных килей – плавников, являющихся гидродинамическими крыльями малого удлинения. Поскольку судно движется под углом дрейфа относительно его диаметральной плоскости, на таком плавнике создается гидродинамическая сила, направленная в наветренную сторону, т. е. против силы дрейфа, действующей на парус. При установившемся движении обе силы должны быть равны по величине и располагаться в одной вертикальной плоскости

Обратимся теперь к рисунку на котором представлена несколько упрощенная пространственная картина действия основных сил на парус и корпус яхты. Считается, что аэродинамическая сила приложена к парусам в условном центре парусности  —  (ЦП), за который в предварительных расчетах принимается геометрический центр тяжести парусов, поставленных в  ДП судна. Для треугольного паруса ЦП является точкой пересечения двух медиан, т. е. аэродинамическая сила и ее составляющая D приложены достаточно высоко над ватерлинией. Сила сопротивления дрейфу  Rd подобным же образом считается приложенной в центре бокового сопротивления  (ЦБС), за который принимается геометрический центр тяжести боковой проекции подводной части ДП судна с килем и рулем. В зависимости от обводов подводной части ЦБС оказывается расположенным на глубине  15  —  25 % осадки яхты.

Таким образом, сила дрейфа D и сила сопротивления дрейфу Rd оказываются приложенными на довольно большом плече l и образуют кренящий момент  M = D*l/. Следствием этого является неизбежный крен, с которым происходит движение парусных судов на острых углах к ветру. Величина этого крена зависит от остойчивости судна, а для его уменьшения яхту снабжают тяжелым  (от 30 до 60 % водоизмещения) балластным фальшкилем или откренивают, если речь идет о легком швертботе.  Гораздо меньший дифферентующий на нос момент создает пара сил тяги Т и сопротивления воды движению яхты  R, которая также уравновешивается восстанавливающим моментом продольной остойчивости судна.

Гораздо более существенное влияние на управляемость судна оказывает другой момент этих сил, действующий в горизонтальной плоскости и возникающий вследствие того, что сила T смещается при крене в сторону накрененного борта. Момент сил T и R? (Mпр = T*b) стремится повернуть судно носом против ветра  (или привести его к ветру, как говорят яхтсмены).  Противодействовать этому можно при помощи руля, но дизайнеры стараются создать компенсирующий момент за счет сил D и Rd, вынося  ЦП вперед от  ЦБС  на большую величину a.

В зависимости от обводов судна, типа оснастки и парусов эта величина составляет от 5 до 20% длины судна по ватерлинии. Большая цифра относится к современным спортивным яхтам, имеющим глубокий плавниковый киль и руль и оснащенными высокими узкими парусами бермудского типа; меньшая  —  к судам типа старинных шхун с прямой длинной линией киля  и широкими гафельными парусами.

Многое зависит и от остойчивости судна: чем она меньше, там больший крен на ходу получает яхта, тем дальше от борта смещается сила  T и тем больше необходимо разнести ЦП и ЦБС. При черезмерном носовом расположении  ЦП  относительно  ЦБС яхта получает тенденцию  —   уваливаться под ветер —  отворачивать форштевень от ветра.  В этом случае приходится перекладывать на ветер , вследствие чего скорость яхты может заметно снизится ( так же, как и в случае недостаточного опережения ЦП перед ЦБС , когда руль отклоняют в подветренную сторону).

Подводя итог, можно сформулировать основные  требования, которым должно удовлетворять судно, предназначенное для плавания острыми курсами к ветру:

1. Оно должно быть достаточно остойчивым, чтобы не получать в свежий ветер черезмерного крена;

2. Судно следует оснастить эффективными парусами, способными pазвивать достаточную аэродинамическую силу на малых углах атаки к вымпельному ветру;

3. Судно должно иметь эффективный киль для сопротивления дрейфу;

4. Оно должно быть хорошо отцентровано для обеспечения устойчивости на курсе.

Еще одна особенность парусных судов – это непостоянство величины силы тяги, которая зависит от скорости ветра. Поэтому режим эксплуатации парусника изменяется в широких пределах —  от водоизмещающего плавания с минимальной скоростью до глиссирования (при благоприятных условиях) на гребне волны.

С расчетом на весь этот диапазон или же на какую – либо часть его – в зависимости от преобладающих ветровых условий в районе плавания —  и проектируются обводы корпуса, выбирают ту или иную площадь парусности и остойчивость судна. Как правило, мощности, развиваемой парусами, оказывается достаточно для достижения максимальной скорости  Fr = 0.5, или V = 3 v L уз,  где L – длина яхты по ватерлинии, м.

Конструктивные типы парусных яхт. В зависимости от того, каким образом обеспечивается боковое сопротивление дрейфу и остойчивость судна, необходимые для плавания под парусами, различают несколько основных конструктивных типов парусных лодок и яхт.

Килевая яхта  имеет  киль  —  глубокий плавник, создающий значительное боковое сопротивление. К нижней части этого плавника крепится чугунный или свинцовый груз, называемый балластным килем нли фальшкилем. Киль может быть образован обводами корпуса и составлять с ним одно целое либо выполнен в виде отдельного плавника, имеющего в поперечных сечениях симметричный авиационный профиль, или бульбкиля (вертикальный лист с тяжелой отливкой внизу. Чем яснее выделен из корпуса яхты киль и больше его удлинение, тем эффективнее он противодействует дрейфу, тем относительно меньше может  быть принята его площадь. При длинной килевой линии площадь ДП может составлять 1/5 площади парусности  S; при нормальных яхтенных  обводах —  1/7S; при плавниковом киле  —  1/12S.

На современных спортивных яхтах применяют преимущественно плавниковые профилированные кили, напоминающие авиационные крилья малого удлинения. Форма, профиль и размеры плавника выбираются с учетом того, чтобы киль развивал максимальную подъемную силу на малых углах атаки  —  3 – 5 градуса, соответствующих углу дрейфа современных яхт. Для реальных скоростей, с которыми плавают парусники, оптимальны кили с относительной толщиной  t/b = 0.09 – 0.12  (t – толщина сечения киля,  b – хорда профиля).

Максимальная толщина профиля должна располагаться на расстоянии от 30 до 40% хорды от передней кромки  профиля киля. Хорошими качествами обладает также профиль NASA 664-0 c максимальной толщиной, расположенной на расстоянии 50% хорды от носка.

Удлинение килей современных килевых яхт составляет от 1 до 3, рулей до 4. Чаще всего киль имеет вид трапеции с наклонной передней кромкой, причем угол наклона оказывает определенное влияние на величину подъемной силы и лобового сопротивления киля. При удлинении киля около  l = 0.6 может быть допущен наклон передней кромки до 50 градусов ; при l = 1  — около 20 градусов; при l больше 1,5 оптимален киль с вертикальной передней кромкой.

Суммарная площадь киля и руля для эффективного противодействия дрейфу принимается обычно равной от 1/25 и 1/17 площади основных парусов. Руль, как правило, устанавливается отдельно от киля и эффективно участвует в создании силы сопротивления дрейфу, являясь тем же профилированным крылом с небольшой площадью.

Масса балластного фальшкиля составляет от 25 до 40% водоизмещения судна, благодаря чему центр тяжести яхты оказывается распределенным достаточно низко (чаще всего под ватерлинией или слегка выше ее). Остойчивость килевой яхты всегда положительна и достигает максимума при крене около 90 градусов, когда паруса уже лежат на воде. Разумеется, в этом случае судно остается на плаву, если оно имеет надежные закрытия всех палубных отверстий и самоотливной кокпит, не сообщающийся с основным помещением. Килевая яхта имеет большую осадку и предназначена для плавания по морях и озерах с глубокой водой и сильными ветрами.

Швертбот  —  легкое парусное судно, используемое на мелководье. Боковое сопротивление обеспечивается благодаря  шверту – плоскому или профилированному тонкому килю, который для уменьшения осадки убирается внутрь, корпуса в специальный колодец, установленный в  ДП. Масса шверта, даже если он изготовлен из металла, невелика и практически не оказывает существенного влияния на остойчивость лодки.  Остойчивость швертботов обычно обеспечивается за счет увеличения ширины корпуса, причем чем меньшее судно, тем относительно более широким должен быть корпус.

Кроме того, уменьшить крен активно помогает экипаж лодки, располагаясь на планшире или даже откидываясь за борт с помощью трапеции  —  подвески с поясом, крепящейся к мачте на длинном стальном тросе. При крене порядка 60 – 80 градусов сила плавучести и сила веса швертбота оказываются расположенными на одной плоскости  — наступает момент неустойчивого равновесия. Достаточно небольшого порыва ветра или удара волны, чтобы положить лодку парусами на воду. Поэтому мореходность швертбота ограничена и плавание на нем допускается лишь вблизи берегов и на сравнительно закрытых от ветра и волнения акваториях.

Наибольшее распространение получили вращающиеся шверты секторного типа, мечевидные, L – образные, а также втыкающиеся в колодец кинжальные. Вращающиеся шверты удобнее втыкающихся, так как они при посадке на мель не так сильно нагружают конструкцию корпусов. В то же время для них требуется колодец больших размеров, загромождающий кокпит лодки. Втыкающиеся шверты применяют в основном на самых малых парусных лодках.

Узкие и длинные (удлинение l до 4) мечевидные и кинжальные шверты, как правило, выполняются профилированными с относительной толщиной  t/b = 0.05 – 0.08  (на гоночных лодках – 0,044 – 0,05).  Шверты других типов вырезаются из металлического листа. Площадь профилированного шверта, имеющего повышенную эффективность в создании боковой силы сопротивления дрейфу, принимается обычно равной  1/25 – 1/30 площади парусности  S. Если шверт секторный или L – образный, его площадь должна быть не менее 1/20S. Чтобы повысить остойчивость при сохранении малой осадки, иногда строят яхты с тяжелыми швертами (падающими килями).

 Такой шверт представляет собой полую сварную коробку из металлических листов, заполненную внутри балластом. Колодец для киля в этом случае выполняется по всей высоте корпуса – от днища до палубы. Киль весящий 18 – 30% водоизмещения яхты, втягивается в клодец при помощи талей, винтовых домкратов или гидравлических устройств. Тяжелые литые или вырезанные из толстого стального листа шверты применяют и для повышения остойчивости крейсерских швертботов.

Компромисс —  является промежуточным типом между килевой яхтой и швертботом. Благодаря увеличенной, по сравнению, со швертботом осадке и наличию балластного фальшкиля компромисс более устойчив, чем швертбот. В то же время для его плавания требуется акватория с меньшими глубинами, чем для килевой яхты. Швертовый колодец на компромиссе может размещаться полностью в фальшкиле и не загромождать каюту.

Компромисс используется главным образом в районах, где имеются открытые водные пространства с сильными ветрами, но с малой глубиной, а также для комбинированного плавания , когда в одном плавании приходится и проходить реку и выходить в море.

Многокорпусные суда   —  катамараны, тримараны и проа  —  составляют особую группу парусных судов. Общим для них является обеспечение поперечной остойчивости за счет силы поддержания, которая создается при крене на погружающемся в воду подветренном корпусе или поплавке. У катамарана водоизмещение распределено поровну между обоими корпусами.

Уже при небольшом крене водоизмещение резко перераспределяется : сила плавучести корпуса, погружающегося в волду, увеличивается. Когда другой корпус выходит из воды (при крене 8 – 15 градусов), плечо остойчивости достигает максимальной величины и оно немного меньше половины расстояния между ДП корпусов. При дальнейшем увеличении крена катамаран ведет себя подобно швертботу, экипаж которого висит на трапеции. При крене 50 – 60 градусов наступает момент неустойчивого равновесия, после чего остойчивость катамарана становится отрицательной – судно опрокидывается.

Катамаран имеет огромную начальную остойчивость, и только быстрое уменьшение восстанавливающего плеча после выхода наветренного корпуса из воды заставляет дизайнеров предусматривать специальные меры, предотвращающие опрокидывание двухкорпусных судов – снабжать их автоматикой для отдачи шкотов по достижении определенного угла крена, легкими жесткими или надувными поплавками на топах мачт и т. п.

На тримаране суммарный объем боковых поплавков составляет обычно 75 – 100%  водоизмещения, поэтому максимальная остойчивость у этого типа судов достигает в момент полного погружения подветренного поплавка в воду. На стоянке и на ходу без крена поплавки не касаются поверхности воды. Преимуществом многокорпусных судов перед обычными яхтами и швертботами обуславливается их узкими и длинными корпусами.

Отношение длины корпуса к ширине на катамаране составляет от 10 до 20; средний корпус быстроходного тримарана имеет  L/B = 8 – 11, а поплавки  —  14 – 18. Благодаря этому, а также отсутствию тяжелого фальшкиля многокорпусные суда испытывают меньшее сопротивление воды движению и могут развивать значительно более высокие скорости (до 20 узлов и выше), чем однокорпусные яхты. Кроме того, при небольшом значении дрейфа на узких и длинных корпусах развивается боковая сила сопротивления дрейфу такой величины, что целесообразно отказаться от применения швертов. Таким образом , многокорпусное судно может эксплуатироваться при малой глубине на акватории, чем килевая яхта или компромисс.

13.05.2011 Posted by | проектирование, расчет, теория | , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Проект яхты.

После выбора материала и четкого определения назначення судна (для дальних спортивных плаваний, туризма или гонoк) заказчиком и дизайнером решаются такие вопросы, как потребность в спальных местах и санитарных устройствах, тип и мощность механической установки, дальность плавания под мотором, оборудование устройствами для обеспечения безопасности (например спасательные шлюпки), тип парусноrо вооружения, допустимые уровни шума в каютах, желаемые ходовые качества под парусами и мореходность, уровень комфорта, необходимость установки систем кондиционирования воздуха, опреснителя и других устройств и т. д.

Конструктивные решения должны быть гармонично согласованы между собой. Имеются в виду в основном следующие критерии: Читать далее

22.04.2011 Posted by | проектирование | , , , , , , , , , , , , | 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