фл.семафором навигация
исполнить цепочку-на главную в кубрик-на 1 стр.
  • главная
  • астрономия
  • гидрометеорология
  • имена на карте
  • судомоделизм
  • навигация
  • устройство НК
  • памятники
  • морпесни
  • морпрактика
  • протокол
  • сокровищница
  • флаги
  • семафор
  • традиции
  • морвузы
  • мороружие
  • словарик
  • моравиация
  • кают-компания

  •  

     

    Модели судов с дистанционным управлением

    Парусная яхта с дистанционным управлением

     

    Отрывки из книги Г.Миля "Модели с дистанционным управлением"


     

    Спецификация модели парусной яхты
     


    Наша парусная яхта с дистанционным управлением

         Для 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-M, для которого регламентирована общая длина 1,27 м и максимальная парусность 5160 см2.

     

     

     

     

    Силы, действующие на парус

     



    Наша яхта должна ходить разными курсами, 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.

    Эксперимент, показывающий наличие поперечной составляющей силы ветра

    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 α - 20 ÷ 25° результирующая сила оказывается наибольшей. Это объясняется тем, что с увеличением угла наклона пластины примерно до 25° линии обтекания поверх пластины все больше сжимаются, а снизу все сильнее расходятся. Результирующая достигает максимального значения. При дальнейшем увеличении угла наклона результирующая будет уменьшаться. Линии обтекания не 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.

    Обтекание изогнутой пластины при различных углах атаки альфа Рассмотрев рисунок внизу, мы поймем, какое значение имеет указанная результирующая для движения яхты. Результирующую Fр можно разложить на две составляющие: силу тяги FT, действующую в направлении движения яхты, и силу дрейфа Fд, направленную перпендикулярно ему. При острых курсах яхты относительно ветра (угол γ), т. е. на курсах „круто к ветру" (крутой бейдевинд), составляющая Fт еще мала. При γ = 90° (курс ,в полветра", или галфвинд) сила тяги FT достигает своего максимума. На курсах ,,от ветра" (полный бакштаг, фордевинд) соотношение между потоками по обе стороны паруса ухудшается, так что Fт снова уменьшается.



        

     

         Истинный и вымпельный ветер

     

    К возникновению силы тяги К возникновению силы тяги


    На рисунке: к возникновению силы тяги: а) на курсе крутой бейдевинд; б) - на курсе галфвинд; в) - на курсе фордевинд.

    До сих пор мы предполагали, что модель не движется. В действительности же движение модели и ветра складываются друг с другом.
    Для 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. Для 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 рисунку внизу. Точно сбалансированная противовесом, она дает правильные показания даже при накрененной модели.

    Флюгарка (вымпел), показывающая направление вымпельного ветра

    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

    Рдин = (ρ / 2 - vB2)


    где ρ — плотность воздуха, vB—скорость вымпельного ветра, следует, что действующее на парус динамическое давление Pдин, а значит, и возникающая при этом сила Fp (и ее составляющие) претерпевают на различных курсах существенные изменения. На курсах „к ветру" (бейдевинд) сила FT относительно мала (см. рис. вверху, а), но поскольку скорость вымпельного ветра велика (см. рис. внизу слева), то FT 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 FT возрастает (быстрый ход). Скорость вымпельного ветра продолжает все более уменьшаться при Истинный и вымпельный ветер на разных курсах попутных ветрах, пока не становится на курсе фордевинд равной всего лишь половине скорости истинного ветра vи. В приведенном примере при неизменной скорости модели vM скорость вымпельного ветра изменяется в диапазоне от vв = 1,5vи до vв = 0,5vи. 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.



     

     

     

     

         Теория конструирования парусных яхт



         Теперь мы знаем, какие силы действуют на парус. Подумаем далее о том, как можно использовать эти силы для приведения модели в движение. 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 четкие управление яхтой становится невозможным. 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 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 Fд. Из рис. 199 понятно, что для компенсации дрейфа силе Fд 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 Fд 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.

    Крен яхты под воздействием ветра

    На рисунке:
    крен яхты под воздействием ветра. 1 - при легком ветре. 2 - при сильном ветре.

    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 уваливаться 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 уваливанию или приведению можно, разумеется, компенсировать соответствующим поворотом руля, однако поступать так следует как можно реже, ибо при этом увеличивается сопротивление движению и уменьшается скорость. Обеспечить стабильность удержания на курсе можно только путем тщательной регулировки положения парусов.

    Положение центра тяжести модели

    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.

    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.

    Ламинарный и турбулентный потоки у поверхности корпуса яхты

         Ламинарный и турбулентный потоки у поверхности корпуса яхты

    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 парус, с „пузом", лучше работает при слабых ветрах. Вогнутость паруса можно регулировать путем натяжения шкаторин (шкаторина — 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.

    Потоки у поверхности паруса яхты

    Потоки у поверхности паруса - смотрите на рисунке. 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, необходимо следить, чтобы парус был изогнут равномерно, без вмятин и складок.


    Постройка  парусной яхты



    Общее расположение парусной яхты вы увидите на отдельном рисунке здесь, по ссылке слева. На этом рисунке и других номера деталей яхты указаны в соответствии со спецификацией деталей моделей яхты, приведенном здесь отдельно.

    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 шпации и среднюю осевую линию по размерениям общего расположения яхты (рис. 206). В приложении 10 содержатся данные о числе, материале и размерах отдельных деталей. Вычертим на листе клееной фанеры шпангоуты, транец и форштевень по образцам, изображенным на рис. 207, а также плавник по рис. 206 (с учетом масштаба). Выпилим детали лобзиком и зачистим их наждачной бумагой. Проложим по осевой линии карлингс (10) и, опирая на него шпангоуты, установим их с помощью реек вверх днищевой частью на стапеле. Далее следует приклеить форштевень (11) к шпангоуту 9 и плавник (12) —к шпангоутам 5 и 6. От точности установки плавника существенно зависит устойчивость яхты на курсе. Стоит неправильно установить угол наклона плавника или нарушить его соосность с диаметральной плоскостью, как возникшее в результате этого отклонение от курса придется выправлять с помощью руля, а это означает потерю в скорости.
    После того как склейки просохнут, подгоним к гнездам в шпангоутах киль (13) и приклеим его к шпангоутам. Для лучшего прилегания киль составляют из двух реек (4x10 мм). Далее приладим скуловой стрингер (14), также составленный из двух реек (см. „Мы строим моторную яхту") . Скуловой стрингер приклеим сразу к шпангоутам и форштевню. Таким же способом приладим привальный брус (15) и транец (16) и приклеим их. Когда все склейки полностью затвердеют, обработаем киль и скуловой стрингер с помощью рашпиля и шлифовального бруска для предстоящей наклейки на них днищевой обшивки. Днищевую обшивку (17) изготовим с помощью шаблонов и приклеим, как и при постройке моторной яхты.
    По высыхании мест склейки снимем корпус яхты со стапеля и подготовим его к приклеиванию бортовой обшивки (18). Листы бортовой обшивки также изготовим по бумажным шаблонам и приклеим их затем к скуловому стрингеру и привальному брусу. Параллельно с этим приклеим карлингс (19), подпирающий люки между шпангоутами 1 и 2,3 и 5. На карлингс (10) наклеим рейку (20), высота которой возле шпангоута 4 равна 10 мм, а к носу и корме постепенно сходит на нет. При наклеивании палубы это обеспечит ей необходимую погибь и седловатость. Прорезав отверстие для гельмпортовой трубы (22), приладим и приклеим ее вместе с опорной колодкой (21) к шпангоуту 1 и килю. Вырежем теперь часть карлингса (10) между шпангоутами 1 и 2, 3 и 5, подготовив таким образом места для люков.
    Готовый корпус судна дважды прокрасим изнутри бесцветным нитролаком либо один раз целлюлозным клеем. После этого вырежем (опять-таки по шаблонам) палубу (23), промажем ее целиком с одной стороны целлюлозным клеем и наложим, не давая высохнуть, на подготовленные к приклейке места. Необходимо проследить за тем, чтобы палубная обшивка приклеилась только к привальному брусу, транцу и карлингсу. При выполнении этой работы снова воспользуемся стапельной подставкой. На этот раз (из-за длинного плавника) изготовим ее в виде складных козел (рис. 208), на которые ставится корпус яхты, опирающийся на два кожаных ремешка. В приклеенной палубе прорежем люки и приклеим комингсы люков (24). Комингс — четырехугольная рама, обрамляющая люк в виде порожка, — должен выдаваться над палубой примерно на 6 мм. Одновременно в угол между выступающей палубой и бортовой обшивкой вклеим буртик (25).
    Крышки люков (26) изготовим на модели. Наложим поверх комингса полиэтиленовую пленку (пластиковый пакет), смажем казеином в местах склеек пригнанные боковые планки (27) и крышки люков и зафиксируем склеиваемые части пружинными зажимами. После высыхания крышки люков можно снять. Теперь можно быть уверенным, что они хорошо подогнаны, плотно закрываются и надежно защитят внутреннее помещение от водяных брызг. Руль (28) изготовим из 8-миллиметровой фанеры. Он должен быть профилированным, как и плавник. Баллер руля (29) приклеим двухкомпонентным клеем. После этого прошпаклюем и отшлифуем корпус так, чтобы внешняя его поверхность стала безупречно гладкой. Затем дважды загрунтуем и один раз окрасим весь корпус судна в желаемый цвет или комбинацию цветов. Подбор красок должен соответствовать цвету парусов. Вант-путенсы (деталь 30; оковка на палубе для закрепления вантов; вант ~ трос, удерживающий мачту от изгиба к бортам) , степс (деталь 31; оковка для крепления мачты) и штаг-путенс (деталь 31; оковка для закрепления штага; штаг — трос, удерживающий мачту от изгиба назад) изготовляются из алюминиевого или медного листа (рис. 209). После лакировки все оковки крепятся к корпусу судна с помощью нержавеющих шурупов (33). Для проводки шкотов (шкоты -тросы для управления парусами) к палубе приклеиваются двухкомпонентным клеем три блока (34).

     

    Продолжение - здесь. Rambler's Top100






    Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru