 |
Требования, предъявляемые к парусной яхте Чтобы передвигаться по воде достаточно быстро и безопасно, яхта должна обладать известными мореходными качествами. Главные мореходные качества всякого судна — плавучесть, остойчивость, ходкость и поворотливость. Кроме того, парусная яхта должна быть способной нести паруса. Все эти качества судно должно сохранять при любых условиях плавания, то есть швертботы — в условиях рек и озер, гоночные килевые яхты — в условиях прибрежного морского плавания, мореходные крейсеры — в условиях открытого моря и т. д. Изучение мореходных качеств является предметом специальной науки — теории корабля, на основных элементах которой применительно к парусной яхте мы и остановимся в этой главе. Плавучесть — это способность судна держаться на воде (плавать). Она должна сохраняться при нагружении судна, его движении и преодолении волн. Всякое плавающее судно в спокойном состоянии находится на воде в равновесии под действием двух сил: веса судна, направленного вертикально вниз, и силы давления воды на подводную часть его, направленной вертикально вверх. Сила давления воды на подводную часть корпуса называется силой плавучести. По закону Архимеда сила плавучести равна весу воды, вытесненной судном. Вес воды, вытесненной судном, называется весовым водоизмещением судна, или просто водоизмещением. Отличают еще объемное водоизмещение, или объем воды, вытесненной судном. Весовое водоизмещение измеряют в тоннах (реже—в килограммах), объемное — в кубических метрах. В пресной воде объемное водоизмещение равно весовому, так как кубический метр пресной воды весит одну тонну. Одно и то же судно с определенным весовым водоизмещением (всегда равным весу судна) в разной воде может иметь разное объемное водоизмещение. В пресной воде объемное водоизмещение больше, чем в соленой, так как соленая вода тяжелее пресной и при равном весе занимает меньший объем. Поэтому суда в пресной воде сидят глубже, а в соленой — мельче. С этим явлением яхтсменам зачастую приходится сталкиваться при обмере судов: килевая яхта будет иметь большую длину по ватерлинии (по зеркалу воды) в пресной воде, чем в соленой (рис. 76). Объемное водоизмещение судна определяется его формой, а также длиной и шириной по ватерлинии и осадкой.
Длина по ватерлинии измеряется в диаметральной плоскости, между точками пересечения передней и задней кромок судна с плоскостью воды. Ширина по ватерлинии измеряется в самом широком месте судна (в плоскости мидельшпангоута). Осадкой называется расстояние самой углубленной точки подводной части судна от поверхности воды. Если судно имеет вид прямоугольного понтона с вертикальными стенками, то очевидно, что объемное водоизмещение его равняется объему параллелепипеда с гранями, равными длине по ватерлинии, ширине по ватерлинии и осадке. Конечно, всякое судно с определенными длиной и шириной по ватерлинии и осадкой будет иметь меньшее водоизмещение, чем понтон с такими же размерами. Отношение объемного водоизмещения судна к объему параллелепипеда со сторонами, равными длине по ватерлинии, ширине по ватерлинии и осадке, называют коэффициентом полноты водоизмещения. Чем больше этот коэффициент, тем больше полнота обводов судна или полнота судна. Чем тихоходнее судно, тем обычно больше его полнота. Например, для тихоходных коммерческих судов этот коэффициент (в теории корабля он обозначается греческой буквой d— «дельта») равен примерно 0,8; для крупных военных кораблей и торговых парусников—от 0,6 до 0,7, для миноносцев и легких крейсеров — от 0,45 до 0,50. Парусные яхты имеют еще меньшие коэффициенты полноты. Так, для швертботов d= 0,28—0,33; для гоночных килевых яхт d=0,12—0,17; для крейсерских килевых яхт d=0,19—0,22. Зная коэффициент полноты водоизмещения, можно приближенно подсчитать объемное водоизмещение судна, помножив этот коэффициент на произведение длины по ватерлинии на ширину по ватерлинии и на осадку. Если это выразить формулой, получим водоизмещение: V=d * L ВЛ* B ВЛ* T ( м3) Пример. Надо подсчитать, каково водоизмещение швертбота длиной по ватерлинии 6,5 м, шириной по ватерлиния 1,7 м и осадкой 0,2 м. Если считать в среднем его коэффициент полноты равным 0,3, то по указанной формуле его водоизмещение равно: V=0,3* 6,5* 1,7* 0,2=0,66 (м3) При вычислении водоизмещения по этой формуле для швертботов и компромиссов надо брать осадку без шверта, а для килевых яхт — с фальшкилем. Водоизмещение является мерой плавучести судна, но оно не полностью характеризует плавучесть его и безопасность его плавания. Главную роль для сохранения плавучести при нагрузке судна играет высота надводного борта F (рис. 76). Судно с низким бортом будет легко захлестываться волной, поэтому высота борта определяется главным образом размером волны в тех водах, где ему предстоит плавать. Вот почему речным швертботам достаточно иметь надводный борт высотой 0,3—0,4 м; мореходным килевым яхтам надо иметь борт значительно выше—0,7—1,2 м. Чтобы яхта легче всходила на волну, высота борта в носовой части делается больше, чем в середине и в корме. Запас плавучести судна тем больше, чем больше высота надводного борта. Определяется он объемом надводной части судна от ватерлинии до палубы. Если порожнее судно загрузить полностью, то оно сядет глубже и его водоизмещение станет больше. Разница между весовыми водоизмещениями груженого и порожнего судна называется его грузоподъемностью. Остойчивость. Если судно сидит так, что его расчетная ватерлиния не параллельна действительной в продольном направлении (рис. 77), то говорят, что судно имеет дифферент на нос или корму. Дифферент обычно является следствием неверного расчета судна, или неправильного распределения грузов по длине судна, или, наконец, следствием затопления его кормовых или носовых отсеков. Дифферент может образоваться также под действием гидродинамических сил при движении яхты: с увеличением скорости хода судно приобретает дифферент на корму. Из-за несимметричного относительно диаметральной плоскости судна расположения грузов или действия внешних сил (силы давления ветра на паруса и т. д.) судно может иметь крен. Способность судна противостоять крену и возвращаться в нормальное положение по прекращении действия кренящих сил называется поперечной остойчивостью.
Когда судно плавает без крена, оно находится в равновесии под действием силы плавучести и своего веса. Точка приложения силы тяжести судна со всеми его частями и грузами называется центром тяжести судна (ЦТ). Точка приложения силы плавучести будет находиться в центре тяжести вытесненной судном воды. Эта точка называется центром величины (ЦВ). Если грузы или экипаж не перемещаются, то в любом положении судна центр тяжести сохраняет свое положение. Центр величины перемещается при крене из-за изменения формы подводной части корпуса. Когда швертбот плавает без крена, то сила тяжести (вес) судна уравновешивается силой плавучести. Сила плавучести приложена в центре величины (ЦВ) и направлена вертикально вверх. Центр величины расположен в диаметральной плоскости судна, так как очертания подводной части судна без крена симметричны относительно этой плоскости. Если рассматривать случай, когда все грузы размещены на судне симметрично относительно диаметральной плоскости, то центр тяжести (ЦТ) будет расположен также в диаметральной плоскости судна. Сила плавучести равна весу; они лежат в одной плоскости, и швертбот находится в равновесии (рис. 78, а). Если швертбот накренится, то центр величины переместится в сторону крена вследствие изменения формы надводной части. Сила тяжести и сила плавучести уже не будут расположены в одной плоскости и образуют пару сил, стремящуюся возвратить швертбот в нормальное положение. Такая остойчивость называется положительной (рис. 78, б). Мерой остойчивости является произведение весового водоизмещения на расстояние между силами веса и плавучести (плечо остойчивости) —так называемый момент статической остойчивости. Он измеряется в тонно-метрах. При данном крене момент остойчивости швертбота может быть увеличен, если экипаж переместится на борт, противоположный крену (рис. 78, в). Тогда центр тяжести судна переместится в точку ЦТ и плечо остойчивости /, а следовательно, и момент остойчивости также увеличатся. Это обстоятельство широко используют спортсмены, плавающие на швертботах, где для уменьшения крена (увеличения остойчивости) экипаж «вывешивается» за борт, или, как говорят, откренивает судно.
С дальнейшим увеличением крена форма подводной части продолжает меняться, остойчивость сначала достигает наибольшего значения (при угле крена 20—35°), затем постепенно уменьшается, и наконец наступает такое положение, когда сила веса приходит в одну плоскость с силой плавучести и снова наступает положение равновесия (рис. 78, г).
Если придать швертботу больший крен, то действие пары сил будет уже стремиться опрокинуть его (рис. 78, д). Такая остойчивость называется отрицательной. Для большинства швертботов отрицательная остойчивость начинается при углах крена порядка 60—70°, Посмотрим, как будет меняться остойчивость при действии на судно волны (рис. 79). Набегающая волна вызовет перемещение ЦВ, а значит, и отрицательную остойчивость (рис. 79 справа), и судно начнет крениться в обратную сторону. При проходе следующих волн картина повторится, и судно все время будет раскачиваться на волне. На крупной волне эти качания могут приводить к опрокидыванию швертботов, так как действие бортовой качки в отдельные моменты может совпадать с действием ветра на паруса. У килевой яхты, где благодаря тяжелому фальшкилю центр тяжести расположен очень низко, зачастую ниже ЦВ. картина остойчивости иная (рис. 80). Как видно из рисунка, килевая яхта с глухой палубой всегда имеет положительную остойчивость, причем с увеличением угла крена она увеличивается и достигает наибольшей величины при крене 90°, когда паруса лежат на воде. Конечно, на практике яхту с открытым кокпитом или плохо задраенными люками при этом зальет водой и она может затонуть, не успев выпрямиться. Очень своеобразно с точки зрения остойчивости ведут себя катамараны. На рис. 81 показаны силы и моменты, действующие на катамаран при крене. При малых углах крена, когда подветренный корпус погружается в воду, а наветренный выходит из нее, ЦВ энергично перемещается под ветер (рис. 81, б). Наконец, когда наветренный корпус выйдет из воды, плечо остойчивости достигнет максимальной величины (рис. 81,в). В этот момент плечо остойчивости примерно равно половине расстояния между корпусами, а крен относительно невелик—около 10—12°. В дальнейшем остойчивость уменьшается, и катамаран ведет себя как швертбот, вплоть до переворачивания; при этом он становится вниз мачтой. Начальная остойчивость катамарана очень велика, однако, достигнув максимума, она интенсивно падает. Отрицательная остойчивость у него начинается несколько раньше, чем у швертбота, — при крене примерно 50—60°. Следует отметить, что для катамарана имеет значение и продольная остойчивость. У килевых яхт и швертботов обычно продольная остойчивость достаточна велика, чтобы не считаться с возможностью сколько-нибудь серьезного дифферента под действием ветра на паруса (даже под спинакером). Узкие корпуса катамарана не имеют столь большой продольной остойчивости, и при свежем ветре он может получить дифферент на нос. В результате нос подветренного корпуса зароется в воду и катамаран опрокинется, как говорят, через скулу. Мы рассматривали остойчивость яхты под действием какого-либо момента, который вызывает определенный крен. Очевидно, что если кренящий момент, приложенный к яхте, больше момента остойчивости, то судно начнет крениться. С этим сталкиваются, например, когда на яхте, идущей без крена курсом бейдевинд с почти обезветренными парусами, начинают подбирать шкоты, увеличивая силу дрейфа, а значит, и кренящий момент. Так как с увеличением крена кренящий момент от давления ветра на паруса уменьшается, а восстанавливающий момент остойчивости растет, то оба момента придут в равновесие при некотором угле крена и, если ничего не изменится, крен этот будет сохраняться. На рис. 82 показана сравнительная диаграмма остойчивости швертбота и катамарана с одинаковыми парусами; следовательно, при равной силе ветра кренящие моменты у них одинаковы. Кривая А соответствует кренящему моменту при скорости ветра 5—6 м/сек. При этом у швертбота крен будет около 19°, у катамарана — 4°. При усилении ветра кренящий момент возрастает, и наступит положение, при котором для катамарана он будет равен моменту остойчивости в точке 1, соответствующей максимуму остойчивости и кренящему моменту по кривой Б. Из рисунка видно, что в такой ситуации малейшее увеличение крана (или усиление ветра) приведет к опрокидыванию катамарана, так как при большем крене кренящий момент все время больше момента остойчивости. Швертбот же при этом накренится больше (до точки 2). Но при увеличении угла крена момент остойчивости больше кренящего момента. Поэтому он перевернется лишь при силе ветра, соответствующей кривой В, которая проходит тоже вблизи максимума остойчивости (точка 3).
Указанное обстоятельство свидетельствует о том, что хотя швертбот или катамаран сами по себе сохраняют положительную остойчивость до точек 4 и 5 соответственно, но опасность перевернуться возникает значительно раньше, при углах крена несколько больших, чем углы, соответствующие максимуму остойчивости, а вовсе не критическим углам крена (в точках 4 и 5), как иногда думают. Это следует иметь в виду при управлении швертботом, а в особенности катамараном, который в положении / переворачивается весьма стремительно. Остановимся вкратце на наиболее существенных моментах рассмотренного материала (их надо знать, чтобы грамотно управлять яхтой): — швертбот и катамаран могут опрокинуться, причем опрокидывание происходит при крене, близком к тому, при котором достигается максимальная остойчивость; — килевая яхта опрокинуться не может, но если она имеет открытый кокпит, то при большом крене или волне ее может залить, и она затонет; — бортовая волна раскачивает яхту и уменьшает ее остойчивость; швертбот на большой волне может перевернуться совершенно неожиданно; — вода, находящаяся внутри судна, существенно уменьшает его остойчивость; при большом количестве ее в трюме швертбота достаточно совсем небольшого крена, чтобы он перевернулся; — широкое судно остойчивее узкого; — чем ниже центр тяжести, тем остойчивее судно, и наоборот; — чем больше площадь парусности и чем выше расположен центр парусности, тем меньше, при прочих равных условиях, остойчивость судна. Некоторые из этих выводов не объяснены, их придется принять на веру или самостоятельно познакомиться с литературой по теории яхты. |
 |
|
