Кили бывают разные, длиные и красные...

Вместе с темой обзора парусного вооружения, параллельно проходят и вопросы по подводной части - корпус, киль и руль. Для комплексного понимания, сегодня освежим в памяти знания о килях, из преимуществах и недостатках.

Так или иначе, тип киля связан с формой корпуса, водоизмещением, парусным вооружением, материалами и технологиями изготовления корпуса. Все это менялось за годы эволюции парусных яхт, вместе с понятиями, что такое хорошо и что такое плохо. Вспомним известные типы  килей и напомним о новинках в этой теме.

Длинный киль (Long keel)

Это традиционный киль классических парусных яхт, собственно все яхты и начались с такого киля, когда в приоритете стала скорость, а не только грузоподъемность парусного судна, как было раньше на грузовых парусниках и рыболовных судах прошлых веков.

Яхт с такими килями становится все меньше и меньше на рынке, они постепенно уходят в историю, но остается еще много любителей именно таких килей и тяжелых лодок. Частично эта брешь закрывается самостройщиками, которые уже вымирают как класс и яхтами, построенными на заказ, стоимость которых в разы превышает стоимость серийной яхты из магазина.

Плюсы

- хорошая устойчивость на курсе, особенно на попутных курсах

- мягкий ход на встречной волне

- надежная конструкция, как часть корпуса

- защита руля и винта

Минусы

- большая смоченная поверхность и сопротивление

- не эффективный профиль для лавировки

- бывают большие свесы, килевая качка на волне

- не сбалансированные креновые ватерлинии, тенденция на привод при крене

- большой радиус циркуляции

- сложность с управлением на заднем ходу

Плавниковый киль (Fin keel)

Это стандартная конфигурация практически для всех современных парусных яхт, вариации могут быть в зависимости от типа руля:

- подвесной полубалансирный руль

- два подвесных полубалансирных руля

- обыкновенный руль со скегом

- обыкновенный навесной руль на транце

Плюсы

- эффективная форма киля, небольшая смоченная поверхность и сопротивление

- хорошая управляемость и маневренность

- быстрая яхта, имеет потенциальную возможность серфинга на волне

- нормально управляется на заднем ходу
Минусы

- при легком корпусе, требует постоянного контроля руля

- на волне требует усиленной работы автопилота

- при перегрузке парусами, имеет тенденцию к брочингу

- требует более раннего рифления

- не устойчиво на курсе при большой встречной волне

Плавниковый киль (Fin keel) и руль со скегом (Skeg rudder)

Такой вариант более предпочтителен для круизной яхты, кроме защиты руля, скег создает дополнительную устойчивость на курсе.

Плюсы
- дополнительный упор для баллера руля

- хорошая устойчивость на курсе

- дополнительная защита руля
Минусы
- дополнительная смоченная поверхность и сопротивление

- возможен зацеп сетей  если скег не полный

- обычно не балансирный руль, управление несколько тяжелее

- больше нагрузки на автопилот

Подъемный киль (Lifting/Swing keel)

Несмотря на кажущуюся сложность такой конструкции и расположение килевого колодца внутри корпуса, такой киль на порядок надежнее узких плавниковых килей, закрепленных на болтах к корпусу, как это сейчас делается на подавляющем большинстве яхт по причине технологической простоты изготовления и монтажа, а значит и дешевизны.

Всем известны аварийные и иногда трагические случаи, когда отваливались кили на болтах, иногда в следствии аварии, иногда от старости и плохого обслуживания, а иногда и из-за неграмотной конструкции.

Можно поднять киль и уменьшить осадку для стоянки на якоре или в портах с ограниченными глубинами или спокойно пройти европейскими ВВП, где с обычной осадной под 2 метра делать нечего.

Подъемные кили имею две основных вариации:

- вертикально подъемный киль (Lifting keel), обычно бывает с бульбой.

Механизм подъема может быть гидравлический, механический винтовой или тросовый.

Преимущество такой конструкции, что центр тяжести расположен максимально низко, киль с большим удлинением и близок к идеальному крылу, что очень эффективно на лавировке. Практика доказала это на нашей яхте Soler-35, несмотря на широкий и легкий корпус, эта яхта имела очень хорошую устойчивость на курсе благодаря двум рулям, максимально смещенным к корме и хороший лавировочный угол.

 - подъемный поворотный киль (Swing keel)
Разница может состоять в размещении самого киля и его оси, они могут быть внутри корпуса (киль полностью убирается в корпус) или ось внутри корпуса, а сам киль в поднятом состоянии находится снаружи.
Я тоже применили этот тип киля на одной из яхт, а именно М-30 Medusa, хотя там скорее был утяжеленный шверт, чем полноценный подъемный киль.

Преимуществом такого киля является возможность вставать на осушку на отливе, поэтому они так и популярны в северной Франции. Но если рассматривать это преимущество для покраски необрастайкой в южных морях, то это не совсем удобно, так как корпус частично ложится на грунт и доступ к днищу ограничен.

Условным недостатком является то, что часть балласта расположена внутри корпуса, а это не эффективно, вес яхты больше, чем с обычными килем. Остойчивость уменьшается при поднятии киля и иногда хотя и предполагает движение под парусами, но некоторым ограничением и осторожностью.

Вариант киля снаружи был разработан  компанией Group Finot design и активно применяется верфью Pogo Structures и другими французскими строителями.

Существенным преимуществом является возможность уменьшать осадку в мелководных районах, это открывает новые места, недоступные яхтам с другими килями. В случае посадки на мель, всегда можно поднять киль и сняться с мели, без особых сложностей.

Скуловые кили (Bilge/Tween keels)

Скуловые кили это очень старая конструкция и история идет от рыболовных и грузовых судов прошлых веков, когда их в основном использовали для уменьшения бортовой качки на больших судах и для осушки на ровном киле на малых судах. В дальнейшем скуловые кили трансформировались в двойные кили парусных яхта.

Кстати одна из моих первых построенных яхт была МОТ-31 Pelican  в 1998 году, алюминиевый корпус с двойными килями и рулем со скегом. Ходовые характеристики были очень даже хорошие плюс возможность зимнего хранения на берегу без кильблоков. Это была первая парусная яхта, построенная в России, которая получила сертификат СЕ.

Плюсы

- уменьшенная осадка, по сравнению с обычными килями

- возможность осушки на килях в приливных районах

- защита винта и руля при посадке на мель

- неплохие лавировочные характеристики,  лучше длинного киля

- есть некоторый демпфирующий момент при бортовой качке
Минусы

- больше сопротивление и потенциально несколько меньше скорость на слабых ветрах

- при посадке яхты на мель сложно снять

Wing keel

Необычный вид такого киля скрывает за собой много разных нюансов. Впервые такой киль бы разработан  голландскими инженерами и применен дизайнером Ben Lexcen  на известной яхте Australia II, победителя Кубка Америки в 1983 году.

Многие думают, что это просто такой метод уменьшения осадки, но это далеко не только это. Wing keel это достаточно сложный гидродинамический элемент, который должен быть тщательно просчитан для каждого корпуса. Несмотря на небольшую осадку, яхта с таким килем лавируется даже лучше чем яхта с обычным килем, лучше идет на волне, это все было ярко продемонстрировано на кубковой яхте и позже на некоторых серийных яхтах.

"Секрет" состоит из нескольких моментов, крылья играют роль гидродинамических шайб (как на самолетах) и препятствуют перетоку и завихрениям внизу киля. Крылья улучшают обтекание киля и уменьшают завихрения на задней кромке киля. Также крылья удлиняют переднюю кромку киля и создают подъемную силу, которая распределяется и улучшает лавировочные качества всего киля. Таким образом Wing keel является решением для тех кто хочет иметь уменьшенную осадку и не потерять в лавировочных характеристиках яхты.

Но есть и минусы, при посадке на мель, снять яхту с таким килем сложнее, чем с обычным плавниковым килем, когда можно просто закренить яхту. На попутных курсах, яхта с таким килем может быть чуть медленнее из-за увеличенной смоченной поверхности и сопротивления, хотя некоторые пользователи с этим не согласны и отмечают меньшую качку на волне.

Специальные кили

Различные варианты специальных килей используются на спортивных и экспериментальных яхтах для достижения высоких результатов или тестирования новый конструкций.

Качающиеся кили (Canting keel)

Практически все современные гоночные океанские IMOCO-подобные  яхты имеют качающиеся кили в сочетании со швертами. Отклонение длинного киля с бульбой обеспечивает остойчивость яхты, в сочетании с остойчивостью формы широкого корпуса и иногда бортового водяного балласта. Остойчивость таких яхт огромная, что позволяет нести очень много парусов, даже в штормовых условиях, форма корпуса обеспечивает глиссирование почти на всех курсах. Сопротивление дрейфу на острых курсах создают подъемные шверты, которые также регулируют и ЦБС.

Кстати на фото яхта "Kosatka", кроме киля, хороши видны брызгоотбойники в носовой части, которые были применены для уменьшения сопротивления корпуса при ходе на волне.

Подъемный поворотный киль (Lifting jybe-keel)

Киль большого удлинения с обтекаемой бульбой имеет очень высокие гидродинамические характеристики, он не только поднимается вверх но и поворачивается вокруг вертикальной оси на 0-5 градусов на ветер для уменьшения сопротивления корпуса при кренах 5-20 градусов.

Впервые Jybe-keel был применен на яхте Diode-36 по проекту Roger Martin Design. Улучшенный вариант Jybe-Keel был использован петербургским конструктором Александром Тараненко  в нашем совместном проекте яхты Alekstar-38, построенной компанией Kompan Marine в Петербурге в 2008 году. Яхта имела много инноваций - ULDB корпус с симметричными креновыми ватерлиниями, бортовой водяной балласт и подъемный поворотный киль (Lifting jybe-keel).

Отклоняющийся балласт (Canting ballast)

Конструктором Vlad Murnikov была разработана и применена конструкция отклоняющегося балласта на прототипе Speed Dream, это конечно уже не совсем киль, но тоже используется для обеспечения остойчивости. По предварительным расчетам, такая полноразмерная яхта должна быть самой быстрой однокорпусной яхтой в мире.

Киль для малой осадки (Shoal draft keel)

Даже на относительно больших яхтах иногда возникает необходимость в небольшой осадке и защищенной винто-рулевой группе, это для любителей забираться в укромные уголки, например в устье Амазонки или пройти Северо-западным проходом в Америке или посетить север России.

Обычно такой киль это элемент экспедиционных яхт, типичным примером является киль на нашей яхте ATOA-64 Expedition, построенной в 2010 году (фото в заголовке блога). 

При длине яхты в 20 метров, осадка оставляет всего 1.5 метра, несмотря на это, яхта имела хорошие ходовые и лавировочные характеристики. Это было подтверждено на ходовых испытаниях известными конструкторами, которые принимали участие в проекте - Gabriel Heyman из Швеции и Olivier van Meer из Голландии.

Есть еще достаточно много вариаций и уникальных решений конструкции килей парусных яхт, все наверно нет смысла перечислять. Что-то постепенно находит свое место в жизни, а что-то остается в зоне экспериментов, впрочем как и с парусным вооружением. Сейчас активно продвигаются подводные крылья, но по моему мнению это останется уделом маленьких лодок и скоростных гоночных болидов Кубка Америки и подобных мероприятий.

Киль для проекта Soler-39+

Желание учесть все плюсы и минусы указанных конструкций килей для моего нового проекта миди-экспедиционной яхты Soler-39+  привела к попытке скомбинировать все это вместе и уменьшить количество минусов, при сохранении практичности.

Условное название "Swing wing keel" - поворотный киль с крыльями. Под крыльями тут понимается определенная форма бульбы киля, которая еще дорабатывается и будет выглядеть несколько по другому чем на этом эскизе.

Плюсы
- минимальная осадка около 1.4 метра для каналов Европы и Карибского района
- возможность двигаться под парусами с поднятым килем
- при полуподнятом киле улучшается устойчивость на курсе (ЦБС сдвигается к корме)
- низкое расположение центра тяжести (бульба и утяжеленный подъемный киль)
- оптимизация обтекания киля за счет формы бульбы-крыла (не показано на эскизе)
- эффективный гидродинамический профиль подъемного киля с большим удлинением
- хорошие лавировочные характеристики и плавный ход на попутных курсах
- возможность осушки при отливе (упор двух рулей со скегами)
- легко сняться с мели, достаточно поднять киль
- устойчивость на курсе за счет двух рулей со скегами и защитного скега винта (не показан на эскизе)
- основание киля вварено в корпус (нет болтов крепления)
- механизм подъема (гидравлика) находится выше ватерлинии в герметичном отсеке
- есть опция аварийного подъема киля шкотовой лебедкой.

Минусы
- несколько увеличено сопротивление за счет скегов рулей, винта и килевого колодца
- при подъеме для покраски необрастайкой требуется очистка килевого колодца снизу киля
- максимальная осадка 2.6 метра, минимальная 1.4 метра

Баланс плюсов и минусов кажется сильно положительным, оправдаются ли все мои ожидания покажут дальнейшие расчеты и в дальнейшем постройка яхты на верфи.

Счастливого плавания !