§5. Парусные яхты

Современные парусные яхты, как правило, вооружаются треугольными парусами бермудского типа, позволяющими им ходить под углом 'к ветру. Такие паруса работают подобно крылу самолета: при обтекании паруса потоком воздуха на подветренной (выпуклой) его стороне создается разрежение, на наветренной — повышенное давление. Суммарное действие этих давлений может быть приведено к результирующей аэродинамической силе А, направленной перпендикулярно хорде паруса (рис. 19). Ее можно разложить на силу тяги 7\ движущую судно вперед, и силу дрейфа Б, сносящую яхту в подветренную сторону. При ходе под острым углом к ветру (на лучших яхтах до 35° — курс бейдевинд) сила дрейфа может вчетверо превышать силу тяги; при направлении ветра перпендикулярно курсу (галфвинд) они примерно равны, и при попутном ветре сила дрейфа практически отсутствует.

§5. Парусные яхты

Рис 19. Схема сил, действующих на яхту.

При плавании с постоянной скоростью сила тяги Т расходуется на преодоление сопротивления воды Яг движению яхты, а сила дрейфа D компенсируется равной по величине и направленной в противоположную сторону силой сопротивления дрейфу Ra. Точки приложения сил — D и Ra соответственно центр парусности (ЦП) и центр бокового сопротивления (ЦБС) находятся на большом расстоянии друг от друга по вертикали, поэтому они создают кренящий момент Мкр, который уравновешивается (иначе бы яхта опрокинулась) противодействующим моментом остойчивости. Чем круче к ветру идет судно, тем больше сила дрейфа Б, тем больше угол дрейфа а и угол крена. Каждый, кто ходил на яхте, знает, что чем больше крен и дрейф, тем больше сопротивление воды, тем меньше скорость хода яхты. Усилия конструктора и строителя должны быть направлены на борьбу с этими вредными явлениями.

Обратимся опять к аналогии с самолетом. Известно, что величина подъемной силы зависит от формы и площади крыла, от угла атаки, от плотности и скорости набегающего потока. Это может быть записано так:

где Сд — коэффициент подъемной силы, зависящий от относительной длины крыла, профиля его поперечного сечения и угла атаки а; р — плотность набегающего потока; v — скорость потока; Q — площадь крыла.

Чем уже крылья и больше их размах, тем большую величину имеет коэффициент Сд при данном угле атаки. Пожалуй, даже неискушенный в аэродинамике читатель интуитивно чувствует, что самолет не поднимется в воздух, если его крылья сложить вдоль фюзеляжа.

Так же как подъемная сила, приложенная к крылу самолета, не дает ему упасть, сила сопротивления дрейфу RRy возникающая при обтекании водой киля и направленная горизонтально, не дает яхте дрейфовать.

Существуют различные типы плавников и килей, которые во многом определяют тип самой яхты и ее эксплуатационные качества (рис. 20). Брусковый киль (рис. 20, а) ненамного увеличивает осадку судна, но зато и наименее эффективен в сопротивлении дрейфу. Из-за малого удлинения киля TIL достаточная сила сопротивления дрейфу образуется лишь при большом угле дрейфа. Яхты с такими килями редко ходят круче 45° к ветру. В этом случае не помогает даже самое совершенное парусное вооружение.

Киль, показанный на рис. 20, б, образован плавными обводами днища. Такой киль обес*

печивает яхте хорошие лавировочные качества, а благодаря глубокому размещению балластного фальшкиля — и отличную остойчивость. Применяется обычно на килевых яхтах морского плавания.

Плавниковый киль (рис. 20, в) не менее эффективен, чем киль типа «б», но проще в изготовлении. Применяется на облегченных морских яхтах и яхтах прибрежного плавания.

Бульбкиль (рис. 20, г) аналогичен плавниковому килю, но изготовляется целиком сварным или литым.

За исключением судов с брусковым килем, все типы яхт обладают значительной осадкой, что является серьезным их недостатком при прибрежном морском или озерном плавании. Выход может быть найден в установке подъемного киля — шверта или скуловых килей. Швертбот имеет плоскодонный корпус с малой осадкой, что позволяет ему преодолевать мелко-

§5. Парусные яхты §5. Парусные яхты

Рис. 21. Сравнение яхты обычного типа (а) и двухкн левой (б).

водные участки и подходить к любому берегу. Однако с поднятым швертом лавировать на нем невозможно из-за сильного дрейфа. При посадке на мель шверт может погнуться или заклиниться в колодце; швертовый колодец создает неудобства в каюте и нередко протекает.

Скуловые кили (рис. 20, д), которые устанавливаются под днищем яхты примерно на расстоянии около четверти ее ширины от ДП, обеспечивают нормальные лавировочные качества при осадке, равной 50—60% от осадки килевой яхты таких же размерений. Об эффективности этих килей можно судить по рис. 21.

При крене проекция обычного киля на вертикальную плоскость уменьшается, он хуже сопротивляется дрейфу, к тому же подъемная сила киля дает составляющую, направленную вверх. На яхте со скуловыми килями один из них — подветренный погружается глубже в воду, его плоскость приближается к вертикальной, сопротивление дрейфу возрастает. При крене яхты силы, действующие на паруса и корпус, создают момент, приводящий яхту к ветру и затрудняющий управление ею. Плечо а этого момента у двухкилевой яхты оказывается меньше, чем у обычной. Меньше также и кренящий момент, благодаря малой осадке яхты.

Наконец, скуловым килям можно придать эффективный несимметричный профиль, выпуклой стороной обращенный к ДП. Такой киль по сравнению с симметричным килем имеет несколько увеличенное лобовое сопротивление, но зато на 25—30% большую подъемную силу, позволяющую ходить круче к ветру.

Двухкилевые яхты очень удобны для районов с большими колебаниями уровня воды и мелководной стоянкой. При отливе они не валятся на борт, а устойчиво садятся на грунт килями и кормовым плавником.

Обеспечение достаточной для плавания под парусами остойчивости — другая не менее важная забота конструктора. Расчеты показывают, что, например, на парусах даже у такой небольшой яхты, как «Нерпа», в 4-балльный ветер сила дрейфа Б составляет около 100 кг, а плечо кренящего момента (от центра парусности до центра бокового сопротивления подводной части) равно- 3,7 м. Значит, кренящий момент будет равен 100-3,7 = 370 кг-м. Это равносильно тому, что 5 человек сядут на самый борт яхты. Для, того чтобы крен не достиг опасной величины и яхту не положило парусами на воду, ее корпус делается более широ-кимч чем у катеЛаЛ с возможно более низким положением центра тяжести. В идеальном случае тяжелый балласт (весом 35—40% от общего веса яхты) закрепляется в самой нижней точке киля (рис. 22, б). При уменьшении осадки и, следовательно, при малом заглублении балласта, приходится заведомо идти на уменьшение площади парусов. На швертботах балласт вообще не может дать эффекта, экипаж откренивает судно своим весом. Управление швертботом требует определенного опыта и осторожности, так как при совместном действии ветра и волны, внезапном шквале, неудачном повороте или опоздании с открениванием судно может лечь парусами на воду и перевернуться.

Есть еще два типа парусников, которые обходятся без тяжелого балласта и шверта. Это катамараны и тримараны (рис. 22, в и г). При крене подветренный корпус погружается глубже и действующая вверх сила поддержания уравновешивает кренящий момент. Максимальной остойчивости такие суда достигают тогда, когда наветренный корпус полностью выходит из воды и силой своей тяжести увеличивает откренивающий момент.

Многокорпусное судно может оказаться неплохой яхтой для мелководья и с точки зрения сопротивления дрейфу. Его узкие корпуса обеспечивают большее боковое сопротивление, чем, например, корпус швертбота. Имеется, кроме того, возможность сделать обводы корпусов несимметричными (как это рекомендовалось для скуловых килей), так как практически дрейфу противодействует один подветренный корпус. Поэтому-то и может быть построен тримаран «Тритон», чертежи которого приводятся в книге, вообще без швертов.

Для парусных яхт характерно движение с различной скоростью в зависимости от силы ветра. В этом их отличие от катеров, обводы которых рассчитываются на определенную ско-

§5. Парусные яхты

рость. Как правило, мощности, развиваемой парусами, достаточно лишь для того, чтобы развить максимальную скорость V не выше 2,43 VI.

Следовательно, при выборе обводов яхт справедливы все соображения, высказанные в разделе о водойзмещающих катерах и лодках. Дополнительно нужно учитывать еще и то, что яхта ходит с креном и что при крене нужно обеспечивать правильное положение корпуса на воде. Если, например, корма в надводной части имеет слишком полные обводы, при крене яхта получает дифферент на нос, ее киль оказывается направленным к набегающему потоку под меньшим углом атаки и она идет с большим дрейфом. Удовлетворительные лавировочные качества получаются лишь при хорошем продольном балансе поперечных сечений корпуса, правильном распределении веса по длине яхты и при плавной, почти симметричной форме ватерлинии на крене.

Не меньшее значение имеет и положение чЛш\а. парусности ШУЛ) ОТАОСШЛлУСЪЧЛ лгталг бокового сопротивления "(ЦЪТ>).'ЪЛггичтай1'5сЛЛ щения ЦП вперед от ЦБС (или центровка), выражаемая в процентах от длины корпуса по КВЛ, зависит от типа обводов корпуса и парусного вооружения. Яхты с коротким плавниковым килем требуют более носовой, «увалистой» центровки (8—12% от Ь), ас длинной килевой линией, наоборот, более кормовой (5—7% от Ь). При вооружении с большим топовым стакселем центровка может быть увеличена до 14—16% от Б. Эти пределы изменения центровки нужно учитывать при возможной перепланировке судна.

Иногда любители-судостроители используют мореходные остойчивые корпуса яхт в качестве катеров, устанавливая на них мощные автомобильные двигатели или подвесные моторы. В этих случаях нельзя забывать, что увеличение мощности двигателя сверх известного значения не дает значительного повышения скорости. Для яхт длиной 5—7 м по ватерлинии наиболее экономична скорость 10—15 км/час,

которая может быть обеспечена двигателем мощностью всего 2—4 л. с. на 1 т водоизмещения. Такие двигатели, как «Прибой», «Ветерок», «Москва», практически достаточны для любой яхты таких размерений. Тому же, кто хочет ходить со скоростью 20—30 км/час и при случае поднять паруса, нужно подумать о постройке специального катера, на котором паруса будут играть лишь вспомогательную роль.

§5. Парусные яхты

Постройка судна на настоящей верфи никогда не обходится без участия конструктора. Не все узлы, предусмотренные в проекте, оказываются технологичными; в процессе постройки нередко приходится заменять материалы и оборудование; обнаруживаются неточности и ошибки, допущенные при разработке проекта. Все это учитывается конструктором при по-схлсшже первого (опытного) образца судна, <г_ ""©5*. «хо&ы. впоследствии, при игтотоьлет*Л следующих судов по тому же проекту, тшда5о«". вопросы решать не приходилось. ДОМШНИИ судостроитель чаще всего лишен возможности проконсультироваться с конструктором, и ему приходится принимать решения самостоятельно. К тому же хочется проявить и свою творческую инициативу, сделать судно более комфортабельным, приспособить к каким-то своим специфическим требованиям и условиям. Нередко в построенном любителем по опубликованным чертежам судне трудно обнаружить даже внешнее сходство с проектом. Очевидно, в этих случаях любитель становится соавтором проекта и должен, следовательно, в соответствии со своим участием принять на свой счет и огорчения по поводу неудачных результатов, и радость исполнения задуманного. Но какие бы переделки проекта не задумал строитель, пять основных заповедей он должен держать постоянно в центре своего внимания Это те качества судна, которые обеспечиваю'

безопасность его эксплуатации: остойчивость, непотопляемость, мореходность, прочность корпуса и скорость.

Не вдаваясь в теорию, заметим, что остойчивость — способность судна противостоять крену и возвращаться в прямое положение — зависит главным образом от его ширины и положения центра тяжести по высоте. Чем шире корпус и ниже расположен центр тяжести, тем остойчивее и безопаснее судно, и наоборот. Причем изменение остойчивости прямо пропорционально изменению ширины в третьей степени. Поэтому уменьшение ширины даже на небольшую величину по сравнению с проектом крайне нежелательно. К ухудшению остойчивости приводит также утяжеление надводной части судна за счет высоких и тяжелых надстроек, чрезмерной толщины палубного настила, громоздкого оборудования в каюте. Но, пожалуй, наиболее существенно влияет на остойчивость самых малых судов расположение экипажа. Ведь вес экипажа не только сравним с весом судна, но даже часто и превышает его. Поэтому главное, к чему должен стремиться строитель, — это расположить людей как можно ниже. Следует избегать высоких сидений — на лодке достаточна высота банки 250—320 мм; пайолы кокпита должны быть опущены так низко, как только это позволяет высота набора днища.

Непотопляемость — способность судна оставаться на плаву в случае опрокидывания, заливания его волной или получения пробоины в надводной части. На самых малых моторных лодках ее нетрудно обеспечить, закрепив в корпусе блоки из пенопласта. Необходимый объем их можно подсчитать, если учесть, что вес погруженной части корпуса лодки, мотора и оборудования становится меньше за счет вытесняемого ими объема воды. Например, дюралюминиевая лодка, имеющая вес 150 кг, в воде вытесняет объем

^=vr= °'°55 mS*

Таблица 3

Коэффициенты плотности различных материалов для расчета веса затопленной лодки

 

Плот-

Коэффици

Материал

ность.

ент плот

 

т/м*

иости К

Сталь

7,85

0,88

Алюминий

2.73

0,63

Стеклопластик

1.70

0,41

Бакедизировааная фанера

1.1

0,10

Дуб

0,63

—0,56

Сосна, ель

0,56

—0,78

Авиационная фанера

0,55

-0,81

Кедр

0,33

—1,95

где 2,73 т/м3 — плотность дюралюминия. Следовательно, остается добавить примерно 0,1 м3 пенопласта, чтобы поддержать на плаву неуравновешенные 95 кг конструкции плюс вес самого пенопласта.

Вес затопленной лодки 03 можно определить по формуле

§5. Парусные яхты

Коэффициенты плотности для различных материалов приведены в табл. 3. Коэффициенты со знаком минус означают, что материал обладает избыточной плавучестью.

Коэффициент плотности подвесных моторов /Сд берется обычно 0,55, механических установок со стационарными двигателями — 0,75.

Определим, например, погруженный вес моторной лодки «Суперальга», построенной из авиационной фанеры с мотором «Вихрь» (вес корпуса Ок = 80 кг, вес оборудования — 15 кг, вес двигателя Ок — 48 кг):

§5. Парусные яхты

т. е. лодка в случае аварии будет плавать, имея еще резерв плавучести в 47 кг. В этом случае за лодку могут, находясь в воде, держаться руками 2-3 человека. Если же снабдить корпус дополнительным резервом плавучести в виде пенопласта, пассажиры даже смогут остаться в лодке, и, работая веслами, достичь берега. Однако количество и расположение пенопласта должно при этом удовлетворять определенным требованиям.

Согласно американским стандартам BIA (Boat Industry Association), например, такой резерв плавучести должен составлять не менее половины грузоподъемности судна. Для той же «Суперальги» необходимо иметь запас в 150 кг плавучести (полная грузоподъемность лодки - 4 человека или 4 75 = 300 кг). Следовательно, к уже имеющемуся за3пасу в 47 кг мы должны добавить еще 0,103 м3 пенопласта. Если этот пенопласт расположить, например, в самом носу, то при аварии над водой окажется только одна носовая оконечность (рис. 23), Нельзя также закрепить его на днище, под пайолами, хотя бы и равномерно по всей длине корпуса: если лодку зальет волной, центр тяжести окажется слишком высоко, и она

§5. Парусные яхты

Рис. 23. Положение залитой водой лодки при недостаточном объеме пенопласта в корме («) и при нормальном распределении запаса плавучести (б).

перевернется вверх дном. Только распределение пенопласта по бортам как можно ближе к палубе обеспечивает устойчивое положение лодки на воде. По правилам В1А не менее 50% пенопласта должно быть закреплено в этом месте (рис. 24), остальное количество можно расположить под носовой палубой, под пайо-лами, кроме центральной части корпуса, где обязательно должно быть оставлено пустое место, которое при заливании лодки будет служить своеобразной балластной цистерной, помогающей судну сохранять прямое положение.

Выше мы рассмотрели случай, когда корпус, изготовленный из фанеры и дерева, обладал достаточной собственной плавучестью. Если же лодка построена из металла или пластика, то придется снабдить ее еще минимальным

§5. Парусные яхты

Рис. 24. Распределение запаса плавучести в корпусе моторной лодки по рекомендациям американского стандарта ВТА.

А — 50% минимального запаса плавучести распределяется на 30% длины лодки. £> — 2Ъ% минимальное запаса плавучести — на 30% длины ьокинта; В и Д — реьоъюндуемые места для размещения Э6% ыннинального запаса; Г — не заполняемое пене-11Л4СЮЫ пространство — тоннель под нзйолаын.

запасом плавучести, уравновешивающим ее вес при затоплении, определяемый по формуле (1). На лодке с подвесным мотором или с угловой колонкой 50% этого минимального запаса должно быть расположено вблизи транца, в пре* делах трети длины лодки; 25% запаса — по бортам в передней трети длины кокпита; остальные 25% — в любом другом месте корпуса.

Особое значение имеет непотопляемость для парусных швертботов, опрокидывание которых в свежий ветер не такое уж редкое явление. Основной запас плавучести на них обычно располагается в бортовых отсеках (см. проект «Креветки», стр. 214), воздушных ящиках или надувных емкостях, прикрепляемых к бортам изнутри. Когда такую лодку положит парусами на воду, то благодаря большой плавучести, сосредоточенной на борту, осадка ее будет невелика, а центр тяжести окажется поднятым высоко. Ухватившись за шверт, экипаж без особых усилий сможет поставить яхту в прямое положение; тогда в воду войдут уже герметичные объемы обоих бортов; судно подвсплывет, и часть воды сольется через шпигаты в транце. Дело облегчает герметичное второе дно, уровень которого в нормальных условиях находится выше ватерлинии (рис. 25).

Говоря о мореходности, конструктор обычно подразумевает способность судна сохранять скорость, управляемость и другие качества в условиях волнения. Первая опасность, которая грозит лодке на волне, — это заливание ее гребнем через борт. Правила (в частности, ОСВОД РСФСР) предусматривают ограничение района плавания и запрет выхода на открытую воду судам в зависимости от высоты надводного борта. Следует избегать перегрузки судна при постройке, что может привести к снижению высоты надводного борта. В частности, не рекомендуется устанавливать на суда, рассчи-

§5. Парусные яхты

Рис. 25. Так плавает опрокинувшийся швертбот с бортовыми о] суками плаву-іссти (а) и без них (0),

тайные на подвесные моторы, тяжелые стационарные двигатели. Особенно опасна перегрузка носовой части судна при ходе против волны, так как оно не успевает всплывать на гребень, и вода заливает палубу и кокпит.

Ничего хорошего не сулит и чрезмерная высота борта: в свежий ветер затрудняется управление катером, его сносит с курса; из-за повышения центра тяжести судно становится валким. К такому же результату приводит и увеличение объема надстроек и их высоты. При маломощном двигателе катер с развитыми надстройками вообще может не выгрести против ветра.

Для безопасности плавания в шторм важна также хорошая защита корпуса от заливания водой сверху: герметичная палуба, прочное лобовое стекло или рубка. Надежный тент и подмоторная самоотливная ниша позволяют водителю чувствовать себя уверенно.

Иногда строитель вынужден отступить от размеров набора корпуса, указанных в чертежах. Например, он удлинил судно за счет увеличения расстояния между шпангоутами, вместо 8-миллиметровой фанеры на днище поставил 5 мм. Может быть, катер будет без аварийно плавать долгое время, но не выдержит первой же посадки на каменистую мель или столкновения с плавающей доской. На быстроходных глиссирующих лодках, например, все детали корпуса подвергаются действию больших динамических нагрузок, поэтому даже при достаточном поперечном сечении стрингер или шпангоут может разрушиться из-за дефектов древесины: косослоя, трещин, сучка. Тщательный подбор качественного материала с учетом особенностей работы детали в корпусе должен быть постоянно в центре внимания строителя. Нельзя экономить на крепеже или клее — ведь большинство соединений на лодке должны быть не только прочными, но и водонепроницаемыми.

Наконец, если строитель заинтересован получить скорость не ниже указываемой в наших проектах, рекомендуем ему внимательно изучить разделы этой главы о взаимосвязи размеров, веса, скорости и мощности двигателей судов различных типов и только после этого вносить свои изменения в эти элементы. Недопустимо, например, механически ставить 20-сильный дизель на моторную лодку «Косатка», а двигатель от автомобиля «Волга» — на катер «Тюлень».

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава