Розрахунок стійкості яхти
Для всіх яхт поперечна стійкість є важливим критерієм проектування та одним з основних факторів безпеки плавання. До того ж у вітрильної яхти стійкість безпосередньо пов'язана з просуванням вперед, оскільки сила тяги прикладена на значній висоті над рівнем води, яка, у свою чергу, надає відповідний опір руху. Здатність нести вітрила, а звідси і досяжна швидкість залежить в основному від стійкості яхти, яка протидіє тиску вітру при кутах крену до 30°.
Якщо не брати до уваги відкренювальний ефект екіпажу, то початкова стійкість яхти забезпечується в основному єв шириною або, інакше кажучи - стійкістю форми корпусу: Здатність до несення вітрил швертботів і багатокорпусних яхт визначена майже виключно стійкістю форм\, так само як і швидкість сучасних яхт залежить від стійкості форми.
Основною характеристикою стійкості форми є поперечний момент інерції ватерлінії. Тому в першому наближенні робочу площу парусності для сучасних яхт із плавниковим кілем та обводами швертботного типу можна підрахувати за формулою
де 5 - площа парусності; k - емпіричнийкоефіцієнт; L - довжина КВЛ; В – ширина по KBJI.
Для сучасних кільових яхт завдовжки 7-14 м k = 1,9. 2.3. У водах Північного моря та Балтики раціональним виявився k - 1. Морські яхти в середньому несуть, отже, 2 м2 парусності на кожен квадратний метр прямокутника зі сторонами L і В, причому в цю площу входять лише грот і передній вітрильний трикутник. Для порівняння гоночна яхта, наприклад, класу "Солінг", має k = 2,32. Для інших вітрильних суден, згідно з X. Баадером, можуть бути прийняті такі значення k (невідомо, щоправда, чи враховується тут фактична площа стакселя чи обмірна площа
"Зірник". 4,18 "Темпест". 2,80 Дракон. 2,47 "R12". 3,67 "Фолькбот". 2,16 Навчально вітрильне судно "Горх Фок". 2,34 "Олімпік". 1,88 "Летючий голландець". 2,09 "505". 2,45 Катамаран "Торнадо". 1,25
У багатокорпусних суден площа парусності, обчислена по відношенню до площі ватерлінії, відносно невелика, оскільки навряд чи мають резерви стійкості для подолання динамічних додаткових навантажень, викликаних шквалами або хвилями.
Більшість конструкторів оцінюють здатність яхти нового проекту нести вітрила досвідченим шляхом за даними попередніх конструкцій. У США застосовується еталонний (порівняльний) розрахунок стійкості, в якому враховуються площа парусності, плече статичної стійкості, метацентрична висота, водотоннажність і передбачуваний тиск вітру. В результаті визначається так званий коефіцієнт Делленбуша, який являє собою крен яхти в градусах при тиску вітру, що дорівнює одиниці, той наближений метод хороший тільки при порівнянні проекту з аналогічними побудованими яхтами.
Досі про стійкість говорилося головним чином як про фактор, що впливає напросування яхти вперед, але набагато важливіше вона як фактор забезпечення безпеки плавання яхти. Для повноти картини потрібно досліджувати стійкість форми та стійкість маси, яка залежить від взаємного розташування центру тяжкості та центру величини, а також статичну та динамічну стійкість.
Для визначення статичної стійкості потрібно не тільки знайти кут крену при статично постійних моментах, таких, наприклад, як рівномірний тиск вітру, але і моменти, що кренять, що з'являються при приведенні яхти до вітру, зміні тиску вітру або зміні розподілу навантаження щодо ДП. Попередній розрахунок статичної стійкості нового проекту можливий, але досить трудомісткий і для яхт довжиною до 20 м застосовується рідко. Для великих яхт майже завжди виконують тільки попередню оцінку стійкості на основі порівняння її з відомими параметрами стійкості прототипів, які має досвідчений конструктор.
Для морських яхт довжиною понад 20 м майже завжди роблять досвід кренування. Умовою його виконання є розрахунок кривих елементів теоретичного креслення. Всі подальші дослідження, що стосуються плавучості, стійкості, диференту, спуску зі стапелю та непотоплюваності, базуються на цих кривих. Результатом перерахунку стійкості є діаграма статичної стійкості (рис. 1). Досвідом кренування визначається фактичне становище центру ваги судна за висотою.
Мал. 1. Типові діаграми статичної стійкості. Д-катамаран; -швертбот з трапецією; В2-крейсерський швертбот. С-яхта компроміс або зі вилицьовими кільми; D-кільова яхта з високим надводним бортом; Сi та Pi -варіанти яхт з надбудовою-баком.
Криві плечей стійкості яхти при різних станах навантаження (цистернуповні, наполовину заповнені або порожні) є показниками статичної стійкості судна, дозволяють визначити максимальне плече стійкості і судити про тенденції - судна до зменшення або збільшення статичної стійкості.
На жаль, криві плечей стійкості, що розраховуються з такою працею, не мають того значення, яке вони мали б мати за наявності єдиного масштабу для порівняльної оцінки стійкості різних судів. Причиною складання єдиного масштабу може бути, наприклад, облік динамічного на поперечну стійкість яхти раптового шквалу при хвилюванні.
Розрахунок динамічної стійкості яхти здається майже безперспективним, особливо для невеликих вітрильних яхт. Досі розраховують лише криві плечей стійкості під час руху яхти на спокійній воді. Вже багато років теоретики займаються тим, щоб передбачити стійкість судна на хвилюванні. Так, у військово-морському флоті ФРН розроблено певні теоретичні схеми для розрахунку втрати стійкості під час хвилювання. Але ці дослідження можна проводити тільки на базі дорогого випробування моделей, враховуючи навіть стабілізуючий вплив швидкості судна.
При проектуванні торгових судів діаграми стійкості спочатку мали лише порівняльний характер без використання спеціальних критеріїв, що характеризують динамічний вплив хвилювання. Точно було відомо, що картина стійкості судна на хвилюванні не та, яку могли дати криві плечі стійкості на тихій воді. Таким чином, стійкість перекинутих суден досліджували за їх діаграмами, розрахованими для тихої води. Такі самі дані були й у судів, які вважалися стійкими. Так поступово встановили, якими мають бути метацентрична висота, плечевідновлюючого моменту при крені в 30° і кут заходу діаграми стійкості на тихій воді, щоб судно вийшло явно стійким (критерій Рахола). Цим, суто статистичним, прийомом користуються й у час оцінки стійкості звичайних торгових судів. Отже, визначення стійкості, незважаючи на складність, ґрунтується на статистичних даних і тому воно не абсолютно, а відносно.
У незвичайних умовах, наприклад при надзвичайно сильному хвилюванні, справедливість встановлених сьогодні норм стійкості може бути поставлена під сумнів.
Прагнення оцінити стійкість яхти аналогічним трудомістким і дорогим шляхом досліджень і розробок для яхт довжиною не більше 20 м зовсім неможливо. Це є технічно нездійсненним внаслідок великої різноманітності існуючих типів яхт. Справа не лише у великих витратах на попередній розрахунок стійкості та контроль шляхом досвіду кренування. Ці витрати могли б бути виправдані для серійних яхт, починаючи з певних розмірів. Вище згадувалося у тому, що з реальної оцінки стійкості поруч із шляхом обчислення статичної стійкості слід оцінювати і динамічні навантаження. Однак для спортивних суден практично не існує таких методів, які б дозволили отримати необхідну інформацію про стійкість для різноманітних типів яхт шляхом випробування кренування, розрахунку кривих елементів теоретичного креслення, пантокарень та діаграм динамічної стійкості.
Виробники і постачальники яхт говорять про неперекидних судах на основі оцінки маси баласту, яка становить ту чи іншу частку від водотоннажності судна. Становище центру тяжкості баласту у своїй не підлягає оцінці. Крім того, серед фахівців немає єдиної думки щодотого, до якого стану навантаження яхти відносити відсотки частки баласту: до судна із заповненими цистернами, з ємностями, заповненими наполовину, з екіпажем та постачанням на борту або з порожніми цистернами та без людей. Вибираючи один із кількох варіантів навантаження, отримують різні відсотки частки баласту. Так як стійкість має вирішальне значення для безпеки яхти, знання відповідних плечей стійкості по відношенню до основних креніння і відновлювальних моментів грало б не меншу роль.
Засоби для миття |
