Парусный экстрим. Самый быстрый парусник в мире
яхта компании «Sunseeker»
Когда моторная яхта скользит по морю, то передать впечатления можно одним словом - захватывает дух. И первое что бросается в глаза это красота и изящество подобно женщины.
В последнее время во многих странах моторные и парусные яхты стали доступнее не только группе довольно состоятельных людей, но и сравнительно широкому кругу представителей так называемого «среднего класса». Массовое создание относительно недорогих пластиковых корпусов и прочего оснащения для маломерных яхт длиной 8-12 м, а также возможность брать яхты
напрокат () позволили миллионам людей приобщиться к любительскому водному спорту и морским путешествиям.
Но ограничимся изучением развития парка моторных яхт. Неуклонно растущий спрос в последние десятки лет породил рост производства маломерных судов и в государствах, где создание прогулочных яхт издавна является традиционной, и в странах-новичках в этой сфере.
Итак, только в Италии строительством моторных яхт занято более 60 компаний. На сегодняшний день в портфелях верфей сосредоточено около 500 проектов яхт длиной до 32 м, и 41 в их числе более 25 м. Львиная доля этой продукции идет на экспорт. Немалое число среднетоннажных моторных яхт создается на верфях США, Нидерландов, Франции, Швеции, Финляндии, Норвегии и Австралии. Набирает обороты и развитие яхтостроения в Японии, Испании, Турции, Египте и ОАЭ. Наряду с этим наблюдается неизменный рост создания более крупных и дорогих моторных яхт, стоимость которых колеблется от 7 до 100 миллионов долларов. Естественно, приобретение таких игрушек по карману только богатым людям, для которых, как правило, яхта становится уже и символом престижа, и местом проведения деловых встреч, и способом выгодного вложения материальных средств - ведь при правильном уходе, и при растущем спросе, комфортабельную яхту можно выгодно продать и через 5-8 лет использования. Кроме того, яхту можно сдавать в аренду через брокерские организации, чтобы частично покрыть текущие эксплуатационные расходы.
В последние годы наблюдается настоящий бум в выборе на создание все более крупных моторных яхт. Из 6 миллиардов долларов США, в которые оценивается сегодняшний мировой рынок моторных судов, большая часть приходится на яхты
длиной более 45 м.
Среди строящихся насчитывается около десятка яхт длиной от 70 до 138 м. Такие суперяхты рассчитаны на 14-28 гостей в условиях класса «люкс». Также растет мода на строительство океанских моторных яхт длиной 70-80 м класса «Explorer». Эти исследовательские яхты обладают приличной дальностью плавания до 5 тысяч миль и могут нести на борту разъездные катера, и даже вертолет. Как правило, они пригодятся не только для проведения дальних крейсерских мореплаваний, но и для исследовательских работ в различных районах Мирового океана.
моторная яхта «Lurssen «Queen»
В производстве крупных моторных яхт пальму первенства занимают такие верфи, как «Luerssen» и «Abeking&Rasmussen» (Германия), группа «Feadship» (Нидерланды), «Benetti», «Codecasa» и «Rodriques» (Италия), «Oceanco» (ЮАР), «Oceanfast» (Австралия) и «Palmer Johnson» (США). Однако не только размером характеризуются современные . Продолжается настойчивая модернизация их технических характеристик. Все шире используются легкие и прочные композитные материалы для производства корпусов, растет мощность и экономичность устанавливаемых силовых установок, активно вводятся такие современные движители, как частично погруженные гребные винты и , совершенствуются системы кондиционирования воздуха и бытового водоснабжения, растут потребительские качества и эстетические свойства отделки помещений.
скорость или комфорт моторных яхт?
А что же со скоростью яхт? Эта величина может колебаться в очень широких пределах - от 10 до 80 узлов - в зависимости от назначения, способа эксплуатации и размеров яхт, и, конечно же, от пристрастий владельцев. Среди маломерных яхт спортивного класса длиной 10-15 м, особенно популярных в США и Италии, насчитывается немало судов, способных развивать скорость до 40 узлов, а иногда и гораздо выше. Современные достижения в области гидротехники способны обеспечить такие скорости на яхтах, серийно выпускаемых для частного пользования. Как правило, моторные яхты такого типа представляют собой однокорпусные лодки с глиссирующими обводами и системой продольных и поперечных реданов, с открытым кокпитом и силовыми установками, включающими либо два-три мощных подвесных мотора, либо Z-образные винто-рулевые колонки.
На такой высокоскоростной яхте приятно промчаться вдоль курортного побережья, восхищая зрителей, но можно и посоревноваться в скорости, участвуя в неформальных состязаниях. Эти суда, как правило, популярны среди наиболее обеспеченной молодежи.
Однако, по маршруту большой протяженности на скоростных яхтах совершать затруднительно - их мореходность и дальность плавания ограничены. В лучшем случае, они оборудованы небольшой каютой, санузлом и мини-камбузом в носовой части подпалубного пространства. Только в США насчитывается более 20 компаний, производящих яхты
такого типа. Среди них можно упомянуть «Fountain
», «Baja Marine
», «Hustler
», «NorTech
», «Donzi Marine
» и «Hallet Boats
».
моторная яхта «Baja Marine»
Среди крупных яхт длиной 18-25 м и существенно более комфортабельных с двумя или тремя двухместными каютами с индивидуальными санузлами, уютным общим салоном и камбузом также существует подкласс судов, способных развивать скорость до 50 узлов. Их корпусы, как правило, выполнены из композитных материалов, имеют облегченную конструкцию, а силовые установки двухвальные с высокооборотными дизелями. Владельцами таких моторных яхт являются люди динамичные, ценящие время. Им импонирует возможность с компанией друзей быстро добраться до уединенной бухты или безлюдного острова, расположенных милях в нескольких ста миль от причальной стенки, устроить там барбекю и купание, а к вечеру вернуться домой. В постройке яхт указанного класса особенно продвинулись такие компании, как «Sunseeker» и «Princess» (Великобритания), а также «Riva», «FIPA Group», «Pershing», «Alfamarine» (Италия).
И все же подавляющее большинство современных моторных яхт длиной до 25 м имеют скорость хода, редко превышающую 20-25 узлов. Они, естественно, дешевле и более экономичны в эксплуатации. Их используют для непродолжительных , рыбной ловли или однодневных . Массовым производством подобных яхт заняты верфи Нидерландов, Германии, Тайваня, Италии и США.
моторная яхта «Riva 92»
моторная яхта «Pershing 72»
Что же касается моторных яхт «мегакласса», то здесь сложилась довольно прогнозируемая ситуация, при которой наиболее многочисленный парк низшей размерной подгруппы, а это яхты длиной от 28 до 36 м, насчитывает десятки единиц, развивающих максимальные скорости 40-48 узлов. Больше всего к скоростным судам этого типа относятся яхты с динамичным силуэтом модного для южных морей «полуоткрытого» типа с открывающейся крышей салона. Из современных моделей таких яхт можно упомянуть 46-узловую яхту «Predator 95
» компании «Sunseeker
» или 40-узловую яхту «Mangusta 108
» компании «Overmarine».
моторная яхта «Mangusta 108»
моторная яхта «Sunseeker Predator 95»
Весьма нетипичный подход к высокой скорости у клиентов дорогих моторных яхт длиной более 40 м. Заказчики этих судов, естественно, весьма солидные люди, желающие отдыхать в максимально комфортных условиях. Однако и у богатых бывают свои причуды, которые можно удовлетворить только благодаря последним достижениям технического прогресса и, естественно, щедрому финансированию проектов.
Технические новинки, отрабатывавшиеся на , естественно, заинтересовали любителей высоких скоростей, способных купить себе сколь угодно дорогие яхты
.
Вот несколько самых ярких примеров. Однажды неугомонный миллиардер Джон Сталуппи в 1992 году заказал у норвежской верфи «Ulstein Eikefjord» яхту «Moonraker», развившую на ходовых испытаниях скорость 66,7 узла. Этот рекорд продержался около 8 лет. Значительного снижения веса корпуса удалось добиться благодаря использованию композитных материалов, а силовая установка включала газовую турбину, работавшая на средний водомет, бортовые же управляемые водометные движители приводились от дизелей.
моторная яхта «Fortuna»
В 2000 году по заказу короля Испании Хуана Карлоса английским конструктором Доналдом Блаунтом была спроектирована 41-метровая яхта с комбинированной , рассчитанная на достижение скорости не менее 65 узлов. Проект судна был доработан конструкторами испанской верфи «Izar» в Сан-Фернандо, которая и реализовала производство яхты
, названной «Fortuna».
Глиссирующий корпус с обводами имеет двойную скулу и оборудован транцевыми плитами для регулировки дифферента при преодолении сопротивления. В целях максимального снижения веса, корпус изготовлен из алюминиевого сплава, а надстройка - из сверхлегких композитных материалов. Внутренние помещения моторной яхты выглядят весьма скромными - всё ради облегчения веса.
Трехвальная газотурбинная установка с водометными движителями компании «KaMeWa» обеспечивает яхте скорость около 68 узлов. Теперь «Fortuna» - частная яхта короля Испании, он лично может управлять ею в море. В целях безопасности монарха и его гостей стенки надстроек и все остекление выполнены из пуленепробиваемых материалов.
моторная яхта «Wally 118»
Еще одна яхта на звание «самая быстрая яхта в мире
» была построена в Италии в 2009 году на верфи «Intermarine» по проекту компании «Wally». Моторная яхта «Wally 118» длиной 36 м может развивать скорость свыше 70 узлов при общей мощности энергетической установки 17000 л.с. Спроектированная под руководством Луки Бассани яхта обладает совершенно нетипичным «милитаризованным» силуэтом. Оригинальны и авангардные интерьеры. Широко используются тонированное стекло и раздвижные конструкции перекрытий. Стоимость этой яхты оценивается в 17,3 миллиона долларов.
Как-то конструктор Франк Мюльдер сказал: «Люди всегда любили скорость. Все, что необходимо для создания высокоскоростных яхт, так это технологические возможности и деньги... ». Замечу, очень большие. Ведь для увеличения скорости, к примеру, 40-метровой яхты с 20 до 40 узлов стоимость пропульсивной установки возрастает примерно в четыре раза, а общая стоимость яхты - более чем на треть.
Парус - один из древнейших способов передвижения человека по воде. В то же самое время сегодня именно парусные яхты являются главными носителями высоких технологий и двигателями прогресса в яхтенной индустрии. Пять самых поразительных творений яхтенных дизайнеров - в нашем хит-параде. Cамый быстрый
Детище француза Алена Тиболта - самая быстрая парусная яхта на планете. Тебо придумал и построил ее ради того, чтобы исполнить свою давнюю мечту - обойти вокруг света за 40 дней. Этот парусный тримаран на подводных крыльях построен из карбона и титана.
Благодаря крыльям на определенной скорости корпус яхты поднимается над водой. Чем меньше площадь контакта с водой, тем выше скорость. Hydroptere обгонит не только парусник, но и большинство моторных яхт и даже скоростных катеров. Собственный рекорд тримарана на сегодняшний день - 61 узел (112 км/ч).
Самый роскошный
Венчурный капиталист, живая легенда Силиконовой долины Том Перкинс привык к рискованным проектам. Его 88-метровая яхта Maltese Falcon стала вызовом традиционным технологиям и канонам яхтостроения.
На судне использовано инновационное парусное вооружение DynaRig. Три вращающиеся вокруг своей оси мачты из карбонового волокна несут изогнутые реи, на которых растягиваются паруса. Изменяя угол постановки парусов и их общую площадь, Maltese Falcon подстраивается под любые ветровые условия. При этом все операции с парусами и мачтами осуществляются одним-единственным человеком с помощью пульта управления в рулевой рубке. Сегодня эта роскошная и высокотехнологичная яхта принадлежит уже другому человеку, но по-прежнему привлекает всеобщее внимание везде, где бы ни появилась.
Самый безумный
Повелители могущественного джинна, имя которому нефть, не устают меряться крутизной своих игрушек. Оманские принцы Азиз, Дауд и Хашим, занимающие ключевые позиции в авиакомпании Masqat Airways, желают перемещаться по своим владениям на удивительном гибриде парусной яхты и реактивного самолета.
Проект такого летучего корабля разработан по их заказу дизайнером Йелкеном Октури. Летающая лодка принцев будет иметь длину 46,2 м. Сигарообразный корпус увенчают четыре 40-метровых мачты, несущие 1302 кв.м парусов. При переходе в режим полета мачты опускаются и становятся крыльями.
Пока что этот проект существует лишь в виде макета, и Йелкен Октури не готов сказать, сможет ли однажды его смелое творение подняться в небо. С другой стороны, еще каких-то пять лет назад никто не думал, что в Дубае откроют горнолыжный спуск.
Самый футуристичный
Яхта Ankida от дизайн-бюро Lila-Lou простирает свои паруса-крылья, словно гигантская бабочка. Ее создатели отошли от традиционных канонов парусных яхт, заменив привычные мачты на сложную конструкцию в виде арки, соединенную в одно целое с килем судна. С каждой стороны к арке подвешен поворачивающийся на 180 градусов гик. Таким образом два треугольных паруса могут устанавливаться в любом положении относительно ветра и друг друга, что позволяет яхте двигаться под любым углом к ветру.
Для движения по ветру поднимается большой парус-спинакер, причем благодаря арочной форме мачты его ничто не заслоняет от ветра. Киль яхты автоматически регулируется для оптимального распределения массы в зависимости от положения парусов и кренящего момента, создаваемого ветром. При этом электричество для всех испольнительных механизмов вырабатывает ветряная турбина на вершине мачты-арки.
Самый экологичный
Студия Berret Racoupeau не приемлет компромиссов. Задумав создать экологичный парусник, ее дизайнеры решили, сделать его на 100% «зеленым». Парусный катамаран Code [e] имеет 40 квадратных метров солнечных батарей и две выдвижных вертикальных ветряных турбины. Все вместе они выдают 1100 Вт электроэнергии.
Во время движения под парусом электричество для бортовых систем вырабатывают гидроэлектрогенераторы. Все освещение на борту - cветодидное. Для швартовки и движения в штиль есть гибридный двигатель, обеспечивающий 15 минут автономного хода на батареях. Для того, чтобы как можно меньше пользоваться опреснителем, на катамаране предполагается собирать, фильтровать и очищать дождевую воду. В настоящий момент французские энтузиасты ищут верфь и заказчика, готовых построить такую яхту.
Мы успешно завершили переход через Атлантический океан 23 декабря. Мы прошли около 2750 миль за 21 день и 21 час. Получается, что средняя скорость яхты составила 5,2 узла, такой скромный результат получился из-за того, что в среднем ветер был 9 узлов, поэтому стыдиться нам нечего. Если сравнить со средней скоростью перехода через Тихий океан в 6,9 узлов, то Слик немного смущен. Я не знаю никого, кто показал бы результаты лучше.
Мы задержались на час, потому что у Мэтью выпала пломба, когда мы ели прощальную ужасно недоваренную паэлью. Это уже другая история. Переход начался нормально, ветер не хотел нам помогать, поэтому пришлось немного пройти под мотором. Утром мы решили остановиться в Ла Рестинга (остров Иерро). В этом красивом маленьком порту мы заправили полный бак топлива и двинулись дальше. Жаль, что мы так быстро вышли, потому что это был восхитительный уединенный городок на диком вулканическом острове.
Как только мы вышли, ветер окреп, поэтому мы прошли большое расстояние в первую ночь. Было холодно, но зато с ветром все было в порядке. Прошло несколько дней, ветер становился все более переменчивым, нам приходилось больше идти с включенным мотором. Когда мы загрузили первый прогноз GRIB, то он показал, что у нас проблемы – рядом с нами возникала барическая ложбина. К счастью, мой друг Норм из CYC следил за погодой и держал нас в курсе и без GRIB. Чтобы выйти из ложбины, которая принимала масштабы циклона, нужно было быстро уходить на юг. Может быть, это тот самый последний сезонный ураган, которого так все боятся, кто переходит Атлантику в декабре? У бури были все шансы им стать, а я благоразумно взял курс на юг.
К тому времени, когда разразилась буря, мы так и не успели уйти от нее на юг. Нас задел южный край шторма, и следующие 24 часа ветер достигал силы в 44 узла, были большие волны, постоянно шел дождь, а вдали сверкали молнии. Слик мужественно перенес бурю. Циклон угас и оставил после себя неподвижную область низкого давления, которая блокировала нам все ветра. Мы шли в штиль шесть дней. Если бы я поступил по-другому, то все могло бы быть куда хуже. Мы шли под мотором, иногда ставили паруса, дрейфовали. Выяснилось, что в таких условиях быстрее всего яхта шла, когда паруса были настроены странно: большой генакер Хейди на бушприте, генуя 142% поставлена на подветренную сторону, а на гроте взято два рифа, чтобы не затенять всю эту шаткую конструкцию от ветра. Так мы делали 5 узлов фордевинд при силе ветра в 8-10 узлов. Если ветер немного поднимался, то мы шли быстрее. При такой настройке парусов — генеральная скорость к точке назначения была самой высокой.
Ветер то набирал силу, то затухал, он дразнил нас. Мы еще какое-то время шли на двигателе, пока топливо не закончилось, пять галлонов мы оставили про запас, на случай непредвиденных обстоятельств. Еще мы попали во встречное течение. По всем картам и лоциям, мы должны были быть в попутном течении силой от половины узла до двух. У нас было пол узла навстречу. Мы дрейфовали, ночи тянулись долго, а за день мы проходили не больше 86 миль. Я слишком много жалуюсь, я встречал людей в Тихом океане, которые переходили его со средней скоростью в 4 узла.
Течение внезапно поменяло направление в нужную нам сторону, а ветер надолго усилился. Сначала мы прошли 125 миль за день, потом 150, а за последние два дня перед Барбадосом — мы делали почти по 180 миль в день. На подходе к суше мы сбросили скорость, чтобы зайти в бухту при свете дня. Я думаю, что если бы мы поднажали, то Слик прошел бы все 200 миль за день.
Этого не случилось. Мы сбавили скорость не потому, что подходили к берегу, а потому, что около недели назад я обнаружил, что у центральной переборки перед штурманским столиком расходится потолок кают-компании. Ночью я просыпался в страхе при каждом скрипе и думал, что сломалось что-нибудь важное. Пройдя 30 000 миль по океану и столкнувшись со штормами, Слик показал свою предательски гибкую сущность, характерную для Beneteau. Я не хотел подгонять старого друга, боясь, что он что-нибудь себе сломает. Грот порвался и медленно расползался. На гроте выскочила и чуть не улетела лата, перетерся и оборвался крепеж ползунка, порвался шкотовый угол первого рифа. Других поломок не было. Но злосчастная трещина в кают-компании не давала мне покоя. В начале поездки ограждающая планка от книжной полки была мала и выпадала. Сейчас она снова держится. Когда яхта проходит волну, особенно под мотором, корпус дышит. Странно, что под парусом она скрипит меньше, что не может меня не радовать.
Опять же, не у всех был такой слабый ветер. Мой приятель Кресс на яхте Conversations вышел за день до нас и прокатился на хвосте циклона, обрушившегося на Тенерифе. Ему невероятно повезло с ветрами, и даже после бегства на юг от барической ложбины, его отрыв был так велик, что он попал в штиль всего на два-три дня. Другая яхта, Scope, вышла через день после нас, и в отличие от нас, они уже не попали в попутный ветер от циклона, а сначала шли неделю против ветра, а потом целую неделю у них был штиль, сопровождающийся постоянными грозами с молниями. Еще одна яхта перевернулась и лишилась мачты только потому, что они вышли не вовремя. Разница в один день может повлиять на переход очень сильно, если выйти днем раньше или на день задержаться.
Продолжение следует …
Когда речь заходит о высоких скоростях, все почему-то сразу вспоминают о самолётах или автомобилях. Но на самом деле суперскорости демонстрируют и плавсредства. В нашем обзоре 10 самых быстрых в мире суден в истории.
Самая быстрая субмарина
Максимальная скорость: 83 км/ч
Эта субмарина была единственным кораблем в своем классе. Она могла похвастаться титановым корпусом, двумя атомными реакторами водо-водяного типа мощностью 2 × 177,4 МВт и двумя паровыми турбинами мощностью 80000 лошадиных сил. Благодаря сочетанию низкой массы и высокой мощности подложка могла нести на борту экипаж из 82 моряков, 10 противокорабельных ракет П-70 «Аметист» и 12 533-мм торпеды на максимальной скорости в 44,7 узла.
2. Военный корабль HCMS Bras D’Or 400
Самый быстрый военный корабль
Максимальная скорость 116 км/ч
Этот экспериментальный канадский корабль на подводных крыльях – один из самых быстрых кораблей за всю историю. Bras D’Or был спроектирован по идеям Александра Грэхема Белла и был оснащен двумя газотурбинными двигателями Pratt & Whitney. К сожалению, эксперимент был закрыт в 1971 году, и единственный построенный корабль был выставлен на обозрение в Морском музее Квебека.
3. Парусник Vestas Sailrocket 2
Самый быстрый парусник
Максимальная скорость 120 км/ч
120 км/ч – кажется, не очень много, но для судна, в котором нет двигателя – это впечатляет. Sailrocket 2 побил все рекорды по скорости в парусном спорте.
4. Яхта World Is Not Enough
Самая быстрая яхта
Максимальная скорость 129 км/ч
Роскошная яхта, которая способна развить скорость в 70 узлов – что тут еще добавить?
5. Cigarette AMG Electric Drive Concept
Самое быстрое электрическое судно
Максимальная скорость 160 км/ч
Mercedes-AMGв сотрудничестве с Cigarette Racing выпустили самый быстрый электрический катер в мире. В нем установлено 12 электродвигателей общей мощностью 2220 л.с.
6. Понтонная лодка Brad Rowland’s South Bay 925CR
Самая быстрая понтонная лодка
Максимальная скорость 184 км/ч
Тот факт, что кто-то сделал понтонную лодку, которая может разогнаться до 184 км/ч, уже сам по себе является безумием.
7. Катамаран Spirit Of Qatar
Самый быстрый катамаран
Максимальная скорость 393 км/ч
В катамаране Spirit Of Qatar используются спаренные турбины Lycoming общей мощностью 9000 л.с.
8. Problem Child
Самый быстрый гидроплан в классе Top Fuel
Максимальная скорость 422 км/ч
Гидропланы класса Top Fuel похож на драгстер Top Fuel, за исключением того, что они мчатся по воде. Problem Child Эдди Нокса является самым быстрым судном в своем классе, и, как и на драгстер, на него установлен двигатель Hemi V8 мощностью 8000 л.с.
9. Гидроплан Bluebird K7
Самый быстрый гидроплан
Максимальная скорость 444 км/ч
K7 был первым из сумасшедших турбинных гидропланов, которые ставили рекорды по скорости на воде семь раз в 1955-1964 годах. Во время его последнего запуска он развил шокирующую скорость в 444 км/ч. К сожалению, его пилот Дональд Кэмпбелл погиб в 1967 году, пытаясь достичь скорости в 482 км/ч.
10. Spirit Of Australia
Самый быстрый катер
Максимальная скорость 511 км/ч
511 км/ч - удивительная цифра, которая впечатляет еще больше, когда узнаешь, что «Дух Австралии» был построен энтузиастом во дворе собственного дома. Кен Варби спроектировал суперкатер в 1978 году. Рекорд скорости катера Кена Варби пока не побит.
КИЛЬ
Давно было замечено, что яхты с большим боковым сопротивлением ходят под парусом лучше, чем те, у которых фронтальное и боковое сопротивление одинаково. Перед конструкторами была поставлена задача, увеличить боковое сопротивление, не изменив при этом фронтальное. Киль оказался очень удачным решением.
На протяжении многих лет кораблестроители экспериментировали с его формой и размерами, стремясь добиться максимальной эффективности. Оказалось, что лучше всего работает длинный и узкий киль, и связано это с тем, что его основная функция создавать подъемную силу при движении в потоке воды. Киль симметричен, поэтому он способен создавать подъемную силу только в том случае, если направление движения не точно совпадает с продольной осью яхты, т.е. судно движется с некоторым боковым дрейфом. Именно благодаря боковому дрейфу, киль пересекает поток под углом, который называется углом атаки. Следствием этого является увеличение пути потока с «верхней», наветренной стороны. Благодаря этому, в соответствие с теорией крыла, с наветренной стороны происходит увеличение скорости потока и снижение давления. С подветренной стороны киля наблюдается снижение скорости потока и, соответственно, увеличение давления.
Длинное и узкое крыло работает намного эффективней, чем широкое и короткое. Это утверждение справедливо как для паруса, так и для киля, которые, по сути, есть крылья, только расположенные вертикально. Объяснение этому феномену – завихрения, которые формируются на конце крыла и создают дополнительное сопротивление движению. При одинаковой площади, у более длинного и узкого крыла подъемная сила больше, а затраты на вихревые образования меньше.
Благодаря более высокой, по сравнению с воздухом, плотности воды, роль формы киля особенно важна. При тех же гидродинамических свойствах узкий и длинный киль может иметь намного меньшую площадь смачиваемой поверхности, а значит и меньшее сопротивление. Наиболее ярким примером применения этого принципа являются яхты претенденты на Кубок Америки, а вот для обычной прогулочной или круизной яхты, такой киль может стать серьезной проблемой из-за лимита глубины в зонах их плаванья (рис. 3).
СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Существует довольно сложный комплекс сил, препятствующих движению яхты. Сопротивление воды перемещению корпуса. Так как молекулы воды притягиваются друг к другу и к поверхности корпуса (силы Ван-дер-Ваальса), любое движение сопровождается затратой энергии на преодоление этих сил. Слой воды у самой поверхности корпуса, называется пограничным, скорость его смещения максимальна. По мере удаления от поверхности корпуса скорость смещения слоев воды уменьшается, т.е. существует градиент скорости. Затраты энергии на преодоление сопротивления воды пропорциональны площади смоченной поверхности и скорости движения.
Силы трения жидкости принципиально отличаются от сил трения между твердыми телами. Для того, чтобы уменьшить трение между поверхностями твердых тел их можно отполировать и смазать. Это уменьшит выступы на поверхности и заменит контакт между твердыми частями на контакт с молекулами смазочной жидкости. Смазка корпуса в принципе не имеет смысла, так как он движется в жидкой среде. Полировка корпуса так же не исключает необходимость разделять молекулы воды. Вывод: наиболее эффективный способ уменьшить трение, уменьшить площадь смоченной поверхности.
Формирование турбулентности - известный феномен потока. При движении с небольшой скоростью в потоке отсутствуют нарушения, завихрения, он плавный, т.е. ламинарный. По мере роста скорости потока в нем появляются смещения молекул друг относительно друга, равномерность исчезает, появляются завихрения. При достижении критического уровня количество завихрений резко увеличивается, происходит срыв потока. В результате этого разница давления с разных сторон крыла уменьшается, что приводит к исчезновению подъемной силы. В конце 19 века английский инженер Осборн Рейнольдс предложил формулу, результатом которой является безразмерная величина характеризующая момент перехода ламинарного потока в турбулентный. Оказалось, при типичной для яхт скорости около 5 узлов (2,4 м/с) турбулентность начинается для любой яхты длиннее, чем полметра.
Обычно турбулентность увеличивает общее сопротивление в четыре - пять раз! Неровная, шероховатая поверхность приводит к тому, что турбулентность возникает раньше и выражена она ярче. Поэтому для быстроходных яхт очень важно, чтобы поверхность корпуса была гладкой. Считается достаточным, чтобы шероховатость корпуса не превышала 0,05 мм. Обычно такой поверхности можно добиться, если ошкуренную поверхность покрыть двумя слоями хорошей краски.
Для скорости ветра в 5 м/с, которую можно назвать типичной, турбулентность возникает при ширине паруса более 3 метров. Срыв потока для паруса тоже очень опасен. Если при движении воздушного потока вдоль поверхности паруса формируется турбулентность, разница давления по разные стороны паруса исчезает, вместе с ней исчезает и подъемная сила (тяга) паруса.
Концевые завихрения , являются еще одним фактором увеличивающим сопротивление. Они возникают на конце крыла, а у яхты на верхушке паруса или нижней части киля. Как воздух, так и вода, двигаясь вдоль паруса или киля, будут стремиться уровнять давление по разные стороны соответственно паруса или киля, смещаясь из области высокого давления в область низкого. На рисунке 4 представлена схема такого перемещения для киля. С одной стороны, угол потока идет немного вверх, с другой немного вниз. В результате того, что на задней кромке киля или паруса потоки с обеих сторон встречаются под некоторым углом, происходит формирование вихрей, которые усиливаются с приближением к верхушке, и тут формируют концевой вихрь. Концевой вихрь приводит к перераспределению подъёмной силы по размаху крыла, уменьшает его эффективную площадь и удлинение, снижает его динамическое качество.
На рис. 5 хорошо видно как формируются завихрения у топов мачт во время гонки, которая проходила в густом тумане, а на рисунке 6 видны те же вихри на крыльях самолета.
Чем шире киль, тем больше энергии тратится на вихревое сопротивление. Делая киль узким и длинным, конструкторы увеличивают соотношение подъемная сила – вихревое сопротивление. Тоже происходит с узкими и высокими парусами, особенно при движении острыми курсами. Длинные и узкие крылья для планеров делают по той же причине. Для того, чтобы уменьшить торможение, связанное с образованием концевых завихрений на киле, делают дополнительные горизонтальные крылышки. В авиации подобное устройство называют винглет (рис 7), оно помогает добиться оптимального распределения подъемной силы по площади крыла. Теория крыла, для минимизации индуцированного сопротивления рекомендует использовать эллиптический или конусообразный замыкающий наконечник, например бульб на конце киля.
Киль современных, не гоночных яхт представляет собой компромисс между удобным коротким и широким килем и очень эффективным, с высокими гидродинамическими качествами узким и длинным, но сложным в использовании вне гоночной дистанции. Сопротивление иного типа возникает в результате отклонения водного потока в процессе движения судна. В первую очередь оно зависит от геометрии корпуса. Понятно, что узкий корпус имеет меньшее сопротивление, чем широкий. Любая лодка является компромиссом между минимумом сопротивления и обеспечением необходимого пространства для пассажиров и грузов. На протяжении веков строители кораблей искали идеальную форму для заданного объема стремясь обеспечить минимальное сопротивление корпуса. Даже Исаак Ньютон занимался этим вопросом. Заключение, к которому он пришел – лучшая форма для корпуса эллипсоид вращения с присоединенным в передней части усеченным конусом.
Пространственное компьютерное моделирование и гидродинамические испытания показали, что оптимальным является корпус, плавно расширяющийся от носа и остающийся довольно широким у кормы. Многие конструкторы для обеспечения плавного течения у кормы сужают и приподнимают заднюю часть корпуса. Если поток у кормы не будет плавным, ламинарным, завихрения создадут значительное противодействие движению.
СКОРОСТЬ КОРПУСА.
При движении корпус создает волну, длина и скорость которой зависит от скорости яхты. Как только начинается движение, на воде формируется несколько коротких волн, которые перемещаются вдоль корпуса. По мере того как увеличивается скорость, увеличивается и длина этих волн, а количество, по длине корпуса, становится меньше (рис. 8а). На каком-то этапе яхта достигает скорости, при которой длинна волны становится равной длине корпуса яхты, т.е. гребень у носа, впадина в середине корпуса и второй гребень на уровне кормы (рис. 8б).
При дальнейшем увеличении скорости движения яхты, увеличивается и длина волны, следовательно, второй гребень будет все дальше смещаться назад, за корму. По мере смещения второго гребня назад, корма опускается во впадину между гребнями. Если посмотреть на корпус сбоку, получается, что нос задран вверх, корма опущена вниз, и яхта должна постоянно взбираться на волну, сопротивление движению при этом возрастает драматически (рис. 8в).
Этот тип сопротивления называют сопротивлением волны . Конечно, для моторной лодки с мощным двигателем и плоским днищем скорость, при которой корма достигает середины (впадины) волны, не является пределом. Добавив обороты двигателю моторной яхты, можно увеличить скорость и перейти из водоизмещающего режима на глиссирующий. Однако большинство парусных яхт не обладают такой возможностью, да и геометрия корпуса в большинстве случаев не предусматривает режим глиссирования. Поэтому для большинства яхт традиционной формы сопротивление волны оказывается непреодолимой преградой. Это касается не только парусных яхт, но барж, танкеров, больших пассажирских судов, словом всех, кто не способен глиссировать.
Скорость, при которой длина волны становится равной длине корпуса по ватерлинии, называется скоростью данного корпуса. Дальнейшее увеличение скорости принципиально возможно, но без перехода на глиссирующий режим, это связано с очень большими энергетическими затратами. На практике очень редко удается разогнать яхту до скорости в полтора раза превышающей скорость корпуса.
Скорость корпуса определяется формулой - v=1,34√L,
где v – скорость в узлах, L – длинна в футах. Так для яхты длиной ватерлинии 20 футов (6 м) максимальная скорость будет 6 узлов. Для большой круизной яхты с ватерлинией длиной 40 футов (12 м) скорость будет около 8,5 узла. Для 300 футового военного корабля скорость корпуса 23 узла.
Сопоставляя все препятствующие движению яхты факторы, мы обнаружим, что на трение приходится больше трети общего сопротивления, еще треть приходится на формирование волны, около 20 приходится на формирование завихрений у поверхности корпуса, 10 процентов – сопротивление, связанное с формированием завихрений у задней и нижней кромки киля. Остальное приходится на сопротивление надводной части (сопротивление рангоута, воздушные завихрения формируемые парусом и т.п.). Конечно, соотношение перечисленных компонентов может меняться в значительных пределах в зависимости от формы корпуса, условий в которых движется яхта, курса относительно ветра и т.д.
Подводя итог можно сформулировать следующие правила, - быстрее движется та яхта, у которой длиннее и уже корпус, больше площадь парусов и меньше площадь смоченной поверхности. Конечно, такие простые правила могут привести к тому, что конструкторы будут делать длинные лодки с каютами, которые не обеспечивают даже минимальный комфорт. Но любое конструкторское решение, это компромисс между взаимоисключающими пожеланиями. Для движения фордевинд желательно иметь широкие квадратные паруса, которые будут легко захватывать ветер и киль минимальных размеров. Напротив, для движения против ветра лучше работают высокие узкие паруса, потому что они обеспечивают наилучшее соотношение подъемной силы и потерь, связанных с образованием вихрей. Киль на острых курсах должен быть длинным и узким, чтобы создавать максимальное боковое сопротивление при минимальной смоченной поверхности. Но такой киль очень неудобен вне гоночной трассы или просто на мелководье. Недлинный киль с бульбом или горизонтальными крылышками, отличный компромисс удовлетворяющий большинство яхтсменов.
The Physics of Sailing Explained: An Introduction
