В.М. Алексеев
Журнал КиЯ №7 1966г
Прежде всего, яхта должна иметь положительную остойчивость, т. е. всегда быть способной возвращаться в нормальное прямое положение из любого накрененного положения. Яхта должна быть непотопляемой. Это условие обеспечивается водонепроницаемостью наружной обшивки, палубы и надстройки, а также минимальным объемом самоотливного кокпита.
Яхта должна иметь остойчивость, достаточную для того, чтобы нести полную парусность даже в свежий ветер. Она должна сохранять хорошие ходовые и маневренные качества практически при любых метеорологических условиях, должна быть способной лавировать при сильном волнении, сохраняя при этом достаточную скорость хода. Корпус, рангоут и такелаж должны быть прочными.
Яхта должна обладать хорошей обитаемостью; иметь необходимые бытовые удобства для экипажа в течение всего периода автономного плавания.
Перечисленные условия являются основными, но далеко не исчерпывают всех требований, предъявляемых к мореходной яхте. Так, например, вспомогательный двигатель яхты должен иметь запас мощности, необходимый при плавании в штормовых и аварийных условиях. При участии яхты в крейсерских гонках ее гоночный балл, рассчитанный по той или иной обмерной формуле, не должен быть чрезмерно высоким и т. п.
Приступая к проектированию новой яхты, очень важно использовать опыт эксплуатации судов, уже построенных ранее. В этом могут помочь приведенные ниже диаграммы для выбора основных характеристик килевых крейсерских яхт со вспомогательным мотором, построенные на основании обработки данных по большому числу яхт, хорошо зарекомендовавших себя в условиях морского и океанского плавания. Пользуясь приведенными диаграммами, следует учитывать, что наилучшие значения выбираемых характеристик можно получить вблизи средней линии. Заштрихованная область показывает возможные отклонения разыскиваемых величин.
Проектирование крейсерской яхты обычно начинается с разработки ее общего расположения и приближенного определения длины, ширины, осадки, водоизмещения и парусности. По эскизу общего расположения яхты можно определить длину по ватерлинии (на диаграммах длина по ватерлинии обозначена L). При выборе длины яхты по ватерлинии определяющими факторами являются численность экипажа, расположение бытового и навигационного оборудования и вспомогательного двигателя.
По известной длине яхты по ватерлинии при помощи диаграммы, приведенной на рис. 1, можно определить водоизмещение, а по диаграмме на рис. 2 — площадь парусности проектируемой яхты.
Как видно из рис. 1, водоизмещение яхты может колебаться в довольно широких пределах. Это объясняется тем, что при равной длине корпуса яхт могут быть построены из разных материалов, могут иметь различную конструкцию и насыщенность оборудованием. Поэтому более показательной величиной является так называемая относительная длина яхты L : кубический корень из D, т. е. отношение длины по ватерлинии к кубическому корню из водоизмещения.
В зависимости от значения относительной длины (или от водоизмещения при данной длине яхты) различают тяжелые, средние (или нормальные) и облегченные яхты (рис. 3).
Тяжелому типу соответствуют яхты старой постройки с полным мидель-шпангоутом, длинной килевой линией, усиленным сечением связей набора корпуса и тяжелым оборудованием. Для тяжелых яхт относительная длина равна 3,5—4,1.
Яхты облегченного типа имеют обычно малую полноту мидель-шпангоута; площадь бокового сопротивления таких яхт в значительной мере сосредоточена в середине судна. Яхты этого типа часто строят с тройной диагональной обшивкой на продольном наборе, из фанеры, оклеенной стеклопластиком, или просто целиком из стеклопластика. При этом значение относительной длины достигает 4,8—5,5.
Большинство современных крейсерско-гоночных яхт относится к нормальному типу, для которого относительная длина равна 4,1—4,8.
Существовало мнение, что для лавировки против волны необходима в первую очередь большая масса яхты, поскольку легкую яхту волной будет отбрасывать назад. В последние годы, однако, совершено множество океанских переходов на малых яхтах (и даже на надувных лодках), причем легкие яхты оказывались в ряде случаев более быстроходными.
Хорошие лавировочные качества редко бывают у тихоходных судов и обычно улучшаются с повышением скорости. Слишком тяжелая и тихоходная яхта, в конечном счете, обладает и худшей мореходностью.
На выбор величины водоизмещения в значительной мере влияют правила обмера. Кроме того, прогресс в судостроении (в первую очередь — применение новых материалов) позволяет строить все более легкие и прочные крейсерские яхты; при этом часто одновременно идут на упрощение обводов. Бесспорно, общие затраты на постройку легкой и более простой по конструкции яхты будут меньше, чем при постройке яхт традиционного типа, но цена 1 кг водоизмещения яхт обоих типов, как правило, оказывается почти равной.
Рис. 4 иллюстрирует зависимость водоизмещения от площади парусности для яхт различных типов, а на рис. 5 приведены значения наибольшей длины и ширины в зависимости от площади парусности. Соотношение между водоизмещением и площадью парусности характеризуется стабильным отношением. Тяжелые мореходные яхты океанского плавания имеют эту величину в пределах 3,5-5-3,8, а легкие яхты прибрежного плавания (или облегченные фанерные яхты) даже до 4,5 (рис. 6).
Длину носового и кормового свесов можно определить по рис. 7. Интересно рассмотреть влияние свесов на мореходные качества яхты. Этот вопрос долгое время оставался нерешенным. Еще лет 20 назад никто не возражал против длинных свесов, в общей сложности достигающих 50% длины яхты по ГВЛ; теперь получили широкое распространение короткие носовые и кормовые свесы. Величина свесов должна определяться обводами судна и условиями плавания, причем кормовой и носовой свесы должны соответствовать один другому по форме и объему. Равная полнота оконечностей не только уменьшает дифферент при крене, но и повышает смягчающее (демпфирующее) действие надводной части корпуса при килевой качке на волнении.
Носовые и кормовые шпангоуты должны быть умеренно разваленными, но неполными. Следует избегать применения и V- и U-образных форм в «чистом» виде. Судно при прохождении волны не должно ни резать воду, ни хлопать по ней, поскольку и то и другое приводит к потере скорости. Именно мягкий развал бортовых ветвей шпангоутов способствует спокойному отбрасыванию волны.
Острые носовые и кормовые шпангоуты хороши при вытянутой площади бокового сопротивления, причем V-образные свесы жестко работают на волне и замедляют ход. Ложкообразные носовые шпангоуты применяются главным образом на яхтах внутреннего и прибрежного плавания (например, на яхте международного класса «Дракон»). На яхтах внутреннего плавания длинные свесы предпочтительнее, так как при крене вследствие входа в воду оконечностей выгодно увеличивается длина по ватерлинии («длина бежит»). Примером могут служить хорошо известные яхты «Звездного класса».
Форма кормы определенным образом связана с формой форштевня, что доказано многочисленными экспериментами в процессе развития яхтостроения. Полученные в последнее время данные гидромеханики о влиянии формы кормы на скорость позволили перейти к плоским вытянутым обводам, способствующим глиссированию («Flying Fifteen» конструктора Уффы Фокса).
Умеренному носовому свесу обычно соответствует короткая яхтенная корма (вельботная или транцевая).
С точки зрения мореходности и удобства эксплуатации вытянутая яхтенная корма судам морского плавания не нужна. Иногда говорят о преимуществах «непринужденно вытянутых» обводов корпуса и увеличенной благодаря этому площади палубы, но известно, что такой корпус ведет себя неспокойно на высокой волне, приходящей с кормы. Примером этому могут служить яхты класса «Л-4» и «Л-6», которые сбиваются с курса попутной волной. Удары волн по длинному кормовому свесу не только неприятны, но и ослабляют связи корпуса.
В настоящее время для мореходных яхт предпочитают яхтенную корму с коротким свесом. Для плавания в прибрежных районах с более короткой и крутой волной преимущество остается за удлиненной кормой.
В противоположность яхтам внутреннего плавания, на морских яхтах контртимберс не должен выходить из воды под слишком малым углом к горизонту. Даже длинная яхтенная корма морского крейсера должна достаточно круто подниматься к палубе и заканчиваться небольшим наклонным транцем. С другой стороны, следует обратить внимание на то, чтобы батоксы в районе кормы закруглялись равномерно и плавно, иначе можно ожидать появления больших кормовых волн, уменьшающих скорость хода (на образование кормовых волн затрачивается часть энергии, которую получают паруса от ветра). Высота этих волн всегда определяет качество кормовых обводов.
Наименьшая высота надводного борта и высота надводного борта в носу могут быть определены по диаграмме на рис. 8. Осадка яхты в зависимости от длины по ватерлинии приведена на рис. 9.
Располагая уже полученными данными, можно построить боковую проекцию яхты и подсчитать площадь бокового сопротивления. Величина этой площади, включая и площадь руля, должна лежать в пределах, показанных на диаграмме рис. 10. Раньше считалось, что величина площади бокового сопротивления должна составлять 1/5 обмерной площади лавировочных парусов. На основании новейших данных гидродинамики это соотношение значительно уменьшилось и обычно выбирается в пределах от 1/6 до 1/8 обмерной площади парусности.
Форма киля все больше приближается к форме крыла; применяются кили с элероном, подобные рулю Флетнера. На единице площади таких килей создается значительно большая боковая сила, чем на вытянутых вдоль судна килях яхт старой постройки, поэтому применение более эффективных килей и сопровождается уменьшением площади бокового сопротивления яхты.
Руль на современных яхтах обычно располагается сразу же за килем, является кормовой кромкой его профиля и надежно закрепляется на пятке, что избавляет от необходимости установки лишних выступающих частей для навешивания руля. Однако на малых яхтах все чаще встречаются балансирные и полубалансирные рули, расположенные отдельно от фальшкиля. Следует подчеркнуть, что руль с вертикальным баллером работает лучше, чем с наклонным, что нашло свое отражение в последних проектах яхт класса «Р-5,5».
Площадь пера руля выбирается по диаграмме, приведенной на рис. 11.
Обводы мидель-шпангоута зависят от района плавания и типа яхты. Рис. 12 наглядно показывает, что остойчивость мореходных яхт обеспечивается за счет большего водоизмещения и большего веса балластного фальшкиля, в то время как остойчивость яхт внутреннего и прибрежного плавания обеспечивается в значительной мере остойчивостью формы. Площадь подводной части мидель-шпангоута яхты в зависимости от ее длины в первом приближении можно определить по диаграмме, приведенной на рис. 11, причем ширина яхты по ватерлинии определяется по рис. 13.
На ходкость яхты в значительной мере влияют форма строевой по шпангоутам и форма конструктивной ватерлинии. Углы входа и выхода КВЛ представлены на рис. 14.
Более широкие яхты способны нести большую парусность, благодаря чему зачастую оказываются быстроходнее, чем яхты с узкими корпусами.
Новые проекты яхт характеризуются более носовым расположением центра величины, что приводит к полным носовым и острым (вытянутым) кормовым обводам. Это влечет за собой, особенно на малых яхтах, необходимость перемещения центра тяжести экипажа также вперед. Одним из решений этой задачи является перенесение кокпита к миделю судна; в результате появились яхты с двумя рубками и кокпитом между ними (например, яхта «Аметист»).
Распределение водоизмещения надводной части корпуса имеет значение при крене. Обводы в носу и корме должны быть уравновешены так, чтобы положение максимальной выпуклости на возможно большей длине проходило над фальшкилем. Объемы воды, вытесняемые входящими в нее при крене носовой и кормовой частями корпуса, должны быть равны, чтобы корпус не дифферентовался ни на нос, ни на корму. В противном случае с каждым изменением угла крена будут изменяться углы атаки парусов по отношению к вымпельному ветру, а плавника — по отношению к набегающему потоку воды, следствием чего будет увеличение дрейфа и уменьшение скорости яхты.
Из гидромеханики известно, что при увеличении скорости хода повышение давления в носовой части не имеет такого значения, как падение давления позади корпуса. Именно поэтому особенно важно выводить батоксы в корме с меньшим подъемом, чем в носу. Высота кормовой волны зависит как от обводов кормы, так и от коэффициента полноты яхты: у более полной яхты поперечная волна всегда будет выше. Длина поперечной волны зависит только от относительной скорости яхты.
Величина продольной остойчивости яхты влияет на период и амплитуду килевой качки и, следовательно, на скорость. Для повышения продольной остойчивости следует рационально распределить вес яхты по всей длине ватерлинии и в оконечностях. Последние лучше всего освобождать от размещения тяжелых грузов, чтобы этим уменьшить период килевой качки. Это необходимо учитывать, в частности, при выборе места установки мачты, размещении якоря и якорной цепи, вспомогательного двигателя, запасов топлива и питьевой воды, а также расположении и распределении нагрузки жилых помещений. Неблагоприятное влияние оказывает и вытянутый фальшкиль, увеличивающий период продольной качки, в связи с чем судно глубже зарывается в волну; поэтому всегда стараются сосредоточить вес фальшкиля в средней части судна.
Современные килевые яхты обычно имеют вооружение бермудского типа. Малые крейсеры чаще всего вооружаются шлюпом, а яхты с площадью парусности более 40 м2 — тендером. Мореходные яхты с площадью парусности более 50 м2 целе сообразно вооружать иолом или кэчем, поскольку такое вооружение обеспечивает большую безопасность плавания, рангоут получается короче и легче, а центр парусности лежит ниже. Кроме того, благодаря расчленению площади парусности, судно с двумя мачтами при сильном ветре обладает лучшей маневренностью. Под стакселем и бизанью эти яхты могут и хорошо лавировать (даже в бурную погоду) и отлично лежать в дрейфе. На полных курсах и на большой волне рыскливость яхты может быть легко уменьшена уборкой бизани. На иоле или кэче можно сделать поворот оверштаг даже в таких условиях, когда шлюп под зарифленными парусами с трудом удается привести к ветру. Наконец, на иоле и кэче экипажу работать легче, чем на шлюпе, а поэтому общее время постановки и уборки парусов на яхтах сравниваемого типа примерно равно. В то же время шлюп при равной площади парусов дает большую тягу, чем иол или кэч, но, как уже отмечалось, это преимущество на мореходных яхтах достигается за счет снижения безопасности и удобства в эксплуатации.
Высоту парусности яхты над КВЛ можно определить по диаграмме, приведенной на рис. 15.
Проектируя парусное вооружение, следует иметь в виду, что передний парусный треугольник при любом вооружении имеет большее значение в создании тяги, чем грот. На современном этапе развития парусной техники считается, что именно передние паруса, свободные от отрицательного влияния мачты на тягу паруса, играют главную роль. Немаловажное преимущество передних парусов состоит и в том, что их можно легко (в отличие от грота) поставить и убрать. Возможность быстрой постановки передних парусов облегчает использование ветра различной силы путем замены одних парусов другими. Кроме того, высокий передний парусный треугольник позволяет нести большие дополнительные паруса — балун и спинакер, что особенно важно при участии яхты в крейсерских гонках.
В настоящее время яхты внутреннего плавания так же, как и мореходные океанские яхты, имеют площадь переднего парусного треугольника, равную (при обмере учитывается только 85% ее) 40— 45% общей площади парусности, а иногда и выше названных цифр. При вооружении типа тендер обмерный передний парусный треугольник занимает на современных яхтах до 50% общей парусности.
Большие заходящие за мачту стаксели дают очень большую тягу. На короткой лавировке такие стаксели неудобны в управлении, но при длинных галсах в море их преимущества особенно заметны. Большой стаксель дает тяжелой мореходной яхте хороший ход на любом ветру и особенно на зыби.
Следует обратить внимание на правильную проводку штагов на тендере. На основании опыта считают, что расстояние между штагами, измеренное по перпендикуляру к ним, должно составлять 0,2 умножить на корень из S, где S (м2) равно 85% площади обмерного парусного треугольника.
Слишком острые фаловые углы склонны слегка вибрировать и хлопать, что невольно приводит к слишком сильному выбиранию шкотов. Вибрирующий фаловый угол своим биением ухудшает работу и стакселя и грота, поэтому часто стараются уменьшить длину передней шкаторины, что улучшает работу парусов. Такое уменьшение размеров парусов отрицательно сказывается только в слабый ветер; в сильный ветер уменьшение парусности компенсируется улучшением работы стакселя. По этим соображениям целесообразно высокие (топовые) стаксели делать большими по нижней шкаторине.
Применение больших стакселей особенно остро ставит вопрос о центровке яхты. На яхтах с большими стакселями целесообразно центр парусности смещать несколько вперед. Уваливание яхты в слабый ветер окупится хорошей центровкой, а следовательно, и хорошим ходом в свежий и сильный ветер, когда приходится менять большие стаксели на малые.
Расстояние между ЦБС и ЦП лучше всего брать по прототипу, выбираемому с учетом совпадения типа постройки, обводов подводной части корпуса, плавника и т. п. Обычно это расстояние колеблется в пределах 2—18% длины по КВЛ, причем следует отметить, что в последнее время применяются большие значения.
Приведенные диаграммы дают возможность быстро начертить теоретический чертеж яхты и схему ее парусного вооружения. После этого можно приступать к более тщательной проработке чертежа общего расположения яхты и выполнению конструктивного чертежа.
