Перейти к содержанию

Функции генподрядчика | генеральное проектирование | генподряд | субподряд

Строительство

Строительная компания ООО "Ландорра" (г. Донецк) -
Функции генподрядчика

Швидше вітру. Стаття №30. 28.02.17.

Зазвичай, вітрильного кораблю бажають попутного вітру, щиро вважаючи, що це - найбільш вдалий напрямок вітру з усіх можливих. Насправді ж, попутний вітер, звичайно, краще зустрічного, але він набагато гірше бічного.

Справа в тому, що при попутному вітрі корабель, як би, наздоганяє вітер, і в результаті, сила тиску на вітрила слабшає. Вітер "гасне". З цієї причини вітрильник на попутному курсі не може толком розігнатися. Наприклад, якщо швидкість корабля становить половину від швидкості вітру, то тиск вітру на вітрило знижується в чотири рази, в порівнянні з тиском на вітрила нерухомого корабля.

Чим швидше рухається корабель на попутному курсі, тим меншу тягу створюють його вітрила. Ось чому корабель на курсі фордевінд (так по-голландськи називається попутний курс) ніколи не наздожене вітер. Більш того, на фордевінд важко досягти навіть половинної швидкості вітру. Зазвичай, доводиться задовольнятися лише однією третиною, що, звичайно, до образливого мало.

Математичні розрахунки показують, що на курсі фордевінд вітрильник може корисно використовувати тільки одну сьому частку (точніше 4/27) розташовується енергії повітряного потоку, що наповнює його вітрила. Це - просто нікуди не годиться.

Зовсім інша картина спостерігається на курсі галфвінд (буквально - підлогу вітру), коли корабель рухається перпендикулярно напрямку вітру. На цьому курсі рух корабля не тільки не послаблює вітер, що наповнює вітрила, а навіть навпаки - посилює його за формулою Піфагора. Так, по тій самій - рідний для всіх нас зі школи, формулою Піфагора, в якій дійовими особами є катети і гіпотенуза:

"Квадрат гіпотенузи дорівнює сумі квадратів катетів прямокутного трикутника".

Один з наших катетів - це швидкість корабля, інший катет - швидкість вітру щодо води, а гіпотенуза - швидкість вітру щодо рухомого корабля. У вітрильному світі цю швидкість прийнято називати вимпела, оскільки прапор (вимпел) на кораблі полощеться під дією саме цього вітру, який на галфвінд завжди більше швидкості вітру щодо води (істинної швидкості вітру). Але ж, саме вимпельний вітер створює аеродинамічну силу на вітрилі. Значить, чим швидше рухається корабель при бічному вітрі, тим більша сила виникає на його вітрилах.

Значить, чим швидше рухається корабель при бічному вітрі, тим більша сила виникає на його вітрилах

Коли швидкість корабля порівнюється зі швидкістю істинного вітру, вимпела вітер в півтора рази перевищує істинний вітер, а сила тиску на вітрилах зростає вдвічі, в порівнянні з тією силою, яка діяла на вітрила в самому початку руху. Адже аеродинамічна сила зростає в квадраті від швидкості вітру. Така серйозна надбавка в силі дає можливість розігнати вітрильник швидше за швидкість вітру.

Наприклад, дошка з вітрилом здатна глиссировать вдвічі швидше вітру. Колісний буєр може перевищити швидкість вітру в три рази, а коньковий буєр здатний ковзати по льоду в чотири, а то і в п'ять разів швидше вітру. При чотирикратної швидкохідності - тиск вітру вимпела на вітрило мчить по льоду буєра в шістнадцять разів перевершує тиск істинного вітру на вітрило стоячого буєра.

Це схоже на диво - переважна частка аеродинамічної сили на вітрилах швидкохідних вітрильників зобов'язана не швидкості самого вітру, а швидкості руху парусника.

Замість звичайних, для свіжого вітру, п'яти кілограм сили на квадратний метр вітрила, ми отримуємо вісімдесят кілограм на квадратний метр, тобто, півтонни сили на скромному вітрилі буєра з шістьма квадратами площі.

Це рідкісний приклад дії позитивного зворотного зв'язку. Рух парусника при галфвінд збільшує тиск на вітрило, а не зменшує його, як це було на попутному курсі.

Правда, є одне але. На попутному курсі аеродинамічна сила на вітрилі - це і є сила тяги, так як вона збігається за напрямком з курсом корабля.

На галфвінд парус доводиться встановлювати під малим кутом до осі човна, тому сила тяги становить лише частку від повної сили тиску вітру на вітрило.

Точно так же, як силу, що діє на крило літака, прийнято розкладати на дві проекції: корисну підйомну силу і шкідливу силу опору, силу на вітрилі також розкладають на шкідливу силу крену і корисну силу тяги - проекцію повної аеродинамічної сили на курс руху.

В реалії виходить так, що зростання повної аеродинамічної сили майже в точності компенсується зниженням кута проекції. В результаті, сила тяги вітрила майже не змінюється при збільшенні швидкості ходу. Але зате і не падає.

Якщо ж згадати, що тягова потужність пропорційна не тільки силі тяги, а й швидкості ходу, то ми маємо лінійне зростання потужності при збільшенні швидкості парусника. Тобто, потужність парусного рушія на галфвінд прямо пропорційна швидкості судна при одній і тій же силі вітру.

Чудове властивість парусника мчати швидше вітру сильно схвилювало уми яхтових конструкторів, активно включилися в гонку за світовими рекордами швидкості під вітрилами (хроніку світових рекордів дивіться в додатку).

На сьогодні, світовий рекорд парусника на воді дорівнює 65,45 вузлів (121,06 км / ч). Його встановив у 2012 році австралієць Пол Ларсен на катамарані Vestas Sailrocket 2, оснащеному підводними крилами і жорстким вітрилом-крилом площею 22 кв.м

Ще вище рекордна швидкість сухопутного колісного буєра Greenbird - 202,9 км / ч. Цей рекорд встановлений британцем Річардом Дженкінсом 26 березня 2009 року на гладі висохлого озера Айвенпах в пустелі Невада, в Каліфорнії.

Рекордом швидкості льодового буєра вважається 230 км / год, але це неофіційний рекорд швидкості, при його досягненні не було дотримано необхідні формальності.

Швидкісні вітрильники успішно спростували один зі стереотипів про неможливість руху корабля швидше вітру, використовуючи лише енергію вітру. При цьому, помітне випередження швидкості вітру стало можливо тільки на бічних курсах.

Парус на сучасному гоночному судні є крило з високим аеродинамічним якістю. У нього багато спільного з лопатою вітряної турбіни, яка, рухається перпендикулярно повітряному потоку (курс галфвінд).

При цьому швидкість лопаті може перевищувати швидкість вітру в десять разів, а це значить, що аеродинамічні сили на обертається лопаті в сто разів перевищують ті ж сили, що діють на нерухому лопать.

Так от чого ж тоді виникає сила - від того, що вітер дме, чи то пак - від того, що лопать обертається?

Ось про це ми і поговоримо на наступних сторінках.


Додаток 1: РЕКОРДИ вітрильних суден.
У 1972 році був створений міжнародний Рада: World Sailing Speed ​​Record Council (WSSRC), для фіксації рекордів швидкості вітрильних суден.
Першим абсолютним рекордсменом був оголошений британець Тім Колман (тепер уже - сер Колман). На катамарані Crossbow він пройшов дистанцію в півкілометра зі швидкістю 26,3 вузла (48,7 км / год). Швидкість катамарана Колмана помітно перевершувала швидкість вітру.
Протягом восьми років Колман шість разів оновлював власний рекорд, і в 1980 році на катамарані Crossbow II досяг швидкості 36 вузлів (66,7 км / год).
Цей рекорд тримався до1986 року. Жоден гоночний вітрильник того часу не міг скласти серйозної конкуренції яхті Crossbow II.
І тут, раптом, світовий рекорд "поплив" до серфінгіст - французу Паскалю Мака. Його вітрильна дошка досягла швидкості 38,86 вузлів (72 км / год). Це був грім серед ясного неба. Якийсь маленький французький серфер втер носа краще гоночному катамарану Великобританії.
З 1986 до 1993 року лихі французькі серфінгіст, на спеціально побудованому каналі Святої Марії, поступово доводять світовий рекорд швидкості до 45,34 вузлів (84 км / год).
Але Великобританія не здається, і ось австралієць Саймон Маккеон, керуючи трімаранов на підводних крилах "Yellow Pages Endeavour", побудованому в Мельбурні, встановлює рекорд 46,52 вузлів (86,2 км / год), якому судилося протриматися одинадцять років.
У 2004 році перший рядок знову займає серфінгіст. Правда, тепер вже не француз, а представник Британських Віргінських островів - Фініана Мейнар. Перевищення колишнього рекорду було мізерним - всього то 0,3 вузла. Судді зафіксували 46,82 вузла (86,7км / год). Але вже в 2005 році
Мейнар встановлює новий рекорд 48,7 вузлів (90,2 км / ч).
Останній рекорд, встановлений на вітрильній дошці, був зафіксований в 2008 році французом Антуаном Албу 49,09 вузлів (91 км / год).
У тому ж році на арену виходить новий вид швидкісного парусника - вітрильний кайт, який представляє собою вітрильну дошку з парашутом від пароплав.
У вересні 2008 року американський кайт-бордистів Робберт Дуглас проходить 500 метрів зі швидкістю 49,84 вузла (92,3 км / ч). А в жовтні цього ж року француз Себастьян Каттелана долає значимий рубіж в 50 вузлів, встановивши рекорд швидкості 50,26 вузла (93 км / ч). На наступний день інший француз Олександр Кезаргус розганяє свій кайт-борд до швидкості 50,57 вузлів (93,7 км / ч).
Здавалося б, пісенька великих гоночних катамаранів заспівана, і майбутні рекорди будуть належати тільки серфінгіст. Але у вересні 2009 року француз Алан Тебо зі своєю командою на гігантському трімаране Hydroptère з підводними крилами, впевнено переступив полусотенний ребеж, зафіксувавши швидкість 51,36 вузлів (95 км / год) на дистанції в 500 метрів. На окремих ділянках дистанції Hydroptère, зі своєю 30 метрової щоглою і вітрилами площею 600 кв.м, розвивав швидкість 55,5 вузлів (103 км / ч).
У 2010 році, рекорд повертається в клан кайт-бордистів. Американці Олександр Кезаргус, Себастьян Каттелана і Робберт Дуглас черзі піднімають рекордну планку на рівень 54,1 (100,2), 55,49 (102,8) і 56,65 (104,9) вузлів і (км / ч) відповідно. Бажаний прорив за кордон в 100 км / ч відбувся.
Останній, на сьогоднішній день рекорд світу на 500 метровій дистанції встановив в 2012 році австралієць Пол Ларсен на катамарані Vestas Sailrocket 2 з підводними крилами і з жорстким вітрилом-крилом площею 22 кв.м. Середня швидкість боліда на п'ятистах метрах склала 65,45 вузла (121,06 км / ч).


З питань реєстрації товарних знаків звертайтеся
до головного експерту відділу товарних знаків №24
Олені Миколаївні Кукіна:
Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 2400


Автор: Ігор Юрійович Куликов. Відео - Дмитро Цейтлін.

Так от чого ж тоді виникає сила - від того, що вітер дме, чи то пак - від того, що лопать обертається?

Строительная компания ООО "Ландорра": г. Донецк, ул Собинова, 151, тел. 385-66-14, тел. 385-66-15, e -mail: [email protected]

Главная | Проектирование | Строительство | Электроснабжение | Наши работы | Диспетчеризация | Аренда спецтехники | Контакты | Карта сайта


Назад к содержанию | Назад к главному меню