Как уменьшить осадку лодки
Домашняя яхт-верфь.
Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками — яхту своей мечты…
Мечтаем купить яхту «Нева», но для плавания на нашем Новосибирском водохранилище необходимо уменьшить ее осадку с 1,5 м. до 1,0 м. Мы рассчитываем сделать это путем замены штатного плавника киля, отлитого из чугуна, на сварной пустотелый плавник меньшей «высоты», но большей «длины», залитый внутри свинцом. Площадь нового киля будет такой же, как и у штатного киля а вот центр тяжести его расположится на 3 см. ниже. Таким образом, остойчивость яхты не ухудшится. Этого, вероятно, нельзя будет сказать о лавировочных качествах судна. Можно ли компенсировать потерю гидродинамического качества киля установкой по его нижней кромке концевой шайбы из листа шириной 300 мм?
Р. Тумаркин, г. Новосибирск.
Действительно, хотя в данном cлучae проблему coxpaнeния остойчивости пpи умeньшeнии осaдки удaстся peшить путeм пpимeнeния болee тяжeлого свинцового бaллaстa, лaвиpовочныe кaчeствa яхты (крутизна ходa к вeтру, скоpость пpодвижeния пpямо пpотив вeтpa и дpeйф) зaмeтно ухудшaтcя. Это связaно с увeличeниeм индуктивного coпpотивлeния, обусловлeнного пepeтeкaниeм воды чepeз нижнюю кромку киля co стоpоны высокoгo дaвлeния (oнa pacпoлoжeнa с подвeтpa) в зонy понижeннoгo дaвлeния (paзpeжeния).
Если заменить узкий киль большого удлинения, которым снабжается «Нева», на широкий киль с длинной нижней кромкой, то значительно большее количество воды будет перетекать через эту кромку, вызывая мощные завихрения потока. Доля энергии, затрачиваемой на образование этих вихрей, или индуктивное сопротивление корпуса яхты может возрасти до 50 % общего сопротивления воды движению судна. Ведь величина индуктивного сопротивления обратно пропорциональна квадрату осадки яхты.
До недавнего времени можно было рекомендовать, пожалуй, только два варианта уменьшения осадки, при которых гидродинамические потери были бы относительно невелики – установить убирающийся киль – шверт или два скуловых киля. Однако после успешного дебюта в гонках на Кубок Америки 7983 г. «Австралии – II», снабженной килем с подводным крылом, появился еще один оптимальный вариант. Речь идет о киле – тандеме, запатентованном англичанином Уорвиком Коллинзом.
Испытания показали, что киль – тандем развивает такую же силу сопротивления дрейфу, как и традиционный плавниковый киль, имея в то же время на 40 % меньшую осадку. Так же как и крыльчатый киль «Австралии – II», киль Коллинза снабжен на нижней кромке большой дельтавидной в плане гидродинамической концевой шайбой.
Ее назначение – воспрепятствовать перетеканию воды в зону разрежения, образованию выхрей на нижней кромке и тем самим снизить индуктивное сопротивление. Но, в отличие от киля «двенадцатиметровика», киль Коллинза имеет щель, которая разделяет его на два киля большого удлинения (напрашивается аналогия с парусами – гротом и стакселем, не перекрывающими друг друга).
Характерная форма щели в киле Коллинза – узкая внизу и расширяющаяся кверху, препятствует развитию вихрей на нижней кромке, так как здесь поток, проходящий через щель, сильно ускоряется. Поэтому индуктивное сопротивление, уже существенно сниженное благодаря дельтавидной концевой шайбе, уменьшается еще больше.
Есть и еще одна важная особенность гидродинамики киля тандем. Любой киль (или руль) наиболее эффективно работает тогда, когда водный поток набегает на него под определенным углом атаки (углом дрейфа). Если этот угол превышает некоторую критическую величину, происходит срыв потока, вследствие чего подъемная сила на киле резко падает.
Это явление обеспечивает несколько немаловажных преимуществ. Например, при повороте оверштаг можно очень быстро выбрать втугую стаксель – в случае потери скорости не нужно сначала немного уваливаться, чтобы опять ее набрать. А при движении курсом бакштаг по взволнованному морю яхта с килем тандем лучше слушается руля, что позволяет нести спинакер более круто к ветру. Говоря другими словами, яхта, оснащенная килем – тандем, ходит быстрее и увереннее. Относительно большая длина киля повышает также устойчивость яхты на курсе.
Разумеется, если дельтавидную часть киля – тандема выплонить достаточно массивной, то остойчивость яхты с уменьшенной осадкой опасений вызывать не будет. У литых килей Коллинза удается 50 % их веса сосредоточить в шайбе.
Одна из первых крейсерских яхт, оснащенных килем Коллинза, — 7,7 – метровая «Флайинг Боут», имеющая осадку всего 0,89 м., при испытаниях успешно конкурировала с гоночной яхтой класса «J24», имеющей узкий плавниковый киль и большую осадку – 1,22 м. «Флайинг Боут не уступал по крутизне и скорости лавировки, хорошо шла полными курсами. Не создавал киль – тандем неудобств и при посадке на мель.
Заметим, что еще в средине 70 – х годов в студенческом конструкторском бюро Киевского института инженеров гражданской авиации проводились работы по созданию высокоэффективных килей для яхт. Среди испытывавшихся образцов был и киль – тандем, установленный на полутоннике «Вираж». Правда, от киля Коллинза киль (Виража) отличался наличием вместо концевой шайбы сигарообразного бульба, относительно большим зазором между кромками обеих частей киля и возможностью изменять угол атаки кормовой части.
Следует иметь в виду, что в настоящее время правила IOR не разрешают применять кили описываемого типа для гоночных яхт.
Как уменьшить осадку яхты?
Мечтаем купить яхту «Нева» но для плавания на нашем мелководном Новосибирском водохранилище необходимо уменьшить ее осадку с 1,5 м до 1 м. Мы рассчитываем сделать это путем замены штатного плавника киля, отлитого из чугуна, на сварной пустотелый плавник меньшей «высоты», но большей «длины», залитый внутри свинцом. Площадь нового плавника будет такой же, как и у штатного киля, а вот центр тяжести его расположится на 3 см ниже. Таким образом, остойчивость яхты не ухудшится.
Этого, вероятно, нельзя будет сказать о лавировочных качествах судна. Можно ли компенсировать потерю гидродинамического качества киля установкой по его нижней кромке концевой шайбы из листа шириной 300 мм?
Если заменить узкий киль большого удлинения, которым снабжается «Нева», на широкий киль с длинной нижней кромкой, то значительно большее количество воды будет перетекать через эту кромку, вызывая мощные завихрения потока. Доля энергии, затрачиваемой на образование этих вихрей, или индуктивное сопротивление корпуса яхты может возрасти до 50% общего сопротивления воды движению судна. Ведь величина индуктивного сопротивления обратно пропорциональна квадрату осадки яхты.
До недавнего времени можно было рекомендовать, пожалуй, только два варианта уменьшения осадки, при которых гидродинамические потери были бы относительно невелики — установить убирающийся киль-шверт или два скуловых киля. Однако после успешного дебюта в гонках на Кубок Америки 1983 г. «Австралии- II», снабженной килем с подводным крылом, появился еще один оптимальный вариант. Речь идет о киле-тандеме, запатентованном англичанином Уорвиком Коллинзом.
Испытания показали, что киль-тандем развивает такую же силу сопротивления дрейфу, как и традиционный плавниковыи киль, имея в то же время на 40% меньшую осадку.
Так же как и крыльчатый киль «Австралии-II», киль Коллинза снабжен на нижней кромке большой дельтавидной в плане гидродинамической концевой шайбой. Ее назначение — воспрепятствовать перетеканию воды в зону разрежения, образованию вихрей на нижней кромке и тем самым снизить индуктивное сопротивление. Но, в отличие от киля «двенадцатиметровика», киль Коллинза имеет щель, которая разделяет его на два киля большого удлинения (напрашивается аналогия с парусами — гротом и стакселем, не перекрывающими друг друга).
При движении яхты поток с повышенным давлением обтекает подветренную поверхность носовой части киля, затем через щель уходит на другой борт. Завихренный (турбулентный) поток воды, сходящий с задней кромки передней части, отбрасывается далеко на наветренную сторону, и передняя кромка задней части входит, таким образом, в невозмущенный поток. А так как эффективность работы любого киля зависит, прежде всего, от характера обтекания его передней кромки, здесь получаются практически два киля, работающих в невозмущенном потоке. Это значит, что киль-тандем дает практически двойную силу сопротивления дрейфу при одинаковой площади с таким же сплошным килем.
Характерная форма щели в киле Коллинза — узкая внизу и расширяющаяся кверху, препятствует развитию вихрей на нижней кромке, так как здесь поток, проходящий через щель, сильно ускоряется. Поэтому индуктивное сопротивление, уже существенно сниженное благодаря дельтавидной концевой шайбе, уменьшается еще больше.
Есть и еще одна важная особенность гидродинамики киля тандем. Любой киль (или руль) наиболее эффективно работает тогда, когда водный поток набегает на него под определенным углом атаки (углом дрейфа).
Если этот угол превышает некоторую критическую величину, происходит срыв потока, вследствие чего подъемная сила на киле резко падает. Для обычного плавникового киля критический угол атаки составляет 12—15°. А у киля Коллинза, как выяснилось при испытаниях в бассейне, движение водного потока сквозь разрез имеет такой характер, при котором критический угол увеличивается примерно до 30°.
Это явление обеспечивает несколько немаловажных преимуществ. Например, при повороте оверштаг можно очень быстро выбрать втугую стаксель — в случае потери скорости не нужно сначала немного уваливаться, чтобы опять ее набрать. А при движении курсом бакштаг по взволнованному морю яхта с килем тандем лучше слушается руля, что позволяет нести спинакер более круто к ветру. Говоря другими словами, яхта, оснащенная килем-тандем, ходит быстрее и увереннее. Относительно большая длина киля повышает также устойчивость яхты на курсе.
Разумеется, если дельтавидную часть киля-тандем выполнить достаточно массивной, то остойчивость яхты с уменьшенной осадкой опасений вызывать не будет. У литых килей Коллинза удается 50 % их веса сосредоточить в шайбе.
Одна из первых крейсерских яхт, оснащенных килем Коллинза, — 7,7-метровая «Флайинг Боут», имеющая осадку всего 0,89 м, при испытаниях успешно конкурировала с гоночной яхтой класса «Л24», имеющей узкий плавниковый киль и большую осадку — 1,22 м. «Флайинг Боут» не уступала по крутизне и скорости лавировки, хорошо шла полными курсами. Не создавал киль-тандем неудобств и при посадке яхты на мель.
Заметим, что еще в середине 70-х годов в студенческом конструкторском бюро Киевского института инженеров гражданской авиации проводились работы по созданию высокоэффективных килей для яхт. Среди испытывавшихся образцов был и киль-тандем, установленный на полутоннике «Вираж» (см. «КиЯ» №85). Правда, от киля Коллинза киль «Виража» отличался наличием вместо концевой шайбы сигарообразного бульба, относительно большим зазором между кромками обеих частей киля и возможностью изменять угол атаки кормовой части.
Следует иметь в виду, что в настоящее время правила IOR не разрешают применять кили описываемого типа для гоночных яхт.
Киль уменьшающий осадку не снижая остойчивости
В общем, рисунок надо, а то я чёт не въехал.
Весить не весит а давление создает.
Создает, но не увеличивающее остойчивость, а увеличивающее сопротивление дрейфу! «Ватеркиль» аналогичен двум параллельным швертам равной площади. Только вот:
Вощем, ты не обижайся, но идея мертворожденная.
«Создает, но не увеличивающее остойчивость, а увеличивающее сопротивление дрейфу! «Ватеркиль» аналогичен двум параллельным швертам равной площади. Только вот…»
Ayrton
ватеркиль это труба, а шверты это какие не какие, а крылья.
Вобщем какая то сомнительная конструкция.
Рулевой 3-го класса
Уважаемый автор, вы кто по образованию? Вы вообще то изучали физику и гидродинамику?
В вашем варианте у яхты вообше отсутствует остойчивость. Ну или почти отсутствует.
И всё-таки у киля сопротевление дрейфу намного больше чем у вашего изобретения.
P.S. Попробуйте сделать модель и всё сами поймёте.
Основная Ваша беда, помимо всего прочего, что вопрос остойчивости Вы рассматриваете в динамике, тогда как это задача в основном из статики корабля. Остановите Вашу лодку, и расставьте силы, которые действуют в состоянии покоя, и сразу изменится картина мира.
Для начального понимания процесса могу порекомендовать книжечку:
В.Л.Фукельман «Основы гидромеханики и теории корабля», Л. «Судостроение», 71.
Она есть во всех технических библиотеках, и уж точно, в инженерных ВУЗах.
Рулевой 3-го класса
волновое давление
цепляться за воду
укорочено-продольную форму
направление давления
труба имеет меньшую обтекаемость
крыло узкое и длинное, а труба короткая и широкая
Вы видели где ни будь самолет с трубой вместо крыльев. Нет. Правильно такой самолет не взлетит.
Посмотрите на собственные рисунки Г2 и Г3. Если задуматься над гидростатикой этих яхт, то вылезает забавный парадокс:
Г2: Вода занимает объем, в котором должен находиться воздух, поэтому она увеличивает остойчивость.
Г3: Вода и казалось бы вес погружены под воду. На первый взгляд, кажется, что ЦТ смещен вниз и остойчивость должна возрасти. Ан нет! Сила Архимеда, действующая на погруженный в воду танк на 100% уравновешивает вес воды в танке! Поэтому сколь нибудь существенного увеличения остойчивости не возникает!
Ну возникает, конечно, но в размере объема киля заполненного воздухом. Но у нормального киля объем мизерный, поэтому его водоизмещение можно смело игнорировать.
ВМГ, kaa
Не хотелось бы быть сожженным на костре. И все-таки: а) образование архитектурное, б) аргументы типа «почитайте книжки» не подходят. Я для того и воспользовался форумом, что бы получить конструктивную критику или поддержку этой идеи, с соответствующей доказательной базой.
Ayrton
А если так, допустим, что классический киль и труба имеют одинаковый вес. Если согласиться с тем, что труба это фактически два параллельных киля то, как действует динамика на очень узкий и удлиненный киль. И как быть с поперечной планкой. Ведь ставят же на киль горизонтальные крылья.
Вообще как можно добиться уменьшения киля в длине, не прибегая к увеличению массы?
Вообще как можно добиться уменьшения киля в длине, не прибегая к увеличению массы?
—
Посетитель дополнил свое сообщение в [mergetime]1093333969[/mergetime]:
Вот я еще раз себя процитирую:
Основная Ваша беда, помимо всего прочего, что вопрос остойчивости Вы рассматриваете в динамике, тогда как это задача в основном из статики корабля. Остановите Вашу лодку, и расставьте силы, которые действуют в состоянии покоя, и сразу изменится картина мира.
как действует динамика на очень узкий и удлиненный киль. И как быть с поперечной планкой. Ведь ставят же на киль горизонтальные крылья.
Вообще как можно добиться уменьшения киля в длине, не прибегая к увеличению массы?
1. Киль качающийся в поперечной плоскости
2. Бортовые балластные танки
Как уменьшить ходовой дифферент?
При эксплуатации водоизмещающего судна следить за ходовым дифферентом так же важно, как и на глиссирующем.
Я столкнулся с указанной проблемой, когда стал проводить испытания своей водоизмещающей лодки «Утенок», переделанной из малой (№ 1) спасательной шлюпки (длина — 4,5 м; ширина — 1,85 м). Как только я давал полный газ двигателю «СМ-557Л», дифферент на корму сразу же возрастал до величин, явно превышающих допустимые 5—6°: увеличивалось волнообразование, а скорость не прибавлялась.
Стал искать способ уменьшить ходовой дифферент. По аналогии с быстроходными катерами решил применить транцевые плиты. Вырезал из бакелизированной фанеры две транцевые плиты разной формы с изменяемым углом наклона и по очереди испытал их на «Утенке». Первые же выходы показали, что при малых углах наклона плиты неэффективны, а при больших — дифферент, действительно, уменьшают, но одновременно начинают работать как тормоз. При ходе на попутной волне из-за плит появляется сильная рыскливость; на заднем ходу плита преграждает поступление воды к гребному винту. Как бы там ни было, но имея мощность 13,5 л. с., развить скорость выше 10 км/ч не удавалось ни с плитами, ни без них. Относительная скорость — число Фруда по длине — колебалась где-то около 0,4.
После неудачных испытаний транцевых плит я решил попробовать установить на гребной винт специально спрофилированную кольцевую насадку. Насадка, отклоняющая струю от винта вниз, по моим расчетам, должна была не только создавать на корпусе дополнительную подъемную силу, уменьшающую ходовой дифферент, но и одновременно повышать КПД гребного винта, поскольку двигатель «СМ-557Л» развивает слишком большое число оборотов для возможной скорости.
Гребной вал «Утенка» имеет наклон относительно КВЛ около 8°. Передняя часть насадки — от носовой кромки до плоскости диска гребного винта — выполнена соосно с гребным валом. В плоскости диска гребного винта осевая линия насадки имеет излом — наклонена вниз на 8° (здесь угол наклона к КВЛ уже равен 16°).
Как видно из схемы, за плоскостью диска винта в верхней части насадки ее внутренняя образующая имеет вид прямой. Результирующая сила Рс раскладывается на силу упора и подъемную силу. Сила упора была замерена динамометром и оказалась равной 200 кгс. Подъемная сила Рп, непосредственно уменьшающая ходовой дифферент, примерно равна 57 кгс.
Теперь об изготовлении насадки. Из пенопласта были нарезаны рейки трапецеидального сечения, которые затем склеивались в цилиндр при помощи эпоксидного клея. Обработка велась острым ножом и рашпилем с проверкой профиля по шаблонам. Снаружи готовая насадка была оклеена двумя слоями стеклоткани на эпоксидном клее. Внутренняя поверхность насадки покрыта эпоксидной шпаклевкой, в которую для уменьшения трения втерт чешуйчатый графит.
Сверху и снизу закреплены по два алюминиевых угольника, стягиваемых болтами М6. Эти болты и круговые стропы из стального троса 0 2 мм надежно скрепляют в одно целое насадку и угольники. Передние концы угольников прикреплены к ахтерштевню, задние—к стойке руля (рудерпосту).
Концы лопастей гребного винта обрезаны по внутреннему диаметру насадки с кольцевым зазором 2—3 мм.
Установка подвесного мотора на любую водоизмешающую лодку, будь то фофан, тузик либо четырехвесельный ял, всегда вызывает сильный дифферент на корму, увеличивающийся с увеличением скорости. В сборнике №83 в статье о лодке «Пелла» отмечалось, что скорость ее под мотором «Ветерок» (8 л. с.) составляет 9,16 км/ч, когда водитель сидит на кормовой банке, и 11,2 км/ч, когда он сидит в носу. Вот четкий показатель, того, как сказывается ходовой дифферент на скорости. Но есть и другие минусы такой посадки. Достаточно на фотоснимке «Пеллы» мысленно провести прямую линию от глаз рулевого, сидящего на корме, вперед через верхнюю точку форштевня, чтобы убедиться: предметы, находящиеся на воде впереди, ему не видны. С таким плохим обзором по курсу эксплуатация любого судна запрещается. Можно предложить два выхода; уложить в носовую часть лодки балласт либо установить на гребной винт насадку.
Если заводы, выпускающие подвесные моторы, освоят и выпуск профилированных антидифферентных насадок, будет сэкономлено немало бензина, а главное — улучшатся условия эксплуатации лодок, повысится безопасность плавания; во всяком случае — уменьшится опасность столкновения с плавающими препятствиями.
Вариант киля с уменьшаемой осадкой
Рзавивая идею разъемного плавника, предлагаю линию разъема делать не гладкой а, например, с вертикальным пазом и гребнем как на вагонке.
Этим можно обеспечить идеальное совмещение обеих половинок, совпадение отверстий для соединительных болтов и предотвращение любых сдвигов половинок в продольном направлении.
«И, если наши выкладки верны, то остается только порадоваться» (х/ф «Судьба резидента»)
Рулевой 1-го класса
Шарниры, на которых поворачиваются половинки, кстати тоже надо серьёзно защищать от коррозии. На них же ещё и нагрузка не слабая.
Нагрузка на шарнирах только во время транспортировки, в рабочем положении киль привинчивается винтями к днищу, так же как и отсоединяемый. На шарнире никакой нагрузки после этого нет.
Ну от коррозии надо все защищать.
Что-то пришли мне на память самолеты палубной авиации. Там много моделей со складывающимися крыльями. Условия работы, конечно, отличны от киля, но нагрузки при маневрах тоже неслабые. Опять же, замки для фиксации отработаны.
Но они все складываются вверх целиком, без «расщепления» на верхнюю и нижнюю половину.
Ну давайте думать: как может повлиять расщепление киля на две половинки на его надежность?
Вопрос только в работе болтов на срез. ИМХО такого не будет. Представим, что при крене яхты 90 град. болты осутствуют (например, их обрывает). Каким образом поведут себя крылья? Думаю так: подветренное отклонится до вертикального положения, а наветренное останется на месте за счет того, что упрется подветренной кромкой в днище.
Для наглядности представим обычный киль (крен 90 град), привинченный к днищу только с наветненной стороны. Этими болтами он и будет держаться (работают на отрыв). Подветренные болты в этой ситуации не работают или почти не работают (уменьшают это давление).
Не надо путать лавировочные качества яхты с ее мореходностью.
Кстати, старые тяжелые яхты с длинной килевой линией отличаются хорошей мореходностью, в отличие от современных облегченных гоночных. Это подтверждается тем, что и сейчас конструкторы делают новые проекты отличных мореходных яхт с длинной килевой линией.
Не надо путать лавировочные качества яхты с ее мореходностью.
Кстати, старые тяжелые яхты с длинной килевой линией отличаются хорошей мореходностью, в отличие от современных облегченных гоночных.
Рулевой 1-го класса
Понты всегда превыше.
Теперь можно:
а) Перегрузить девайс в сборе на воду.
б) Затолкать трейлер в воду, пока яхта сама всплывёт.
Конструкция будет проще табуретки, а результат ИМХО лучше. По крайней мере точно прочнее и дешевле.
3. Трейлерная тележка содержит в себе домкрат, который позволяет приподнять корпус на высоту пера.
2 Ersh, Ayrton и другим авторитетам:
А если приземлить дискуссию к конкретным условиям Черного моря и Средиземки в летние (для Черного) или другие курортные (для Средиземки) месяцы года? Переходы между укрытиями максимум на 2-3 дня.
Какой киль лучше? Лодку полагаем в стиле Т800, О800 или подобную (Кавалер, Н800м, SB26 и иже с ними)?
Рулевой 1-го класса
Ну тогда проще киль из трех-четырех частей подетально вдвоем руками подвешивать к корпусу, вывешенному на кране.
Или так же, но только бульбу к установленному прежде «легкому» пилону.
А если приземлить дискуссию к конкретным условиям Черного моря и Средиземки в летние (для Черного) или другие курортные (для Средиземки) месяцы года? Переходы между укрытиями максимум на 2-3 дня.
Какой киль лучше? Лодку полагаем в стиле Т800, О800 или подобную (Кавалер, Н800м, SB26 и иже с ними)?
ИМХО, осадка прогулочной яхты типа четвертака не должна быть более 1.2м.
При этой осадке фальшкиль еще достаточно эффективен, но высадка экипажа на берег и снятие с мели значительно упрощается. Пару человек прыгают за борт и просто сталкивают яхту с мели.
Ну тогда проще киль из трех-четырех частей подетально вдвоем руками подвешивать к корпусу, вывешенному на кране.
Рулевой 1-го класса
Рулевой 1-го класса
на трейлере, вокруг яхты собирается квадратная конструкция. На балках конструкции (наверху) ставим две ручные лебёдки, цепляем яхту за предназначенные для этого рымы и подтягиваем к раме.
Согласен! Об этом и топик! Как это лучше организовать?
В вашей ситуации на SB26 подъемный киль нужен в первую и последнюю очередь для решения это проблемы. Ведь на ходу киль должен быть раскреплен!
Можно ли решить этот вопрос иначе, не загромождая колодцем салон и избежав других недостатков дроп-киля?
Например, киль на петлях откидываем на один борт трейлера (принайтовив к соответствующему борту лодки), спускаем лодку безо всякого экстрима, и уже на плаву его отпускаем и фиксируем (как?) изнутри яхты.
Может, зафиксировать киль можно, вставив длинный стержень через трубу-колодец (он же пиллерс крыши рубки) внутрь киля? Или два таких стержня.
Рулевой 1-го класса