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.
Этим и объясняется тот факт, что нередко яхты, при проектировании уцентрованные по среднестатистическим величинам опережения, на самом деле оказываются плохо уцентрованными, что приводит к потере хода и большим затратам труда на настройку.
Обработка данных по хорошо уцентрованным яхтам дает возможность рекомендовать следующую приближенную формулу для расчета оптимальной центровки яхты по гeoмeтрическим ЦП и ЦБС:
Для определения центровки катамаранов может быть рекомендована формула:
Средние значения kц относятся к яхтам с обычной компоновкой вооружения, средней остойчивостью и обычно применяемыми соотношениями между площадью гpoтa, стакселя и бизани, а также между площадью руля и плавника.
Для яхт с заведомо повышенной остойчивостью и увеличенной площадью руля следует придерживаться меньших значений коэффициента kц (в пределах допусков) и наоборот.
Точность приведенных формул для проектных расчетов вполне довлетворительна. Heмнoгo об учете положения нстинного ЦД парусов по результатам продувки моделей яхт в аэродинамической трубе.
Для изолированного паруса (т, е, гpoтa без стакселя или одного стакселя) при yглах атаки, близких к оптимальным для лавировки (15 - 250), ЦД находится на расстоянии от передней шкаторины, равном 34 - 38% хорды.
При увеличении угла атаки до 900 ЦД постепенно смещается в корму и приходит в точку, расположенную на 50% хорды, т. е. в положение геометрического ЦП.
На шлюпе ЦД можно полагать находящимся на линии, соединяющей геометрические ЦП гpoтa и стакселя, и смещенным в нос от cуммapнoгo геометрического ЦП этих парусов на величину +/\xЦД (В зависимости от относительной площади стакселя значение /\xЦД для шлюпа определяется по приводимому графику.)
При определении положения ЦБС полезно иметь в виду ряд экспериментальных данных.
ЦД плавника (руля) можно считать лежащим на линии, соединяющей точки, расположенные на расстояниях 22% хорды плавника (руля) от eгo передней кромки; положение ЦД плавника (руля) по высоте, т. е, расстояние от ЦД до КВЛ, приблизительно равно:
Вертикальная координата ЦД корпуса (расстояние от КВЛ) может быть принята равной примерно 0,35Тк. Заметим, что даже существенная ошибка в определении значения этой координаты не дает сколько-нибудь серьезной ошибки в определении положения cуммapнoгo ЦБС, так как доля корпуса в образовании поперечной силы невелика.
На положение ЦД корпуса по гoризонтали xк главным образом влияет полнота носовых и кормовых обводов. Для большинства корпусов можно считать xк = 0.3LКВЛ.
При увеличении угла крена и постоянном отклонении руля ЦБС смещается вперед, а при увеличении yгла отклонения руля ЦБС энергично смещается к корме.
Заметим, что при старомодной - «консервативной» компоновке подводной части с рулем на ахтерштевне яхта обладает меньшей чувствительностью к углу перекладки руля.
Это значит, что для центровки на ходу требуется перекладка руля на больший yгoл, а это приводит к повышению сопротивления судна.
Именно поэтому настройка таких яхт сложнее, чем современных яхт с отдельно стоящим рулем; поскольку умеренной перекладки руля оказывается недостаточно, приходится перемещать ЦП (например, изменяя наклон мачты). Необходимо и более точно приспосабливаться к силe ветра.
Есть и еще одно немаловажное обстоятельство: компоновка с отдельным рулем дает (при нормальных yглах крена и отклонении руля) на 3 - 7% более кормовую центровку, чем при руле на ахтерштевне.
Это позволяет при разработке чертежей сдвигать плавник, а значит, и фальшкиль, вперед, что очень удобно с точки зрения весовой центровки яхты.
В заключение несколько общих соображений по компоновке и размерам несущих поверхностей подводной части яхты. Эти основанные на опыте соображения можно принимать за исходные положения при эскизном проектировании яхт:
- суммарная площадь руля и плавника для яхт с отдельно стоящим рулем обычно составляет 5 - 7% максимальной площади лавировочной парусности; для яхт с рулем на ахтерштевне - 8 - 11 %;
- площадь руля должна составлять 24+ 5% суммарной площади руля и плавника и быть не менее 1,2 -:- 1,5% площади парусности;
- ЦД плавника должен находиться у яхт с отдельно стоящим рулем на расстоянии 43+ 3% LKBЛ от нocoвoгo перпендикуляра, а у яхт с рулем на ахтерштевне - на расстоянии 48 + % LКВЛ ;
- при нормальной компоновке парусности и руле на ахтерштевне горизонтальное расстояние между осью мачты и ЦД плавника должно составлять примерно 16+2% LКВЛ ; при отдельно стоящем руле это расстояние /\хм может быть определено по формуле:
Н. В. Григорьев.
Источник: «Катера и яхты», №79.
Комментариев нет:
Отправить комментарий