Маневренные качества маломерного судна

К основным маневренным качествам судна относятся: управляемость, циркуляция, ходкость и инерция

Управляемость. Управляемость - это способность судна удерживать на ходу заданное направление движения при неизменном положении руля (устойчивость на курсе) и изменять на ходу направление своего движения под действием руля (поворотливость).

Устойчивостью на курсе называется свойство судна сохранять прямолинейное направление движения. Если же судно при прямом положении руля отклоняется от курса, то такое явление принято называть рыскливостью судна.

Если же судно при прямом положении руля отклоняется от курса, то такое явление принято называть рыскливостью судна.

Причины, вызывающие рыскливость, могут быть постоянными и временными. К постоянным относятся причины, связанные с конструктивными особенностями судна: тупые носовые обводы корпуса, несоответствие длины судна его ширине, недостаточная площадь пера руля, влияние вращения гребного винта

Временная рыскливость может быть вызвана неправильной загрузкой судна, ветром, мелководьем, неровным течением и т п.

Понятие " устойчивость на курсе" и " поворотливость" являются противоречимыми, однако эти качества присущи практически всем судам и характеризуют их управляемость.

На управляемость влияет много факторов и причин, главными из которых являются действие руля, работа винта и их взаимодействие.

Поворотливость — свойство судна изменять направление движения под действием руля. Это качество в первую очередь зависит от правильного соотношения длины и ширины корпуса, формы его обводов, а также от площади пера руля.

Особенности управляемости судна при переходе с переднего хода на задний

При проведении швартовых операций или необходимости срочно остановить судно (опасность столкновения, предотвращение посадки на мель, оказание помощи человеку за бортом и др.) приходится переходить с переднего хода на задний. В этих случаях судоводитель должен учитывать, что в первые секунды при перемене работы винта правого вращения с переднего хода на задний, корма стремительно покатится влево, при винте левого вращения - вправо.

Причины, влияющие на управляемость

Кроме руля и вращающегося винта на устойчивость и поворотливость судна влияют и другие причины, а также целый ряд конструктивных особенностей судна: отношения главных размерений, формы обводов корпуса, параметров руля и винта. Управляемость зависит и от условий плавания: характера загрузки судна, гидрометеорологических факторов.

Циркуляция Если во время движения судна переложить руль в какую-либо сторону, то судно начнет поворачиваться и опишет на воде кривую линию. Эта кривая, описываемая центром тяжести судна при обороте, называется линией циркуляции (рис. 2), а расстояние между диаметральной плоскостью судна на прямом курсе и его диаметральной плоскостью после поворота на обратный курс (180) — тактическим диаметром циркуляции. Чем меньше тактический диаметр циркуляции, тем лучшей считается поворотливость судна. Эта кривая близка к окружности, а ее диаметр служит мерой поворотливости судна

5. Силы нa парусах и корпусе.

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

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Судно должно иметь эффективный киль для сопротивления дрейфу;

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

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

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

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

 

Как найти центр парусности и центр бокового сопротивления?

В практике проектирования яхт предполагается, что действующие на парус силы разрежения на его подветренной стороне и давления на наветренной сводятся к равнодействующей силе, при­ложенной в геометрическом центре площади парусности яхты. Факти­чески точка приложения аэродинамической силы меняет свое положе­ние в зависимости от курса яхты относительно ветра, угла установки парусов. Как правило, эта точка располагается впереди геометри­ческого центра парусности, причем при угле атаки 10—15° (курс бей­девинд) это опережение у бермудских парусов может достигать 10—15%.

Одновременно точка приложения поперечной гидродинамической подъемной силы, которую при проектировании яхт конструктор по­мещает в геометрический центр площади диаметральной плоскости яхты, также существенно изменяет свое положение. При лавировке центр бокового сопротивления находится впереди геометрического центра; по мере уваливания судна на попутный ветру курс ЦБС пе­ремещается в корму..Таким образом, закладываемое в проект опере­жение ЦП по отношению к ЦБС (величина а) должно компенсировать разницу в вариантах перемещений ЦП и ЦБС на различных курсах при минимальном отклонении руля (см. с. 186).

Для того чтобы найти геометрический центр парусности, каждый парус разбивают на ряд треугольников (рис. 203). Центр тяжести тре­угольника лежит в точке пересечения его медиан, т. е. линий, соеди­няющих середины сторон с противолежащими вершинами. Площадь серпа по задней шкаторине грота может быть найдена как 5 =а/3Л, где / — стрелка серпа; I — длина хорды по задней шкаторине. Ко­ординаты общего центра парусности по длине (*цП) от носового пер­пендикуляра 00 и по высоте от КВЛ (гцп) находятся по формуле:

Т

Где ЛSiXi — сумма произведений площадей отдельных треуголь­ников Si на расстояния Xi и их ЦТ от носового перпендикуляра; 2 Stz, — сумма произведений S; на расстояния? j их ЦТ от КВЛ; 2 S{ = S — общая площадь парусности яхты.

Применяется и чисто графический способ нахождения геометри­ческого центра парусности, который поясняется на рис. 203, а. Об­щий ЦП грота и стакселя расположен на прямой, соединяющей ик

 

Схема-определения центра парусности и центра бокового

Сопротивления яхты: А — графический способ определения ЦП; б — определение ЦП рас­четом моментов отдельных элементов и парусов относительно К. ВЛ и носового перпендикуляра 00.

Гр *— грот, Ст — стаксель.

Центры Гр и Ст, а расстояния от ЦП до Гр и Ст обратно пропорци­ональны площадям этих парусов. Из центров обоих парусов прово­дятся два параллельных отрезка, направленные в противоположные стороны от прямой Гр—Ст. Длина этих отрезков численно равна пло­

щади стакселя SCT (откладывается от центра грота) и грота 5, -р (от­кладывается от центра стакселя). Точка пересечения прямой, соеди­няющей концы этих отрезков с линией Гр—Ст, и будет общим ЦП яхты.

Аналогичным способом определяется и геометрический центр бокового сопротивления ЦБС. Площадь ДП разбивается на отдельные элементы — руль, киль или шверт, корпус, плавник и т. п., затем вычисляются моменты их площадей относительно носового перпенди­куляра 00 и КВЛ. Иногда ЦБС определяют, уравновешивая на лезвии ножа шаблон погруженной части ДП, вырезанный в масштабе из плот­ного картона. Определенный таким образом центр тяжести шаблона соответствует ЦБС яхты.

 

 

Типы парусов

Грот

Парус позади мачты. Треугольный или с прямоугольным топом. Передняя шкаторина крепится к мачте, нижняя к гику, задняя – свободная.

Классический грот опускается и поднимается фалом через топ мачты.

Для небольших яхт иногда используют патент-риф, конструкцию вертлюга, который позволяет накручивать грот на гик.

При усилении ветра площадь грота уменьшают – «берут рифы». Закручивают грот частично в мачту или на гик (при патент-рифе). Если грот классический - парус приспускают на фале и подбирают образовавшийся «карман» риф штертами.

Грот может убираться на закрутку, расположенную внутри мачты.

Гика шкот – снасть, которым управляется гик и соответственно грот.
Каретка гика шкота и гика шкот - снасти для управления гротом.

НАСТРОЙКА ГРОТА

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: