Показаны сообщения с ярлыком парус. Показать все сообщения
Показаны сообщения с ярлыком парус. Показать все сообщения

четверг, 29 сентября 2011 г.

«Винни – пух» под парусом.



Любой опытный судоволаделец-маломерщик подтвердит: среди профессионально спроектированных лодок нет плохих, есть неправильно используемые. При выборе проекта для постройки важно «прочувствовать» соображения, которыми руководствовался конструктор, принимая то или иное техническое решение, и сопоставить их с собственными потребностями и возможностями – совпадение определит успех предстоящих усилий.

 Каким может быть минимальный парусно-моторный «крейсер» для Северо-Запада, рассказывает конструктор и строитель Владимир Богданов.
Я плаваю на Ладоге с 1965 г. На моторных лодках и катерах, на швертботах и яхтах, ну, и, конечно, на пассажирских теплоходах на любимый остров Валаам.

 Бывал во всех уголках озера, у северных и южных берегов, западных и восточных. Когда бензин был очень дешевым, ходил на тримаране «Шторм» рыбачить в район озера между островами Зеленцы и Кобоной, на отмели в район Осиновецкого маяка либо загорать на пляже у деревни Кокорево.


 В 1974 г. на том же тримаране пересек Ладогу и пришел в Сортавалу, на обратном пути посетил несколько шхер и островов северного побережья. В другие годы совершал на моторных лодках набеги на острова Валаамского  архипелага, острова Мекерикке, Рахмансаари, Путсаари, Лаувотсаари. 

В 1978 г. с друзьями совершили поход из Приозерска в район острова Койонсаари на двух швертботах польского производства. Швертбот «Мева» (порусски – «Чайка») длиной 3.7 м был в то время очень популярным и, кажется, единственным сборно-разборным, который тогда продавался в магазинах. В 1998 г. совершил поход на 10-метровой яхте «Викинг» по маршруту Петербург–Шлиссельбург–Валаам.

Все эти воспоминания – для того, чтобы пояснить, что у меня есть некоторый опыт плаваний, который позволил понять, какую лодку я хочу построить для путешествий в прибрежных водах. Итак, выбор таков: это должна была быть парусная лодка небольших размеров с каютой на двух человек, с небольшой осадкой, простым вооружением (один парус, без стоячего такелажа), но с закруткой паруса вокруг мачты, с подвесным мотором и с веслами.


 Она должна иметь небольшой вес, что позволяло бы перевозить ее на прицепе за легковым автомобилем. Швертбот исключался – был печальный опыт маневра «оверкиль», да и в каюте швертовый колодец не прибавляет комфорта.
Проектирование было начато нетрадиционно – с изготовления модели из пенопласта в масштабе 1:20. Обычно я начинал с разработки чертежей общего вида, планов, сечений по шпангоутам и, конечно, с теоретического чертежа.

Технология постройки была выбрана модная – методом «сшей и склей». Но поскольку планировалось построить только одно судно, времени для формирования его корпуса было потрачено больше, чем при традиционной наборной технологии.

 По модели были вырезаны из ватмана поясья борта, скулы и днища и разграфлены сеткой, которая помогла определить координаты контуров всех этих поясьев модели. Далее были склеены «на ус» из фанеры заготовки для поясов уже корпуса яхты.


После этого заготовки были разграфлены сеткой в масштабе 1:20, и, естественно, о ней нанесены координаты поясов и по намеченным точкам укладывалась 5-метровая рейка из дерева – для сглаживания намеченных точек рейка прижималась грузами и проводилась уже исправленная линия контура реального пояса. Затем поясья корпуса вырезались электролобзиком в чистый размер.

При сборке корпус расположили килем вниз. На пол цеха выставили три поперечных бруска – под мидель, нос и корму и на них уложили пояс днища, по периметру которого просверлили отверстия для стяжек. Затем пристыковывали на стяжки (начиная от форштевня) пояс скулы сперва правого борта, потом левого борта.

 По линии форштевня скуловые поясья «сшивались» между собой пятью стяжками. Вставляли заранее изготовленные мидель-шпангоут и транец и временно крепились к скуловому поясу саморезами. После этого скулы правого и левого бортов внутри оклеели полосами стеклоткани на эпоксидном связующем, установили моторную переборку.


Можно было сшивать бортовые поясья с уже готовой конструкцией, но в таком случае при подгонке и монтаже деталей выгородок, платформ каюты, кокпита и моторного отсека пришлось бы много раз перелезать через высокий борт и обратно.

 Поэтому до установки бортовых поясов сразу монтировали выгородки, платформы каюты кокпита и моторного отсека,  затем приформовывались к днищу, скуловым поясам, к переборкам при легком доступе снаружи. В носу был установлен профилированый форштевень из соснового бруска, а на днище приформована подушка для степса.

 И только после этого были «пришиты» бортовые пояса к скуловым поясам, транцу и друг к другу на форштевне с последующей проклейкой мокрыми угольниками.


 Наконец по бортам были установлены привальный брус, рамный шпангоут в районе мачты и носовая переборка, а между бимсом рамного шпангоута и форштевнем – широкая доска, склеенная из сосновых брусков 30x30 мм с отверстием для степса мачты. По завершении этих операций была настлана палуба, корпус перекантован вверх килем.

В этой позиции были срезаны стяжки, а скулы простроганы до радиуса 15 мм и оклеены полосами стеклоткани на эпоксидке. Наконец корпус лодки был оклеен несколькими слоями стеклоткани на эпоксидном связующем, прошкурен, загрунтован, проведена шпаклевка с последующим прошкуриванием (несколько раз) и окраской двумя слоями эпоксидной краски.

 После на болты был установлен фальшкиль из листовой стали.
Можно было формировать рубку. Сначала пришлось вырезать из фанеры и установить стенки рубки. Затем из оргалита надо было вырезать и подогнать друг к другу шаблоны поясов крыши рубки и уже по ним вырезать из фанеры пояса рубки, которые и соединили вместе тем же методом «сшей-склей».


Поверхности рубки и палубы обрабатывали тем же способом, что и корпус. После окраски палубы и рубки установили дельные вещи – иллюминаторы, погоны, релинги, утки и т.п. Рангоут изготовили из сухих сосновых досок без сучков, склееных на эпоксидке.

 Выстроганные и прошкуренные доски оклеили стеклолентой и окрасили эпоксидной краской. На топе мачты  врезали оковку блока для фала грота, а на 25 мм выше уровня палубы установили узел закрутки паруса.

Ящики для кормовых отсеков каюты (так называемых «гробов»), предназначенные в основном для хранения продуктов и посуды, изготовили из фанеры и покрыли лаком. Они имеют внутри сотовые перегородки из фанеры для предохранения керамической и стеклянной посуды и емкостей с продуктами.


 Ящики легко выдвигаются из отсека, для этого не надо влезать в него с головой. На этом все работы в 2010 г. были закончены, предстояли ходовые испытания. В цехе яхту с помощью погрузчика поставили на автомобильный прицеп и на нем перевезли ее на Ладожское озеро.

 И 1 августа в заливе Копсаланлахти Ладожского озера на воду спустили яхту «Вини-Пух», как положено: с угощением шампанским бога Нептуна, строителей и зрителей. Лодка на воде пробыла два месяца. Ходили мы каждый день – под небольшим парусом и под мотором, с ночевками и без, при волнении и в штиль, в одиночку и вчетвером.

 Район плавания – вокруг острова Кильпола. В одиночку я сходил в середине августа на три дня до острова Койонсаари, где на второй день проверил яхту на  волне высотой до 1.5 м. Лодка на волнении вела себя очень хорошо, не забрызгивалась, килевая качка оказалась незначительной.


 Под мотором как в штиль, так и на волнении, «Винни-Пух» показал себя отличным ходоком. Подвесной четырехтактный мотор «Suzuki 2.5» по мощности оказался вполне достаточным и очень экономичным. Расположен он не на транце, а внутри корпуса, что оправдало себя – удобно менять, например, свечу или гребной винт, да и безопаснее.

Постановка паруса, т.е. раскручивание его с мачты, занимает всего дветри секунды. Так же быстро производится рифление паруса или его полная уборка яхтсменом непосредственно из кокпита. Парус не был пошит, а плавать хотелось, особенно в очень жаркое лето, пришлось использовать парус от другой лодки меньших размеров – всего 9 м.

В кокпите могут расположиться три человека на одном борту (размер его 700x1400 мм), в каюте длиной  2м с комфортом могут разместиться на ночлег еще двое, а если дополнительно заложить середину между сиденьями подушками, то и третьему яхтсмену не будет тесно.


 В каюте под сиденьями (в локерах) много места для спальных принадлежностей и личных вещей. В носовом отсеке между форштевнем и степсом удобно хранить спасательные жилеты на всю команду. Во всю длину каюты на каждом борту приформованы полки шириной 200 мм для приборов, мелких вещей, книг.

 Эти полки также являются продольными ребрами жесткости для бортов.
Освещение каюты осуществляется без проводки – несколькими светодиодными блоками. В носу, в локере между сиденьями, можно поместить химический туалет.

 Для приготовления пищи служит малогабаритная одноконфорочная плита, которая в походном положении хранится в отсеке под кокпитом, а для приготовления пищи устанавливается или в кокпите, или в каюте на сидении, когда поролоновая подушка снята. Для ночевок в августе-сентябре вполне хватало легких спальников тепло, сухо. 

Источник:  «Катера и Яхты»,  №230.


Мачты из углепластика.


Почему карбон?
Статья – перевод по материалам Selden mast.

1.    Легкий рангоут. Экономия веса на профиле- 50%, экономия веса на готовой мачте без такелажа – 40%. Общий вес вооруженной карбоновой мачты меньше на 25-30% аналогичной алюминиевой.

2.    Легче рангоут = Легче лодка = Больше скорость (особенно улучшаются динамические характеристики)

3.    Легче рангоут = Меньше кренящий момент = Появляется потенциальная возможность облегчения киля = Опять же уменьшается вес яхты = Еще больше скорость.

4.    Уменьшенный момент инерции судна = Больше скорость на волнении.

5.    Возможность подбора жесткости профиля под специфические требования (Ужесточение профиля между форштагом и ахтерштагом для лучшей набивки штага, например)

6.    Профиля обладают более высокой жесткостью. Выдерживают повышенные нагрузки от такелажа и позволяют лучше контролировать натяжение форштага.

7.    В большинстве гандикапных правил штраф за использование карбонового вооружения меньше, чем потенциальный выигрыш в скорости. Яхта – победитель стоит дороже!

Преимущества карбоновых мачт производства Selden.

1.    Производитель использует процесс CNC намотки препрегового карбонового жгута. Процесс укладки жгута контролируется компьютером. Содержание связующего в жгуте варьируется в пределах всего 2%. Процесс отверждения в автоклаве проходит под давлением до 7 бар.

2.    Самое низкое возможное содержание смолы в готовом изделии – чем больше угольных волокон и меньше смолы в мачте, тем легче и жестче мачта.

3.    Нить укладывается под натяжением.

4.    Современные профиля оптимизированы с точки зрения продольной жесткости для максимально эффективного использования в конструкциях современного дробного типа вооружения.

5.    Хорошая возможность взаимозаменяемости с алюминиевыми профилями Selden. Не придется менять степсы и пяртнерсы при замене мачты.

6.    Оптимизирован угол укладки жгута для обеспечения наилучшего баланса между продольной прочностью, прочностью на скручивание и устойчивостью стенок.

7.    Производство индивидуальных конструкций ламинатов.

8.    Изготовление из углепластика вертлюгов гиков и топов мачт.

9.    Стандартный лаковый финиш с добавкой УФ – фильтров плюс УФ – ингибиторы, добавляемые в смолу, обеспечивают отличную изоляцию и защиту.

10.Специализированный погон позволяющий использовать как парус с ликтросом, так и на каретках.

Экипаж яхты First 36.7, на которую была установлена карбоновая мачта взамен алюминиевой, заметил, что новая мачта существенно жестче, несмотря на то, что профиля были одинакового размера. Основное отличие сразу стало заметно на лавировке, более жесткая мачта дала возможность заметно больше набивать штаг, что позволило стакселю работать лучше в средние и сильные ветра.
 Появилась возможность сшить грот с меньшей кривизной передней шкаторины, оптимально подобрать положение швов и увеличить полноту. Появилось явное ощущение уменьшения килевой качки, лодка проходила интенсивную короткую волну, как ракета, особенно это было заметно в легкий ветер, на короткой крутой волне.
Продольная жесткость и жесткость на скручивание 4.8мм ламината со слоями 90о и Хо. Показатели Х отложены на горизонтальной оси.
Карбоновое волокно- это анизотропный материал, это означает, что оно работает максимально эффективно в одном определенном направлении, в других же направлениях оно проявляет весьма посредственные рабочие характеристики. Алюминиевый сплав изотропен, его рабочие характеристики достаточно ровные по всем направлениям.

Чтобы карбоновый профиль получился оптимальным, необходимо тщательно просчитать направления укладки нитей. При намотке можно укладывать нити под углами от 5 до 90о, добавляя волокна в направлении 0о вручную там, где это необходимо.

  Иногда можно услышать утверждение, что, из-за отсутствия непрерывных волокон в направлении 0о, мачты, изготовленные способом намотки, менее прочные.  Однако это лишь теоретические выкладки, редко достижимые на практике, и вот почему.

На качество ламината очень сильно влияют содержание смолы и воздушных пузырьков. Содержание смолы в препреговой нити контролируется гораздо более тщательно, чем при влажном ламинировании или в процессе инфузии. Поэтому прочность такого ламината значительно выше.
 Процесс отверждения также существенно влияет на прочность ламината.  Автоклав обеспечивает сложный поступательный цикл отверждения под давлением, который выводит из ламината пузырьки воздуха практически полностью. Именно поэтому для мачтовых профилей автоклавное отверждение является весьма существенным.
Точность укладки и ориентация нитей также очень сильно влияет на прочность. При чистом сжатии ламинат разрушится, если волокна чуть-чуть отклоняются от оси приложения нагрузки. Однако, определенный процент волокон не по оси мачты требуется для стабилизации стенок и противодействию крутящему моменту. Специалистами были проведены тесты и анализ ламинатных структур. На их основании был сделан вывод о том, что, при работе волокон внутри ламинатной структуры, нити могут ложиться в диапазоне 8-21о, и это будет оптимально для параметров продольной прочности и скручивания.  Конкретные цифры диапазона зависят от требуемой величины прочности на скручивание с одновременным общим повышением требований прочности.

Т.е. не важно, делается ли ламинат из ткани 0о и +/-45о или из нитей целиком не параллельных оси профиля – прочность, весовые параметры и жесткость профиля может быть получена различными путями. Очень важно, чтобы ориентация нитей строго соблюдалась – это не может быть сделано вручную.

 Содержание смолы должно строго контролироваться и должно быть настолько низко, насколько возможно. Полная консолидация ламината достигается только в том случае, если содержание воздуха в нем  близко к 0. Это достигается только автоклавным отверждением.

Отдельные карбоновые волокна очень легкие, но хрупкие. Для своего веса они достаточно прочны на растяжение. Для создания конструкции волокна собираются вместе и скрепляются смолой. Для облегчения работы с ними, волокна объединяются в различные типы материалов.
  Для производства мачтовых профилей Selden использует следующие типы:
1.    Препреговый жгут. Это тонкая ленточка, состоящая из прядей простых волокон, удерживающихся вместе неотвержденной прекатализированной смолой (отвердитель уже добавлен).

2.    Препреговая однонаправленная лента. Эта конструкция похожа на предыдущую, но лента значительно шире. Укладывается вручную длинными полосами в местах усилений.

3.    Препреговая ткань. Тканый материал делается из жгутов. Накладывается вручную на многослойные участки в местах усилений.

4.    Е-стеклоткань. Препреговое стекло используется внутри профиля как изоляционный слой там, где могут устанавливаться алюминиевые компоненты.

Производство Selden.

Базовые профиля изготавливаются путем намотки на дорн. Дорн вращается на большом 4х координатном CNC станке, головка двигается по запрограммированной траектории вдоль направляющей, укладывая нить на поверхность дорна.



 Препреговый жгут укладывается под натяжением. Слои кладутся под различными углами к оси дорна. Однонаправленная лента и ткань укладываются участками во время процесса. На этой стадии, несмотря на то, что нить укладывается натянутой, уложенный пакет еще не является консолидированным.
 Если его просто нагреть, плотность ламината будет довольно низкой.  Для получения ламината высокой плотности, необходимо, одновременно с нагревом обеспечивать корректное повышенное давление.  Это давление создается термоусадочной лентой, наматываемой поверх готового изделия также, как карбоновый жгут.
  Вся конструкция вместе с дорном затем упаковывается в вакуумный мешок и помещается в автоклав, где происходит отверждение.  Температура и давление нарастают, поддерживаются некоторое время, потом контролируемо уменьшаются.
  При повышении температуры дорн расширяется и термоусадочная лента очень плотно обжимает ламинат. Добавочное давление и нагрев при отверждении позволяют получить ламинат с практически нулевым содержанием воздушных пузырьков. Готовое изделие оставляется в автоклаве до полного остывания, затем вынимается и снимается с дорна при помощи гидравлики.




Благодаря тому, что карбоновые профиля имеют те же размеры сечения, что и алюминиевые, для них обоих можно использовать одни и те же степсы и пяртнерсы. Изоляцию в этих местах можно обеспечить стеклянной или майларовой липкой лентой. Внешний погон грота включает и ликпаз для ликтроса, что позволяет ставить парус и с ликтросом и на каретках.
Автоклав, установленный на заводе в Англии, позволяет сделать секцию профиля длиной до 19,3м. Более высокие мачты собираются из кусков. Для этого разработаны специальные соединительные рукава, позволяющие контролировать вес и жесткость.
Некоторые факты о мачтахSelden
Для дробного вооружения мачты усуются, стандартная параболическая усовка уменьшает топ мачты на 33%.
Отверстия ослабляют мачту. Дополнительные отверстия могут прорезаться, только если в местах выреза сделано дополнительное усиление. Эта работа должна проводиться специалистом в области композитных материалов.
Мачты могут быть покрашены, хотя стандартным является покрытие мачты лаком с высоким содержанием УФ фильтров.
Карбоновые мачты ремонтировать проще, чем алюминиевые. Часто это еще и дешевле. Ремонт должен производить квалифицированный специалист.


суббота, 30 июля 2011 г.

Волны в океанах и морях.


В отличие от других волновых процессов  приливов, сейш или внутренних волн, которые практически не заметны в открытых океанах, ветровое волнение присутствует там почти всегда.

 На oгpoмных пространствах океанов и морей практически нет информации, полученной инструментальными измерениями волнения, и до сих пор моряки оценивали размеры волн чисто визуально или используя синоптические кapты для тoгo чтобы выяснить, насколько близки к истине параметры волнения, определенные на глаз, советские исследователи выполнили многочисленные и продолжительные синхронные визуальные и инструментальные наблюдения. 

Oкaзалось, что наблюдатели с маленьких судов несколько завышают высоту волн (по-видимому, «у страха глаза велики» ) , а с больших  несколько занижают. Приближенно можно считать, что наблюдатель оценивает тaкую волну, которая в последовательности из 10 подряд идущих волн будет третьей по своей величине.



 Для каждого отдельного наблюдения указанная зависимость может совпасть, а может и нет. Поэтому к сообщениям об отдельных гигантских волнах следует подходить критически. До настоящего времени наибольшая высота волны, измеренная с помощью приборов, равна 24,9 м.

 Она сфотографирована советскими исследователями с дизель-электрохода «Обь» 2 апреля 1956 г. в антарктической зоне Тихого океана. Волна высотой 23,6 м зарегистрирована с буровой платформы в Мексиканском заливе при прохождении ypaгaнa «Камилла» 17 aвгycтa 1969 г.

 В Северном море 21 октября 1970 г. зафиксирована волна высотой около 22 м. Волны же до 15 м измерялись неоднократно. Самой большой волной, определенной визуально, до сих пор является волна в 34 м. Ее видели в Тихом океане с американского танкера «Рамано» (в феврале 1933 г.) на пути из Манилы в Калифорнию.



 Однако расчеты, выполненные океанологами для этого случая, пока не подтвердили возможность возникновения волны такой высоты. Волны высотой 36 м отмечались дважды при полетах охотников за тайфунами на самолетах. В сентябре 1935 г. эскадра японского флота попала в тайфун.

На двух кораблях были отмечены волны в 25 и 30 м. В Атлантическом океане наибольшая высота волны по визуальной оценке, составляет 30,5 м (вблизи о. Ньюфаундленд); однако здесь, видимо, был всплеск за счет мелководья. В Индийском океане у м. Доброй Надежды с лайнера «Маджестик» нaблюдали волну высотой около 30 м.

 Долгое время считалось, что волны высотой 30 м не мoгyт встречаться на морях и океанах. Но анализ инструментальных измерений показывает, что 30-метровые волны являются реальностью. Значительную опасность для мореплавания и особенно для судов малых размеров представляют не только абсолютные размеры высот волн, но и крутизна их склона.



 В этой связи опасны волны, выходящие на встречное течение, когда их крутизна начинает возрастать. В последнее время печальную известность приобрел район у Восточного побережья Африки между Дурбаном и Порт-Элизабет, где встречаются крутые "волны-убийцы".

 С 1952 по 1973 год здесь произошло 11 аварий судов, в том числе довольно крупных по тоннажу. Во всех случаях суда находились вблизи стрежня Aгульясова течения (скорость eгo 4 - 5 узлов), на которое накладывалось встречное волнение и зыбь.

 Сочетание перечисленных факторов может создать волну с необычно крутым передним склоном и глубокой  ложбиной (моряки называют  ее «дырой в океане), в которую как бы проваливается на полном ходу судно.


Однако инструментальных измерений таких волн в настоящее время не имеется. В Северной Атлантике высокие волны наиболее возможны там, где скорости Гольфстрима достигают 4 - 5 узлов.

 Например, в мае 1964 г. яхта «Дублон" с экипажем 4 человека, направляясь из Флориды на Бермудские гонки и двигаясь на северо-восток по оси Гольфстрима против сильной встречной зыби, на которую при внeзапно усилившемся ветре наложилось ветровое волнение тoгo же направления, встретила необычайно крутые опрокидывающиеся волны высотой 8 - 9 м.

По счастливой случайности яхта, несмотря на значительные пoвреждения, осталась на плаву и никто из членов экипажа не пострадал. После срочного ремонта экипаж яхты принял участие в гонкax и занял второе место в своем классе.



 Это же явление описал Ф. Чичестер в своей книге «Kpyгocвeтнoe плавание на «Джипси-Мот»: «Тот, кто шел под парусами из Солента мимо мыса Нидлс при отливном течении и шестибалльном противном ветре, отлично знает, какая чудовищная крутая волна там поднимается.

 Яхта попеременно то как бы встает на корму, то зарывается носом, черпая бортами массу воды. То же самое, но только в гигaнтскиx масштабах,  происходит у мыса Горн, когда восточный шторм встречается с теченнем, идущим мимо мыса на восток».

  Крутые волны отмечаются на приливо - отливных течениях Баренцева, Белого, Oxoтcкoгo, Японского и дpyгих морей. Избежать столкновения с такими волнами можно, если яхтсмен или рулевой катера внимательно следит за ветром, волнением и течением и, в случае их неблагопрнятного сочетания, сбавляет ход и уходит со стрежня течения.

Л. Н. Лопатухин.
Источник:  «Катера и яхты»,  №79. 

Компьютер проектирует паруса для яхты.




Сегодня речь пoйдет об одной из «специальностей» компьютера – проектировании и раскрое яхтенных парусов. Что же делают ставшие уже вездесущими ПЭВМ в парусной мастерской? Цель большинства парусных мастеров  - сделать «быстрые» паруса. Наука эта очень непростая: паруса могут с виду отличаться  дpyг от дpyгa пoчти незаметно, а разница в их работе будет весьма ощутима. Труд парусных дел мастера –  это пробы и ошибки, опыт и здравый смысл. Как раскроить пoлотнища, чтобы пoлучить нужную форму паруса?  Ведь окончательно оценить парус можно, лишь кoгдa он уже сшит; вот пoчему так часто приходится что – то пepeдeлывать, инoгдa даже пoсле испытаний на судне.

Обычно парус проектируется в двух измерениях. Мастер вычерчивает плоские пoлотнища, и только опыт пoзволяет ему судить, приобретут ли они в сшитом виде требуемую форму. С точки зрения пpоектиравания правильнее было бы пoступать иначе: сначала представить парус в объемном, трехмерном виде, а уж пoтом делать раскрой пoлотнища. При проектировании «вручную» этот cпoсоб практически нeпpиeмлем. Н тут на сцену выходит ПЭВМ.
Первыми сделали попытку иcпoльзовать ПЭВМ для раскроя парусов новозеландцы. Еще в 70 – х гoдax у них была составлена пpaгpaмма для «плоского» проектирования парусов. Однако она пo пoнятным соображениям их не удовлетворила, да и ПЭВМ здесь испoльзовалась, в основном, как мощный калькулятор. В 1985 г. у них пoявилась новинка –  пpaгpaммa для объемного раскроя парусов, разработанная компаниeй «Сейлс Сайнс». Эта пpогpaмма пoзволяет парусному мастеру сначала спроектировать парус в объемном виде, а пoтом пoлучить раскрой и таблицу ординат пoлотнищ. Оператор, работающий за дисплеем, имеет возможность манипулировать с «картинкой» паруса, видимoго с любой точки яхты или со стоpоны. С пoмощью cвeтовогo пера он может менять любой размер или очертания паруса. Удобно и то, что парус представляется на дисплее вместе с необходимыми деталями paнгоутa.
Другой отличительной чертой описываемой системы является возможность хранения в памяти ПЭВМ описаний комплектов уже cпpoeктиpовaнных парусов (гpaтa, стакселя и спинакера) для конкpeтных яхт вместе с характеристиками самих яхт. При выпoлнении нового заказа часто бывает достаточно пoдобрать близкий прототип, а ПЭВМ, работая пo соответствующей пpогpaмме, «сама» пoдгонит парус пo месту. Спроектировав форму паруса, мастер должен решить еще одну задачу: наилучшим образом распoложить швы. Это далеко не вceгдa просто, так как учитывать при этом нужно множество факторов и среди них  силу ветра, на которую рассчитан парус. И в этом тоже ПЭВМ пoмoгaeт мастеру. Точнее, не ПЭВМ, а разработанная специалистами пpогpaмма.
Нельзя не сказать, что компьютер оказывает существенную пoмощь не только в проектировании парусов, но и в их изготовлении. Работая совместно с координатником, оснащенным маломощной лазерной головкой, ПЭВМ обеспечивает непoсредственный раскрой парусной ткани. Программа раскроя составлена таким образом, что отходы пoлучаются минимальными.
Так обстоят дела с автоматизированным раскроем парусов у пиoнepoв в этой области – яхтенных дизайнеров Новой 3еллндии. У нас в стране тоже ведутся пoдобные работы. Ученые Нижегородского технического университета, например, разработали пpoгpaммы раскроя парусов для Таллинской экспериментальной верфи спортивнoго судостроения. Не отстают от них и морские университеты – Санкт – Петербурга и Николаева.
Представьте себе, что вам надо сшить парус. Допустим, вы выбрали условия, в которых он должен работать. Предположим далее, что вы не пожалели времени и проштудировали «Теорию плавания под парусами» Ч. Мархая. После такой солидной теоретической подготовки вы стали свободно оперировать понятиями «пузо», «серп», «профиль» и т. д. Что же дальше? Если вы придете на верфь заказывать парус, то от вас совершенно справедливо потребуют чертеж, ибо «парус с полнотой 1/7» для них  пустой звук.
Если вы направитесь к парусному мастеру, он не станет вдаваться в ваши теоретические экскуpcы, а бормоча себе под нос: «Ага, на слабый ветер…», вытащит из заветной кипы чертежей что либо более или менее подходящее. Обычно такой чертеж снимается с распоротого «фирменного» паруса. На ваш робкий вопрос: «Каково пузо этого паруса?» последует исчерпывающий ответ: «Какое нужно!». И действительно, парус получится хороший. Но какой? А можно ли сделать лучший? А как быть, если нет прототипа – скажем, вы сами спроектировали судно? И как вообще связать аэродинамические понятия – профиль, стрелка прогиба, «крутка» –  с практическим раскроем паруса, длиной и величиной закладок, серпами по шкаторинам и т, д.?
Задача проектирования паруса может быть разделена на три:
  1. -  Выбор типа парусного воорyжения и согласование его с хaрактеристиками корпуса. В С – ПМТУ созданы программные комплексы, позволяющие рассчитывать силы и моменты, а также находить точки их приложения на подводной части яхты, включая киль и руль, а также на парусном вооружении яхты. При этом учитывается влияние дрейфа. крена, близости палубы и водной поверхности. Программы позволяют выбрать гeометрические параметры элементов корпуса и вооружения, обеспечивающие необходимую центровку и ходовые качества яхты.
  2. -   Нахождение оптимальной формы паруса и его геометричeских параметров. Разработанная для peшения этой задачи пpoгpaммa позволяет рассчитать распределение сил и давлений, а также поле скоростей на парусе, имеющем произвольные форму в плане и профиль. Варьируя эти параметры, можно найти наилучший для дaнных условий профиль паруса, имеюший максимальное качество при заданном положении центра парусности с учетом влияния других парусов.
3  -   Создание выкройки паруса, имеюшего форму, найденную при решении второй задачи. Для этогo необходимо связать параметры сложной необходимо связать параметры сложной тpexмерной поверхности с ее разверткой на плоскость.
Общеизвестно, что существуют два метода раскроя парусов: первый -  метод серпов (рис.1). Необходимый для образования формы паруса запас материи в данном случае создается за счет добавления ее по шкаторинам так называемых серпов. Серп SR может быть как положительным, так и отрицательным, т. е. приводить к увеличению или уменьшению полноты паруса. Второй – метод закладок. Форма паруса в этом случае задается за счет профилировки каждого полотнища, из которых состоит парус (рис. 2), Профилировка получается путем образования закладок Z. которые тоже могут быть положительными или отрицательными.
Паруса, сшитые по первому методу, хорошо стоят в свежие ветра. В слабый ветер они теряют форму и висят «мешком», Кроме того нельзя заранее сказать, в каком сечении у них будет находиться максимальная стрелка прогиба – т. е, пузо. Второй метод позволяет сшить xopoший парус, лишенный указанных недостатков, однако при этом возникает вопрос: каковы должны быть размеры закладок?
Обычно действуют методом проб и ошибок: на глаз раскраивают парус, шьют его, ставят на мачту и смотрят. Если парус получился на взгляд «хорош», то его пускают в эксплуатацию, если нет – перешивают, устраняя возникшие из за неправильного раскроя фалды и бухтины. Выявленные в процессе эксплуатации дефекты устраняют, увеличивая или уменьшая закладки.
Автор попробовал связать основные параметры паруса и элементов его раскроя полуэмпирическими зависимостями и с помощью элементарных математических операций получить дaнные, необходимые для построения чертежа выкройки паруса. Как показывает опыт, парус конструируется в расчете не только на определенный ветер, но и на определенный курс – нe даром на крейсерских гонках разрешают применять большое количество дополнительных парусов: стакселей и спинакеров. Поэтому углы атаки паруса относительно выбранного среднего значения меняются незначительно. Это значит, что распределение давления по хорде паруса и положение центра давления остаются практически неизмеиными. Исходя из сказанного, можно считать – и это подтверждается опытом, что мaксимальная величина стрелки прогиба будет находиться на линии, соединяющей концы закладок.
При конструировании паруса использовался комплексный метод, при котором форма паруса образуется закладками, а изгиб мачты компенсируется серпами, Для расчета необходимы следующие данные:
длины шкаторин в случае олимпийских классов или величины Lп, Lн Lз и условная величина Н в случае яхт, обмеренных по IOR (рис. 3);
LF1 –  отстояние F1 от галсового угла;
F2 max –  величина стрелки прогиби горизонтального сечения –  т. е. максимальное пузо;
LF2 –  отстояние  F2 max от нижней шкаторины;
S –  ширина полотнищ , из которых шьется парус;
Надо учесть, что перед раскроем у материала необходимо отрезать боковые кромки, деформированные при каландрировании  примерно по 10 мм с каждой стороны. Ширина швов, котоpыми будет сшит парус – WS. Необходимо ввести также желаемую величину пуза паруса, которую он будет иметь на изогнутой мачте или штаге (косвенный учет изгиба мачты).
Поскольку расчет по этой методике довольно громоздкий, то была написана программа для ПЭВМ, которая может быть реализована даже на машинах не высокой мощности.
В процессе решения ПЭВМ выдает следуюшие величины:
 -  ординаты серпа по нижней шкаторине паруса;
 -  пложение швов;
 -  величину и длину закладки;
 -  величину серпа по передней шкаторине;
 -  серп по задней шкаторине;
При этом предполагается, что для получения более плавной формы закладки делаются на каждом шве. Предполагается также, что серп по передней шкаторине возникает в результате отличия профиля паруса, стоящегo на прямой и изогнутой мачте или штагe. За счет прогиба штага стаксель на ходу всегда будет полнее, чем при прямом штаге, и это надо учесть, выбирая серп. Серп по задней шкаторине в случае гpoтa определяется из условий соответствия паруса контрольным размерам. В правилах классов обычно оговаривают ширину гpoтa на 1/2 и ¾ длины шкаторин. Эти величины также вводятся в программу при расчете гpoтoв. Для IOR это соответственно MGU и MGM. ДЛЯ стакселей серп по задней шкаторине строится исходя из правил IOR, где говорится, что: «любой размер между соответствующими точками на передней и задней шкаторинах не должен быть больше части нижней шкаторины, пропорциональной удалению указанных точек от фалового угла». Для других яхт величина серпа чаще вceгo принимается равной 1,5 %.
При раскрое спинакеров предполагается, что парус является частью сложной трехмерной поверхности, образованной трехосным эллипсоидом и параболоидом. Схема раскроя заключается в следующем. Верхняя часть паруса кроится из одинаковых полотнищ, идущих от фалового yгла, а нижняя  из поперечно расположенных полотнищ (рис, 4). В качестве исходных данных используются параметры обмера по IOR:
  высота (I)  основание   (J)  переднего треугольника;
SMV –   ширина спинакера;
SL –  длина боковых шкаторин;
H –  положение верхнего поперечного полотнища;
F2 –  пузо по высоте H;
F1 –  пузо на уровне нижней шкаторины;
S –  ширина полотнища;
WS –  ширина шва;
SMG –  средняя ширина спинакера.
При раскрое спинакера на каждом шаге про веряются соответствие поперечного размера спинакера правилам IOR: 0,75 SMW<SMG <SMW. Длина боковых шкаторин находится мeтодом последовательных приближений; их мaксимальная длина контролируется. Задается pacпределение пуза паруса по высоте. При раскрое предполагается, что 2/3 величины закладки приходятся  на нижнюю кромку вepxнeгo полотнища, а 1/3 -   на нижнее полотнище. Это позволяет получить более плавную форму паруса.
В результате расчета ПЭВМ выдает следующие данные:
 -  основные размеры и характеристики паруса;
 -  ординаты выкройки верхнего полотнища;
 -  число верхних полотнищ;
   - профилировку всех нижних поперечных полотнищ  (ординаты закладок) .
Предлагаемая математическая модель позволяет в широких пределах варьировать параметры паруса, кроить паруса для разных курсов и погодных условий, «уплощать», при необходимости, верхнюю или нижнюю часть паруса. При этом «уши» –  серпы по боковым шкаторинам получаются автоматически.
Интересно отметить, что чертеж спинакера, выполненный по этой пpoгpaммe, почти полностью совпал с имеющимся на Таллинской верфи раскроем «фирменного» спинакера для «Kapтepa – 30»,
Сшитые для яхт моделей спинакеры оказались весьма удачными и позволили спортсменам выиграть первенство Союза и занять 2 – e место на чемпионате Европы. По предлагаемым мeтодикам рассчитано и сшито более 40 парусов для яхт разных классов, в частности комплект парусов  5 стакселей и гpoт  для яхты «Укор» (типа «Koнpaд – 24»), принадлежащей Морскому техническому университету. С этими парусами яхта занимала призовые места и побеждала на Кубке Онежского озера в 1977 – 1980 гг, Форма парусов, сшитых по «машинным» чертежам, получается гладкой, без фалд и перетяжек. Величина максимального пуза близка к заданной (в пределах точности змерений). Максимум пуза находится там, где ему положено быть, а не на штаге и не у задней шкаторины, как предсказывали скептики. Сейчас заканчивается работа по учету влияния деформации паруса на eгo аэродинамику и раскрой.
Такие же работы ведутся в студенческом КБ Николаевского Морского университета, инженером Шелудяковым. Там сделана попытка решить задачу чисто аналитическим методом. К сожалению, математические трудности, с которыми столкнулся автор, ограничивают возможности практического использования метода. Heсмотря на это, у них также создан пакет прогpaмм раскроя парусов.
В заключение хочется еще раз обратить внимание читателей на то, что данная npoгpaммa  никоим образом не гарантирует пошив идеальногo паруса. Все зависит от исходной информации, вложенной в нее.  А эту информацию можно получить только после подробногo аэродинамического расчета паруса.

А, БЕСЯДОВСКИЙ.

Источник:  http://yachtshipyard.wordpress.com/

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...