Николай Григорьев - Школа яхтенного рулевого
Именно поэтому опытные яхтсмены на малых судах, где весом экипажа можно существенно уменьшить крен, стараются откренивать яхту, насколько позволяют правила и физические возможности. В ряде классов швертботов разрешается применять «летучие трапеции» — приспособления, позволяющие матросу откренивать судно, вывешиваясь за борт во весь рост. Это дает возможность вести яхту почти без крена на всех курсах и при сильном ветре.
Дрейф также очень сильно сказывается на сопротивлении. Обычно килевая яхта имеет дрейф примерно 2–4, а швертбот — 5–6°. Опыты показали, что увеличение (или уменьшение) дрейфа на 1° вызывает рост (или уменьшение) сопротивления яхты на 8-10 %. Таким образом, если бы мы добились уменьшения дрейфа килевой яхты с 3 до 2°, то уменьшили бы ее сопротивление на 8- 10 % и судно пошло бы круче на 1°. Это дало бы возможность увеличить скорость прохождения дистанции в лавировку на 4–6 % (2–3 мин. на каждый час лавировки).
Дрейф и появляющееся в результате добавочное сопротивление также неизбежны (на острых курсах), как неизбежно при этом возникновение и силы дрейфа. К сожалению, невозможно совсем избавиться от дрейфа, но совершенно реально уменьшить добавочное сопротивление от него, умело используя паруса и управляя яхтой с минимально возможным дрейфом.
В уменьшении дрейфа швертбота большую роль играет достаточная площадь шверта и правильная центровка. Площадь выступающей части шверта не должна быть меньше 2,5–3 % площади парусности, иначе швертбот будет иметь повышенный дрейф и пойдет в лавировку много хуже.
Теоретический чертеж яхты
Чтобы иметь возможность определить мореходные качества яхты и ясно представить себе форму ее корпуса, вычерчивают так называемый теоретический чертеж яхты — изображение внешней формы судна в трех проекциях (рис. 85):
Рис. 85. Теоретический чертеж килевой яхты класса «Темпест»
бок — изображение корпуса сбоку;
полуширота — изображение корпуса сверху[21];
корпус — изображение судна спереди и сзади.
Если пересекать судно горизонтальными плоскостями, то получатся линии, изображаемые на боку и корпусе прямыми, а на полушироте — кривыми. Эти половина корпуса, почему эта проекция и называется полушнротои, линии называются сечениями по ватерлиниям или просто ватерлиниями.
Различают конструктивную ватерлинию (КВЛ), до которой яхта сидит без груза, в обмерном состоянии, и грузовую (ГВЛ), до которой судно сидит в воде в груженом состоянии, а также подводные и надводные ватерлинии. По ватерлинии в известной степени можно определить характер обтекания судна водой.
При пересечении корпуса вертикальными плоскостями получатся линии, изображаемые на полушироте и боку прямыми, а на корпусе — кривыми. Они называются сечениями по шпангоутам, или просто шпангоутами. Так как яхта симметрична относительно диаметральной плоскости, то на корпусе изображают только половинки шпангоутов: справа- носовые, слева — кормовые. Шпангоуты определяют форму судна при его изготовлении, так как обшивку накладывают на лекала — деревянные рамы, вырезанные по теоретическим сечениям — шпангоутам. Среди шпангоутов выделяют мидель-шпангоут, находящийся на середине длины по ГВЛ. Иногда так называют самый большой по площади подводной части шпангоут (обычно он и самый широкий).
Если рассекать корпус плоскостями, параллельными диаметральной плоскости яхты, то на чертеже получатся линии, изображаемые на полушироте и корпусе прямыми, а на боку — кривыми. Эти линии называют батоксами. Кроме того, корпус рассекают плоскостями, наклонными к диаметральной плоскости, и получают линии, называемые диагоналями или рыбинами. Диагонали изображаются по полушироте снизу.
Все линии теоретического чертежа должны быть плавными, а положения точек согласованы во всех проекциях.
Глиссирование
Судно поддерживается на воде силами плавучести. Когда оно неподвижно, силы плавучести равны его весу. При движении частицы воды оказывают давление на днище. Наиболее заметным проявлением этого давления является гидродинамическое сопротивление, при котором появляется сила, направленная в сторону, противоположную направлению движения судна. Есть и другие силы. Одна из них — гидродинамическая сила поддержания — появляется вследствие давления воды на поверхность днища.
Возникает она следующим образом (рис. 87). Представим себе пластинку, движущуюся по воде под некоторым углом к ее поверхности. Очевидно, вода будет оказывать давление на поверхность пластинки вследствие ударов частиц воды о нее. Сила давления R примерно перпендикулярна плоскости пластинки. Силу R можно разложить на две: силу X, направленную горизонтально, и силу У, направленную вертикально. Сила Х — это сопротивление движению пластинки, а сила У-гидродинамическая сила поддержания.
Вот почему водные лыжи, плавучесть которых ничтожна, превосходно удержат человека. Если сравнить два способа передвижения человека по воде — например, на гребной лодке и на водных лыжах, — то они принципиальны различны. В одном случае поддержание на поверхности воды происходит исключительно за счет архимедовой силы плавучести (лодка), во втором-только за счет гидродинамической силы поддержания (водные лыжи).
В теории корабля первый способ поддержания на воде называют плаванием, второй — скольжением, или глиссированием. Поэтому суда, которые при движении по воде поддерживаются главным образом силами плавучести, называются водоизмещающими, а суда, которые держатся на воде за счет гидродинамической силы, — скользящими или глиссирующими.
Известно, что водоизмещающее судно может увеличивать скорость только в результате увеличения мощности своего двигателя, причем возрастание мощности примерно пропорционально кубу скорости. Это значит, что если катер водоизмещающего типа имеет скорость хода 6 узлов при мощности мотора 10 л. с., то для достижения скорости 12 узлов надо поставить мотор в восемь раз мощнее — 80 л. с., а для достижения скорости до 18 узлов (если все еще сохраняется водоизмещающий режим) понадобится мотор уже в 270 л. с. Поэтому до появления глиссирующих судов скорости на воде были ограничены. Так как сопротивление при глиссировании растет значительно медленнее, чем при плавании, то с появлением глиссеров стало возможно достигать скорости на воде 350–400 км/час и более.
Еще несколько лет назад считали, что яхта не может глиссировать. Во-первых, она является типичным водоизмещающим судном; а во-вторых, парус развивает недостаточную мощность, чтобы заставить ее глиссировать. Однако в последние годы термины «глиссирующий швертбот», «глиссирующая яхта», «глиссирование» стали обычными. Более того, неглиссирующие швертботы сохранились только в крейсерско-гоночных классах, а современные гоночные швертботы почти все глиссирующие.
Изучение движения судов на воде показало, что при движении с малыми скоростями гидродинамические силы поддержания очень малы и практически не оказывают влияния на судно. С ростом скорости гидродинамические силы увеличиваются и начинают понемногу выталкивать судно из воды, оно как бы всплывает. Если скорость еще больше возрастет, то в конце концов судно совершенно выйдет из воды и будет держаться на ее поверхности только благодаря действию гидродинамических сил поддержания.
С увеличением этих сил осадка корпуса уменьшается, уменьшается и смоченная поверхность; следовательно, величина сопротивления движению возрастает в значительно меньшей степени, чем при режиме плавания. Поэтому при больших скоростях глиссирующее судно оказывает сопротивление движению меньше, чем водоизмещающее.
Мы знаем, что скорость 5–6 узлов обычна для малых парусных судов, однако в подавляющем большинстве случаев они очень далеки от глиссирования, и мы почти не замечаем действия гидродинамических сил поддержания.
Каким же образом заставить парусное судно глиссировать?
Рассмотрим те условия, которые способствуют глиссированию моторных судов. Их три:
— наличие достаточной мощности на единицу веса судна, то есть высокое отношение мощности двигателя к весу судна;
— особые формы корпуса с большими плоскими поверхностями, создающими достаточно большую гидродинамическую силу поддержания;
— малый вес судна.
Мощность парусов зависит от трех факторов: скорости ветра, площади парусности и курса яхты относительно ветра. Не затрагивая влияния скорости ветра и курса яхты, остановимся на влиянии площади парусности. Поскольку мощность парусов пропорциональна их площади, то отношению мощности двигателя к весу моторного судна будет соответствовать отношение площади парусности к весу яхты. Существует мнение, что глиссирование парусного судна возможно при условии, если его парусность не менее 40 м2 на каждую тонну водоизмещения. Уверенное глиссирование требует несколько большей нагруженности парусами — 45–50 м2 на тонну: «Летучий голландец» отлично глиссирует при нагрузке 50 м2 на тонну, а «Финн», имея около 45 м2 на тонну, глиссирует несколько хуже.
