Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Площадь шверцев

На тримаране “Бриз” боковое сопротивление создается откидными шверцами выпукло-вогнутого профиля установовленными под углом к продольной оси судна. Тримаран лавирует без дрейфа; на лавировке работает только подветренный шверц, плотно прижатый потоком воды к баллону корпуса. Наветренный шверц, не несущий нагрузки, отбрасывается от корпуса и поднимается из воды. Прижатие шверца к мягкому баллону предотвращает ухудшение обтекания корпуса из-за наличия шверца и вентиляцию самого шверца.

При смене галса на тримаране следует производить смену шверцев; это как и на проа затрудняет лавировку в узостях. Однако оказалось, что на такой короткой лавировке можно идти поставив оба шверца и не трогая их при смене галса. Наветренный шверц, стоящий под небольшим отрицательным углом атаки, не создает своей подъемной силы и не несет нагрузки, а его сравнительно небольшим сопротивлением в данном случае можно пренебречь.

Шверц работает как крыло и при движении судна создает силу бокового сопротивления

, (10)

где -заглубленная, находящаяся в воде площадь шверца. Гидродинамические коэффициенты шверца, его подъемная сила и индуктивное сопротивление, как крыла конечного размаха, определяются приводившимися ранее соотношениями

, (7)

где - эффективное удлинение шверца.

На ходу шверц создает силу бокового сопротивления равную аэродинамической силе дрейфа D. Соответственно, отношение площади шверца к площади парусности будет равным

. (11)

Входящее сюда отношение скоростей судна и вымпельного ветра выражается через углы и с помощью формулы (2) треугольника скоростей. Имеем:

(12)

Для шверцев целесообразно использовать выпукло-вогнутый профиль К-2, поляра которого показана на рис.23;он при угле атаки и эффективном удлинении имеет и гидродинамическое качество . Приняв для оценки, что , имеем (при )

Эффективность работы шверцев или шверта зависит от формы их профиля и их удлинения, но в любом случае потребная площадь шверцев невелика. Это обусловлено тем, что вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, а также возможностью применения для шверцев специальных профилей высокой эффективности. Хотел бы заметить, что большое число всевозможных профилей и методики несложных расчетов крыльев можно

найти в литературе по авиамоделизму; они могут быть полезны при проектировании швертов и рулей парусных судов.

На многих катамаранах для создания бокового сопротивления используют один центральный шверт, который, поскольку он должен работать на обоих галсах, по необходимости имеет симметричный профиль; обычно применяют профили типа NASA-0006 и NASA-0009. Для таких швертов используют специальную тросовую расчалку, позволяющую им свободно разворачиваться на несколько градусов в обе стороны; разворот шверца потоком воды обеспечивает необходимый установочный угол атаки. Рули парусных судов также должны работать на обоих галсах; для них можно рекомендовать толстый симметричный профиль NASA-0012. Поляра и таблица ординат которого даны на рис.36. Его достоинство в том, что на нем срыв обтекания отодвинут до больших углов перекладки чем на тонких профилях, а тем более на плоской пластине. Руль с таким профилем получается тяжелым, но работает эффективно. Площадь руля “Бриза” с профилем NASA-0012 составляла 0,15 , причем руль длинный; это необходимо, чтобы избежать потери управляемости тримарана при движении на крупной попутной волне из-за оголения пера руля.

На всех парусных судах традиционно применяют рули, шверты и шверцы, изготовленные из жестких материалов. Они громоздки и некомпактны; к тому же их симметричные профили малоэффективны. На ранее упоминавшемся гребном катамаране-велосипеде В.Полетайкина на транце одного из баллонов установлен для подруливания при гребле небольшой рулек, представляющий собой металлическую рамку, обтянутую тканью "Теза”. Такой руль работает как парус: при перекладке его в ту или иную сторону ткань прогибается, и руль приобретает тонкий асимметричный профиль.

То, что рули и шверты можно делать мягкими из ткани по типу паруса, было осознано давно, но на практике дело до этого так и не дошло. Руль катамарана В.Полетайкина – первый реально работающий образец гидропаруса. Были также попытки сделать жесткие шверты изменяемого профиля, но их конструкция получается очень сложной.

Для шверцев, работающих только на одном галсе, целесообразно применять эффективные выпукло-вогнутые профили. В свое время я сделал для “Бриза” из стеклопластика выпукло-вогнутые шверцы с профилем G-361 с рабочей площадью каждого из шверцев около 1% от площади парусов. Шверцы небольшие, легкие и никаких претензий к ним не было. Стеклопластик хорош тем, что если выпукло-вогнутый шверц оказывается недостаточно жестким, его легко нарастить с выпуклой стороны профиля.

Выпукло-вогнутые шверцы можно делать и из дерева; такие шверт-рули проа вытесаны топором и стамеской из обычной толстой доски –сороковки, отшлифованы, лакированы и вполне удовлетворительно работают.

Следует заметить, что на эффективных шверцах или швертах выпукло-вогнутого профиля, имеющих большую подъемную силу, возникает значительное разрежение, и возможен прорыв воздуха вниз по выпуклой стороне шверта; вокруг шверта может образоваться воздушная каверна. Она часто наблюдается, когда шверт работает на слишком больших углах атаки, особенно, если сорвано его обтекание. На “Бризе” вентиляция шверцев предотвращается тем, что они прижаты к мягкому баллону корпуса, действующему как уплотнитель. Там, где такого уплотнения нет, возможны осложнения.

Шверты, шверцы и рули – крылья конечного размаха, на оконечностях которых возникают краевые вихри, определяющие их индуктивное сопротивление; эффективность их работы зависит от их эффективного удлинения, которое, в свою очередь, определяется тем, как установлен шверт. Для свободного крыла полностью находящегося в воде или в воздухе, имеющего прямоугольную в плане форму, площадь и хорду профиля b удлинение равно геометрическому . Если шверт стоит под днищем судна, и перетекание воды через его верхнюю кромку отсутствует, его эффективное удлинение вдвое больше геометрического.

Возникающие за крылом, парусом или швертом вихревая пелена и краевые вихри, с которыми связаны их подъемная сила и индуктивное сопротивление, в однородной среде, в воде или в воздухе, невидимы, но их можно наблюдать, если свободно стоящий шверт пересекает поверхность воды. По разным сторонам такого шверта возникает разность уровней воды; обтекающие его струи смыкаются за ним с перепадом уровней, и за швертом возникает мощная спирально закрученная струя воды – вышедший на поверхность краевой вихрь. Хотя перетекание воды через верхнюю кромку шверта в данном случае отсутствует, приповерхностный краевой вихрь дает свой значительный вклад в индуктивное сопротивление шверта. Эффективное удлинение шверта, пересекающего поверхность воды, существенно меньше, чем у шверта, прикрытого сверху днищем судна.

Эффективность боковых шверцев катамаранов и шверт-рулей проа, имеющих выпукло-вогнутые профили, можно еще более увеличить, если делать их по типу разрезного крыла самолета с предкрылком и закрылком с большим удлинением. Это позволяет еще в 2-3 раза уменьшить их потребную площадь, но на практике такой вариант пока еще не испытывался. Смущает то, что шверты и шверцы должны быть не только эффективными, но и прочными; то же проа при подходе к берегу часто садится на свой шверт-руль; надо разрабатывать достаточно прочную конструкцию разрезного шверт-руля.