Transcript Теория движения яхты

Введение в теорию крыла
• Крыло изменяет
течение газа или
жидкости вокруг
себя.
• Это изменение
зависит от
положения
крыла
Циркуляция
•
•
•
Изменение потока можно
представить себе, как
добавление вихря вокруг
крыла, направленного так,
что скорость под крылом
становится меньше скорости
потока, а над крылом –
больше.
Возмущенный поток
приобретает перед крылом
компоненту скорости,
направленную вверх, а
после крыла вниз.
Это изменение потока
устанавливается вслед за
изменениями положение
крыла и является причиной
возникновения подъёмной
силы, перпендикулярной
потоку
Сила, действующая на крыло
• Сила,
действующая
на крыло,
зависит от угла
атаки.
• Этот график
описывает
такую
зависимость
• Величина силы
определяется
циркуляцией
вихря,
возникающего
вокруг крыла
Корпус яхты
Плавник и перо руля – классические крылья
Парус, как крыло
Особенности обтекания паруса
• Парус – гибкое крыло
• Форма паруса
определяется
равновесием
аэродинамических сил
и сил его натяжения
• Характер обтекания
передней кромки
паруса зависит
способа его крепления
Зависимость подъемной силы от
формы паруса
• Парус работает, как
тонкое гибкое крыло
• Получить численно
характеристики
такого крыла можно
только на модели в
аэродинамической
трубе
• Характеристики
паруса можно
обобщить в виде
графиков – поляр
паруса
Равновесие сил
• Яхта движется
прямолинейно и
равномерно, если
силы,
действующие на
неё
уравновешивают
друг друга
Моменты сил
• Аэродинамические
и
гидродинамические
силы приложены в
разных точках
• Возникает
опрокидывающий
момент пары сил
Остойчивость
Устойчивость движения яхты
• Точки приложения
аэродинамических и
гидродинамических сил не
совпадают
• Центр бокового сопротивления
может быть ближе к корме, а
центр парусности – ближе к
носу яхты, и наоборот
• Часто, но не всегда, возможна
такая настройка парусов, что
яхта возвращается на
выбранный курс после
окончания действия
возмущения даже без участия
руля.
Сопротивление движению на
границе воды и воздуха
• Для каждого
водоизмещающего
судна есть
предельная скорость
движения, выше
которой приходится
учитывать
образование носовой
и кормовой волны
• Движение яхты в
условиях сильного
ветра очень плохо
поддаётся расчёту
Выбор оптимального угла атаки
• Угол атаки для
острых курсов
• Для движения с
максимальной
скоростью
• Для полных
курсов
Движение полным курсом
• Аэродинамическая сила
действующая на парус
равна гидродинамической
силе, действующей на
корпус
• Действующий ветер
направлен по движению
• Направление движения
почти совпадает с
плоскостью симметрии
корпуса
От бакштага к фордевинду
• Небольшие
изменения
курса
приводят к
заметным
изменениям
скорости
движения
Неоднородность ветра по высоте
• Скорость
истинного ветра
на уровне нижней
кромки паруса
заметно меньше,
чем у топа мачты
• На полных курсах
этот эффект
особенно заметен
Движение под большим углом к
истинному ветру
• Аэродинамическая
сила действующая на
парус равна
гидродинамической
силе, действующей на
корпус
• Направление
действующего ветра
почти
перпендикулярно
направлению
движения
Движение под острым углом к
истиному ветру
• Аэродинамическая
сила действующая на
парус равна
гидродинамической
силе, действующей на
корпус
• Действующий ветер
направлен почти
против движения
• Направление движения
не совпадает с
плоскостью симметрии
корпуса
Что будет, если приводиться?
Предельный угол движения
•
•
Угол между
направлениями
движения и рабочего
ветра не может быть
меньше некоторого
предельного,
обусловленного
конструкцией
корпуса яхты и
свойствами парусов
Курс яхты по
отношении к
истинному ветру при
этом зависит ешё и
от угла дрейфа
Когда ветер становится сильным
• Корпус яхты
определяет условия,
при которых наши
теоретические
предположения
оказываются
недостаточными.
• Приходится
учитывать волновое
сопротивление
движению судна и
влияние крена на
условия обтекание
корпуса
Полярная диаграмма
• Зависимость
скорости движения
яхты от
направления
истинного ветра
довольно сложна и
может быть
получена только
экспериментально
• Есть явные отличия
для слабого и
сильного ветра
Обозначения на полярной
диаграмме
На полярной диаграмме
приводятся значения
скорости яхты в
зависимости от
направления истинного
ветра (True Wind Angle)
Эти точки соединяются
плавной кривой, по
которой можно определить
наибольшую проекцию
скорости на направление
ветра (VMG) и
оптимальный угол
лавировки для достижения
этой скорости как для
движения острыми
курсами, так и в секторе
полных курсов.
Полярная диаграмма при смене
парусов
• Паруса для острых
курсов не будут
оптимальными для
полных курсов
• Полярная диаграмма –
это характеристика
набора парусов
• Сильный ветер – это
характеристика корпуса
лодки