Правила классификации постройки и обмера яхт «Звездного класса» предусматривают создание монотипных судов, однако имеющиеся допуски на ограничивающие яхту размеры приводят к тому, что строящиеся суда отличаются друг от друга как формой корпуса, фальшкиля (бульбкиля), рангоута и такелажа, так и взаимным их расположением.
Основное различие в форме корпусов яхт «Звездного класса» заключается в изгибе килевой и скуловой линий. Правила, оговаривая высоту килевой и скуловой линий судна на теоретических шпангоутах от некоторой обмерной базы, разрешают отклонения от этих размеров в пределах 1 дюйма (±25,4 мм) на каждом лекале. Таким образом, если на первом и последнем лекалах, определяющих положение базы относительно корпуса, уменьшить или увеличить размеры высоты на 1 дюйм, а затем от этого нового положения базы допустить отклонения в высотах точек корпуса еще на 1 дюйм, то получим, что килевая линия построенного таким образом корпуса будет отличаться от «номинального» положения на 2 дюйма (±50,8 мм). Как показала практика соревнований, это различие создает заметную разницу качествах яхт, особенно на полных к ветру курсах. Другие размеры корпуса (ширина по палубе и скуле, высота борта и т. п.) имеют гораздо меньшие допустимые отклонения и потому их изменение практически мало сказывается на ходовых качествах яхты.
Сравнение двух яхт различных обводов в натурных условиях — дело кропотливое, трудное и, в известной мере, субъективное. Трудности при этом заключаются в том, что на истинные ходовые качества корпуса яхты в тех или иных ветровых условиях «накладываются» качества парусов и способ их несения, физические возможности команды по открениванию, центровка яхты, тактическое «мышление» рулевого-яхтсмена, его опыт, знание метеорологии и гидрологии района соревнований и многое другое.
В связи с этим в опытовом бассейне Ленинградского кораблестроительного института были проведены сравнительные испытания двух моделей яхт «Звездного класса», форма корпуса первой модели соответствовала номинальным (согласно Правилам) обводам, а второй — наиболее популярной и наиболее распространенной сейчас форме яхты с разогнутой, согласно допускам, килевой линией.
Модели были изготовлены из деревянных реек по номинальным обводам в масштабе 1 : 3. Вариант с разогнутой килевой линией был получен наплавкой на днище модели парафина; при этом поперечная профилировка днища сохранялась практически постоянной. На рис. 1 показан теоретический чертеж номинального обвода яхты «Звездного класса», а в табл. 1 приведены высоты килевой линии от базы для обоих вариантов рассмотренных яхт.
Таблица 1
Сравнение корпусов яхт производилось при равном водоизмещении D = 810 кг (650 кг — вес собственно яхты и 160 кг — вес команды).
Из табл. 2 видно, что яхта с распрямленной килевой линией имеет более острые обводы, но, как и следовало ожидать, несколько увеличенную смоченную поверхность.
На рис. 2 представлена кривая буксировочного сопротивления яхты с номинальной формой обводов, полученная пересчетом результатов испытаний модели, а на рис. 3 — изменение коэффициента остаточного сопротивления в функции абсолютной скорости яхт. Из него видно, что корпус номинальной формы имеет меньший коэффициент остаточного сопротивления до скорости хода 5 узл.; выше этой скорости более выгодной становится распрямленная форма обводов, причем при vs = 2,5 узла эта разница составляет ~25%, а при vs = 7 узл. — около 10%. Если при этом учесть примерно равную смоченную поверхность рассмотренных вариантов, то становится очевидным, что изменение ζост и определяет общее сопротивление яхты.
Таблица 2
На рис. 4 показан относительный прирост скорости хода яхт с различными вариантами обводов по сравнению с номинальной яхтой водоизмещением D = 810 кг. Можно видеть, что при скорости хода около 5,5 узла, что соответствует:
измемяется знак разности Δvs скоростей хода яхт с разогнутыми и номинальиыми обводами, а также становится равной нулю добавка скорости у яхт меньшего водоизмещения. Это может быть объяснено началом интенсивного волнообразования, при котором, с одной стороны, начинает сказываться преимущество острой формы корпуса, а с другой — уменьшение волнового сопротивления благодаря приросту ватерлинии компенсирует увеличение сопротивления за счет повышения водоизмещения судна, в результате чего сопротивления легкого и тяжелого судов уравниваются.
Для более полной оценки обеих яхт «Звездного класса» были рассчитаны диаграммы статической остойчивости корпусов с номинальными и распрямленными обводами. Сравнение этих диаграмм (рис. 5) показывает, что яхта с распрямленными обводами имеет несколько большую (—5%) начальную остойчивость; при θ≈20° оба судна имеют одинаковые плечи остойчивости; при большем крене остойчивость яхты с распрямленными обводами примерно на 2% меньше.
В заключение было проведено исследование влияния дифферента и положения бульбкиля по длине на ходовые качества рассматриваемых яхт при различных скоростях хода на полном курсе. Результаты его показывают благоприятное влияние дифферента на нос при малых и средних скоростях хода (относительная скорость Fr<0,4) и отсутствие влияния на скорость дифферента на корму. В обоих случаях изменение дифферента имитировалось перекладыванием балласта модели, соответствующего весу одного члена экипажа, в нос или корму из кокпита на реально допустимое плечо. При скоростях, превышающих Fr>0,4, влияния дифферента на скорость движения модели обнаружено не было (замер скорости производился с точностью 0,005—0,01 м/сек).
В результате исследования влияния формы корпуса на ходовые качества яхты «Звездного класса» на полном курсе можно сделать следующие выводы.
1. Различие обводов корпусов яхт «Звездного класса», разрешаемое допусками Правил классификации, постройки и обмера, позволяет создавать суда с различными ходовыми качествами.
2. Суда с номинальной формой обводов при равном водоизмещении на малых скоростях (Fr<0,4) имеют преимущества перед судами с полностью разогнутой килевой линией. Последние, наоборот, оказываются предпочтительнее при скорости хода vs> 5,5 узла.
3. Вес яхты оказывает большое влияние на скорость ее хода. Уменьшение веса яхты на 100 кг дает на малых скоростях хода тот же эффект, какой может быть получен за счет применения оптимальной из рассмотренных для этой скорости форм обводов. На больших скоростях преимущества легкой яхты еще более ощутимы.
4. Остойчивость яхт «Звездного класса» различных обводов практически неизменна и зависит лишь от весовой их нагрузки и эффективности открени-вания.
5. Дифферент на нос предпочтителен на малых и средних скоростях хода. При больших скоростях движения яхта нечувствительна к дифференту (по крайней мере — на полном курсе).
6. Положение бульбкиля по длине яхты не влияет на ее скорость хода на полных курсах.