Архив журнала Моделист-Конструктор
ОБУЗДАВШИЕ ВЕТЕРВстречи c интересными людьми
|
|
Возникающая на парусе сила F через различные связи - мачту, такелаж, а у виндсерфера- и через тело спортсмена воздействует на корпус судна и вызывает его движение.
Разложим силу F на две составляющие (рис. 2), одна из которых Fт действует вдоль, а другая Fд - перпендикулярно корпусу судна. Первая сила вызывает движение судна вперед и называется силой тяги: вторая создает боковое перемещение судна под ветер (дрейф) и называется силой дрейфа.
|
|
Если бы сопротивление движению корпуса было одинаковым во всех направлениях, то судно могло бы двигаться только в одном направлении - по ветру и не могло бы управляться. Чтобы это не происходило, стараются сопротивление движению судна вперед уменьшить, а сопротивление корпуса дрейфу - боковое сопротивление - увеличить. Достигается это установкой в диаметральной плоскости специальных вертикальных пластин - швертов, шверцов, плавников; увеличением подводной части корпуса и приданием ей специальной формы, как это делается у килевых яхт.
Физические принципы работы шверта и всех других упомянутых выше пластин такие же, как и у паруса. Единственное отличие в том, что шверт действует в другой, более плотной среде.
При обтекании шверта потоком воды на нем развивается гидродинамическая сила, направленная в сторону, противоположную силе дрейфа. Точка приложения равнодействующей гидродинамических сил, действующих на шверт и подводную часть корпуса, называется центром бокового сопротивления и обозначается ЦБС.
Сила дрейфа и сила бокового сопротивления, приложенные к корпусу суд» на в разных точках (рис. 3 а и 3 б), образуют момент сил, разворачивающих его.
|
|
Если проекция центра парусности на диаметральную плоскость расположена за проекцией центра бокового сопротивления ближе к корме (рис. 3 б), то образовавшийся момент сил начнет разворачивать судно в сторону ветра (приводить к ветру) до тех пор, пока оно не встает точно против ветра - в положение левентик.
При переднем расположении проекции центра парусности по отношению к центру бокового сопротивления (рис. 3 а) возникающий момент сил начнет разворачивать судно от ветра (уваливать) до положения, когда ветер дует прямо в корму (фордевинд).
И наконец, если проекции центра парусности и центра бокового сопротивления лежат на одной линии, то силы дрейфа и бокового сопротивления компенсируют друг друга (рис. 3 в), и судно движется в направлении своей продольной оси. Для обычных парусных судов моменты сил, вызывающие приведение или уваливание, являются вредными, так как они затрудняют управление судном, снижают скорость, а в ряде случаев могут быть просто опасны. Поэтому при проектировании парусных судов форма корпуса, взаимное расположение шверта или фальшкиля и паруса выбираются так, чтобы возникающие при различных условиях плавания моменты сил, разворачивающих судно, были минимальными.
При создании виндсерфера конструкторы пошли по другому пути - вредные моменты сил они сделали полезными и заставили их управлять судном по воле человека.
Для этого они закрепили мачту шарнирно на корпусе только в одной ее точке. Такая конструкция позволяет в широких пределах изменять положение мачты, а следовательно, и положение центра парусности относительно центра бокового сопротивления. Такое смелое решение позволило использовать возникающие моменты сил для управления виндсерфером.
Есть одна интересная особенность в управлении виндсерфером. Если у обычных парусных судов направление поворота зависит только от положения руля (перо руля на левом борту - поворот влево, перо руля на правом борту - поворот вправо), то у виндсерфера направление поворота при перемещении паруса в одну и ту же сторону зависит от того, с какой стороны дует ветер, то есть от галса. Это происходит потому, что, перемещая парус, а следовательно, и центр парусности вперед или назад, спортсмен приводит виндсерфер к ветру или уваливает его.
Таким образом, если виндсерфер идет правым галсом (ветер дует справа), то наклон мачты назад вызовет изменение его курса вправо. И наоборот, если виндсерфер идет левым галсом (ветер дует слева), то наклон мачты назад вызовет изменение курса влево (рис. 4 а).
|
|
При наклоне мачты вперед происходит обратная картина - при уваливании виндсерфер, идущий правым галсом, изменит свой курс влево, а идущий левым галсом - вправо.
Эта особенность управления требует некоторых навыков: приходится соизмерять свои действия при маневрировании с положением серфера относительно ветра.
В. ЕВСТРАТОВ, инженер
На побережье Калифорнии, на Гавайских островах, в Австралии, то есть там, где гигантский прибой накатывает волну за волной на песчаные берега, издавна культивируется необычный вид спорта - серфинг (от англ. SURF - прибой). Мест для занятий им не так уж много на земном шаре. Эта географическая несправедливость навела двух канадцев, Джеймса Дрейка и Фреда Пейна, на мысль вооружить доску для серфинга, которую спортсмены используют для скольжения с гребня волны, качающейся мачтой с парусом. «Гибрид» оказался на редкость удачным снарядом с таким своеобразным характером, что говорить о виндсерфинге (так конструкторы назвали свое детище) следовало уже как о качественно новом виде спорта.
Виндсерфинг вобрал в себя достоинства парусного, воднолыжного спорта и классического серфинга. Причем в отличие от последнего заниматься им можно на любом пруду. Ходовые качества виндсерфера под стать прародителю - в хороший ветер спортсмен несется на нем со скоростью до 20 узлов.
Сущность виндсерфинга в сочетании: «доска - парус - человек». О составных частях этой триединой формулы, то есть о доске-корпусе (как и из чего ее сделать), о парусе (как его скроить и сшить) и, наконец, о человеке (как научиться скользить по воде, обгоняя ветер), расскажут пионеры виндсерфинга, зачинатели и организаторы, этого вида спорта в нашей стране. Первое слово мы предоставляем председателю Комитета по виндсерфингу при Федерации парусного спорта СССР Георгию АРБУЗОВУ и члену технической комиссии комитета, тренеру московской секции Алле АРБУЗОВОЙ.
Конструкция виндсерфера (рис. 1) проста, его компоновка не требует особых комментариев. Основные элементы серфера: пенопластовая, оклеенная стеклотканью доска-корпус с неподвижным плавником и выдвижным швертом, мачта с шарниром и степсом, гик и парус с латами. В этом номере мы расскажем, как в условиях небольших «производственных площадей» - в квартире, школьной мастерской - можно изготовить доску-корпус, отвечающую «Временным правилам постройки и обмера виндсерферов», утвержденным Комитетом по виндсерфингу при Федерации парусного спорта СССР.
Доски, построенные по описанной ниже технологии, обладают рядом преимуществ по сравнению с наборными, матричными и т. п. Они легки, прочны, поверхность их можно довести до любой степени гладкости, они не пропускают воду и удобны при транспортировке. Многие спортсмены делают доски именно таким способом, о нем мы и рассказываем нашим читателям.
Заготовку для корпуса виндсерфера мы будем называть «блоком». Подберите куски пенопласта таким образом, чтобы получить пенопластовый параллелепипед (рис. 2) длиной 3650 - 3700 мм, шириной 650 мм и высотой 140-160 мм (номинальной является толщина 138 мм).
Перед склейкой куски пенопласта обрезаются и подгоняются друг к другу. Если блок будет соединен из 2-4 кусков, можно применить эпоксидный клей, при использовании большего количества кусков лучше воспользоваться бензолом. Его наносят кистью на поверхности кусков и тут же соединяют их, прижимая друг к другу. Как и при последующих операциях, надо помнить, что вес корпуса должен оставаться в пределах 16 кг, лишние килограммы резко снизят ходовые качества виндсерфера.
ВКЛЕЙКА ЛОНЖЕРОНОВ
Теперь можно приниматься за изготовление и вклейку в блок ребер-лонжеронов, которые придают корпусу продольную жесткость. Их профиль можно получить, если доску-корпус рассечь на теоретическом чертеже плоскостями, параллельными ДП (диаметральной плоскости), на расстоянии 100 мм от нее в обе стороны.
Лонжерон вычерчивается на фанере толщиной 3 мм (состыкуйте два стандартных листа, скрепив их гвоздями; соединения «в ус» делать не следует). Обработку лонжеронов проводите «в пакете» (рис. 3), чтобы их профили получились абсолютно одинаковыми. Лонжероны подготовлены к вклейке в корпус.
Предварительно на блоке размечают места будущих лонжеронов и на концах разметочных линий сверлят отверстия, снимающие концентрацию напряжений. В одно из отверстий вводится нихромовая нить (рис. 4). Через ЛАТР на нее подается напряжение, причем величина его выбирается таким образом, чтобы нить не раскалялась докрасна. Паз образуется прожиганием, а точнее, проплавлением пенопластовой болванки раскаленной нитью при перемещении ее от одного отверстия к другому.
Затем каждый из лонжеронов намазывают с двух сторон эпоксидным клеем и вставляют в пропил так, чтобы лонжероны не выступали за габарит пенопластовой болванки и не были перекошены в ней. Убедившись, что они вставлены правильно, блок стягивают резиновым жгутом (рис. 5), что обеспечивает правильную вклейку лонжеронов.
ОБРАБОТКА БЛОКА
Приступаем к обработке блока под обводы корпуса виндсерфера.
На боковых торцах блока с двух его сторон размечается профиль корпуса по ДП. Лишний пенопласт срезается нихромовой нитью со стороны палубы и со стороны днища. Затем на блоке вычерчивается плановая проекция корпуса и снова срезается лишний материал (рис. 6).
Для построения обводов доски на теоретическом чертеже проводится ряд касательных к поверхности корпуса и координаты этих касательных переносятся на поверхность пенопластового блока с предварительно размеченными теоретическими сечениями. Соединяя координаты касательных, получаем линии, по которым необходимо срезать пенопласт (рис. 7), чтобы приблизить блок по форме к корпусу виндсерфера.
Поверхность обрабатываем драчевым напильником или рашпилем, а затем и стеклянной бумагой до получения необходимых обводов.
ФОРМИРОВАНИЕ ВЫЕМОК ПОД СТЕПС И ШВЕРТОВЫЙ КОЛОДЕЦ
Швертовый колодец и паз под степс не должны пропускать воду, поэтому особое внимание нужно уделить изоляции их от воды.
Паз под степс и выемка швертового колодца делаются так.
Из дерева изготавливаются модели швертового колодца и выемки под степс. По ним, покрыв их разделительным слоем («Эдельвакс», воск), выклеиваются из двух-трех слоев стеклоткани, положенных одновременно, швертовый колодец и паз под степс. После полимеризации смолы модели погружают в горячую воду, воск расплавляется и выклеенные детали легко снимаются.
Теперь полученные формы необходимо вклеить в корпус. Для этого после разметки их положения на палубе в корпусе нихромовой нитью прорезаются сквозные отверстия.
Затем формы смазываются снаружи эпоксидным клеем и вставляются на места. При этом учтите, что отверстие под сухарь степса не сквозное: донышком служит выпиленный ранее кусок пенопласта, вклеенный в паз со стороны днища.
Для придания палубе дополнительной жесткости в районе выемок между лонжеронами тонкий слой пенопласта заменяется фанерной накладкой.
При вклеивании деталей необходимо следить, чтобы строго сохранялась их вертикальность и центровка относительно ДП.
ОКЛЕЙКА СТЕКЛОТКАНЬЮ
Сначала вклейте в корпус готовый плавник, следя за его вертикальностью относительно поверхности днища.
Теперь настало время обтяжки стеклотканью. Оклейка ведется в два-три слоя, причем для первого слоя берется так называемая стеклорогожа - толстая ткань, обеспечивающая оболочке высокую прочность и хорошее сцепление с пенопластом корпуса, а для последующих - тонкая, сатинового переплетения. Для наружного (декоративного) слоя хорошо использовать яркий ситец: можно будет исключить трудоемкую и сложную операцию окраски.
Необходимо учитывать, что в зоне перемещений спортсмена палуба должна быть особенно прочной, поэтому усильте ее середину несколькими слоями стеклорогожки.
Каждый спой ткани должен быть наклеен за один прием, поэтому эпоксидный клей нужно развести в таком количестве, чтобы его хватило на всю операцию. Клей наносится на поверхность палубы резиновым шпателем. Затем на корпус накладывается стеклорогожка и разглаживается от середины корпуса к носу и корме, и от ДП к краям. Следите за тем, чтобы не было пузырей и вздутий. На разглаженную поверхность вновь наносится слой эпоксидной смолы и тщательно втирается в ткань (подтеки недопустимы!). Далее стеклоткань обрезается по периметру доски-корпуса так, чтобы оставался припуск в 3-5 см, который смазывается клеем и загибается на днище.
После полимеризации смолы палуба снова обрабатывается наждачной бумагой, удаляются бугры и подтеки. Так же ведется оклейка палубы вторым слоем.
Поверхность доски в зоне перемещений спортсмена не должна быть скользкой. Вот почему последний, только что наложенный слой эпоксидного клея надо посыпать пробковой крошкой или мелкими древесными опилками.
Днище обтягивается тканью - так же, как и палуба, припуск же, остающийся после обрезки стеклоткани по контуру доски, на 3-5 см должен заходить на поверхность палубы. Таким образом, на бортах виндсерфера, то есть в зоне, максимально подверженной ударам, оказывается слой стеклоткани двойной толщины. При работе над днищем особое внимание обратите на то, чтобы его поверхность сделать максимально гладкой. Ямы, углубления необходимо тщательно зашпаклевывать и только после этого накладывать очередной слой ткани.
После обработки корпуса его поверхность еще раз зачищается и окрашивается.
МАТЕРИАЛЫ: пенопласт марки Пс-4, ПХБ или их сочетание; эпоксидный клей с пластификатором (дибутилфталат, толуол, касторовое масло) для склеивания мелких кусков пенопласта - бензол; стеклоткань или любая другая прочная ткань, ситец - для декоративного верхнего покрытия; фанера толщиной 3 и 6-8 мм; эпоксидная или нитрошпаклевка; пигмент или любая синтетическая краска.
|
|
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГИЧКОВ
Гички виндсерфера - это две дуги, склеенные из деревянных реек и соединенные спереди металлической полосой, обрамленной мягким резиновым бампером. Шкотовые (задние) концы гичков имеют отверстия, через которые от шкотового (заднего) угла паруса идут к стопорам капроновые концы - шкоты. Стопор ставится на каждом гичке в удобном для подтягивания или ослабления шкотов месте - это позволяет на ходу увеличивать или уменьшать «пузо» паруса.
Для изготовления гичков необходимо сделать стапель. Его основание - массивный деревянный щит, на котором вычерчивается теоретическая дужка профиля гичка. По ее внешней стороне двумя-тремя гвоздями прибиваются деревянные бобышки размерами 40X60Х100 мм с шагом 150-200 мм. Такие же бобышки прибивают по внутренней стороне, отступив на 10-15 мм от дужки. Фиксировать удобнее одним гвоздем, что обеспечивает их самоустановку при расклинивании пакета реек. Внешние и внутренние бобышки располагаются друг против друга. Чтобы рейки не приклеивались к стапелю, между бобышками прокладывается полоска полиэтиленовой пленки. Каждый гичок собирается из четырех реек по схеме: дуб - сосна - сосна - дуб. Рейки намазывают эпоксидным клеем, вкладывают между бобышками стапеля и стягивают клиньями. При этом необходимо следить за тем, чтобы рейки не выпирали вверх.
После склейки обоих гичков их обрабатывают рубанком, затем напильниками и наждачной бумагой, руководствуясь формой, показанной на рисунке 1.
Металлическая полоса изгибается, и в ней сверлятся отверстия под заклепки. Такие же отверстия проделывают в гичках, а на противоположных концах - еще и отверстия под шкоты.
Изогнутая металлическая полоса вместе с резиновым бампером крепится к гичкам заклепками с эпоксидным клеем.
С нижней стороны гичков ставят металлические стопоры (ем. рис. 1), фиксируя их шурупами на эпоксидном клее.
После сборки гички необходимо хорошо проолифить и, если они собирались на казеиновом клее, покрыть лаком.
Можно изготовить гички и из дюралюминиевых трубок, правда, они менее удобны, чем деревянные: скользкие, тонкие и не имеют плавучести.
МАТЕРИАЛЫ: рейки дубовые или буковые 40x10x3000 мм - 4 шт.; рейки сосновые 40X10X3000 мм - 4 шт.; металлическая пластина 30x500x2 мм; резиновая полоса толщиной 10 мм по размеру металлической пластины; заклепки диаметром 10X35 мм - 4 шт.; олифа; лак; клей: казеиновый, ВИАМ-БЗ или эпоксидный.
ИНСТРУМЕНТЫ: рубанок, напильники, шкурки разные, пила, дрель.
ДЕЛАЕМ МАЧТУ
Мачта является одним из ответственнейших элементов виндсерфера. Она может быть изготовлена из дюралюминиевой трубы марки Д16Т диаметром 36-40 мм с толщиной стенки 2 мм или из дерева. Приемлема и комбинированная мачта из дюралюминиевой трубы (низ) и дерева (верх).
Но наиболее годной для виндсерфера следует считать мачту из стеклоткани на эпоксидной или полиэфирной смоле. Она должна быть конусной с нижним диаметром 53-54 мм и верхним 25-27 мм.
Прежде всего необходимо выстрогать деревянные пробки-бобышки указанных диаметров длиной 250-300 мм. Затем берется плотная бумага шириной 150 - 200 мм и длиной около 20 м, свертывается в рулон, и из его середины вытягивается конусная бумажная «палка» (рис. 4, А) с таким расчетом, чтобы ее больший и меньший диаметры соответствовали диаметрам приготовленных бобышек. Длина «палки» - 4300 мм. Бобышки должны легко входить в бумажную заготовку.
Для первой оклейки отрезается кусок стеклоткани длиной 5 м. Ширина его определяется длинами окружностей верхнего и нижнего оснований конической заготовки и десятимиллиметровым припуском на нахлест. В эпоксидный клей (300-400 г) добавляется 10% ацетона. Бумажная заготовка аккуратно промазывается этим составом (работать необходимо в перчатках), накладывается на ровно разложенную стеклоткань и осторожно закатывается в нее (рис. 4, Б). Ткань при этом разравнивается вдоль и по окружности заготовки. Потом и ее поверхность покрывается эпоксидным клеем таким образом, чтобы не было потеков, а стык не имел бугров и отслаивающихся ниток. Во время полимеризации эпоксидной смолы заготовка должна лежать на полу на полиэтиленовой пленке. При использовании полиэфирной смолы технологи» выклейки не меняется, только склеенную заготовку необходимо закатывать в полиэтиленовую пленку, поскольку при нормальной температуре полиэфирный клей плохо полимеризуется на воздухе. После отверждения клея с заготовки снимаются потеки. Начинается следующий этап изготовления мачты - оклейка заготовки предварительно напряженными слоями стеклоткани. Перед этим в заготовку вставляются обернутые полиэтиленовой пленкой бобышки, которые будут находиться в заготовке до окончательного изготовления мачты.
Оставшийся от первой операции кусок. стеклоткани разрезается на две равные части, предыдущая операция Повторяется, но ждать отверждения клея нельзя Сразу же к свободным кускам стеклоткани с обеих сторон привязываются веревки, одна из них натягивается через систему блоков, а вторая прикрепляется к какой-нибудь опоре (рис. 4, В). Сила натяжения должна быть такой, чтобы слышалось потрескивание стеклоткани. Затем, не дожидаясь полимеризации смолы, быстро «бинтуйте» мачту по всей длине лентой из полиэтиленовой пленки, сильно ее натягивая. При этом надо разглаживать стеклоткань под пленкой до полного исчезновения воздушных пузырей. На концах мачты полиэтиленовая лента заделывается шпагатом, и в таком состоянии мачта оставляется до полного затвердевания смолы (для эпоксидной - сутки, для полиэфирной - двое суток). После полимеризации клея разматывается полиэтиленовая лента - поверхность мачты получается гладкой и не требующей обработки. Лишние концы стеклоткани отпиливаются до бобышек. Так же накладывается следующий слой стеклоткани, и предыдущая операция повторяется. Таких «напряженных» слоев стеклоткани должно быть не менее пяти.
После оклеивания мачты последним, пятым слоем «напряженной» стеклоткани бобышки вынимаются. Полученная заготовка доводится до размера 4160 мм. Поверхность мачты слегка обрабатывается мелкой наждачной бумагой и лакируется. Пластиковая часть мачты готова.
Из дерева твердых пород изготавливаются вставные верхняя и нижняя части мачты. Эти вставки следует проолифить и покрыть лаком или эпоксидным клеем, чтобы они не разбухали и могли выниматься из пластиковой части мачты. Это необходимо для того, чтобы можно было заменять пластиковую часть мачты при ее поломке.
Конструкция шарнира мачты ясна из рисунка 5.
МАТЕРИАЛЫ: (из расчета на одну мачту): стеклоткань редкого (лучше диагонального) плетения, средней толщины - 10 м; бумага плотная, шириной 150-200 мм - 20 м; клей: эпоксидный - 2 кг, отвердитель - 250 г, ацетон - не более 10% (250 г) или полиэфирный с компонентами - 1,5-2 кг; пленка полиэтиленовая шириной 100 мм - 20 м; лак масляный; веревка капроновая (для привязки мачты),
ИНСТРУМЕНТЫ: блоки (для натяжки мачты), ножницы, пила.
А ТЕПЕРЬ - ШВЕРТ И ПЛАВНИК
Шверт виндсерфера должен иметь ровную и гладкую поверхность, плотно вставляться в колодец и а то же время легко выниматься из него. Он выклеивается из трех слоев фанеры толщиной 6 мм. Фанеру при этом необходимо располагать так, чтобы волокна наружных слоев шли вдоль шверта, а волокна среднего - поперек. Склеивание производится на ровной поверхности под прессом.
Затем вырезанный по контуру шверт обрабатывается рубанком (направление движения рубанка - по диагонали шверта), потом - рашпилем и окончательно - наждачной бумагой. Ограничительные планки прикрепляются к нему заклепками или винтами.
Готовый шверт следует тщательно проолифить, а затем покрыть эпоксидным клеем или оклеить ситцем на эпоксидном клее с ацетоном. Это покрытие предохранит шверт от разбухания. Таким же способом изготавливается и плавник. Он может быть съемным или вклеенным в корпус виндсерфера.
МАТЕРИАЛЫ: фанера толщ. 6 мм; ткань (ситец); клей: эпоксидный, казеин или ВИАМ-БЗ; деревянные бруски (из твердых пород) 15x15 мм длиной 250 мм (для ограничительных планок шверта); толстая капроновая веревка длиной 50 см (для шверта).
ИНСТРУМЕНТЫ: пила, рубанок, напильники, наждачная бумага, молоток, дрель.
|
|
Рис. 1. Гичок: 1 - гичок, 2 - соединительная полоса с резиновым бампером, 3 - стопор.
Рис. 2. Выклеивание гичка: А - стапель, Б - расклинивание пакета реек.
Рис. 3. Нижняя (1) и верхняя (2) деревянные вставки мачты.
Рис. 4. Выклеивание средней части мачты: А - образование каркаса мачты из бумажного рулона, Б - оклейка первым слоем стеклоткани: 1 - бумажный каркас, 2 - стеклоткань; В - оклейка мачты предварительно напряженной стеклотканью: 1 - крюк, 2 - система блоков, 3 - стеклоткань, 4 - рулон полиэтиленовой пленки.
Рис. 5. Конструкция шарнира: 1 - нижняя вставка мачты, 2 - пластина (нерж. сталь S 2,5 мм), 3 - шуруп, 4, 5 - болт М6 с гайкой, 6 - крестовина карданного шарнира, 7, 8 - болт М6 с гайкой, 9 - швеллер, 10 - шайба, 11, 12, 13 - болтМ10 с шайбой и гайкой, 14 - сухарь степса.
Рис. 6. Шверт.
Рис. 7. Плавник.
Чертежи для печати (2 листа)
|