A vitorlás hajó elméletének alapjai
Ahhoz, hogy gyorsan és biztonságosan navigáljon a vízben, a hajónak jól ismernie kell a hajózást.
Minden hajó fő hajózhatósága a felhajtóerő, a stabilitás, a folyékonyság és az agilitás. Ezenkívül a vitorlásnak képesnek kell lennie vitorlákat szállítani.
Mindezek a tulajdonságok a hajó alatt kell maradnia, minden hajózási körülmény esetén, azaz gumicsónakok - a feltételek a folyók és tavak, verseny gerinc csónakok - rövid tengeri út, a hajózásra cirkáló - nyílt tengeri körülmények, stb ...
A tengerhajózás vizsgálata egy speciális tudományhajóelmélet tárgyát képezi, amelynek alapvető elemeiről, mint egy vitorlás jachtra, ebben a fejezetben fogunk élni.
A felhajtóerő a hajó azon tulajdonsága, hogy a vízen marad (úszni). Meg kell tartani, amikor a hajó betöltődik, mozog, és áthalad a hullámokon.
Minden nyugodt állapotban lévő úszó edény a vízben egyensúlyban van két erõ hatása alatt: az edény súlya függõlegesen lefelé és a víznyomás ereje a víz alatti részen függõlegesen felfelé. A víznyomás erősségét a hajó víz alatti részére a felhajtó erőnek nevezzük. Archimedes törvénye szerint a felhajtóerő egyenlő a víz által kiszorított víz tömegével.
A hajó által elmozdított víz tömegét a hajó súlyának elmozdulása vagy egyszerű elmozdulásnak nevezik. Egy másik eltérés a térfogat elmozdulása vagy a hajó által eltolódott víz mennyisége.
A tömeg elmozdulását tonna (ritkábban kilogrammban), térfogat - köbméterben mérjük. Édesvízben az elmozdulás egyenlő a tömeggel, mivel egy köbméter édesvíz súlya 1 tonna.
Ugyanaz a hajó, amelynek fajlagos elmozdulása (mindig egyenlő a hajó tömegével) különböző vizekben eltérő elmozdulási térfogattal lehet. Édesvízben az elmozdulás nagyobb, mint a sós vízben, mivel a sós víz nehezebb, mint az édesvíz, és kisebb mennyiséget foglal el. Ezért a friss vízben lévő hajók mélyebben és sós vízben helyezkednek el - kisebbek.
Ez a jelenség hajósok gyakran találkozott mérésekor hajók: gerinc hajó lesz nagyobb a hosszúsága a vízvonal (Water mirror) édesvízben, mint a só (76. ábra).
A hajó térfogat-elmozdulását az alakja határozza meg, valamint annak hosszát és szélességét a vízvonal mentén és a vízszintes vonal mentén.
Ábra. 76. A gerinchajó fő méretei
A vízvonal hosszát átmérő síkban mérik, a hajó első és hátsó éleinek metszéspontja és a víz síkja között.
A vízvonal szélességét a hajó legszélesebb pontján (a középvonal vonalánál) mérik.
A csapadék a hajó víz alatti részének legmélyebb pontja, a víz felszínétől való távolság.
Ha a hajó formájában négyszögletes pontonok függőleges falak, nyilvánvaló, hogy a lökettérfogat a térfogatához paralelepipedon peremekkel megegyezik a hossza a vízvonal, a vízvonal szélessége és az üledék. Természetesen minden olyan hajó, amelynek hosszúsága és szélessége a vízvonal mentén és a vízszintes vonal mentén kisebb lesz, mint egy ugyanolyan méretű ponton. Az arány a térfogat-kiszorításos a hajó a kötet egy paralelepipedon oldalú egyenlő hosszúságú vízvonal, a vízvonal szélessége és üledék, az úgynevezett együtthatója elmozdulás teljesség. Minél nagyobb ez az együttható, annál nagyobb a hajó vonalak teljessége vagy a hajó teljessége. Minél lassabb a hajó, annál inkább a teljessége van. Például a lassú kereskedelmi hajók, ez a tényező (a hajó elméletben jelöli a görög betű d- «delta") legalább 0,8; nagy hadihajók vitorlázás, bevásárlás, 0,6-0,7, a rombolók és cirkálók fény - 0,45-0,50. A vitorlás jachtok még kisebb teljességi együtthatókkal rendelkeznek. Tehát dverbotov d = 0,28-0,33; versenyautó jachtok esetén d = 0,12-0,17; a hajókölcsönző hajók számára d = 0,19-0,22.
Ismerve a sebesség az elmozdulás, a teljesség tudjuk nagyjából számítani a térfogat-kiszorításos a hajó, megszorozzuk ezt az arányt a termék hosszának egy vízvonal vízvonal szélessége és a tervezet. Ha ezt egy képlet fejezi ki, akkor elmozdulunk:
V = d * LVL * BVL * T (m3)
Egy példa. . Meg kell kiszámolni, hogy tenderhez elmozdulása hossza a vízvonal 6,5 szélesség a vízvonal 1,7 méter és a tervezet 0,2 m Feltételezve, hogy az átlagos a teljesség együtthatója 0,3, akkor annak elmozdulását az említett képlet a következő:
V = 0,3 * 6,5 * 1,7 * 0,2 = 0,66 (m3)
A súlyzókkal és a kompromisszumokkal végzett elmozdulás kiszámításánál egy csomó nélküli csengőhangot kell készíteni, és a keel jachtok esetében - egy falshkelnél.
A lökettérfogat a hajó felhajtóerőjének mércéje, de nem teljesen jellemzi a felhajtóerejét és az út biztonságát.
A hajó feltöltésekor a felhajtóerő fenntartásának fő szerepe az F szabad oldali oldal (76. ábra). Az alacsony gyöngyökkel rendelkező hajó könnyen elnyomja a hullám, ezért a gyöngy magasságát főként a hullám nagysága határozza meg azokon a vizeken, ahol hajózni kell. Ezért elég, ha a folyami csónakok 0,3-0,4 m-es szabad magassággal rendelkeznek; tengerhajózó hajókirándulásoknál sokkal nagyobbnak kell lennie egy tábláról, 0,7-1,2 m-re. Ahhoz, hogy a hajó könnyebben felmászható a hullámra, a hajó fedélzetének magassága nagyobb, mint középen és a tatán.
Minél nagyobb az edény felhajtóereje, annál nagyobb a szabadoldal.
Ezt a hajó fenti víztartalmának a vízvonalról a fedélzetre történő térfogata határozza meg.
Ha az üres edény teljesen fel van töltve, akkor mélyebbre süllyed, és elmozdulása nagyobb lesz. A terhelt és üres edény súlyának elmozdulása közötti különbséget a hasznos teher kapacitásnak nevezik.
Stabilitását. Ha a hajó úgy helyezkedik el, hogy a számított vízvonal nem párhuzamos a tényleges hosszirányban (77. ábra), azt mondják, hogy a hajó az orrra vagy a tatóra merőleges. A különbség általában a hajó hibás kiszámításának vagy a rakománynak a hajó hossza mentén történő helytelen elosztásával, vagy végül az erõs vagy orr részecskék elárasztásával jár együtt.
A különbség a hidrodinamikus erők hatásával alakulhat ki a jacht mozgása során: növekvő sebességgel a hajó elkeskenyed a tatán.
A rakományok aszimmetrikus elrendezésének vagy a külső erők hatásának (szélnyomásnak a vitorlákra gyakorolt hatása stb.) A hajó átmérőjű síkjához viszonyítva lehet, hogy a hajó tekercsben van.
A hajó azon képességét, hogy ellenálljon a tekercsnek és visszatérjen normális helyzetébe a dőléserők megszüntetése után, keresztirányú stabilitásnak nevezik.
Ábra. 77. Roll and trim
Ha egy hajó lebeg, anélkül, hogy meghajolna, egyensúlyban van az úszás és a súlya alatt. A hajó gravitációs pontja minden részével és rakományával a hajó súlypontja (CT). A felhajtóerő alkalmazásának a hajó által kiszorított víz súlypontja lesz. Ezt a pontot a nagyság középpontjaként (CV) nevezik.
Ha az áru vagy a személyzet nem mozog, akkor a hajó bármely helyzetében a súlypont megtartja helyzetét. Az érték középpontja a saroknál a hajótest víz alatti részének alakváltozása miatt mozog.
Amikor a csónak lebeg, anélkül, hogy meghajolná, a hajó súlyát (tömegét) kiegyensúlyozza a felhajtó erő. A felhajtóerőt a magasság közepén (CV) alkalmazzuk és függőlegesen felfelé irányítjuk. A nagyság középpontja a hajó átmérőjű síkjában van, mivel a hajó tengeralattjárójának körvonala szimmetrikus a síkhoz képest.
Ha figyelembe vesszük azt az esetet, amikor az összes rakomány az átmérő síkjához képest szimmetrikusan helyezkedik el a hajón, akkor a gravitációs középpont (CT) is a hajó közepén helyezkedik el. A felhajtóerő egyenlő a tömeggel; egy síkban fekszenek, és a csónak egyensúlyban van (78. ábra, a).
Ha a gumiabroncs meg van dőlve, az érték középpontja a sarok felé mozdul el a víz feletti alakváltozás miatt. A gravitációs és a felhajtóerőt többé nem lehet ugyanabban a síkban elhelyezni, és két erőt képezni, amelyek a gumiabroncsot normál helyzetbe kívánják helyezni. Az ilyen stabilitást pozitívnak hívják (78. ábra, b).
Egy intézkedés a stabilitás a termék a súly elmozdulás, hogy a távolság a súly és a felhajtóerő erők (váll stabilitás), az úgynevezett pillanat statikus stabilitás. Tömegmérőkben mérik. Ezzel a görgővel a gumiabroncs stabilitásának pillanata megnövelhető, ha a személyzet a tekerccsel ellentétes oldalra mozog (78. ábra c). Ezután a hajó súlypontja a CT és a stabilitás vállára költözik, következésképpen a stabilitás pillanatát is megnő. Ez egy széles körben használják a sportolók, úszó a csónak, ahol csökkenteni a henger (stabilitás növelése) a személyzet „lógott” át az oldalsó, vagy mint az említett otkrenivaet edénybe.
Ábra. 78. A gumiabroncs stabilitása
A további növekedés tekercs formában alatti része folyamatosan változik, a stabilitás először éri el a maximális értékét (egy dőlésszög 20-35 ° C), majd fokozatosan csökken, és végül jön a helyzet, amikor a súlyerő jön egy síkban van a felhajtóerő és újra beállítja az egyensúlyi helyzet (78. ábra, d).
Ábra. 79. A gumiabroncs stabilitása a hullámon
Ábra. 80. A gerinchajó stabilitása
Ábra. 81. A katamarán stabilitása
Ha nagyobb gumiabroncsot adsz a gumiabroncsnak, akkor a két erő hatása már hajlamos arra, hogy felborítsa (78. ábra, d). Az ilyen stabilitást negatívnak hívják. A legtöbb súlyzók esetében a negatív stabilitás 60-70 ° -os sorrendben,
Lássuk, hogyan változik a stabilitás, amikor a hullám a hajón viselkedik (79. A bejövő hullám az önéletrajz mozgását okozza, és ezáltal a negatív stabilitást (79. Ábra a jobb oldalon), és a hajó az ellenkező irányba kezd síkolni. A következő hullámok áthaladásával a kép megismétlődik, és a hajó folyamatosan ingadozik a hullámon. Nagy hullám esetén ezek a hajtóművek a csónakok felborulását eredményezhetik, mivel a gördülő tekercs bizonyos pillanatokban fellépő hatása egybeeshet a szél hatásával a vitorlákkal.
A bólintás csónak, ahol, hála a nagy gerinc súlypontja nagyon alacsony, gyakran a CV. a stabilitás képe eltérő (80. ábra). Amint az ábrából látható, az üreges gerinc hajó fedélzeti mindig pozitív a stabilitás és a növekedés a tekercs szög növekszik, és eléri a maximális értéket bank 90 °, amikor a vitorlák a vízen. Természetesen a gyakorlatban, egy csónakban pilótafülkében, vagy rosszul zadraennymi nyílások árvíz víz, és ez mosogató, mivel nem kiegyenesedik.
A stabilitás szempontjából nagyon sajátosak a katamaránok. Az 1. ábrán. A 81. ábra mutatja a katonát a sarkában ható erőket és pillanatokat. Alacsony tükörszögben, amikor a sövénytest vízbe van merülve, és a szélső oldal elhagyja, a CV erőteljesen mozog a szél alatt (81. Ábra, b). Végül, amikor a szélfeletti test kijön a vízből, a stabilitás vállja eléri a maximális értékét (81. ábra, c).
Ezen a ponton a stabilitás vállája megközelítőleg egyenlő a testek közötti távolság felével, és a tekercs viszonylag kicsi - körülbelül 10-12 °. A jövőben a stabilitás csökken, és a katamarán úgy viselkedik, mint egy csónak, egészen a rolloverig; míg az árboc lesz. A katamarán kezdeti stabilitása nagyon magas, de ha elérte a maximális értéket, intenzíven csökken. A negatív stabilitás kissé korábban kezdődik, mint egy csónak esetében - körülbelül 50-60 ° -os tekercselésnél.
Meg kell jegyezni, hogy a hosszanti stabilitás a katamarán számára is fontos. A gerinc jacht és mentőcsónakokra általában hosszanti stabilitása elegendően magas, hogy nem tekinti a lehetőségét bármilyen súlyos trim hatása alatt a szél a vitorlát (még spinnaker). A katamarán keskeny testei nem rendelkeznek olyan hosszú, hosszirányú stabilitással, friss szélgel pedig az orrra kovácsolnak. Ennek eredményeként, a szélalatti orr ház bury öntjük és katamarán felborul, mint az említett átmenő arccsont.
A yacht stabilitását egy pillanatra befolyásoltuk, ami egy bizonyos tekercset okoz. Nyilvánvaló, hogy ha a yachthoz csatolt nyúlási pillanat nagyobb, mint a stabilitási pillanat, akkor a hajó sarkon kezd. Ezzel szembe, például, amikor egy hajó, megy anélkül, egy tekercs szoros vontatott során szinte obezvetrennymi vitorlák kezdeni, hogy vegye fel a lapokat, erőt növeli sodródás, és ezért a dőlés pillanatban. Mivel egyre sarok dőlés mozgásokból adódó szél nyomást a vitorla csökken, és a stabilitás stabilizálónyomatékot növekszik, akkor mindkét pillanatok egyensúlyban egy bizonyos dőlésszög, és ha semmi nem változik, a bank továbbra is. Az 1. ábrán. A 82. ábra összehasonlítja a csónak és az azonos vitorlákkal ellátott katamarán stabilitását; következésképpen egyenlő szélerősséggel a heeling pillanatok megegyeznek velük. Az A görbe megfelel az 5-6 m / sec szélsebességnek. Ebben az esetben a tekercsnek körülbelül 19 ° -os tekercsje van, a katamaránnak 4 °. A növekvő szél dőlési nyomaték megnő, és lesznek olyan helyzetben, amelyben ez lesz a katamarán idejű stabilitás 1, megfelel a maximális stabilitás és dőlés pillanatról görbe B. Látható, hogy egy ilyen helyzetben, a legkisebb növekedés a daru (vagy erős szél) a katamarán felborulásához vezet, mivel nagyobb tekercseléssel a döntetlen pillanat mindig nagyobb, mint az instabilitási pillanat. A gumiabroncs egyidejűleg többet hever (a 2. pontig). De a tekercselési szög növekedésével a stabilitási momentum nagyobb, mint a dőlési pillanat. Ezért csak akkor fordul át, ha a B-görbe megfelelő szélerőssége a stabilitás maximális szintje mellett (3. pont).
Ábra. 82. A csónak és a katamarán stabilitása a szél hatására a vitorlákra
Ez a tény arra utal, hogy bár a csónak vagy katamarán maguk megtartják pozitív stabilitást a 4. és 5. pont, illetve, de a veszély felborul jelentkezik sokkal korábban, a dőlésszöget valamivel nagyobb, mint a szögek megfelel a maximális stabilitás, hanem a kritikus dőlésszöget (a 4. és 5. pontban), ahogy azt néha gondolják. Ezt figyelmen kívül kell hagyni egy gumiabroncs vezetésénél, és különösen egy olyan katamaránnál, amely nagyon gyors helyzetben van.
Tartsunk röviden a vizsgált anyag legfontosabb pontjain (ismertté kell tenni, hogy a hajót megfelelően kezelik):
- a gumiabroncs és a katamarán felborulhat, ha a tekercs felborul, közel ahhoz a tekercshez, amelynél a maximális stabilitást elérik;
- a gerinchajó nem csúszhat fel, de ha nyitott pilótafülkéje van, akkor nagy tekercssel vagy hullámmal lehet ráönteni és el fog süllyedni;
- A fedélzeti hullám ingajátítja a jachtot és csökkenti stabilitását; egy nagy hullámú csónak teljesen váratlanul fordulhat;
- a hajó belsejében lévő víz jelentősen csökkenti stabilitását; sok a csónak fogadásánál, csak egy nagyon kicsi tekercs elég ahhoz, hogy megfordítsa;
- a széles hajó sokkal ellenállóbb, mint egy keskeny;
- minél alacsonyabb a súlypont, annál stabilabb a hajó, és fordítva;
- annál nagyobb a vitorla területe, annál nagyobb a vitorla középpontja, annál kevésbé egyenlő minden más, a hajó stabilitása.
E következtetések némelyike nem magyarázható meg, természetesen magától értetődőnek kell lenni, vagy önállóan meg kell ismerni a jachtelmélet irodalmát.