stringtranslate.com

Высокопроизводительный парусный спорт

18-футовый скиф в гавани Киля

Высокопроизводительное парусное судно достигается 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 с помощью своих парусов или аэродинамических крыльев на скоростях, которые часто превышают скорость ветра как на подветренных, так и на подветренных точках паруса. Плавание быстрее ветра означает, что угол кажущегося ветра, испытываемый движущимся судном, всегда опережает парус. [1] Это породило новую концепцию парусного спорта, называемую «плавание при кажущемся ветре», которая влечет за собой новый набор навыков для практикующих ее, включая лавирование на подветренных точках паруса. [2]

История

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

Высокопроизводительное парусное судно

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

Высокопроизводительные водные транспортные средства, которые могут превышать скорость истинного ветра, включают парусные катамараны и парусные суда с подводными крыльями. Ледовые суда и сухопутные парусные суда часто способны на это. Существуют также ветротранспортные средства , которые могут двигаться быстрее ветра, такие как роторный Blackbird , которые выходят за рамки этой статьи.

Скифы

Начиная примерно с 1975 года, 18-футовые скифы шли по ветру быстрее скорости ветра. Это означало, что им приходилось делать поворот, а не фордевинд, чтобы менять галсы. [3] Другие скифы, которые могут плыть быстрее ветра, включают 29er и 49er , оба спроектированные Джулианом Бетуэйтом . [4]

Многокорпусные суда

В 2013 году для Кубка Америки был объявлен новый класс катамаранов , которые могут развивать скорость, значительно превышающую двойную скорость ветра. [5] Ожидалось, что катамараны , используемые для Кубка Америки 2013 года, будут идти против ветра со скоростью, в 1,2 раза превышающей скорость истинного ветра, и по ветру со скоростью, в 1,6 раза превышающей скорость истинного ветра. [6] [7] [8] Они оказались быстрее, в среднем примерно в 1,8 раза превышающей скорость ветра, с пиками чуть более 2,0. [9]

Катамаран Extreme 40 может развивать скорость до 35 узлов (65 км/ч; 40 миль/ч) при ветре 20–25 узлов (37–46 км/ч; 23–29 миль/ч). [10] Высокопроизводительный катамаран International C-Class может развивать скорость в два раза выше скорости ветра. [11]

Суда на подводных крыльях

Существует множество разновидностей парусных судов на подводных крыльях . Примерами однокорпусных судов являются International Moth , Laser и AC75 . Катамараны Кубка Америки используют подводные крылья с 2013 года. [12] Другие катамараны на подводных крыльях включают A-Class, [13] C-Class, [14] Nacra 17, Nacra F20, [15] и GC32. [16]

В 2009 году тримаран на подводных крыльях Hydroptère установил мировой рекорд скорости парусного спорта на воде — 50,17 узлов (92,9 км/ч), что примерно в 1,7 раза превышает скорость ветра. [17] [ 18] В конце 2012 года Vestas Sailrocket 2 установил новый абсолютный мировой рекорд скорости на воде — 65,45 узлов (121,2 км/ч), что примерно в 2,5 раза превышает скорость ветра. [19]

Ледовые лодки

Ледовые суда на реке Гудзон в Нью-Йорке во второй половине XIX века достигали длины 69 футов (21 м) и развивали скорость до 107 миль в час (172 км/ч), что является рекордом, превзошедшим любое другое транспортное средство в 1885 году, установленным судном Icicle . Конструкции ледовых судов, датируемые серединой XX века и далее, обычно состоят из треугольной или крестообразной рамы, поддерживаемой тремя лезвиями коньков, называемыми «полозьями», с рулевым полозом впереди. Полозья сделаны из железа или стали с заостренными краями, которые удерживаются на льду, предотвращая соскальзывание вбок от боковой силы ветра в парусах, поскольку они развивают движущую силу . Учитывая их низкое лобовое сопротивление, ледовые суда обычно могут плыть со скоростью, в пять-шесть раз превышающей скорость ветра. [3] Классические ледовые суда и скитеры достигли скорости 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 буера: Debutaunte , 143 мили в час (230 км/ч). [21] [22]

Парусно-наземное судно

При движении по ветру под углом 135° к ветру парусное судно может плыть гораздо быстрее ветра. [23] Скорость , развиваемая по ветру, часто более чем в два раза выше, чем у того же судна, идущего прямо по ветру. [23] В 2009 году мировой рекорд скорости на суше для ветрового транспортного средства был установлен парусным судном Greenbird , которое шло со скоростью, примерно в три раза превышающей скорость ветра [24] , с зарегистрированной максимальной скоростью 202,9 километра в час (126,1 миль в час). [25]

Парусный спорт при вымпельном ветре

В то время как ледовые суда могли превышать скорость ветра как против ветра, так и по ветру в течение столетия, эта возможность стала обычной только с развитием 18-футовых скифов в третьей четверти 20-го века, когда их скорость утроилась по сравнению с 1950-ми годами. Суда, которые плывут быстрее скорости ветра, как по ветру, так и против ветра, способны лавировать по ветру, потому что вымпельный ветер всегда впереди мачты. Это привело к концепции «плавания под вымпельным ветром». [3]

Вымпельный ветер

Вымпельный ветер, V A , на буере: По мере того, как буер движется дальше от ветра, вымпельный ветер немного увеличивается, а скорость судна самая высокая на широком участке (C). Из-за малого β парус убран для всех трех румбов паруса.

Вымпельный ветер — это скорость ветра (направление и скорость), V A , измеренная на борту движущегося парусного судна; это чистый эффект ( векторная сумма ) ветра судна , V B — воздушного потока над судном, вызванного его скоростью относительно земли (равной по величине, но противоположной по направлению скорости судна), — и истинного ветра , V T . Вымпельный ветер, измеренный на борту судна под двигателем, движущегося в спокойных условиях, V T = 0 узлов, будет приходить прямо спереди и со скоростью, которая равна скорости судна относительно дна (V A = V B + 0 = V B ). Если судно движется со скоростью V B = 10 узлов с попутным ветром V T = -5 узлов, оно испытывает вымпельный ветер V A = 5 узлов прямо на носу (V A = V B + V T = 10 − 5). Вымпельный ветер, испытываемый неподвижным судном, — это скорость истинного ветра. Если судно движется под углом 90° к истинному ветру V T = 10 узлов, само двигаясь со скоростью, вызывающей V B = 10 узлов, то угол кажущегося ветра будет составлять 45° от носа, а скорость кажущегося ветра будет около 14 узлов, рассчитываемых как: квадратный корень [(V B ) 2 + (V T ) 2 ] = квадратный корень [10 2 + 10 2 ] = 14,14. Поскольку судно становится быстрее истинного ветра, кажущийся ветер всегда опережает парус. [26]

Когда угол лобового сопротивления корпуса незначителен, формулы для расчета V A и β (угла кажущегося ветра) следующие: [27]

Мощность паруса

Парус создает подъемную силу с передним движущим компонентом и боковым компонентом, основанным на оптимальном угле атаки , который ограничен вымпельным ветром, V A , направленным вперед и приблизительно выровненным с парусом. [28] [29]

Бета-теорема

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

Гарретт вводит бета-теорему (или теорему курса) как способ понять, как угол кажущегося ветра возникает из взаимодействия между движущей силой ветра и силой сопротивления воды (или твердой поверхности), результатом чистого эффекта двух противодействующих крыльев, паруса в воздухе и киля в воде. Когда решается отношение подъемной силы к сопротивлению для каждого в его среде, результирующее движение парусного судна сводится к углу бета ( β ) между кажущимся ветром и курсом по воде. Корпус (под водой) и парусная оснастка (над водой) имеют каждый угол сопротивления по отношению к среде, протекающей мимо них (вода или воздух), они обозначены λ и α m на прилагаемой диаграмме. Сумма этих двух углов сопротивления равна β, углу между кажущимся ветром и пройденным курсом ( β = λ + α m ). Эта теорема применима для любой точки паруса. Малый β обозначает высокую эффективность и потенциал для 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 пренебрежимо малым для судов на подводных крыльях и по существу отсутствует для ледовых судов и наземных парусных судов. [30]

Предел угла кажущегося ветра

Полный угол сопротивления ( β ≈ угол вымпельного ветра) для парусного судна с высокими эксплуатационными характеристиками как отношение V B к V T при курсе 135° от ветра, достигаемом таким судном, как показано на рисунке. [3]

При идеальных обстоятельствах поверхности без трения и аэродинамического профиля, который может развивать мощность, нет теоретического предела тому, как быстро парусное судно может двигаться по ветру, когда угол вымпельного ветра становится все меньше. В действительности и эффективность паруса, и трение обеспечивают верхний предел. Скорость определяется отношением мощности, развиваемой парусом, к мощности, теряемой из-за различных форм сопротивления (например, поверхностного сопротивления и аэродинамического сопротивления). В идеале лучше меньший парус, поскольку скорость увеличивается. К сожалению, небольшой парус снижает способность судна — даже буера — разгоняться до скоростей, превышающих скорость ветра. Главным ограничением скорости высокопроизводительного парусного судна является сопротивление формы . Попытки преодолеть этот предел очевидны в обтекаемых корпусах высокопроизводительных буеров и улучшениях в снижении сопротивления на глиссирующих швертботах. Быстроходный буер может достигать вымпельного ветра 7,5° и скорости в шесть раз больше истинной скорости ветра на курсе, который находится на 135° от ветра. Бетуэйт предполагает, что это может быть практическим пределом для судна, приводимого в движение парусами. [3]

Направления парусности

Точки парусности , в которых высокопроизводительное парусное судно может достичь наивысшей скорости и достичь наилучшей скорости, достигнутой на протяжении курса между широким вылетом (90° к истинному ветру ) и широким вылетом (около 135° от истинного ветра). По словам Бетвейта, проведя сравнительные измерения при истинном ветре в 15 узлов (28 км/ч; 17 миль/ч), водоизмещающий солинг может достигать скорости, немного превышающей истинный ветер, и идти под углом 30° к вымпельному ветру, тогда как глиссирующий 18-футовый скиф достигает скорости почти 30 узлов (56 км/ч; 35 миль/ч) при вымпельном ветре в 20°, а ледокол может достичь 67 узлов (124 км/ч; 77 миль/ч) при вымпельном ветре в 8°. [2]

При плавании по вымпельному ветру цель состоит в том, чтобы удерживать вымпельный ветер как можно дальше вперед по курсу, чтобы достичь самого быстрого курса, соответствующего цели. Для этого требуется судно, которое может превышать истинную скорость ветра как против ветра, так и по ветру; это позволяет вымпельному ветру оставаться значительно впереди паруса на пройденных курсах, самые быстрые из которых — это плесы. Следует избегать слишком сильного движения по ветру, когда вымпельный ветер движется позади паруса, а скорость падает ниже истинной скорости ветра, поскольку курс изменяется от широкого плеса к идущему квадрату (прямой ветер). [3]

Против ветра

В зависимости от судна, курс, выбранный против ветра, может отклоняться от ближайшей точки к ветру, чтобы судно могло идти с оптимальной скоростью. [3] Бетуэйт объясняет, что высокоскоростное плавание требует независимых действий как румпеля, так и грота-шкота, при этом человек у руля избегает реагирования на порывы ветра и вместо этого ослабляет грота-шкот по мере необходимости, тем самым увеличивая скорость лодки по сравнению с предыдущей техникой направления судна больше против ветра. [4]

По ветру

По словам Бетвейта, плавание по истинному ветру на скорости, превышающей скорость ветра (с вымпельным ветром впереди паруса), требует иной реакции на порывы, чем та, которая использовалась ранее. В то время как традиционный моряк может рефлекторно рулить по вымпельному ветру при порыве, правильная реакция при плавании по ветру, превышающей скорость истинного ветра, — это отклониться от порыва, направившись больше по ветру. Это имеет двойной полезный эффект, уменьшая кренящую силу порыва и позволяя судну плыть еще быстрее по ветру. [4]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Джобсон, Гэри (1990). Тактика чемпионата: как любой может плыть быстрее, умнее и выигрывать гонки. Нью-Йорк: St. Martin's Press. С. 323. ISBN 0-312-04278-7.
  2. ^ abc Бетуэйт, Фрэнк (2007). Высокопроизводительный парусный спорт. Adlard Coles Nautical. ISBN 978-0-7136-6704-2.
  3. ^ abcdefg Бетуэйт, Фрэнк (2008). Высокопроизводительное парусное судно. Лондон: Adlard Coles Nautical. ISBN 978-1-4729-0131-6. OCLC  854680844.
  4. ^ abc Бетуэйт, Фрэнк (12 мая 2013 г.). Fast Handling Technique. Нью-Йорк: A&C Black. С. 5–6. ISBN 978-1-4081-7860-7.
  5. ^ Как яхты движутся быстрее ветра Грей, Р. The Telegraph 26 сентября 2013 г.
  6. ^ "AC34 Multihull Class Rule Concept Document" (PDF) . 34-й Кубок Америки . Получено 14 сентября 2010 г. .
  7. ^ "Новые высокопроизводительные яхты для 34-го Кубка Америки" (PDF) . 34-й Кубок Америки. 2 июля 2010 г. . Получено 14 сентября 2010 г. .
  8. ^ Концепция однокорпусного судна для 34-го Кубка Америки предусматривала проектирование, которое позволило бы достичь скорости ветра, в 1,0 раза превышающей истинную скорость ветра против ветра и в 1,4 раза — по ветру, см. «Концептуальный документ правил класса AC34 Monohull» (PDF) . 34-й Кубок Америки . Получено 14 сентября 2010 г.
  9. ^ "Emirates Team New Zealand обгоняет ORACLE TEAM USA". America's Cup Event Authority 2012-13. 7 сентября 2013 г. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 г. Получено 8 сентября 2013 г.
  10. ^ "About eXtreme 40". eXtreme40. Архивировано из оригинала 12 августа 2010 года . Получено 25 августа 2010 года .
  11. ^ "Крылатый мир C Cats". Журнал Sail. Архивировано из оригинала 14 марта 2010 года . Получено 25 августа 2010 года .
  12. ↑ Клэри, Кристофер (9 июня 2016 г.). «Плывем в историю Кубка Америки в Чикаго». The New York Times . ISSN  0362-4331 . Получено 3 августа 2020 г.
  13. ^ Гриффитс, Боб (11 февраля 2014 г.). «Чемпионат мира в Такапуна: день 1, отчет Боба Гриффитса | Международная ассоциация катамаранов дивизиона А». www.a-cat.org . Получено 2 августа 2020 г. .
  14. ↑ Блок, Алан (22 сентября 2013 г.). «Foiling 'Little Cup' Cats готовится к престижному чемпионату C-Class Championship Trophy». www.yachtsandyachting.com . Получено 2 августа 2020 г. .
  15. ^ МакАртур, Брюс (2020). "Парусная лодка Nacra 20". sailboatdata.com . Архивировано из оригинала 27 июля 2020 г. . Получено 27 июля 2020 г. .
  16. ^ "GC32s заменят Extreme 40s". www.extremesailingseries.com . Получено 2 августа 2020 г. .
  17. ↑ Рекорд на дистанции 500 метров составил 51,36 узла (95,12 км/ч; 59,10 миль/ч), достигнутый при ветре в 30 узлов (56 км/ч; 35 миль/ч) на Hydroptère , тримаране на подводных крыльях , см. «Hydroptère World Records». World Sailing Speed ​​Record Council. 23 сентября 2009 г. Получено 25 августа 2010 г.
  18. ^ "Официальный веб-сайт l'Hydroptère". Архивировано из оригинала 7 октября 1999 года . Получено 25 августа 2010 года .{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  19. ^ "Рекорды на 500 метров". Всемирный совет по рекордам скорости в парусном спорте .
  20. ^ Spectre, Питер Х. (2006). Книга дней моряка, 2007. Доббс-Ферри, Нью-Йорк: Sheridan House. ISBN 1-57409-226-X. OCLC  173009383.
  21. ↑ Дилл, Боб (март 2003 г.), «Проект парусной яхты для максимальной скорости», 16-й симпозиум по парусным яхтам в Чесапик, Анаполис: SNAME, архивировано из оригинала (PDF) 19 сентября 2020 г. , извлечено 2 августа 2020 г.
  22. ↑ Смит, Дуг (январь–февраль 2004 г.). Парусный спорт на стальных полосках. Boy Scouts of America, Inc., стр. 18–21. {{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )
  23. ^ ab Bob Dill (13 июля 2003 г.). "Часто задаваемые вопросы". North American Land Sailing Association . Получено 25 августа 2010 г.
  24. ↑ Рекорд составил 126 миль/ч (109 узлов; 203 км/ч) при ветре 30–50 миль/ч (48–80 км/ч), см. Боб Дилл (5 апреля 2009 г.). «Отчет об измерениях для попытки рекорда скорости, предпринятой Ричардом Дженкинсом на яхте Greenbird 26 марта 2008 г.». Североамериканская ассоциация парусного спорта . Получено 25 августа 2010 г.
  25. ↑ Редакторы (27 марта 2009 г.). «Автомобиль на ветру побил рекорд». BBC New, Великобритания . Получено 28 января 2017 г. {{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )
  26. ^ abc Гарретт, Росс (1996). Симметрия парусного спорта: физика парусного спорта для яхтсменов. Sheridan House, Inc. стр. 268. ISBN 978-1-57409-000-0.
  27. ^ Макьюэн, Томас (2006). Карманный справочник лодочника: ваш всеобъемлющий ресурс для лодок и лодочного спорта. Anchor Cove Publishing, Inc. стр. 182. ISBN 978-0-9774052-0-6.
  28. ^ Бэтчелор, Г. К. (1967), Введение в гидродинамику , Cambridge University Press, стр. 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