Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен из Парусного спорта быстрее ветра )
Перейти к навигации Перейти к поиску
18-футовый Skiff в Кильской гавани

Высокопроизводительное плавание достигается за счет низкого сопротивления передней поверхности, с которым сталкиваются катамараны , парусные суда на подводных крыльях , ледовые лодки или наземные парусные суда, поскольку парусное судно получает движущую силу своими парусами или крыльями на скоростях, которые часто превышают скорость ветра как при наветренной, так и точки паруса с подветренной стороны. Плавание со скоростью, превышающей скорость ветра, означает, что кажущийся угол ветра, наблюдаемый на движущемся судне, всегда опережает парус. [1] Это привело к появлению новой концепции парусного спорта, называемой «парусный спорт по кажущемуся ветру», которая влечет за собой новый набор навыков для практикующих, включая лавирование в точках паруса по ветру. [2]

История [ править ]

Фрэнк Бетуэйт предлагает следующую хронологию ключевых достижений в области парусных технологий, которые обеспечили основные элементы высокопроизводительного парусного спорта: [2]

  • 1900-е: Появились подвижные балластные и глиссирующие корпуса.
  • 1960-е годы: были разработаны гибкие мачты, средства управления формированием парусов и знания об использовании смещения ветра в гонках.
  • 1970-е годы: мощные оснастки, в том числе крылатые хвосты , компенсированные трапецией экипажа со стоек или крыльев, позволяли двигаться быстрее, чем ветер, и лавировать по ветру.

Высокопроизводительное парусное судно [ править ]

Парусный катамаран Oracle на подводных крыльях с крылом на Кубке Америки 2013 года

Высокопроизводительные гидроциклы, которые могут превосходить скорость истинного ветра, включают парусные катамараны и плавучие средства передвижения. Часто это могут сделать ледовые лодки и парусные суда. Есть также ветряные машины, которые могут двигаться быстрее ветра, такие как Blackbird с роторным двигателем , которые выходят за рамки этой статьи.

Скифы [ править ]

Начиная ок. 1975 год, 18-футовые Skiffs плыли по ветру быстрее, чем скорость ветра. Это означало, что для смены курса им нужно было идти лавировать, а не маневрировать. [3] Другие лодки, которые могут плыть быстрее ветра, включают 29er и 49er , разработанные Джулианом Бетуэйтом . [4]

Многокорпусные [ править ]

В 2013 году для Кубка Америки был объявлен новый класс катамаранов, которые могут развивать более чем вдвое большую скорость ветра. [5] В катамаранах , используемые для Кубка Америки 2013 должны были плыть против ветров в 1,2 раза больше скорости истинного ветра и по ветру в 1,6 раза скорости истинного ветра. [6] [7] [8] Они оказались быстрее, в среднем в 1,8 раза превышая скорость ветра с пиками чуть более 2,0. [9]

Экстремальные 40 катамаран может плавать в 35 узлов (65 км / ч, 40 миль в час) в 20-25-узел (37-46 км / ч; 23-29 миль в час) ветров. [10] Высокопроизводительный международный катамаран C-класса может двигаться со скоростью вдвое большей скорости ветра. [11]

Судно на подводных крыльях [ править ]

Есть много разновидностей парусных судов на подводных крыльях . Примеры однокорпусных судов: International Moth , Laser и AC75 . Катамараны America's Cup используют подводные крылья с 2013 года. [12] Другие катамараны с крылом включают A-Class, [13] C-Class, [14] Nacra 17, Nacra F20, [15] и GC32. [16]

В 2009 году на подводных крыльях тримаран , Hydroptère , установить мир скорости парусной рекорд по воде на 50,17 узлов (92,9 км / ч), плавание в около 1,7 раза скорость ветра. [17] [18] В конце 2012 года Vestas Sailrocket 2 установила новый мировой рекорд скорости на воде - 65,45 узлов (121,2 км / ч), что примерно в 2,5 раза превышает скорость ветра. [19]

Ледяные суда [ править ]

Ледяные суда на реке Гудзон в Нью-Йорке во второй половине XIX века были длиной 69 футов (21 метр) и двигались со скоростью 107 миль в час (172 км / ч), что было рекордом, превышающим любые другие транспортные средства в 1885 году. , установленный Сосулькой . Конструкции ледовых судов, датируемые серединой 20 века и позднее, обычно состоят из треугольной или крестообразной рамы, поддерживаемой тремя лопастями коньков, называемыми «полозьями», с рулевым колесом впереди. Полозья сделаны из железа или стали с заостренными краями, которые держатся на льду, предотвращая скольжение вбок из-за боковой силы ветра в парусах, поскольку они развивают пропульсивную подъемную силу . Учитывая их низкое лобовое сопротивление, ледовые лодки обычно могут двигаться со скоростью в пять-шесть раз быстрее ветра. [3]Классические ледовые лодки и скитеры развивают скорость 100–150 миль в час (160–240 км / ч). Рекордные скорости для Skeeter: Das Boot - 155,9 миль в час (250,9 км / ч) [20] и для классического ледового катера: Debutaunte - 143 мили в час (230 км / ч). [21] [22]

Парусный спорт [ править ]

Плывя по ветру под углом 135 °, парусное судно может идти намного быстрее ветра. [23] скорость сделал хороший Подветренном часто в два раза быстрее по сравнению с тем же судов плавания непосредственно с подветренной стороны. [23] В 2009 году мировой рекорд наземной скорости для ветряных машин был установлен парусным судном Greenbird , которое двигалось со скоростью , примерно в три раза превышающей скорость ветра [24], с зарегистрированной максимальной скоростью 202,9 км в час ( 126,1 миль / ч). [25]

Другое высокопроизводительное парусное судно

  • Ледовая лодка класса DN

  • Парусное судно

Явный ветер [ править ]

В то время как ледовые лодки могли превосходить скорость ветра, как с подветренной, так и с подветренной стороны в течение столетия, эта способность стала обычной только с появлением 18-футовых лодок в третьей четверти 20-го века, когда их скорость утроилась по сравнению с 1950-ми годами . Судно, которое движется быстрее скорости ветра, как по ветру, так и по ветру, может лавировать по ветру, потому что кажущийся ветер всегда опережает мачту. Это привело к появлению концепции «парусного спорта в кажущемся ветре». [3]

Видимый ветер [ править ]

Основная статья: Видимый ветер
Кажущийся ветер, V A , на ледовой лодке: по мере того, как ледовая лодка удаляется от ветра, вымпельный ветер немного увеличивается, и скорость лодки максимальна на широкой досягаемости (C). Из-за небольшого β парус закрывается по всем трем точкам паруса.

Кажущийся ветер - это скорость ветра (направление и скорость) V A , измеренная на борту движущегося парусного судна; это чистый эффект ( векторная сумма ) ветра лодки , V B - воздушный поток над кораблем , вызванный его скоростью над землей (равной по величине, но противоположной по направлению скорости корабля) - и истинного ветра , В Т . Вымпельный ветер, измеренный на борту судна с двигателем, движущегося в спокойных условиях, V T = 0 узлов, будет исходить непосредственно впереди со скоростью, равной скорости лодки над дном (V A = V B + 0 = V Б ). Если судно движется в точке V B= 10 узлов с попутным ветром V T = -5 узлов, на носу его вымпельный ветер V A = 5 узлов (V A = V B + V T = 10-5 ). Кажущийся ветер на неподвижном судне - это истинная скорость ветра. Если судно движется под углом 90 ° к истинному ветру V T = 10 узлов, а само движется со скоростью, вызывающей V B = 10 узлов, то угол вымпельного ветра будет 45 ° от носа, а скорость вымпельного ветра будет примерно 14 узлов, рассчитывается как: квадратный корень [(V B ) 2 + (V T ) 2 ] = квадратный корень [10 2 + 10 2] = 14,14. Поскольку судно становится быстрее истинного ветра, вымпельный ветер всегда опережает парус. [26]

Когда угол лобового сопротивления корпуса незначителен, формулы для расчета V A и β следующие: [27]

  • V A = квадратный корень {[V T cos (90 ° - угол истинного ветра)] 2 + [V T sin (90 ° - угол истинного ветра) + V B ] 2 }
  • β = 90 ° - arctan {[V T sin (90 ° - угол истинного ветра) + V B ] / [V T cos (90 ° - угол истинного ветра)]}

Мощность паруса [ править ]

Основная статья: Силы на парусах

Парус создает подъемную силу с передним движущим компонентом и боковым компонентом, основанным на оптимальном угле атаки, который ограничивается вымпельным ветром V A , находящимся впереди и приблизительно выровненным по отношению к парусу. [28] [29]

  • Разложение силы ветра, действующей на парус, создавая подъемную силу.
    (F T = общая аэродинамическая сила, L = подъемная сила,
    D = сопротивление, α = угол атаки)

  • Преобразование лифта в движитель.
    (F R = движущая сила, F LAT = боковая сила)

Бета-теорема [ править ]

β - угол кажущегося ветра от курса над водой. [26]

Гарретт вводит бета-теорему (или теорему о курсе) как способ понять, как кажущийся угол ветра является результатом взаимодействия между движущей силой ветра и силой сопротивления воды (или твердой поверхности), результатом чистого эффекта две противодействующие крылья, парус в воздухе и киль в воде. Когда вычисляется отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению для каждого из них в среде, результирующее движение парусного судна сводится к углу бета ( β ) между вымпельным ветром и курсом над водой. Корпус (под водой) и парусная установка (над водой) имеют угол лобового сопротивления относительно среды, обтекающей их (вода или воздух), это λ и α м.на прилагаемой диаграмме. Сумма этих двух углов сопротивления равна β, углу между вымпельным ветром и пройденным курсом ( β = λ + α м ). Эта теорема применима для любой точки паруса. Маленький β означает высокую эффективность и потенциал для высокой скорости. [26] По мере увеличения поступательной скорости β становится меньше; на парусных судах с эффективными подводными крыльями угол лобового сопротивления корпуса λ становится меньше с увеличением скорости, он становится незначительным для судов на подводных крыльях и практически отсутствует для ледовых лодок и наземных парусных судов. [30]

Предел кажущегося угла ветра [ править ]

Угол полного сопротивления ( β ≈ угол вылетающего ветра) для парусного судна с высокими характеристиками как отношение V B к V T при отклонении от ветра на 135 °, достигаемый таким плавсредством, как показано. [3]

Учитывая идеальные условия поверхности без трения и аэродинамического профиля, который может развивать мощность, нет теоретического предела тому, насколько быстро парусное судно может двигаться в сторону от ветра, поскольку угол вымпельного ветра становится все меньше. В действительности и эффективность паруса, и трение являются верхним пределом. Скорость определяется отношением мощности, развиваемой парусом, к мощности, теряемой из-за различных форм сопротивления (например, сопротивления поверхности и аэродинамического сопротивления). В идеале парус меньшего размера лучше, поскольку скорость увеличивается. К сожалению, небольшой парус снижает способность корабля - даже ледового судна - разгоняться до скорости, превышающей скорость ветра. Основным ограничением скорости высокопроизводительных парусных судов является сопротивление формы. Усилия по преодолению этого предела очевидны в обтекаемых корпусах высокопроизводительных ледовых судов и улучшениях в снижении лобового сопротивления глиссирующих шлюпок.Припайное судно может развивать вымпельный ветер 7,5 ° и скорость, в шесть раз превышающую скорость истинного ветра, на курсе, отклоняющемся от ветра на 135 °. Бетуэйт предполагает, что это может быть практическим пределом для парусного судна.[3]

Точки плавания [ править ]

Основная статья: Точка плавания

В точках парусов , на котором парусная высокоэффективной корабль может достичь самого высоких скоростей и достичь наилучшего скорости возмещен в течение определенного периода курса между одним лучом (90 ° по отношению к истинному ветру ) и широкому охватом (около 135 ° от истинного ветер). По словам Бетуэйта, проведя сравнительные измерения при истинном ветре 15 узлов (28 км / ч; 17 миль в час), водоизмещение Soling может достигать скорости немного выше истинного ветра и отклоняться от вымпельного ветра на 30 °, в то время как глиссирование 18 -фут Skiff развивает скорость почти 30 узлов (56 км / ч; 35 миль / ч) при вымпельном ветре 20 °, а ледовая лодка может развивать скорость 67 узлов (124 км / ч; 77 миль / ч) при вымпельном ветре 8 °. [2]

При плавании по вымпельному ветру цель состоит в том, чтобы удерживать вымпельный ветер настолько далеко вперед, насколько это возможно, для пройденного курса для достижения максимально быстрого курса, соответствующего цели. Для этого требуется судно, которое может превышать истинную скорость ветра как по ветру, так и по ветру; это позволяет вымпельному ветру оставаться далеко впереди паруса на пройденных курсах, самый быстрый из которых - досягаемость. Следует избегать слишком большого направления по ветру, когда кажущийся ветер движется за парусом, а скорость падает ниже истинной скорости ветра по мере того, как курс меняется от широкого к прямолинейному (мертвый ветер). [3]

Против ветра [ править ]

В зависимости от плывущего судна курс, направленный против ветра, может отклоняться от ближайшей точки против ветра, чтобы позволить судну двигаться с оптимальной скоростью. [3] Бетуэйт объясняет, что высокоскоростное плавание требует независимого действия румпеля и шкота, в результате чего человек у руля избегает реакции на порывы ветра и, вместо этого, ослабляет шкатулку по мере необходимости, тем самым увеличивая скорость лодки по сравнению с гротом. предыдущая техника - направлять поделку больше против ветра. [4]

Off the wind [ править ]

По словам Бетуэйта, плавание по направлению истинного ветра на скоростях, превышающих скорость ветра (с кажущимся ветром впереди паруса), требует иной реакции на порывы ветра, чем это применялось ранее. В то время как традиционный моряк может рефлекторно направиться против вымпельного ветра при порыве ветра, правильная реакция при плавании против ветра, превышающего истинную скорость ветра, - это отклониться от порыва, двигаясь дальше по ветру. Это имеет вдвойне полезный эффект, уменьшая кренящую силу порыва ветра и позволяя судну плыть еще быстрее по ветру. [4]

См. Также [ править ]

  • Силы на парусах
  • Ветряная машина

Ссылки [ править ]

  1. ^ Джобсон, Гэри (1990). Тактика чемпионата: как кто-то может плыть быстрее, умнее и побеждать в гонках . Нью-Йорк: Издательство Св. Мартина. С.  323 . ISBN 0-312-04278-7.
  2. ^ a b c Бетуэйт, Фрэнк (2007). Высокопроизводительный парусный спорт . Адлард Коулз Морской. ISBN 978-0-7136-6704-2.
  3. ^ Б с д е е г Bethwaite, Frank (2008). Высокопроизводительный парусный спорт . Лондон: Адлард Коулз Морской. ISBN 978-1-4729-0131-6. OCLC  854680844 .
  4. ^ a b c Бетуэйт, Фрэнк (12 мая 2013 г.). Техника быстрой обработки . Нью-Йорк: A&C Black. С. 5–6. ISBN 978-1-4081-7860-7.
  5. ↑ Как яхты идут быстрее ветра. Грей, Р. Телеграф, 26 сентября 2013 г.
  6. ^ "Документ концепции правил класса многокорпусных AC34" (PDF) . 34-й Кубок Америки . Проверено 14 сентября 2010 .
  7. ^ "Новые высокопроизводительные яхты для 34-го Кубка Америки" (PDF) . 34-й Кубок Америки. 2 июля 2010 . Проверено 14 сентября 2010 .
  8. ^ Концепция однокорпусного судна для 34-го Кубка Америки предусматривала конструкцию, которая обеспечивала бы скорость истинного ветра в 1,0 раз по ветру и в 1,4 раза по ветру, см. «Концептуальный документ о правилах класса монокорпуса AC34» (PDF) . 34-й Кубок Америки . Проверено 14 сентября 2010 .
  9. ^ "Команда Emirates Team New Zealand поднимается на позицию ORACLE TEAM USA" . 2012-13 гг. Организация соревнований Кубка Америки. 7 сентября 2013 года Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 8 сентября 2013 года .
  10. ^ "О экстремальных 40" . eXtreme40. Архивировано из оригинала на 2010-08-12 . Проверено 25 августа 2010 .
  11. ^ "Крылатый мир кошек" . Журнал "Парус". Архивировано из оригинального 14 марта 2010 года . Проверено 25 августа 2010 .
  12. ^ Клэри, Кристофер (2016-06-09). «Парусный спорт в истории Кубка Америки в Чикаго» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 3 августа 2020 . 
  13. ^ Гриффитс, Боб (11 февраля 2014). "Worlds @Takapuna: День 1, Отчет Боба Гриффитса | Международная ассоциация катамаранов A-Division" . www.a-cat.org . Проверено 2 августа 2020 .
  14. ↑ Блок, Алан (22 сентября 2013 г.). "Набор кошек из" Маленького кубка "для получения престижного трофея чемпионата C-Класса" . www.yachtsandyachting.com . Проверено 2 августа 2020 .
  15. ^ Макартур, Брюс (2020). "Парусник Накра 20" . sailboatdata.com . Архивировано 27 июля 2020 года . Проверено 27 июля 2020 .
  16. ^ "GC32s на замену Extreme 40s" . www.extremesailingseries.com . Проверено 2 августа 2020 .
  17. ^ Запись 500 метров был 51.36 узлов (95,12 км / ч; 59.10 мильчас), достигнутые в 30-узла (56 км / ч; 35 мильчас) ветров Hydroptère , в подводных крыльях тримарана , см "Hydroptère World Records" . Совет мировых рекордов скорости в парусном спорте. 23 сентября 2009 . Проверено 25 августа 2010 .
  18. ^ "Официальный сайт l'Hydroptère" . Проверено 25 августа 2010 .
  19. ^ "500 метровых записей" . Совет мировых рекордов скорости в парусном спорте .
  20. ^ Спектр, Питер Х. (2006). Книга моряка по дням, 2007 . Доббс-Ферри, Нью-Йорк: Дом Шеридана. ISBN 1-57409-226-X. OCLC  173009383 .
  21. ^ Дилл, Боб (март 2003 г.), «Дизайн парусных яхт для максимальной скорости» (PDF) , 16-й симпозиум по парусным яхтам в Чесапике , Анаполис: SNAME
  22. ^ Смит, Дуг (январь – февраль 2004 г.). Парусный спорт на стальных осколках . Скаутинг . Бойскауты Америки, Inc., стр. 18–21.
  23. ^ a b Боб Дилл (13 июля 2003 г.). «Часто задаваемые вопросы» . Североамериканская ассоциация парусного спорта . Проверено 25 августа 2010 .
  24. ^ Рекорд был 126 миль в час (109 узлов; 203 км / ч) при скорости ветра 30–50 миль в час (48–80 км / ч), см. Боб Дилл (5 апреля 2009 г.). «Отчет об измерениях попытки установить рекорд скорости, сделанной Ричардом Дженкинсом на яхте Greenbird 26 марта 2008 г.» . Североамериканская ассоциация парусного спорта . Проверено 25 августа 2010 .
  25. ↑ Редакторы (27 марта 2009 г.). «Ветряк бьет рекорд» . BBC New, Великобритания . Проверено 28 января 2017 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  26. ^ a b c Гарретт, Росс (1996). Симметрия парусного спорта: физика парусного спорта для яхтсменов . Sheridan House, Inc. стр. 268. ISBN 9781574090000.
  27. Перейти ↑ McEwen, Thomas (2006). Карманный справочник лодочника: ваш всеобъемлющий ресурс по лодкам и лодкам . Anchor Cove Publishing, Inc. стр. 182. ISBN. 978-0-9774052-0-6.
  28. Перейти ↑ Batchelor, GK (1967), An Introduction to Fluid Dynamics , Cambridge University Press, pp. 14-15, ISBN 978-0-521-66396-0
  29. ^ Клаус Вельтнер Сравнение объяснений аэродинамической подъемной силы Am. J. Phys. 55 (1), январь 1987 г. стр. 52
  30. ↑ Кимбалл, Джон (22 декабря 2009 г.). Физика парусного спорта . CRC Press. ISBN 978-1-4200-7377-5.

Внешние ссылки [ править ]

  • Совет мировых рекордов скорости в парусном спорте
  • Североамериканская ассоциация парусного спорта
  • Ледяной яхт-клуб "Четыре озера"