Реклама
Страница 2 из 18 ПерваяПервая 123412 ... ПоследняяПоследняя
Показано с 11 по 20 из 174

Тема: Паруса

  1. #11
    Постоянный пользователь

    Регистрация
    18.01.2011
    Сообщений
    185
    Вес репутации
    14
    Информация для размышлений.



    Статья о тестировании комплекта парус+мачта.

    Рассматриваются "взрослые" размеры с элементами "высшей" математики..
    Вложения Вложения

  2. #12
    Постоянный пользователь Аватар для ukr30

    Регистрация
    13.01.2011
    Сообщений
    2,650
    Вес репутации
    18
    mais
    Миниатюры Миниатюры Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	p0036.png 
Просмотров:	964 
Размер:	83.6 Кб 
ID:	68760  

  3. #13
    Постоянный пользователь

    Регистрация
    18.01.2011
    Сообщений
    185
    Вес репутации
    14
    Цитата Сообщение от ukr30 Посмотреть сообщение
    mais


    Хм ...я думал "Парус Люнгстрома" это парус из двух слоев "ткани" охватывающий мачту.



    А на данном рисунке, что то другое..

    А какой вариант крепления тогда предпочтительнее из представленных КРУГЛЫХ мачт?

    По теории вроде бы выходит нижний вариант. Подветренная сторона паруса гладкая-ровная поток имеет максимальную скорость, внутренняя имеет "турбулизатор-тормоз" в виде мачты... Я прав?

  4. #14
    Постоянный пользователь Аватар для ukr30

    Регистрация
    13.01.2011
    Сообщений
    2,650
    Вес репутации
    18
    С круглыми мачтами почти все используют кольца или нитки, чтобы добиться нижнего варианта. Если при настройке использовать прогиб мачты, то надо продумать крепление паруса к задней части мачты, пользовался таким вариантом в свое время. Сейчас пользуюсь креплением кольцами, т.к. приходится для транспортировки снимать паруса с мачт.А парус Люнгстрома простой грот без гика и при взятии рифов обворачивается вокруг мачты, ни стакселя ни вант и прочих растяжек мачты при этом не используется. Из парусного вооружения и такелажа на яхте только мачта и грот.

  5. #15
    Постоянный пользователь Аватар для ukr30

    Регистрация
    13.01.2011
    Сообщений
    2,650
    Вес репутации
    18
    КАК ВЫЖАТЬ МАКСИМУМ ИЗ ВАШИХ ПАРУСОВ

    С. Г. Пантелеймонов

    Существует всего несколько элементов, которыми можно контролировать профиль паруса, а следовательно, и его работу. Однажды поняв, как эти элементы работают, и зная, какой профиль паруса - наилучший для данных конкретных условий, вы сможете применить свои знания к яхтам любых размеров.

    Неважно, находитесь ли вы в гонке, или путешествуете по морю или закрытому водоему - оптимальная настройка (балансировка) парусов поможет вам получить максимум эмоций от вашей яхты.

    Для простоты парусное вооружение яхты разделим на две составные части:

    основные паруса - это, как правило, грот и передние паруса - это паруса, которые поднимаются (ставятся) перед гротом. Так как грот является главной (основной) составной частью парусности яхты, он должен быть в первую очередь правильно отрегулирован как для различного ветра, так и для различного состояния поверхности воды. В слабый или средний ветер грот с полным профилем и оптимальной закруткой обеспечивает максимальную тягу или, другими словами, максимальную мощность. В то время как плоский, хорошего профиля грот обеспечит более эффективную работу в сильный ветер. Эти же критерии остаются верными и для передних парусов.

    В предыдущем абзаце было упомянуто выражение "оптимальная закрутка грота". Учитывая, что данное понятие не очень знакомо яхтсменам, особенно начинающим, последующее краткое объяснение поможет вам понять суть вопроса.

    Закрутка паруса - это разница между углом хорды на топе (в верхней части) паруса и углом хорды в основании. Закрутка паруса закладывается при его проектировании и исполняется при изготовлении. Для чего это нужно?

    Как вы знаете, вымпельный ветер складывается из двух составляющих: из истинного ветра и ветра, возникающего от движения яхты. Известно, что истинный ветер более сильный в верхней части паруса, чем в нижней его части, где он медленнее из-за трения вода/воздух. Таким образом, вымпельный ветер должен быть более "свободным" в верхней части паруса, чем в его основании. При лавировке это имеет максимальное значение. Ваш грот, таким образом, должен быть настроен приблизительно на 10 градусов закрутки, чтобы воспользоваться данным обстоятельством.

    Вымпельный ветер, действующий на паруса, никогда не является постоянным более чем несколько секунд из-за нижеследующих факторов:

    а) колебания в скорости и направлении истинного ветра;

    б) колебания в скорости и направлении яхты.

    Парус с закруткой имеет больше шансов оставаться эффективным во время всех этих изменений, так как усредненно большая часть поверхности паруса эффективно представлена ветру.

    Передние паруса автоматически приобретают некоторую закрутку, и при этом задняя шкаторина должна быть параллельна задней плоскости грота.

    Неважно, управляете вы маленькой Dinghy или макси-яхтой - настройка и управление парусами практически одинаковы.

    Придание парусу оптимальной формы.

    Идеальное расположение центра давления грота: самая глубокая часть в профиле паруса (пузо) должна находиться на 45 процентов расстояния от передней шкаторины до задней шкаторины, то есть ближе к передней шкаторине. Когда центр давления грота расположен в надлежащем месте, суммарное тяговое усилие площади парусов сбалансировано с боковым давлением киля или шверта. При увеличении силы ветра глубина центра давления увеличивается и его положение на площади паруса перемещается в корму, что приводит к разбалансировке яхты, т.е. системы парус - подводное боковое сопротивление яхты. Имеются различные грубые и тонкие способы регулировки для восстановления профиля паруса, т. е. удержание необходимой глубины центра давления в оптимальном положении. Грот может незначительно отличаться у разных яхт, но, за исключением некоторых классов Dinghy, каждая яхта будет иметь те же самые элементы контроля или, практически, большинство из них.

    Основные элементы контроля грота

    Гика-шкот: имеет максимальное влияние на поведение яхты. Чем сильнее выбран гика-шкот, тем больше это влияет как на изменение положения грота, так и на рабочий профиль паруса. Недобор, как и перебор паруса, ведет к уменьшению тягового усилия грота, уменьшает его мощность, что ведет к потере скорости.

    Ползун гика-шкота: контролирует положение нижней кромки грота по отношению к диаметральной плоскости яхты. Перемещая ползун гика-шкота на ветер (в направлении против ветра), мы заставляем парус работать более эффективно. Однако, перемещая ползун слишком далеко на ветер, можно потерять скорость за счет неправильного обтекания воздушным потоком задней кромки грота. При сильном ветре правильная установка ползуна сбрасывает излишнюю нагрузку на парус.

    Оттяжка гика: усилие натяжения оттяжки гика контролирует величину закрутки задней шкаторины грота. При сильном ветре, при движении в лавировку с большими скоростями оттяжка гика создает напряжение на задней шкаторине грота и позволяет парусу сохранять нормальный профиль при ослаблении натяжения гика-шкотов (например, при смене галса). При движении полным курсом, при перекладке руля и прохождения им диаметральной плоскости яхты оттяжка гика может предотвратить брочинг.

    Оттяжка нижней шкаторины гика (грота-шкот): контролирует глубину центра давления (величину пуза) в нижней половине паруса. Грота-шкот травится при слабом ветре и выбирается при сильном.

    Ахтерштаг: контролирует профиль грота и профиль его задней шкаторины. При ненабитом ахтерштаге задняя шкаторина находится в напряженном состоянии от воздействия усилий, создаваемых гика-шкотом и оттяжкой гика, при этом профиль грота остается полным. При увеличении напряжения на ахтерштаге мачта изгибается, парус становится более плоским. Уменьшается напряжение на задней шкаторине, что позволяет сбросить излишнее давление на парус.

    Настройка парусов для лавировки в слабый ветер.

    Для лавировки в слабый ветер паруса следует настраивать от силы слабого ветра. При очень слабом ветре (от 0 до 2 баллов) и гладкой поверхности воды вы должны придать парусам более плоскую форму, потому что ветра недостаточно, чтобы заполнить паруса и создать тягу.

    Необходимо сделать более плоским пузо. Для этого подберите грота-шкот, подберите гика-шкот, при этом нельзя перетягивать заднюю шкаторину.

    При выбранном гроте, при небольшом порыве ветра верхняя лата должна немного заваливать под ветер. Старайтесь, чтобы колдунчик верхней латы максимальное время развивался (струился), находясь в горизонтальном положении.

    Пользуйтесь оттяжкой гика, если вам необходимо разгладить (убрать) складки у передней шкаторины грота.

    Переместите ползун гика-шкота в диаметральную плоскость (ДП) яхты или немного за ДП яхты - так, чтобы центр задней шкаторины грота находился над ДП яхты.

    Оттяжка гика имеет слабину.

    1. Колдунчик верхней латы большую часть времени развевается (в горизонтальном положении).

    2. Середина задней шкаторины находится по ДП яхты.

    3. Шкотовый угол грота расположен на ветер по отношению к ДП яхты.

    4. Гика-шкот ослаблен.

    5. Ползун гика-шкота расположен на ветер по отношению к ДП яхты.

    Как только ветер достаточно увеличится и на воде появится небольшое волнение (ветер 2-4 балла), необходимо перенастроить грот таким образом, чтобы он был более глубоким и имел большую тягу.

    Ослабьте грота-шкот до образования слабины по нижней шкаторине.

    Подберите грота-фал так, чтобы верхняя лата стала параллельна гику, но все еще при порывах ветра имела возможность заваливаться под ветер.

    Колдунчик верхней латы должен иметь горизонтальное положение (развеваться) от 50 до 80 процентов времени. Если вы не доберете грот, колдунчик верхней латы будет развеваться постоянно, и парус будет терять ветер и, соответственно, мощность.

    Выберите слабину оттяжки гика. При ослаблении гика-шкота во время смены галса натяжение оттяжки гика позволит задней шкаторине сохранить свою форму.

    Пузо грота должно располагаться в 45 процентах от передней шкаторины. Подберите оттяжку Каннингхэма, если центр давления расположен дальше чем 45%.

    Установите ползун гика-шкота на ветер с таким расчетом, чтобы гик находился в диаметральной плоскости яхты.

    Настройка передних парусов. Кипки стаксель-шкотов (генуя-шкотов) необходимо расположить в максимально переднем положении.

    Натяжение стаксель-фала должно быть уменьшено с помощью стаксельной оттяжки Каннингхэма или с помощью ослабления стаксель-фала. Легкое ослабление

    передней шкаторины стакселя (генуи) объясняется необходимостью иметь большее провисание передней шкаторины паруса, для того чтобы он имел большую полноту, то есть более правильную форму для слабого ветра.

    Настройка парусов для лавировки в средний ветер.

    При ветре более четырех баллов необходимо произвести перенастройку парусов и сохранить ее до тех пор, пока вы ощущаете нагрузку на руле и не чувствуете, что паруса перегружены.

    Подберите грота-шкот. Перемещение шкотового угла может быть всего несколько сантиметров, однако это уменьшит пузо (глубину центра давления), что скажется на увеличении скорости яхты.

    Выберите гика-шкот так, чтобы верхняя лата была параллельна гику и даже при порывах ветра оставалась на месте. Колдунчик верхней латы развивается в корму приблизительно 50% времени.

    Выберите оттяжку гика таким образом, чтобы верхняя лата оставалась параллельна гику даже при расслабленном гика-шкоте на шквалах.

    Выбирайте ахтерштаг до тех пор, пока не почувствуете, что вас перестало сильно кренить на шквалах. Нагружая ахтерштаг, вы ослабляете (открываете) заднюю шкаторину, что дает возможность хорошо контролировать яхту.

    После регулировки ахтерштага снова подстройте грот.

    Используя оттяжку Каннингхэма, удерживайте центр пуза в пределах 45% от задней шкаторины.

    Расположите ползун гика-шкота так, чтобы гик находился в ДП яхты, и стравливайте его (ползун) под ветер при шквалах, чтобы уменьшить крен и снять усилие на руле.



    1. Колдунчик верхней латы 50% времени направлен в корму.

    2. Перемещая ползун гика-шкота за ДП яхты под ветер, вы сбрасываете лишнее усилие с грота. При этом гика-шкот не травится.

    При плавании в закрытых водоемах грот можно держать более плоским. Натяжение грота-шкота должно быть несколько больше. Набивается оттяжка гика, но не сильно. Производится меньшее натяжение ахтерштага.

    Настройка передних парусов.

    Кипки стаксель-шкотов перемещаются в корму, что ослабляет натяжение задней шкаторины и позволяет воздушному потоку спокойно проходить в промежутке между гротом и стакселем и не задувать в переднюю шкаторину грота. Перемещение кипок в корму также делает стаксель (геную) более плоским.

    Выберите стаксель-фал, а также оттяжку Каннингхэма стакселя, если она имеется. Такая регулировка придает стакселю (геную) правильную для данного ветра форму, более плоскую.

    Настройка парусов для лавировки в сильный ветер.

    При ветре более 7 баллов (в зависимости от размеров яхты) вы должны уменьшить мощность парусов. В первую очередь это достигается перенастройкой парусов. Если этого оказывается недостаточно, то следует уменьшить площадь парусности.

    Полностью выберите грота-шкот и плоско обтяните парус, затем будьте готовы его потравить при сильных шквалах с тем, чтобы держать яхту под контролем. Колдунчик верхней латы теперь будет практически постоянно развеваться в сторону кормы.

    Подберите оттяжку гика, достаточную для того, чтобы держать заднюю шкаторину в напряжении и чтобы верхняя лата оставалась параллельной гику в момент ослабления натяжения гика-шкота.

    Подберите оттяжку Каннингхэма для того, чтобы удержать центр давления в пределах 45% от передней шкаторины.

    Подберите ахтерштаг, пока яхта не станет легко управляема и можно будет ее контролировать во время шквалов.

    Ползуном гика-шкота вы должны работать постоянно. При шквалах его максимально сдвигают под ветер, что позволяет сбросить нагрузку с грота, не стравливая гика-шкот.

    Настройка передних парусов.

    Кипки стаксель шкотов еще больше перемещаются в корму с тем, чтобы еще больше ослабить заднюю шкаторину.

    Если стаксель начинает сильно задувать в грот, передвиньте ползун гика-шкота на ветер или выберите гика-шкот, чтобы в грот сильно не задувало по передней шкаторине.



    При исключительно сильном ветре необходимо максимально возможно выбрать все средства регулировки. Уменьшить общую площадь парусов: взять рифы, заменить передний парус на меньший (вплоть до штормового стакселя).

    С этого момента ваше внимание должно быть сосредоточено не на эффективности работы парусов, а на том, чтобы держать яхту под контролем.

    Настройка парусов при попутном курсе.

    Когда идете попутным курсом, ослабьте все средства регулировки с тем, чтобы паруса были полные и имели максимально глубокие профили. Уровень ослабления регулировок зависит от силы ветра.

    Слабый ветер (от 0 до 2 баллов).

    Оставьте все средства регулировки такими же, как вы шли в лавировку. В этих условиях изменение регулировок не дает какого-либо значительного эффекта.

    Однако в случае ощутимого волнения, возможно, вам придется немного подобрать оттяжку гика с тем, чтобы задняя шкаторина не хлопала и не сбрасывала ветер.

    Средний ветер (от 3 до 7 баллов).

    При среднем ветре необходимо скорректировать некоторые из средств регулировок, чтобы иметь паруса правильной формы и профиля для данного ветра.

    После того как вы растравили грот и передние паруса, потравите грота-шкот, оттяжку Каннингхэма, оттяжку гика и ахтерштаг.

    После этого рекомендуется подобрать оттяжку гика настолько, чтобы верхняя лата была параллельна гику при временном затишье ветра и задняя шкаторина сбрасывала бы небольшое количество ветра при порывах ветра.

    Для многих типов яхт при среднем ветре настройка парусов как на острый курс, так и на полный остается одинаковой.

    При волнении и частых порывах ветра на открытой воде попробуйте подбирать оттяжку гика, когда происходит восхождение на волну или во время очередного порыва ветра, а затем следует потравить при очередном затишье или сходе с волны.

    Сильный ветер (более 7 баллов).

    При сильном ветре сохраняется большинство регулировок, которые были выполнены для острого курса. Паруса при этом будут иметь достаточную мощность. В сильный ветер настройка грота с помощью оттяжки гика приобретает ключевое значение. Перед началом работы с оттяжкой гика следует проверить натяжение топенанта, так как если он выбран, то создать напряжение на задней шкаторине грота с помощью оттяжки гика будет невозможно. Потравите топенант.

    Прежде всего оттяжку гика следует потравить, чтобы легче было держать яхту под контролем.

    Если задняя шкаторина сильно перетянута, то результирующий профиль грота выдает слишком большую мощность и может вызвать брочинг (потеря управляемости и резкий разворот на ветер).

    С другой стороны, если слишком ослабить оттяжку гика, то будет сбрасываться слишком много ветра. Яхта может начать раскачиваться с борта на борт (бортовая качка) и, как результат, может случиться самопроизвольный переброс грота на другой борт - поворот через фордевинд.

    Таким образом, ослабляя оттяжку гика понемногу, нужно быть всегда уверенным, что оттяжка гика еще достаточно выбрана, чтобы держать верхнюю лату параллельно гику.



    Отдельной главой рассмотрим работу со СПИНАКЕРОМ.

    Начнем с того, что необходимо сделать некоторую подготовительную работу у причала - на берегу.

    Огромное значение для нормальной работы спинакера имеет спинакер-гик. Его размеры мы рассматривать не будем т. к. они сугубо индивидуальны для каждого типа яхт. А вот о его рабочем местоположении на яхте мы поговорим.

    Наружный конец спинакер-гика (ходовой конец) должен удерживать спинакер на самом низком уровне, на котором спинакер не будет терять свою максимальную ширину. Найдя данное положение ходового конца спинакер-гика экспериментально, у причала, закрепите на мачте ухо (кольцо), за которое крепится спинакер-гик к мачте, помня, что спинакер-гик должен располагаться параллельно поверхности воды.

    После постановки спинакера старайтесь держать галсовые углы на одной высоте. Это поможет парусу оставаться эффективным, сохраняя его спроектированный симметричный профиль.

    При сильном ветре ходовой конец спинакера поднимается вверх по отношению к его нормальному положению. При слабом ветре - опускается вниз.

    Практика показывает, что при тихом и среднем ветрах желательно отпускать спинакер в "полет", т.е. как можно дальше от передних парусов. В это же самое время необходимо держать шкотовый угол спинакера как можно дальше в корму. При сильном ветре располагайте спинакер как можно ближе к яхте, что дает максимум стабильности в его работе.

    Рекомендуется во время неожиданных шквалов "прятать" как можно большую часть спинакера за грот, тем самым создавая "рифинг-эффект" для спинакера.

    Последнее: всегда надо помнить, что спинакер - сложный парус, и к работе с ним нужно относиться со всей серьезностью.

    И в заключение: хорошо настроенные паруса улучшают работу яхты и увеличивают ваше удовольствие. Как только ваше умение настраивать паруса достигнет совершенства и автоматизма, вы сразу почувствуете, что ваша яхта (как хорошая автомашина) перейдет на повышенную передачу и существенно увеличит скорость.

    4. Измерение аэродинамических сил

    На основе многочисленных экспериментов, проведенных как в лабораторных, так и в естественных условиях, а также из общей теории аэродинамики известно, что вышеупомянутые характеристики аэродинамической силы зависят от следующих факторов:

    а) динамического давления вымпельного (кажущегося) ветра - Vк м/сек;

    q = 0,0625*0,0625*V2;

    б) площади паруса S м2;

    в) угла установки паруса относительно направления вымпельного ветра;

    г) формы паруса, его профиля, полноты пуза и т. п.;

    д) свойств парусной ткани, т.е. ее гладкости, жесткости, тягучести, плотности и т. п.;

    е) угла наклона парусного вооружения ?.





    Говоря о форме паруса, обратим внимание на его удлинение, которое можно выразить отношением высоты паруса Н к длине средней хорды его профиля I (рис. 14). Для прямоугольных парусов оно равно отношению H/l. Для парусов треугольных, гафельных, гуари и т. п., у которых ширина паруса Н изменяется с высотой, удлинение определяется делением высоты паруса Н на его среднюю ширину. Среднюю ширину можно вычислить делением площади паруса S на его высоту H, т. е. удлинение = H/(S/H) = H2/S.

    Полнота паруса, т. е. пузо паруса, определяется отношением величины стрелки прогиба к длине хорды профиля паруса l, т. е. полнота =f/l.

    Влияние всех перечисленных факторов можно учесть, с некоторыми оговорками, при определении аэродинамической силы с помощью определенных формул. Установлено, что два совершенно одинаковых (по форме, покрою, ткани и т. п.) паруса, отличающиеся только площадью и работающие с одним углом атаки, при любых ветрах образуют аэродинамические силы, по величине пропорциональные динамическому давлению ветра и площади паруса. Если влияние факторов, указанных в пунктах в, г, д и е, выразить через коэффициент С, то аэродинамическая сила, возникающая на парусе, может быть вычислена по следующей формуле:

    F = q*S*C = 0,0625*V2к*S* С,

    где: F — аэродинамическая сила в кг, Vк — скорость вымпельного ветра в м/сек, S —площадь парусности в м2. С — коэффициент аэродинамической силы.

    Если известна скорость ветра Vк и размеры парусов, то площадь парусов и динамическое давление ветра вычисляются легко.

    Найти значение коэффициента С довольно сложно. Его определяют экспериментальным путем в аэродинамических трубах или путем тщательных замеров на яхте в естественных условиях.

    Экспериментальные работы гораздо удобнее проводить в аэродинамических трубах, где можно очень точно поддерживать заданную скорость ветра. Кроме того, используя широкие возможности оснащения опыта регистрирующими приборами, не трудно установить отдельно влияние таких геометрических факторов, как пузатость паруса, его удлинение, угол установки паруса к ветру (угол атаки) и др. Но при всех достоинствах модельных испытаний в аэродинамических трубах полученные результаты нельзя полностью переносить в практику, так как невозможно создать полное подобие всех условий, в которых проходит плавание яхты.

    Вопросы аэродинамики яхты следует решать как с помощью натурных испытаний яхт, так и испытаний на моделях в аэродинамических трубах. Эти испытания взаимно дополняют друг друга и помогают корректировать результаты.

    Значение испытаний в аэродинамических трубах станет яснее, если мы рассмотрим методику измерении возникающих на парусе сил и способ их графического изображения.





    На рис. 15 показаны система действующих на парус сил и размещение модели в трубе. Паруса, по размерам возможно ближе к натуральным, прикреплены к специальному устройству, с помощью которого замеряются силы, возникающие на парусе при продувке. Вся установка размещена в трубе, оборудованной для регулирования и точного поддержания заданной скорости ветра. Из практических соображений измерительное устройство сконструировано для замеров двух сил: поперечной силы Y, перпендикулярной к направлению ветра (подъемная сила), и силы лобового сопротивления X, действующей вдоль направления ветра.



    Непосредственное измерение равнодействующей силы F настолько усложняет конструкцию измерительного устройства, что от этой мысли пришлось отказаться.

    Величина равнодействующей силы F для любых углов ? атаки паруса вычисляется по правилу параллелограмма, построенного на основании замеров сил Y и X.

    Предыдущие исследования показали, что для получения результатов, необходимых для оценки аэродинамических качеств паруса, надо проводить эксперименты на моделях, которые по своим размерам приближаются к натурным парусам, а также использовать обычную парусную ткань. Однако, кроме опытов Ричарда Фэйрн в Англии, проводившихся с целью повышения ходовых качеств яхты класса J, остальные продувки парусов, как правило, велись в трубах с малыми размерами, оборудованных обычными силовыми устройствами, употребляемыми в авиационных экспериментах. Поневоле приходилось продувать модели малых размеров, причем паруса делались не из ткани, а из тонкой жести. Результаты, полученные с жесткими парусами, очевидно, не будут соответствовать результатам, полученным в экспериментах с мягким парусом, так как материал, из которого сделан парус, различный. При решении некоторых частных задач, например для выяснения влияния отдельных факторов при элиминировании прочих, а также при определении общей качественной тенденции, могут быть использованы и опыты с жесткими парусами.

    По мнению ведущих английских парусных мастеров, правильную модель паруса, соответствующую натуре, можно сделать только, если высота модели будет около 2,5 м. При меньших размерах возникают большие трудности в сохранении подобия в покрое паруса, эластичности ткани, технологии выработки и т. п.

    Для приближения условий испытаний в трубах к естественным условиям необходимо также: а) создать подобие водной поверхности (предположительно) с погруженной в боду частью корпуса яхты; б) избежать влияния веса ткани на форму паруса. Для этого испытуемый парус должен ставиться вертикально или с наклоном, соответствующим крену (при проведении некоторых экспериментов из-за неподходящей конструкции измерительного устройства парус ставился в горизонтальном положении); в) модель наклонять относительно постоянной поверхности воды; г) регулировать натяжение и направление шкотов, меняя точки их крепления, и т. п.



    Обратимся к рис. 16, на котором показано измерительное устройство аэродинамической трубы.

    Модель паруса яхты класса «Финн» посредством мачты и гика связана с понтоном, плавающим в водном бассейне, устроенном чуть ниже уровня пола трубы. Запас плавучести понтона достаточно велик, чтобы препятствовать большому крену, а без ветра понтон сохраняет горизонтальное положение.

    Движения понтона воспринимаются тремя пружинами из специальной стали, посредством которых замеряются силы Y1, Y2 и X. Отклонение в пружинах порядка 0-0,05 мм с помощью электрических датчиков с индукционными усилителями передается на электронный указатель, показывающий величину сил Y1, Y2 и X в фунтах.

    Основание, на котором установлена модель паруса или модель полной яхты, имеет дистанционное управление, которое позволяет (по желанию) изменять положение моделей относительно направления ветра. Специальные крепления, размещенные на вращающемся основании, позволяют регулировать натяжение шкотов, а также менять вертикальное и горизонтальное положение гика. Это позволило испытывать не только влияние натяжения шкотов, но и влияние расстояния между гиком и палубой или поверхностью воды, что оказалось в значительной степени существенным для коэффициента полезного действия вооружения. Одновременно можно было фотографировать форму профили паруса, его полноту и скрученность. Для этого на парусе на равном расстоянии друг от друга были проведены черные полоски.



    После беглого знакомства с измерительным устройством обратимся к самому способу измерения аэродинамических сил и познакомимся со способом графического изображения результатов замеров.

    Для примера возьмем наиболее простое вооружение – модель паруса яхты класса «Финн» (масштаб 2: 5) с площадью S=1,68 мг.

    Свободно изменяя углы атаки паруса ? от левентика до 90°, измерим величины сил Y1, Y2 и X через каждые 2,5 градуса, причем Y1+Y2=Y (см. рис. 16).



    Результаты замеров можно представить или в виде таблицы (см. далее) или в виде графиков (рис. 17). Последний способ гораздо нагляднее позволяет проследить, как меняются силы Y и X - слагаемые аэродинамической силы F - в зависимости от угла атаки паруса ?. Замеры сил Y и X на приборах были записаны в английских фунтах, но па правой стороне рисунка дана шкала в килограммах (см. рис. 17). К сказанному добавим, что замеры проводились при постоянной скорости ветра V=8,94 м/сек. За угол атаки паруса к ветру принимался угол между гиком и направлением ветра.





    Форма сечений паруса, пузатость и скручивание верхней части паруса по отношению к гику, снятые на фото по шести сечениям (I—VI), показаны на рис. 18. Там же указано расстояние галсового угла паруса от низа аэродинамической трубы, т. е. от поверхности воды.

    Зная величины составляющих сил Y и X, не трудно определить равнодействующую аэродинамическую силу F графическим способом (рис. 19), а именно:

    на вертикальной оси откладываем в масштабе величины подъемной силы Y в тех единицах, в которых они были измерены (в фунтах);

    на горизонтальной оси аналогично отложим значения лобового сопротивления X.

    Величины сил Y и X поочередно наносим на график для одинаковых углов атаки ? = 5, 7, 10,12 и т. д. до 40°. Полученный ряд точек соединим плавной кривой (см. рис. 19).

    Рассмотрим пример, когда парус установлен к ветру под углом сс=27,5°: замеренная величина силы Y=24,10 фунта (сравните с вышеприведенной таблицей), а сопротивление Х=8,40 фунта.

    Таблица 1





    * в футах.

    Из параллелограмма сил не трудно определить равнодействующую силу F. Вычерченная по точкам кривая называется полярой паруса.

    Построение такого графика весьма ценно, так как он позволяет определить величину и направление действия аэродинамической силы F для любого угла атаки.

    Величина и направление аэродинамической силы F будет выражаться вектором, один конец, которого находится в нулевой точке - начале координат (он же центр парусности), а другой - скользит по кривой.



    График, показанный на рис. 19, очень ценен только для паруса, на котором велись опыты с определенной площадью парусины S и для определенной скорости ветра. Этот график дает наглядную картину сил, действующих на парус, но при всех своих достоинствах обладает серьезным недостатком. Он не дает возможности сравнить аэродинамические качества этого паруса с другими парусами, отличающимися по площади. Чтобы можно было воспользоваться результатами экспериментов над моделями для оценки разных парусов и даже комбинации парусов грот - стаксель, непосредственно замеренные величины сил выражают через их коэффициенты С, о которых уже упоминалось в предыдущем изложении.

    Коэффициенты вычисляются посредством деления величины замеренной силы на динамическое давление ветра q, а также на площадь парусности S. Следовательно, соответственно будут получены коэффициенты:

    Cx = X/(q*S); Cy = Y /(q*S) или C = F/(q*S)

    Теперь для нахождения фактической, действующей на парус силы, у которого форма такая же, как форма модели, надо умножить соответствующий коэффициент С на динамическое давление ветра q, необходимое в данном случае, и на фактическую площадь парусности S. Равнодействующая аэродинамическая сила F будет определяться по следующей формуле:

    Fн = CqSн = С - 0,0625 V2Sн,

    где индекс «н» обозначает натурный (полноразмерный) парус. При этом если у паруса натурных размеров сохранено полное геометрическое подобие с моделью, то коэффициенты Сx, Сy и С будут одинаковыми как для паруса, так и для модели.

    Такое допущение хотя и не абсолютно правильно, но для практических целей вполне приемлемо. В дальнейших рассуждениях, когда будем учитывать сопротивление трения материала паруса, придется вносить некоторые коррективы.



    На рис. 20 приведен полярный график коэффициентов аэродинамических сил паруса яхты класса «Финн», построенный на основе только что рассмотренных положений.

    Не трудно заметить, что форма этого графика есть точная копия графика, изображенного на рис. 19, на котором были показаны аэродинамические силы для модели паруса. Заметим, что указанный на графике (рис.20) коэффициент равнодействующей силы С пропорционален силе F (см. рис. 19) для угла атаки ?=27,5°.

    Кроме того, и направление действия силы F точно совпадает с направлением коэффициента этой силы на графике коэффициентов (см. рис. 20), На рис. 20 (слева) показаны основные размеры модели паруса. В дальнейшем изложении вопросов, касающихся аэродинамики парусов, чаще будут использоваться понятия коэффициентов, чем непосредственно замеряемых сил.

    Теперь сравним аэродинамические свойства паруса яхты класса «Финн» с такими же свойствами парусов, сделанных из жести и испытанных без мачты в Гёттингенском институте (рис. 21). Кривая 1 относится к парусу с пузом = 1/10, а кривая II —к совсем плоскому парусу. Площадь обоих парусов одинакова, а удлинение равно 5.



    Даже беглое знакомство с графиком позволяет видеть, насколько велико влияние пузатости паруса на увеличение аэродинамических сил, особенно в районе сравнительно небольших углов атаки — ? = 10°, 15°, 20°, 40°. Аэродинамические коэффициенты отличаются не только по величине, но и по направлению. Например, если угол атаки ? равен 15°, то равнодействующая сила FI возникающая на пузатом парусе, оказывается примерно в два раз больше силы FII, возникающей на плоском парусе (рис. 21).

    Следует обратить внимание, что линия действия силы F1 для первого паруса (см. рис. 21, I) расположена с левой стороны от перпендикуляра к хорде паруса, т. е, направлена вперед - в сторону носа яхты, тогда как для второго паруса (рис. 21, II) сила FII расположена справа от перпендикуляра к хорде и направлена невыгодно. Для облегчения пользования графиком направление перпендикуляров к хорде паруса для разных углов атаки показано короткими отрезками, расположенными внутри по дуге четверти окружности (см. рис. 21).

    Сравним аэродинамические характеристики дакронового паруса (см. рис. 20) с жестким парусом (см. рис.21, кривую I).

    Обратим внимание на то, что наибольшая равнодействующая сила на дакроновом парусе образуется при угле атаки ?=30°, а на жестком парусе - при ?=15°. Кроме того, достижимый максимум коэффициента силы F для мягкого паруса меньше, чем для жесткого. Такая разница может быть в результате:

    а) влияния мачты (так как одна модель без мачты);

    б) неодинакового удлинения моделей парусов;

    в) неодинакового скручивания верхних частей паруса, так как жесткий парус вообще не подвергался скручиванию.

    Более подробно об этом будет сказано дальше. Большая разница в графике для I и II парусов (см. рис. 21) может быть объяснена при рассмотрении характера обтекания воздушным потоком подветренной стороны этих парусов. При обтекании плоского паруса струн воздуха начинают отрываться на его подветренной стороне, образуя завихрения, на что затрачивается заметная часть кинетической энергии ветра, а условия для образования на подветренной стороне паруса области пониженного давления сильно ухудшаются.

    При пузатом парусе, обращенном выпуклостью на подветренную сторону (см. схему I на рис. 21), обтекание протекает более спокойно, почти без отрыва струй воздуха от большей части подветренной стороны паруса. Вместо отрыва струй воздуха, происходящего при плоском парусе, здесь они приобретают большую скорость, сопровождающуюся понижением давления. Такое сравнительно спокойное обтекание пузатого паруса происходит при сравнительно небольших углах атаки.

    С увеличением угла атаки на пузатом парусе тоже начинают появляться завихрения, и постепенно обтекание обоих парусов воздушным потоком становится одинаковым. На курсе фордевинд при угле атаки ? = 90° разница между плоским и пузатым парусом настолько мала, что практически ее можно не принимать во внимание.

    При больших углах атаки величина аэродинамической силы паруса гораздо меньше зависит от области пониженных давлений на подветренной стороне паруса, так что решающее влияние будет оказывать величина общей площади парусности. Рассмотренные примеры обтекания парусов в какой-то мере уже объясняют причину пониженной работоспособности плоских парусов. Слишком пузатые паруса в некоторых условиях плавания также будут работать неудовлетворительно.





    Показанные на рис. 22 схемы позволяют оценить влияние угла атаки паруса на величину силы тяги Fx, двигающей яхту вперед. Во всех трех приведенных примерах яхта идет галфвиндом, т. е. вымпельный ветер дует перпендикулярно к направлению движения яхты. В этих случаях сила тяги Fx действует перпендикулярно к направлению ветра и может считаться идентичной подъемной силе Y или пропорциональной коэффициенту этой силы Cy. Аналогично кренящая сила Fyz будет равна лобовому сопротивлению X. На рис. 22, а, 6, е схематично показано обтекание паруса ветром при углах атаки ? = 10°, 15° и 40°.

    Необходимые данные для построения схем взяты из рис. 21. Если шкоты паруса выбраны слишком сильно, то угол атаки становится чрезмерным, а величина силы тяги Fx значительно уменьшается. При этом скорость яхты снижается. Аналогичную зависимость аэродинамической силы от угла установки паруса можно наблюдать на поляре для паруса яхты класса «Финн», показанной на рис. 20.

    а) Медленное изменение угла атаки паруса



    В образовании аэродинамической силы паруса участвуют обе его стороны — наветренная и подветренная. Однако значение подветренной стороны значительно сильнее. Рассмотрим более обстоятельно обтекание ветром подветренной стороны паруса с учетом связи между характером обтекания и величинами аэродинамических сил.





    При медленном увеличении угла атаки паруса проследим за обтеканием подветренной его стороны (см. рис.22), регистрируя величину силы тяги Fx в виде графика (рис. 23, а). При этом изменение силы Fx будет идти по прямой линии, пока не дойдет до некоторого угла атаки ?.

    В этом диапазоне углов атаки ветер обтекает подветренную сторону паруса без завихрений. Ламинарный поток воздуха нарушается только в районе задней шкаторины паруса, где начинают появляться завихрения. При дальнейшем увеличении угла атаки а изменится характер обтекания. Оно будет становиться все более завихренным, а место отрыва струй ветра от поверхности паруса будет все больше перемещаться от задней шкаторины вперед по направлению к мачте. Завихренный поток, образующийся после прохождения мест отрыва струй ветра, отделит находящуюся за ним поверхность паруса от действительного ветра, в котором работает парус (см. рис. 22, б).

    В результате сила тяги Fx будет расти медленнее по сравнению с диапазоном углов атаки, меньших ?1, а прямая линия графика превратится в кривую АБ.

    При увеличении угла атаки до величины ?2 получим максимальную величину силы тяги Fx. Увеличение угла атаки больше угла аг вызовет появление вихревого обтекания по всей подветренной стороне паруса. Пройдя точку Б, сила тяги Fx постепенно будет уменьшаться, достигнув при угле атаки ?3 величины, указанной на рис. 22, в и 23.

    б) Быстрые и повторные изменения угла атаки (пампинг)

    В последние годы в некоторых гоночных классах яхт, как, например, «Летучий голландец», «Финн» и «5-0-5», стали применять новую технику управления парусами на курсах, близких к галфвинду. Такая техника получила название пампинга, или «подсасывания»; она заключается в быстром подбирании шкотов с последующим медленным потравливаннем. Установлено, что скорость яхты при этом увеличивается. Особенно этот прием работы со шкотами выгоден в условиях глиссирования. Применяя пампинг, можно раньше войти в режим глиссирования и поддерживать его при изменении силы ветра.

    Со стороны может создаться впечатление, что во время применения пампинга рулевой усилиями своего тела, т. е. его массой, сообщает яхте дополнительное ускорение. Такое впечатление возникает в результате затруднений в объяснении явления пампинга. Некоторые парусники считают, что применение пампинга является нарушением правил соревнований, касающихся разрешенных средств движений: «Средством движения может быть только естественное воздействие ветра на парус...».

    Во время Олимпийских игр 1960 г. судейское жюри Международного парусного союза признало пампинг легальным способом работы с парусами, приняв следующее решение: «Международное жюри признает, что пампинг может способствовать увеличению скорости лодки, что происходит в силу аэродинамических причин, недостаточно выясненных. Поэтому пампинг допустим в условиях, когда парус находится в ветровом потоке. Однако пампинг не может применяться в штиль или при очень слабом ветре, когда усилия и движения самого рулевого или команды могут влиять на ход лодки».

    Попробуем разобраться, почему пампинг выгоден. В предыдущем примере мы рассматривали случаи медленного, постепенного изменения угла атаки ?. Но опыты в аэродинамической трубе показали, что при быстром, резком изменении угла атаки характер обтекания паруса с подветренной стороны меняется иначе, чем при медленном и постепенном его изменении (рис. 23).

    При резком, быстром выбирании шкотов, соответственно углу атаки аг, отрыва струи ветра от подветренной стороны паруса не происходит, как это можно наблюдать при медленном выбирании шкотов. Сила тяги Fх увеличивается за очень короткое время (почти мгновенно) на 40—45% ее величины, соответствующей углу атаки ?1. Это видно из рис. 23, б. Штрихпуиктиром отмечена кривая величин силы тяги Fx при медленной работе со шкотами, а сплошной линией — кривая величин силы тяги Fx при резком и быстром выбирании шкотов, т. е. при резком изменении угла атаки ?. Показан прирост силы тяги Fs, мгновенно возникающий при больших углах атаки. Если парус задержать в этом положении, то на его подветренной стороне быстро образуются вихри и обтекание станет нормально-вихревым для этого угла атаки. На рис. 23, б верхняя часть кривой АЕ дает результат единичного одноразового подтягивания паруса с угла атаки ?1 до угла ?3.

    Если парус в этом положении задержать, то сила тяги Fx уменьшится до величины, соответствующей точке В, что, очевидно, невыгодно. Если же свободно потравить шкоты, то величина силы Fx будет уменьшаться по кривой ЕД1А. Затем можно повторить весь цикл работы со шкотами сначала. Таким приемом удается принципиально увеличивать величину силы тяги Fx которая соответствует точке Б, если угол атаки будет постоянным.

    Чтобы с наибольшей выгодой применить пампинг, рулевой должен вначале разобраться в характере воздушного потока, который возникает на подветренной стороне паруса, а затем сообразовать частоту и амплитуду пампинга со скоростью ветра и другими условиями плавания. Выбирать шкоты в момент, когда подветренную сторону паруса обтекает незавихреннын поток воздуха (см. рис. 22, а), а потравить шкоты до того, как будет образован завихренный поток (см. рис. 22, в).

    Пампинг может быть особенно выгодным, когда верхняя часть паруса несколько закручивается относительно гика (желательно, чтобы по всей высоте парус работал при одинаковом угле атаки).

    Таким образом рулевой, применяющий пампинг, может, «используя естественное воздействие ветра на парус», как гласят правила соревнование, получить заметное увеличение силы тяги, а следовательно, и скорости яхты. Итак, с точки зрения аэродинамики пампинг не является нарушением правил соревнований, поскольку сила рулевого или команды в данном случае не используется для увеличения скорости движения яхты.

  6. #16
    Постоянный пользователь Аватар для ukr30

    Регистрация
    13.01.2011
    Сообщений
    2,650
    Вес репутации
    18
    индикаторы на парусах используются и на моделях.
    Миниатюры Миниатюры Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	p0028.png 
Просмотров:	748 
Размер:	450.1 Кб 
ID:	69480  

  7. #17
    Постоянный пользователь Аватар для ukr30

    Регистрация
    13.01.2011
    Сообщений
    2,650
    Вес репутации
    18
    5. Аэродинамическое сопротивление парусного вооружения

    На лавировке необходимо по возможности иметь вооружение, которое одновременно давало бы наибольшую силу тяги Fx при наименьшей силе крена Fyz. При соблюдении этого условия скорость яхты будет наибольшей, а крен и дрейф — наименьшими. Решив простые тригонометрические выражения (рис. 24, а), убедимся, что силы Fx и Fyz зависят от угла ? — курса яхты относительно вымпельного ветра — и от величин подъемной силы Y и лобового сопротивления X, которые можно измерить в аэродинамической трубе:





    Fx=Y*sin ? - X*cos ?,

    Fyz=Y*cos ? + X*sin ?

    или в виде коэффициентов

    kx=Cy*sin ? - Cx*cos ?

    kyz= Cy*cos ? + Cx*sin ?

    Из формул, приведенных на рис. 24, а, видно, что лобовое сопротивление X понижает величину силы тяги Fx и, наоборот, увеличивает величину силы крена. Влияние лобового сопротивления X особенно вредно проявляется во время лавировки (см. рис. 24, б). Постепенно приводясь к ветру, можно достичь такого положения, при котором яхта полностью потеряет ход и будет только дрейфовать. Это положение наступит тогда, когда равнодействующая аэродинамическая сила F будет направлена перпендикулярно к курсу яхты или когда проекция слагающей силы Fx на направление хода яхты станет равной нулю, что одно и то же. Такое состояние в системе сил является границей возможности яхты идти на ветер.





    Из рис. 24, б можно сделать вывод, что любое уменьшение лобового сопротивления на величину ?Х благоприятно отражается на изменении направления равнодействующей силы F2 которое становится выгоднее, так как ведет к увеличению силы Fx.



    Дальнейшее снижение лобового сопротивления на величину ?Х2, очевидно, сопровождалось бы дополнительным приростом силы тяги Fx и соответственно увеличением скорости яхты. Теперь можно сказать, что угол ? между курсом яхты и направлением вымпельного ветра зависит от характерного соотношения подъемной силы к лобовому сопротивлению Y/X (его в аэродинамике называют качеством. Отношение Y/X - определяется направлением действия равнодействующей силы F, которое можно выразить через так называемый аэродинамический угол сопротивления ?a: при этом ctg ?a = Y/X



    Следовательно, прежде всего надо стремиться возможно эффективнее уменьшить аэродинамический угол сопротивления еа. чтобы яхта хорошо лавировала. Поскольку лобовое сопротивление X сильно влияет на гоночные качества яхты, следует проанализировать причины, от которых зависят величина лобового сопротивления X и его снижение.



    Известно, что лобовое сопротивление X слагается из трех компонентов: а) индуктивного сопротивления, б) сопротивления трения и в) сопротивления формы.



    Роль каждого из этих сопротивлений зависит от удлинения, формы поверхности и площади паруса, а также от скорости вымпельного ветра.



    а) Индуктивное сопротивление

    Индуктивное сопротивление паруса Xi является такой частью суммарного аэродинамического сопротивления X, которое непосредственно связано с возникновением аэродинамической силы F и появляется одновременно с ней. Известно, что аэродинамическая сила F возникает в результате разницы давлений, существующих одновременно по обеим сторонам паруса.



    Именно эта разница давлений неизбежно вызывает движение воздуха по краям паруса: поток воздуха стремится перейти из зоны более высокого давления в зону пониженного давления, т. е. с наветренной стороны на подветренную.





    Такой переход воздуха происходит в основном в верхней части паруса и внизу вокруг гика (рис. 25). В этих местах возникает спиральное движение воздуха, дающее начало завихрениям, тянущимся за парусом. Эти явления сопровождаются бесполезной затратой энергии ветра, которую можно сравнить С потерями, возникающими в двигателе с неплотным прилеганием поршня к стенкам цилиндра.



    Индуктивное сопротивление зависит от поперечной аэродинамической силы Y и удлинения паруса ?а. Чем больше разница давлений на обеих сторонах паруса, тем больше сила Y и тем больше индуктивное сопротивление Хi. Установлено также, что чем больше удлинение паруса, тем меньше величина индуктивного сопротивления. Наглядно это показано на рис. 25. Индуктивное сопротивление низкого и широкого парусов будет больше, потому что длинный гик и широкая верхняя часть паруса образуют большую область вихревых потоков воздуха по сравнению с высоким и узким парусом. Величину индуктивного сопротивления Xi можно приблизительно вычислить с помощью следующей формулы:



    Xi=K(Y2/ ?а) - где К—коэффициент, зависящий от формы паруса и от расстояния основания паруса от палубы.



    Возможности уменьшения потерь, вызываемых индуктивным сопротивлением, посредством использования парусов с большим удлинением появились сравнительно недавно. Прежде всего с появлением новых синтетических клеев стали делать легкие пустотелые мачты из дерева, а потом и из легких сплавов. Однако удлинять парус беспредельно невозможно. В настоящее время применяются паруса с удлинением 4-4,5. Дальнейшее удлинение паруса ограничивается соображениями остойчивости яхты. Кроме того, толщина более высокой мачты плохо влияет на обтекание паруса ветром.





    Коэффициент полезного действия паруса на лавировке зависит не только от его удлинения, но и от его внешней формы. На основании исследований, выполненных в Гёттингенском аэродинамическом институте, можно сделать вывод, что из двух парусов с одинаковым удлинением ?а = (H2/S) (см. рис. 14) лучшим с точки зрения аэродинамики будет парус типа гуари, обозначенный пунктирной линией, а не бермудский. Оказывается, что индуктивное сопротивление наименьшее у паруса, внешняя форма которого приближается к фигуре полуэллипса. Это позволяет объяснить преимущества яхт, вооруженных мачтой с выгнутой верхней частью, у которых парус напоминает по форме парус гуари.



    Такая аэродинамически оправданная форма широко распространена в природе: например, крылья многих птиц напоминают собственно вытянутую фигуру эллипса.



    Некоторые конструкторы, желая снизить величину индуктивного сопротивления, применяли очень широкие гики в горизонтальной плоскости. Этим они пытались препятствовать перетеканию воздуха вокруг гика с наветренной на подветренную сторону паруса. Примером может служить гик яхты «Энтерпрайз», участвовавшей в XIV гонках на Кубок Америки. Дополнительными выгодами такого широкого гнка была возможность придавать желаемый профиль в нижней части паруса, так как нижняя шкаторина скользила по специальным ползунам по всей ширине гика и могла по желанию регулироваться.





    На рис. 26 показаны результаты испытаний, проведенных в аэродинамической трубе Юнкерса с моделями бермудского паруса, имевшего вместо гика пластину, подобно гику на яхте «Энтерпрайз». Видно, что парус с пластиной, ограничивающей перетекание воздуха вокруг гака, выгоднее, поскольку аэродинамическая сила F1 будет лучше направлена, чем аэродинамическая сила F2. Это происходит благодаря уменьшению индуктивного сопротивления на величину ?Х, указанную на графике. В результате сила тяги паруса 1 увеличилась на ?Fx = 15 - 20% по сравнению с силой Fx2 паруса 2.



    б) Сопротивление трения

    Как уже было ранее установлено, аэродинамические силы возникают на парусе в результате образования на нем повышенного я пониженного давлений.



    Если бы воздух можно было считать идеальной жидкостью т е. жидкостью, лишенной вязкости, величина аэродинамических сил зависела бы только от разницы давлений на обеих сторонах паруса. В действительности воздух обладает вязкостью, хотя и значительно меньшей, чем, например, вода, но, тем не менее, создающей трение, которым нельзя пренебрегать.



    При обдувании паруса ветром частицы воздуха, непосредственно соприкасающиеся с поверхностью паруса вследствие адгезии, задерживаются и не двигаются вместе с остальной частью воздушного потока. Вследствие вязкости или воздействия сил внутреннего трения происходит притормаживание скорости движения соседних частиц воздуха, которые, в свою очередь, оказывают тормозящее действие на последующие слои потока воздуха. Только на некотором расстоянии от паруса прекращается тормозящее действие его поверхности, и частицы воздуха начинают двигаться с полной скоростью.





    Посмотрим на рис. 27. Струи воздуха, внутри которых происходит снижение скорости свободного потока до нуля, называются пограничным слоем. Существование такого пограничного слоя убедительно подтверждается слоем пыли, оседающей на кузове автомобиля даже на большой скорости. Это может происходить только тогда, когда скорость частиц пыли на поверхности кузова автомобиля, как и скорость частиц воздуха на поверхности паруса, равна нулю.

    Поскольку движение частиц воздуха в пограничном слое приторможено, они теряют некоторую часть кинетической энергии. Потеря эта проявляется в форме сил трения, действующих касательно к поверхности паруса, против движения яхты. Отсюда действие сил трения получило название «сопротивление трения». Это — второе слагаемое в суммарном аэродинамическом сопротивлении.



    Потеря энергии в пределах пограничного слоя показана на рис. 27, а, б в виде заштрихованных участков. Площадь участков отвечает величине потерь энергии и одновременно соответствует величине сопротивления трения, противодействующего движению яхты. Для наглядности толщина пограничного слоя на рисунке намеренно сильно увеличена, в действительности это очень тонкий слой.



    Исследованиями О. Рейиольдса и других ученых была установлена связь между характером движения частиц в пограничном слое и связанным с этим сопротивлением трения и некоей численной величиной, получившей название числа Рейнольдса:



    Re=V*l/?

    Величина числа Рейнольдса может быть выражена посредством трех величин, характеризующих любой поток, а именно: V—скорость потока в м/сек, l — длина тела, погруженного в данный поток, в м и ? - коэффициент, определяющий физические свойства среды, т. е. коэффициент кинематической вязкости;



    ?воздуха = 1,5/1000000 м2/сек



    При малых значениях числа Рейнольдса, или, другими словами, при малой скорости потока и небольших размерах обтекаемого тела, частицы движутся внутри пограничного слоя спокойно, по траекториям, параллельным друг другу. Такой поток называется ламинарным (см. рис, 27, б и 28). Толщина пограничного слоя в ламинарном потоке очень невелика и достигает максимально 0,5% длины погруженного в поток тела. Соответственно и коэффициент сопротивления трения будет также малым.



    Когда число Рейнольдса превысит некоторую величину, названную критической, характер движения частиц в пограничном слое кардинально меняется. Движение из спокойного, ламинарного, превращается в вихревое, турбулентное. Переход от ламинарного движения к турбулентному сопровождается утолщением пограничного слоя, размер которого ? (рис. 28) может дойти до 2% длины обтекаемого тела.



    Очевидно, что переход спокойного обтекания к турбулентному связан с вредным ростом коэффициента сопротивления трения. На рис. 28 для наглядности толщина пограничного слоя несколько преувеличена. Следует обратить внимание, что там, где обтекание стало турбулентным, на поверхности паруса сохранился как бы след первоначального ламинарного потока в виде тончайшей пленки, удерживаемой силами адгезии. Такая пленка играет очень полезную роль, как бы сглаживая мельчайшие неровности поверхности паруса.



    Попытаемся вычислить числа Рейпольдса для некоторых парусов при средней силе ветра, а потом оценить коэффициенты трения, от которых в прямой зависимости находятся величины сопротивления трения.



    Скорость вымпельного ветра на лавировке примем 4=6,1 м/сек, или 4 баллам, по шкале Бофорта. Обычная ширина паруса на уровне середины мачты для яхт классов «Финн» и «Летучий голландец» равна L1 = l,83 м, для яхты «R=12 М» — L2=5,18 м.



    Отсюда соответственно число Рейнольдса для яхт класса «Финн» и «Летучий голландец» будет:



    Rl=(V*l1)/?=(6,1*1,83*105)/1,5=750000,



    для яхты R=12M

    Rl=(V*l2)/?=(6,1*5,18*105)/1,5=2100000



    Допустим, что паруса на яхтах класса «Финн» и «Летучий голландец» очень гладкие (не определяя это понятие более четко) и движение воздуха в пограничном слое происходит в основном спокойно, т. е, наблюдается ламинарное обтекание. На рис. 29 найдем соответствующий этим условиям коэффициент трения Ст, равный примерно 0,0015. Он находится на линии В в точке I (график построен по логарифмической шкале).



    Если парусная ткань недостаточно гладкая, могут создаться условия, при которых передняя часть паруса будет обтекаться ламинарным потоком, а на остальной части паруса обтекание превратится в турбулентное (см. рис. 28). Это в практике встречается довольно часто.



    В таком случае сопротивление трений увеличивается и соответствующий коэффициент трения Ст=0,0025 мы найдем в точке II (см .рис. 29). Этот коэффициент на 67% будет больше, чем в точке I. На линии А находится точка III, в которой коэффициент трения Ст=0,005. Эта точка характеризует условия турбулентного движения в пограничном слое по всей длине профиля паруса, когда парусная ткань недостаточно гладкая.



    Отсюда можно сделать вывод, что сопротивление трения зависит не только от числа Рейиольдса, но и от качества поверхности и от формы обтекаемого тела.



    Линия А на рис. 29 дает величины коэффициентов трения в зависимости от числа Рейиольдса Re при условии, что шероховатость поверхности паруса меньше толщины пограничного слоя, еще сохраняющего ламинарный характер (рис. 28). При общем турбулентном характере обтекания неровностей поверхности паруса только тогда не увеличивают коэффициент трения, если они полностью погружены в пограничном ламинарном слое. Когда неровности достигают таких размеров, что выступают из ламинарного слоя, коэффициент трения, например, возрастает до величины, указанной в точке IV. Это произойдет тогда, когда отношение длины l обтекаемого профиля к величине неровностей поверхности К подойдет примерно к числу 300.



    Допустимую шероховатость поверхности К в миллиметрах можно вычислить по следующей формуле: Kдоп = 1.5/V, где V — скорость потока в м/сек.



    Воспользуясь этой формулой, определим, что при скорости ветра Vк=6.1 м/сек шероховатость парусной ткани должна быть не более: Kдоп = 1.5/V = 1.5/6.1 = 0,25 мм



    Неровности поверхности хлопчатобумажного паруса с учетом швов превышают 0,25 м. Поэтому нельзя рассчитывать на получение в турбулентном потоке коэффициентов трения меньше указанных на линии А. Остается только стремиться к тому, чтобы неровности поверхности паруса по возможности не намного превышали допустимые Kдоп.





    Шероховатость парусной ткани влияет на величину аэродинамической силы Y возможно даже в большей степени, чем на сопротивление X. Замеры, проведенные на авиационных профилях с разной шероховатостью подветренной стороны, показали, что степень неровности, так же как и положение неровностей по отношению к ребру атаки, оказывает большое влияние на величину возникающей подъемной силы Y.



    При проведении экспериментов влияние индуктивного сопротивления устранялось с помощью пластин, прикрепленных к концам испытуемого профиля, как показано на рис. 30, а. Шероховатость профиля с подветренной стороны измерялась путем нанесения на свежелакированную поверхность паруса калиброванных зерен песка. После просушки замерялись силы V и X, причем аэродинамическое сопротивление X образовывалось в основном за счет сопротивления трения, поскольку индуктивное сопротивление было устранено.





    Например, поляры (см. рис. 30. я) показывают, насколько существенно может быть влияние различных неровностей поверхности на величину силы Y или ее коэффициент Cy. Кривая О относится к совершенно гладкой поверхности, а кривая С — к наиболее шероховатой.



    Графики, изображенные на рис. 30, б, получены при замерах сил на профиле в основном с гладкой поверхностью, но с разным положением неровностей, как показано на схемах I, II и III.



    Сравнив эта кривые, не трудно сделать вывод, что на величину и направление силы Y (или ее коэффициент Cy) особенно неблагоприятно действуют неровности, расположенные в передней части профиля. Чем дальше от переднего края профиля находится шероховатость, тем она менее вредна.



    Попробуем теперь ответить на вопрос, почему дакроновые паруса по своим аэродинамическим свойствам лучше хлопчатобумажных, даже когда последние лучше стоят на рангоуте. Преимущества дакроновых парусов легко проявляются на малых гоночных яхтах, а на больших килевых яхтах эти преимущества не так заметны.



    Сравнивая в течение многих лет результаты, показанные в гонках на малых яхтах, оснащенных как дакроновыми, так и хлопчатобумажным я парусами, можно сделать вывод, что дакроновые паруса дают преимущество порядка 7% времени, затраченного на прохождение дистанции.



    Несомненно, исключительную роль здесь играет гладкость дакрона, благодаря которой и большей части пограничного слоя сохраняется ламинарный характер обтекания. Это снижает сопротивление трения и одновременно увеличивает подъемную силу Y.



    На парусах малых размеров благоприятное действие описанного явления проявляется сильнее, чем на больших парусах. Этот факт не трудно обосновать, проанализировав график на рис. 29.



    Для яхт класса «Летучий голландец» и «Финн» (когда число Рейнольдса равно 750 000) соответственно коэффициенты трения Ст могут изменяться в довольно широких пределах—от 0,005 до 0,0015. Естественно, нельзя рассчитывать на ламинарное обтекание всей поверхности паруса, хотя бы из-за неблагоприятного воздействия мачты, но тем не менее на какой-то части паруса с гладкой поверхностью обтекание может быть ламинарным. На дакроновых передних парусах, работающих без штагпирсов, легче всего добиться ламинарного обтекания. Кроме снижения сопротивления трения одновременно увеличивается сила Y (коэффициент Сy).



    Возможности изменения величины коэффициентов Ст и Cv на парусах большой яхты «R=12М» при ветре такой же силы гораздо меньше по сравнению с «Летучим голландцем».



    При больших значениях числа Рейнольдса — порядка 2100000 (см. предел для яхты «R=12M», указанный на рис. 29) - величина коэффициента сопротивления трения Ст может изменяться в относительно узких границах - 0,004 - 0,003, которые еще более уменьшаются при усилении ветра. Это значит, что на большом парусе ламинарный поток можно получить только на небольшой части профиля, и поэтому преимущества дакроновых парусов по сравнению с хлопчатобумажными не могут полностью проявиться.



    Этот теоретический вывод согласуется с практикой. Многие владельцы крупных яхт недоумевали, почему, сменив хлопчатобумажные паруса на дакроновые, они не получили преимуществ, на которые рассчитывали на основании опыта использования дакрона на малых яхтах.



    Аналогично рассуждая, можно внести ясность в один, казалось бы загадочный, вопрос, а именно: почему по мере износа хлопчатобумажные паруса как будто бы лучше тянут?



    Яхтсменам известно о существовании таких парусов, которые не раз ремонтировались, но продолжают верно служить до полного износа. Нередко на яхтах с такими парусами яхтсмены выигрывали звания чемпионов.



    Дело в том, что поверхность нового паруса покрыта бесчисленным количеством ворсинок и с аэродинамической точки зрения совсем не гладкая. Со временем ворсинки стираются, поверхность паруса становится более гладкой, приближаясь к дакрону.



    На основе измерений, проведенных в Гёттингенском институте, получены следующие сравнительные коэффициенты сопротивления трения для хлопчатобумажной парусины: ткань обычной гладкости 83; та же ткань с опаленным ворсом - 50; та же ткань после трехкратного каландрования - 47.



    в) Сопротивление формы

    Источником сопротивления формы являются завихрения воздуха, в большей или меньшей степени возникающие при обтекании потоком воздуха любых стоящих на его пути тел. Речь идет о завихрениях в гораздо больших масштабах, чем завихрения, встречающиеся в пограничном слое потока.



    Но турбулентность пограничного слоя может оказать решающее воздействие на возникновение завихренности потока в больших масштабах.



    Термин «сопротивление формы» вошел в употребление потому, что решающее влияние на величину этого рода сопротивления оказывает форма самого тела. Ежедневно можно видеть облака пыли, образующиеся за быстро идущими автомобилями. Большие машины, автобусы поднимают целые тучи пыли, а легковые автомобили с современным обтекаемым кузовом оставляют за собой сравнительно небольшие завихрения. Дело в том, что у машин с обтекаемым кузовом значительно меньше сопротивление формы.



    Косвенная причина возникновения сопротивления формы — это вязкость воздуха. Объясним это на примере обтекания потоком воздуха мачты (рис. 31, а). Если бы воздух не обладал свойством вязкости, обтекание мачты происходило бы в полном соответствии с уравнением Бернулли, а именно: скорость воздушных частиц, начиная от точки 1, увеличивалась бы и достигла максимума в точке 2. Это сопровождалось бы возрастанием кинетической энергии частиц за счет снижения статического давления. В точке 2 давление было бы наименьшим, а скорость - наибольшей, так как здесь самое узкое сечение для прохождения потока воздуха.

    Двигаясь дальше, частицы воздуха должны были бы обогнуть мачту и пройти через точки 3 и 4, используя приобретенную перед этим кинетическую энергию. Иначе говоря, частицы воздуха за мачтой проходили бы точно такие же пути, как и перед мачтой. Тогда картина воздушного потока за мачтой была бы зеркальным изображением этого же потока перед мачтой.



    Но так как воздух обладает некоторой вязкостью, то из-за сопротивления трения о поверхность мачты скорость частиц от точки 1 до точки 2 будет расти медленнее, чем в теоретическом случае при идеальном, лишенном вязкости, потоке.



    Некоторое количество кинетической энергии пойдет на преодоление сопротивления поверхностного трения, встретившегося на пути потока. В положении 2 частицы воздуха уже не будут иметь достаточной кинетической энергии, чтобы при возрастающем статическом давлении передвинуться в точку 4. В какой-то момент, например в точке 3, частицы воздуха, движущиеся по поверхности мачты, полностью израсходуют свою энергию движения, оторвутся и унесутся вихревым движением в общий поток. На рис. 31, б изображены поля скоростей потока вблизи точек 1, 2 и 3.



    В точке 3 показан момент отрыва пограничного слоя, соответствующий началу вихревого движения, захватывающего затем почти всю подветренную сторону мачты. Затраты энергии, связанные с вихревым движением, показаны в форме схемы изменения давлении на подветренной стороне мачты (см. рис. 31, в).



    На переднем краю мачты образуется область повышенного давления, за мачтой — область пониженных давлений, суммарный эффект которых обнаружится в виде силы сопротивления.



    О потерях энергии, связанных с сопротивлением формы, можно судить по величине и протяженности области завихренного потока, расположенного за рассматриваемым сечением обтекаемого теля, например мачты.



    Характер обтекания и траектории движения частиц воздуха вокруг находящихся в потоке тел можно наблюдать в лабораторных условиях с помощью подкрашивания потока или с помощью тонких дымовых струек.



    Используя эти средства, можно увидеть невооруженным глазом или сфотографировать характер вихревого движения, его ускорение или замедление, начало отрыва струй и т. п.



    На основании многочисленных опытов с телами различных профилей установлено, что решающее влияние на величину сопротивления формы оказывают поперечные размеры и очертания тела.



    Отрыв пограничного слоя, возникновение вихревого движения наступают тем легче, чем более резко и неожиданно меняются очертания тела, особенно на длине его задней (считая по потоку) половины. Наоборот, сопротивление формы будет тем меньше, чем более плавными, «обтекаемыми» окажутся очертания тела.



    На рис. 32 даны коэффициенты сопротивления мачт, имеющих различное сечение. Сопротивление мачты каплевидного, обтекаемого, профиля значительно меньше сопротивления круглой мачты, однако не для любых условий. На лавировке яхта идет относительно вымпельного ветра под углом не меньше 25°, а в большинстве случаев этот угол равен 30—40°.

    Из рис. 32, а, б не трудно убедиться, что круглая мачта лучше каплевидной, если только последняя не вращается, и потому постоянно сохраняется широкая ветровая тень.



    Во время XV гонок на Кубок Америки на яхте «Рейнбоу» была установлена профилированная мачта. На лавировке мачта оказывала вредное влияние на работу паруса, увеличив сопротивление примерно на 50% по сравнению с круглой мачтой конкурирующей яхты «Индейвер». Недостаток мачты на яхте «Рейнбоу» был особенно заметен на курсах, близких к галфвинду, поскольку обширная область завихрений, образующихся за мачтой, распространялась на большую часть поверхности паруса, ухудшая полезное действие области пониженных давлений на его подветренной стороне.



    Сопротивление формы стоячего и бегучего такелажа также заметно влияет на гоночные результаты. Чем острее курс яхты, тем оно вреднее. На курсе галфвинд это влияние вредно лишь тем, что завихрения воздушного потока, вызываемые такелажем, неблагоприятны для работы паруса. Насколько может быть велико сопротивление такелажа и рангоута, доказывают случая опрокидывания швертботов без парусов.



    Сопротивление формы самого паруса при острых углах атаки относительно невелико. В этом случае основную роль играют индуктивное сопротивление и сопротивление трения.



    На рис. 22 видно, что частицы воздуха в пограничном слое при достижении наивысшего положения еще в состоянии спокойно стечь с поверхности паруса у задней шкаторины. Пограничный слой прилегает к подветренной стороне паруса, и точка отрыва находится почти на границе стока.



    По мере увеличения угла атаки частицам воздуха уже не хватает кинетической энергии, чтобы преодолеть расстояние от наивысшей точки потока до задней кромки паруса.



    Точка, в которой начинается отрыв пограничного слоя от поверхности паруса, постепенно перемещается ближе к переднему краю паруса, за этой точкой образуется вихревое обтекание. Чем больше угол атаки, тем ближе к переднему краю паруса начинаются отрыв потока и вихревое обтекание. Это сопровождается сильным увеличением сопротивления формы, которое теперь становится главным слагаемый в общем сопротивлении. Одновременно уменьшается равнодействующая сила F, так как обтекание почти всей подветренной стороны паруса стало завихренным, отчего сильно страдает работа подветренной стороны паруса.



    Для яхтсмена очень важно своевременно поймать момент возникновения вихревого обтекания паруса, снижающего величину эффективной аэродинамической силы и тем самым скорость яхты. Некоторый контроль над характером обтекания паруса можно вести, наблюдая за цветными нитками, прикрепленными к передней кромке стакселя (см. рис. 33). Если на лавировке на подветренной стороне паруса нитки вьются, значит, угол атаки слишком большой (рис. 33, а). Такое поведение ниток указывает на возникновение вихревого потока уже на передней шкаторине паруса. Причиной этого может быть значительное уваливание от курса, чрезмерное выбирание шкотов или плохое положение кипов на палубе, слишком сдвинутых в сторону диаметральной плоскости яхты.

    Если угол атаки правилен (рис. 33, б), по обеим сторонам паруса нитки спокойно развеваются по направлению потока воздуха. На наветренной стороне паруса нитки будут закручиваться и дергаться при слишком малых (недостаточных) углах атаки (рис. 33, в). Это указывает на начинающийся отрыв струй вследствие чрезмерно острого курса.



    Как уже было установлено, сопротивление формы возникает в результате отрыва пограничного слоя от поверхности паруса из-за потери части кинетической энергии. Отсюда напрашивается вывод, что для борьбы с ростом сопротивления и снижением аэродинамического коэффициента полезной тяги паруса надо увеличить скорость обтекания в тот критический момент, когда кинетической энергии части воздуха становится недостаточно для преодоления сопротивления трения о поверхность паруса.

    Практически это достигается с помощью стакселя. Его действие основано на дополнительном уменьшении сечения воздушного потока на подветренной стороне грота II придании потоку лучшего направления (рис. 34).



    Благодаря увеличению скорости потока в сечении В—В по сравнению с сечением А—А, а также перемене направления на пути А—В, будет получена двойная польза:



    1) увеличатся разрежения в районе, перекрытом стакселем;



    2) уменьшится вероятность отрыва струй в районе мачты и вероятность образования нежелательного вихревого обтекания.



    Следует обратить внимание на то, что полную отдачу можно получить от стакселя, только когда его форма (пузатость) и проводка шкотов выбраны правильно, поскольку эти два фактора влияют решающим образом на форму щели между стакселем и гротом.



    К сожалению, большинство яхтсменов не задумывается над вопросом об основном назначении переднего паруса. Недооценка или недопонимание этого часто приводит к тому, что стаксель не только не улучшает условия работы грота, но даже частично ухудшает. О работе стакселя будет сказано в последующем изложении.



    Коэффициент полезного действия парусного вооружения можно повысить, если устранить вредное влияние мачты на характер потока, обтекающего парус, особенно на его подветренной стороне. При этом яхта будет двигаться быстрее и круче к ветру. Однако мачта на яхте - неустранимое зло, а потому, естественно, возникает проблема по возможности уменьшить вредное влияние ее на работу паруса.



    Вспомним, что скорость хода яхты и крутизна курса на лавировке зависят от величины и направления действия равнодействующей аэродинамической силы F, что наглядно видно из графика коэффициента С (рис. 35).

    Рассмотрим теперь комбинацию мачта — парус с точки зрения возможностей достижения аэродинамических сил максимальной величины и выгодных по направлению. На графиках, показанных на рис. 35, даны в виде векторов коэффициенты силы F, полученные на опытах с разными моделями. Полнота (пузо) парусов всех моделей была одинаковой- 1/10, а удлинение равно ~5.



    Опытами были установлены максимальные значения величины коэффициентов С и угол сопротивления ее, соответствующий этому максимуму. Взяв за основу для сравнения модель а, без мачты, не трудно убедиться, что появление на краю паруса мачты диаметром в среднем =7,5% ширины паруса (модель б) вызывает снижение аэродинамической силы F примерно на 17%.



    Увеличение диаметра мачты до 12,5% ширины паруса (модель 2) приводит к дальнейшему снижению величины аэродинамической силы. При угле атаки ?=11° сила F снижается примерно на 38%. Кроме того, направление действия силы Г становится менее выгодным (увеличивается угол ?а), и, следовательно, яхта будет двигаться менее круто к ветру.



    На рис. 36 даны два случая движения яхты — в лавировку и курсом бакштаг. Сравнивая рисунки, мы увидим, что направление аэродинамической силы определяется углом ?а, имеющим большое значение на курсе бейдевинд. Чем полнее курс яхты, тем заметнее уменьшается влияние угла сопротивления ?а на коэффициент полезного действия паруса, так как на первое место выходит величина силы F или ее коэффициента С, а не направление (рис. 37).

    Существенно влияет на работу паруса его положение относительно мачты (см. рис. 35). Одна и та же круглая мачта на моделях в и г из-за различного положения относительно паруса дает разные результаты. Коэффициент С для модели г при угле атаки ? = 11,7° равен примерно 0,95, а для модели е при угле атаки ? = 11°-1,2.



    Это дает прирост силы F примерно на 28%. Вместе с тем направление силы на модели в более благоприятно, так как увеличилась слагаемая сила тяги. Работа паруса с расположением мачты, как модели в, улучшилась за счет расположения мачты заподлицо с подветенной стороны паруса, что сильно улучшает обтекание подветренной стороны, препятствуя образованию вихревого движения.



    Особенно ухудшает работу паруса свободная щель между мачтой и передней шкаториной, через которую перетекает воздух и выравнивает давление на наветренной и подветренной сторонах паруса. Приведем пример, подкрепляющий наши рассуждения.



    На XVII гонках на Кубок Америки английская яхта «Скептр» проиграла американской «Колумбии» примерно 4,2% времени прохождения дистанции, главным образом на лавировке. Учитывая, что мастерство команд было одинаковым, проигрыш англичан можно объяснить только разницей в вооружении. Известно, что грот «Колумбии» передней шкаториной входил в ликпаз мачты, в то время как грот английской яхты крепился к мачте ползунками с рельсом. Между передней шкаториной и мачтой оставалась щель величиной около 5 см.



    Эксперименты, проведенные автором в аэродинамической трубе с моделями парусов, показали, что устранение щели между мачтой и парусом увеличивает подъемную силу Y и одновременно уменьшает лобовое сопротивление X (см. рис. 37). В самом деле, воздух, проходя через щель на подветренную сторону паруса, ухудшает условия обтекания его в передней части, где помехи особенно вредны. В результате равнодействующая сила F2 на модели без щели (см. рис. 37) больше и лучше направлена, чем сила F1, полученная на модели со щелью между мачтой и парусом.

    Изменение в направлении действия равнодействующей силы может быть использовано двояко:



    1) для увеличения скорости яхты при неизменной крутизне курса или 2) для плевания более острым курсом при сохранении прежней скорости. Оба способа примерно одинаково эффективны, а выбор одного из них зависит от конкретных условий гонки.



    Вредное влияние мачты на работу парусов еще более заметно на многомачтовых яхтах, например двухмачтовых кечах и иолах, по сравнению с тендерами, имеющими несколько передних парусов, на работу которых мачта не влияет.



    Интересное решение проблемы гладкого соединения паруса с мачтой принято в вооружении Люнгстрема (рис. 38), затем усовершенствованного Хаслером (рис. 39). Свободно стоящая поворотная мачта имеет два гика, на которых располагаются два совершенно одинаковых грота. Гроты могут быть навернуты на мачту - это особый способ взятия рифов. Кроме того, с помощью натяжения паруса по углам можно изменять его пузатость. На лавирове оба грота прилегают друг к другу и образуя фактически один, сдвоенный парус. На фордевинде оба паруса работают отдельно. Мачта независимо от курса всегда находится на наветренной стороне паруса, как на модели (см. рис. 35, в). По сравнению с классическим, вооружение Хаслера имеет некоторые преимущества, особенно важные для одиночных дальних плаваний:

    1. Простота и легкость взятия рифов. Здесь не нужна работа команды на баке яхты, тяжелая и опасная в штормовых условиях и в ночное время.



    2. На фордевинде легко увеличить в два раза площадь парусности посредством простого приема, в то время как на яхте с обычным вооружением надо ставить добавочные паруса.



    3. На курсе фордевинд, благодаря симметричному расположению парусов, равнодействующая сила проходит вблизи мачты, яхту почти не приводит, и она легко подчиняется автоматическому управлению на руле.



    Это вооружение появилось в результате попыток облегчить труд рулевым в длительных походах, например в Атлантических гонках одиночек, в которых участвовал и сам Хаслер.



    Такую же цель преследуют и некоторые иные типы вооружения, например показанные на рис. 40.

    Эта яхта «Джестер» класса «Фольксбот» участвовала в Атлантических гонках в 1960 г, Вооружение яхты заимствовано у китайских джонок, у которых мачта не оказывает вредного влияния на работу паруса. Кажущаяся на первый взгляд сложной система бегучего такелажа на самом деле очень проста в управлении. Она позволяет, в известных границах, изменять площадь парусов, а также и пузатость. Следовательно, в одиночном плавании такая яхта дает такие же преимущества, как вооружение Хаслера.



    Поборники аэродинамики в парусном спорте пытаются устранить вредное влияние мачты с помощью применения полужестких парусов. Типичный пример такого паруса показан на рис. 41. Профилированная рея поддерживается короткой мачтой, спрятанной внутри реи. Фал проходит внутри пустой мачты и позволяет поднять рею и поставить ее на мачту. Сам парус своей шкаториной входит в нормальный ликпаз на кромке реи.

    На рис. 42 показаны результаты испытаний модели бермудского паруса в Аэродинамической лаборатории профессора Юнкерса. Сравнивая графики поляр для модели I и II и указанные величины равнодействующих сил F1 и F2, найдем, что модель II — с профилированной мачтой— дает на лавировке силу тяги Fx2, примерно на 30% большую, чем сила тяги Fx1 паруса с обычной круглой мачтой.



    Другой пример устранения вредного влияния мачты показан на рис. 43. Это - катамаран «Марара», спроектированный С. О. Уокером. Здесь вместо мачты применена ферма, имеющая форму буквы А и поставленная вплотную за задней шкаториной грота. Никакого влияния на работу грота мачта не оказывает, и грот работает, подобно стакселям. Такое вооружение позволяет получить большие силы при меньшей площади парусности.

    г) Добавочное аэродинамическое сопротивление яхты

    В приведенных ранее примерах рассматривалось влияние аэродинамического сопротивления на работу паруса, причем действие ветра на корпус яхты, такелаж и команду не принималось во внимание. Однако пренебрегать этими факторами при оценке гоночной подготовленности яхты нельзя.



    Общая площадь яхты, находящейся под действием ветра, может быть разделена на две основных части:



    1) действительная полезная площадь парусности S;



    2) вредная площадь Sn, куда следует отнести площадь надводной части корпуса и вооружения, за исключением парусов.



    Аэродинамические силы, образующиеся от воздействия ветра на вредную поверхность Sв, действуют в основном по направлению вымпельного ветра, и поэтому их можно причислить к категории сопротивлении. Очевидно, что значение этого добавочного сопротивления в известной мере будет зависеть от соотношения поверхностей Sв к S и от курса яхты по отношению к вымпельному ветру. Когда курс яхты становится острее, дополнительное сопротивление, зависящее от величины вредной площади Sв будет действовать сильнее в направлении, противоположном движению яхты, и, следовательно, скорость будет уменьшаться. Наоборот, на полных курсах добавочное сопротивление действует по направлению движения, способствуя увеличению аэродинамической силы, от которой зависит скорость яхты. (При острых курсах корпус помимо увеличения лобового сопротивления незначительно увеличивает и подъемную силу (прим, редактора)).

    Польза, которую приносит добавочное сопротивление на полных курсах, не компенсирует вреда на острых курсах, и потому отношение Sв к S желательно иметь возможно меньшим.



    Рассмотрим ситуацию, приведенную на рис. 44, когда яхта лавирует. Направление действия равнодействующей аэродинамической силы Fп определяется углом аэродинамического сопротивления ?ап. Проекция силы Fп на направление движения яхты — сила тяги Fx1 - представлена вектором ОА.



    Заметим, что сила Fп состоит из двух слагаемых, а именно: Y и X. Теперь, чтобы получить аэродинамическую силу, действующую на всю надводную часть яхты, а не только на паруса, надо прибавить к сопротивлению парусности Хп добавочное сопротивление (вредное) Xв.





    На рис. 44 это сопротивление показано дополнительным вектором CD.



    Равнодействующая сила Fc, представляющая теперь все действующие на яхту аэродинамические силы, может быть найдена посредством построения параллелограмма сил, одной стороной которого будет сила Y, а другой — суммарное сопротивление Xс=Xп+Xв.



    Найденная сила Fc, как мы видим, направлена более к корме, чем сила Fв, так как угол сопротивления ?ас больше угла ?ап, вследствие чего проекция на направление движения яхты Fх2, выраженная вектором ОВ, меньше силы Fxl, выраженной вектором ОА.



    Несколько упростив вопрос, можно построить поляру для целой яхты (штрихпунктирная кривая на рис. 44), сместив график поляры парусов вправо на величину добавочного сопротивления Хв.



    Полностью устранить вредные сопротивления невозможно. Однако тщательное проектирование как стоячего, так и бегучего такелажа, правильное поведение команды в гонках могут заметно уменьшить вред добавочного сопротивления.



    Кроме того, когда на лавировке корпус закрывает свободное пространство между гиком и поверхностью воды, аэродинамическое сопротивление несколько снижается.



    Многочисленные опыты, проведенные автором с парусами яхты класса «Дракон» в аэродинамической трубе Саутгемптонского университета, показали, что расстояние от гика до поверхности йоды имеет большое значение в работе паруса. Опыты проводились с парусами, установленными на корпусе и без него. Удалось выяснить, что в диапазоне некоторых курсовых углов на бейдевинде, корпус не только не ухудшает работу парусов, но даже на несколько процентов повышает их коэффициент полезного действия. Это получается в результате снижения индуктивного сопротивления парусов из-за перекрытия корпусом свободного расстояния между гиком и поверхностью воды. Оказалось, что потерн от дополнительного сопротивления корпуса с избытком компенсируются уменьшением индуктивного сопротивления парусов.



    Такое полезное действие корпуса уменьшается с переходом на полные курсы, поскольку корпус уже не препятствует перетеканию воздуха под гиком на подветренную сторону паруса.



    По этим же причинам полезно ставить передние паруса так. чтобы нижняя шкаторина была ближе к палубе, а гик грота также держать в самом нижнем положении. На лавировке и в сильный ветер выгодность такой постановки парусов проявляется сильнее.
    Миниатюры Миниатюры Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0441.png 
Просмотров:	664 
Размер:	23.5 Кб 
ID:	2501   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic024a1.gif 
Просмотров:	640 
Размер:	7.5 Кб 
ID:	70355   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic024b1.png 
Просмотров:	679 
Размер:	12.7 Кб 
ID:	70356   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0251.png 
Просмотров:	608 
Размер:	13.6 Кб 
ID:	70357   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0261.png 
Просмотров:	685 
Размер:	18.6 Кб 
ID:	70358  

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0271.jpg 
Просмотров:	606 
Размер:	21.0 Кб 
ID:	70359   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0281.png 
Просмотров:	767 
Размер:	13.1 Кб 
ID:	70360   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0291.png 
Просмотров:	618 
Размер:	14.5 Кб 
ID:	70361   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0301.jpg 
Просмотров:	599 
Размер:	25.8 Кб 
ID:	70362   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0311.png 
Просмотров:	588 
Размер:	10.8 Кб 
ID:	70363  

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0321.png 
Просмотров:	694 
Размер:	19.2 Кб 
ID:	70364   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0331.png 
Просмотров:	590 
Размер:	6.6 Кб 
ID:	70365   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0341.png 
Просмотров:	635 
Размер:	6.7 Кб 
ID:	70366   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0351.png 
Просмотров:	599 
Размер:	14.2 Кб 
ID:	70367   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0361.png 
Просмотров:	522 
Размер:	13.0 Кб 
ID:	70368  

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0371.png 
Просмотров:	833 
Размер:	16.3 Кб 
ID:	70369   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0381.jpg 
Просмотров:	601 
Размер:	3.6 Кб 
ID:	70370   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0391.png 
Просмотров:	650 
Размер:	5.1 Кб 
ID:	70371   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0401.jpg 
Просмотров:	627 
Размер:	7.2 Кб 
ID:	70372   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0411.jpg 
Просмотров:	607 
Размер:	6.2 Кб 
ID:	70373  

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0421.jpg 
Просмотров:	587 
Размер:	7.1 Кб 
ID:	70374   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0431.jpg 
Просмотров:	705 
Размер:	4.5 Кб 
ID:	70375   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0441.png 
Просмотров:	582 
Размер:	23.5 Кб 
ID:	70376   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	pic0441.png 
Просмотров:	718 
Размер:	23.5 Кб 
ID:	70377  

  8. #18
    Постоянный пользователь

    Регистрация
    18.01.2011
    Сообщений
    185
    Вес репутации
    14
    ukr30 Спасибо!

    Снабжаете информацией для размышлений. Только одно "плохо" .."плавающих" коэфициентов столько, что голова кругом.

    Я до сих пор не всегда уверен что правильно выставляю начальный угол стаксель/грот.

    Прочитал вагон инфы а в итоге если все умные статьи перевести на "русский язык" рекомендация одна.... ПРОБУЙТЕ.. ИЩИТЕ

  9. #19
    Постоянный пользователь Аватар для ukr30

    Регистрация
    13.01.2011
    Сообщений
    2,650
    Вес репутации
    18
    Совершенно в дырочку. В свое время Клим Головин из Казани продувал в аэродинамической трубе профиля парусов выгнутые из металла, а что толку- это профиль жесткий, а парус мягкий. Мои паруса все равно были лучше- я работал с одним материалом и потихоньку на глазок доводил профиля на болванах. На одном болване снимаешь паруса из разного материала и характеристики у них разные. Вся информация дает основу для размышления и понятия, к чему стремиться. А дальше, только метод проб и ошибок. На счет установки парусов- выставлять их лучше всего в спаринге при ровном ветре. На худой конец, гоняя на время между двумя знаками.

  10. #20
    Постоянный пользователь Аватар для ukr30

    Регистрация
    13.01.2011
    Сообщений
    2,650
    Вес репутации
    18
    Кое что о стакселе.
    Миниатюры Миниатюры Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	100_7679.JPG 
Просмотров:	888 
Размер:	56.2 Кб 
ID:	74547   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	100_7683.JPG 
Просмотров:	811 
Размер:	48.1 Кб 
ID:	74548   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	100_7684.JPG 
Просмотров:	896 
Размер:	42.8 Кб 
ID:	74549   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	100_7693.JPG 
Просмотров:	789 
Размер:	63.2 Кб 
ID:	74550   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	100_7708.JPG 
Просмотров:	778 
Размер:	33.3 Кб 
ID:	74551  

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	100_7712.JPG 
Просмотров:	734 
Размер:	44.7 Кб 
ID:	74552   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	image3081.jpg 
Просмотров:	796 
Размер:	34.8 Кб 
ID:	74553   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	image5471.jpg 
Просмотров:	833 
Размер:	47.8 Кб 
ID:	74554   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	IMG_1299.JPG 
Просмотров:	753 
Размер:	112.9 Кб 
ID:	74555   Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	IMG_1302.JPG 
Просмотров:	727 
Размер:	141.3 Кб 
ID:	74556  

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	IMG_1304.JPG 
Просмотров:	752 
Размер:	90.7 Кб 
ID:	74557  

TEST

Страница 2 из 18 ПерваяПервая 123412 ... ПоследняяПоследняя

Информация о теме

Пользователи, просматривающие эту тему

Эту тему просматривают: 1 (пользователей: 0 , гостей: 1)

Похожие темы

  1. продам паруса для яхт Ф5
    от ukr30 в разделе БАРАХОЛКА. Судомодели
    Ответов: 19
    Последнее сообщение: 14.11.2015, 18:55
  2. Сервы на паруса
    от Samar в разделе Яхты
    Ответов: 22
    Последнее сообщение: 02.01.2015, 23:12
  3. Продам паруса RG-65
    от ukr30 в разделе БАРАХОЛКА. Судомодели
    Ответов: 1
    Последнее сообщение: 10.10.2012, 01:21
  4. Продам паруса для Ф5-П
    от ukr30 в разделе БАРАХОЛКА. Судомодели
    Ответов: 4
    Последнее сообщение: 25.09.2012, 12:11
  5. ПАРУСА
    от K1DA в разделе Начинающим судомоделистам
    Ответов: 0
    Последнее сообщение: 25.11.2009, 21:13

Ваши права

  • Вы не можете создавать новые темы
  • Вы не можете отвечать в темах
  • Вы не можете прикреплять вложения
  • Вы не можете редактировать свои сообщения
  •  
Информация:
Приветствуем Вас на самом крупном в Украине модельном портале. Советуем Вам зарегистрироваться, после чего вы сможете читать и писать сообщения.
Полезные ссылки
www.modelka.com.ua
www.icar.com.ua
www.magiya.com.ua
Free Photobank torange.biz
Присоединяйтесь