Движението на ветроходна яхта надолу по вятъра всъщност се определя от простия натиск на вятъра върху платното й, избутващ кораба напред. Въпреки това, както показват изследванията в аеродинамичните тунели, плаването срещу вятъра излага платното на по-сложен набор от сили.

Когато въздухът от таран тече около вдлъбнатата задна повърхност на платното, скоростта на въздуха намалява, докато при обтичане около изпъкналата предна повърхност на платното тази скорост се увеличава. В резултат на това върху задната повърхност на платното се образува област с повишено налягане, а на предната повърхност се образува област с намалено налягане. Разликата в налягането от двете страни на платното създава сила на теглене (бутане), която придвижва яхтата напред под ъгъл спрямо вятъра.

Ветроходна яхта, разположена приблизително под прав ъгъл спрямо вятъра (в морска терминология яхта е на халс), се движи бързо напред. Платното е подложено на теглещи и странични сили. Ако платноходка плава под остър ъгъл спрямо вятъра, нейната скорост се забавя поради намаляване на силата на теглене и увеличаване на страничната сила. Колкото повече платното е обърнато назад, толкова по-бавно се движи яхтата напред, особено поради голямата странична сила.

Платноходката не може да плава директно във вятъра, но може да се движи напред, като прави серия от къси, зигзагообразни движения под ъгъл спрямо вятъра, наречени халси. Ако вятърът духа на левия борд (1), казват, че яхтата е на левия халс, ако на десен (2) - на десния халс. За да измине разстоянието по-бързо, яхтсменът се опитва да увеличи скоростта на яхтата до краен предел, като регулира позицията на платното си, както е показано на фигурата по-долу вляво. За да се сведе до минимум отклонението от права линия, лодката се движи, като променя курса от десен на левия халс и обратно. Когато яхтата смени курса, платното се хвърля на другата страна, а когато равнината му съвпадне с линията на вятъра, то се изплаква за известно време, т.е. е неактивен (средната фигура под текста). Яхтата навлиза в т. нар. мъртва зона, като губи скорост, докато вятърът отново надуе платното от противоположната страна.

Мисля, че много от нас биха се възползвали от шанса да се гмурнат в морската бездна с някакъв вид подводно превозно средство, но все пак повечето биха предпочели морско пътуване с платноходка. Когато нямаше самолети или влакове, имаше само платноходки. Без тях светът не беше същият.

Платноходки с прави платна доведоха европейците в Америка. Техните стабилни палуби и просторни трюмове донесоха хора и провизии за изграждането на Новия свят. Но тези древни кораби също имаха своите ограничения. Те се движеха бавно и почти в същата посока надолу по вятъра. Много се промени оттогава. Днес се използват напълно различни принципи за контролиране на силата на вятъра и вълните. Така че, ако искате да карате модерно, ще трябва да научите физика.

Съвременното ветроходство не е просто движение с вятъра, това е нещо, което въздейства на платното и го кара да лети като крило. И това невидимо „нещо“ се нарича повдигаща сила, която учените наричат ​​странична сила.

Внимателният наблюдател не би могъл да не забележи, че независимо от посоката на вятъра, ветроходната яхта винаги се движи там, където е необходимо капитана - дори когато вятърът е попътен. Каква е тайната на такава невероятна комбинация от упоритост и послушание.

Мнозина дори не осъзнават, че платното е крило, а принципът на действие на крилото и платното е един и същ. Тя се основава на повдигане само ако крилото се повдига самолет, използвайки попътен вятър, избутва самолета нагоре, след което вертикално разположено платно насочва платноходката напред. За да обясним това от научна гледна точка, е необходимо да се върнем към основите – как работи едно платно.

Вижте симулирания процес, който показва как въздухът действа върху равнината на платното. Тук можете да видите, че въздушните течения под модела, които имат по-голяма кривина, се огъват, за да го заобикалят. В този случай потокът трябва да се ускори малко. В резултат на това възниква зона с ниско налягане - това генерира повдигане. Ниският натиск върху долната страна издърпва платното надолу.

С други думи, зоната с високо налягане се опитва да се придвижи към зоната с ниско налягане, като оказва натиск върху платното. Има разлика в налягането, което генерира повдигане. Поради формата на платното от вътрешната наветрена страна скоростта на вятъра е по-малка, отколкото от подветрената страна. Отвън се образува вакуум. Въздухът буквално се засмуква в платното, което тласка ветроходната яхта напред.

Всъщност този принцип е доста прост за разбиране, просто погледнете всеки ветроходен кораб. Номерът тук е, че платното, независимо как е разположено, предава вятърна енергия на кораба и дори ако визуално изглежда, че платното трябва да забави яхтата, центърът на приложение на силите е по-близо до носа на кораба. платноходка, а силата на вятъра осигурява транслационно движение.

Но това е теория, но на практика всичко е малко по-различно. Всъщност една ветроходна яхта не може да тръгне срещу вятъра – тя се движи под определен ъгъл спрямо него, т.нар.

Платноходката се движи поради баланса на силите. Платната действат като крила. По-голямата част от повдигането, което произвеждат, е насочена настрани и само малка част е насочена напред. Тайната обаче е в това прекрасно явление в така нареченото „невидимо“ платно, което се намира под дъното на яхтата. Това е кил или на морски език - централна дъска. Повдигането на централната дъска също произвежда повдигане, което също е насочено главно встрани. Килът се съпротивлява на търкаляне и противоположната сила, действаща върху платното.

Освен повдигащата сила има и преобръщане - явление, което е вредно за движение напред и опасно за екипажа на кораба. Но за това на яхтата има екип, който да служи като жив противовес на неумолимите физически закони.

В една модерна платноходка, както кила, така и платното работят заедно, за да насочват платноходката напред. Но както всеки начинаещ моряк ще потвърди, на практика всичко е много по-сложно, отколкото на теория. Опитен моряк знае, че най-малката промяна в наклона на платното позволява да се получи повече повдигане и да се контролира посоката му. Чрез промяна на носа на платното, опитен моряк контролира размера и местоположението на зоната, която произвежда повдигане. С дълбоко навеждане напред можете да създавате голяма площналягане, но ако огъването е твърде голямо или водещият ръб е твърде стръмен, въздушните молекули вече няма да следват завоя. С други думи, ако обектът има остри ъгли, частиците на потока не могат да направят завой - импулсът на движение е твърде силен, това явление се нарича "отделен поток". Резултатът от този ефект е, че платното ще се "измие", губейки вятъра.

И ето още няколко практически съветиизползване на вятърна енергия. Оптимално насочване към вятъра (състезания с близко теглене). Моряците го наричат ​​„върви срещу вятъра“. Привидният вятър, който има скорост от 17 възела, е забележимо по-бърз от истинския вятър, който създава вълнова система. Разликата в посоките им е 12°. Курсът към видимия вятър е 33°, към истинския вятър - 45°.

Досега разгледахме действието върху яхтата само на две сили - силата на плаваемост и силата на тежестта, като приемаме, че тя е в равновесие в покой. Но тъй като платната се използват за придвижване на яхтата напред, сложна система от сили действат върху кораба. Тя е показана схематично на фиг. 4, който разглежда най-типичния случай на яхта, движеща се в близко разстояние.

Когато платната обикалят въздушния поток - вятъра - те създават резултат аеродинамична сила A (виж гл. 2), насочен приблизително перпендикулярно на повърхността на платното и приложен в центъра на платното (CP) високо над повърхността на водата. Съгласно третия закон на механиката, при равномерното движение на тялото по права линия, всяка сила, приложена към тялото, в този случай, към платната, свързани с корпуса на яхтата чрез мачтата, стоящ такелаж и листове, трябва да бъде противодейства на еднаква и противоположно насочена сила. На яхта това е получената хидродинамична сила H, приложена към подводната част на корпуса. Така между тези сили има известно разстояние-рамо, в резултат на което се образува момент на двойка сили.

И аеро- и хидродинамичните сили се оказват ориентирани не в равнина, а в пространството, следователно при изучаване на механиката на движението на яхтата се вземат предвид проекциите на тези сили върху основните координатни равнини. Имайки предвид споменатия трети закон на Нютон, ние изписваме по двойки всички компоненти на аеродинамичната сила и съответстващите им хидродинамични реакции:

За да може яхтата да се ориентира стабилно по курс, всяка двойка сили и всяка двойка моменти сили трябва да са равни една на друга. Например, силата на дрейф Fd и силата на съпротивление на дрейф Rd създават момент на наклон Mcr, който трябва да бъде балансиран от възстановяващия момент Mv или момента на напречна стабилност. MW се образува поради действието на силите на тежестта D и плаваемостта на яхтата gV, действаща върху рамото л. Същите сили на тежестта и плаваемостта формират момента на съпротива срещу тримиране или момента надлъжна стабилностМ л, равен по величина и противодействащ на тримиращия момент Md. Условията на последното са моментите на двойките сили T-Rи Fv-Nv.

В горната схема на действие на силите се правят съществени изменения, особено на леки яхти, от екипажа. Придвижвайки се към наветрената страна или по дължината на яхтата, екипажът с тежестта си ефективно накланя кораба или противодейства на дифферирането му на носа. При създаването на респектиращ момент Md решаващата роля принадлежи на съответното отклонение на руля.

Аеродинамичната странична сила Fd, в допълнение към търкалянето, причинява страничен дрейф-дрифт, така че яхтата не се движи строго по DP, а с малък ъгъл на отклонение l. Именно това обстоятелство причинява образуването на сила на съпротивление на дрейф Rd върху кила на яхтата, която е подобна по своята същност на подемната сила, която възниква върху крилото на самолет, разположен под ъгъл на атака спрямо насрещния поток. Подобно на крилото, платното работи на теглен курс, за който ъгълът на атака е ъгълът между хордата на платното и посоката на вятъра на вимпела. Така в съвременната теория на кораба ветроходната яхта се разглежда като симбиоза на две крила: корпус, движещ се във водата, и платно, което се влияе от вимпела.

стабилност

Както вече казахме, яхтата е подложена на действието на сили и моменти на сили, които се стремят да я накланят в напречни и надлъжни посоки. Способността на кораба да устои на действието на тези сили и да се върне в право положение след прекратяване на тяхното действие се нарича стабилност.Най-важното за една яхта е напречна стабилност.

Когато яхтата плава без пета, тогава силите на гравитацията и плаваемостта, приложени съответно в CG и CG, действат по една и съща вертикала. Ако по време на преобръщане екипажът или други компоненти на масовия товар не се движат, тогава при всяко отклонение CG запазва първоначалното си положение в DP (точка гна фиг. 5), въртящ се с съда. В същото време, поради променената форма на подводната част на корпуса, CV се измества от точка C o към наклонената страна до позиция C 1 . Поради това възниква момент на двойка сили ди g Срещурамо l, равно на хоризонталното разстояние между CG и новия CG на яхтата. Този момент има тенденция да върне яхтата в право положение и затова се нарича момент на възстановяване.

С ролка CV се движи по извита траектория C 0 C 1 , радиусът на кривината гкоето се нарича напречно метацентриченрадиус, r, съответстващ на центъра му на кривина М -напречен метацентър. Стойността на радиуса r и съответно формата на кривата C 0 C 1 зависят от контурите на корпуса. Като цяло, с увеличаване на ролката метацентричният радиус намалява, тъй като стойността му е пропорционална на четвъртата степен на ширината на водната линия.

Очевидно рамото на възстановяващия момент зависи от разстоянието GM-кота на метацентъра над центъра на тежестта: колкото е по-малък, толкова по-малък е съответно с ролка и рамото l. В самия начален етап на наклона на количеството GMили зсе разглежда от корабостроителите като мярка за стабилност на кораба и се нарича начална напречна метацентрична височина.Колкото повече ч,колкото повече сила на крен е необходима, за да се наклони яхтата до определен ъгъл на крен, толкова по-стабилен е корабът. При круизните и състезателните яхти метацентричната височина обикновено е 0,75-1,2 m; на круизни лодки - 0,6-0,8 m.

С помощта на триъгълника GMN е лесно да се установи, че възстановяващото рамо е . Моментът на възстановяване, като се има предвид равенството на gV и D, е равен на:

По този начин, въпреки че метацентричната височина варира в доста тесни граници за яхти с различни размери, величината на изправящия момент е право пропорционална на изместването на яхтата, следователно по-тежък кораб е в състояние да издържи на по-голям момент на крен.

Възстановяващото рамо може да се представи като разлика между две разстояния (виж фиг. 5): l f - рамото за стабилност на формата и l v - рамото за стабилност на тежестта. Лесно е да се установи физическото значение на тези количества, тъй като l in се определя от отклонението по време на въртене на линията на действие на силата на тежестта от първоначалното положение точно над C 0, а l in е изместването на центъра от величината на потопения обем на корпуса към подветрената страна. Като се има предвид действието на силите D и gV спрямо Co, може да се види, че силата на тежестта D има тенденция да търкаля яхтата още повече, а силата gV, напротив, изправя кораба.

Чрез триъгълник CoGKможе да се установи, че , където СС е кота на CG над CB в право положение на яхтата. По този начин, за да се намали отрицателният ефект от силите на тежестта, е необходимо да се понижи максимално CG на яхтата. В идеалния случай CG трябва да е под CG, тогава рамото за стабилност на тежестта става положително и масата на лодката й помага да устои на момента на наклон. Само няколко яхти обаче имат тази характеристика: задълбочаването на CG под CG е свързано с използването на много тежък баласт, надвишаващ 60% от водоизместимостта на яхтата, прекомерно олекотяване на корпусната конструкция, лонжерони и такелаж. Ефект, подобен на намаляването на CG, се получава от движението на екипажа към наветрената страна. Ако говорим за лека лодка, тогава екипажът успява да измести общото CG толкова много, че линията на действие на силата дсе пресича с DP значително под CV и рамото за стабилност на теглото е положително.

При киловата яхта, поради тежкия баластен фалшив кил, центърът на тежестта е доста нисък (най-често под водната линия или малко над нея). Стабилността на яхтата винаги е положителна и достига своя максимум при наклон от около 90°, когато яхтата плава по водата. Разбира се, такъв списък може да бъде постигнат само на яхта със сигурно затворени отвори на палубата и самоизточващ се кокпит. Яхта с отворена пилотска кабина може да бъде наводнена с вода при много по-малък ъгъл на крен (например яхта от клас Dragon при 52 °) и да отиде до дъното, без да има време да се изправи.

При плавателните яхти положението на нестабилно равновесие възниква при списък от около 130 °, когато мачтата вече е под вода, като е насочена надолу под ъгъл от 40 ° спрямо повърхността. С по-нататъшно увеличаване на ролката, рамото за стабилност става отрицателно, моментът на преобръщане допринася за постигането на второ положение на нестабилно равновесие при преобръщане от 180 ° (нагоре с кила), когато CG е разположен високо над CV на достатъчно малка вълна, за да може корабът да заеме отново нормалното положение - надолу с кила. Има много случаи, когато яхтите са направили пълен завой от 360 ° и са запазили своята мореходност.

Сравнявайки стабилността на килова яхта и лодка, може да се види, че основна роля в създаването на възстановяващ момент за лодка играе стабилностформа, докато киловата яхта - стабилност на теглото.Следователно има толкова забележима разлика в контурите на техните корпуси: лодките имат широки корпуси с L/B= 2.6-3.2, с чиния с малък радиус и голяма пълнота на ватерлинията. В още по-голяма степен формата на корпуса определя стабилността на катамараните, при които обемната водоизместимост се разделя поравно между двата корпуса. Дори и при лек крен, изместването между корпусите рязко се преразпределя, увеличавайки силата на плаваемост на корпуса, потопен във вода (фиг. 6). Когато другият корпус напусне водата (при списък от 8-15°), лостът за стабилност достига максималната си стойност - това е малко по-малко от половината разстояние между DPs на корпуса. При по-нататъшно увеличаване на ролката катамаранът се държи като гумена лодка, чийто екипаж виси на трапец. При преобръщане от 50-60 ° настъпва момент на нестабилно равновесие, след което стабилността на катамарана става отрицателна.

Диаграма на статичната стабилност.Очевидно пълната характеристика на стабилността на яхтата може да бъде кривата на промяната в момента на възстановяване MVв зависимост от ъгъла на петата или диаграмата на статичната стабилност (фиг. 7). Диаграмата ясно разграничава моментите на максимална стабилност (W) и граничния ъгъл на крена, при който плавателният съд, оставен сам на себе си, се преобръща (3-ъгъл на залез на диаграмата на статичната стабилност).

С помощта на диаграмата капитанът на кораба има възможност да оцени, например, способността на яхтата да носи един или друг вятър при вятър с определена сила. За да направите това, кривите на промените в момента на крен Mkr в зависимост от ъгъла на крен се прилагат към диаграмата на стабилност. Точка B от пресечната точка на двете криви показва ъгъла на крен, който яхтата ще получи при статично, с плавно увеличаване на действието на вятъра. На фиг. 7 яхтата ще получи списък, съответстващ на точка D, - около 29°. За кораби с ясно дефинирани низходящи клонове на диаграмата за стабилност (лодки, компромиси и катамарани), навигацията може да бъде разрешена само при ъгли на крен, които не надвишават максималната точка на диаграмата за стабилност.

Ориз. 7. Схема на статична устойчивост на круизна и състезателна яхта

На практика на яхтените екипажи често се налага да се справят с динамичното действие на външни сили, при което моментът на крен достига значителна стойност за относително кратък период от време. Това се случва по време на шквал или вълна, удряща наветрената скула. В тези случаи е важна не само стойността на момента на крен, но и кинетичната енергия, предадена на кораба и погълната от работата на възстановяващия момент.

На диаграмата на статичната стабилност работата на двата момента може да бъде представена като области, затворени между съответните криви и ординатите. Условието за равновесие за яхтата при динамично действие на външни сили ще бъде равенството на площите на OABVE (работа Mkr) и OBGVE (работа Mv). Като се има предвид, че областите на OBVE са общи, можем да разгледаме равенството на площите на OAB и BGV. На фиг. 7 се вижда, че в случай на динамично действие на вятъра ъгълът на преобръщане (точка Е, около 62°) забележимо надвишава търкалянето от вятъра със същата сила по време на статичното му действие.

Според диаграмата на статичната стабилност може да се определи върховно динамично наклоняванемомент, който преобръща лодката или застрашава безопасността на яхта с отворен кокпит. Очевидно е, че ефектът от възстановяващия момент може да се разглежда само до ъгъла на заливане на пилотската кабина или до началната точка на спада в диаграмата на статичната стабилност.

Общоприето е, че киловите яхти, оборудвани с тежък баласт, са практически неспособни. Въпреки това, в вече споменатото състезание Fastnet през 1979 г., 77 яхти се преобърнаха под ъгъл на крена над 90°, като някои от тях останаха на повърхността с кила си нагоре известно време (от 30 секунди до 5 минути), а няколко яхти след това се изправи в нормална позиция през друга дъска. Най-сериозните щети са загубата на мачти (на 12 яхти), падащи батерии, тежки камбузни печки и друго оборудване от гнездата им. Попадането на вода в сградите също доведе до нежелани последствия. Това се случи под динамичното влияние на стръмна 9-10-метрова вълна, чийто профил рязко се счупи при преминаване от океана към плиткото Ирландско море, със скорост на вятъра 25-30 m/s.

Фактори, влияещи върху страничната стабилност.По този начин можем да направим определени изводи за влиянието на различните елементи от дизайна на яхтата върху нейната стабилност. При ниски ъгли на наклона, широчината на яхтата и факторът на водната линия играят основна роля в създаването на възстановителния момент. Колкото по-широка е яхтата и колкото по-пълна е нейната водна линия, колкото по-далече от DP се измества CV, когато корабът се търкаля, толкова по-голяма е стабилността на формата на рамото. Диаграмата на статичната стабилност на доста широка яхта има по-стръмен възходящ клон от тесен - до = 60-80°.

Колкото по-нисък е центърът на тежестта на яхтата, толкова по-стабилна е тя, а влиянието на дълбокото газене и големия баласт се отразява на почти цялата карта за стабилност на яхтата. Когато надграждате яхта, е полезно да запомните едно просто правило: всеки килограм под ватерлинията подобрява стабилността, а всеки килограм над ватерлинията я влошава.Тежките лонжерони и такелаж са особено забележими за стабилност.

При същото местоположение на центъра на тежестта, яхта с излишък надводен борд също има по-висока стабилност при ъгли на преобръщане над 30-35 °, когато палубата започне да навлиза във водата на кораб с нормална височина на борда. Яхта с висок борд има голям максимален момент на изправяне. Това качество е присъщо и на яхти с водонепроницаеми палуби с достатъчно голям обем.

Особено внимание трябва да се обърне на влиянието на водата в трюма и течностите в резервоарите. Не става въпрос само за преместване на маси течности към страната на петата; основна роля играе наличието на свободната повърхност на преливащата течност, а именно нейния инерционен момент спрямо надлъжната ос. Ако например повърхността на водата в трюма има дължина / и ширина б,тогава метацентричната височина намалява с

, м. (9)

Особено опасна е водата в трюма, чиято свободна повърхност има голяма ширина. Ето защо, когато плавате в бурни условия, водата от трюма трябва да се отстранява своевременно.

За да се намали влиянието на свободната повърхност на течностите в резервоарите, са монтирани надлъжни прегради на калниците, които са разделени на няколко части по ширината. В преградите са направени отвори за свободно протичане на течност.

Странична стабилност и задвижване на яхтата.С увеличаване на преобръщането над 10-12 ° устойчивостта на водата към движението на яхтата се увеличава значително, което води до загуба на скорост. Ето защо е важно, когато вятърът се усили, яхтата да може да носи ефективна навеса по-дълго без прекомерно накланяне. Често, дори на сравнително големи яхти, по време на състезания екипажът се намира от наветрената страна, опитвайки се да намали ролката.

Колко ефективно е прехвърлянето на товари (екипаж) от едната страна, лесно е да си представим по най-простата формула, която е валидна за малки ъгли (в рамките на 0-10 °) на ролка;

, (10)

М o-момент наклон на яхтата с 1°;

Д-водоизместимост на яхтата, t;

ч-начална напречна метацентрична височина, m

Познавайки масата на премествания товар и разстоянието на новото му местоположение от DP, е възможно да се определи момента на наклона и да се раздели на Мо,вземете ъгъла на наклон в градуси. Например, ако на яхта с водоизместване от 7 тона при A = 1 m петима души са разположени отстрани на разстояние 1,5 m от DP, тогава създаденият от тях момент на крен ще даде на яхтата ролка от 4,5 ° (или намалете ролката от другата страна с приблизително същото ).

надлъжна стабилност.Физиката на явленията, възникващи по време на надлъжните наклони на яхтата, е подобна на явленията по време на търкаляне, но надлъжната метацентрична височина е сравнима по големина с дължината на яхтата. Следователно, надлъжните наклони, трим, обикновено са малки и се измерват не в градуси, а чрез промени в газенето напред и назад. И все пак, ако всичките й възможности са изтласкани от яхтата, не може да не се съобразява с действието на силите, които подрязват яхтата върху носа и преместват центъра на величината напред (виж фиг. 4). Това може да бъде противодействано чрез преместване на екипажа на задната палуба.

Силите на подстригване на носа достигат най-голяма стойност при плуване в гръб; на този курс, особено при силен вятър, екипажът трябва да бъде преместен колкото е възможно по-назад. При близък курс моментът на подрязване е малък и най-добре е екипажът да бъде разположен близо до средата на кораба, накланяйки кораба. При наклона моментът на подстригване е по-малък, отколкото при задната стойка, особено ако яхтата носи спинакер и лопата, за да осигури малко повдигане.

При катамараните стойността на надлъжната метацентрична височина е сравнима с напречната, понякога по-малка. Следователно, действието на момента на подрязване, почти незабележимо на килова яхта, може да преобърне катамаран със същите основни размери.

Статистиката за произшествията показва случаи на преобръщане през носа при преминаване на курсове на круизни катамарани с висок парус.

1.7. устойчивост на дрейф

Напречната сила Fd (виж фиг. 4) не само търкаля яхтата, тя причинява страничен дрейф провисванеСилата на дрейфа зависи от курса на яхтата спрямо вятъра. Когато плавате на близко теглене, тя е три пъти по-голяма от силата на тласък, която задвижва яхтата напред; при Gulfwind и двете сили са приблизително равни при стръмен задник (истинският вятър е около 135 ° спрямо курса на яхтата), движещата сила се оказва 2-3 пъти по-голяма от силата на дрейф, а при чист мах , дрейфовата сила отсъства напълно. Следователно, за да може плавателният съд да се движи успешно напред по курс от теглено до залив, той трябва да има достатъчно странично съпротивление за дрейф, много по-голямо от съпротивлението на водата при движението на яхтата по курса.

Функцията за създаване на сила на устойчивост на дрейф в съвременните яхти се изпълнява главно от централни бордове, перки и кормила.

Както вече казахме, задължително условие за възникване на сила на съпротивление на дрейф е движението на яхтата под малък ъгъл спрямо DP - ъгъла на дрейфа. Нека разгледаме какво се случва в този случай във водния поток непосредствено при кила, който представлява крило с напречно сечение под формата на тънък симетричен профил (фиг. 8).

Ако няма ъгъл на дрейф (фиг. 8, а), тогава водният поток, срещащ се с профила на кила в точката а,е разделен на две части. В тази точка, наречена критична точка, скоростта на потока е равна на O, максималното налягане е равно на напора на скоростта, където r е масовата плътност на водата (за прясна вода); v-скорост на яхтата (m/s). И горната, и долната част на потока едновременно текат около профилните повърхности и се срещат отново в точката бна изходния ръб. Очевидно е, че върху профила не може да възникне сила, насочена напречно на потока; ще действа само една сила на съпротивление на триене, поради вискозитета на водата.

Ако профилът е отклонен от определен ъгъл на атака а(в случай на кил на яхта - ъгълът на дрейф), тогава моделът на потока около профила ще се промени (фиг. 8, б).Критична точка аще се премести в долната част на "носа" на профила. Пътят, който водната частица трябва да измине по горната повърхност на профила, ще се удължи и точката б 1където, според условията на непрекъснатост на потока, частиците, обтичащи се около горната и долната повърхност на профила, трябва да се срещнат, след като са преминали равен път, се оказва, че са на горната повърхност. Въпреки това, при закръгляне на острия изходящ ръб на профила, долната част на потока се откъсва от ръба под формата на вихър (фиг. 8, c и d). Този вихър, наречен начален вихър, се върти обратно на часовниковата стрелка и кара водата да циркулира около профила в обратна посока, т.е. по посока на часовниковата стрелка (фиг. 8, д).Това явление, причинено от вискозни сили, е аналогично на въртенето на голямо зъбно колело (циркулация), което се зацепва с малко задвижващо зъбно колело (стартов вихър).

След като настъпи циркулация, началният вихър се откъсва от изходящия ръб, точката б 2се приближава до този ръб, в резултат на което вече няма разлика в скоростите, с които крилото напуска горната и долната част на потока. Циркулацията около крилото става причина за повдигащата сила Y, насочена напречно на потока: в горната повърхност на крилото скоростта на водните частици се увеличава поради циркулацията, в долната част, срещайки се с частиците, участващи в циркулацията, тя забавя. Съответно, близо до горната повърхност налягането намалява в сравнение с налягането в потока пред крилото, а близо до долната повърхност се увеличава. Разликата в налягането дава повдигане Й.

Освен това върху профила ще действа сила предно стъкло(профил) съпротивление х,възникващи в резултат на триене на вода по повърхността на профила и хидродинамичен натиск върху предната му част.

На фиг. Фигура 9 показва резултатите от измерванията на налягането близо до повърхността на симетричен профил, направен в аеродинамичен тунел. Стойността на коефициента се нанася по оста на ординатите С p, което е съотношението на свръхналягането (общото налягане минус атмосферното налягане) към напора на скоростта. От горната страна на профила налягането е отрицателно (вакуум), от долната страна е положително. По този начин, повдигащата сила, действаща върху който и да е елемент на аерофолиото, е сумата от силите на налягане и разреждане, действащи върху него, и като цяло тя е пропорционална на площта, затворена между кривите на разпределението на налягането по протежение на хордата на аерофола (защрихована на фиг. 9).

Данните, представени на фиг. 9 ни позволяват да направим редица важни изводи за работата на яхтения кил. Първо, разреждането, което се случва на повърхността на перката от страната на наветрената страна, играе основна роля при създаването на страничната сила. Второ, пикът на разреждане се намира близо до предния ръб на кила. Съответно, точката на приложение на получената повдигаща сила е разположена върху предната трета на акорда на перката. Като цяло, повдигащата сила се увеличава до ъгъл на атака от 15-18 °, след което внезапно спада.

Поради образуването на вихри от страната на разреждането се нарушава плавното протичане около крилото, разреждането спада и потокът спира (това явление е разгледано по-подробно в Глава 2 за платната). Едновременно с увеличаване на ъгъла на атака се увеличава и челното съпротивление, което достига максимум при a=90°.

Размерът на дрейфа на модерна яхта рядко надвишава 5 °, така че няма нужда да се страхувате от срив от кила. Критичният ъгъл на атака обаче трябва да се вземе предвид за кормилата на яхти, които също са проектирани и управлявани по принципа на крилото.

Помислете за основните параметри на яхтените килове, които оказват значително влияние върху тяхната ефективност при създаване на сила на устойчивост на дрейф. По същия начин, това, което следва, може да се разшири и до кормилата, като се има предвид, че те работят с много по-голям ъгъл на атака.

Дебелината и формата на напречното сечение на кила.Изпитванията на симетрични аеродинамически профили показват, че по-дебели профили (с по-голямо съотношение на дебелината на сечението ткъм неговия акорд б)дават страхотен повдигане. Челното им съпротивление е по-високо от това на профилите с по-малка относителна дебелина. Оптимални резултати могат да бъдат получени с t/b= 0,09-0,12. Величината на повдигащата сила на такива профили зависи относително малко от скоростта на яхтата, така че килите развиват достатъчна устойчивост на дрейф дори при слаб вятър.

Положението на максималната дебелина на профила по дължината на хордата оказва значително влияние върху стойността на силата на съпротивление на дрейф. Най-ефективни са профилите, при които максималната дебелина е разположена на разстояние 40-50% от хордата от техния "нос". За кормила на яхти, работещи при големи ъгли на атака, профили с максимална дебелина, разположен малко по-близо до предния ръб - до 30% от акорда.

Известно влияние върху ефективността на кила оказва формата на "носа" на профила - радиусът на закръгляне на входящия ръб. Ако ръбът е твърде остър, тогава потокът върху кила получава голямо ускорение тук и прекъсва профила под формата на вихри.

В този случай се получава спад на повдигането, което е особено значимо при големи ъгли на атака. Следователно такова заточване на входящия ръб е неприемливо за кормилата.

Аеродинамично разширение.В краищата на крилото водата тече от зоната с високо налягане към задната част на аерофола. В резултат на това вихри се откъсват от краищата на крилото, образувайки две вихрови ленти. Доста значителна част от енергията се изразходва за тяхното поддържане, образувайки т.нар индуктивно съпротивление.Освен това, поради изравняването на наляганията в краищата на крилото, възниква локален спад на подемната сила, както е показано на диаграмата на разпределението му по дължината на крилото на фиг. десет.

Колкото по-къса е дължината на крилото Лпо отношение на неговия акорд б,т.е. колкото по-малко е нейното удължение L/b,толкова по-голяма е загубата на повдигане и толкова по-голямо е индуктивното съпротивление. В аеродинамиката е обичайно съотношението на крилото да се оценява по формулата

(където 5 е площта на крилото), която може да се приложи към крила и перки с всякаква форма. При правоъгълна форма аеродинамичното удължение е равно на съотношението; за делта крило l = 2 фунта

На фиг. 10 показва крило, съставено от два трапецовидни кила на перките. На яхта килът е прикрепен с широка основа към дъното, така че няма преливане на вода към страната на разреждане и под въздействието на корпуса под налягане се изравнява и на двете повърхности. Без това влияние аеродинамичното удължение би могло да се счита за два пъти по-голямо от съотношението на дълбочината на кила към неговото газене. На практика това съотношение, което зависи от размера на кила, контурите на яхтата и ъгъла на крена, се превишава само 1,2-1,3 пъти.

Влияние на аеродинамичното удължение на кила върху величината на развитата от него сила на съпротивление на дрейф Р e може да се оцени от резултатите от теста на перка с профил NACA 009 (т/б\u003d 9%) и площ от 0,37 m 2 (фиг. 11). Дебитът съответства на скоростта на яхтата от 3 възела (1,5 m/s). Интерес представлява промяната в силата на съпротивление на дрейф при ъгъл на атака от 4-6°, което съответства на ъгъла на дрейф на яхтата при теглено движение. Ако вземете силата Р d с удължение l = 1 на единица (6,8 с a- = 5 °), след това с увеличаване на l до 2, устойчивостта на дрейф се увеличава с повече от 1,5 пъти (10,4 kg), а с l = 3 - точно два пъти (13,6 кг). Същата графика може да се използва за качествена оценка на ефективността на руля с различни аспектни съотношения, които работят в района на големи ъгли на атака.

По този начин, чрез увеличаване на удължението на перката на кила, е възможно да се получи необходимата стойност на страничната сила Р d с по-малка площ на кила и следователно с по-малка намокрена повърхност и водоустойчивост на движението на яхтата. Удължаването на килите на съвременните круизни и състезателни яхти е средно l = 1-3. Острието на кормилото, което служи не само за управление на плавателния съд, но е и неразделна част от създаването на съпротивлението на яхтата, има още по-голямо удължение, достигащо l = 4.

Площта и формата на кила.Най-често размерите на кила се определят от статистически данни, сравнявайки проектираната яхта с добре доказани плавателни съдове. На модерните круизни и състезателни яхти с рул, отделен от кила, общата площ на ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​■ площ.

За да получи оптимално съотношение на страните, дизайнерът на яхта се стреми да приеме максималното газене, разрешено от условията на плаване или правилата за измерване. Най-често килът има формата на трапец с наклонен преден ръб. Проучванията показват, че за яхтени килове с удължение от 1 до 3, ъгълът между предния ръб и вертикалата в диапазона от -8° до 22,5° практически не влияе на хидродинамичните характеристики на кила. Ако килът (или централният борд) е много тесен и дълъг, тогава наклонът на предния ръб от повече от 15 ° спрямо вертикалата е придружен от отклонение на линиите на водния поток надолу по профила - към долния заден ъгъл. В резултат на това повдигащата сила намалява и съпротивлението на кила се увеличава. В този случай оптималният ъгъл на наклон е 5° спрямо вертикалата.

Величината на повдигащата сила, развивана от кила и кормилото, се влияе значително от качеството на неговата повърхност, особено от предния ръб, където се образува поток около профила. Поради това се препоръчва полиране на кила и кормилото на разстояние най-малко 1,5% от акорда на профила.

Скорост на яхтата.Подемната сила на всяко крило се определя по формулата:

(11)

Сy -коефициент на подемна сила, който зависи от параметрите на формата на профила на крилото, удължението, очертанията в плана, както и от ъгъла на атака - нараства с увеличаване на ъгъла на атака;

r- масова плътност на водата, ;

V- скорост на потока около крилото, m/s;

С- площ на крилото, m 2.

По този начин силата на съпротивлението на дрейфа е променлива, пропорционална на квадрата на скоростта. В началния момент на движение на яхтата, например след завъртане на халса, когато плавателният съд загуби скорост или при отдалечаване от стрелата по посока на вятъра, повдигащата сила на кила е малка. Да принудят Йсе равнява на силата на дрейфа F D ,килът трябва да бъде разположен към насрещния поток под голям ъгъл на атака. С други думи, корабът започва да се движи с голям ъгъл на дрейф. С увеличаване на скоростта ъгълът на дрейф намалява, докато достигне нормалната си стойност - 3-5 °.

Това обстоятелство трябва да се вземе предвид от капитана, като се осигури достатъчно пространство за подветряване, когато яхтата ускорява или след завиване на нов халс. Трябва да се използва голям начален ъгъл на отклонение, за да се постигне скорост възможно най-бързо чрез леко облекчаване на листовете. Между другото, поради това силата на дрейф върху платната се намалява.

Необходимо е също така да се запомни механиката на произхода на повдигащата сила, която се появява на кила едва след отделянето на изходния вихър и развитието на стабилна циркулация. На тесния кил на модерна яхта циркулацията се извършва по-бързо, отколкото на корпуса на яхта с кормило, монтирано на кила, тоест на крило с голям акорд. Втората яхта ще се носи повече към вятъра, преди корпусът ефективно да възпрепятства дрейфа.

Контролируемост

Управляемостнаречено качество на плавателния съд, което му позволява да следва даден курс или да промени посоката. Само лодка може да се счита за управляема, ако реагира по подходящ начин на кормилото.

Управлението съчетава две качества на плавателния съд – стабилност на курса и пъргавина.

Стабилност на курса- това е способността на яхтата да поддържа дадена праволинейна посока на движение, когато върху нея действат различни външни сили: вятър, вълни и др. Стабилността на курса зависи не само от конструктивните особености на яхтата и естеството на действието на външни сили, но и на реакцията на кормчия при отклонение на кораба от курса, на инстинктите му на руля.

Нека се обърнем отново към схемата на действието на външни сили върху платната и корпуса на яхтата (виж фиг. 4). От решаващо значение за устойчивостта на яхтата на курса е взаимното разположение на двете двойки сили. сила на наклона Ф d и сила на съпротивление на дрейф Р q са склонни да наклонят носа на яхтата към вятъра, докато втората двойка тласък ти устойчивост на движение Рдовежда яхтата на вятъра. Очевидно е, че реакцията на яхтата зависи от съотношението на величината на разглежданите сили и раменете аи б,на които оперират. С увеличаване на ъгъла на петата, рамото на шофьорската двойка бсъщо се увеличава. Рамо на уважителна двойка азависи от относителното положение на центъра на платното (CP) - точката на приложение на получените аеродинамични сили към платната и центъра на страничното съпротивление (CRS) - точката на приложение на получените хидродинамични сили към корпуса на кораба яхта. Положението на тези точки варира в зависимост от много фактори: хода на яхтата спрямо вятъра, формата и настройката на платната, наклона и тримирането на яхтата, формата и профила на кила и кормилото и др.

Следователно, при проектирането и преоборудването на яхти, те работят с условни CPU и CLS, като се имат предвид, че са разположени в центровете на тежестта на плоски фигури, които представляват платна, разположени в диаметралната равнина на яхтата, и подводни очертания на DP с кил, перки и кормило (фиг. 12).

Известно е, че центърът на тежестта на триъгълно платно се намира в пресечната точка на две медиани, а общият център на тежестта на двете платна е разположен върху отсечката на правата линия, свързваща CPU на двете платна, и разделя това сегмент обратно пропорционален на тяхната площ. Обикновено не се взема предвид действителната площ на ​сталото, а измерената площ на предния триъгълник на платното.

Позицията на CBS може да се определи чрез балансиране на профила на подводната част на DP, изрязан от тънък картон, върху върха на иглата. Когато шаблонът е строго хоризонтален, иглата е в условната точка на CBS. Припомнете си, че при създаването на силата на устойчивост на дрейф основната роля принадлежи на кила на перката и кормилото. Центровете на хидродинамичните налягания върху техните профили могат да се намерят доста точно, например за профили с относителна дебелина т/боколо 8% тази точка е около 26% от хордата от предния ръб. Въпреки това, корпусът на яхтата, въпреки че участва в малка степен в създаването на странична сила, прави определени промени в естеството на потока около кила и руля и се променя в зависимост от ъгъла на крен и трим, както и скоростта на яхтата. В повечето случаи, на близък курс, истинският CLS се движи напред.

Дизайнерите, като правило, поставят CPU на известно разстояние (напред) пред CBS. Обикновено преднината се определя като процент от дължината на плавателния съд по водната линия и е 15-18% за шлюп на Бермудите. Л sql.

Ако истинският CP се намира твърде далеч пред CLS, яхтата ще се отдръпне по вятъра по тегления курс и рулевият ще трябва постоянно да държи кормилото отклонено към вятъра. Ако процесорът е зад CBS, тогава яхтата има тенденция да води към вятъра; необходимо е постоянно рулиране, за да се държи корабът под контрол.

Особено неприятна е склонността на яхтата да се отдалечава. В случай на авария с кормилото, не е възможно яхтата да се изведе в теглено движение само с помощта на платна, освен това има увеличен дрифт. Факт е, че килът на яхтата отклонява потока от вода, изтичащ от него, по-близо до DP на кораба. Следователно, ако кормилото е изправено, той работи с осезаемо по-малък ъгъл на атака от кила. Ако кормилото се отклони към наветрената страна, тогава образуваната върху него повдигаща сила се оказва насочена към подветрената страна, в същата посока като силата на дрейф върху платната. В този случай килът и кормилото се „издърпват“ в различни посоки и яхтата е нестабилна на курса.

Друго нещо е леката склонност на яхтата да се кара. Кормилото, изместено под малък ъгъл (3-4°) спрямо вятъра, работи със същия или малко по-голям ъгъл на атака като кила и ефективно участва в устойчивостта на дрейф. Напречната сила, която възниква върху кормилото, причинява значително изместване на общия CLS към кърмата, докато ъгълът на дрейф намалява, яхтата лежи стабилно на курса.

Въпреки това, ако при близък курс руля трябва постоянно да се измества спрямо вятъра с повече от 3-4 °, трябва да помислите за регулиране на относителното положение на CLS и CPU. На вече построена яхта това е по-лесно да се направи, като преместите процесора напред, като поставите мачтата в стъпалото до крайност назална позицияили го наклонете напред.

Причината за довеждането на яхтата може да бъде и гротът – твърде „коремест” или с изтеглен ръб. В този случай е полезен междинен престой, с който можете да придадете на мачтата в средната част (по височина) отклонение напред и по този начин да изравните платното, както и да разхлабите пиявицата. Можете също да скъсите дължината на пиявицата на грот.

По-трудно е преместването на CBS в кърмата, за което трябва да инсталирате кърмова перка пред кормилото или да увеличите площта на лопатката на кормилото.

Вече казахме, че с увеличаване на ролката се увеличава и тенденцията на яхтата да се движи. Това се случва не само поради увеличаване на рамото на задвижващата двойка сили - ти Р.При преобръщане хидродинамичното налягане в областта на носовата вълна се увеличава, което води до изместване на CBS напред. Следователно, при свеж вятър, за да се намали тенденцията на яхтата да бъде изнесена напред, процесорът също трябва да бъде преместен напред: вземете риф на грота или леко го начертайте за даден курс. Полезно е също така да смените подвижното платно на по-малка площ, което намалява списъка и облицовката на яхтата на носа.

Опитен дизайнер при избор на размера на аванса аобикновено се отчита стабилността на яхтата, за да се компенсира увеличаването на задвижващия момент при крен: за яхта с по-малка стабилност се задава голяма преднина, за по-стабилни кораби преднината се приема за минимална.

Добре центрираните яхти често имат увеличено отклонение на задната стойка, когато гротът, повдигнат на борда, има тенденция да обърне яхтата напред към вятъра. За това помага и висока вълна, минаваща от кърмата под ъгъл към DP. За да поддържате яхтата на курс, трябва да работите усилено с кормилото, като го отклоните до критичен ъгъл, когато потокът спре от подветрената й повърхност (обикновено това се случва при ъгли на атака 15-20 °). Това явление е придружено от загуба на повдигане на кормилото и оттам на управлението на яхтата. Яхтата може внезапно да се хвърли рязко във вятъра и да получи голям списък, докато поради намаляване на дълбочината на острието на кормилото към страната на разреждане, въздухът може да пробие от повърхността на водата.

Борбата срещу това явление, наречена протягане,сили за увеличаване на площта на острието на кормилото и неговото удължение, за инсталиране на перка пред кормилото, чиято площ е около една четвърт от площта на перата. Поради наличието на перка пред кормилото се организира насочен поток от вода, увеличават се критичните ъгли на атака на кормилото, предотвратява се пробив на въздух към него и се намалява силата върху румпела. При плаване със заден щанг, екипажът трябва да се стреми да гарантира, че тягата на спинакера е насочена възможно най-напред, а не настрани, за да се избегне прекомерно преобръщане. Също така е важно да се предотврати появата на гарнитура на носа, която може да намали дълбочината на волана. Протягането се улеснява и от търкалянето на яхтата, което се появява в резултат на смущения във въздушния поток от спинакера.

Устойчивостта на курса, в допълнение към разглежданото влияние на външните сили и относителното разположение на точките на тяхното приложение, се определя от конфигурацията на подводната част на ДП. Преди това за пътувания на дълги разстояния в открити води се даваха предпочитание на яхти с дълга линия на кила, тъй като те имаха по-голяма устойчивост на завиване и съответно стабилност на курса. Този тип плавателни съдове обаче има значителни недостатъци, като голяма мокра повърхност и лоша пъргавина. Освен това се оказа, че стабилността на курса зависи не толкова от големината на страничната проекция на DP, колкото от позицията на руля спрямо CLS, тоест от „лоста“, върху който се намира кормилото работи. Отбелязва се, че ако това разстояние е по-малко от 25% Л kwl , тогава яхтата става пъргава и реагира лошо на отклонението на кормилото. В л=40-45% Л kvl (виж фиг. 12) задържането на плавателния съд на даден курс не е трудно.

ловкост- способността на кораба да променя посоката и да описва траекторията под влияние на кормилото и платната. Действието на кормилото се основава на същия принцип на хидродинамично крило, който се разглеждаше за кила на яхтата. При изместване на руля под определен ъгъл възниква хидродинамична сила R,един от компонентите на който низбутва кърмата на яхтата в посока, противоположна на тази, в която е поставен кормилото (фиг. 13). Под неговото действие корабът започва да се движи по извита траектория. В същото време сила Рдава компонента Q - силата на съпротивление, която забавя хода на яхтата.

Ако фиксирате руля в една позиция, тогава корабът ще върви приблизително в кръг, наречен циркулация. Диаметърът или радиусът на циркулация е мярка за пъргавината на кораба: колкото по-голям е радиусът на циркулация, толкова по-лоша е пъргавината. Само центъра на тежестта на яхтата се движи по циркулацията, кърмата се изнася. В същото време корабът получава дрейф, причинен от центробежна сила и отчасти от сила нна кормилото.

Радиусът на циркулация зависи от скоростта и масата на яхтата, нейния инерционен момент спрямо вертикалната ос, преминаваща през CG, от ефективността на волана - величината на силата ни рамото му спрямо CG за дадено отклонение на руля. Колкото по-голяма е скоростта и водоизместимостта на яхтата, толкова повече тежки маси (двигател, котви, части на оборудването) се поставят в краищата на плавателния съд, толкова по-голям е радиусът на циркулация. Обикновено радиусът на циркулация, определен при морски изпитания на яхтата, се изразява в дължини на корпуса.

Пъргавината е толкова по-добра, колкото по-къса е подводната част на кораба и колкото по-близо до средата на кораба е концентрирана основната му зона. Например, корабите с дълга линия на кила (като военноморски лодки) имат лоша пъргавина и, обратно, добри кинжали с тесни дълбоки дъски.

Ефективността на кормилото зависи от площта и формата на перата, профила на напречното сечение, аеродинамичното съотношение, вида на монтажа (на кърмата, отделно от кила или на перката), както и от разстоянието на приклада от CBS. Най-разпространените кормила са проектирани под формата на крило с аеродинамичен профил на напречното сечение. Максималната дебелина на профила обикновено се взема в рамките на 10-12% от хордата и се намира на 1/3 от хордата от предния ръб. Площта на руля обикновено е 9,5-11% от площта на потопената част от ДП на яхтата.

Румото с високо съотношение на страните (съотношението на квадрата на дълбочината на руля към неговата площ) развива голяма странична сила при ниски ъгли на атака, поради което ефективно участва в осигуряването на сила на съпротивление на страничен дрейф. Въпреки това, както е показано на фиг. 11, при определени ъгли на атака на профили с различно удължение, потокът се отделя от повърхността на разреждане, след което повдигащата сила върху профила спада значително. Например, когато л= 6 критичен ъгъл на руля е 15°; в l=2- 30°. Като компромис се използват кормило с удължение. л = 4-5 (пропорционалното съотношение на правоъгълен рул е 2-2,5), а за увеличаване на критичния ъгъл на смяната, пред кормилото е монтиран перка. Корм с голямо удължение реагира по-бързо на изместване, тъй като циркулацията на потока, която определя повдигащата сила, се развива по-бързо около профил с малка хорда, отколкото около цялата подводна част на корпуса с рул, монтиран на кърмовия стълб.

Горният ръб на кормилото трябва да приляга плътно към тялото в рамките на работни отклонения от ± 30 °, за да се предотврати изтичането на вода през него; в противен случай ефективността на кормилото се влошава. Понякога върху релсата на кормилото, ако е окачена на транца, аеродинамична шайба е фиксирана под формата на широка плоча близо до водната линия.

Казаното за формата на килите важи и за кормилата: за оптимална се счита трапецовидна форма с правоъгълен или леко заоблен долен ръб. За да се намали усилието върху лоста, воланът понякога е направен от балансиращ тип - с ос на въртене, разположена на 1 / 4-1 / 5 от хордата от „носа“ на профила.

При управлението на яхта е необходимо да се вземат предвид особеностите на работата на кормилото в различни условия и преди всичко сривът отзад. Не правете резки измествания на кормилото на борда в началото на завоя - ще има спиране, странична сила нна волана ще падне, но силата на съпротивление бързо ще се увеличи Р.Яхтата ще влезе в обращение бавно и с голяма загуба на скорост. Необходимо е да започнете завъртане, като преместите кормилото под малък ъгъл, но веднага щом кърмата се изтърколи навън и ъгълът на атака на кормилото започне да намалява, той трябва да бъде изместен на по-голям ъгъл спрямо DP на яхтата.

Трябва да се помни, че страничната сила върху кормилото нараства бързо с увеличаване на скоростта на лодката. При слаб вятър е безполезно да се опитвате бързо да завъртите яхтата, като преместите руля под голям ъгъл (между другото, стойността на критичния ъгъл зависи от скоростта: при по-ниска скорост разделянето на потока се случва при по-малки ъгли на атака).

Съпротивлението на кормилото при промяна на курса на яхтата, в зависимост от нейната форма, дизайн и местоположение, варира от 10 до 40% от общото съпротивление на яхтата. Следователно техниката, управлението на кормилното управление (и центрирането на яхтата, от което стабилността зависи от курса) трябва да се вземат много сериозно, за да не се позволи на волана да се отклони под по-голям ъгъл от необходимото.

Задвижване

Проходимостнаречена способността на яхтата да развива определена скорост с ефективно използване на вятърната енергия.

Скоростта, която една яхта може да развие, зависи преди всичко от скоростта на вятъра, тъй като всички аеродинамични сили, действащи върху платната. включително силата на тягата, нарастване пропорционално на квадрата на видимата скорост на вятъра. Освен това зависи и от съотношението мощност/тегло на кораба – съотношението на площта на платното към неговите размери. Като характеристика на съотношението мощност/тегло най-често се използва съотношението S" 1/2 /V 1/3(където S е площта на платното, m 2; V-общо водоизместване, m 3) или S / W (тук W е намокрената повърхност на корпуса, включително кила и кормилото).

Теглителната сила, а оттам и скоростта на яхтата, също се определя от способността на ветроходното оборудване да развива достатъчно сцепление при различни курсове в зависимост от посоката на вятъра.

Изброените фактори се отнасят до задвижващите платна на яхтата, които преобразуват вятърната енергия в задвижване. Т.Както е показано на фиг. 4, тази сила при равномерно движение на яхтата трябва да е равна и противоположна на силата на съпротивление на движението Р.Последният е проекция на резултантната на всички хидродинамични сили, действащи върху намокрената повърхност на корпуса, върху посоката на движение.

Има два вида хидродинамични сили: сили на налягане, насочени перпендикулярно на повърхността на тялото, и вискозни сили, действащи тангенциално към тази повърхност. Получената вискозна сила дава силата устойчивост на триене.

Силите на натиск се дължат на образуването на вълни на повърхността на водата по време на движението на яхтата, така че тяхната резултантна дава силата вълново съпротивление.

При голяма кривина на повърхността на корпуса в задната част, граничният слой може да се отдели от кожата, да се образуват вихри, които поглъщат част от енергията на движещата сила. Така че има друг компонент на съпротивата срещу движението на яхтата - устойчивост на формата.

Появяват се още два вида съпротива поради факта, че яхтата не се движи направо по DP, а с определен ъгъл на дрейф и търкаляне. Това е индуктивни и спираловиднисъпротивление. Значителен дял в индуктивното съпротивление заема съпротивлението на изпъкналите части - кила и кормилото.

И накрая, движението на яхтата напред също се противопоставя на въздуха, който измива корпуса, екипажа, развитието на системата за такелажни кабели и платното. Тази част от съпротивлението се нарича въздух.

Устойчивост на триене.Когато яхтата се движи, водните частици непосредствено до обшивката на корпуса изглежда се придържат към нея и се носят заедно с кораба. Скоростта на тези частици спрямо тялото е нула (фиг. 14). Следващият слой от частици, плъзгащ се по първия, вече е малко зад съответните точки на корпуса и на определено разстояние от корпуса водата обикновено остава неподвижна или има скорост спрямо корпуса, равна на скоростта на яхтата v.Този слой вода, в който действат вискозни сили и скоростта на движение на водните частици спрямо корпуса нараства от 0 до скоростта на кораба, се нарича граничен слой. Дебелината му е сравнително малка и варира от 1 до 2% от дължината на корпуса по водната линия, но естеството или начинът на движение на водните частици в него оказва значително влияние върху стойността на съпротивлението на триене.

Установено е, че начинът на движение на частиците варира в зависимост от скоростта на съда и дължината на намокрената му повърхност. В хидродинамиката тази зависимост се изразява с числото на Рейнолдс:

n е коефициентът на кинематичен вискозитет на водата (за прясна вода n= 1,15-10 -6 m 2 /s);

L-дължина на намокрената повърхност, m;

v-скорост на яхтата, m/s.

При относително малък брой Re = 10 6 водните частици в граничния слой се движат на слоеве, образувайки ламинарнапоток. Неговата енергия не е достатъчна, за да преодолее вискозните сили, които пречат на напречното движение на частиците. Най-голямата разлика в скоростта между слоевете от частици е директно на повърхността на корпуса; съответно силите на триене имат най-голяма стойност тук.

Числото на Рейнолдс в граничния слой се увеличава, когато водните частици се отдалечават от стъблото (с увеличаване на намокрената дължина). При скорост от 2 m/s, например, вече на разстояние около 2 m от него Reдостига критична стойност, при която режимът на потока в граничния слой става вихров, т.е. турбулентен и насочен през граничния слой. Поради обмена на кинетична енергия между слоевете, скоростта на частиците близо до повърхността на тялото се увеличава в по-голяма степен, отколкото при ламинарния поток. Разлика в скоростта dvтук се увеличава и съпротивлението на триене съответно се увеличава. Поради напречните движения на водните частици, дебелината на граничния слой се увеличава и съпротивлението на триене се увеличава рязко.

Режимът на ламинарното течение обхваща само малка част от корпуса на яхтата в носа и само при ниски скорости. Критична стойност Re,при който възниква турбулентен поток около тялото, лежи в диапазона 5-10 5-6-10 6 и до голяма степен зависи от формата и гладкостта на повърхността му. С увеличаване на скоростта точката на преход на ламинарния граничен слой към турбулентния се придвижва към носа и при достатъчно висока скорост може да настъпи момент, в който цялата намокрена повърхност на корпуса ще бъде покрита от турбулентен поток. Вярно е, че непосредствено близо до кожата, където скоростта на потока е близка до нула, все още се запазва най-тънкият филм с ламинарен режим - ламинарен подслой.

Съпротивлението на триене се изчислява по формулата:

(13)

Р tr - съпротивление на триене, kg;

ztr - коефициент на съпротивление на триене;

r е масовата плътност на водата;

за прясна вода:

v-скорост на яхтата, m/s;

W-намокрена повърхност, m 2.

Коефициентът на съпротивление на триене е променлива стойност в зависимост от естеството на потока в граничния слой, дължината на тялото Л kvl скорост v и грапавост на повърхността на корпуса.

На фиг. 15 е показана зависимостта на коефициента на съпротивление на триене ztr от броя Reи грапавост на повърхността. Увеличаването на съпротивлението на грапава повърхност в сравнение с гладката може лесно да се обясни с наличието на ламинарен подслой в турбулентния граничен слой. Ако неравностите на повърхността са напълно потопени в ламинарния подслой, тогава те не внасят значителни промени в естеството на ламинарния поток на подслоя. Ако неравностите надвишават дебелината на подслоя и стърчат над него, тогава възниква турбулентност при движението на водните частици по цялата дебелина на граничния слой и съответно коефициентът на триене се увеличава.

Ориз. 15 ни позволява да оценим важността на довършването на дъното на яхтата, за да се намали нейното съпротивление на триене. Например, ако яхта с дължина 7,5 м по водната линия се движи със скорост v= 6 възела (3,1 m/s), след това съответното число

Да приемем, че дъното на яхтата има грапавост (средната височина на неравностите) к== 0,2 mm, което съответства на относителната грапавост

L/k = 7500/0,2 = 3,75 10 4 . За дадена грапавост и брой R eкоефициентът на триене е z tr = 0,0038 (т G).

Нека преценим дали в този случай е възможно да се получи долна повърхност, близка до технически гладка. В R e = 2-10 7 такава повърхност съответства на относителна грапавост L/k= 3 10 5 или абсолютна грапавост к\u003d 7500 / 3 10 5 \u003d 0,025 мм. Опитът показва, че това може да се постигне чрез внимателно шлайфане на дъното с фина шкурка и след това лакиране. Ще се отплатят ли усилията? Графиката показва, че коефициентът на съпротивление на триене ще намалее до z tr = 0,0028 (точка D), или с 30%, което, разбира се, не може да бъде пренебрегнато от екипажа, разчитащ на успех в състезанията.

Линия B ви позволява да оцените допустимата грапавост на дъното за яхти с различни размери и различни скорости. Вижда се, че с увеличаване на дължината и скоростта на водната линия се увеличават изискванията за качество на повърхността.

За ориентация представяме стойностите на грапавостта (в mm) за различни повърхности:

дървени, внимателно лакирани и полирани - 0,003-0,005;

дървени, боядисани и полирани - 0,02-0,03;

боядисана със собствено покритие - 0,04-0,C6;

дървени, боядисани с червено олово - 0,15;

обикновена дъска - 0,5;

дъно покрито с черупки - до 4,0.

Вече казахме, че за част от дължината на яхтата, започвайки от ствола, може да се запази ламинарен граничен слой, освен ако прекомерната грапавост не допринася за турбулентността на потока. Ето защо е особено важно внимателно да се борави с носа на корпуса, всички входящи ръбове на кила, перките и кормилата. При малки напречни размери - хорди, цялата повърхност на кила и кормилото трябва да бъде шлайфана. В задната част на корпуса, където дебелината на граничния слой се увеличава, изискванията за покритие на повърхността могат да бъдат донякъде намалени.

Замърсяването на дъното с водорасли и черупки се отразява особено силно в съпротивлението на триене. Ако не почиствате периодично дъното на яхти, които са постоянно във водата, след два или три месеца съпротивлението на триене може да се увеличи с 50-80%, което е еквивалентно на загуба на скорост при средния вятър с 15-25 %.

Устойчивост на формата.Дори в добре обтекаем корпус, в движение, можете да намерите wake-jet, в който водата прави вихрови движения. Това е следствие от отделяне на граничния слой от тялото в определена точка (В на фиг. 14). Положението на точката зависи от естеството на промяната в кривината на повърхността по дължината на корпуса. Колкото по-гладки са контурите на задния край, толкова по-далече от кърмата става отделянето на граничния слой и толкова по-малко се образува вихър.

При нормално съотношение на дължината на тялото към ширината, съпротивлението на формата е малко. Увеличаването му може да се дължи на наличието на остри скули, счупени контури на корпуса, неправилно профилирани кили, кормила и други изпъкнали части. Устойчивостта на формата се увеличава с намаляване на дължината на зоната, ламинарния граничен слой, следователно е необходимо да се премахнат ивици от боя, да се намали грапавостта, да се затворят вдлъбнатините в кожата, да се поставят обтекатели на изпъкнали тръби и др.

вълново съпротивление.Възникването на вълни в близост до корпуса на кораба по време на неговото движение се причинява от действието на гравитационните сили на течността на границата между вода и въздух. В предния край, в точката, където корпусът се среща с водата, налягането се повишава рязко и водата се издига до определена височина. По-близо до средната част на кораба, където поради разширяването на корпуса на кораба скоростта на потока се увеличава, налягането в него, според закона на Бернули, пада и нивото на водата намалява. В кърмата, където налягането отново се повишава, се образува втора вълна. Водните частици започват да осцилират близо до корпуса, което причинява вторични трептения на водната повърхност.

Възниква сложна система от носови и кърмови вълни, която по своята същност е еднаква за плавателни съдове от всякакъв размер (фиг. 16). При ниска скорост ясно се виждат разнопосочни вълни, произхождащи от носа и кърмата на кораба. Техните хребети са разположени под ъгъл 36-40° спрямо диаметралната равнина. При по-високи скорости се разграничават напречни вълни, чиито гребени не излизат извън сектата / ерата, ограничени с ъгъл от 18-20 ° спрямо DP на кораба. Носовата и кърмовата система на напречните вълни взаимодействат помежду си, което може да доведе както до увеличаване на височината на общата вълна зад кърмата на кораба, така и до нейното намаляване. Когато се отдалечавате от кораба, енергията на вълните се поглъща от средата и те постепенно избледняват.

Големината на съпротивлението на вълната варира в зависимост от скоростта на яхтата. От теорията на трептенията е известно, че скоростта на разпространение на вълните е свързана с тяхната дължина лсъотношение

където стр = 3,14; v-скорост на яхтата, m/s; g \u003d 9,81 m / s 2 - ускорение на гравитацията.

Тъй като вълновата система се движи заедно с яхтата, скоростта на разпространение на вълната е равна на скоростта на яхтата.

Ако говорим например за яхта с дължина на водната линия 8 m, тогава при скорост 4 възела, около три напречни вълни ще бъдат разположени по дължината на корпуса, при скорост 6 възела - една и половина. Връзката между дължината на напречната вълна X, създадена от дължината на тялото Lkvl! движейки се със скорост v,до голяма степен определя големината на вълновото съпротивление.

Вятърни курсове.Съвременните яхти и платноходки в повечето случаи са оборудвани с наклоненаплатна. Тяхната отличителна черта е, че основната част от платното или цялото се намира зад мачтата или стойката. Поради факта, че предният ръб на платното е опънат по протежение на мачтата (или самия него), платното обтича въздушния поток, без да се изплаква, когато е разположено под доста остър ъгъл спрямо вятъра. Благодарение на това (и с подходящите контури на корпуса) корабът придобива способността да се движи под остър ъгъл спрямо посоката на вятъра.

На фиг. 190 показва позицията на платноходката при различни курсове по отношение на вятъра. Обикновената платноходка не може да тръгне директно срещу вятъра - в този случай платното не създава теглителна сила, която може да преодолее съпротивлението на водата и въздуха. Най-добрите състезателни яхти при среден вятър могат да плават под ъгъл 35-40° спрямо посоката на вятъра; обикновено този ъгъл е не по-малък от 45°. Следователно, до цел, разположена директно срещу вятъра, платноходката е принудена да стигне прикачване- последователно десен и ляв халс. Ъгълът между курсовете на кораба на всеки халс се нарича ъгъл на прихвати позицията на кораба с носа му директно към вятъра - левентик. Способността на плавателния съд да се върти и да се движи с максимална скорост в посока директно към вятъра е едно от основните качества на платноходката.

Курсове от близко теглене до заливски вятър, когато вятърът е на 90° спрямо DP на кораба, се наричат остър; от Gulfwind до jibe (вятър, който духа право в кърмата) - завършен. Разграничаване стръмен(ход при вятър 90-135°) и пълен(135-180°) подпор, както и теглен вятър (съответно 40-60° и 60-80° спрямо вятъра).

Ориз. 190. Ход на ветроходен кораб спрямо вятъра.

1 - стръмен страничен вятър; 2 - пълен извоз; 3 - Gulfwind; 4 - гръб; 5 - насмешка; 6 - левентик.

Вимпел вятър.Въздушният поток, който тече около платната на яхтата, не съвпада с посоката истински вятър(по отношение на земята). Ако корабът се движи, тогава се появява обратен въздушен поток, чиято скорост е равна на скоростта на кораба. При наличие на вятър посоката му спрямо плавателния съд се отклонява по определен начин поради настъпващия въздушен поток; скоростта също се променя. По този начин общият поток, наречен вимпел вятър. Неговата посока и скорост могат да бъдат получени чрез добавяне на векторите на истинския вятър и насрещния поток (фиг. 191).

Ориз. 191. Видим вятър при различни курсове на яхтата спрямо вятъра.

1 - badewind; 2 - Gulfwind; 3 - гръб; 4 - подигравка.

v- скоростта на яхтата; vи - истинска скорост на вятъра; vв - скоростта на вятъра вимпел.

Очевидно при тегления курс скоростта на вимпела има най-голяма стойност, а на махата - най-малка, тъй като в последния случай скоростите на двата потока са насочени в точно противоположни посоки.

Платната на яхтата винаги са нагласени, като се фокусират върху посоката на вимпела. Имайте предвид, че скоростта на яхтата не се увеличава право пропорционално на скоростта на вятъра, а много по-бавно. Следователно, когато вятърът се усилва, ъгълът между посоката на истинския и привидния вятър намалява, а при слаб вятър скоростта и посоката на привидния вятър се различават по-забележимо от истинския.

Тъй като силите, действащи върху платното като върху крило, нарастват пропорционално на квадрата на скоростта на потока наоколо, платноходки с минимално съпротивление на движение могат да изпитат „самоускоряване“, при което скоростта им надвишава скоростта на вятъра. Тези видове платноходки включват ледени яхти - ледени лодки, яхти на подводни криле, колесни (плажни) яхти и proa - тесни еднокорпусни плавателни съдове с поплавък. Някои от тези видове плавателни съдове са регистрирали скорости до три пъти по-високи от скоростта на вятъра. Така националният ни рекорд за скорост на шамандура е 140 км/ч, а той е поставен при скорост на вятъра, която не надвишава 50 км/ч. Мимоходом отбелязваме, че абсолютният рекорд за скорост под платно по вода е значително по-нисък: той е поставен през 1981 г. на специално построен двумачтов катамаран Crossbau-II и е равен на 67,3 км/ч.

Обикновените ветроходни кораби, ако не са предназначени за рендосване, в редки случаи надвишават ограничението на скоростта за плаване с изместване, равно на v = 5,6 √L km/h (виж глава I).

Сили, действащи върху ветроходен кораб.Има фундаментална разлика между системата от външни сили, действащи върху ветроходен кораб и кораб, задвижван от механичен двигател. Върху моторен кораб тягата на витлото - витло или водна струя - и силата на водното съпротивление на неговото движение действат в подводната част, разположена в диаметралната равнина и на малко вертикално разстояние един от друг.

На платноходка движещата сила се прилага високо над повърхността на водата и следователно над линията на действие на силата на съпротивление. Ако корабът се движи под ъгъл спрямо посоката на вятъра - при лош вятър, тогава платната му работят на принципа на аеродинамично крило, разгледан в глава II. Когато платното обтича платното с въздушен поток, от подветрената му (изпъкнала) страна се създава вакуум, а от наветрената страна се създава повишено налягане. Сумата от тези налягания може да бъде намалена до получената аеродинамична сила А(виж фиг. 192), насочен приблизително перпендикулярно на хордата на профила на платното и приложен в центъра на платното (CPU) високо над водната повърхност.

Ориз. 192. Сили, действащи върху корпуса и платната.

Съгласно третия закон на механиката, при равномерно движение на тялото по права линия, всяка сила, приложена към тялото (в този случай, към платната, свързани с корпуса на яхтата чрез мачтата, стоящ такелаж и листове) трябва да бъде противодейства на еднаква и противоположно насочена сила. На платноходка тази сила е резултантната хидродинамична сила Хприлага се върху подводната част на корпуса (фиг. 192). Така че между силите Аи Хима известно разстояние - рамо, в резултат на което се образува момент от двойка сили, стремящи се да завърти кораба около ос ориентирана по определен начин в пространството.

За опростяване на явленията, възникващи по време на движението на ветроходни кораби, хидро- и аеродинамичните сили и техните моменти се разлагат на компоненти, успоредни на главните координатни оси. Водени от третия закон на Нютон, можем да изпишем по двойки всички компоненти на тези сили и моменти:

А	- аеродинамична резултантна сила;
т	- силата на платната, дърпаща кораба напред:
д	- сила на крен или дрейфова сила;
А v	- вертикална (подстригване на носа) сила;
П	- масова сила (изместване) на съда;
Мд	- момент на подрязване;
Мкр	- наклонен момент;
МП	- моментът, водещ към вятъра;
Х	- хидродинамична резултантна сила;
Р	- силата на водосъпротивление при движението на съда;
Рд	- странична сила или сила на съпротивление на дрейф;
Х v	- вертикална хидродинамична сила;
γ· V	- сила на плаваемост;
М л	- момент на съпротивление на трим;
Мв	- възстановяващ момент;
Мв	- смиряващ момент.

За да може корабът да се движи стабилно по своя курс, всяка двойка сили и всяка двойка моменти трябва да са равни една на друга. Например силата на дрейф ди сила на съпротивление на дрейф Р d създават момент на наклон М cr, който трябва да бъде балансиран от възстановяващ момент Мв или момент на странична стабилност. Този момент се образува поради действието на масовите сили Пи плаваемост на кораба γ Vдействащ на рамото л. Същите сили образуват момента на съпротивление на тримиране или момента на надлъжна стабилност М л, равни по големина и противоположни на тримиращия момент Мд. Членовете на последните са моментите на двойки сили т - Ри А v - Х v .

По този начин движението на ветроходен кораб по наклонен курс спрямо вятъра е свързано с търкаляне и тримиране, а страничната сила д, освен търкаляне, причинява и дрейф - страничен дрейф, следователно, всеки ветроходен кораб не се движи стриктно по посока на DP, като кораб с механичен двигател, а с малък ъгъл на отклонение β. Корпусът на платноходка, нейният кил и кормилото се превръщат в подводно криле, което се атакува от насрещна струя вода под ъгъл на атака, равен на ъгъла на дрейфа. Именно това обстоятелство предизвиква образуването на сила на съпротивление на дрейфа върху кила на яхтата. Р d, което е компонент на повдигащата сила.

Стабилност на движение и центриране на ветроходен кораб.Благодарение на петата, теглителната сила на платната ти сила на съпротива Ризглежда работят в различни вертикални равнини. Те образуват двойка сили, които извеждат кораба срещу вятъра - отхвърляйки го от правия курс, който следва. Това се предотвратява от момента на втората двойка сили - крен ди сили на съпротивление на дрейф Р d, както и малка сила нна кормилото, което трябва да се приложи, за да се коригира движението на яхтата по курса.

Очевидно реакцията на съда към действието на всички тези сили зависи както от тяхната величина, така и от съотношението на раменете аи бвърху които действат. С увеличаване на ролката, рамото на шофьорската двойка бсъщо се увеличава, а стойността на ливъриджа на задната двойка азависи от относителното положение ветроходен център(CP - точки на приложение на получените аеродинамични сили към платната) и център на странично съпротивление(CBS - точки на приложение на получените хидродинамични сили към корпуса на яхтата).

Точното определяне на положението на тези точки е доста трудна задача, особено като се има предвид, че варира в зависимост от много фактори: курса на плавателния съд спрямо вятъра, срязването и регулирането на платната, въртене и дифферент на яхтата, формата и профила на кила и кормилото и др.

При проектирането и преоборудването на яхти те работят с условни CPU и CBS, като се имат предвид, че са разположени в центровете на тежестта на плоски фигури, които представляват платна, поставени в DP, и очертанията на подводната част на DP с кил, перки и кормило (фиг. 193). Центърът на тежестта на триъгълно платно, например, се намира в пресечната точка на две медиани, а общият център на тежестта на двете платна е разположен на права линия, свързваща процесорите на двете платна, и разделя този сегмент обратно пропорционално на тяхната площ. Ако платното има четириъгълна форма, тогава неговата площ се разделя с диагонал на два триъгълника и процесорът се получава като общ център на тези триъгълници.

Ориз. 193. Определяне на условния център на плаване на яхтата.

Позицията на CBS може да се определи чрез балансиране на шаблона на подводния профил на DP, изрязан от тънък картон, върху върха на иглата. Когато шаблонът е хоризонтален, иглата ще бъде в точката на условния CLS. Този метод обаче е повече или по-малко приложим за кораби с голяма площ от подводната част на ДП - за яхти от традиционен тип с дълга линия на кила, корабни лодки и др. На съвременни яхти, контурите на които са проектиран въз основа на теорията на крилото, основната роля в създаването на дрейфа на силата на съпротивление се играе от плавния кил и кормилото, обикновено монтирани отделно от кила. Центровете на хидродинамичните налягания върху техните профили могат да бъдат открити доста точно. Например за профили с относителна дебелина δ/ боколо 8% тази точка е около 26% от акорда бот предния ръб.

Въпреки това, корпусът на яхтата по определен начин влияе върху естеството на потока около кила и кормилото, като това влияние варира в зависимост от ролката, дифферирането и скоростта на плавателния съд. В повечето случаи, при остри курсове към вятъра, истинският CLS се движи напред по отношение на центъра на натиск, определен за кила и руля, както за изолирани профили. Поради несигурността при изчисляването на позицията на CPU и CBS, дизайнерите, когато разработват проект за ветроходни кораби, разполагат с CPU на определено разстояние а- напредване - пред CBS. Размерът на аванса се определя статистически, от сравнение с утвърдени яхти, които имат близки до проектните контури на подводната част, стабилност и ветроходно оборудване. Авансът обикновено се определя като процент от дължината на плавателния съд по водната линия, а за кораб, оборудван с шлюп Бермуди, 15-18% Л. Колкото по-ниска е стабилността на яхтата, толкова по-голямо преобръщане ще получи тя под въздействието на вятъра и толкова по-голяма е нуждата от преднината на CPU пред CBS.

Точното регулиране на относителното положение на CPU и CLS е възможно при тестване на яхтата в движение. Ако корабът има тенденция да се отдалечава надолу по вятъра, особено при среден и свеж вятър, тогава това е голям центриращ дефект. Факт е, че килът отклонява потока от вода, изтичащ от него, по-близо до DP на кораба. Следователно, ако кормилото е изправено, тогава неговият профил работи със забележимо по-малък ъгъл на атака от кила. Ако, за да се компенсира тенденцията на яхтата да се отдалечава, рулът трябва да се измести към вятъра, тогава образуваната върху него повдигаща сила се оказва насочена към подветрената страна - в същата посока като дрейфа сила дна платна. Следователно корабът ще има увеличен дрейф.

Друго нещо е леката склонност на яхтата да се кара. Кормилото, изместено на 3-4° към подветрената страна, работи със същия или малко по-висок ъгъл на атака като кила и ефективно участва в устойчивостта на дрейф. Сила на срязване Х, възникващ на кормилото, причинява значително изместване на общия CLS към кърмата, като същевременно намалява ъгъла на дрейф. Ако обаче, за да задържите яхтата на курс по лош вятър, трябва постоянно да премествате руля към подветрената страна под ъгъл, по-голям от 2-3 °, трябва да преместите процесора напред или да преместите CLS назад, което е по-трудно.

На построена яхта можете да преместите процесора напред, като наклоните мачтата напред, преместите я напред (ако конструкцията на стъпалото позволява), скъсите грота по протежение на ръба, като увеличите площта на главното платно. За да преместите CLS назад, трябва да инсталирате перка пред волана или да увеличите размера на острието на кормилото.

За да се елиминира тенденцията на яхтата да се отдалечава, е необходимо да се прилагат противоположните мерки: преместете процесора назад или преместете CLS напред.

Ролята на компонентите на аеродинамичната сила при създаване на тяга и дрейф.Съвременната теория за работата на наклонено платно се основава на разпоредбите на аеродинамиката на крилото, чиито елементи са разгледани в глава II. Когато платното, поставено под ъгъл на атака α спрямо вимпелския вятър, обикаля платното, върху него се създава аеродинамична сила А, което може да бъде представено като два компонента: повдигаща сила Й, насочен перпендикулярно на въздушния поток (вимпеловия вятър) и плъзгане х- проекции на сила Акъм посоката на въздушния поток. Тези сили се използват, когато се разглеждат характеристиките на платното и цялата ветроходна платформа като цяло.

Едновременно сила Аможе да бъде представена под формата на други два компонента: сила на тягата т, насочена по оста на движение на яхтата, и силата на дрейф перпендикулярна на нея д. Припомнете си, че посоката на движение на платноходка (или пътека) се различава от нейния курс със стойността на ъгъла на отклонение β, но този ъгъл може да бъде пренебрегнат при по-нататъшен анализ.

Ако се движите по курс за лош вятър, е възможно да се увеличи подемът на платното до стойност Й 1 , а челното съпротивление остава непроменено, а след това силите Й 1 и х, добавени според правилото за добавяне на вектори, образуват нова аеродинамична сила А 1 (фиг. 194, а). Имайки предвид новите му компоненти т 1 и д 1, може да се види, че в този случай с увеличаване на повдигащата сила се увеличава както силата на тягата, така и силата на дрейф.

Ориз. 194. Ролята на повдигането и съпротивлението в създаването на движеща сила.

При подобна конструкция може да се види, че с увеличаване на съпротивлението на тегления курс, силата на теглене намалява, а силата на дрейф се увеличава. По този начин, когато плавате при слаб вятър, повдигащата сила на платното играе решаваща роля за създаването на тягата на платната; челното съпротивление трябва да бъде минимално.

Имайте предвид, че на тегления курс, вимпелият вятър има най-висока скорост, така че и двата компонента на аеродинамичната сила Йи хса достатъчно големи.

На курса Gulfwind (фиг. 194, б) подемната сила е силата на тягата, а силата на съпротивление е силата на дрейф. Увеличаването на съпротивлението на платното не влияе на величината на силата на тягата: само силата на дрейф се увеличава. Въпреки това, тъй като скоростта на вимпелия вятър в заливния вятър е намалена в сравнение с тегления вятър, дрейфът влияе в по-малка степен върху характеристиките на шофиране на кораба.

На задния курс (фиг. 194, в) платното работи при големи ъгли на атака, при които повдигащата сила е много по-малка от съпротивлението. Ако увеличите съпротивлението, тогава силата на тягата и дрейфа също ще се увеличат. С увеличаване на повдигащата сила тягата се увеличава, а силата на дрейф намалява (фиг. 194, г). Следователно, на курса на задния щанг, увеличаването на повдигането и (или) съпротивлението увеличава сцеплението.

При наклона ъгълът на атака на платното е близо до 90°, така че повдигащата сила на платното е нула, а съпротивлението е насочено по оста на движение на кораба и е силата на тягата. Силата на дрейф е нула. Следователно, при джибе курс, за да се увеличи тягата на платната, е желателно да се увеличи съпротивлението им. При състезателните яхти това става чрез поставяне на допълнителни платна - спинакер и блаупер, които имат голяма площ и лошо обтекаема форма. Трябва да се отбележи, че на курса на джибе платната на яхтата са засегнати от вимпела с минимална скорост, което причинява относително умерени сили върху платната.

устойчивост на дрейф.Както е показано по-горе, силата на дрейфа зависи от курса на яхтата спрямо вятъра. При плаване на близко теглене тя е приблизително три пъти по-голяма от тягата т, придвижване на кораба напред; при заливен вятър и двете сили са приблизително равни; при стръмен задник дърпането на платното е 2-3 пъти по-голямо от силата на дрейф, а на чиста гиба силата на дрейф изобщо липсва. Следователно, за да може една платноходка успешно да се движи напред по курсове от теглено до заливския вятър (под ъгъл 40-90 ° спрямо вятъра), тя трябва да има достатъчно странично съпротивление за дрейф, много по-голямо от съпротивлението на водата срещу движението на яхтата по трасето.

Функцията за създаване на сила за устойчивост на дрейф на съвременните ветроходни кораби се изпълнява главно от перки или централни бордове и кормила. Механиката на възникване на подемна сила на крило със симетричен профил, което са кили, шишове и кормила, е разгледана в глава II (вж. стр. 67). Трябва да се отбележи, че стойността на ъгъла на дрейф на съвременните яхти - ъгълът на атака на профила на кила или централния борд - рядко надвишава 5 °, следователно при проектирането на кила или централния борд е необходимо да изберете неговите оптимални размери, форма и профил на напречното сечение, за да се получи максимална повдигаща сила с минимално съпротивление, а именно при ниски ъгли на атака.

Тестовете на аеродинамични симетрични профили показват, че по-дебели аеродинамични профили (с по-голямо съотношение на дебелината на сечението ткъм неговия акорд б) дават повече повдигане от тънките. При ниски скорости обаче такива профили имат по-голямо съпротивление. Оптимални резултати при ветроходни яхти могат да бъдат получени с дебелина на кила т/б= 0,09÷0,12, тъй като подемната сила на такива профили зависи малко от скоростта на кораба.

Максималната дебелина на профила трябва да бъде разположена на разстояние от 30 до 40% от хордата от предния ръб на профила на кила. Добри качества има и профилът NACA 664-0 с максимална дебелина, разположен на разстояние 50% от хордата от носа (фиг. 195).

Ориз. 195. Профилирана килова перка на яхтата.

Ординати на препоръчаните профили на профили за яхтени килове и бордове

	разстояние от носа х, % б
	2,5	5	10	20	30	40
	Ординати г, % б
NACA-66; δ = 0,05	2,18	2,96	3,90	4,78	5,00	4,83
	2,00	2,60	3,50	4,20	4,40	4,26
	-	3,40	5,23	8,72	10,74	11,85
профил; относителна дебелина δ	разстояние от носа х, % б
	50	60	70	80	90	100
	Ординати г, % б
NACA-66; δ = 0,05	4,41	3,80	3,05	2,19	1,21	0,11
Профил за кинжали; δ=0,04	3,88	3,34	2,68	1,92	1,06	0,10
Кил на яхта NACA 664-0; δ = 0,12	12,00	10,94	8,35	4,99	2,59	0

За леки състезателни лодки, способни да рендосват и достигат високи скорости, се използват кинжали и кормила с по-тънък профил ( т/б= 0,044÷0,05) и геометрично удължение (съотношение на задълбочаване дкъм средния акорд бсряда) до 4.

Удължаването на килите на съвременните килови яхти е от 1 до 3, рулята - до 4. Най-често килът има формата на трапец с наклонен преден ръб, а ъгълът на наклон оказва известно влияние върху количество на повдигане и съпротивление на кила. При удължаване на кила от около λ = 0,6 може да бъде разрешен наклон на предния ръб до 50°; при λ = 1 - около 20°; при λ > 1,5 оптимален е килът с вертикален преден ръб.

Общата площ на кила и руля за ефективно противодействие на дрейфа обикновено се приема равна на от 1/25 до 1/17 от площта на главните платна.

Ветровете, които са в южната част Тихи океандухай на запад. Ето защо нашият маршрут беше начертан така, че на ветроходната яхта „Жулиета“ да се движим от изток на запад, тоест така, че вятърът да духа в гръб.

Ако обаче погледнете нашия маршрут, ще забележите, че често, например, когато се движим от юг на север от Самоа до Токелау, трябваше да се движим перпендикулярно на вятъра. А понякога посоката на вятъра се променяше напълно и трябваше да вървиш срещу вятъра.

Маршрутът на Жулиета

Какво да направите в този случай?

Ветроходните кораби отдавна могат да плават срещу вятъра. Класикът Яков Перелман пише за това дълго време добре и просто във Втората си книга от поредицата „Забавна физика“. Това парче цитирам тук дословно със снимки.

„Плаване срещу вятъра

Трудно е да си представим как ветроходните кораби могат да вървят "срещу вятъра" - или, по думите на моряците, да вървят "теглени". Вярно е, че един моряк ще ви каже, че не можете да плавате директно във вятъра, а можете да се движите само под остър ъгъл спрямо посоката на вятъра. Но този ъгъл е малък - около една четвърт от прав ъгъл - и изглежда, може би, също толкова неразбираем: дали да плавате директно срещу вятъра или под ъгъл от 22 ° спрямо него.

Всъщност обаче това не е безразлично и сега ще обясним как е възможно да се придвижите към него под лек ъгъл от силата на вятъра. Нека първо разгледаме как вятърът действа върху платното като цяло, тоест къде избутва платното, когато духа върху него. Сигурно си мислите, че вятърът винаги бута платното в посоката, в която духа. Но това не е така: навсякъде, където духа вятърът, той бута платното перпендикулярно на равнината на платното. Наистина: нека вятърът духа в посоката, посочена от стрелките на фигурата по-долу; линията AB представлява платното.

Вятърът бута платното винаги под прав ъгъл спрямо неговата равнина.

Тъй като вятърът тласка равномерно по цялата повърхност на платното, ние заместваме налягането на вятъра със силата R, приложена към средата на платното. Разлагаме тази сила на две: силата Q, перпендикулярна на платното, и силата P, насочена по него (виж фигурата по-горе, вдясно). Последната сила не избутва платното никъде, тъй като триенето на вятъра върху платното е незначително. Остава сила Q, която избутва платното под прав ъгъл към него.

Знаейки това, лесно можем да разберем как ветроходен кораб може да отиде под остър ъгъл към вятъра. Нека линията KK представлява линията на кила на кораба.

Как можеш да плаваш срещу вятъра.

Вятърът духа под остър ъгъл към тази линия в посоката, посочена от редицата стрелки. Линията AB представлява платното; той е поставен така, че равнината му да разполовява ъгъла между посоката на кила и посоката на вятъра. Следвайте диаграмата за разпределение на силите. Представяме налягането на вятъра върху платното чрез силата Q, която, както знаем, трябва да бъде перпендикулярна на платното. Разлагаме тази сила на две: силата R, перпендикулярна на кила, и силата S, насочена напред по линията на кила на кораба. Тъй като движението на плавателния съд в посока R среща силно водно съпротивление (килът при ветроходните кораби е много дълбок), силата R е почти напълно балансирана от водосъпротивлението. Остава само силата S, която, както виждате, е насочена напред и следователно движи кораба под ъгъл, сякаш към вятъра. [Може да се покаже, че силата S е най-голяма, когато равнината на платното разполовява ъгъла между посоките на кила и вятъра.]. Обикновено това движение се извършва на зигзаг, както е показано на фигурата по-долу. На езика на моряците подобно движение на плавателния съд се нарича "таксиране" в тесния смисъл на думата.

Нека сега да разгледаме всичко възможни посокивятър спрямо курса на лодката.

Диаграма на курсовете на кораба спрямо вятъра, тоест ъгълът между посоката на вятъра и вектора от кърмата до носа (курс).

Когато вятърът духа в лицето (попътен вятър), платната висят от едната към другата страна и е невъзможно да се движат с платното. Разбира се, винаги можете да спуснете платната и да включите двигателя, но това вече не е от значение за плаване.

Когато вятърът духа точно отзад (хиби, опашен вятър), разпръснатите въздушни молекули оказват натиск върху платното от едната страна и лодката се движи. В този случай корабът може да се движи само по-бавно от скоростта на вятъра. Тук работи аналогията с карането на колело по вятъра – вятърът духа отзад и е по-лесно да се педали.

Когато се движи срещу вятъра (теглено), платното се движи не поради натиска на въздушните молекули върху платното отзад, както в случая на наклона, а поради повдигащата сила, която се създава поради различни скорости на въздуха и на двете страни покрай платното. В същото време, поради кила, лодката не се движи в посока, перпендикулярна на хода на лодката, а само напред. Тоест, платното в този случай не е чадър, както в случая на badewind, а крило на самолет.

По време на нашите пасажи плавахме предимно със задни щанги и заливни ветрове със средна скорост 7-8 възела при скорост на вятъра 15 възла. Понякога вървяхме срещу вятъра, полувятър и наблизо. И когато вятърът утихна, запалиха двигателя.

Като цяло лодка с платно, движещо се срещу вятъра, не е чудо, а реалност.

Най-интересното е, че лодките могат да вървят не само срещу вятъра, но дори и по-бързо от вятъра. Това се случва, когато лодката тръгва назад, създавайки собствен вятър.