Одной из поставленных задач была разработка приближенного способа расчета скорости яхт, пригодного для использования как при проектировании новых судов, так и при различного рода их переделках и настройке. Сложность решения этой задачи была связана, в первую очередь, с необходимостью оценки общего сопротивления воды движению парусной яхты, которое можно представить в виде суммы сопротивлений:
где Rт — сопротивление трения;
Rи — индуктивное сопротивление, возникающее при движении яхты с дрейфом;
Rо — остаточное сопротивление на тихой воде в прямом положении;
ΔRк — добавочное сопротивление, возникающее при крене;
ΔRволн — добавочное сопротивление от волн.
Если сопротивление трения и индуктивное сопротивление можно легко определить расчетным путем на основе имеющихся в литературе экспериментальных данных, то для определения Rо, ΔRк и ΔRволн опубликованных данных было недостаточно.
Для получения достоверных данных по сопротивлению яхт были проведены натурные буксировочные испытания за катером. Длина легкого капронового буксирного троса несколько превышала 5 длин катера, что практически исключало влияние струи, отбрасываемой его винтом, на сопротивление буксируемой яхты. На катере трос проводился через блок, подвешенный на Л-образной мачте на высоте около 3,5 м над уровнем воды; это давало возможность придать тросу у яхты направление, близкое к горизонтальному. Благодаря растягиванию троса амортизировались различного рода рывки; при испытании в условиях волнения для улучшения амортизации в трос включался резиновый шнур длиной 3 м.
Для замера скорости на носу катера был установлен лаг, состоящий из стандартного датчика (трубки Пито-Прандтля, заглубленной в воду примерно на 1 м) и дифференциального трубчатого вакуумметра. Сопротивления замерялись динамометрами с верхним пределом шкалы в 50, 200 и 500 кг; показания их снимались с помощью самопишущего регистратора и визуально.
Статический угол крена замерялся кренометром, выполненным в виде незамкнутого кольца из стеклянной трубки, имеющей сужение в нижней части для демпфирования случайных колебаний при снятии показаний в течение около 3 мин. Параметры волны регистрировались с помощью волнографа, аналогичного стандартному образцу ГМ-16, а скорость вымпельного ветра — анемометром.
Яхты буксировались с полным вооружением, но без парусов. Нагрузка соответствовала гоночной, а дифферентовка регулировалась высотой точки крепления буксирного троса и перемещением экипажа и грузов по длине яхты.
При движении на тихой воде в прямом положении и без дрейфа было замерено сопротивление 10 серийных яхт различных классов: Л6, Л1, R5,5 (типа «Шквал», конструкции А. П. Киселева), «Фолькбота», «Дракона», «Солинга», «Темпеста», «звездника», «Летучего Голландца» и «Финна». Затем были проведены аналогичные замеры при буксировке «Фолькбота», R5,5. «Дракона» и «звездника» на тихой же воде, но с креном, и на реальном волнении при движении примерно под 45° к бегу волн, что соответствует характеру движения при лавировке. Воздушное сопротивление во всех случаях приближенно вычислялось и вычиталось из полученного при испытаниях полного сопротивления.
По результатам испытаний построены кривые, показывающие влияние скорости и других факторов на сопротивление яхты. В качестве примера на рис. 1 приведены зависимости сопротивления «Фолькбота» от скорости при различных условиях движения.
Приращение сопротивления при крене зависит от обводов яхты, угла крена и скорости. Из рис. 1 видно, что при малых скоростях сопротивление «Фолькбота», идущего с креном, практически не отличается от сопротивления тон же яхты без крена; с увеличением же скорости эта разница возрастает. Резкое возрастание сопротивления при θ=23,6°, по сравнению с θ=10,5°, при v=5,5 узла объясняется не только собственно увеличением крена, но и тем, что яхта буксировалась за специально отклоненный в сторону погруженного в воду борта гик. При этом точка крепления буксирного троса на гике располагалась примерно в топ же вертикальной плоскости, что и сила тяги на парусах, создавался значительный приводящий яхту к ветру момент и для удержания' ее на курсе приходилось сильно перекладывать руль. При θ=10,5° яхта буксировалась за мачту.
У всех испытанных яхт сопротивление с увеличением крена несколько возрастает. Для практических расчетов представляет интерес относительное приращение сопротивления при крене, показанное на рис. 2. Наиболее сильно влияние крена проявляется для «звездника», что можно объяснить характерной формой корпуса, имеющего острую скулу. Так, при близких значениях углов крена (11,2° и 10,5°) и неизменном числе Фруда отношение ДДК/П для «звездника» примерно вдвое больше, чем для «Фолькбота». Для «пятерки» значение ΔRк/D даже при большем угле крена (θ=12,5°) оказалось несколько меньше и составило 60—70% приращения сопротивления для «звездника».
В целом относительное приращение сопротивления при крене в диапазоне испытанных ходовых скоростей и углов крена не превышает 10—15%. (Существуют, однако, яхты, у которых при крене 5—10° сопротивление меньше, чем в положении на ровный киль, благодаря уменьшению смоченной поверхности и ширины ватерлинии; к таким яхтам можно, например, отнести швертботы американского класса «Скоу» и строившиеся до войны на Волге тупоносые швертботы «лапти»).
Сопротивление воды довольно резко возрастает от влияния морских волн (рис. 1): так, при волнении 3—4 балла у всех испытанных яхт оно увеличивалось в 2 раза и более. Например, сопротивление «пятерки» при hв=0,45 м (т. е. при средней высоте волны при 2-балльном волнении) на скорости 4 узла (Fr≈0,25) было более чем на 150% выше, чем при ходе на тихой воде. Однако отметим, что это приращение сопротивления на волнении от скорости зависит сравнительно мало (это видно на рис. 3). Наибольшее увеличение сопротивления отмечено для яхты «Звездного» класса, хотя размеры волнения при ее испытании были более благоприятны, чем при буксировке «пятерки».
Очевидно, снизить потери скорости на волнении можно, в частности, заострением шпангоутов в носовой части корпуса, а также рациональным распределением весов по длине яхты.
Приращение ΔRволн изменяется приблизительно пропорционально квадрату высоты волны. Для яхт различных размеров его можно определить через коэффициент Воссерса:
если форма корпуса яхты сходна с одной из испытанных яхт (рис. 4).
При движении яхты возникает система собственных волн, которая влияет на ее остойчивость. Одновременно с исследованием влияния крена на сопротивление воды было установлено, что остойчивость при увеличении скорости уменьшается (рис. 5).
Кроме буксировочных испытаний, проводились ходовые испытания яхт классов «Дракон» и «Фолькбот» с замером скорости и угла истинного ветра, скорости яхты относительно воды и угла дрейфа при лавировке и на курсе фордевинд.