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?
Информация об изображении
Литой киль-тандем Коллинза
Действительно, хотя в данном случае проблему сохранения остойчивости при уменьшении осадки удастся решить путем применения более тяжелого свинцового балласта, лавировочные качества яхты (крутизна хода к ветру, скорость продвижения прямо против ветра и дрейф) заметно ухудшатся. Это связано с увеличением индуктивного сопротивления, обусловленного перетеканием воды через нижнюю кромку киля со стороны высокого давления (она расположена с подветра) в зону пониженного давления (разрежения) 1 .
уменьшение осадки мягкими понтонами
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.
Информация об изображении
Схема посадки на мель яхты с килем-тандемом и обычным плавником
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).
Продольные днищевые реданы
Информация об изображении
«Работа» щели в киле-тандеме
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.
Информация об изображении
Обычный плавниковый киль большого удлинения и киль-тандем
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.
Источник: www.barque.ru
38.4. Изменение осадки судна в различных ситуациях
При приеме на судно груза, массой m , его осадка увеличится, а дополнительно вошедший в воду объем ΔV вытеснит такую же массу воды ρΔV .
Рассмотрим сначала прием малого груза.
Под малым будем понимать груз, вызывающий такое изменение осадки, в пределах которого борта судна можно считать прямостенными и площадь ватерлинии постоянной (рис.12).
На практике считается, что условие прямостенности при приеме малого груза для транспортных судов выполняется, если масса груза не превосходит 10 % от весового водоизмещения D судна.
В таком случае вошедший в воду добавочный слой объемного водоизмещения ΔV будет представлять собой вертикальный цилиндр с площадью основания, равной площади ватерлинии Sвл, и высотой, равной изменению осадки ΔT.
Рис. 12. Изменение осадки , координат центра тяжести и центра величины судна при приеме малого груза:
а) – поперечный разрез судна; б) – продольный разрез судна
Объем этого цилиндра
а дополнительная масса воды, вытесненной судном, будет
Δm= ρSвл* ΔT
Из данного выражения найдем изменение осадки:
ΔT= Δm/( ρSвл) , м
Равенство позволяет найти массу груза q , прием которого изменяет осадку судна на 1 см.
Получим
q= ρ*Sвл/100 , т/см.
Эта величина называется числом тонн на сантиметр осадки.
Поскольку S зависит от осадки, величина q также является функцией осадки и ее значения приводятся на грузовой шкале судна.
Зная q , изменение осадки от приема груза массы m можно найти по выражению
Величиной q пользуются при малых изменениях осадки.
Если прием груза происходит в произвольном месте, то, вообще, судно изменит не только осадку, но и получит наклон.
Найдем условие, при котором прием груза вызовет только параллельное погружение судна.
После приема груза к уравновешенным силам веса и плавучести добавятся еще две силы:
— вес принятого груза
— добавочная сила плавучести.
При малом добавочном объеме, образованном вертикальным погружением судна, центр тяжести (ЦТ) его находится на вертикали, проходящей через ЦТ площади ватерлинии, определяемый абсциссой Xf.
Следовательно, чтобы добавочные силы не создавали пары, наклоняющей судно, ЦТ принимаемого груза, также должен находиться на этой вертикали.
Таким образом, чтобы при приеме малого груза судно не получило наклонений, необходимо груз принимать на одной вертикали с ЦТ площади ватерлинии.
В случае приема большого груза изменение осадки может быть определено либо по кривым элементам теоретического чертежа, либо по грузовой шкале, как разность между осадками, соответствующими водоизмещениям после приема груза и до приема.
Условие параллельного погружения судна при приеме большого груза состоит также в приеме груза на одну вертикаль с (ЦТ) добавочного слоя водоизмещения, где его положение определяется абсциссой
XΔT=(G1*Xc1- G*Xc)/( G1- G) , м
где G1 и Xc1 относятся к водоизмещению после приема груза,
а G и Xc – до приема.
Если принимается несколько грузов, то следует рассматривать прием одного эквивалентного груза суммарной массы с общим ЦТ всех грузов.
Полученные формулы справедливы и для случая снятия или расходования груза, при этом только массу m следует считать отрицательной величиной и, следовательно, ΔT также будет отрицательным.
38.4.2. Изменение осадки судна при переходе в воду другой плотности
При переходе судна в воду иной плотности, которая зависит от солености и температуры, изменяется его осадка.
При изменении плотности меняется также сила поддержания.
Практически изменение плотности воды не превышает 3%.
Весовое водоизмещение судна при этом не меняется
Рис.13. Среднегодовая соленость воды Мирового океана
При этом с увеличением плотности воды осадка судна уменьшается и, наоборот, с уменьшением плотности — осадка увеличивается.
Рис.14. Моря России. Площадь, глубины, соленость
Изменение осадки судна от изменения плотности воды можно вычислить по формуле:
ΔT= (D/(100q))*((ρ0- ρ1)/ ρ1) , м
Где D – весовое водоизмещение судна, тонны
q – число тонн на 1 см осадки судна, т/см
ρ0 – плотность воды, в которой находится судно, т/м3
ρ1 – плотность воды, в которую перейдет судно, т/м3
Величина, на которую уменьшается осадка судна при переходе из пресной воды в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³, называется поправкой на пресную воду, и, как правило, измеряется в миллиметрах.
Для каждого судна данная поправка указывается в «Судовом свидетельстве о грузовой марке».
Грузовая марка, нанесенная на обоих бортах судна, показывает, какой минимальный надводный борт может иметь судно в морской воде с плотностью 1,025 т/м³.
Когда судно грузится в порту с пресной водой, то грузовая марка может быть утоплена на величину, равную поправке на пресную воду.
При переходе в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³ осадка судна уменьшится на величину этой поправки, и судно будет иметь осадку по грузовую марку.
При погрузке в порту, где плотность воды более 1.000 т/м 3 , но менее чем 1,025 т/м 3 , величина, на которую может быть утоплена грузовая марка. называется поправкой к осадке на плотность воды (по-английски, Dock Water Allowance) и может быть рассчитана по формуле:
ΔT= ΔTпп*(1,025-ρ)*100/25 , см
Где ΔT – величина, на которую может быть утоплена грузовая марка,
ΔTпп – поправка на пресную воду, м
ρ – фактическая плотность воды в порту, т/м 3
Поправка к осадке, рассчитанная по приведенной выше формуле, получается в сантиметрах.
При определении весового водоизмещения судна по осадкам, если фактическая плотность воды, в которой находится судно, отличается от плотности воды, для которой рассчитаны грузовая шкала или гидростатические кривые, то поправку к водоизмещению на плотность воды находят по формуле:
ΔDпл = Dдифф*(ρфакт – ρтабл)/ρтабл , т
Где ΔDпл – изменение весового водоизмещения, т
Dдифф –весовое водоизмещение с поправкой на дифферент, т
ρфакт – плотность забортной воды, т/м3
ρтабл – плотность воды, для которой составлена грузовая шкала или гидростатические кривые, т/м3
Если ρфакт < ρтабл , то поправка имеет знак «-»,
Если ρфакт > ρтабл , то поправка имеет знак «+»
Внимание!
При понижении или повышении температуры воды, ее плотность изменяется.
Следовательно, если судно находится в пресной воде, то необходимо принимать во внимание ее температуру, так как при высокой температуре пресной воды ее плотность ниже 1,000 т/м³.
Если этого не учитывать в расчетах, то разница между истинным и рассчитанным водоизмещением может быть весьма значительной.
Когда судно находится в морской воде, то поправку на температуру забортной воды не учитывают и необходимо руководствоваться только показаниями ареометра.
Ареометр (Densimeter) — это прибор для измерения плотности жидкости.
Современные ареометры, как правило, стеклянные. Шкала измерения градуируется в кг/м³.
Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости, как указано на рисунке 15.
Для измерения используют емкость диаметром не менее 50 мм.
Пробы забортной воды необходимо брать с обоих бортов в районе миделя с глубины равной половине осадки судна, как можно быстрее после снятия осадок.
Рис.15: Определение плотности воды при помощи ареометра
Таким же ареометром измеряют плотность воды в балластных танках, когда определяют количество груза по осадкам.
Источник: samvguvt.livejournal.com
Домашняя яхт-верфь.
Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками — яхту своей мечты…
- Главная
- About
- Начинающим.
- Опыт.
- Проекты яхт.
- Армоцементные яхты.
- Катамараны
- Моторно — парусные яхты.
- Трейлерные яхты
- Тримараны
- Яхты до 10 метров.
- Яхты свыше 10 метров
- Швертботы
Как уменьшить осадку яхты ?
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).
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 о . 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 о .
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.
Д. Курбатов.
Источник: «Катера и Яхты», №135.
Источник: yachtshipyard.wordpress.com