Высокопроизводительный парусный спорт
Высокопроизводительные парусные качества достигаются при низком сопротивлении передней поверхности, с которым сталкиваются катамараны , парусные суда на подводных крыльях , ледовые суда или наземные парусные суда , поскольку парусное судно получает движущую силу от своих парусов или аэродинамических крыльев на скоростях, которые часто превышают скорость ветра как при движении против ветра, так и при движении с аэродинамическими крыльями. подветренные точки парусности. Плавание со скоростью, превышающей скорость ветра, означает, что угол вымпельного ветра на движущемся судне всегда опережает парус. [1] Это привело к появлению новой концепции парусного спорта, получившей название «парусный спорт при видимом ветре», которая требует от практикующих новый набор навыков, включая лавирование в точках паруса с подветренной стороны. [2]
История
[ редактировать ]Фрэнк Бетвейт предлагает следующую хронологию ключевых достижений в области парусных технологий, которые обеспечили основные элементы высокопроизводительного парусного спорта: [2]
- 1900-е годы: появились подвижный балласт и глиссирующие корпуса.
- 1960-е годы: были разработаны гибкие мачты, средства управления формой паруса и знания по использованию изменений ветра в гонках.
- 1970-е годы: Мощное вооружение, в том числе крылья , компенсируемые трапецией экипажа на стойках или крыльях, позволяли плыть быстрее ветра и лавировать по ветру.
Высокопроизводительное парусное судно
[ редактировать ]
К высокопроизводительным плавсредствам, способным превышать скорость истинного ветра, относятся парусные катамараны и парусные суда на подводных крыльях. Ледяные лодки и сухопутные парусные суда часто могут это сделать. Существуют также ветряные транспортные средства с роторным двигателем , которые могут двигаться быстрее ветра, такие как Blackbird , но они выходят за рамки этой статьи.
Скиф
[ редактировать ]Начиная ок. В 1975 году 18-футовые скифы плыли по ветру со скоростью, превышающей скорость ветра. Это означало, что им приходилось поворачивать, а не поворачивать, чтобы изменить курс. [3] Другие лодки, которые могут плыть быстрее ветра, включают модели 29er и 49er , спроектированные Джулианом Бетвейтом . [4]
Многокорпусные суда
[ редактировать ]В 2013 году для Кубка Америки был объявлен новый класс катамаранов, который может развивать скорость, вдвое превышающую скорость ветра. [5] Ожидалось, что катамараны , использованные на Кубке Америки 2013 года, будут плыть против ветра со скоростью, в 1,2 раза превышающей истинный ветер, и по ветру, в 1,6 раза превышающей скорость истинного ветра. [6] [7] [8] Они оказались быстрее, в среднем примерно в 1,8 раза превышая скорость ветра с пиками чуть более 2,0. [9]
Катамаран Extreme 40 может двигаться со скоростью 35 узлов (65 км/ч; 40 миль в час) при скорости ветра 20–25 узлов (37–46 км/ч; 23–29 миль в час). [10] Высокопроизводительный международный катамаран C-класса может двигаться со скоростью, вдвое превышающей скорость ветра. [11]
Суда на подводных крыльях
[ редактировать ]Существует множество разновидностей парусных судов на подводных крыльях . Примеры однокорпусных судов включают International Moth , Laser и AC75 . Катамараны Кубка Америки используют суда на подводных крыльях с 2013 года. [12] Другие катамараны на подводных крыльях включают A-Class, [13] С-Класс, [14] Накра 17, Накра F20, [15] и GC32. [16]
В 2009 году на подводных крыльях тримаран Hydroptère на воде - 50,17 узлов (92,9 км/ч), развивая скорость примерно в 1,7 раза превышающую установил мировой рекорд скорости плавания 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]
Ледоходы
[ редактировать ]Ледяные суда на реке Гудзон в Нью-Йорке во второй половине XIX века имели длину 69 футов (21 м) и двигались со скоростью 107 миль в час (172 км/ч), что является рекордом, превышающим любое другое транспортное средство в 1885 году. , установленный Сосулькой . Конструкции ледоходов, начиная с середины 20-го века, обычно состоят из треугольной или крестообразной рамы, поддерживаемой тремя коньковыми лопастями, называемыми «полозьями», с рулевым полозком впереди. Полозья изготавливаются из железа или стали с заостренными краями, которые удерживаются на льду, предотвращая скольжение вбок от боковой силы ветра в парусах, так как они развивают подъемную силу . Учитывая низкое сопротивление вперед, ледоходы обычно могут плыть со скоростью, в пять-шесть раз превышающей скорость ветра. [3] Классические ледоходы и скитеры развивали скорость 100–150 миль в час (160–240 км/ч). Рекордная скорость для Skeeter: Das Boot , 155,9 миль в час (250,9 км/ч). [20] а для классического ледохода: Debutaunte — 143 мили в час (230 км/ч). [21] [22]
Сухопутное парусное судно
[ редактировать ]Двигаясь по ветру под углом 135° к ветру, сухопутное парусное судно может плыть намного быстрее ветра. [23] Скорость , достигнутая по ветру, часто более чем в два раза превышает скорость того же судна, идущего прямо по ветру. [23] В 2009 году мировой рекорд наземной скорости для ветряных транспортных средств был установлен парусным судном Greenbird , двигавшимся со скоростью примерно в три раза превышающей скорость ветра. [24] с зарегистрированной максимальной скоростью 202,9 километров в час (126,1 миль в час). [25]
- Другие высокопроизводительные парусные суда.
-
класса ДН ледоход -
Видимый ветер
[ редактировать ]В то время как ледовые суда в течение столетия могли превосходить скорость ветра как с подветренной, так и с подветренной стороны, эта возможность стала обычным явлением только с появлением 18-футовых скиффов в третьей четверти 20-го века, когда их скорость утроилась по сравнению со скоростью 1950-х годов. . Суда, которые плывут со скоростью, превышающей скорость ветра, как по ветру, так и против ветра, способны поворачивать по ветру, поскольку вымпельный ветер всегда опережает мачту. Это привело к появлению концепции «кажущегося ветра». [3]
Видимый ветер
[ редактировать ]
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 — поток воздуха над кораблем, вызванный его скоростью относительно земли (равный по величине, но противоположный по направлению скорости корабля) — и истинный ветер , В Т . Вымпельный ветер, измеренный на борту судна, находящегося под двигателем и идущего в штилевых условиях, V T = 0 узлов, будет дуть прямо по носу и со скоростью, такой же, как скорость лодки над дном (VA = V B + 0 = В Б ). Если судно движется со скоростью V B = 10 узлов при попутном ветре V T = -5 узлов, оно испытывает вымпельный ветер V A = 5 узлов непосредственно в носовой части (VA = V B + V T = 10 − 5). . Вымпельный ветер, воспринимаемый неподвижным судном, является истинной скоростью ветра. Если судно движется под углом 90° при истинном ветре V T = 10 узлов, а само движется со скоростью, вызывающей V B = 10 узлов, то угол вымпельного ветра будет составлять 45° от носовой части, а скорость вымпельного ветра будет около 14 узлов, рассчитывается как: квадратный корень [(V Б ) 2 + (В Т ) 2 ] = квадратный корень [10 2 + 10 2 ] = 14,14. Поскольку скорость судна превышает скорость истинного ветра, вымпельный ветер всегда опережает парус. [26]
Когда угол сопротивления корпуса пренебрежимо мал, формулы для расчета V A и β (угла вымпельного ветра): [27]
- V A = квадратный корень {[V T cos (90° – истинный угол ветра)] 2 + [V T sin (90° – угол истинного ветра) + V B ] 2 }
- β = 90° – арктанс {[V T sin (90° – угол истинного ветра) + V B ] / [V T cos (90° – угол истинного ветра)]}
Сила паруса
[ редактировать ]Парус создает подъемную силу с передним движущим компонентом и боковым компонентом, основанным на оптимальном угле атаки , который ограничивается вымпельным ветром VA , находящимся впереди паруса и примерно на одном уровне с ним. [28] [29]
-
Разложение силы ветра, действующей на парус и создающей подъемную силу.
(F T = общая аэродинамическая сила, L = подъемная сила
D = сопротивление, α = угол атаки) -
Преобразование подъемной силы в двигательную установку.
(F R = толкающая сила, F LAT = боковая сила)
Бета-теорема
[ редактировать ]
Гарретт представляет бета-теорему (или теорему о курсе) как способ понять, как угол вымпельного ветра возникает в результате взаимодействия между движущей силой ветра и силой сопротивления воды (или твердой поверхности), результатом совокупного эффекта два противодействующих крыла: парус в воздухе и киль в воде. Когда вычисляется отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению для каждого из них в его среде, результирующее движение парусного судна определяется как угол бета ( β ) между вымпельным ветром и курсом над водой. Корпус (под водой) и парусное вооружение (над водой) имеют угол сопротивления по отношению к протекающей мимо них среде (воде или воздуху), они равны λ и α m на прилагаемой диаграмме . Сумма этих двух углов сопротивления равна β, углу между вымпельным ветром и курсом плавания ( β = λ + α m ). Эта теорема применима для любой точки паруса. Небольшое значение β означает высокую эффективность и потенциал высокой скорости. [26] По мере увеличения скорости движения β становится меньше; на парусных судах с эффективными подводными крыльями угол сопротивления корпуса λ становится меньше с увеличением скорости, он становится незначительным для судов на подводных крыльях и практически отсутствует для ледовых лодок и сухопутных парусных судов. [30]
Предел угла видимого ветра
[ редактировать ]
При идеальных условиях поверхности без трения и аэродинамического профиля, способного развивать мощность, не существует теоретического предела тому, как быстро парусное судно может двигаться против ветра, поскольку угол вымпельного ветра становится все меньше. В действительности, как эффективность паруса, так и трение определяют верхний предел. Скорость определяется соотношением мощности, развиваемой парусом, к мощности, теряемой из-за различных форм сопротивления (например, поверхностного сопротивления и аэродинамического сопротивления). В идеале парус меньшего размера лучше, поскольку скорость увеличивается. К сожалению, маленький парус снижает способность судна (даже ледового судна) разгоняться до скорости, превышающей скорость ветра. Основным ограничением скорости высокопроизводительных парусных судов является сопротивление формы . Усилия по преодолению этого ограничения очевидны в обтекаемых корпусах высокопроизводительных ледоходов и в улучшении снижения сопротивления на глиссирующих лодках. Прикорневой катер может развивать вымпельный ветер 7,5° и скорость, в шесть раз превышающую истинную скорость ветра, на курсе, отклоняющемся от ветра на 135°. Бетвейт предполагает, что это может быть практическим ограничением для парусного корабля. [3]
Точки плавания
[ редактировать ]Точки парусности , в которых высокопроизводительное парусное судно может развивать самые высокие скорости и достигать наилучшей скорости, обеспечиваются на протяжении курса между лучом ( 90° от истинного ветра ) и широким вылетом (около 135° от истинного ветра). ветер). По словам Бетвейта, после проведения сравнительных измерений при истинном ветре 15 узлов (28 км/ч; 17 миль в час) водоизмещающий « Солинг» может развивать скорость, немного превышающую истинный ветер, и идти на 30 ° от вымпельного ветра, тогда как глиссирующий 18 -футовый скиф развивает скорость почти 30 узлов (56 км/ч; 35 миль в час) при вымпельном ветре 20°, а ледоход может развивать скорость 67 узлов (124 км/ч; 77 миль в час) при вымпельном ветре 8°. [2]
При плавании по попутному ветру цель состоит в том, чтобы удерживать вымпельный ветер как можно дальше вперед на пройденном курсе, чтобы достичь самого быстрого курса, достижимого для достижения цели. Для этого требуется судно, которое может превышать истинную скорость ветра как с подветренной, так и с подветренной стороны; это позволяет вымпельному ветру оставаться значительно впереди паруса на пройденных курсах, самые быстрые из которых - дальние. Следует избегать движения слишком далеко по ветру, когда вымпельный ветер движется за парусом, а скорость падает ниже истинной скорости ветра, поскольку курс меняется от широкого до прямоугольного (слабый попутный ветер). [3]
против ветра
[ редактировать ]В зависимости от того, какое судно шло, курс, пройденный против ветра, может отклоняться от ближайшей точки по ветру, чтобы позволить судну двигаться с оптимальной скоростью. [3] Бетвейт объясняет, что плавание на высокой скорости требует независимого действия как румпеля, так и гика-шкота, при этом человек у руля избегает реакции на порывы ветра и вместо этого при необходимости ослабляет грот-шкот, тем самым увеличивая скорость лодки по сравнению с предыдущим методом направив корабль больше против ветра. [4]
Вне ветра
[ редактировать ]По словам Бетвейта, плыть против истинного ветра на скорости, превышающей скорость ветра (с вымпельным ветром впереди паруса), требует иной реакции на порывы ветра, чем использовавшаяся ранее. В то время как традиционный моряк может рефлекторно поворачивать против вымпельного ветра при порыве, правильная реакция при движении против ветра, превышающего истинную скорость ветра, - это отклониться от порыва, двигаясь дальше по ветру. Это имеет двойной положительный эффект: уменьшает кренящую силу порыва ветра и позволяет кораблю плыть еще быстрее от ветра. [4]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джобсон, Гэри (1990). Тактика чемпионата: как любой может плыть быстрее, умнее и выигрывать гонки . Нью-Йорк: Пресса Святого Мартина. стр. 323 . ISBN 0-312-04278-7 .
- ^ Jump up to: а б с Бетвейт, Фрэнк (2007). Высокопроизводительный парусный спорт . Адлард Коулз Наутикал. ISBN 978-0-7136-6704-2 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Бетвейт, Фрэнк (2008). Более высокая производительность парусного спорта . Лондон: Адлард Коулз Наутикал. ISBN 978-1-4729-0131-6 . OCLC 854680844 .
- ^ Jump up to: а б с Бетвейт, Фрэнк (12 мая 2013 г.). Техника быстрого обращения . Нью-Йорк: A&C Black. стр. 5–6. ISBN 978-1-4081-7860-7 .
- ↑ Как яхты движутся быстрее ветра Грей, Р. The Telegraph, 26 сентября 2013 г.
- ^ «Концептуальный документ правила класса многокорпусного судна AC34» (PDF) . 34-й Кубок Америки . Проверено 14 сентября 2010 г.
- ^ «Новые высокопроизводительные яхты для 34-го Кубка Америки» (PDF) . 34-й Кубок Америки. 2 июля 2010 г. Проверено 14 сентября 2010 г.
- ^ Концепция однокорпусного судна для 34-го Кубка Америки предусматривала конструкцию, которая обеспечивала бы увеличение истинной скорости ветра против ветра в 1,0 раза и против ветра в 1,4 раза, см. «Концептуальный документ правила класса AC34 Monohull» (PDF) . 34-й Кубок Америки . Проверено 14 сентября 2010 г.
- ^ «Команда Emirates Team New Zealand опередила ORACLE TEAM USA» . Организатор мероприятий Кубка Америки 2012–13 гг. 7 сентября 2013 г. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 г. Проверено 8 сентября 2013 г.
- ^ «Про Экстремальные 40» . Экстремальный40. Архивировано из оригинала 12 августа 2010 года . Проверено 25 августа 2010 г.
- ^ «Крылатый мир котов Си» . Журнал «Парус». Архивировано из оригинала 14 марта 2010 года . Проверено 25 августа 2010 г.
- ^ Клэри, Кристофер (9 июня 2016 г.). «Путешествие в историю Кубка Америки в Чикаго» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 3 августа 2020 г.
- ^ Гриффитс, Боб (11 февраля 2014 г.). «Миры @Takapuna: день 1, отчет Боба Гриффитса | Международная ассоциация катамаранов дивизиона А» . www.a-cat.org . Проверено 2 августа 2020 г.
- ^ Блок, Алан (22 сентября 2013 г.). «Кошки в срыве «Маленького кубка» готовы к престижному трофею чемпионата C-класса» . www.yachtsandyachting.com . Проверено 2 августа 2020 г.
- ^ Макартур, Брюс (2020). «Парусник Накра 20» . Sailboatdata.com . Архивировано из оригинала 27 июля 2020 года . Проверено 27 июля 2020 г.
- ^ «GC32 заменят Extreme 40» . www.extremesailingseries.com . Проверено 2 августа 2020 г.
- ^ Рекорд на дистанции 500 метров составил 51,36 узла (95,12 км/ч; 59,10 миль в час), установленный при скорости ветра 30 узлов (56 км/ч; 35 миль в час) на Hydroptère , на подводных крыльях тримаране см. «Мировые рекорды гидроптера» . Совет мировых рекордов скорости в парусном спорте. 23 сентября 2009 года . Проверено 25 августа 2010 г.
- ^ «Официальный веб-сайт l'Hydroptère» . Проверено 25 августа 2010 г.
- ^ «Рекорды 500 метров» . Совет мировых рекордов скорости в парусном спорте .
- ^ Призрак, Питер Х. (2006). Книга дней моряка, 2007 . Доббс Ферри, Нью-Йорк: Дом Шеридана. ISBN 1-57409-226-Х . OCLC 173009383 .
- ^ Дилл, Боб (март 2003 г.), «Проектирование парусных яхт для максимальной скорости» , 16-й Чесапикский симпозиум по парусным яхтам , Анаполис: SNAME, заархивировано из оригинала (PDF) 19 сентября 2020 г. , получено 2 августа 2020 г.
- ^ Смит, Дуг (январь – февраль 2004 г.). Плыву на осколках стали . Бойскауты Америки, Inc., стр. 18–21.
{{cite book}}:|work=игнорируется ( помогите ) - ^ Jump up to: а б Боб Дилл (13 июля 2003 г.). «Часто задаваемые вопросы» . Североамериканская ассоциация сухопутного парусного спорта . Проверено 25 августа 2010 г.
- ^ Рекорд составил 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, предпринятой Ричардом Дженкинсом на яхте Greenbird 26 марта 2008 года» . Североамериканская ассоциация сухопутного парусного спорта . Проверено 25 августа 2010 г.
- ^ Редакторы (27 марта 2009 г.). «Ветромобиль бьет рекорд» . BBC New, Великобритания . Проверено 28 января 2017 г.
{{cite web}}:|last=имеет общее имя ( справка ) - ^ Jump up to: а б с Гарретт, Росс (1996). Симметрия парусного спорта: физика парусного спорта для яхтсменов . Шеридан Хаус, Инк. с. 268. ИСБН 978-1-57409-000-0 .
- ^ МакИвен, Томас (2006). Карманный справочник лодочника: ваш всеобъемлющий ресурс по лодкам и катанию на лодках . Anchor Cove Publishing, Inc. с. 182. ИСБН 978-0-9774052-0-6 .
- ^ Бэтчелор, Г.К. (1967), Введение в гидродинамику , издательство Кембриджского университета, стр. 14–15, ISBN 978-0-521-66396-0
- ^ Клаус Вельтнер Сравнение объяснений аэродинамической подъемной силы Am. Дж. Физ. 55(1), январь 1987 г., стр. 52.
- ^ Кимбалл, Джон (22 декабря 2009 г.). Физика парусного спорта . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-7377-5 .