Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Бельгийский класс 3 конкуренции земля яхта

Ветряные машины получают энергию от парусов , воздушных змеев или роторов и передвигаются на колесах, которые могут быть связаны с ветровым ротором, или полозьями. Независимо от того, приводятся ли они в движение парусом, воздушным змеем или винтом, у этих транспортных средств есть общая черта: по мере увеличения скорости транспортного средства продвигающийся аэродинамический профиль встречает усиливающийся вымпельный ветер, угол атаки которого становится все меньше. В то же время такие средства передвижения имеют относительно низкое лобовое сопротивление по сравнению с традиционными парусными судами. В результате такие транспортные средства часто могут развивать скорость, превышающую скорость ветра.

Примеры с приводом от ротора продемонстрировали путевые скорости, превышающие скорость ветра, как непосредственно против ветра, так и прямо по ветру, за счет передачи мощности через приводную передачу между ротором и колесами. Рекорд скорости ветра установлен на автомобиле Greenbird с парусом , максимальная скорость которого составляет 202,9 км в час (126,1 миль в час).

К другим ветровым транспортным средствам относятся парусные суда, путешествующие по воде, воздушные шары и планеры , которые выходят за рамки данной статьи.

Парусный [ править ]

См. Также: Высокопроизводительный парусный спорт и Рекорд по скорости.

Парусные транспортные средства движутся по суше или льду при скорости вымпельного ветра, превышающей истинную скорость ветра, и в большинстве случаев они идут с бейдевингом. И сухопутные яхты, и ледовые лодки имеют низкое сопротивление движению вперед при скорости и высокое поперечное сопротивление движению вбок.

Теория [ править ]

Видимый ветер на ледоколе . По мере того, как ледовая лодка удаляется от ветра, вымпельный ветер немного усиливается, и его скорость достигает максимума в точке C на большом расстоянии . [1]
Основная статья: Силы на парусах

Аэродинамические силы на парусах зависят от скорости и направления ветра, а также скорости и направления корабля ( V B ). Направление, в котором движется судно относительно истинного ветра (направление и скорость ветра над поверхностью - V T ), называется точкой паруса . Скорость корабля в данной точке паруса влияет на вымпельный ветер ( V A ) - скорость и направление ветра, измеренные на движущемся корабле. Кажущийся ветер на парусе создает общую аэродинамическую силу, которую можно разложить на сопротивление - составляющую силы в направлении вымпельного ветра - и подъемную силу.- составляющая силы нормальная (90 °) к вымпельному ветру. В зависимости от ориентации паруса относительно вымпельного ветра подъемная сила или сопротивление могут быть преобладающим движущим компонентом. Общая аэродинамическая сила также разделяется на поступательную, движущую, движущую силу, которой противодействует среда, через которую или над которой летит аппарат (например, через воду, воздух или лед, песок), и боковую силу, которой противодействуют колеса или ледовые полозья автомобиля. [2]

Поскольку ветряные транспортные средства обычно движутся при углах вылетающего ветра, выровненных с передней кромкой паруса, парус действует как аэродинамический профиль, а подъемная сила является преобладающим компонентом тяги. [3] Низкое сопротивление движению вперед, высокая скорость по поверхности и высокое поперечное сопротивление помогают создавать высокие скорости вымпельного ветра с более близким выравниванием вымпельного ветра с курсом, пройденным для большинства точек паруса, и позволяют ветровым транспортным средствам двигаться достигать более высоких скоростей, чем обычные парусные суда. [4] [5]

Сухопутная яхта [ править ]

Основная статья: Сухопутный спорт

С 1950-х годов наземный парусный спорт превратился из новинки в спорт . Транспортные средства, используемые в парусном спорте, известны как сухопутные или песчаные яхты . Обычно они имеют три (иногда четыре) колеса и работают так же, как парусная лодка , за исключением того, что они управляются из положения сидя или лежа и управляются педалями или ручными рычагами . Сухопутный спорт лучше всего подходит для ветреных равнин; гонки часто проходят на пляжах , аэродромах и высохших озерах в пустынных регионах. [6]

Greenbird , парусное транспортное средство, спонсируемое Ecotricity , побило мировой рекорд наземной скорости для ветроэнергетического транспортного средства в 2009 году [7] с зарегистрированной максимальной скоростью 202,9 км в час (126,1 миль в час), побив предыдущий рекорд в 116 миль в час (187 км / ч), установленный Шумахером из Соединенных Штатов на Iron Duck в марте 1999 года. [8]

Ледяная лодка [ править ]

Международный ледовый катер DN
Основная статья: Ледник

Конструкции ледовых судов обычно поддерживаются тремя лопастями коньков, называемыми «полозьями», поддерживающими треугольную или крестообразную раму с рулевым колесом впереди. Полозья сделаны из железа или стали и заострены до тонкой кромки, чаще всего под углом 90 градусов, которая держится за лед, предотвращая соскальзывание вбок из-за боковой силы ветра, развиваемого парусами. Как только боковая сила эффективно противодействует краю полозья, оставшаяся сила «парусного подъемника» всасывает лодку вперед со значительной мощностью. Эта мощность увеличивается по мере увеличения скорости лодки, позволяя лодке идти намного быстрее ветра. Ограничениями скорости катера являются ветер, трение, выпуклость паруса, прочность конструкции и качество ледовой поверхности.Лодки могут плыть на расстоянии до 7 градусов от встречного ветра.[4] Ледяные лодки могут развивать скорость, в десять раз превышающую скорость ветра в хороших условиях. Ледяные суда International DN часто развивают скорость 48 узлов (89 км / ч; 55 миль в час) во время гонок, и были зарегистрированы скорости до 59 узлов (109 км / ч; 68 миль в час). [9]

Воздушный змей [ править ]

См. Также: Кайт-приложения
Снежные кайтеры путешествуют по снегу или льду.

Kite Приведено транспортные средства включают багги , что можно ездить в и доски , которые можно стоять на , как он скользит по снегу и льду роллов на колесах над землей.

Теория [ править ]

Основная статья: Воздушный змей

Воздушный змей - это привязанная воздушная пленка, которая создает как подъемную силу, так и сопротивление, в данном случае прикрепленная к транспортному средству с помощью привязи, которая направляет поверхность воздушного змея для достижения наилучшего угла атаки. [10] подъемник , который поддерживает змей в полете генерируется , когда воздух проходит вокруг поверхности кайта, производя низкое давление выше и высокое давление ниже крыльев. [11] Взаимодействие с ветром также создает горизонтальное сопротивление вдоль направления ветра. Результирующая сила вектор от подъемной силы и силы сопротивления компонентов противостоит натяжения одной или нескольких линий или фалов , к которому прикреплен воздушный змей, в результате чего транспортное средство питания. [12]

Кайт багги [ править ]

Кайт багги представляет собой легкое, специально построенные транспортное средство на питании от мощности воздушного змея . Он одноместный, имеет одно управляемое переднее колесо и два фиксированных задних колеса. Водитель сидит на сиденье, расположенном в середине транспортного средства, и ускоряется и замедляется, выполняя маневры рулевого управления в координации с маневрами полета воздушного змея. Кайт-багги могут развивать скорость до 110 километров в час (68 миль в час). [ необходима цитата ]

Кайтборд [ править ]

См. Также: Кайтсерфинг

Кайтборды различного назначения используются на суше или на снегу. Кайт-лендбординг предполагает использование горного или сухопутного борта - скейтборда с большими пневматическими колесами и ремнями для ног. [ необходима цитата ] Сноуайтинг - это зимний вид спорта на открытом воздухе, когда люди используют силу воздушного змея, чтобы скользить на доске (или лыжах) по снегу или льду. [ необходима цитата ]

Роторный [ править ]

Роторный двигатель InVentus Ventomobile на гонке Aeolus Race 2008

Роторные транспортные средства - это ветроэнергетические транспортные средства, которые используют роторы вместо парусов, которые могут иметь кожух вокруг них ( канальный вентилятор ) или представлять собой винт без воздушного винта , и которые могут регулировать ориентацию в зависимости от вымпельного ветра. Ротор может быть соединен через привод с колесами или с генератором, который обеспечивает электроэнергией электродвигатели, приводящие в движение колеса. В других концепциях используется ветряная турбина с вертикальной осью и аэродинамическими профилями, которые вращаются вокруг вертикальной оси. [13]

Теория [ править ]

Gaunaa и др. описать физику роторных транспортных средств. Они описывают два случая, один с точки зрения Земли, а другой с точки зрения воздушного потока, и приходят к одним и тем же выводам из обеих систем отсчета. Они приходят к выводу, что (помимо сил, препятствующих поступательному движению): [14]

  • Теоретически не существует верхнего предела скорости движения винтокрылого аппарата прямо по ветру.
  • Точно так же не существует теоретического верхнего предела скорости движения винтокрылого аппарата прямо по ветру .

Эти выводы справедливы как для наземных, так и для водных судов.

Для движения ветрового транспортного средства (или плавсредства) требуются: [14]

  • Две массы, движущиеся относительно друг друга, например, воздух (как ветер) и земля (земля или вода).
  • Возможность изменять скорость массы с помощью пропеллера или колеса.

В случае транспортного средства с приводом от ротора между ротором и колесами имеется приводная связь. В зависимости от системы отсчета - земная поверхность или движение вместе с воздушной массой - описание того, как доступная кинетическая энергия приводит в движение транспортное средство, различается: [14]

  • Если смотреть с удобной точки земли (например, со стороны зрителя), ротор (действующий как ветряная турбина ) замедляет воздух и приводит колеса в движение относительно земли, что незаметно ускоряется.
  • Как видно из точки зрения в воздушном потоке (например , с помощью воздухоплавателя), колеса препятствуют vehicle- торможениям земли и незаметно-привод ротора (действующий как пропеллер), который ускоряет воздух и продвигает транспортное средство.

Соединение между колесами и ротором заставляет ротор вращаться быстрее с увеличением скорости транспортного средства, тем самым позволяя лопастям ротора продолжать получать подъемную силу от ветра (если смотреть с земли) или приводить в движение транспортное средство (если смотреть со стороны воздушный поток). [14]

В 2009 году Марк дрела-ан MIT профессор аэронавтики и астронавтики -produced первые уравнения, демонстрируя возможности «Dead-Подветренном Быстрее ветра (DDWFTTW)». [15] К такому же выводу пришли и другие авторы. [14] [16]

Транспортные средства с фиксированным курсом [ править ]

Роторные автомобили для соревнований : Ventomobile и WinD TUrbine готовы к дрэг- рейсингу

Проведено несколько соревнований по роторной технике. Среди них стоит отметить Racing Aeolus , мероприятие, ежегодно проводимое в Нидерландах . Участвующие университеты создают заявки, чтобы определить лучший и самый быстрый ветряк. [17] Правила гласят, что транспортные средства передвигаются на колесах с одним водителем, приводимым в движение ротором, соединенным с колесами. Допускается временное накопление энергии, если оно пусто в начале гонки. Зарядка устройства хранения считается временем гонки. Гонки происходят навстречу ветру. Транспортные средства оцениваются по их быстрому пробегу, инновациям и результатам серии дрэг-гонок . [18] В 2008 году абитуриенты были из: Штутгартского университета ,Фленсбургский университет прикладных наук , Центр энергетических исследований Нидерландов , Технический университет Дании , Кильский университет прикладных наук и Кильский университет Кристиана Альбрехта . [19] Двумя лучшими исполнителями были Ventomobile и Spirit of Amsterdam (1 и 2) .

Вентомобиль [ править ]

Ventomobile был ветроэнергетическим легким трехколесным транспортным средством, разработанным студентами Штутгартского университета. Он имел опору ротора из углеродного волокна , направленную навстречу ветру, и роторные лопасти с изменяемым углом наклона, регулируемые в зависимости от скорости ветра. Передача мощности между ротором и ведущими колесами осуществлялась через две велосипедные коробки передач и велосипедную цепь. [20] Он выиграл первый приз на Racing Aeolus, проходившей в Ден-Хелдере , Нидерланды , в августе 2008 года. [19]

Дух Амстердама [ править ]

Ветряные наземные транспортные средства Spirit of Amsterdam и Spirit of Amsterdam 2 были построены Hogeschool van Amsterdam (Амстердамский университет прикладных наук) . В 2009 и 2010 годах команда Spirit of Amsterdam заняла первое место на Racing Aeolus в Дании. [21] Дух Амстердам 2 был второй автомобиль построен Hogeschool фургон, Амстердам. Он использовал ветряную турбину для измерения скорости ветра и использовал механическую энергию для движения транспортного средства против ветра. Этот автомобиль был способен двигаться со скоростью 6,6 метра в секунду (15 миль в час) при скорости ветра 10 метров в секунду (22 мили в час). Бортовой компьютер автоматически переключает передачи для достижения оптимальной производительности. [22]

Прямолинейные автомобили [ править ]

Сухопутная яхта Blackbird , прямолинейное транспортное средство с винтовой тягой, была спроектирована так, чтобы двигаться быстрее ветра по прямому ветру.
См. Также: Blackbird (наземная яхта)

Некоторые ветряные машины построены исключительно для демонстрации ограниченного принципа, например, способности двигаться по ветру или по ветру быстрее, чем преобладающая скорость ветра .

В 1969 году Марк Бауэр - инженер в аэродинамической трубе компании Douglas Aircraft Company - построил и продемонстрировал транспортное средство, которое движется прямо по ветру быстрее скорости ветра, что было записано на видео. [23] Он опубликовал концепцию в том же году. [24]

В 2010 году Рик Cavallaro-ан аэрокосмический инженер и компьютерный технолог -Встроенный и протестировали ветра ротора с питанием от автомобиля, дрозд , [25] в сотрудничестве с Сан - Хосе государственного университета авиационного отдела в рамках проекта при поддержке Google , чтобы продемонстрировать возможности идти прямо по ветру быстрее ветра . [26] Он достиг двух подтвержденных вех, двигаясь как прямо по ветру, так и против ветра быстрее, чем скорость преобладающего ветра.

  • Подветренный - В 2010 году Blackbird установил первый в мире сертифицированный рекорд скорости движения по ветру быстрее ветра, используя только энергию ветра. [23] Автомобиль достиг полной скорости по ветру, примерно в 2,8 раза превышающей скорость ветра. [27] [28] [29] В 2011 году обтекаемый Blackbird достиг почти трехкратной скорости ветра. [26]
  • Против ветра - В 2012 году Blackbird установила первый в мире сертифицированный рекорд по движению против ветра быстрее ветра, используя только энергию ветра. Автомобиль развил скорость против ветра, примерно в 2,1 раза превышающую скорость ветра. [27]

См. Также [ править ]

  • Высокопроизводительный парусный спорт
  • Сухопутный спорт
  • Кайтсерфинг

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кимбалл, Джон (2009). Физика парусного спорта . CRC Press. п. 296. ISBN. 978-1466502666.
  2. ^ Клэнси, LJ (1975), Аэродинамика , Лондон: Pitman Publishing Limited, стр. 638, ISBN 0-273-01120-0
  3. ^ 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.
  4. ^ a b Бетуэйт, Фрэнк (2007). Высокопроизводительный парусный спорт . Адлард Коулз Морской. ISBN 978-0-7136-6704-2.
  5. ^ Гарретт, Росс (1996). Симметрия парусного спорта: физика парусного спорта для яхтсменов . Sheridan House, Inc. стр. 268. ISBN 9781574090000.
  6. ↑ Редакторы (16 сентября 2007 г.). «Старт чемпионата по песчаным яхтам» . BBC New, Великобритания . Проверено 28 января 2017 . Более 100 пилотов из восьми стран будут мчаться по пескам со скоростью до 60 миль в час.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  7. ↑ Редакторы (27 марта 2009 г.). «Ветряк бьет рекорд» . BBC New, Великобритания . Проверено 28 января 2017 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  8. ↑ Редакторы (21 февраля 2013 г.). «Рекордный ветряк дает возможность заглянуть в будущее» . EngioneerLive.com . Проверено 28 января 2017 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Дилл, Боб (март 2003 г.), «Дизайн парусных яхт для максимальной скорости» (PDF) , 16-й симпозиум по парусным яхтам в Чесапике , Анаполис: SNAME
  10. ^ Иден, Максвелл (2002). Великолепная книга воздушных змеев: исследования в области дизайна, строительства, удовольствия и полета . 387 Park Avenue South, Нью-Йорк, Нью-Йорк 10016: Sterling Publishing Company, Inc. стр. 18. ISBN 9781402700941.CS1 maint: location ( ссылка )
  11. ^ "Руководство для начинающих по воздухоплаванию" . НАСА . Проверено 3 октября 2012 .
  12. ^ Woglom, Gilbert Тоттен (1896). Паракиты: трактат о создании и запуске бесхвостых воздушных змеев в научных целях и для отдыха . Патнэм. OCLC 2273288 . ПР 6980132М .  
  13. ^ Кассем, Юсеф; Чамур, Хусейн (март 2015 г.), «В автомобиле с ветряной турбиной используются 3 одинарных больших лопасти C-образного сечения» (PDF) , Труды , Дубай: Международная конференция по авиационной и производственной инженерии
  14. ^ a b c d e Гаунаа, Мак; Эй, Стиг; Миккельсен, Роберт (2009), «Теория и конструкция транспортных средств с проточным приводом , использующих роторы для преобразования энергии» , Proceedings EWEC 2009 , Марсель
  15. ^ Дрела, Марк. «Анализ с подветренной стороны быстрее, чем ветер (DFTTW)» (PDF) . Проверено 15 июня 2010 года .
  16. ↑ Хан, Садак Али; Суфиян, Сайед Али; Джордж, Джибу Томас; Ахмед, Низамуддин (апрель 2013 г.), «Анализ пропеллерного транспортного средства, направленного вниз по ветру» (PDF) , Международный журнал научных и исследовательских публикаций , 3 (4), ISSN 2250-3153  
  17. ^ Редакторы (декабрь 2016 г.). «Ветряная машина едет против ветра» . Информационный бюллетень CAN онлайн . CAN в автоматизации (CiA) . Проверено 28 января 2017 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Mues, Suell (октябрь 2014). «Правила гонок Aeolus 2015» (PDF) . www.windenergyevents.com . События ветроэнергетики . Проверено 29 января 2017 .
  19. ^ a b Хэнлон, Майк (7 сентября 2008 г.). «Замечательная первая гонка на ветряных машинах» . newatlas.com . Новый Атлас . Проверено 27 января 2016 .
  20. ↑ Штутгартский университет (28 августа 2008 г.). «Ветряной" Вентомобиль "- первое место в гонке" . ScienceDaily.com . Проверено 30 августа 2008 .
  21. ^ Gaunaa, Mac; Миккельсен, Роберт; Скшипинский, Витольд. «Отчет о гонке ветряных турбин 2010» (PDF) . Проверено 8 июня 2011 .
  22. ^ Факультет (2017). «ТЕХНИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ» . Амстердамский университет прикладных наук . Hogeschool van Амстердам . Проверено 28 января 2017 . Spirit of Amsterdam 2 был вторым автомобилем, построенным фургоном Hogeschool в Амстердаме. В нем использовалась ветряная турбина (первоначально разработанная «Городской ветряной мельницей DonQi») для измерения скорости ветра, а также механическая сила, чтобы двигать транспортное средство против ветра.
  23. ^ a b Кавалларо, Рик (27 августа 2010 г.). «Долгое странное путешествие по ветру быстрее ветра» . Проводной . Проверено 14 сентября 2010 .
  24. ^ Бауэр, Эндрю (1969). «Быстрее ветра» (PDF) . Марина дель Рей, Калифорния: Первый AIAA. Симпозиум по парусному спорту. , Изображение Бауэра с тележкой
  25. Перейти ↑ Barry, Keith (3 июня 2013 г.). «Продается: рекордная тележка для подветренной дороги. Меньшие мили, новый гребной винт» . ПРОВОДНОЙ . Проверено 22 марта 2018 .
  26. ^ а б Адам Фишер (28 февраля 2011 г.). «Поиски одного человека, чтобы обогнать ветер» . Проводной.
  27. ^ a b «Попытки записи с прямой подветренной стороны» . НАЛЬСА. 2 августа 2010 . Проверено 6 августа 2010 года .
  28. ↑ Корт, Адам (5 апреля 2010 г.). «Быстрее ветра» . sailmagazine.com . Проверено 6 апреля 2010 года .
  29. ↑ Барри, Кейт (2 июня 2010 г.). "Автомобиль, приводимый в движение ветром, движется по ветру быстрее, чем ветер" . wired.com . Проверено 1 июля 2010 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Видео Эндрю Бауэра с ветряной тележкой (1969)
  • Гонка по ветру, победаDTUrbineracer vs. Inventus, Штутгарт