Конструктивні типи вітрильних суден

Залежно від того, яким чином забезпечуються бічний опір дрейфу та стійкість судна, необхідні для плавання під вітрилами, розрізняють декілька основних конструктивних типів вітрильних човнів та яхт.

Кільова яхта має кіль - глибокий плавець, що створює значний бічний опір. Для надання більшої стійкості до нижньої частини цього плавця кріпиться чавунний плі свинцевий вантаж, званий баластним кілем або фальшкілем. Кіль може бути утворений обводами яхти і складати з корпусом одне ціле або виконаний у вигляді окремого плавця, що має поперечний профіль крила, або бульбкіля (вертикальний лист з важким виливом внизу).

Чим ясніше виділений з обводів яхти кіль і більше його подовження, тим ефективніше він протистоїть дрейфу, тим менше може бути прийнята його площа. При довгій кільовій лінії площа ДП може становити 1/5 площі парусностіS; при нормальних яхтових обводах - 1/7 S; при плавниковому кілі - 1/12 S.

Маса баластового фальшкіля становить від 25 до 40 % водотоннажності судна, завдяки чому центр тяжкості яхти виявляється розташованим досить низько (найчастіше — під ватерлінією або трохи вище за неї). Стійкість кільової яхти завжди позитивна і досягає максимуму при крені близько 90 °, коли вітрила вже лежать на воді. Зрозуміло, у цьому випадку судно залишиться на плаву, якщо воно має надійні закриття всіх палубних отворів та самовідливний кокпіт, що не повідомляється з основним приміщенням. Яхта класу «Дракон», наприклад, заливається водою вже за крену 52°.

Мал. 196. Діаграма стійкості кільової яхти.

Момент нестійкої рівноваги, коли плече, що відновлюєодно нулю, у сучасних яхт настає при крені близько 130 °, коли щогла вже знаходиться під водою, будучи спрямованою під кутом 40 ° до поверхні (рис. 196). При подальшому збільшенні крену плече стійкості стає негативним, перекидаючий момент сприяє досягненню другого моменту нестійкої рівноваги - при крені 180 ° (тобто вгору кілем). У цьому положенні ЦТ виявляється високо розташованим над ЦВ; достатньо дії невеликої хвилі, щоб судно знову прийняло нормальне положення вниз кілем. Відомо чимало випадків, коли яхти робили повний оборот на 360 ° і зберігали свої морехідні якості.

Кілеві яхти мають велику осадку і призначені для плавання на морях та озерах з глибокою водою та сильними вітрами.

Швертбот - легке вітрильне судно, що використовується на мілководді. Бічний опір забезпечується завдяки шверту - плоскому або профільованому тонкому кілю, який для зменшення опади забирається всередину корпусу в спеціальну криницю, встановлену в ДП. Маса шверта, навіть якщо він виготовлений зі сталі, невелика і практично не має істотного впливу на стійкість човна. Стійкість швертботів забезпечується за рахунок збільшення ширини корпусу, причому чим менше судно, тим відносно ширшим повинен бути корпус. Крім того, зменшити крен активно допомагає екіпаж човна, розташовуючись на планширі або навіть відкидаючись за борт за допомогою трапеції - підвіски з поясом, що кріпиться до щогли. У цьому випадку екіпажу вдається перемістити загальний центр тяжкості настільки, що лінія дії силиDперетинається з ДП значно нижчою від центру величини і плече стійкості ваги виходить позитивним (рис. 197,а).

Розглядаючи поперечну стійкість швертбота, можна помітити, що до входу кромки палуби вВода ширина діючої ватерлінії швидко йде на спад, внаслідок чого метацентричний радіус і висотаhрізко зменшуються. При крені порядку 60-80 ° сила плавучості і сила ваги виявляються розташованими в одній вертикальній площині - настає момент положення нестійкої рівноваги, коли плече, що відновлює, дорівнює нулю. Ще невелике зусилля моменту і момент пари силDі γ·Vстає перекидальним, що допомагає вітру покласти швертбот вітрилами на воду. При цьому метацентр виявляється розташованим нижче ЦТ, а висотаh- негативною.

Мал. 197. Стійкість швертбота при великих кутах крену:

а- вплив відкренювання екіпажем;б- момент нестійкої рівноваги.

Порівнюючи стійкість кільової яхти швертбота, можна помітити, що головну роль у створенні моменту, що відновлює, у швертбота грає стійкість форми, а у кільової яхти — стійкість ваги (див. стор. 19).

Найбільшого поширення набули обертові шверти секторного типу (див. рис. 215), мечоподібні,L-подібні, а також кинджальні, що втикаються в колодязь (див. рис. 208). Шверти, що обертаються, зручніше втикаються, так як вони при посадці на мілину не так сильно навантажують конструкцію корпусу. У той же час для них потрібна криниця великих розмірів, що захаращує кокпіт човна. Втручаються шверти застосовують в основному на найменших вітрильних човнах.

Вузькі та довгі мечоподібні та кинджальні шверти, як правило, виконують профільованими - надають їм у поперечному перерізі форму аеродинамічного профілю з відносною товщиною t /b= 0,05÷0,08. Шверти інших типів вирізають із металевого листа.

Площа профільованого шверта, що має підвищену ефективність у створенні бічної силиопору дрейфу, приймається зазвичай рівною 1/40-1/10 площі парусностіS. Якщо шверт секторний абоL-подібний, його площа повинна бути не менше 1/20S.

Різновидом шверта є бортові килі-шверці (див. рис. 254), які часто застосовують для того, щоб пристосувати вже готове судно (гребний або моторний човен) для плавання під вітрилами. Зазвичай у воду опускають лише підвітряний шверц, який бічним тиском води притискається до спеціальної завзятої планки, закріпленої на борту човна.

Основна перевага швертботів - мала осадка і легкість конструкції, його дозволяє транспортувати їх на причепі за легковим автомобілем і зберігати на березі. Однак внаслідок порівняно низької стійкості на великих кутах крену і характерних обводів корпусу з широким і плоским днищем швертботи мають обмежену мореплавність і використовуються для гонок або туристичних плавань по річках і озерах, а також у прибережній зоні морів в обмеженнях за бальністю моря та вітру.

Щоб підвищити стійкість при збереженні малої опади, іноді будують яхти з важкими швертами («кілями, що падають»). Такий шверт є порожнистою звареною коробкою з металевих листів, заповненою всередині баластом. Криниця для кіля в цьому випадку виконується по всій висоті корпусу - від днища до палуби. При необхідності зменшити габаритне осадження за допомогою потужних талей, гвинтових домкратів або гідравлічних пристроїв кіль, що становить 18—30 % водотоннажності яхти, втягується в колодязь. Тяжкі литі або вирізані з товстого сталевого листа шверти застосовують і для підвищення стійкості крейсерських каютних швертботів.

Яхта типу компроміс є проміжним типом між кільовою яхтою та швертботом (див. рис. 225). Завдяки збільшеній попорівняно зі швертботом осаді та наявності баластного фальшкіля компроміс більш стійкий, ніж швертбот. У той же час для його плавання потрібна акваторія з меншими глибинами, ніж для кільової яхти. Шверт на компромісі може мати «потаємну» конструкцію, при якій криниця розміщується повністю у фальшкілі і не виступає над пайолами в каюті.

Компроміси використовуються головним чином у районах, де є відкриті водні простори з сильними вітрами, але з малою глибиною води, а також для комбінованого плавання, коли в одному плаванні доводиться проходити річку, канал, водосховище та виходити в море.

Яхти зі вилицями, що є різновидом кільових яхт, будуються з метою зменшити осадку корпусу при збереженні задовільних лавіровальних якостей. Бувають з важкими (баластовими) та з легкими кільми, коли баласт кріпиться на центральному кілі.

Внаслідок більшої змоченої поверхні, ніж у звичайних яхт, судна зі вилицями мають меншу швидкість, тому широкого поширення не отримали. До їх переваг відносять можливість судна вставати на ґрунт при відливі, завдяки чому багато таких яхточек експлуатується біля узбережжя Англії та Франції, де дно в гаванях при відливах нерідко повністю обсихає. Часто невисокі вилиці застосовують на гребних шлюпках при обладнанні їх вітрильним озброєнням (див. рис. 253).

Багатокорпусні судна - катамарани, трімарани і проа - становлять особливу групу вітрильних суден зі специфічними особливостями стійкості, опору води руху вперед і дрейфу. Загальним для них є забезпечення поперечної стійкості за рахунок сили підтримки, яка створюється при крені на підвітряному корпусі або поплавці, що занурюється у воду. У катамарана водотоннажність розподіленопорівну між обома корпусами. Вже при невеликому крен водотоннажність різко перерозподіляється: сила плавучості корпусу, що занурюється у воду, збільшується (рис. 198). Коли інший корпус виходить з води (при крені 8-15 °), плече стійкості досягає максимальної величини - воно трохи менше половини відстані між ДП корпусів. При подальшому збільшенні крену катамаран поводиться подібно до швертботу, екіпаж якого висить на трапеції. При крені 50-60 ° настає момент нестійкої рівноваги, після чого стійкість катамарана стає негативною - судно перекидається.

Мал. 198. Стійкість катамарану:а- при малому вугіллі крену;б- при виході корпусу з води;в- при великому куті крену.

Катамаран має величезну початкову стійкість, проте швидке зменшення плеча, що відновлює, після виходу навітряного корпусу з води змушує конструкторів передбачати спеціальні заходи, що запобігають перекиданню двокорпусних суден. Зокрема, більшість сучасних крейсерських катамаранів забезпечується автоматичними пристроями для віддачі шкотів після досягнення певного кута крену. На катамаранах менших розмірів на топах щогл закріплюють легкі жорсткі або надувні поплавці, які не дають судну, покладеному вітрилами на воду, перекинутися вгору кілем. Як профілактика нещасних випадків при перекиданні катамаранів і тримаранів морського плавання їх забезпечують скриньками з аварійно-рятувальним майном, доступними з нижньої частини містка.

На тримарані сумарний обсяг бічних поплавців зазвичай становить 75-100% водотоннажності, тому максимальна стійкість у цього типу суден досягається в момент повного занурення підвітряного поплавця у воду; діаграма їх статичної стійкостіплавніша, ніж у катамарана. На стоянці та на ходу без крену поплавці не торкаються поверхні води.

Переваги багатокорпусних суден перед звичайними яхтами та швертботами обумовлюються їх вузькими та довгими корпусами – співвідношення довжини корпусу до ширини на катамарані становить від 10 до 20; середній корпус швидкохідного тримарану маєL/B= 8÷11, а поплавці - 14-18. Завдяки цьому, а також відсутності важкого фальшкілю багатокорпусні судна зазнають меншого опору води руху та можуть розвивати значно вищі швидкості (до 20 уз і вище), ніж однокорпусні яхти. Крім того, при невеликому куті дрейфу на вузьких та довгих корпусах розвивається бічна сила опору дрейфу такої величини, що доцільно відмовитись від застосування швертів. Таким чином, багатокорпусне судно може експлуатуватися за меншої глибини на акваторії, ніж кільова яхта або компроміс.