Современные парусные яхты, как правило, вооружаются треугольными
парусами бермудского типа, позволяющими им ходить под углом к ветру.
Такие паруса работают подобно крылу самолета: при обтекании паруса
потоком воздуха на подветренной (выпуклой) его стороне создается
разрежение, на наветренной - повышенное давление. Суммарное действие
этих давлений может быть приведено к результирующей аэродинамической
силе А, направленной перпендикулярно хорде паруса (рис. 19). Ее можно
разложить на силу тяги Т, движущую судно вперед, и силу дрейфа D,
сносящую яхту в подветренную сторону. При ходе под острым углом к ветру
(на лучших яхтах до 35° - курс бейдевинд) сила дрейфа может вчетверо
превышать силу тяги; при направлении ветра перпендикулярно курсу
(галфвинд) они примерно равны, и при попутном ветре сила дрейфа
практически отсутствует.
Рис. 19. Схема сил, действующих на яхту.
При плавании с постоянной скоростью сила тяги Т расходуется на
преодоление сопротивления воды RT движению яхты, а сила дрейфа D
компенсируется равной по величине и направленной в противоположную
сторону силой сопротивления дрейфу Точки приложения сил - D и Ra
соответственно центр парусности (ЦП) и центр бокового сопротивления (ЦБС)
находятся на большом расстоянии друг от друга по вертикали, поэтому они
создают кренящий момент Мкр, который уравновешивается (иначе бы яхта
опрокинулась) противодействующим моментом остойчивости. Чем круче к
ветру идет судно, тем больше сила дрейфа D, тем больше угол дрейфа а и
угол крена. Каждый, кто ходил на яхте, знает, что чем больше крен и
дрейф, тем больше сопротивление воды, тем меньше скорость хода яхты.
Усилия конструктора и строителя должны быть направлены на борьбу с этими
вредными явлениями.
Обратимся опять к аналогии с самолетом. Известно, что величина подъемной
силы зависит от формы и площади крыла, от угла атаки, от плотности и
скорости набегающего потока. Это может быть записано так:
печивает яхте хорошие лавировочные качества, а благодаря глубокому
размещению балластного фальшкиля - и отличную остойчивость. Применяется
обычно на килевых яхтах морского плавания.
Плавниковый киль (рис. 20, в) не менее эффективен, чем киль типа "б", но
проще в изготовлении. Применяется на облегченных морских яхтах и яхтах
прибрежного плавания.
Бульбкиль (рис. 20, г) аналогичен плавниковому килю, но изготовляется
целиком сварным или литым.
За исключением судов с брусковым килем, все типы яхт обладают
значительной осадкой, что является серьезным их недостатком при
прибрежном морском или озерном плавании. Выход может быть найден в
установке подъемного киля - шверта или скуловых килей. Швертбот имеет
плоскодонный корпус с малой осадкой, что позволяет ему преодолевать
мелко-
где Сд - коэффициент подъемной силы, зависящий от относительной длины
крыла, профиля его поперечного сечения и угла атаки а; р - плотность
набегающего потока; v- скорость потока;
Q - площадь крыла.
Чем уже крылья и больше их размах, тем большую величину имеет
коэффициент Сд при данном угле атаки. Пожалуй, даже неискушенный в
аэродинамике читатель интуитивно чувствует, что самолет не поднимется в
воздух, если его крылья сложить вдоль фюзеляжа.
Так же как подъемная сила, приложенная к крылу самолета, не дает ему
упасть, сила сопротивления дрейфу Ra, возникающая при обтекании водой
киля и направленная горизонтально, не дает яхте дрейфовать.
Существуют различные типы плавников и килей, которые во многом
определяют тип самой яхты и ее эксплуатационные качества (рис. 20).
Брусковый киль (рис. 20, а) ненамного увеличивает осадку судна, но зато
и наименее эффективен в сопротивлении дрейфу. Из-за малого удлинения
киля TIL достаточная сила сопротивления дрейфу образуется лишь при
большом угле дрейфа. Яхты с такими килями редко ходят круче 45° к ветру.
В этом случае не помогает даже самое совершенное парусное вооружение.
Киль, показанный на рис. 20, б, образован плавными обводами днища. Такой
киль обесводные участки и подходить к любому берегу. Однако с поднятым
швертом лавировать на нем невозможно из-за сильного дрейфа. При посадке
на мель шверт может погнуться или заклиниться в колодце; швертовый
колодец создает неудобства в каюте и нередко протекает.
Рис. 20. Типы яхтенных килей.
Рис. 21. Сравнение яхты обычного типа (а) и двухкилевой (б).
Скуловые кили (рис. 20, д), которые устанавливаются иод днищем яхты
примерно на расстоянии около четверти ее ширины от ДП, обеспечивают
нормальные лавировочные качества при осадке, равной 50-60% от осадки
килевой яхты таких же размерений. Об эффективности этих килей можно
судить по рис. 21.
При крене проекция обычного киля на вертикальную плоскость уменьшается,
он хуже сопротивляется дрейфу, к тому же подъемная сила киля дает
составляющую, направленную вверх. На яхте со скуловыми килями один . из
них - подветренный погружается глубже г в воду, его плоскость
приближается к вертикальной, сопротивление дрейфу возрастает. При крене
яхты силы, действующие на паруса и корпус, создают момент, приводящий
яхту к ветру и затрудняющий управление ею. Плечо а этого момента у
двухкилевой яхты оказывается меньше, чем у обычной. Меньше также и
кренящий момент, благодаря малой осадке яхты.
Наконец, скуловым килям можно придать эффективный несимметричный
профиль, выпуклой стороной обращенный к ДП. Такой киль по сравнению с
симметричным килем имеет несколько увеличение5 лобовое сопротивление, но
зато на 25-30% большую подъемную силу, позволяющую ходить круче к ветру.
Двухкилевые яхты очень удобны для районов с большими колебаниями уровня
воды и мелководной стоянкой. При отливе они не валятся на борт, а
устойчиво садятся на грунт килями и кормовым плавником.
Обеспечение достаточной для плавания под парусами остойчивости - другая
не менее важная забота конструктора. Расчеты показывают, что, например,
на парусах даже у такой небольшой яхты, как <Нерпа>, в 4-балльный ветер
сила дрейфа D составляет около 100 кг, а плечо кренящего момента (от
центра парусности до центра бокового сопротивления подводной части)
равно 3,7 м. Значит, кренящий момент будет равен 100-3,7 = 370 кг-м. Это
равносильно тому, что 5 человек сядут на самый борт яхты. Для того чтобы
крен не достиг опасной величины и яхту не положило парусами на воду, ее
корпус делается более широким, чем у катера, с возможно более низким
положением центра тяжести. В идеальном случае тяжелый балласт (весом
35-40% от общего веса яхты) закрепляется в самой нижней точке киля (рис.
22, б). При уменьшении осадки и, следовательно, при малом заглублении
балласта, приходится заведомо идти на уменьшение площади парусов. На
швертботах балласт вообще не может дать эффекта, экипаж откренивает
судно своим весом. Управление швертботом требует определенного опыта и
осторожности, так как при совместном действии ветра и волны, внезапном
шквале, неудачном повороте или опоздании с открениванием судно может
лечь парусами на воду и перевернуться.
Есть еще два типа парусников, которые обходятся без тяжелого балласта и
шверта. Это катамараны и тримараны (рис. 22, в и г). При крене
подветренный корпус погружается глубже и действующая вверх сила
поддержания уравновешивает кренящий момент. Максимальной остойчивости
такие суда достигают тогда, когда наветренный корпус полностью выходит
из воды и силой своей тяжести увеличивает откренивающий момент.
Многокорпусное судно может оказаться неплохой яхтой для мелководья и с
точки зрения сопротивления дрейфу. Его узкие корпуса обеспечивают
большее боковое сопротивление, чем, например, корпус швертбота. Имеется,
кроме того, возможность сделать обводы корпусов несимметричными (как это
рекомендовалось для скуловых килей), так как практически дрейфу
противодействует один подветренный корпус. Поэтому-то и может быть
построен тримаран "Тритон", чертежи которого приводятся в книге, вообще
без швертов.
Для парусных яхт характерно движение с различной скоростью в зависимости
от силы ветра. В этом их отличие от катеров, обводы которых
рассчитываются на определенную скорость. Как правило, мощности,
развиваемой парусами, достаточно лишь для того, чтобы развить
максимальную скорость v не выше 2,43 /Г.
Рис. 22. Различие ггарусных яхт по способам противодействию крену:
а-швертбот (откренивание весом экипажа); б - килевая яхта с балластным
фальшкилем; в - катамаран; г - тримаран.
Следовательно, при выборе обводов яхт справедливы все соображения,
высказанные в разделе о водоизмещающих катерах и лодках. Дополнительно
нужно учитывать еще и то, что яхта ходит с креном и что при крене нужно
обеспечивать правильное положение корпуса на воде. Если, например, корма
в надводной части имеет слишком полные обводы, при крене яхта получает
дифферент на нос, ее киль оказывается направленным к набегающему потоку
под меньшим углом атаки и она идет с большим дрейфом. Удовлетворительные
лавировочные качества получаются лишь при хорошем продольном балансе
поперечных сечений корпуса, правильном распределении веса по длине яхты
и при плавной, почти симметричной форме ватерлинии на крене.
Не меньшее значение имеет и положение центра парусности (ЦП)
относительно центра бокового сопротивления (ЦБС). Величина смещения ЦП
вперед от ЦБС (или центровка), выражаемая в процентах от длины корпуса
по КВЛ, зависит от типа обводов корпуса и парусного вооружения. Яхты с
коротким плавниковым килем требуют более носовой, "увалистой" центровки
(8-12% от L), а с длинной килевой линией, наоборот, более кормовой (5-7%
от L). При вооружении с большим топовым стакселем центровка может быть
увеличена до 14-16% от L. Эти пределы изменения центровки нужно
учитывать при возможной перепланировке судна.
Иногда любители-судостроители используют мореходные остойчивые корпуса
яхт в качестве катеров, устанавливая на них мощные автомобильные
двигатели или подвесные моторы. В этих случаях нельзя забывать, что
увеличение мощности двигателя сверх известного значения не дает
значительного повышения скорости. Для яхт длиной 5-7 м по ватерлинии
наиболее экономична скорость 10-15 км/час,
которая может быть обеспечена двигателем мощностью всего 2-4 л. с. на 1
т водоизмещения. Такие двигатели, как "Прибой", "Ветерок", <Москва>,
практически достаточны для любой яхты таких размерений. Тому же, кто
хочет ходить со скоростью 20-30 км/час и при случае поднять паруса,
нужно подумать о постройке специального катера, на котором паруса будут
играть лишь вспомогательную роль.
