Расчет остойчивости яхты.

Для всех яхт поперечная остойчивость является важным критерием проектирования и одним из основных факторов безопасности плавания. К тому же у парусной яхты остойчивость непосредственно связана с продвижением вперед, так как сила тяги приложена на значительной высоте над уровнем воды, которая в свою очередь оказывает соответствующее сопротивление движению.

 

Способность нести паруса, а отсюда и достижимая скорость зависят в основном от остойчивости яхты, которая противодействует давлению ветра при углах крена до 30 градусов. Если не принимать во внимание откренивающий эффект экипажа, то начальная остойчивость яхты обеспечивается в основном ее шириной или, иначе говоря остойчивостью формы  корпуса.

 

Способность к несению парусов швертботов и многокорпусных яхт определена почти исключительно остойчивостью формы, так же как и скорость  современных килевых яхт зависит главным образом от остойчивости формы. Основной характеристикои остоичивости формы  является поперечный момент инерции ватерлинии. Поэтому в первом приближении рабочую площадь парусности для совpeмeннных яхт с плавниковым килем и обводами швертоотного типа можно подсчитать по формуле   S = kLB,  Гдe: S –  площадь парусности;  k –  эмпирнческпй коэффициент;   L -   длина по КВЛ;  В –  ширина по КВЛ.  Для современных килевых яхт длинои 7 – 14 м.  k = 1,9…2,3.

 

В водах Ceвepнoгo моря и Балтики рациональным оказался k = 2. Морские яхты в среднем несут, следовательно, 2 м парусности на каждый квадратный метр прямоуrольника со сторонами L и В, причем в эту площадь входят только гpoт и передний парусный треуrольник. Для сравнения гоночная яхта, например класса «Солинг», имеет k == 2,32.

У многокорпусных судов площадь парусности, вычисленная по отношению к площади ватерлинии, относительно невелика, так как вряд  ли у них есть резервы остойчивости для преодо ления динамических дополнительных нагрузок, вызываемых шквалами или волнами.

 

Большинство конструкторов оценивают способность яхты новoгo проекта к несению парусов опытным путем по дaнным предыдущих конструкций. В США применяется эталонныи (сравнительный) расчет остойчивости, в котором учитываются площадь парусности, плечо статической остоичивости, метацентрическая высота, водоизмещение и предполагаемое давление ветра.

 

В результате определяется так назывемый коэффициент Делленбуша, который  представляет собои крен яхты в гpaдycx при давлении ветра, равном единице. Этот приближенныи метод хорош только при сравнении проекта с аналгичными построенными яхтами.

 

До сих пор об остойчивости говорилось главным образом как о факторе, влияющем на продвижение яхты вперед, но гoраздо важнее она как фактор обеспечения безопасности плаванин яхты. Для полноты картины нужно исследовать остойчивость формы и остойчивость массы, которая зависит от взаимного расположения центра тяжести и центра величины а также статическую и динамическую остойчивость.

 

Для определения статической остойчивости нужно не только наити угол крена при статически постоянных моментах таких например, как равномерное давление ветра, но и кренящие моменты, появляющиеся при приведении яхты к ветру, изменении давления ветра или изменении распределения нагрузки относительно ДП.

 

Предварительный расчет статической остойчивости новoгo проекта возможен, но он довольно трудоемкий и для яхт длиной до 20 м применяется редко. Для крупных яхт очти всегда выполняют только предварительную оценку остоичивости и на основе сравнения ее с известными параметрами остоичивости прототипов, которыми располагает опытный дизайнер.

Для морских яхт длиной свыше 20 м почти всегда делают опыт кренования. Условием для eгo выполнения вляется расчет кривых элементов теоретическоrо чертежа. Все дальнейшие исследования, касающиеся плавучести, остойчивости, дифферента, спуска со стапеля и непотопляемости, базируются на этих кривых.

 

Результатом пересчета остойчивости является диаграмма статической остойчивости Опытом кренования определяется фактическое положение центра тяжести судна по высоте. Кривые плеч остоичивости яхты при различных состояниях нагрузки (цистерны полные, наполовину заолненные или пустые) являются показателями статическои осточивости судна, позволяют определить максимальное плечо остоичивости и судить о тенденциях судна к уменьшению или  увеличению статической остойчивости.

 

К сожалению, рассчитываемые с таким трудом кривые плеч остойчивости не имеют тoгo значения, какое они должны были бы иметь при наличии единого масштаба для сравнительной оценки остойчивости разных судов. Предпосылкой для составления единого масштаба может быть, например, учет динамического воздействия на поперечную остойчивость яхты внезапнoгo шквала при волнении.

 

Расчет динамической остойчивости яхты кажется практически почти бесперспективным, особенно для небольших парусных яхт. До сих пор рассчитывают только кривые плеч остойчивости при движении яхты на спокойной воде. Уже мнoгo лет теоретики занимаются тем, чтобы заранее предсказать остойчивость судна на волнении. Так, в военно-морском флоте Германии разработаны определенные теоретические схемы для расчета потери остойчивости во время волнения. Но эти исследования можно проводить только на базе дорогостоящего испытания моделей, учитывая даже стабилизируюшее влияние скорости судна.

 

При проектировании тopговыx судов диаграммы остойчивости первоначально носили только сравнительный характер без использования специальных критериев, характеризующих динамическое воздействие волнения. Точно было известно, что картина остойчивости судна на волнении не та, которую могли дать кривые плеч остойчивости на тихой воде.

 

Таким образом, остойчивость опрокинутых судов исследовали по их диаграммам рассчитанным для тихой воды. Такие же данные имелись , и для судов, которые считались остойчивыми. Так постепенно установили какими должны быть метацентрическая высота, плечо воссанавливающеrо момента при крене в 30градусов и угол заката диаграммы остойчивости на тихой воде, чтобы судно получилось заведомо остойчивым (критерий Рахола).

 

Этим, чисто статистическим, приемом пользуются и в настоящее время для оценки остойчивости обычных тopгoвыx судов. Следовательно, определение остойчивости, несмотря на сложность, основано на статистических данных и потому оно не абсолютно, а относительно. В необычных условиях, например при – чрезвычайно сильном волнении, справедливость установленных сегодня норм остойчивости может быть подвергнута сомнению.

 

Стремление оценить остойчивость яхты аналогичным трудоемким и дорогостоящим методом исследований и разработок для яхт длиной менее 20 м совершенно нереально. Это представляется технически невыполнимым вследствие большого разнообразия существующих типов яхт.

 

Дело не только в больших затратах на предварительный расчет остойчивости и  контроль путем опыта кренования. Эти затраты могли бы быть оправданы для серийных яхт, начиная с некоторых определенных размеров. Выше упоминалось о том, что для реальной оценки остойчивости наряду с методом вычисления статической остойчивости следует оценивать и динамические нагрузки.

 

Однако для спортивных судов практически не существует таких методов, которые позволили бы получить необходимую информацию об остойчивости для разнообразных типов яхт путем испытания кренования, расчета кривых элементов теоретическоrо чертежа, паитокарен и диаграмм динамической остойчивости. Изготовители и поставщики яхт говорят о неопрокидываемых судах на основе оценки массы балласта, которая составляет ту или иную долю от водоизмещения судна.

 

Положение центра тяжести балласта при этом совершенно не подлежит оценке. Кроме Toгo, среди специалистов нет единоrо мнения относительно Toгo, к какому состоянию нагрузки яхты относить проценты доли балласта: к судну с заполненными цистерна, с емкостями, заполненными наполовину, с экипажем и снабжением на борту или с порожними цистернами и без людей.

 

Выбирая один из нескольких вариантов наrрузки, uполучают различные проценты доли балласта. Так как остойчивость имеет решающее значение для безопасности яхты, знание соответствующих плеч остойчивости по отношеиию к основным кренящим и восстанавливающим моментам играло бы не меньшую роль.

 

Для всех яхт поперечная остойчивость является важным критерием проектирования и одним из основных факторов безопасности плавания. К тому же у парусной яхты остойчивость непосредственно связана с продвижением вперед, так как сила тяги приложена на значительной высоте над уровнем воды, которая в свою очередь оказывает соответствующее сопротивление движению.

 

Способность нести паруса, а отсюда и достижимая скорость зависят в основном от остойчивости яхты, которая противодействует давлению ветра при углах крена до 30 градусов. Если не принимать во внимание откренивающий эффект экипажа, то начальная остойчивость яхты обеспечивается в основном ее шириной или, иначе говоря остойчивостью формы  корпуса. Способность к несению парусов швертботов и многокорпусных яхт определена почти исключительно остойчивостью формы, так же как и скорость  современных килевых яхт зависит главным образом от остойчивости формы.

 

Основной характеристикои остоичивости формы  является поперечный момент инерции ватерлинии. Поэтому в первом приближении рабочую площадь парусности для совpeмeннных яхт с плавниковым килем и обводами швертоотного типа можно подсчитать по формуле   S = kLB,  Гдe: S –  площадь парусности;  k –  эмпирнческпй коэффициент;   L -   длина по КВЛ;  В –  ширина по КВЛ.  Для современных килевых яхт длинои 7 – 14 м.  k = 1,9…2,3.

 

В водах Ceвepнoгo моря и Балтики рациональным оказался k = 2. Морские яхты в среднем несут, следовательно, 2 м парусности на каждый квадратный метр прямоуrольника со сторонами L и В, причем в эту площадь входят только гpoт и передний парусный треуrольник. Для сравнения гоночная яхта, например класса «Солинг», имеет k == 2,32.

У многокорпусных судов площадь парусности, вычисленная по отношению к площади ватерлинии, относительно невелика, так как вряд  ли у них есть резервы остойчивости для преодо ления динамических дополнительных нагрузок, вызываемых шквалами или волнами.

 

Большинство конструкторов оценивают способность яхты новoгo проекта к несению парусов опытным путем по дaнным предыдущих конструкций. В США применяется эталонныи (сравнительный) расчет остойчивости, в котором учитываются площадь парусности, плечо статической остоичивости, метацентрическая высота, водоизмещение и предполагаемое давление ветра. В результате определяется так назывемый коэффициент Делленбуша, который  представляет собои крен яхты в гpaдycx при давлении ветра, равном единице. Этот приближенныи метод хорош только при сравнении проекта с аналгичными построенными яхтами.

 

До сих пор об остойчивости говорилось главным образом как о факторе, влияющем на продвижение яхты вперед, но гoраздо важнее она как фактор обеспечения безопасности плаванин яхты. Для полноты картины нужно исследовать остойчивость формы и остойчивость массы, которая зависит от взаимного расположения центра тяжести и центра величины а также статическую и динамическую остойчивость.

 

Для определения статической остойчивости нужно не только наити угол крена при статически постоянных моментах таких например, как равномерное давление ветра, но и кренящие моменты, появляющиеся при приведении яхты к ветру, изменении давления ветра или изменении распределения нагрузки относительно ДП.

 

Предварительный расчет статической остойчивости новoгo проекта возможен, но он довольно трудоемкий и для яхт длиной до 20 м применяется редко. Для крупных яхт очти всегда выполняют только предварительную оценку остоичивости и на основе сравнения ее с известными параметрами остоичивости прототипов, которыми располагает опытный дизайнер.

Для морских яхт длиной свыше 20 м почти всегда делают опыт кренования. Условием для eгo выполнения вляется расчет кривых элементов теоретическоrо чертежа. Все дальнейшие исследования, касающиеся плавучести, остойчивости, дифферента, спуска со стапеля и непотопляемости, базируются на этих кривых.

 

Результатом пересчета остойчивости является диаграмма статической остойчивости Опытом кренования определяется фактическое положение центра тяжести судна по высоте. Кривые плеч остоичивости яхты при различных состояниях нагрузки (цистерны полные, наполовину заолненные или пустые) являются показателями статическои осточивости судна, позволяют определить максимальное плечо остоичивости и судить о тенденциях судна к уменьшению или  увеличению статической остойчивости.

 

К сожалению, рассчитываемые с таким трудом кривые плеч остойчивости не имеют тoгo значения, какое они должны были бы иметь при наличии единого масштаба для сравнительной оценки остойчивости разных судов. Предпосылкой для составления единого масштаба может быть, например, учет динамического воздействия на поперечную остойчивость яхты внезапнoгo шквала при волнении.

 

Расчет динамической остойчивости яхты кажется практически почти бесперспективным, особенно для небольших парусных яхт. До сих пор рассчитывают только кривые плеч остойчивости при движении яхты на спокойной воде. Уже мнoгo лет теоретики занимаются тем, чтобы заранее предсказать остойчивость судна на волнении.

 

Так, в военно-морском флоте Германии разработаны определенные теоретические схемы для расчета потери остойчивости во время волнения. Но эти исследования можно проводить только на базе дорогостоящего испытания моделей, учитывая даже стабилизируюшее влияние скорости судна.

 

При проектировании тopговыx судов диаграммы остойчивости первоначально носили только сравнительный характер без использования специальных критериев, характеризующих динамическое воздействие волнения. Точно было известно, что картина остойчивости судна на волнении не та, которую могли дать кривые плеч остойчивости на тихой воде.

 

Таким образом, остойчивость опрокинутых судов исследовали по их диаграммам рассчитанным для тихой воды. Такие же данные имелись , и для судов, которые считались остойчивыми. Так постепенно установили какими должны быть метацентрическая высота, плечо воссанавливающеrо момента при крене в 30градусов и угол заката диаграммы остойчивости на тихой воде, чтобы судно получилось заведомо остойчивым (критерий Рахола).

 

Этим, чисто статистическим, приемом пользуются и в настоящее время для оценки остойчивости обычных тopгoвыx судов. Следовательно, определение остойчивости, несмотря на сложность, основано на статистических данных и потому оно не абсолютно, а относительно. В необычных условиях, например при – чрезвычайно сильном волнении, справедливость установленных сегодня норм остойчивости может быть подвергнута сомнению.

 

Стремление оценить остойчивость яхты аналогичным трудоемким и дорогостоящим методом исследований и разработок для яхт длиной менее 20 м совершенно нереально. Это представляется технически невыполнимым вследствие большого разнообразия существующих типов яхт.

 

Дело не только в больших затратах на предварительный расчет остойчивости и  контроль путем опыта кренования. Эти затраты могли бы быть оправданы для серийных яхт, начиная с некоторых определенных размеров. Выше упоминалось о том, что для реальной оценки остойчивости наряду с методом вычисления статической остойчивости следует оценивать и динамические нагрузки.

 

Однако для спортивных судов практически не существует таких методов, которые позволили бы получить необходимую информацию об остойчивости для разнообразных типов яхт путем испытания кренования, расчета кривых элементов теоретическоrо чертежа, паитокарен и диаграмм динамической остойчивости. Изготовители и поставщики яхт говорят о неопрокидываемых судах на основе оценки массы балласта, которая составляет ту или иную долю от водоизмещения судна.

Положение центра тяжести балласта при этом совершенно не подлежит оценке.

 

Кроме Toгo, среди специалистов нет единоrо мнения относительно Toгo, к какому состоянию нагрузки яхты относить проценты доли балласта: к судну с заполненными цистерна, с емкостями, заполненными наполовину, с экипажем и снабжением на борту или с порожними цистернами и без людей.

 

Выбирая один из нескольких вариантов наrрузки, uполучают различные проценты доли балласта. Так как остойчивость имеет решающее значение для безопасности яхты, знание соответствующих плеч остойчивости по отношеиию к основным кренящим и восстанавливающим моментам играло бы не меньшую роль.

 

Источник:  К. Рейнке, и др. "Постройка яхт", 1982 г.

 

Оставить комментарий

Комментарии: 0