Центрівка яхт та вітрильних суден (Суднобудування

Однією зі специфічних складнощів проектування вітрильних суден є центрування - визначення оптимального взаєморозташування центру парусності (ЦП) та центру бокового опору (ЦБС).

Зазвичай конструктор яхти варіює положення геометричного ЦП як центру тяжкості площі вітрил і положення геометричного ЦБС як центру тяжкості проекції підводної частини яхти на її ДП, домагаючись того, щоб ЦП знаходився попереду ЦБС на величину (у відсотках LКВЛ), рекомендовану за середньостатистичною. Такий спосіб вельми неточний, оскільки насправді положення геометричних ЦП і ЦБС істотно відрізняються від положень істинних ЦП і ЦБС як центрів тиску - точок застосування результуючих аеро-і гідродинамічних сил; крім того, центрування залежить і від особливостей компонування озброєння (зокрема від висоти ЦП), і від стійкості яхти.

Очевидно, що при збільшенні висоти парусності та зменшенні стійкості збільшуються крен яхти та усунення центру тиску (ЦД) вітрил під Вітер. Як наслідок, збільшується момент, що приводить до вектора, а для його компенсації необхідно збільшувати випередження (умовимося називати таким чином винос ЦП вперед щодо ЦБС).

З іншого боку, положення гідродинамічного ЦД залежить від ступеня навантаженості плавця і керма як поверхонь, що створюють поперечну гідродинамічну силу ефективніше, ніж решта зануреної частини корпусу. Ця навантаженість визначається, головним чином, ставленням площі парусності до сумарної поверхні керма і плавця: що більше це ставлення, то більше вписувалося навантаження на плавець і кермо, тим більше їх впливом геть положення істинного ЦБС.

Цим і пояснюється той факт, що нерідко яхти, при проектуванні центровані посередньостатистичним величинам випередження, насправді виявляються погано централізованими, що призводить до втрати ходу та великих витрат праці на налаштування.

Обробка даних по добре центрованих яхтах дає можливість рекомендувати наступну наближену формулу для розрахунку оптимального центрування яхти по геометричним ЦП і ЦБС:

де х ЦП - відносна горизонтальна відстань між геометричними ЦП і ЦПС, % LКВЛ; Нп - габаритна висота парусності над КВЛ, м; LКВЛ - довжина яхти по КВЛ, м; kц - коефіцієнт центрування, рекомендації щодо вибору якого дано в таблиці; S - фактична площа парусності, за якою визначалося положення ЦП, м 2; Sp - площа керма, м 2; Sпл - площа плавця (шверта), м 2 .

Для визначення центрування катамаранів може бути рекомендована формула:

де В - відстань між ДП корпусів.

Середні значення ka відносяться до яхт із звичайним компонуванням озброєння, середньою стійкістю і зазвичай застосовуваними співвідношеннями між площею грота, стакселя і бізані, а також між площею керма і плавця. Для яхт із свідомо підвищеною стійкістю та збільшеною площею керма слід дотримуватися менших значень коефіцієнта kц (у межах допусків) і навпаки.

Точність наведених формул для проектних розрахунків цілком задовільна.

Небагато про врахування положення справжнього ЦД вітрил за результатами продування моделей яхт в аеродинамічній трубі.

Для ізольованого вітрила (тобто грота без стакселя або одного стакселя) при кутах атаки, близьких до оптимальних для лавірування (15-25 °), ЦД знаходиться на відстані від передньої шкаторини, що дорівнює 34-38% хорди. При збільшенні кута атаки до 90 ° ЦД поступово зміщується в корму і приходить в точку, розташовану на 50%хорди, тобто положення геометричного ЦП.

На шлюпі ЦД можна вважати розташованим на лінії, що з'єднує геометричні ЦП грота і стакселя, і зміщеним у ніс від сумарного геометричного ЦП цих вітрил на величину ±ΔxЦД. (Залежно від відносної площі стакселя значення ΔxЦД для шлюпа визначається за графіком.)

При визначенні положення ЦХС корисно пам'ятати ряд експериментальних даних.

ЦД плавця (кермо) можна вважати лежачим на лінії, що з'єднує точки, розташовані на відстанях 22% хорди плавця (кермо) від його передньої кромки; положення ЦД плавця (кермо) по висоті, тобто відстань від ЦД до КВЛ, приблизно дорівнює

де Т - Повне осаду яхти; Тк - осаду корпусом (без плавця).

Вертикальна координата ЦД корпусу (відстань від КВЛ) може бути прийнята приблизно 0,35Тк. Зауважимо, що навіть суттєва помилка у визначенні значення цієї координати не дає скільки-небудь серйозної помилки у визначенні положення сумарного ЦБС, тому що частка корпусу в утворенні поперечної сили невелика

На положення ЦД корпусу по горизонталі хк головним чином впливає повнота носових та кормових обводів. Для більшості корпусів можна вважати хк - 0,31КВЛ.

При збільшенні кута крену та постійному відхиленні керма ЦБС зміщується вперед, а при збільшенні кута відхилення керма ЦБС енергійно зміщується до корми.

Зауважимо, що при старомодній — «консервативної» компонуванні підводної частини з кермом на ахтерштевні яхта має меншу чутливість до кута перекладки керма. Це означає, що для центрування на ходу потрібне перекладання керма на більший кут, а це призводить до підвищення опору судна. Саме тому налаштування таких яхт складніше, ніж сучасних яхт з окремим кермом; оскількипомірної перекладки керма виявляється недостатньо, доводиться переміщати ЦП (наприклад, змінюючи нахил щогли). Необхідно й точніше пристосовуватися до сили вітру.

Є й ще одна важлива обставина: компонування з окремим кермом дає (при нормальних кутах крену та відхиленні керма) на 3—7% кормове центрування, ніж при кермі на ахтерштевні. Це дозволяє розробки креслень зрушувати плавець, отже, і фальшкиль, вперед, що дуже зручно з погляду вагової центровки яхти.

На закінчення - кілька загальних міркувань щодо компонування та розмірів несучих поверхонь підводної частини яхти. Ці ґрунтовані на досвіді міркування можна приймати за вихідні положення при ескізному проектуванні яхт:

сумарна площа керма і плавця для яхт з окремим кермом зазвичай становить 5-7% максимальної площі лавірувальної парусності; для яхт з кермом на ахтерштевні - 8-11%;
площа керма повинна становити 24±5% сумарної площі керма та плавника і бути не менше 1,2÷1,5% площі парусності;
ЦД плавника повинен знаходитися біля яхт з окремим кермом — на відстані 43±3% LКВЛ від носового перпендикуляра, а у яхт з кермом на ахтерштевні — на відстані 48±1 % LКВЛ;
при нормальному компонуванні парусності та кермі на ахтерштевні горизонтальна відстань між віссю щогли та ЦД плавця має становити приблизно 16±2% LКВЛ; при окремому кермі ця відстань Δxм може бути визначена за формулою