Статті «Радіальний корпус яхти» О.Тараненко, «Три варіанти комплексу« кермо - плавник »Я.Фарберова і огляди« Фантазії на тему яхтового кіля »і« Хитні кили понемецкі »(« Кия »№ 171) підштовхнули мене на деякі роздуми, які дозволили зробити ряд припущень.
Для початку згадаємо, які основні функції виконує підводна частина парусної яхти.
а. - силу (статичну або динамічну) підтримання судна на поверхні води;
б. - відновлює момент для протидії крениться момент від вітрил;
м - силу опору дрейфу, що викликається поперечною силою, що виникає на вітрилах.
До того ж, підводна частина несе пристрою управління судном - і при всьому при тому вона повинна надавати мінімальний опір руху. На перших яхтах всі ці завдання виконував корпус судна з навішеним на ахтерштевень пером керма. Плавучість то він забезпечував, але от все інше ... Корпус був вузький, баласт укладався в трюм, що ускладнювало забезпечення належної остійності. Форма корпусу з малим подовженням також була далека від оптимальної.
Все це змусило проектувальників відійти від традиційної конструкції парусного судна для підвищення ходових якостей. Конструктори ходили добре відомим принципом: «розділяй і володарюй», що в даному випадку означає: «різні функції повинні виконувати різні пристрої».
Правда, процес такого поділу ще до сих пір не закінчений. Коротко розглянемо «магістральний» шлях розвитку підводної частини вітрильних кільових яхт (швертботи, компроміси і многокорпуснікі залишаються за рамками даного огляду).
Спочатку в окремий елемент був виділений баласт, який стали розташовувати поза корпусу в фальшкіль, що знижувало розташування ЦТ і підвищувало остійність. Баласт заглиблюють все сильніше, попутно збільшуючи гідродинамічний подовження підводної частини корпусу. Це був час яхт з S - образними шпангоутами, причому деякі з них дожили і до наших днів (наприклад, "Л6" і "Дракон").
Поступово баласт заглибити на стільки, що практично весь водоизмещающий обсяг сконцентрувався у міделю, куди зрушила і перо керма. Це ніяк не сприяло поліпшенню керованості, і тоді відбувся стрибок: кермо відокремили від фальшкіль. Завдяки цим заходам підводну частину яхти стало можливим проектувати як комплекс трьох пристроїв: корпусу, керма і фальшкіль, які можна оптимізувати для найкращого виконання ними своїх функцій.
Таку конструкцію зараз має більшість сучасних кільових яхт. З нових віянь можна відзначити застосування бульбкілей, що дозволяють максимально заглибити баласт, і їх коливаються модифікації, за допомогою яких можна ефективніше откренівать яхту. Однак плавник досі ще виконує дві функції: створює відновлює момент і протидіє дрейфу.
І хоча він непогано справляється зі своїми обов'язками, ще не вичерпані всі можливості підвищення ефективності гідродинамічного комплексу сучасної вітрильної кільової яхти.
Останнім часом все більшого поширення набувають яхти з відносно широкої кормою, що сприяє серфінгу, і з обводами, близькими до радіальних або Uобразним. У поєднанні з цими корпусами використовуються в основному бульбкілі з плавниками великого подовження.
Даний комплекс, однак, має ряд недоліків:
а. - при ході яхти з креном плавник, встановлений в ДП, починає працювати з негативним кутом атаки, і, отже, не протидіє дрейфу, а сприяє йому (рис.1);
б. - велике заглиблення баласту на плавці призводить до низькому положенню центру бічного опору (ЦБС), що збільшує плече крениться моменту, діючого на судно. Виходить, що, збільшуючи плече відновлює моменту, конструктор одночасно збільшує і плече крениться моменту;
в. - яхта не завжди йде на гострі курсами, коли необхідно пристрій для запобігання дрейфу. На повних курсах плавник часто перетворюється в гальмо;
м - парусної кільової яхті потрібно підвищення поперечної остійності, поздовжня ж в більшості випадків і так в надлишку. Але сучасний кіль збільшує і подовжню остійність, приводячи до зростання поздовжнього моменту інерції, збільшує додатковий опір при ході проти хвилі.
Не дарма конструктори прагнуть зосередити всі маси у міделю яхти і максимально полегшити краю - а й при цьому таку істотну частину маси яхти доводиться підвішувати під корпусом яхти на значному плечі.
Можливо, прийшов час розділити і ці функції з тим, щоб доручити створення відновлює моменту і протидію дрейфу різних пристроїв, кожне з яких буде ефективніше вирішувати ці завдання - як наслідок, ефективність всього гідродинамічного комплексу яхти повинна зрости.
Функцію протидії дрейфу можна покласти на добре відомий шверт, а краще - на комбінацію швертів, особливо виграшну на яхтах з широкою кормою, у яких при крен напрямок ватерлінії не збігається з ДП (рис.2). Два шверта з несиметричним профілем для різних галсів, встановлені в потрібному напрямку, можливо вже з початковим кутом атаки, дадуть великий виграш в ефективності - особливо на малих кутах атаки.
Це дозволить судну йти практично без дрейфу, що значно скоротить втрати на індуктивне опір корпусу. Більша ж ефективність кожного окремого шверта дозволить зменшити їх площу і заглиблення, що відповідно зменшить опір самих швертів. Шверт дозволять також регулювати центрування, що спрощує настройку під різні умови і полегшує управління яхтою.
Однак шверт на відміну від фальшкіль мають свої недоліки: вони являють собою ще один об'єкт управління, їх колодязі захаращують приміщення яхти і вимагають наявності спеціальних отворів у підводній частині корпусу. Але переваги, які може дати використання швертів, на мій погляд, переважують їх недоліки - не дарма ж процес їх впровадження на кільових яхтах відкритого моря вже йде.
Піонерами тут, як і багато в чому іншому, є яхти класу «Open 60» і їх «молодші сестри» меншої довжини. Вперше саме на цих судах з'явилися кормові шверт для зміщення ЦБС в корму і підвищення курсової стійкості на повних курсах ( «Credit Agricole»), потім - маленькі швертікі в носовій частині для регулювання центрування ( «TBS».
«PRB»). І тільки на нових яхтах менших размерений (15 і 12 м) шверт стали використовуватися як основний засіб протидії дрейфу ( «Aqua Corum» і «Вітер Змін»). Залишилося удосконалити пристрій зі створення масою баласту відновлює моменту. Добре справляються з цим завданням коливаються кили, але вони, як уже зазначалося, істотно збільшують поздовжній момент інерції.
Для тих же яхт «Open 60» це збільшення становить близько 25 - 50%. Як відомо, при ході проти хвилювання виникає додатковий опір, яке безпосередньо залежить від величини поздовжнього моменту інерції мас.
Для різних випадків і за різними джерелами ця залежність має характер від прямої до кубічної. Таким чином, знижуючи поздовжній момент інерції на 25%, ми зменшуємо цей опір на курсі бейдевінд як мінімум на 25%! Це істотне зниження, що дозволяє відіграти так необхідні на фініші хвилини і годинник.
Однак для управління хитним кілем потрібно складний і важкий гідравлічний привід, який може зламатися в найвідповідальніший момент. До того ж він займає багато місця, і в корпусі з'являється отвір, в якому бовтається ручка багатотонної «кувалди».
Яким же чином можна позбутися від усіх цих недоліків? Треба надати цій самій "кувалди" ще одну (але обмежену) ступінь свободи - в поздовжньому напрямку, і позбавити баласт від виконання функції опору дрейфу. Іншими словами, розміри підвіски баласту слід вибирати виходячи виключно з міркувань міцності конструкції. Забезпечивши свободу коливань баласту в поздовжньому напрямку, отримаємо наступні переваги:
а. - знижується поздовжній момент інерції, що, як уже зазначалося, зменшує додатковий опір при ході в бейдевінд і кільову качку;
б. - зменшується ризик отримання серйозних ушкоджень при торканні ґрунту;
в. - зменшується опір виступаючих частин за рахунок зменшення площі змоченої поверхні конструкції кріплення баласту.
Зрозуміло, всі ці вищенаведені міркування вимагають практичного підтвердження або спростування, хоча б за результатами модельних випробувань. В якості одного з можливих технічних рішень можна запропонувати трикутну ферму, два верхніх кута якої шарнірно закріплені на корпусі яхти в площині шпангоута, а до нижнього кута в районі центру ваги підвішена на шарнірі «крапля» баласту (рис.3).
Для забезпечення рухливості баласту в поперечному напрямку (відхилення на навітряний борт) стрижні ферми підвіски можна виготовити змін ної довжини (наприклад, у вигляді гідроциліндрів). Ще один варіант реалізації подібного пристрою - доробка «звичайної» схеми управління маятникових кілем шляхом додавання одного шарніра і пари амортизаторів і гідроциліндрів.
Інженер - кораблебудівник, яхтовий конструктор, головний конструктор фірми "Малфлот - Арматор"
Джерело: Катери і яхти », №183.