Основой для проведения буксировочных испытаний модели часто
служит теоретический чертеж проекта, согласованный со всех выше
рассмотренных точек зрения, включая относительное положение центра
тяжести яхты и центра вели-. чины. Испытания моделей яхт в опытовом
бассейне обычно так дороги, что их целесообразно проводить только
для больших и дорогостоящих яхт. Правда, они также необходимы для
разработки проекта серийной или типовой яхты, по которому должно
быть построено множество судов.
Идея буксировочных испытаний в бассейне была претворена в жизнь уже
в конце XVIII в. при проектировании больших парусных судов. Модели
судов приводили в движение с помощью падающего груза и точными
весами измеряли величину сопротивления. В 1863 г. англичанин Вильям
Фруд создал основу для пересчета результатов с учетом масштаба
модели, так что стало возможным рассчитывать сопротивление натурного
судна.
Конструктор яхт, однако, из-за больших расходов на проведение
буксировочных испытаний может прибегать к ним только время от
времени. Для парусных яхт испытания усложняются тем, что модели
должны буксироваться не только в нормальном (прямом) положении, но и
с различными углами крена и дрейфа (рис. 2). Например, при
испытаниях одного из проектов Бриттона Ченса было испытано 16
различных моделей, каждая по 27 раз. Итого было проведено 432
буксировки. Эта работа заняла несколько недель, расходы составили 40
ООО марок ФРГ без учета затрат на изготовление моделей. Так как
каждая из деревянных моделей длиной около 1 м с упряжкой
(приспособление для буксировки) стоила также несколько тысяч марок,
то варьировались обводы только четырех основных моделей путем
наложения на них пластмасс с последующей доработкой. Путем
систематических изменений обводов в очень узких пределах удалось
достичь оптимальных показателей при минимальном сопротивлении на
всех курсах и при всех скоростях. Данные этих буксировочных
испытаний моделей 16-метровой яхты были затем пересчитаны
посредством компьютерной программы для других яхт тех же размеров.
Обе составляющие сопротивления: сопротивление формы, которое
подчиняется закону Фруда, и сопротивление трения, изученное
Рейнольдсом, пересчитываются для натурного судна по результатам
испытаний моделей отдельно. Но так как при буксировочных испытаниях
эти составляющие сопротивления могут быть замерены только вместе, то
в этом пересчете есть некоторая погрешность. Погрешность эта тем
меньше, чем в большем масштабе по отношению к
натурному судну выполнена модель. Увеличить масштаб моделей моторных
яхт не проблема, так как для буксировки без крена и дрейфа можно
воспользоваться опытовыми бассейнами больших размеров, рассчитанных
на испытания моделей крупных судов. Сложнее в этом отношении
испытания моделей парусных яхт, размеры которых, как правило,
невелики. В связи с этим сравнительные буксировочные испытания
проводят более простыми методами.
При испытании яхты с помощью перемещающихся грузов модели придают
необходимый крен и дифферент, приближающиеся к их значениям на
натурной яхте при постоянном давлении ветра. Различные углы
встречного потока воды могут быть установлены с помощью
шпрюйтовидной подвески из тонкой стальной проволоки, за которую
крепят тяговый трос. Буксировка может быть проведена в бассейне
длиной около 30 м. После прохождения начального участка разгона с
помощью двух фотоэлементов, задающих импульс на электронный
секундомер, замеряют скорость установившегося движения модели при
постоянной тяге. Скорость модели затем пересчитывают на значение
скорости натурной яхты. Однако решающим фактором является различие в
скоростях сравниваемых моделей.
Результаты многочисленных буксировок, нанесенные на график
зависимости скорости от массы буксирующего груза, дают режиме
водоизмещающего плавания кривые (рис. 3). Такие испытания были
проведены в опытовом бассейне и стоили значительно меньше, чем
нормальные буксировочные испытания.
Рис.2. Буксировочные
испытания моделей парусных яхт проводят при паз-личных значениях
углов крена и дрейфа.
Рис. 3. Результаты буксировочных испытаний
моделей (зависимости скорости от массы буксирующего груза) для трех
различных килевых яхт -однотонников, свидетельствующие о высокой
точности примененного метода.
Сложное измерительное оборудование, имеющееся в технологическом
институте Стефенса в Хобокене под Нью-Йорком, считается одним из
самых совершенных для испытаний моделей парусных яхт. Однако и оно
работает с некоторыми погрешностями и исключительно дорогое.
Буксировочные испытания можно не проводить, если конструктор
располагает достаточно точными сравнительными данными, позволяющими
выполнять соответствующие пересчеты с ранее испытанных моделей на
новый проект. Но их рекомендуется проводить, когда требования к
проекту необычны. Если позволяют финансы, лучше изготовить по
крайней мере 2- 3 модели яхты с изменяемыми обводами.
В том случае, когда обводы яхт после буксировочных испытаний в
бассейне нуждаются в корректировке, конструктор еще раз
прорабатывает теоретический чертеж. На нем наносят положение
конструктивных шпангоутов, которые не всегда расположены на
одинаковом расстоянии друг от друга. Конечным результатом работы над
теоретическим чертежом является составление таблицы плазовых
ординат, данные которой используют для разбивки теоретического
чертежа в натуральную величину на плазе. Некоторые конструкторы
иногда выполняют окончательный чертеж в различных масштабах,
например, принимают масштаб по ширине яхты 1 : 10 и масштаба по
длине 1 : 25. С помощью лупы и масштабной линейки с мелкими
делениями конструктор снимает размеры, по которым^ сразу же
составляют чертеж конструктивных шггангоутов в натуральную величину.
Другая возможность состоит в использовании электронного компьютера,
что общепринято в крупном судостроении. Размеры с теоретического
чертежа автоматически выравниваются компьютером и точно согласуются
друг с другом в отдельных сечениях. Ординаты любого сечения, любой
ватерлинии и рыбины, как и любого другого разреза корпуса, можно
взять из запоминающего устройства компьютера. Однако сомнительно,
чтобы значительные расходы, связанные с использованием компьютера
для обычной постройки яхты, могли быть оправданы. На современной
верфи, располагающей аппаратурой с программным управлением для
газовой резки металла, с помощью которой можно вырезать несколько
наборов книц, продольных балок, листов наружной обшивки по
перфокартам, эти расходы имели бы смысл, так как значительный объем
работ, выполняемых на плазе, можно было бы сократить. Но поскольку
почти ни одна верфь малого судостроения не располагает такой
установкой, использование электроники влечет за собой больше
расходов, чем экономии.
Более распространен метод, когда конструктор наносит линии чертежа
на кальку из прочного пластика так точно, что они помощью
фотооптического метода разметки могут быть использованы для
изготовления шаблонов различных деталей корпуса. Этот метод не
требует больших затрат и усилий. На американских и европейских
верфях им пользуются с большим успехом.
