Гидродинамика яхты

Явления, возникающие при обтекании водой плавника и пера руля яхты, аналогичны явлениям при обтекании паруса воздухом. Разница — в плотности и вязкости сред и в количественных показателях.

Отдельного внимания заслуживает корпус яхты, движущийся на границе сред: воды и воздуха.

В системе: корпус-парус движителем является парус. Корпус создает тормозящее действие.

Общее сопротивление корпуса можно представить как сумму 4-х составляющих:

• сопротивления трения,
• волнового сопротивления,
• индуктивного сопротивления,
• сопротивления крена.

Механика сопротивления трения корпуса (плавника, руля) аналогична трению на парусах. Зона отрыва струй ламинарного потока воды от корпуса прямо зависит от скорости движения струй потока вдоль корпуса. Чем выше скорость, тем больше зона турбулентного обтекания. Реально ламинарный поток можно сохранить на первой четверти длины корпуса (это также относится к плавнику и перу руля), если высота шероховатостей h (мм) обтекаемой поверхности не превышает величины

где: L — длина корпуса или ширина плавника или пера руля (мм).

Поскольку размеры плавника и (особенно) пера руля значительно меньше, чем длина корпуса, то и требования к гладкости их поверхностей должны быть на столько же выше.

Водоросли, или обрывок рыболовной сети, или иной мусор случайно зацепившийся за плавник или перо руля могут сильно испортить результат гонки.

По мере роста скорости яхты до предельной доля сопротивления трения в общем сопротивлении подводной части яхты уменьшается до 40 %. Но величина трения все-таки растет.

При очень малых скоростях яхты преобладает исключительно сопротивление трения. Кроме гладкости поверхности на величину сопротивления трения влияет площадь смоченной поверхности. Смоченную поверхность имеет смысл уменьшать в слабый ветер, придав яхте крен в пределах 8°-12°.

Индуктивное сопротивление возникает от перетекания потока из областей высокого давления к низкому. Это происходит на нижних оконечностях плавника и пера руля при углах атаки, отличных от нуля. При плавании курсом фордевинд на плавнике индуктивное сопротивление не возникает. На пере руля индуктивное сопротивление возникает всегда в момент его отклонения от диаметральной плоскости.

На лавировке, когда крен яхты становится больше критического (20° и больше), яхта начинает сильно дрейфовать. При этом характер обтекания яхты и волнообразования резко изменяются. Погруженная в воду часть корпуса с плавником и рулем обтекается под чрезмерно большим углом атаки отчего возникает дополнительное сильное индуктивное сопротивление проявляющееся в образовании больших водяных вихрей, на создание которых тратится очень значительная часть полезной энергии ветра, действующего на паруса.

Скорость яхты с ростом скорости ветра уже не растет и даже падает, если крен еще больше увеличится.

Рис. 12.15. Зависимость сопротивления воды движению яхты от ее скорости