Гидродинамические вопросы в модели проектного обоснования океанских парусных яхт - shikardos.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Гидродинамические вопросы в модели проектного обоснования океанских парусных яхт - страница №1/1

Клименко А.А.

Гидродинамические вопросы в модели проектного обоснования океанских парусных яхт
Научный руководитель

профессор, д.т.н. Царев Б.А.


Килевой плавник, подводная поверхность корпуса и руль – это элементы гидродинамического комплекса современной яхты, от которых в значительной степени зависят скоростные и лавировочные качества парусной яхты. Они характеризуются размерами, площадями, создаваемыми силами центровкой по длине и высоте. Чем больше их общая площадь этих элементов, называемых «боковым сопротивлением» по отношению к площади парусов, тем меньше дрейф. Особое значение имеет взаимное положение по длине центров и парусности площадей «бокового сопротивления».

Рассмотрим гидродинамические факторы. Почему яхты с высоким килем устойчивее на курсе и более пригодны для походов на большие расстояния и для кругосветных плаваний, чем яхты с коротким килем?

Это связано с тем, что в первом случае плавник является крылом большего удлинения и имеет при той же площади более высокую подъёмную силу. Поэтому он лучше противодействует дрейфу. Именно поэтому появились такие экстремальные решения, которые отображены на рис. 1. Высокий киль одновременно позволяет максимально понизить положение тяжёлого бульба, понизить общий центр масс яхты и максимально повысить её остойчивость и способность нести паруса при предельно сильных ветрах.



рис1а

рис1б

Рис. 1. Слева: схема яхты с плавником-бульбом, с изменяемым углом атаки и перемещаемым в продольном и поперечном направлениях; справа: бульб-киль из углепластика с размахом около 5 м для океанской парусной яхты.

Как площадь парусов SП, так и площадь «бокового сопротивления» АБС зависят от выбора базовых размеров. В максимальных вариантах:

-для фордевинда: SПФ = SГ + SСП, (1)

-для бейдевинда: SПБ = SГ + SСТ, (2)

АБС = АПЛ + АБ + АР + АК. (3)

В формулах (1) – (3) индексы имеют следующие значения: пф – парусность на фордевинде, г– грот, сп – спинакер, пБ – парусность на бейдевинде, ст – стаксель, пл – плавник, Б - боковая проекция бульба, р – руль, к – боковая проекция подводной части корпуса.

Можно видеть, что наибольшая осадка яхты ТНАИБ также будет составной величиной:

ТНАИБК + ТПЛ + ТБ . (4)

У плавников ТБ = 0. Для площади плавника справедливо равенство:

АПЛ = ТПЛ * b. (5)

Здесь b – средняя хорда плавника, а ТПЛ – является «размахом крыла». Отношение ТПЛ к b называется в гидродинамике крыла «удлинением». Обычные плавники имеют «малое» удлинение (ТПЛ /b=0,3 – 1,2), а у «высоких» плавников удлинение достигает 4–6.

Рассмотрим использование статистических данных. Наибольшая осадка входит в число главных размерений яхт и доступна для статического анализа. Исследования показали, что минимальные значения ТНАИБ составляет около 15% длины яхты по ватерлинии, в большинстве же случаев ТНАИБ выше. Во многих проектах при одинаковых характеристиках корпуса и парусов ТНАИБ варьируется за счет изменения хорды плавника. Коэффициент вариации составляет, как правило, от 1,1 до 1,5 (экстремально до 1,7).

Чем сильнее ветер, тем больше скоростной потенциал яхты. Однако по мере усиления ветра растет и высота волн. Возникает дополнительная сила сопротивления RШТ (штормовая надбавка):

RШТ = aШТ * V * (LВЛ/LК)2 (hВ/LВЛ) 2. (6)

Здесь: aШТ – коэффициент определяемый по данным испытаний, LВЛ – длина по ватерлинии, LК – полная длина по корпусу, hВ – средняя высота волн, V – объемное водоизмещение яхты.

Данные по рассмотренным гидродинамическим характеристикам могут быть применены при проектировании океанских парусных яхт примерно в следующей последовательности.

1. Класс яхты определяется, в основном, ее длиной LВЛ, парусность SП (в среднем SП пропорциональна квадрату LВЛ) и региона применения. Далее выбираем ширину и наибольшую осадку, а также полную массу яхты и ее объемное водоизмещение V. Величина V контролируется по характерному для данного класса числу Брюса:

Br = SП1/2/ V1/3 . (7)

Выбирается массу балласта РБ и определяется оставшаяся часть массы, в которой основную роль играет масса корпуса.

2. Выбирается тип плавника и бульба. Часть РБ не «уместившаяся» в бульбе и плавнике, размещается в нижней части корпуса. Полная длина LК выбирается с учетом минимизации «штормовой надбавки».

3. Прорисовывается эскиз парусности, корпуса, плавника, бульба и руля, проверяется рациональность взаимного положения ЦБС и ЦП. В корпусе проверяется возможность размещения помещений и оборудования.

Таким образом, проведённые исследования формируют проектную методику, имеют практическое значение и могут использоваться яхтенными конструкторами.



Литература

1. Журнал «Катера и Яхты» за 2003 – 2007 годы.



2. Рейнке К., Лютьен Л., Мус И. Постройка яхт. Л.: Судостроение, 1986, 251с.

3. Царев Б.А. Проектирование экологически чистых и энергосберегающих судов. Л., ЛКИ, 1987, 45с.