Применение различных типов килей для парусных яхт, хотя в
принципе они все должны выполнять одинаковую роль, можно объяснить
различными представлениями конструкторов яхт о важности тех или иных
гидродинамических характеристик килей.
Основные сведения о сопротивлениях и коэффициентах подъемной силы
профилей, применяемых для килей парусных яхт, поступают из
аэродинамических лабораторий авиационной промышленности. Многих
конструкторов яхт эти сведения не удовлетворяют. Опыт, накопленный
при разработке быстроходных парусных яхт, не совпадает или только
частично совпадает с результатами продувки профилей в
аэродинамических трубах. Это объясняется, во-первых, тем, что кили
парусных яхт только в нижней части находятся в спокойной воде без
поверхностных завихрений. Во-вторых, при килевой качке в случае
шторма на море условия обтекания киля существенно изменяются. Так,
например, казалось бы, что бульбовые кили благодаря низкому
положению их центра тяжести очень хороши. Однако вследствие отрыва
потоков на верхней и нижней сторонах бульба, неизбежного при резкой
килевой качке, возникает повышенное сопротивление, которое сводит на
нет преимущества этих килей.
Другой фактор, который при исследованиях профилей в авиационной
промышленности не принимается во внимание,- устойчивость судна на
курсе. Из множества профилей конструктор яхты должен выбрать такой,
который дает наивысшую подъемную силу при минимальном сопротивлении
с учетом реальных углов атаки киля к набегающему потоку воды. В
поиске таких профилей Бриттон Ченс провел обширные исследования
путем кропотливых измерений действительных углов обтекания корпусов
различных яхт. В лаборатории Дэвидсона в Институте технологии
Стивенса путем систематического изменения профиля киля в различных
высотах получили плавниковый киль, у которого центр
гидродинамической подъемной силы расположен в его верхней трети.
Этого удалось достичь постепенным увеличением относительной толщины
профиля киля в его нижних сечениях. Благодаря тому что утолщенные
поперечные сечения расположены в нижней части профиля, здесь можно
сосредоточить большую массу свинца или чугуна и тем самым обеспечить
более низкое положение центра тяжести балласта.
Рис. 15. Теоретический чертеж плавникового
киля. I-фланец киля; 1II-рыбина
под 75° к ДП; III-строевая но шпангоутам;
IV-строевая по ватерлиниям.
Обводы такого идеального киля показаны на рис. 15. Скос кромок
киля примерно на 30-60° назад дает особый эффект. цем больший крен
получает яхта, тем больше увеличивается нежелательный момент
приведения яхты к ветру. С другой стороны, чем сильнее крен, тем
большая часть плавникового киля оказывается в теневой стороне потока
за корпусом, особенно если корпус имеет трапецеидальные шпангоуты с
относительно острой скулой. Вследствие этого центр гидродинами-г
ческого давления киля смещается вниз, а благодаря скосу кромок - еще
и назад. Расстояние между центром бокового сопротивления и центром
парусности, следовательно, с возрастанием крена также увеличивается,
что способствует уменьшению приводящего к ветру момента. Приведенные
данные получены Уффа Фоксом, который продемонстрировал этот эффект
на своем проекте глиссирующей яхты "Флайнг Фифтин". Другое
преимущество скошенного назад стреловидного плавникового киля должно
заключаться в улучшенной устойчивости яхты на курсе. Теории или
экспериментов, подтверждающих это предположение, правда, неизвестно.
Для создания подъемной силы на профиле киля по всей его высоте
целесообразно выполнять соединение боковых поверхностей киля с
корпусом под прямым углом. На рис. 15 это соединение выполнено
скругленным с небольшим радиусом L только из соображений обеспечения
прочности - с целью снижения действующих напряжений в месте
соединения фланца киля с корпусом.
При ограниченной осадке целесообразно удлинить фальш- киль, а в
случае ограниченной массы балласта обычно нельзя обойтись без
облегченного бульбового киля, который позволяет компенсировать
недостающую массу увеличением плеча, на котором подвешен балласт.
Это особенно удобно для лодок, перевозимых на трейлере, которые
имеют ограничение как по осадке, так и по массе.
Рис. 16 Принцип устройства подъемного киля
на яхте "Секура" длиной9,30 м.
Яхта-компромисс, имеющая выдвижной киль и балластный фальшкиль,
была раньше единственным решением проблемы судна с малой осадкой.
Для того чтобы достичь при относительно небольшом углублении
балласта достаточной остойчивости, необходимо повышать долю балласта
в общей массе яхты. Это является большим недостатком прежде всего
для яхт, рассчитываемых на глиссирование или на перевозку на
автомобильном прицепе - трейлере. Если речь идет лишь о немного
большем балласте, то яхта- копромисс остается и сегодня приемлемым
решением.
Яхта-компромисс и яхта с балластным швертом - оба типа одинаково
пригодны для судна с ограниченной осадкой. При одинаковой массе
балласта яхты с тяжелым швертом обеспечивают достаточную
остойчивость и поэтому вытеснили во многих случаях яхты-компромиссы.
Яхты, снабженные такими килями, обычно имеют меньшую смоченную
поверхность и оказываются быстроходнее обычных яхт-компромиссов.
Подъемный киль является своего рода балластированным швертом,
который опускается и поднимается посредством талей, лебедок,
винтового шпинделя или с помощью гидравлики. Если подъемный киль и
швертовый колодец конструктивно выполнены правильно, то касание о
грунт не опаснее, чем на яхте с плавниковым килем. При посадке на
мель обычно достаточно нескольких оборотов рукоятки подъемного
устройства, чтобы судно вновь было на плаву, в то время как яхта с
постоянным килем в таком случае сидит на грунте прочно.
Балластный вращающийся шверт по сравнению с подъемным килем имеет
одно преимуществодва недостатка. Преимущество заключается в том, что
швертовый колодец можно устроить под столом, где он не создает
неудобств при оборудовании каюты. Недостатками являются открытая
щель швертового колодца в обшивке корпуса, образующаяся позади
балластного шверта в опущенном положении, и повышенные нагрузки на
шверт, возникающие при касании о грунт. При жесткой посадке на мель
система рычагов или гидравлика могут быть повреждены, хотя судно и
не пострадает. Кроме того, подъемные тали могут разорваться или
спутаться, когда
высоко поднятый балластный шверт неожиданно упадет вниз.
Подъемный киль хорошо зарекомендовал себя прежде всего для небольших
яхт. На яхтах длиной более 9 м целесообразно применять внутренний
балласт с тем, чтобы масса земного киля не превышала 700-800 кг.
Шверт такой массы можно поднять с помощью простейших механизмов за
три минуты.
Рис. 17. Яхта со скуловыми килям и
центральным балластным килем.
Устройство подъемного киля с десятикратными талями из троса и
небольшой самотормозящей лебедкой показано на рис. 16. Лебедка
расположена под палубой около трапа так, что ее может обслуживать
яхтсмен, стоящий за штурвалом.
Яхты со скуловыми килями непопулярны вследствие своей тихоходности.
Во-первых, ограниченная осадка и, как следствие, малое заглубление
балласта точно так же ограничивает способность этих яхт нести
паруса, как и у швертбота или яхты-компромисса. Во-вторых, один из
боковых килей оказывается (хотя и редко) в гидродинамической тени -
согласно теории, сегодня признанной неверной. Однако наветренный
киль тоже нередко поднимается из воды и вследствие этого
сопротивление воды движению вперед в эти моменты сводит на нет
выигрыш, который дают скуловые кили в сопротивлении дрейфу. Скуловой
киль не только прикрывается корпусом, но и вследствие расположения
под углом к ДП корпуса, чаще всего применяемого на практике, на
подветренной стороне корпуса оказывается малоэффективным.
Иногда боковые кили применяют совместно с длинным средним килем, на
котором закреплен балласт. При этом скуловые кили устанавливают
немного позади среднего киля и с наклоном к вертикали наружу под
углом 15-20° (рис. 17). В случае крена средний киль оказывает все
меньшее сопротивление, а действие подветренного скулового киля
возрастает. При правильном конструктивном исполнении благодаря этому
смещению центра бокового сопротивления широкие суда оказываются
сбалансированными так, что они даже при сильных шквалах не
приводятся к ветру.
