Сопротивление воды движению яхты судостроители рассматривают
состоящим из двух основных составляющих: сопротивления трения и
сопротивления формы.
Сопротивление трения зависит от шероховатости смоченной поверхности
обшивки. Уменьшение смоченной поверхности наружной обшивки и
уменьшение вязкости воды путем добавления в наружные слои обшивки
определенных полимеров является испытанными средствами для снижения
сопротивления трения, которое на малых скоростях движения яхты
составляет значительную долю общего сопротивления. Использование
полимеров может уменьшить сопротивление трения до 36%, однако для
судов, участвующих в гонках, этот способ запрещен всеми спортивными
парусными организациями. Тщательной полировкой поверхности подводной
части с помощью высококачественной пасты можно снизить сопротивление
трения самое большее на 15%. Сильное обрастание подводной части,
наоборот, ведет к повышению сопротивления трения на 50% и выше.
Наиболее эффективной мерой уменьшения сопротивления трения является,
следовательно, уменьшение смоченной поверхности. За последние годы
это выразилось в широком применении коротких килей, благодаря чему
сопротивление трения удалось снизить на 30% и даже больше без
ощутимого урона для других качеств яхты. Улучшились управляемость и
остойчивость на курсе по сравнению с традиционными яхтами, имеющими
длинный киль, и снизилась стоимость постройки благодаря более
простым обводам корпуса.
Сопротивление формы, вызванное образованием волн и вихреобразованием
за выступающими частями (рулями, килями, кронштейнами гребного вала
и т. д.), так просто уменьшить нельзя. Английский физик Вильям Фруд
в конце XVIII в. установил зависимость сопротивления от
относительной скорости. Уже в конце 19-го столетия точная оценка
сопротивления формы в крупном судостроении проводилась на основании
испытаний моделей судов в бассейне. В яхтостроении этот метод начали
использовать только с середины текущего столетия, хотя и раньше,
например, для разработки гоночных яхт, делались попытки исследования
сопротивления формы.
Из-за высокой стоимости испытаний моделей только в последние
десятилетия стали проводить систематические исследования
сопротивления формы парусных яхт. Но поскольку на основные элементы
проектов яхт, подвергнутых исследованиям, влияют формулы обмера (RORC,
ССА и IOR), их результаты имеют весьма ограниченную ценность.
Конструктору яхты приходится иметь дело с гидродинамикой
быстроходных водоизмещающих судов, которые развивают
скорость в области чисел R = 2,5 ... 4,0 (R = V/корень квадратный из
L) где V - скорость, уз; L - длина корпуса
по ватерлинии КВЛ, м). Эти числа соответствуют абсолютным скоростям
яхты длиной по КВЛ 10 м, равным 7,9-12,7 уз. Как видно из графика
(рис. 7), в этом интересном диапазоне скоростей находится так
называемый горб сопротивления, обусловленный ростом волнового
сопротивления (составная часть сопротивления формы, вызванная
затратами энергии на образование волн у корпуса судна). Скорость,
соответствующая горбу сопротивления, называется среди специалистов
предельной скоростью водоизмещаюшего корпуса. Она равна 2,43 -корень
квадратный из L, что дает 7,7 уз для судна
с длиной по ватерлинии 10 м. Это, однако, устаревшая контрольная
цифра.
Каждый яхтсмен, плавающий на современной быстроходной гоночной яхте,
знает из собственного опыта, что предельная скорость корпуса, по
крайней мере, при плавании полными курсами под спинакером, временами
может быть значительно превышена. Яхтсмен, плавающий на тяжелой
туристской яхте или моторном паруснике типа рыболовного тендера,
может не менять своего мнения о непреодолимости звукового барьера.
<Длина бежит> - старое меткое выражение - и это верно. Имеют в виду,
конечно, не смоченную длину корпуса по ватерлинии, ^ к которой чаще
всего относят значение скорости, а действительную, или эффективную,
длину ватерлинии. Несомненно, однако, что распределение
водоизмещения но длине является исходным моментом в определении этой
эффективной длины.
Распределение водоизмещения наглядно представляется строевой по
шпангоутам яхты, отдельные ординаты которой образуют площади
шпангоутов (рис. 8). Херрешоф - один из самых известных сторонников
систематизированного проектирования яхт - считает синусоиду
идеальной кривой распределения водоизмещения. Из теории
проектирования крупныхсудов, однако,
известно, что большие объемы в оконечностях судна (на самых крайних
концах строевой по шпангоутам) сказываются положительно на снижении
сопротивления воды при во-доизмещаюшем плавании. Так появился
носовой бульб, который успешно применяли на больших моторных яхтах,
но у более мелких и парусных яхт попытки использовать его не дали
положительного результата. Так как небольшая яхта на ходу под
парусами не обходится без килевой качки на волне, то получаемое
небольшое преимущество в демпфировании качки не окупается вследствие
роста сопротивления формы.
Рис. 7. Режимы движения яхты и зависимость
сопротивления трения и формы от относительной скорости судна.
V -скорость, уз; L
- длина по К.ВЛ, м; А - водоизмещающее плавание; Б - переходный к
глиссированию режим; В - полуглиссирование; Г -чистое глиссирование.
1-современные обводы яхты; г-традиционные обводы яхты; 3 -
кривая сопротивления; 4-сопротивление формы; 5-сопротивление трения.
Сравнение строевой по шпангоутам нормального судна с
коротким килем и современной быстроходной водоизмещающей яхты
показывает значительное совпадение кривых в носовой части. На
графике с нанесенными строевыми по шпангоутам для яхт разного типа
бросаются в глаза чрезвычайно малые объемы в области носовой части у
судна с длинным килем - одного из однотонников, построенных в ФРГ.
Эта яхта оказалась одной из самых тихоходных на международных
регатах.
Иначе обстоит дело с распределением водоизмещения в кормовой части
корпуса. Кто из конструкторов впервые пришел к мысли о распределении
большего водоизмещения в корме, неизвестно. Бриттон Ченс, например,
существенно улучшил ходовые качества двенадцатиметровика "Интрепид"
благодаря концентрации водоизмещения в кормовой части судна и эта
яхта уверенно победила конкурентов в гонках на Кубок Америки 1970 г.
Смещение объемов подводной части в корму в основном обеспечивало
успех, хотя в некоторых случаях и не давало желаемого результата. В
этих случаях конструкторы не учитывали, что смещению центра величины
в корму должны сопутствовать более плоские обводы кормы, необходимые
для достижения высоких скоростей.
Рис. 8. Типичные строевые по шпангоутам
различных яхт. 1 - быстроходная
водоизмещающая яхта с подъемным килем; 3-яхта с длинной килевой
линией; 3-яхта с нормальным коротким плавниковым килем; К - площадь
мидель-шпангоута; L- длина яхты по ватерлинии.
Показанная на рис. 8 строевая по шпангоутам быстроходной яхты с
подъемным килем кажется действительно целесообразной. Наряду с
распределением водоизмещения по большой длине киль нового вида
способствует созданию такой скорости судна, которая считалась до сих
пор недостижимой: вместо якобы непревышаемой 2,43 -корень квадратный
из L =6,9 уз при длине по КВЛ 8,15 м была
легко достигнута скорость 9 уз, что соответствует значению V = 3,15
корень квадратный из L .
Вполне очевидно, что горб сопротивления (см. рис. 7) сместился по
меньшей мере в область, обозначенную пунктиром. В этой области на
корму судна действуют уже значительные динамические силы
поддержания, поэтому при правильном сочетании обводов кормы яхты с
новым типом киля имеются предпосылки для перехода от быстроходной
водоизмещающей яхты к глиссирующему паруснику с мотором. В любом
случае растянутое по длине распределение водоизмещения для
быстроходных водоизмещающих судов с правильным обтеканием корпуса
нуждается в тщательной разработке.
