Рис. 193. Моторная яхта со снятой каютой.

тросов (37), штурвал (31), флагшток (38) и сиденье для рулевого (39). Некоторые из этих деталей следует закреплять лишь после окончательной лакировки. Поручни, релинги, сиденья и флагшток изготовим из медных трубок (старые стержни от шариковых ручек). Отдельные части следует спаять, отполировать и покрыть бесцветным лаком. Опознавательные огни и сирена - алюминиевые или деревянные.

Окраска: борт ниже ватерлинии - красный или зеленый; борт выше ватерлинии - белый; палуба, кокпит - бесцветные; боковые стенки каюты - белые; релинги, поручни - медные, покрытые бесцветным лаком; утки черные; опознавательные огни - белые или посеребренные.

На рис. 193 показана готовая модель моторного катера со снятой каютой. Хорошо видно расположение двигателя, аккумуляторов, рулевой машинки и приемника.

Парусная яхта с управлением

дистанционным

Дпя модели парусной яхты снова выбираем плоскокилеватую форму корпуса (типа шарпи) в деревянном исполнении (рис. 194). Таким образом, как и в случае с моторной яхтой, при относительно небольших денежных затратах мы получим простую и надежную в эксплуатации модель - судно класса F5-1V1, для которого регламентирована общая длина 1,27 м и максимальная парусность 5160 см.

Рис. 194. Наша парусная яхта с дистанционным управлением.

Опыты с почтовыми Знание и учет соответствующих физических за-

открытками конов позволяет добиться от модели лучших

результатов. Эффективно используя ветер, мы сумеем обеспечить яхте максимальную силу тяги при удержании на заданном курсе. Как же возникает зта сила тяги? Физической величиной, с которой чаще всего приходится встречаться, когда мы имеем дело с текучей средой (вода или воздух), является давление (сила на единицу поверхности) . В воздушном шаре на оболочку действует статическое давление стат являющееся мерой потенциальной энергии заключенного в нем воздуха. При выпускании воздуха из шара эта потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию воздушного потока. Кинетическая энергия проявляется в форме динамического давления /д„ , действующего всегда перпендикулярно направлению потока. Мы можем убедиться в этом, обдувая воздушным потоком почтовую открытку (рис. 195).

Для отыскания зависимости между статическим и динамическим давлением изогнем две почтовые открытки и подвесим их параллельно друг другу на двух вязальных спицах на расстоянии примерно 3 см (рис. 196). Подуем теперь с силой сверху вниз в зазор между обеими открытками. Можно было бы ожидать, что воздушный поток раздвинет их еще больше. Однако вопреки ожиданию оказывается, что возникают силы, которые, наоборот, прижимают открытки друг к другу. Это явление можно объяснить следующим образом. Представим воздушный поток в виде линий обтекания. В таком потоке на основе закона сохранения энергии /стат + дин = const. При протекании частиц воздуха через зауженные поперечные сечения их скорость увеличивается, следствием чего является возрастание динамического давления, а значит (в соответствии с вышеприведенным равенством), и падение статического давления. В результате возникает сила, перпендикулярная потоку. В нашем эксперименте это проявляется в том, что обе открытки вплот, ную прижимаются одна к другой. Силы, воздействующие на выгнутые пластины (а именно такую форму имеет парус), используют для создания тяги.

Рис. 195. Иллюстрация эффекта динамического давления.

1 - воздушный шар; 2- воздушный поток; J-почтовая открытка.

Рис. 196. Опыт, подтверждающий возникновение силы, перпендикулярной воздушному потоку.

1 - воздушный поток; 2 - вязальные спицы; 3 - движение открыток.

Сияы, действующие Наша яхта должна ходить разными курсами,

на парус которых ветер будет дуть в ее паруса под

самыми различными углами. Взаимосвязи между ветром, парусами и ходом достаточно сложны, поэтому для начала снова проведем некоторые эксперименты. Наклеим одна на другую две почтовые открытки, придадим получившейся пластине выгнутую форму путем подклейки к ней трех продольных ребер из 1,5-миллиметровой фанеры и поместим ее на почтовые весы, применяемые для взвешивания конвертов и другой корреспонденции, с таким расчетом, чтобы наша конструкция могла разворачиваться в вертикальной плоскости (рис. 197). Угол наклона пластины считывается со шкалы угломера. Выгнутую пластину будем обдувать феном, следя за тем, чтобы во всех опытах расстояние между пластиной и феном и направление дутья оставались одинаковыми. Стрелку весов установим на середину шкалы.

В первой серии опытов будем менять угол наклона пластины от О до 50° с шагом 5°. Отклонение стрелки от исходного положения будет пропорционально силе, возникающей вследствие различия динамических давлений снизу.и сверху от выгнутой пластины и действующей перпендикулярно направлению дутья. Поверх пластины линии обтекания сжимаются и динамическое давление уменьшается, снизу они расходятся, благодаря чему динамическое давление повышается. Оба эти давления вызывают соответствующие силы, сумма которых представляется в виде некоторой результирующей Fp. Она приложена к центру давления, который у паруса называется центром парусности. Измерения показывают, что при углах = 2025° результирующая сила оказывается наибольшей. Это объясняется тем, что с увеличением угла наклона пластины примерно до 25° линии обтекания поверх пластины все

Почтовые весы

<Рен

Рис. 197. Эксперимент, доказывающий наличие поперечной составляющей

силы ветра.

Рис. 198. Обтекание изогнутой пластины при различных углах атаки а.

больше сжимаются, а снизу все сильнее расходятся. Результирующая достигает максимального значения. При дальнейшем увеличении угла наклона результирующая будет уменьшаться. Линии обтекания нс могут уже больше следовать вдоль поверхности. Поток отрывается, образуются нежелательные завихрения (рис. 198). При желании добиться как можно большей результирующей следует выдерживать оптимальный угол наклона (для паруса он называется углом атаки) - от 20 до 25° к направлению ветра.

Рассмотрев рис. 199, мы поймем, какое значение имеет указанная результирующая для движения яхты. Результирующую А'р можно разложить на две составляющие: силу тяги 1\, действующую в направлении движения яхты, и силу дрейфа /д, направленную перпендикулярно ему. При острых курсах яхты относительно ветра (угол 7), т. е. на курсах круто к ветру (крутой бейдевинд), составляющая 1\ еще мала. При 7=90 (курс ,3 полветра , или галфвинд) сила тяги /, достигает своего максимума. На курсах от ветра (полный бакштаг, фордевинд) соотношение между потоками по обе стороны паруса ухудшается, так что /, снова уменьшается.

Е

Ветер

Рис. 199. К возникновению силы тяги: а - на курсе крутой бейдевинд; б - на курсе галфвинд; в - на курсе фордевинд.

Истинный и вымпельный До сих пор мы предполагали, что модель не

движется. В действительности же движение модели и ветра складываются друг с другом. Дпя пояснения этого приведем простой пример Предположим, что мы идем на моторном катере при полном штиле со скоростью 20 км/ч. При этом у нас возникает ощущение, будто навстречу нам с той же скоростью 20 км/ч дует кажущийся ( ходовой ) ветер. Если мы идем на парусном судне, то ходовой ветер складывается с истинным ветром (истинным называют тот ветер, что воспринимается неподвижным наблюдателем), а мы воспринимаем эту результирующую также как некий кажущийся ветер. Стоя на берегу, мы можем оценить только истинный ветер. Дпя индикации кажущегося ветра на модели устанавливают флюгарку - вымпел на топе (верхнем конце мачты), в связи с чем кажущийся ветер называют вымпельным. Простейшей флюгаркой может служить куриное или гусиное перо. Для нашей модели изготовим такую флюгарку по рис. 200. Точно сбалансированная противовесом, она дает правильные показания даже при на(Крененной модели.

Все силы, воздействующие на идущую парусную яхту, обязаны своим возникновением вымпельному ветру. Изобразив стрелками скорости ветров на разных курсах (рис. 201), мы видим, насколько различными могут быть значения вымпельного ветра при одинаковом для всех случаев истинном ветре. Из уравнения

где р - плотность воздуха, i; - скорость вымпельного ветра, следует, что действующее на парус динамическое давление дин' значит, и возникающая при этом сила Р' (и ее составляющие) претерпевают на различных курсах существенные изменения. На курсах к ветру (бейдевинд) сила относительно мала (см. рис. 199, а), но поскольку скорость вымпельного ветра велика (см. рис. 201), то h\ в соответствии с приведенным уравнением приобретает все же довольно значительную

величину. Яхта может идти круто к

ветру. Вплоть до курса в полветра (галфвинд) скорость вымпельного ветра уменьшается, зато F., возрастает (быстрый ход). Скорость вымпельного ветра продолжает все более уменьшаться при

Рис. 700. Флюгарка (вымпел), показывающая направление вымпельного ветра.

1 - парусина (40x100 мм) ; 2- свинцовые бусинки; 3- медная проволока ф1 мм.

Рис. 201. Истанный и вымпельный ветер на разных курсах.

попутных ветрах, пока не становится на курсе фордевинд равной всего лишь половине скорости истинного ветра - В приведенном примере при неизменной скорости модели скорость вымпельного ветра изменяется в диапазоне от 3 = 1,5i; до d = 0,5г Таким образом, сила тяги самым решающим образом зависит от угла атаки паруса и скорости вымпельного ветра.

Итак, для получения максимальной скорости модели при удержании заданного курса парус должен образовывать с направлением вымпельного ветра некоторый определенный угол.

Немного теории ТеПерь мы знаем, какие силы действуют на па-

конструирования рус. Подумаем далее о том, как можно исполь-

ларусных яхт зовать Эти силы для приведения модели в дви-

жение. Вы, конечно, обращали внимание на то, что при боковых ветрах парусная яхта под воздействием ветрового давления в той или иной степени наклоняется. Говорят, что судно кренится. Такой крен нежелателен: он таит в себе опасность, что яхта зачерпнет бортом воду, а то и вовсе опрокинется. Кроме того, при сильных кренах существенно уменьшаются действующая поверхность паруса, что видно из рис. 202, а также эффективная площадь руля, причем порой столь сильно, что четкое управление яхтой становится нево:?можным. Поэтому центр тяжести модели располагают как можно ниже (используют легкие мачты, легкие паруса, легкий корпус, глубокий монтаж узлов системы дистанционного управления) и дополнительно прилаживают на встроенном в днище плавнике балластный груз. При сильных ветрах он, действуя как

Рис. 202. Крен яхты под воздействием ветра.

1 - при легком ветре; 2 - при сильном ветре.

противовес, снижает крен судна. Однако балласт приводит к более глубокому погружению модели, а следовательно, и к увеличению сопротивления движению. Поэтому балластный груз не должен быть большим, чем это необходимо, а при слабых ветрах целесообразно и вовсе заменять его другим, более легким.

Плавник уменьшает дрейф судна, возникающий под воздействием силы дрейфа F. Из рис. 199 понят- т

но, что для компенсации дрейфа /

силе /-д должна быть противопоставлена другая сила, по возможности такой же величины. Если бы дрейф не компенсировался вовсе, судно не смогло бы идти никакими иными курсами, кроме попутных с ветром. Однако здесь на помощь нам приходит большая боковая поверхность .модели (боковая проекция ее подводной части), которая вызывает большую силу сопротивления, действующую навстречу F и в значительной степени компенсирующую дрейф. Плавник следует делать длинным и узким, чтобы балласт был погружен достаточно глубоко. Таким образом даже при небольшом балласте мы достигаем высокой остойчивости веса. Узкий плавник способствует, кроме того, поворотливости модели.

Известны два центра приложения сил парусной яхты: общий центр парусности (обобщенный для переднего паруса - стакселя и главного паруса - грота), к которому приложены силы ветра, и центр бокового сопротивления, к которому приложены противодействующие силы. Напрашивается вывод: оба эти центра должны лежать примерно на одной вертикали (рис. 203). В зависимости от курса центр парусности меняет свое положение. То же происходит и с центром бокового сопротивления, а их взаимное расположение оказывает решающее влияние на устойчивость модели на курсе. Модель стабильно лежит на курсе, если центр парусности смещен от вертикали, проходящей через центр бокового сопротивления, не более чем на (0,05 -0,1)% длины конструктивной ватерлинии. Если он смещен слишком далеко вперед, модель имеет склонность самостоятельно вали-ваться под ветер. Для устранения этого явления паруса переставляют несколько ближе к корме. Если центр парусности смещен слишком далеко назад, модель имеет склонность самостоятельно приводиться к ветру (стремится стать носом к ветру). Это явление устраняют путем переноса парусов несколько ближе к носу. При нейтральном положении руля модель должна устойчиво лежать на курсе. Малейшую попытку к увалива-нию или приведению можно, разумеется, компенсировать соответствующим поворотом руля, однако поступать так следует как можно реже, ибо

Рис. 203. Положение центра тяжести модели: а - нормальное положение, модель стабильно лежит на курсе; б ~ модель уваливается; в - модель приводится.

1 - центр парусности; 2 - центр бокового сопротивления.

при этом увеличивается сопротивление движению и уменьшается скорость. Обеспечить стабильность удержания на курсе можно только путем тщательной регулировки положения парусов.

До сих пор мы не придавали никакого значения высоте паруса. Классификацией судов предусматривается только общая площадь парусности, поэтому высоту и ширину стакселя и грота можно варьировать в широких пределах. При одинаковом ветре высокий узкий парус развивает большие силы, чем парус с меньшим отношением сторон. Это означает, что для яхты надо изготовлять по меньшей мере два комплекта парусов, один из которых (с отношением сторон 6:1) предназначается для слабого ветра. Для сильных ветров рекомендуются паруса с меньшим отношением сторон. Высокорезультативные модели яхт несут паруса высотой около 1,7 м при высоте Мачты 2 м.

Наряду с удлинением паруса на возникающие силы оказывает влияние и его вогнутость. Слабо изогнутый парус развивает при сильном ветре большие силы, чем сильно изогнутый, и, наоборот, сильно изогнутый па-ру ., с пузом , лучше работает при слабых ветрах. Вогнутость паруса можно регулировать путем натяжения шкаторин (шкахорина - трос, вшитый в кромку паруса для придания ему жесткости) стакселя и грота. Для того чтобы при ветре вогнутость грота не очень изменялась из-за подъема гика (гик - круглое или четырехгранное рангоутное дерево, вращаемое на вертлюге перпендикулярно мачте; к нему пришнуровывается нижняя шкаторина) и раздутия паруса (особенно в верхней его трети), к гику прилаживают оттяжку - нирал (приспособление, препятствующее подъему гика и натягивающее заднюю шкаторину). Этот нирал постоянно удерживает в натяжении заднюю шкаторину растравленного паруса (травить - ослаблять тросы), препятствуя тем самым его раздутию. Таким образом, в зависимости от силы ветра мы можем придавать парусу желаемую вогнутость, которая затем уже остается примерно постоянной на всех курсах.

Завихрения

Движение модели

Турбулентныа поток I

Ламинарный, поток

Рис. 204. Ламинарный и турбулентный потоки, у поверхности корпуса яхты.

Рис. 205. Потоки у поверхности паруса.

1 - завихрения, вызванные мачтой;

2 - завихрения за счет отрыва потока.

В заключение рассмотрим несколько более внимательно взаимодействие потоков воды с корпусом судна и воздуха с парусом. Корпус яхты движется в потоке воды, представленном на рис. 204, как и прежде, линиями обтекания. На участке, где эти линии проходят вдоль поверхности обтекаемого тела, поток называют ламинарным. Однако при увеличении скорости тела (или при неблагоприятной его форме) поток не может уже больше следовать за изгибом поверхности. Он отрывается от нее, образуя завихрения. Такой поток называют турбулентным. В турбулентном потоке тело оказывает потоку гораздо более сильное сопротивление, чем в ламинарном, так как большая часть его двигательной энергии преобразуется в кинетическую энергию водяных завихрений. Отсюда следует вывод: всем телам, соприкасающимся с потоками воды или воздуха, следует придавать по возможности обтекаемую форму. В конструкции корпуса это уже учтено; он обладает такой формой. Однако обтекаемую форму должны иметь не только корпус, но и плавник, и перо руля. К образованию турбулентностей ведет не только форма поверхности, но и ее состояние. Точным изготовлением модели и тщательностью обработки ее поверхностей можно свести турбулентности к минимуму или вовсе избежать их. Становится очевидным, что безупречно отлакированная поверхность целесообразна не только с точки зрения эстетики, но и с точки зрения физики, ибо оказывает положительное влияние на скорость модели. Аналогичные рассуждения относятся и к парусу (рис. 205). Турбулентностей, вызываемых мачтой, полностью избежать нельзя. Поэтому ее следует изготовлять как можно более тонкой (однако не в ущерб прочности) и профилировать. Кроме того, нео Бхоцимо следить, чтобы парус был изогнут равномерно, без вмятин и складок.

Мы строим парусную яхту

Мы уже упоминали, что наша яхта должна иметь плоскокилеватый корпус (типа шарпи), поэтому строить ее будем так же, как строили прежде моторную яхту. Большую помощь нам окажет при этом накопленный ранее опыт. Начнем с того, что снова обтянем стапельную доску плотной бумагой и нанесем на ней цтации и среднюю осевую линию по разме-

Рис. 206. Общее расположение парусной яхты.

На этом рисунке и следующем номера деталей яхты указаны в соответствии со спецификацией деталей модели яхты, приведенной в приложении 10.