Главная страница Контакты Карта сайта Поиск по сайту:
Barque.ru
 
  • Судостроение
  • Моторы
  • Проекты
  • Спорт
  • Консультации
  • Кругозор
  • Истории
  • Главная / Судостроение / Парусные суда / 1964 год / Расчет остойчивости яхт
    Подкатегории раздела
    Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы


    Поделитесь информацией


    Похожие статьи
    Расчет основных элементов катерных гребных винтов
    Проектирование и расчет подводных крыльев
    Гидродинамический расчет подводных крыльев
    Расчет сопротивления спортивных мотолодок
    Оценка вместимости и остойчивости прогулочных лодок
    Приближенный расчет скорости мотолодки
    Об остойчивости катамаранов и беспечности экипажей
    Нормирование остойчивости и высоты борта прогулочных судов
    Почему опрокидываются суда, построенные с соблюдением законов остойчивости?
    Расчет днищевых холодильников катерных двигателей
    Критерии оценки остойчивости яхт
    Расчет характеристик управляемых транцевых плит
    Расчет трехточечных и двухкорпусных гоночных судов
    Расчет характеристик глиссирования плоско-килеватых корпусов


    Расчет остойчивости яхт

    Год: 1964. Номер журнала «Катера и Яхты»: 3 (Все статьи)
              0


    Остойчивость является важнейшим мореходным качеством парусных яхт, определяющим способность яхты нести паруса при различных метеорологических условиях и крен, который при этом она получает. От крена зависит и сопротивление воды движению яхты и безопасность ее плавания.

    Без знания остойчивости яхты трудно рационально спроектировать ее парусное вооружение, оценить ходкость, определить рабочую площадь парусности для различной силы ветра, рассчитать нагрузки, возникающие в рангоуте и такелаже, и решить целый ряд других задач. Поэтому важно уже на начальной стадии разработки проекта яхты иметь представление об остойчивости создаваемого судна.

    Расчет остойчивости для парусной яхты включает решение двух основных задач:
    • построение диаграммы восстанавливающих моментов и
    • расчет величин кренящих моментов, возникающих под действием внешних сил.
    Информация об изображенииРис. 1
    Рис. 1
     
    Ниже рассматриваются приближенные методы расчета диаграмм статической остойчивости парусных яхт. Эти методы позволяют определять плечи статической остойчивости яхты при значительной экономии времени по сравнению с обычно применяемыми графическими и графоаналитическими методами, например методом Дарньи—Крылова. При этом обеспечивается достаточная для практических целей степень точности (особенно на начальной стадии разработки проекта).

    Напомним, что плечом статической остойчивости называется перпендикуляр, опущенный в плоскости наклонения из центра тяжести судна на линию действия силы плавучести в накрененном положении. Так, на рис. 1 плечом статической остойчивости является отрезок GK.

    Из этого рисунка видно также, что:


    Отрезок C0D характеризует смещение центра величины при крене в сторону наклонения. Его величина зависит от обводов судна и поэтому его принято называть плечом остойчивости формы lф.


    Отрезок C0 = αsinθ из прямоугольного треугольника GC0E; α = C0G — возвышение центра тяжести над центром величины при крене, равном нулю.


    Таким образом, при известном положении центра тяжести G и центре величины С0 в прямом положении для расчета плеча статической остойчивости необходимо определить плечи остойчивости формы. Последнее для данных углов крена яхты, как мы уже отметили, зависит от обводов судна.

    Для определения плеча остойчивости формы иногда применяется метод Кэмпфа, сущность которого сводится к плоскому моделированию погруженной при данном угле крена части корпуса.

    Информация об изображенииРис. 2
    Рис. 2
     
    Для расчета остойчивости этим методом необходимо вычертить теоретические шпангоуты яхты на оба борта, вырезать их из плотной бумаги и склеить вместе. Таким образом, получается как бы сплюснутая по длине модель яхты (рис. 2). Таких моделей должно быть изготовлено столько, сколько углов крена подлежит расчету. Клеить надо аккуратно, совмещая пересечение ДП и КВЛ на одной оси для всех шпангоутов. Клей надо наносить тонким слоем. Следует помнить, что при этом методе определяется центр тяжести склеенной модели, поэтому следует избегать неравномерного нанесения клея. Когда все модели высохнут, первую модель (при угле крена θ=0°) аккуратно разрезают по КВЛ и нижнюю часть кладут на чашку точных аптекарских весов.

    Вторую модель разрезают по намеченной на глаз наклонной линии, проходящей заведомо выше, но параллельно креновой ватерлинии при θ=15°. Нижнюю часть второй модели также кладут на весы, а затем подрезают ее — все время параллельно креновой ватерлинии — до тех пор, пока ее вес не сравняется с весом исходной модели. Нетрудно показать, что если число шпангоутов достаточно велико (не менее 10), то полученная линия отреза и будет креновой ватерлинией для данного угла крена.


    Далее остается определить положение центра тяжести модели. Проще всего это сделать, подвешивая ее последовательно за 2—3 точки (например, точки А1, А2, А3) и отмечая положения отвесов из этих точек. Пересечение отвесов и даст нам положение центра тяжести модели, т. е. искомое положение центра величины яхты при крене. Повторяя эту процедуру нужное число раз и перекалывая положение ЦВ на чертеж с обозначенным ЦТ яхты, получим положения ЦВ и плечи статической остойчивости l, по которым можно построить диаграмму остойчивости.

    Достоинствами этого метода являются его наглядность и простота. Точность его, по сравнению с аналитическим методом, как показывают параллельные расчеты, вполне удовлетворительна. Однако его использование связано с довольно большими затратами времени.

    Ниже излагается обеспечивающий достаточную для практики точность метод быстрого приближенного расчета остойчивости парусных яхт, разработанный автором. Сущность метода — в использовании простой закономерности, заключающейся в том, что для геометрически подобных корпусов плечи их остойчивости формы lф пропорциональны поперечным линейным размерам, в частности — ширине В или ширине по КВЛ BWL.

    Если бы все корпуса яхт были геометрически подобными, то по результатам расчета одного корпуса можно было бы легко рассчитать остойчивость любого подобного корпуса, полагая, что отношения lф/В для всех корпусов равны. Однако на положение ЦВ при крене и, таким образом, на величину плеча остойчивости формы оказывают влияние многие геометрические характеристики корпуса, например:
    • килеватость корпуса, определяемая углом ки-леватости ф и характеризуемая также отношением ширины по КВЛ к осадке (BWL/T);
    • полнота обводов, характеризуемая коэффициентом общей полноты δ;
    • полнота ватерлинии, характеризуемая коэффициентом полноты ватерлинии α;
    • развал бортов, характеризуемый отношением максимальной ширины яхты к ширине по КВЛ (B/BWL);
    • относительная высота борта, характеризуемая отношением высоты борта к ширине или к ширине по КВЛ (F/B).
    В результате обработки большого количества расчетов остойчивости швертботов и килевых яхт, проделанных в свое время автором, удалось установить большую сходимость расчета относительных плеч остойчивости формы.

    Информация об изображенииРис. 3
    Рис. 3
     
    Установлено, что для швертботов определяющими параметрами геометрического подобия остойчивости являются:

    — относительная высота борта:



    — относительное углубление BWL/T.

    На рис. 3 показана статистическая зависимость относительного плеча остойчивости формы lф — lф/В от угла крена θ для озерных швертботов, подобных швертботам классов «М», «Т», «Финн», «Летучий голландец», «Ерш». Поскольку обрабатывались результаты расчетов вполне определенных швертботов, приведенные зависимости справедливы лишь веденные на рис. 3, можно применять для расчета остойчивости швертботов с относительной высотой борта F = 0,17÷0,13 и 0,22÷0,24, попадающих в следующие интервалы коэффициентов полноты:


    Информация об изображенииРис. 4
    Рис. 4
     
    В указанные пределы попадает подавляющее большинство швертботов нормальных обводов и соотношений главных размерений.

    На рис. 4 показаны аналогичные характеристики для низкобортных швертботов (типа «Р2» и «РЗ»). Пределы применимости указаны на графике.


    Информация об изображенииРис. 5
    Рис. 5
     
    Угол крена, при котором палуба у миделя входит в воду (а этот крен обычно свидетельствует, что надо брать рифы), также довольно просто определить, пользуясь теми же статистическими данными. На рис. 5 показана эмпирическая зависимость указанного угла крена от относительной высоты борта F для швертботов. Как видно, крен θкр может быть определен с точностью ±1÷1,5°.

    Информация об изображенииРис. 6
    Рис. 6
     
    Аналогичное исследование остойчивости было проведено и для килевых яхт. При этом достаточно объективными критериями геометрического подобия для расчета плеча остойчивости формы оказались:
    • ψ — угол килеватости, взятый по касательной к контуру мидель-шпангоута на расстоянии 1/4 BWL от ДП (рис. 6);
    • F — относительная высота борта, в отличие от швертботов, отнесенная к ширине по КВЛ.
    Информация об изображенииРис. 7
    Рис. 7
     
    На рис. 7 приведены графики значений относительного плеча остойчивости формы lф = lф/BWL для килевых яхт, имеющих угол килеватости ψ = 50—80° и относительную высоту борта F = 0,28÷0,42. Следует отметить, что эти графики получены обработкой расчетов остойчивости килевых яхт с длиной по КВЛ от 6 до 9 м с нормальными округлыми обводами, подобными классам «Л4», «Л6», «R5,5» и т. д., с относительной шириной B/BWL = 1,05÷1,15. Естественно, что применение графиков при расчетах остойчивости дает надежные результаты для яхт, размеры и обводы которых соответствуют указанным ограничениям.

    По приведенным в графиках данным можно легко рассчитать плечи и моменты остойчивости по формулам:



    Информация об изображенииРис. 8
    Рис. 8
     
    В этой формуле положительное а означает, что ЦТ находится ниже ЦВ, а отрицательное а принимается в случае, если ЦТ яхты расположен выше ЦВ.

    Как и для швертботов, для килевых яхт может быть дана статистическая зависимость угла крена θкр, при котором ватервейс у миделя входит в воду (рис. 8).

    Ошибка в определении плеча остойчивости указанным методом не превышает 3—6%, что обеспечивает достаточную точность расчетов. Естественно, что положения центра тяжести и центра величины яхты должны быть определены, по крайней мере, с не меньшей точностью.



    Для примера приведем расчет остойчивости килевой яхты «Лоцман», чертежи которой опубликованы в первом выпуске сборника «Катера и яхты».

    Напомним основные данные яхты: длина по КВЛ 5,28 м; длина наибольшая 6,765 м; ширина наибольшая 2,12 м; ширина по КВЛ 1,86 м; водоизмещение 1420 кг.

    Определим ее геометрические характеристики, необходимые для расчета остойчивости:


    Расчет производится по графику (рис. 7) для килевых яхт, то кривой lф = f(θ) для угла килеватости 75—80° и F = 0,28÷0,33. Поскольку точные положения ЦВ при нулевом крене и ЦТ для яхты «Лоцман» нам неизвестны, для примера задаемся следующими координатами: ЦТ находится на высоте 50 мм над КВЛ, а ЦВ — на 120 мм под КВЛ. Таким образом α = 0,17 м.



    Таблица 1
    Таблица 1

    Информация об изображенииРис. 9
    Рис. 9
     
    Данные расчета сведены в табл. 1, а диаграмма статической остойчивости изображена на рис. 9.

    Для малых яхт большое значение имеет открени-вающий момент экипажа. Рассчитанная нами диаграмма остойчивости действительна для симметричного расположения грузов относительно ДП. При смещении части нагрузки ΔD на величину Δу к наветренному борту ЦТ яхты сместится на ветер на величину:


    Если при этом та же часть нагрузки сместится еще и по вертикали на величину Δz, то вертикальное перемещение ЦТ будет:


    Знак «плюс» относится к перемещению этой части груза вниз, а знак «минус» — вверх. Тогда увеличение плеча статической остойчивости:


    Предположим, что (вернемся к нашему примеру) два члена экипажа (ΔD = 160 кг) откренивают яхту, переместившись по горизонтали (Δz = 0) на наветренные банки, причем Δy = 0,8 м. Тогда:


    Соответствующие изменения плеч и моментов статической остойчивости будут равны:


    Результаты расчета даны в табл. 1. Аналогичным образом можно рассчитать диаграмму остойчивости для любого случая перемещения грузов.

    Как видно из примера, для таких маленьких яхт, как «Лоцман», откренивающий момент экипажа имеет очень большое значение для увеличения остойчивости.



    Расчет кренящих моментов, возникающих под действием ветра на паруса, является темой отдельной статьи. Здесь же уместно сделать ряд замечаний по выполнению этого расчета.

    Почти во всех книгах по парусному спорту и в курсах теории корабля для кренящего момента от действия ветра на паруса приводятся зависимости:


    где Мθ — кренящий момент при угле крена θ=0°.

    Эти зависимости более или менее справедливы для яхты, идущей курсом галфвинд с парусом, стоящим в ДП, или для старинных парусников, которые не плавали с креном 40—50°. Для расчета остойчивости последних принимались колоссальные запасы по кренящим моментам, что не требовало использования более точной формулы. Однако сравнительные расчеты и ходовые испытания яхт показывают, что эти зависимости дают завышенные значения кренящих моментов. Практически отмечается существенно более быстрое падение кренящего момента с увеличением угла крена.

    Более или менее достоверные экспериментальные данные по зависимости кренящего момента от угла крена, полученные при ходовых испытаниях яхт, имеются в работе Дэвидсона [2]. Согласно этим данным сила дрейфа, вызывающая крен яхты, в зависимости от угла крена изменяется для яхты с вооружением бермудский шлюп примерно так, как показано в табл. 2.

    Таблица 2
    Таблица 2

    Данные, полученные Дэвидсоном, в большой степени соответствуют явлениям, происходящим при обтекании парусов потоком воздуха при увеличении угла крена.

    Довольно близкие к действительности результаты дает расчет кренящих моментов по формуле:


    Литература


    1. Н. В. Григорьев, Б. Б. Лобач-Жученко, Парусные гонки, «Физкультура и спорт», 1959.

    2. К. S. М. Davidson, Some experimental studies of the Sailing Yachts, "Transactions of the Society of Naval Architects and Marine Engineers", 1937.

    3. Ч. Mapxай, Теория плавания под парусами, «Физкультура и спорт», 1963.


    Понравилась ли вам эта статья?
    +8

    ПРЕДЫДУЩИЕ СТАТЬИ
    Гидродинамические режимы движения и соответствующие им типы обводов
    Элементы обводов глиссирующих судов и их значение
    Влияние ширины, водоизмещения и центровки
    Выбор типа обводов, определение сопротивления, мощности и скорости
    Расчет основных элементов катерных гребных винтов
    Проектирование яхт для любительской постройки
    Основы технологии постройки малых судов
    Любительская постройка корпуса катера
    Малые суда из стеклоцемента
    Постройка корпусов малых судов из стеклопластика
    Наш опыт проектирования и постройки катамаранов
    Яхты со скуловыми килями
    Новые судостроительные материалы: стеклоцемент и армоцемент
    Проектирование и расчет подводных крыльев
    Выбор гидродинамического профиля жестких буерных парусов

    ТЕКУЩАЯ СТАТЬЯ
    Расчет остойчивости яхт

    СЛЕДУЮЩИЕ СТАТЬИ
    Опыт постройки и эксплуатации стальных тримаранов
    Некоторые соображения о постройке стальных катамаранов
    Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок
    Как самому сшить парус
    Клеи для мелкого судостроения
    Вопросы проектирования малых судов на воздушной подушке
    Некоторые вопросы проектирования парусных катамаранов
    Постройка и первые гонки катамаранов класса «В»
    Ремонт мелких судов из стеклопластика
    Отечественные парусные ткани из синтетических волокон
    Водометный движитель для небольшого катера
    Выбор корпуса и элементов водомета по двигателю
    Графический метод центровки мелких судов
    Вопросы теории буера с жестким крылом
    О ходе катамарана с большими углами крена


    Ссылка на эту статью в различных форматах
    HTMLTextBB Code

    Комментарии к этой статье


    Еще нет комментариев



    Сколько будет 18 + 20 =

           



    Barque.ru © 2013 | Контакты | Карта сайта
    Судостроение: Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы
    Моторы: Описание моторов Устройство моторов Самодельные моторы Тюнинг моторов Обслуживание моторов Дистанционное управление
    Проекты: Парусные яхты Парусные катамараны Парусные тримараны Моторные лодки Катера Туристические суда Рыболовные суда Виндсерфинги и лыжи Прицепы и трейлеры Прочие проекты
    Спорт: Новости спорта Парусные соревнования Водномоторный спорт Воднолыжный спорт Виндсерфинг Буерные соревнования Соревнования туристов
    Консультации: Полезные устройства Полезные советы Улучшение судов Улучшение моторов Опыт эксплуатации Техника плавания Разбор аварий Рыболовам
    Кругозор: Новые суда и устройства Интересные события Интересные факты Интервью Карты и маршруты Официальные данные Проблемы малого флота Яхт-клубы и стоянки Письма в редакцию
    Истории: Путешествия Туристические походы Знаменитые корабли Военная страничка Литературная страничка История флота Прочие истории