В последнее время получил распространение способ получения характеристик гибкости мачт путем измерения стрелок прогиба при нагружении свободно лежащей на двух опорах мачты определенной нагрузкой. (Этот способ описан в книге П. Эльвстрема «Искусство плавания под парусами» и в статье В. Манкина в сборнике №32, 1971 г.). Способ достаточно прост, не требует специального оборудования, но имеет и ряд существенных недостатков. Прежде всего, условия при измерении и эксплуатации рангоута сильно отличаются, а данный метод не учитывает этого различия; мала и точность измерений. Трудно судить о прочностных свойствах исследуемого рангоута, о распределении жесткости спортивной и физиологической электроники Таганрогского радиотехнического института по заказу Таллинской экспериментальной верфи спортивного судостроения и уже нашел практическое применение. В частности, в процессе подготовки к XX Олимпийским играм данный метод использовался бронзовым призером Олимпиады в классе «Финн» В. Потаповым.
При помощи метода тензометрии нами были получены характеристики около сотни мачт отечественного изготовления и различных зарубежных фирм («Брудер», «Нидлспар», «Эльвстрем», «Спар», «Хэвилэнд») в классах «ОК-Динги», «Финн», «470» и «Летучий Голландец» Это позволяет в настоящее время обобщить полученные результаты.
В чем же суть тензометрического метода получения характеристик рангоута? На исследуемой мачте (гике) наклеиваются тензодатчики сопротивления со лба и с обоих боков через определенные интервалы, величина которых зависит от желаемой точности измерения (рис. 1). Удовлетворительные результаты получаются при наклейке тенэодатчиков с интервалом 1 м. Затем мачта закрепляется горизонтально в подставке с отверстиями, равными диаметру степса и пяртнерса. Измерителем деформации последовательно измеряют нулевые значения деформации е0 тенэодатчиков сопротивления, наклейных на лобовую грань мачты, затем, после поворота ее на 90° и 180°, — на боковые грани.
Для моделирования действия силы натяжения гика-шкотов на топе мачты закрепляется груз (рис. 2) и в последовательности, описанной выше, измеряются величины деформации тенэодатчиков в нагруженном состоянии εн.
Вычтя из εн значение ε0 соответствующего тензодатчика, можно получить истинное значение деформации в данной точке ε, и по этим значениям построить графики распределения деформации по длине мачты при изгибе ее в продольной и поперечной плоскостях. На оси абсцисс откладывается длина мачты в метрах, на оси ординат — значения деформации ε. Нанеся на график деформации (при данной нагрузке) нескольких мачт, легко увидеть, где именно и насколько они отличаются.
На рис. 3 приводятся графики, полученные при измерении деформации в поперечной плоскости различных деревянных мачт фирмы «Брудер» (номера мачт 1513, 1808, 1815, 1817) и дюралевой мачты D фирмы «Нидлспар». Начало координат — в точке приложения груза Р=10 кг на топе мачты. Как видно, у металлической мачты более жесткий топ, но в нижней своей части она мягче, чем экспериментальной верфи спортсудостроения).
Для исследования влияния длительного хранения деревянного рангоута на его характеристики мачта, хранящаяся на складе при температуре 15—25°С, была испытана с интервалом в один год. Установлено, что вследствие высыхания древесины мачта стала жестче по всей длине, причем наибольшее изменение произошло в районе пяртнерса — на 17% (исследовалась мачта серийного изготовления Таллинской экспериментальной верфи спортсудостроения).
Данный метод позволяет также контролировать изменение характеристик рангоута при изменении сечения мачты. С его помощью можно, например, классифицировать по степени жесткости мачту «Финна» (табл. 1) в зависимости от значений деформации по ее длине.
Одним из достоинств предлагаемого метода является возможность измерять деформации рангоута с работающим парусом. При испытаниях выяснилось, что при естественных условиях работы мачты вместе с парусом нагрузка на гика-шкотах 40 кгс вызывает деформацию мачты, аналогичную деформации при нагрузке топа сосредоточенной силой 10 кгс. Данная методика использовалась при снятии характеристик деформации мачты фирмы «Хэвилэнд» («Летучий Голландец») непосредственно на судне при силе натяжения гика-шкотов от 10 до 80 кгс (рис. 4).
Важным свойством метода является и возможность определять скрытые дефекты рангоута (внутренние трещины, слабые места), что выражается в резком увеличении значения деформации в данном месте.
Для получения данных по динамическим характеристикам мачт выполнялись измерения частоты собственных колебаний и время их затухания при воздействии стандартной нагрузки на топ мачты. Для этого применялся тот же метод тензометрии мачты с использованием для записи колебаний самописца Н-320.
В табл. 2 представлены результаты измерения динамических характеристик рангоута различных фирм в классах судов «Финн» и «470».
Данная методика позволяет записывать характер работы комплекса мачта — парус непосредственно на воде во время движения яхты.
Таким образом, применение тензометрической методики измерений дает возможность получить объективные и всесторонние данные о рангоуте яхт, сравнивать между собой качества рангоута различных фирм, целенаправленно изменять характеристики мачты и следить в процессе эксплуатации за изменением ее свойств, определять скрытые дефекты, снимать характеристики деформации рангоута совместно с парусами при непосредственном измерении на судне, получать динамические характеристики рангоута парусных судов.
Литература
- Логинов В. Н. Электрические измерения механических величин. «Энергия», М., 1970.
- Мархай Ч. Теория плавания под парусами. «ФиС», 1970.
- Немец И. Практическое применение тензодатчиков. «Энергия», М, 1970.
- Манкин В. Г. Как усовершенствовать мачту на «Финне». «Катера и яхты», 1971;. №32.
- Эльвстрем П. Искусство плавания под парусами. «ФиС»,. 1971.