Способ обеспечения устойчивости мачты парусного судна и устройство для его осуществления

 

Изобретения относятся к судостроению и могут использоваться для повышения удобства пользования, ходкости и маневренности однокорпусных парусных судов. Вышеуказанный способ заключается в том, что формируют гидродинамическую подъемную силу, момент которой относительно оси (вала) степса мачты парусного судна полностью или частично обеспечивает устойчивое положение мачты в рабочем положении по крену. Устройство для осуществления способа обеспечения устойчивости мачты парусного судна содержит степс с закрепленной на нем мачтой с парусом - аэрокрылом с изменяемой геометрией. Степс снабжен осью (валом) в подшипниках. Мачта парусного судна выполнена с дополнительной подводной частью с дополнительным швертом-гидрокрылом с изменяемой геометрией. Ось (вал) степса жестко скреплена с мачтой парусного судна в промежутке между аэро- и гидрокрыльями и обеспечивает с малыми моментами сопротивления поворот, закренивание мачты на левый и правый борта корпуса парусного судна. Технический результат реализации группы изобретений заключается в повышении КПД парусного вооружения новых типов швертботов и парусных досок с повышенными скоростными характеристиками. 2 с.п.ф-лы, 23 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения и может быть использовано для повышения ходкости и маневренности парусных судов.

Широкое распространение получил способ обеспечения устойчивости мачты парусного судна в рабочем положении в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости корпуса парусного судна за счет формирования сил: реакций в опоре (степсе) мачты и стоячем такелаже, жестко закрепленных на корпусе парусного судна ([Л1] К.Х.Марквардт "Рангоут, такелаж и паруса судов XVIII века", стр.44 Ленинград "Судостроение" 1991 г.; [Л2] Боб Бонд "Справочник яхтсмена" стр. 44 Ленинград "Судостроение" 1989 г.), удерживающих мачту в рабочем положении.

При этом жесткое закрепление мачты на корпусе парусного судна приводит к крену корпуса парусного судна при хождении под парусами и, как следствие, к снижению скорости движения из-за большего по величине сопротивления движению накрененного корпуса парусного судна.

Спрямление корпуса парусного судна, обеспечение остойчивости при хождении под парусами при жестко закрепленной на корпусе парусного судна мачте, принято обеспечивать неоптимальными с точки зрения скорости движения парусного судна средствами: увеличением ширины корпуса или установкой киля с балластом, "съедающим" к тому же заметную долю полезного водоизмещения парусного судна.

Конструкция типового карданного шарнира, предназначенная для "надежного соединения парусного вооружения с корпусом" парусной доски, представляет собой опору, закрепленную на палубе парусной доски ([ЛЗ] П.Д.Пастухов "Доска под парусом" Ленинград "Судостроение" 1988 г. стр.83 фиг.55). Опора мачты обеспечивает устойчивое рабочее положение мачты только в системе "Корпус-Парус-Человек". При этом опора мачты без участия "Человека"-яхтсмена обеспечивает мачте положение с минимальной потенциальной энергией, то есть близкое к горизонтальному положение (мачта с парусом лежит на поверхности воды).

Система "Корпус-Парус-Человек" начинает работать сразу же, как только парус парусной доски наполняется ветром. Человек-яхтсмен в рамках системы "Корпус-Парус-Человек" играет роль активной силы, стабилизирующей движение системы. В этом случае удается оптимизировать размерения корпуса парусной доски с точки зрения ее скоростных качеств, "возложив ответственность" за остойчивость парусной доски на звено системы "Корпус-Парус-Человек", на "Человека"-яхтсмена [Л3].

Добавим от себя, что "роль активной силы", полученная человеку-яхтсмену в системе "Корпус-Парус-Человек", ограничивает скоростные и лавировочные возможности парусной доски физическими возможностями: силой, весом, скоростью физических реакций, выносливостью яхтсмена (см., например, стр.116 [Л3]).

Целью предлагаемого изобретения является повышение ходкости и маневренности парусного судна.

Указанная цель достигается формированием момента гидродинамической подъемной силы, величина и направление которого полностью или частично обеспечивает рабочее положение мачты парусного судна по крену. При этом полностью или частично "освобождаются" от поддержания мачты в рабочем положении по крену корпус парусного судна либо яхтсмен.

Устройство для осуществления предлагаемого способа снабжают степсом с осью (валом) в подшипниках и мачтой с парусом-аэрокрылом с изменяемой геометрией, с дополнительной подводной частью с дополнительным швертом - гидрокрылом с изменяемой геометрией, при этом ось (вал) степса жестко скрепляют с мачтой парусного судна в промежутке между аэро- и гидрокрыльями, с возможностью поворота мачты вокруг оси (вала) степса, закрепленной в подшипниках, закрениванием на левый и правый борта корпуса парусного судна.

Предлагаемые "Способ. . . и устройство для его осуществления" позволяют сформировать на дополнительном шверте гидродинамическую подъемную силу для полной или частичной компенсации закренивающего момента, вызываемого работой парусного вооружения на ходу под парусами парусного судна.

На фиг.1 показана схема использования аэро-гидрокрыльев парусного судна "по-новому". На фиг. 2 приведен пример компановки парусного судна по предлагаемому "Способу. . . " На фиг.3 предлагается классификация устройств для осуществления "Способа обеспечения устойчивости мачты парусного судна...". На фиг. 4, 5, 6 рассмотрен конкретный вариант реализации устройства с углом атаки дополнительного шверта, независящим от угла крена мачты α ≠ α(Ψ). На фиг.7, 8 показаны кинематическая схема и пример конструкции парусной доски с α = φ(Ψ), нелинейной зависимостью α(Ψ). На фиг.10, 11, 12, 9 анализируются устройства с линейной зависимостью α(кΨ). На фиг.13, 14, 15, 16, 17 приведены примеры устройства с α = α(кΨ). На фиг.18, 19, 20, 21, 22 и 23 показаны устройства с вариативным типом зависимости α = α(Ψ;Θ). Предлагаемый "Способ обеспечения устойчивости мачты парусного судна в рабочем положении по крену" с учетом общепринятого подхода к работе парусного вооружения парусных судов может быть рассмотрен с точки зрения дальнейшего развития представления о парусном судне, как о системе гидро-аэрокрыльев (см. , например, [Л4] В. М.Борисов "Парус на лодке" Ленинград, "Судостроение" 1985 г., стр.4-12; [Л5] "Справочник по молотоннажному судостроению" составитель Б.Г.Мордвинов, Ленинград, "Судостроение" 1988 г., стр. 162, фиг.7.1).

Действительно, снабжая мачту парусного судна подводной частью с дополнительным швертом и осью (валом) степса, закрепленной между парусом-аэрокрылом с изменяемой геометрией и дополнительным швертом-гидрокрылом с измеряемой геометрией, мы может получить при движении под парусами парусного судна, уравновешенную систему "Мачта-Парус-Дополнительный шверт", ненуждающуюся в общепринятом жестком закреплении мачты для обеспечения рабочего положения парусного вооружения по крену. Составляющая аэродинамической подъемной силы, формируемая при работе парусного вооружения, (фиг.1), приложенная к центру парусности 1 (ЦП) паруса 2, вызывает закренивающий момент относительно оси (вала) степса 3, который по предлагаемому "Способу..." компенсируется полностью или частично моментом гидродинамической подъемной силы формируемым относительно оси (вала) степса 3 на дополнительном шверте 4.

В отличие от схемы на фиг.7.1 стр.162 [Л5] по предлагаемому "Способу..." используют два гидрокрыла: дополнительный шверт 4 (фиг.1) с изменяемой геометрией: с возможностью изменения величины и направления угла атаки α (на фиг.2 поз.5) и шверт 6 (фиг.2), установленный в диаметральной плоскости (ДП) 7 корпуса 8 парусного судна, на поверхности которого располагается центр бокового сопротивления (ЦБС) 9. Шверт 6 (фиг.2) предназначен для конденсации дрейфа парусного судна. На фиг.2 изменение угла атаки α_i по величине и направлению осуществляют повотором симметричного профиля дополнительного шверта 5 вокруг оси Сравним сказанное выше с содержанием фиг.7.1 стр.162 [Л5], где представлена система гидроаэрокрыльев с гидрокрылом, предназначенным исключительно для компенсации дрейфа парусного судна.

Предлагаемый "Способ..." позволяет сформировать гидродинамическую подъемную силу F₁(α_i), величина которой полностью или частично обеспечивает устойчивое рабочее положение мачты парусного судна по крену либо вне зависимости, либо в зависимости от угла и направления крена мачты Ψ_j (фиг.1) относительно корпуса парусного судна. В связи с этим "Способ..." предполагает либо отвергает жесткую зависимость между величиной и направлением угла крена мачты Ψ_j парусного судна относительно его корпуса, например, вокруг оси (фиг. 2) и величиной гидродинамической подъемной силы (фиг.1), формируемой на дополнительном шверте (поз.4 фиг.1, поз.5 фиг.2).

На фиг.3 приведена схема 1, позволяющая классифицировать принципиальные возможности осуществления "Способа. . . ". На фиг.3 устройства обеспечения устойчивости мачты парусного судна условно обозначены абревиатурой УОУМПС.

С учетом того, что (см. фиг.1): (1) где "Способ..." может быть реализован с помощью устройств, в которых: (2) где α_i - угол атаки дополнительного шверта Ψ_j - угол крена мачты парусного судна относительно его корпуса (3)
Формула (3) может иметь варианты решения:
(3.1)
здесь α - угол атаки дополнительного шверта линейно зависит от угла крена мачты
(3.2)
здесь α - угол атаки, в общем случае, зависит нелинейно от угла крена мачты Ψ.
(4)
Θ ≠ Θ(Ψ) - параметр, не зависящий от величины угла крена мачты парусного судна.

Θ - определяется "Человеком"-яхтсменом в процессе управления парусным вооружением.

"Способ обеспечения устойчивости мачты парусного судна в рабочем положении по крену" в варианте формулы 2 может быть реализован с помощью устройства, кинематическая схема которого показана на фиг.4. Кинематическая схема фиг.4, "спроецированная" на парусное судно фиг.2, приводит к "продолжению" мачты 10 (фиг. 2, 4), к появлению ее подводной части оси 11 (фиг. 4) (ось фиг. 2) с подшипниками, на которые устанавливают дополнительный шверт 5 (фиг.2, 4) с возможностью поворота дополнительного шверта 5 вокруг оси 11 (фиг.4) (оси фиг.2).

Мачта 10 жестко скреплена с осью 3 степса, установленной в подшипниках 12, 13, закрепленных на корпусе парусного судна 8 в нижней части "T"-образного в плане швертового колодца 14 (фиг.2). С дополнительным швертом 5 жестко связана ступица 15 червячного колеса 16 червячной пары с однозаходным червяком 17 (фиг. 4). На оси 18 червяка 17 закреплена рукоятка 19 ручного привода червячной пары. Задача червячной пары: обеспечить при вращении рукоятки 19 поворот дополнительного шверта 5 вокруг оси 11 на угол атаки α ≅ ±(10-12)°.
Мачта 10 парусного судна может быть закреплена на правый либо на левый борта парусного судна вокруг оси степса 3 на угол Ψ_j. Проследим, от чего будет зависить угол крена мачты Ψ_j. На фиг.2 парусное вооружение парусного судна снабжено мачтой 10 с верхней 20 и нижней 21 краспицами, вантами 22, 23 и парусом 2. Нижняя краспица 21 представлена в виде жесткой балки, жестко скрепленной с мачтой 10. На нижней краспице 21 закреплены ванты 22, 23. Нижняя краспица 21 упруго связана с помощью упругого звена 24 (на фиг.2 упругое звено 24 показано в виде рессоры) с корпусом 8 парусного судна. Таким образом, угол крена мачты Ψ_j, вызываемый силами, возникающими при работе парусного вооружения (например, на фиг.1), будет определять деформацию упругого звена 24 и его реакцию на закренивание мачты, силу Сила в свою очередь, вызовет появление крена корпуса 8 парусного судна (сила на фиг.2 условно не показана).

Очевидно, что мачта 10 парусного судна может быть наклонена на правый либо левый борта парусного судна вокруг оси (ось на фиг.2) степса 3 в зависимости от галса, которым идет парусное судно под парусами. Команда парусного судна вращением рукоятки 19 привода червячной пары "по произволу" имеет возможность развернуть дополнительный шверт 5 на любой допустимый угол атаки α_i:
α_i∈(0,±α_{допустимое}) (5)
а значит, и имеет принципиальную возможность плавной регулировки величины и направления гидродинамической подъемной силы вне зависимости от угла крена мачты Ψ_j (вспомним .

В этом случае экипаж парусного судна будет подбирать величину угла атаки α_i дополнительного шверта 5 (фиг.2, 4), стремясь скомпенсировать крен мачты 10, а значит, и свести реакцию упругого звена 24, силу к минимуму. Это в свою очередь приведет к минимизации крена корпуса парусного судна 8.

Для предотвращения колебаний мачты 10 в процессе работы парусного вооружения под воздействием переменной ветровой нагрузки и качки корпуса парусного судна упруго закрепленная на оси степса 3 мачта 10 деформирована с помощью аммортизаторов 25, 26. При этом компенсация дрейфа парусного судна обеспечивается обычным способом с помощью шверта 6, установленного в "T"-образном швертовом колодце 14 (фиг.2).

На фиг.5 (условно узлы конструкции показаны прозрачными) приведена детализация конструкции парусного вооружения парусного судна, соответствующая кинематической схеме фиг.4. Здесь мачта 27 снабжена верхней 28 и нижней 29 краспицами с вантами 30 и 31 и вант-путенсами 32 (вант-путенс правого борта условно не показан на фиг.5). Мачта 27 имеет "подводное" продолжение: ось 33 с подшипниками 34 и 35, на которых установлен дополнительный шверт 36. На фиг. 5 показан дополнительный шверт 36 с бульбой 37 для повышения гидродинамического качества дополнительного шверта, а также (конкретный случай реализации "Способа...") для размещения балласта, в расчете на обеспечение начальной, статической устойчивости мачты парусного судна, в отсутствии хода. Дополнительный шверт 36 жестко связан со ступицей 38 червячного колеса 39 червячной пары с червяком 40, на оси 41 которого насажена ручка 42 ручного привода, позволяющего вращать дополнительный шверт 36 на углы, ограниченные прорезями 43 с двух сторон ступицы 38 (угол α_i∈(0°,±(10-12)°). Сквозь прорези 43 проходит ось степса 44, закрепленная в диаметральной плоскости 7 парусного судна (см. фиг.2). Ось степса 44 установлена в подшипниках 45, 46, закрепленных в нижней части "T"-образного швертового колодца 14 (фиг.2). На ходу под парусами экипаж парусного судна вращением рукоятки 42 обеспечивает установку угла атаки α₀ дополнительного шверта 36, при котором крен мачты 27 равен Ψ = 0. Нижняя краспица 29 жестко закреплена на мачте 27 и упруго связана с помощью упругих звеньев 47, 48 с корпусом парусного судна 8 (фиг.2, 5). На нижней краспице 29 закреплены ванты 30, 31 с вант-путенсами. Кроме того, нижняя краспица 29 кинематически связана с аммортизаторами 49, 50 (фиг. 5). Мачта 27 вместе с "подводной" частью осью 33 жестко скреплена с осью 44 степса. Возникающие в процессе работы парусного вооружения моменты сил вызывают наклоны мачты 27 вокруг оси степса 44 в подшипниках 45, 46. Нижнюю краспицу 29 снабжают фланцами 51, 52 для крепления штоков аммортизаторов 53, 54 и болтов фиксаторов 55, 56 с "барашками" 57, 58. Болты фиксаторов 55, 56 проходят сквозь прорези 59, 60 во фланцах 61, 62, жестко скрепленных с корпусом парусного судна 8. С помощью болтов 55, 56, затяжкой "барашков" 57, 58 фланцы нижней краспицы 51, 52 могут быть жестко зафиксированы относительно фланцев 61, 62, а значит, и относительно корпуса 8 парусного судна. При расфиксированных фланцах 51, 52, 61, 62 мачта 27 "приобретает" "свободу": способность наклоняться на левый и правый борта парусного судна вокруг оси степса 44 (фиг.5). В этом случае парусное вооружение парусного судна работает с формированием гидродинамической подъемной силы на базе дополнительного шверта 36, повернутого относительно оси 33 на угол α_i.
На фиг.5 поз.63 обозначен шверт, предназначенный для компенсации дрейфа парусного судна. Оснащение шверта 63 осью 64 и подшипниками 65 и 66 и механизмом разворота шверта 63 на угол атаки α_g (на фиг.5 механизм разворота шверта 63 условно не показан) позволяет регулировать величину дрейфа парусного судна с минимальными потерями, так как в этом случае направление движения парусного судна совпадает с диаметральной плоскостью корпуса.

При фиксированной нижней краспице 29 относительно фланцев 61, 62 ("барашки" 57, 58 затянуты) парусное вооружение парусного судна начинает работать по традиционной схеме (см. фиг.6). Здесь мачта 67 жестко закреплена на корпусе парусного судна 68 в степсе 69 с помощью вант 70, 71 и краспицы 72. В этом случае работа парусного вооружения может вызвать крен корпуса парусного судна. Управляя углом атаки α_i дополнительного шверта 36 (фиг.5) (на фиг. 6 - не показан), можно управлять величиной крена корпуса парусного судна. В этом случае управление по "дрейфу" производят также с помощью шверта 63. (фиг.5).

В рассмотренном случае остойчивость парусного вооружения и парусного судна на ходу под парусами обеспечивается формированием дозированной по величине и нужному направлению гидродинамической подъемной силы, момент которой относительно оси степса позволяет компенсировать кренящие моменты. В связи с использованием рассмотренного устройства появляется принципиальная возможность для оптимизации размерений корпуса и парусного вооружения парусного судна, с точки зрения его быстроходности и маневренности.

Устройства с формирователем г.д.п.с. могут быть рекомендованы для водоизменяющих спортивных судов типа швертботов с любой специализацией (крейсерские и т.п.), с повышенной парусностью.

Группа устройств, обозначенная в схеме 1 фиг.3 как УОУМПС с формирователем г.д.п.с. может быть рекомендована к внедрению прежде всего для повышения "мощности" и КПД парусного вооружения парусных досок. При разработке устройств были учтены требования:
1. Повышение "мощности" парусного вооружения не должно вызывать перегрузок яхтсмена, связанных с управлением парусной доской.

2. Алгоритм управления парусной доской при использовании предлагаемого "Способа. . . " должен быть предельно приближен к алгоритму управления "обычной" парусной доской (см., например, стр.89-130 [Л3]).

3. Так как обе руки яхтсмена большую часть времени плавления на парусной доске под парусами заняты управлением парусным вооружением, то все операции по управлению дополнительным швертом:
3.1. перевод дополнительного шверта в положение для прохода по мелководию;
3.2 перевод дополнительного шверта в одно из положений для компенсации планирования" на "основном" шверте;
3.3 реверс и переключение скорости - передаточного отношения передачи от вала степса мачты к валу дополнительного шверта;
- эти операции желательно было бы "перепоручить" ногам яхтсмена.

В устройствах группы величина угла атаки α дополнительного шверта зависит от величины и направления угла крена Ψ_j мачта относительно корпуса парусного судна. То есть имеет место однофазное соответствие:
(6)
Принципиально зависимость угля атаки дополнительного шверта от угла закрывания мачты парусного судна: α(Ψ) может быть нелинейной и линейной.

На фиг. 7 показана кинематическая схема устройства для реализации "Способа. ..", в которой зависимость угла атаки α_i дополнительного шверта от угла наклона мачты Ψ_j носит нелинейный характер.

В этом случае (см. фиг.7) мачта 73 имеет "подводное" продолжение: ось 74 с подшипниками 75, 76, на которые устанавливается дополнительный шверт 77. Дополнительный шверт 77 жестко связан с консолью 78 считывающего пальца 79 пространственного функционального кулачка 80. Мачта 73 жестко скреплена с осью степса 81, установленной в подшипниках 82, 83, закрепленных в нижней части швертового колодца корпуса парусной доски.

На фиг. 8 показана парусная доска, в корпусе 84 которой установлена ось степса 85 в подшипниках 86, 87. Мачта 88 парусной доски установлена в кардановом шарнире, в состав которого входит: ось степса с подшипниками, соответственно, 85, 86, 87 для закренивания мачты 88 на правый или левый борта корпуса парусной доски, шарнир 89, обеспечивающий эволюции мачты 88 в диаметральной плоскости корпуса парусной доски (поз.7 фиг.2), и шарнир, состоящий из обоймы 90 и подшипников 91, 92, обеспечивающих возможность вращения мачты 88 вокруг оси симметрии (фиг.8). На фиг.8 условно показано два положения мачты I и II, которые вызывают заслоны дополнительного шверта 93, установленного на оси 94 на подшипниках 95, 96, на угол Ψ_j. Так как считывающий палец 97 введен в пространственный кулачок 98, закрепленный на корпусе 84, то любой поворот мачты 88 на любой угол Ψ_j вызывает изменение угла атаки α_i дополнительного шверта 93. В зависимости от профиля канавки пространственного кулачка 98 будет реализована конкретная зависимость изменения α(Ψ). В общем случае - нелинейная. При этом выполняется требование о схожести алгоритмов управления по предлагаемому "Способу..." и традиционного: яхтсмен точно также управляет парусным вооружением и парусной доской, при этом формирователь гидродинамической подъемной силы снимает с яхтсмена большую часть нагрузки, связанной с поддержанием мачты в рабочем положении по крену. На фиг. 8 поз. 63 обозначен шверт, предназначенный для компенсации дрейфа парусной доски при хождении под парусами. Дополнительный шверт 93 (фиг.8) может быть снабжен механизмом уборки дополнительного шверта (на фиг. 8 - не показан), например, выполненный по аналогии с откидными, либо поворотными убирающимися швертами (см., например, фиг.45 стр.74 [Л3]) парусных досок.

Кинематическая схема устройства для реализации предлагаемого "Способа... " с помощью линейного формирователя г.д.п.с.

(фиг.9), содержит коническое зубчатое колесо 99, ступица которого жестко соединена с дополнительным швертом 100 симметричного сечения, установленным на подшипники 101, 102 на оси 103, являющейся "продолжением мачты 104, жестко скрепленной с осью степса 105, установленной в подшипниках 106, 107, закрепленных в нижней части швертового колодца (на схеме фиг.9 - не показан); (ось зубчатого колеса 99 совпадает с осью 103). Зубчатое колесо 99 введено в зацепление с коническим зубчатым колесом 108, жестко скрепленным с корпусом парусной доски. При закренивании мачты 104 вокруг степса оси 105 на угол Ψ_j, коническое зубчатое колесо 99 будет обкатываться по колесу 108 и, как следствие, дополнительный шверт 100 будет развернут на соответствующий угол атаки α_i. В этом случае α = α(кΨ), угол атаки α_t будет линейно зависеть от угла крена мачты Ψ_j.
Остановимся более подробно на другой кинематической схеме гидродинамического формирователя с линейной зависимостью α(кΨ) угла атаки от угла закренивания мачты парусного судна (фиг.10).

Здесь ось (вал) степса 109 закреплена в подшипниках 110, 111, установленных на корпусе парусной доски под углом β к горизонтальной плоскости. На оси (валу) степса 109 жестко закреплен кардановый шарнир 112 с креплением для мачты 113, обеспечивающий все возможные эволюции мачты парусной доски при условии, что наклон мачты 113 на правый и левый борта парусной доски на угол Ψ_j вызывает поворот оси (вала) степса 109 на соответствующий угол Ψ_j, а также и поворот на угол Ψ_j дополнительного шверта 114. Очевидно (см.фиг.10), что поворот относительно оси (вала) 109 дополнительного шверта 114 вызывает появление угла атаки α_i. Зависимость угла атаки дополнительного шверта 114 от угла поворота мачты 113:
(7)
где β - угол наклона оси (вала) степса 109 относительно горизонтальной плоскости.

Можно показать, что зависимость α(Ψ) выражается формулой (8):
α = arcsin(sinβsinΨ) (8)
С достаточной для практики точностью формула (8) может быть представлена семейством прямых (см. фиг.11). Таким образом кинематическая схема на фиг.10 позволяет получить формирователь компенсирующей гидродинамической подъемной силы на дополнительном шверте с линейной характеристикой (фиг.11). Линейность роста позволяет яхтсмену быстро адаптироваться к управлению парусной доской, оснащенной формирователем г.д.п.с. Рассмотрим варианты практической реализации устройства по кинематической схеме фиг.10. Анализ кинематической схемы позволяет преобразовать схему (фиг.10), в которой вместо оси степса 109 (фиг.10) появляется вал степса 115, установленный в действующей трубе 116 в корпусе парусной доски 117 (см.фиг.12) под углом β к горизонтальной плоскости. В верхней части вала степса 115 жестко фиксируется шарнир 118 с арматурой для крепления мачты 119 с парусом 120. В нижней части вала степса 115 жестко закреплен дополнительный шверт 121. Очевидно, что закренивание мачты 119 на угол Ψ_j вызывает поворот дополнительного шверта 121 на соответствующий угол и, как следствие, появление отличного от нуля угла атаки дополнительного шверта α_i.
На фиг.12 поз.63 обозначен шверт, предназначенный для компенсации дрейфа парусной доски 117 при хождении под парусами. Детализация конструкции на фиг.12 позволяет представить себе два варианта компоновки фиг.13 и 14.

На фиг. 13 шверт 63 неподвижно закреплен под днищем парусной доски. Дополнительный шверт 122 закреплен на валу степса 123, установленного под углом β_к к горизонтальной плоскости в дейдвудной трубе 124. На верхней части вала степса 123 установлен фланец дополнительного шверта 125, жестко скрепленный с валом (осью) 123. Фланец 125 снабжен поводком 126, который может быть развернут до кинематического замыкания с фланцем 127 либо с неподвижным фланцем 128. Кинематическое замыкание обеспечивается за счет специальных канавок 129, 130 на фланцах 127 и 123 фиг.13, 15. В этом случае с помощью поводковой муфты обеспечивается связь между дополнительным швертом 122 (через вал 123 с фланцем 125 и поводком 126) и фланцем 127 и установленной на нем арматурой для крепления мачты 131 (фиг.13) с парусным вооружением парусной доски. Для этого достаточно поводок 126 ввести в паз 129 на корпусе фланца 127. В то же время перевод поводка 126 в одну из канавок 130, 132, 133 (фиг.16) на неподвижном фланце 128 приведет в фиксации поводка 126 одним их фиксаторов 135, 136, 137 (фиг.16) и зафиксирует дополнительный шверт в одном из положений: вертикальном, горизонтальном, либо в одном из промежуточных положений по выбору яхтсмена. Жестко закрепленный на валу степса 123 фланец 134 обеспечивает определенность базировки в осевом направлении фланца 127 на валу степса 123.

Очевидный недостаток конструкции на фиг.13 (шверт 63 несъемной конструкции), затрудняющий ее эксплуатацию, может быть преодолен в конструкции, представленной на фиг.14. Здесь в дейдвудной трубе 138 под углом β к горизонтальной плоскости установлено два коаксиальных вала: вал 139 дополнительного шверта 140 и вал 141 шверта 63. С помощью поводковых муфт с фланцами 125, 127, 128 возможно подключение дополнительного шверта 140, через вал 139 с жестко закрепленным на нем фланцем 142 с поводком 143, к фланцу 144, снабженному арматурой для скрепления мачты 145. Шверт 63 посредством вала 141 с фланцем 146 и с помощью поводка 147 может быть зафиксирован относительно неподвижного фланца 148 в одном из рабочих положений: в вертикальном, в горизонтальном и в любом промежуточном, для которого может быть выполнена канавка с фиксатором поводка (фланец 148 жестко закреплен в корпусе парусной доски 149). Переводом поводка 143 влево до фиксации в одной из канавок на неподвижном фланце 150 дополнительный шверт 140 может быть отключен от фланца 144 с его арматурой для крепления парусного вооружения и зафиксирован в одном из рабочих положений: транспортном, для компенсации "планирования" на шверте и т.д.

Фланец 144 на валу 139 (фиг.14) оснащен кардановым шарниром (фиг.17) с осью 151 качания мачты 152 в ДП корпуса парусного судна и осью 153, вокруг которой мачта 152 может быть развернута в любую сторону на 360^o. Закренивание мачты 152 может быть осуществлено вокруг вала (оси) 139 (фиг.14).

Конструктивное оформление дополнительного 140 и противодрейфового 63 швертов, показанных на фиг.14, позволяет подстраивать парусное вооружение парусной доски к разным режимам движения: при сильном и слабом ветрах, эксплуатировать парусную доску на мелководье и на больших глубинах.

Устройство для обеспечения устойчивости мачты парусного судна с формирователем гидродинамической подъемной силы вариативного типа (см. схему 1 фиг. 3) предполагает реализацию зависимости:
(9)
где Ψ - угол крена мачты относительно корпуса парусной доски,
Θ - параметр, величина которого выбирается по усмотрению яхтсмена.

Графически, вариативный формирователь г.д.п.с. может быть охарактеризован семейством прямых (фиг. 11) с индексом I, II, III. Здесь имеется в виду, что между валом степса, установленным на корпусе парусной доски с арматурой для крепления мачты, и валом дополнительного шверта включают коробку скоростей, которая позволяет при постоянном угле β_const наклона вала дополнительного шверта за счет изменения передаточного отношения "достигать" изменения зависимости α(Ψ), то есть α(Ψ,Θ).
Сразу же будем иметь в виду, что яхтсмен должен осуществлять свой выбор I, II или III скорости переключениями органа управления... ногами. С этой целью на палубе 154 парусной доски 155 (фиг.18) должна быть предусмотрена педаль 156 переключения "скоростей" - передаточного отношения и реверса. С учетом поставленной задачи для переключения скорости яхтсмен нажимает ногой на педаль 156 (фиг.18, 19) с одновременным выведением мачты 157 в диаметральную плоскость корпуса парусной доски 155 (фиг.18, поз.158 фиг.19) и таким образом обеспечивает "срабатывание" синхронизатора 159 (фиг.20) коробки скоростей (зубчатого колеса Z₁, Z₂,.., Z₁₀, Z₁₁, Z₁₂). Под "синхронизацией" в нашем случае следует понимать одновременное выведение мачты 157 и дополнительного шверта 164 (фиг.21) в вертикальное положение. После этого, удерживая педаль 156 в нажатом положении, при котором штифты 160 и 161 "синхронизатора" попадают в радиальные отверстия 162, 163, а шток переключателя скоростей 165 кинематически сопрягается с приводом 166 шестерен Z₈, Z₉, Z₁₀, яхтсмен переводит ногу "влево" либо "вправо", в зависимости от выбранной скорости - передаточного отношения коробки скоростей. Как уже было отмечено выше, переключение коробки скоростей меняет передаточное отношение между валом степса 167 (фиг.19) и валом (фиг.21) дополнительного шверта 164. Здесь же отметим принципиальную возможность реверса за счет замены, например, шестерни Z₂ на блок шестерен Z₁₁, Z₁₂.

С учетом многорежимности работы парусная доска оснащена дополнительной поводковой муфтой с ножным переключателем. На фиг.18 показаны фланец 169, 172 и педаль 171, нажимая на которую ногой, яхтсмен выводит из зацепления с фланцем 169 (фиг.21) штифт 170 ножной клавиши 171 и далее движением ноги в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости корпуса парусной доски, вращает фланец 172 на ± 90^o до совмещения штифта 173 ножной клавиши 171 с одним из отверстий 174, 175 (фиг.23) фиксатора 176 положения дополнительного шверта 164. В этом случае происходит следующее:
1. выводится "из подчинения", нарушается связь между валом 167 (фиг.19) и валом 168 (фиг.21) дополнительного шверта 164;
2. дополнительный шверт 164 фиксируется в одном из горизонтальных положений, соответствующих одному из отверстий 174, 175 фиксатора 176.

Вал поводковой муфты 177 с помощью карданного вала 178 кинематически связывает валом 168 дополнительный шверт 164 (фиг.21) с коробкой скоростей и с валом степса 167 (фиг.19). На фиг.22, 23 показаны фрагменты фланцев поводковой муфты. При этом снабженный дополнительными отверстиями для фиксации штифта 173 фланец 176 позволит фиксировать дополнительный шверт 164 в промежуточных положениях, что может найти применение при плавании на полных курсах с "основным швертом" 179 (фиг.19).

Отметим, что применяя "П"-образную в плане конфигурацию коробки скоростей 180 (фиг.18), можно удобно разместить противодрейфовый шверт 179 (фиг.19) на корпусе парусной доски 154 (фиг.18 см. поз.181 - швертовый колодец и шверт 173).

Предложенные технические решения: "Способ и устройство для его осуществления. . ..", позволяет оптимизировать аэро-гидровооружение парусного судна и, как следствие, повысить ходкость, маневренность, полезную грузоподъемность и удобство пользования парусным судном.

Формула изобретения

1. Способ обеспечения устойчивости мачты парусного судна в рабочем положении по крену путем формирования сил, удерживающих мачту в рабочем положении в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости корпуса парусного судна, отличающийся тем, что формируют момент гидродинамической подъемной силы, величина и направление которого полностью или частично обеспечивают рабочее положение мачты парусного судна по крену.

2. Устройство для обеспечения устойчивости мачты парусного судна в рабочем положении по крену, содержащее степс с закрепленной на нем мачтой с парусом-аэрокрылом с изменяемой геометрией, отличающееся тем, что степс снабжают осью (валом) в подшипниках, а мачту снабжают дополнительной подводной частью с дополнительным швертом-гидрокрылом с изменяемой геометрией, при этом ось (вал) степса жестко скреплена с мачтой парусного судна в промежутке между аэро- и гидрокрыльями и обеспечивает с малыми моментами сопротивления поворот, закренивание мачты на левый и правый борта корпуса парусного судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22