Шверты на катамаранах что это

Геометрия швертов и рулей парусных катамаранов

Известно, что шверты и рули оказывают большое влияние на ходовые качества катамарана, тем не менее при проектировании швертов и рулей неизбежно возникает вопрос: как именно сказывается на их работе изменение тех или иных геометрических характеристик (площади, удлинения, профиля и т. п.)?

Катамараны ходят, главным образом, под острыми углами к ветру. Отсюда вытекает основное требование к швертам: они должны так уравновешивать силу дрейфа надводной части катамарана, чтобы дрейф был минимальным, а скорость хода наибольшей.

Для расчета поляры корпуса со швертом и без него была использована методика, изложенная в [3]; удельное остаточное сопротивление R_o/D оценивалось по графику на рис. 69, б.

Были исследованы четыре профиля шверта (табл. 1 и 2).

Симметричный профиль NACA-0006 часто применяется для хвостового оперения дозвуковых самолетов.

На катамаране имеется возможность применения несимметричных профилей. Профиль А-6°/о имеет небольшую кривизну и отличается высоким максимальным аэродинамическим качеством К_max = 28,4 при удлинении λ = 5.

Профили NACA-2406 и CLARK-Y имеют большую кривизну, причем последний профиль — плоско-выпуклый, т. е. имеет предельную вогнутость для относительной толщины с = 0,117 (профили с вогнутой дужкой мы здесь не рассматривали).

Поляры аэродинамических характеристик этих профилей приведены на рис. 1. Рассматривались шверты с удлинением, указанным на поляре соответствующего профиля, за исключением тех расчетов, где варьировалось удлинение швертов.

Для пересчета аэродинамических характеристик профиля с одного удлинения на другое мы пользовались методикой, приведенной в [2] и [3], причем коэффициенты т и 6 для удлинений, меньших 5, заимствованы из [7] и приведены на рис. 2. Под удлинением шверта мы понимали величину:

где Т — осадка катамарана со швертом, S_ШВ — площадь шверта.

Выполненные расчеты показали, в какой мере различные геометрические характеристики шверта влияют на дрейф и скорость хода катамарана на лавировке.

Зависимость угла дрейфа катамарана от площади швертов с различными профилями показана на рис. 3.

Вычисленные скорости хода катамарана, оборудованного всеми рассмотренными вариантами швертов, сведены на рис. 4. Анализ результатов расчетов показывает, что скорость движения довольно слабо зависит от профиля и площади шверта. Разброс точек на рис. 4 обусловлен, скорее всего, погрешностью расчетов. Однако следует помнить, что индуктивное сопротивление корпуса возникает при малейшем дрейфе. Рис. 5 показывает, что уже при угле дрейфа 2—3° общее сопротивление корпуса заметно увеличивается. Поэтому конструктор гоночного катамарана должен реализовать все средства для уменьшения гидродинамического сопротивления и подбором площади и геометрии шверта сводить дрейф катамарана к минимуму на основном режиме — лавировке.

Профиль шверта, как показали расчеты, также не оказывает большого влияния на скорость катамарана, если дрейф невелик. Действительно, катамаран со швертом площадью S_ШВ = 0,5 м 2 и профилем NACA=0006 (вогнутость f = 0) на рассматриваемом режиме развивает скорость υ = 5,5 м/сек при дрейфе δ=2°. Сопротивление шверта при этом составляет 6,4 кг, а сопротивление корпуса 47 кг. Со швертом профиля NACA-2406 (f = 2%) той же площади катамаран будет иметь дрейф 0,7°; при этом сопротивление шверта составит 8 кг, а корпуса 48 кг. Общее сопротивление увеличилось лишь на 5%, а скорость хода упала на 2,5%. Такое небольшое изменение скорости лежит в пределах погрешности расчетов.

Относительная толщина профиля с в рассматриваемом нами диапазоне изменения от 6 до 12% хорды также практически не сказывается на скорости катамарана.

Мы убедились, что применение несимметричных профилей большой вогнутости обеспечивает минимальный дрейф на лавировке при небольшой площади шверта. Однако такой шверт будет вызывать на полных курсах дрейф катамарана на ветер. При этом не только без нужды увеличивается сопротивление корпусов, но и затрудняется управление яхтой: катамаран на галсе на нижний знак может настолько вынести на ветер, что придется либо непрерывно уваливаться, либо даже подходить к знаку другим галсом. Автор статьи убедился в этом на своем катамаране «Вымпел» в гонках 1965 г. Катамаран был оборудован швертами профиля CLARK-Y площадью 0,19 м 2 каждый и совершал лавировку практически без дрейфа, что очень удобно при «нацеливании» на знак. Однако после огибания верхнего знака приходилось тотчас приподнимать шверт во избежание дрейфа на ветер.

Если применяются шверты кинжального типа, следует изготовить один симметричный шверт небольшой площади специально для полных курсов. На катамаранах с поворотными швертами вопрос решается частичным выбиранием шверта; при этом косое обтекание шверта и уменьшение его площади предотвращают дрейф на ветер.

Была исследована целесообразность одновременной работы двух несимметричных швертов. Для большей наглядности был рассмотрен профиль с наибольшей кривизной — CLARK-Y. Как показали расчеты, одновременное использование двух швертов с этим профилем общей площадью 0,4 м 2 приводит на лавировке к заметному ухудшению ходовых качеств катамарана (см. рис. 4): скорость составляет только 5,1 против 5,5—5,8 м/сек для других рассмотренных вариантов. С уменьшением вогнутости профилей можно ожидать увеличения скорости хода только до скорости, развиваемой с симметричными швертами. Дрейф катамарана с рассмотренной системой швертов больше, чем с другими швертами той же площади. Таким образом, трудно согласиться с авторами статьи [5], отстаивающими целесообразность одновременного использования обоих несимметричных швертов.

Графики (рис. 6) иллюстрируют влияние удлинения пера шверта на лавировочные качества катамарана. С уменьшением удлинения шверта (площадью 0,2 м 2 ; профиля CLARK-Y) с 6 до 4 дрейф увеличивается с 1,1° до 2,0°. С дальнейшим уменьшением удлинения до 2,5 дрейф достигает 3,5°. Скорость катамарана с таким швертом составляет всего лишь 5,1 м/сек.

Применение швертов с удлинением, меньшим 4—4,5, приводит, как мы убедились, к заметному снижению скорости и росту угла дрейфа и не может быть рекомендовано для гоночных катамаранов. Но и увеличение удлинения свыше 6—7 вряд ли целесообразно.

Подбор геометрических параметров швертов можно производить в такой последовательности.

1. Построить поляру надводной части катамарана с учетом интерференции рангоута с парусами.

Для определения коэффициента лобового сопротивления надводной части корпуса на различных курсовых углах можно воспользоваться выражением:

Влиянием крена на изменение этих площадей можно пренебречь.

2. Построить поляру подводной части корпуса. Методики необходимых расчетов изложены в [3].

3. Построить в первом приближении круговую диаграмму скоростей хода катамарана по методике, изложенной в [3] и [4]. Для расчетов на этом этапе можно выбрать шверт средней площади с симметричным профилем, а сопротивление рулей не учитывать.

4. Определить курсовой угол, соответствующий наивыгоднейшему режиму лавировки. Варьируя площадь и профиль шверта принятого удлинения, найти параметры шверта, наилучшим образом удовлетворяющие расчетному режиму (скорости и курсовому углу вымпельного ветра, скорости хода катамарана).

При выборе профиля и геометрии шверта следует принимать во внимание материал, конструкцию и технологию изготовления шверта.

Потребную площадь шверта, если конструктор выбрал симметричный профиль, можно разнести на два шверта и использовать их на лавировке одновременно. Однако при ходе с креном на волнении шверт наветренного корпуса будет часто обнажаться и работать не в полную силу.

Уточнив элементы шверта и выбрав площадь и профиль рулей, можно построить уточненные круговые диаграммы скоростей хода катамарана при интересующих нас силах ветра.

Несколько слов о подборе профиля пера руля.

Если катамаран хорошо отцентрован, его рули обтекаются под весьма малым углом атаки. В этих условиях основным сопротивлением является профильное. Аэродинамиками разработаны серии профилей с малым профильным сопротивлением — это ламинаризированные профили, отличающиеся большим удалением максимальной толщины от носка профиля. Благодаря этому смещается от носа и критическая точка, т. е. точка перехода ламинарного потока в турбулентный. Ламинарный поток с меньшим трением обтекает поверхность профиля, и профильное сопротивление заметно снижается. Если, например, коэффициенты минимального профильного сопротивления обычных симметричных профилей равны 0,0044—0,0060 C_XPmin, то для ламинаризированных профилей они уменьшаются до 0,0030—0,0037 C_XPmin.

Следует помнить, что при обтекании потоком под некоторым углом атаки указанное преимущество ламинаризированных профилей теряется, и сопротивление их мало отличается от сопротивления обычных профилей. Это иллюстрируется полярой профиля NACA 65-006 (рис. 7).

В табл. 1 приводятся ординаты профиля NACA66-006, отличающегося от профиля NACA65-006 еще большей ламина-ризацией потока и меньшим профильным сопротивлением (для профиля NACA66-006 C_XPmin = 0,0030, а для профиля NACA65-006 C_XPmin = 0,0035).

Полярой профиля NACA66-006 мы, к сожалению, не располагаем.

Может случиться так, что проектировщика по тем или иным соображениям не удовлетворит ни один из профилей, которыми он располагает. При модификациях профилей надо учитывать следующее.

Рассмотрим вкратце влияние геометрических параметров профиля на его аэродинамические характеристики.

Влияние вогнутости / при неизменной толщине. При увеличении вогнутости / увеличивается С_{y max}; значительно увеличивается C_XPmin; уменьшается:

увеличивается угол нулевой_подъемной силы α₀.

Влияние толщины с при неизменной вогнутости. С увеличением толщины с увеличивается С_{y max} (при возрастании с до 13—16%; при больших c C_{y max} падает); увеличивается С_XPmin; уменьшается:

не изменяется угол нулевой подъемной силы α₀.

Влияние стрелки прогиба нижнего контура профиля. Выпуклая нижняя дужка уменьшает С_y, C_x и (C_y/C_x), а вогнутая — увеличивает их.

Положение максимальной вогнутости профиля по хорде χ_f. Наибольший С_{y max} получается при положении максимальной вогнутости на 20—30% хорды: наибольшее качество:

при χ_f = 20÷40%; наименьший C_XPmin — при χ_f = 40% хорды; наименьшее α₀ — при 10% хорды.

Высота задней части профиля. По мере увеличения ординат задней части профиля (например, с целью увеличения прочности задней кромки шверта) С_XPmin немного повышается, качество (C_y/C_x) понижается.

Источник

Шверт в водном туризме

Автор: Илья Култаев · Опубликовано 16.05.2020 · Обновлено 16.05.2020

А нужен ли вообще шверт среднестатистическому туристскому судну? Как и во всех туристских вопросах здесь нет однозначного ответа.

Что такое шверт? Это такая «пластина», которая устанавливается вертикально под судном и выполняет роль вертикального крыла. При обтекании этого крыла потоком воды, создается подъемная сила, при правильном подборе полностью компенсирующая дрейф от ветра.

При погружении шверта в движущуюся относительно судна воду, он создает небольшое лобовое сопротивление движению, но за счет эффекта крыла, шверт создает значительно большую чем лобовое сопротивление подъемную силу, направленную поперек движения потока.

На первый взгляд, шверты и шверцы нужны только парусным судам для возможности лавировки, читай борьбы с дрейфом. Так как у парусников единственный движитель, это ветер, то для возможности двигаться в противоположную направлению ветра сторону нужно сопротивляться дрейфу.

Большая же часть сплавных туристских судов в качестве движителя использует мускульную силу своих экипажей. Таки м образом, движение на острых к ветру курсах возможно и без шверта. Ну а на бурной воде он и вообще только мешает и является лишним грузом.

Однако, если на вашем маршруте встречаются озера, то на них зачастую дует ветер, и по старой туристской традиции он скорее всего будет встречно-боковым 😉

Что в этом случае вам может дать шверт? Он может дать вам значительную экономию сил и времени на преодоление озер при встречном, встречно-боковом и боковом ветре. Да и при попутно боковом ветре вы можете оценить наличие этой штуки. За счет появления возможности грести в направлении значительно ближе к нужной точке за счет снижения дрейфа.

К примеру, вам нужно пересечь участок открытой воды при встречно-боковом ветре. При этом, кроме вашей мускульной силы, к катамарану будет прикладываться еще и сила дрейфа, определяемая парусностью вашего судна (да-да, даже если у вас нет паруса, парусность у судна и экипажа все равно есть 😉) Сила дрейфа зависит от размеров и формы вашего судна, качества его загрузки, степени укрытости экипажа в кокпите судна, наличии лишних веревочек и прочих мотявочек на поверхностях обтекаемых воздухом, … ну и конечно силы ветра.

Допустим, обстоятельства сложились так, что на акватории дует встречно-боковой ветер, а сила дрейфа вашего судна равна половине силы, которую длительное время может развивать экипаж при гребле (половине вашей крейсерской скорости). То есть у экипажа есть возможность двигаться против ветра, со скоростью вдвое меньше, чем в штиль.

Как думаете, на сколько дольше вы будете пересекать водоем в этих условиях? Давайте рассмотрим задачку схематично. Влияние волн на поведение катамарана пока отбросим.

Для поддержания заданного курса нужно задать упреждение порядка 24 градусов, а скорость движения при этом уменьшится вдвое

Из рисунка видно, что при таких условиях итоговая скорость катамарана на нужном курсе будет на 50% ниже скорости в безветренную погоду. Что это означает? А означает это, что при заданных условиях катамаран пойдет вдвое медленнее и на преодоление нужного отрезка пути вам понадобится потратить более чем втрое больше времени и сил.

И это без учета потерь на возросшее сопротивление корпуса, движущегося не по оси движения, а скулой к нему и без учета влияния вон на судно и управление им.

А как изменится ситуация, если поставить на кат шверт? Естественно, сила ветра от установки шверта в рабочее положение не изменится, а его воздействие на судно даже немного возрастет, так как судно будет двигаться несколько под более пологим углом к ветру и его парусность несколько увеличится.

Однако, наличие подъемной силы, развиваемой правильно подобранным швертом при движении в потоке достаточно для того, чтобы грести на катамаране было возможно практически в требуемом направлении. Дрейф при этом сокращается на порядок, и как следствие значительно снижаются потери скорости, времени и сил на перемещение в заданном направлении.

К примеру, если при движении со швертом ваша скорость снизится по отношению к штилевой на четверть (вместо вдвое без него), то на преодоление акватории со встречно-боковым ветром вы будете тратить уже не втрое больше времени и сил, а всего на треть ;-))

Естественно есть способы снизить затраты сил и времени при встречно-боковом ветре и без шверта. Для чего применяются различные тактические и стратегические решения, но при наличии этого нехитрого устройства, ваш арсенал возможных решений расширяется!

Возвращаясь к первым строкам статьи: «А нужен ли вообще шверт среднестатистическому туристскому судну?» напомню, что в общей массе туристов, людей имеющих высокую квалификацию и ходящих только на сложные сплавные реки меньшинство, значительная часть туристов водников имеет весьма посредственную квалификацию и им шверты могут быть довольно полезны. Особенно при движении по озерам и широким плесам.

После того, как в прошлом году попробовал погрести с опущенным в воду швертом, в голове крепко засела мысль, что эти несколько сотен грамм не только хорошая спинка в рюкзаке при транспортировке, но и вещь, здорово экономящая силы при гребле в традиционную водную погоду.

Источник

Парусное вооружение для катамаранов

Существенно расширяет географию походов.

Комбинируйте туристические маршруты по вашему желанию.

Подходит ко всем сплавным катамаранам.

Легко устанавливается в походных условиях.

		Доработка катамарана не требуется.
	Бермудские паруса позволяют ходить в лавировку против ветра.

Для установки мотора потребуется транец, а также руль, если мотор не имеет поворотного механизма.

Если катамаран имеет большую «паразитную парусность» (т.е. боковой ветер его легко сбивает с курса), что часто проявляется на катамаранах с гондолами большого диаметра (60-70см), то можно дополнительно оборудовать катамаран швертом.

На с плавн ых катамаран ах изначально не предусмотрена возможность установки парусного вооружения. От чисто парусного катамарана его отличает гораздо менее жесткая и узкая рама, больший диаметр гондол, отсутствие киля и штевня, а также крепежей, позволяющих установить основные элементы парусного вооружения: мачту, шверт, руль.

Наиболее заманчивой выглядит идея сделать из сплавного катамарана универсальное судно, на котором можно сплавляться как по бурным рекам, так и ходить под парусом по открытым просторам. Парусное вооружение такого катамарана должно быть полностью разборным, чтобы на речном участке маршрута его можно было упаковать в чехол и компактно разместить на палубе, а при выходе на открытую воду – быстро поставить и поднять паруса, не разбирая и не разгружая катамаран.

Это позволит существенно расширить географию походов и комфортно сочетать в одном походе различные участки: реку, озера, море.

Мы задались такой целью и в итоге разработали, изготовили и опробовали в многочисленных походах универсальное парусное вооружение для катамаранов.

Подробнее о его основных элементах:

Тип парусов – бермудский. Он позволяет ходить как полными (попутными) курсами так и под острым углом к ветру (лавировать против ветра). Он прост в установке и в управлении. Парусное вооружение с остоит из двух парусов: грота (позади мачты) и стакселя (перед мачтой).

Так как рама сплавного катамарана не обладает достаточной жесткостью, то раскрепить мачту только вантами и штагами, как на парусных катамаранах, не получится. Во-первых, рама будет прогибаться, ванты провисать, а мачта свободно раскачиваться. Во-вторых, давление основания мачты на раму будет слишком сильным и может при порывах ветра проломить поперечную балку (бимс) рамы.

Наиболее простым и надежным вариантом является установка мачты на жестких опорах, которые распределяют давление мачты на раму катамарана и переносят его ближе к гондолам, где жесткость рамы больше за счет стрингеров и давления воздуха в гондолах.

Такую конструкцию можно дополнить вантами и штагом для большей устойчивости верхней части мачты (топа), что позволит сохранить оптимальную форму паруса.

Степс можно установить на бимс катамарана или на центральный стрингер. Во втором случае, мачту можно будет смещать вдоль судна для поиска наиболее оптимального положение мачты.

Центральный стрингер можно закрепить на бимсах катамарана при помощи специальных хомутов.

Если катамаран имеет плоскую, жесткую, прочную, надежно закрепленную палубу, то на нее можно установить степс с плоским основанием.

Шверт необходим для сопротивления дрейфу, особенно при боковом ветре (галфвинде) и при лавировках против ветра (при бейдевинде). При попутном ветре (фордевинде) шверт обычно поднимают, так как он в таких случаях не работает.

На лодках часто используют швертовой колодец с опускаемым в него пером шверта, но на катамаране подобное сооружение выглядит слишком громоздким и неудобным, к тому же, в швертовом колодце перо шверта не имеет возможности подняться при налете на препятствие и поэтому в таких случаях вероятны поломки. Также, в швертовом колодце остаются небольшие зазоры между пером шверта и краями колодца, что приводит к биению шверта о края колодца, его постепенному износу и, в итоге, к поломке.

На катамаранах шверт можно раскрепить на тросах. Такой шверт можно сделать подъемным и откидным. Недостатки такого крепления: сложно настроить вертикальное положение шверта и вероятны вибрации шверта при движении.

Для катамарана наиболее оптимальным является крепление шверта к бимсу. Так, давление на перо шверта распределяется на участок бимса, шверт имеет возможность самостоятельно откидываться при ударе о препятствие, а перо шверта жестко зафиксировано на креплении, так что люфты, практически, отсутствуют, что значительно сокращает риск поломок.

Глубину погружения шверта можно регулировать, что удобно на мелководье.

Такие, как правило, изготавливают из листового дюраля с внутренними лонжеронами, композитных материалов (стеклопластика, углепластика и т.п.), дерева. Более простой вариант – плоское перо шверта из водостойкой фанеры.

Руль можно установить на центральный стрингер катамарана. Это позволяет вынести руль на некоторое расстояние в сторону кормы, что повышает его эффективность.

Руль также можно установить на кормовой бимс катамарана, если он находится достаточно близко к корме (как правило, на 4-6 местных катамаранах).

Для обоих случаев мы реализовали крепления, в которых перо руля жестко зафиксировано в рулевом механизме, что позволяет избежать лишних люфтов, биений пера о крепление и, соответственно, поломок пера. При налете на препятствие перо откидывается назад и затем возвращается в рабочее положение за счет оттяжки.

Более простой вариант – применение весла в качестве руля. Такой вариант хорош дешевизной, компактностью, малым весом, универсальностью (весло можно использовать также и для гребли, в том числе сделать распашные весла).

Однако, такой руль подойдет только при небольшой площади парусов (примерно, до 6м2) и для относительно коротких дистанций, так как усилие на рулевом весле будет постоянно большим, что некомфортно при длительных переходах.

На катамаране можно установить одновременно парусное вооружение и мотор. Мотор лучше установить по центру кормового бимса катамарана (так вектор тяги мотора будет расположен вдоль оси катамарана), а руль можно сместить в сторону или установить двойной руль.

В нашем парусном вооружении центральный стрингер (на котором располагаются степс мачты и стопора шкотов парусов) и транец совместимы между собой.

Источник