Предисловие от Богдана, вебмастера сайта "Стугна" : "Перед Вами, уважаемый читатель, статья Марка Миллза (сайт www.mills-design.com), одного из известнейших в мире яхтенных конструкторов. В ней коротко и доступно раскладываются "по полочкам" технические параметры яхты с точки зрения их "удельного веса" в обеспечении ходовых качеств. На мой взгляд, статья для Украинского яхтинга очень своевременна, ибо непонимание влияния того или иного фактора на скорость яхты у нас повальное. Об этом свидетельствуют хотя бы принятые Национальные Правила Обмера, в которых штрафуются величины, имеющие зачастую весьма косвенное значение. Несогласных с этой точкой зрения прошу высказаться на пирсе "Форум" - там и обсудим.
Хочу выразить благодарность яхтенному конструктору Альберту Назарову за рецензию перевода статьи. Все сноски "прим. ред." сделаны от его имени".

Яхтенный проект описывается множеством данных и величин - по корпусу, оснастке и несущим поверхностям (киль, руль и паруса). И многое в таком описании может быть непонятным простому любителю. Задача данной статьи - изложить минимально необходимую базу для понимания влияния величин и описаний яхты на её характеристики.

Главные элементы проекта (параметры первого порядка):

• Длина L
• Водоизмещение Disp
• Площадь парусов SA

Эти три элемента, безусловно, представляют наибольшее значение из всех характеристик. В частности, удельный вес "эффективной длины" составляет 3/4 общей оценки по большинству обмерных правил. Из общей длины важна именно её "эффективная" составляющая, т.е. та, которая погружена в воду. Для простоты измерений обычно используется длина по ватерлинии.

Под "водоизмещением" обычно подразумевают водоизмещение лодки без экипажа и другой переменной нагрузки на борту.

Площадь парусности обычно находится как P*Е*0.5 + I*J*0.5, это измерение площадей треугольников является наиболее верной формой измерения, но она исключает серп грота (mainsail roach) и перекрытие передних парусов (overlap).

Успешная реализация задумки нового проекта состоит главным образом в нахождении нужного соотношения приведенных элементов. Чтобы оценить проекты различных размеров, используются безразмерные соотношения, которые позволяют сделать относительные сравнения. По приведённым формулам легко пересчитать параметры интересующего вас проекта и сравнить с другими известными данными.

Отношение водоизмещения к длине (D/L) определяет "вес данной длины":

D/L = (D/2240)/((0.01*L)^3)
или в единицах SI D/L = (D/1018)/((0.0328*L)^3)
("^3" - это "в степени 3" - прим вебмастера).

(Вообще есть и "метрический аналог" этих британских характеристик - относительная длина - часто используемая у нас (и стандартная в ITTC). Относительная длина L/D^0.333 , для яхт примерно около 4…5 (до 8), большие значения соответствуют более бысроходным яхтам (т.к. величина обратная британской). Но британские - традиционно более признаны в мире как обиходные (примерно как кВт и л.с.) - прим. ред.).

Обычно получаются значения между 30 и 300, чем меньше число, тем легче модель. Значения ниже 100 обычно называют "Сверхлегкими" или ULDB, в эту категорию попадают наиболее спортивные и открытые модели. Востальных же моделях, как правило, цифра получается между 100 и 200.

Отношение площади паруса к водоизмещению (SA/D) есть "отношение прилагаемой силы к массе":

SA/D = SA/(D/62.4)^0.666
или в единицах SI SA/D = SA/(D/28.3636)^0.666

Обычно получаются значения между 15 и 40, чаще всего что-то между 20 и 30, а модели спортивные и открытые между 30 и 40.

(В нашей "метрической" практике берется относительная энерговооруженность SA^0.5/D^0.333 (т.н.число Брюса) или SA/D^0.666 Но можно встретить и английский вариант. Смысл всех этих величин - возможность сравнения яхт, и нам приходится оперировать разными записями - прим. ред.).

Вторичные элементы проекта (параметры второго порядка):

• Площадь смоченной поверхности WSA
• Призматический Коэффициент Cp
• Положение центра величины (т.е. центра погруженного объема) по длине (абсцисса ЦВ, обозначается у нас как Хс) LCB
• Положение цетра тяжести площади ватерлинии по длине (Xf) LCF
  (Эти величины CP, LCB, LCF характеризуют распределение водоизмещения по длине - прим. ред.)
• Восстанавливающий момент RM характеризует остойчивость, зависящую от:
  • остойчивость формы - ширина по ватерлинии и форма ватерлинии;
  • положение центра тяжести по высоте VCG, аппилката ЦТ (у нас обозн. Zg);
  • дополнительный балласт - вода, качающийся киль.

Эти вторичные переменные часто являются основными в "тонкостях" проектирования и их значения зависят от назначения яхты. Когда проекты, приблизительно равные по основным характеристикам, гоняются между собой, результаты обычно зависят от того, насколько выбранные вторичные характеристики соответствуют данным условиям гонки, а именно: соотношения полных курсов и лавировки, параметры волны, сила ветра и т.д.

Отношение площади парусности к площади смоченной поверхности (SA/WSA) это отличный параметр ходовых качеств яхты в условиях лёгких ветров, когда основную часть суммарного сопротивления составляет сопротивление трения, а доля волнового сопротивления ничтожна. Значения обычно колеблются между 2 и 4.

Коэффициенты формы корпуса типа призматического и продольного расположения центра величины и цента тяжести ватерлинии обычно не публикуются, хотя они и значительно влияют на характеристики. В частности, призматический коэффициент выбирается в зависимости от силы ожидаемого на дистанции ветра. Призматический коэффициент описывает полноту оконечностей яхты относительно середины - острый нос и корма, и концентрация водоизмещения у миделя, т.е. водоизмещение распределено в виде "волны" (строевая по шпангоутам волнообразная), что приводит к меньшему трению, но также понижает максимально достижимую скорость. В условиях сильных ветров предпочтителен более высокий призматический коэффициент для достижения максимальных скоростей.

Параметры третьего порядка:

• Форма обводов корпуса;
  • Плавность входа носовой оконечности;
  • Наличие площади для динамического поддержания;
    (Это опрелеяет способность яхты глиссировать - ведь корпус с узкой кормой тяжело вывести на этот режим - прим. ред.)
  • Запас плавучести - определяется высотой надводного борта;
• Соотношения элементов несущих поверхностей;
  • Удлинение вооружения P/E, I/J ;
  • Удлинение киля и пера руля Span^2/Area (Размах^2/Площадь)
    (У яхтенного киля размах - это высота от плоскости днища до нижней точки киля. Это пришло к нам из авиации - чем больше размах (т.е. Уже и длиннее крыло), тем оно эффективнее в образовании подъемной силы. Так и у яхт - более вытянутый по высоте киль обеспечивает лучшие лавировочные качества. Аналогично - вооружение, см. предыдущий пункт - прим. ред.).
• Взаимодействие корпуса и выступающих частей - киля, руля
  (Например, величина щели между крылом и корпусом. Если щели нет, то эффективный рамах увеличивается в 1,7-2 раза. Чем больше щель, тем меньше этот эффект. А если крыло пересекает поверхность воды, то его эффективность снижается до 0,8 и даже менее за счет образования воздущной каверны - прим. ред.).
• Форма в плане и профили киля и руля.
  (Форма в плане определяет, например, индуктивное сопротивление киля - эллиптическая форма более эффективна чем прямоугольная, и т.л. Тип пофиля NASA, GO, ЦАГИ и т.д. определяет тонкую гидродинамику крыла - критический угол атаки, градиент подъемной силы и т.д. - прим. ред.).

Достичь удачного сочетания этих элементов весьма тяжело, если яхта предназначена для гонок с учётом правил обмера. Можно сделать наилучшие сочетания параметров под конкретные правила, но на следующий же день эти правила могут существенно измениться. Хочет ли клиент быструю лодку, которая менее соответствует правилам, или его больше интересует "выжиматель формулы", где абсолютные характеристики будут далеки от идеальных? Хочет ли клиент принять проект, который работает хорошо при желательных обстоятельствах, но не настолько всесторонний? Хочет ли вложить средства в альтернативные методы? Нетрудно увидеть, насколько неоднозначен процесс проектирования!

Обьединение всего вышеописанного в требуемый заказчиком проект - и есть главная цель яхтенного конструктора. Любая яхта - это компромисс характеристик, каждая из которых в каждом конкретном проекте имеет свою значимость.

Марк Миллз.

 

05.02.2002