Вымпельный ветер

Ветер, испытываемый движущимся объектом

V = скорость судна, H = встречный ветер, W = истинный ветер, A = вымпельный ветер, α = угол направления ветра, β = угол вымпельного ветра

Вымпельный ветер — это ветер , ощущаемый движущимся объектом.

Определение вымпельного ветра

Кажущийся ветер — это ветер, ощущаемый наблюдателем в движении, и представляет собой относительную скорость ветра по отношению к наблюдателю. ^{[ необходима ссылка ]}

Скорость кажущегося ветра — это векторная сумма скорости встречного ветра (которая является скоростью, которую движущийся объект испытывал бы в неподвижном воздухе) плюс скорость истинного ветра . Встречный ветер — это аддитивная обратная величина скорости объекта; поэтому скорость кажущегося ветра также может быть определена как векторная сумма скорости истинного ветра минус скорость объекта . ^{[ требуется ссылка ]}

Вымпельный ветер в парусном спорте

В парусном спорте вымпельный ветер — это скорость и направление ветра, указываемые ветровым прибором ( анемометром ) на движущемся судне (на воде, суше или льду) в невозмущенном воздухе. Он состоит из объединенных скоростей и направлений судна и ветра, наблюдаемых неподвижным ветровым прибором — истинный ветер . Истинный ветер, дующий с носа, увеличивает вымпельный ветер, вызванный скоростью судна, дующий с кормы, уменьшает вымпельный ветер, а дующий сбоку, угол вымпельного ветра и скорость изменяются в соответствии с объединенной скоростью и направлением судна и истинного ветра. Вымпельный ветер важен для моряков, чтобы установить угол паруса по отношению к ветру и предвидеть, какую мощность ветер будет генерировать на точке паруса . Вымпельный ветер отличается по скорости и направлению от истинного ветра , который испытывает неподвижный наблюдатель и состоит из истинной скорости ветра (TWS) и истинного направления ветра (TWD) или TWS и истинного угла ветра (TWA) относительно судна, если бы оно было неподвижным. ^[1] В морской терминологии вымпельный ветер измеряется в узлах и градусах .

Обратите внимание, что при преобразовании показаний анемометра на мачте в истинный ветер, если требуется высокая степень точности, в игру вступают ряд дополнительных факторов, включая следующие: ^{[2] [3] [4]}

• Дребезг (или дрейф на судах с электроприводом) — такие факторы, как течения или боковое скольжение из-за ветра (дребезг), приводят к тому, что направление, в котором указывает судно, часто не совсем соответствует его фактическому направлению движения. Это необходимо учитывать при преобразовании угла кажущегося ветра в истинное направление ветра. Тот же эффект наблюдается, когда судно меняет курс.
• Скручивание мачты — такелажные нагрузки часто оказывают значительное скручивающее усилие на мачту, особенно если такелаж имеет полозья, поэтому она скручивается по всей длине.
• Вращение мачты — многие гоночные многокорпусные суда имеют мачту, которую можно вращать, поэтому показания анемометра необходимо корректировать на угол поворота мачты.
• Угол наклона — это простая тригонометрическая поправка.
• Upwash от парусов - воздушный поток вокруг верхушки мачты искажается наличием парусов. Этот эффект меняется в зависимости от парусов, установленных в данный момент, скорости ветра и направления паруса, но заметен по истинному углу ветра, изменяющемуся от левого галса к правому, и истинной скорости ветра, изменяющейся от биения к движению
• Движение судна - поскольку верхушка мачты находится так далеко от центра движения судна, инерционное воздействие как на флюгер, так и на чашки анемометра может быть значительным при движении судна, особенно при килевой и бортовой качке.
• Сдвиг ветра - может быть значительное изменение как скорости ветра, так и направления между поверхностью воды и вершиной мачты, особенно в условиях нестабильных, легких ветров. Ветровые приборы просто измеряют условия на вершине мачты, и они не обязательно одинаковы на всех высотах

При наличии течения истинным ветром считается тот, который измерен на судне, дрейфующем с водой над дном, а ветер относительно морского дна — приземным или географическим ветром . ^{[ необходима ссылка ]}

Инструменты

Кажущийся ветер на борту (лодки) часто указывается как скорость, измеренная мачтовым датчиком, содержащим анемометр и флюгер , который измеряет скорость ветра в узлах и направление ветра в градусах относительно курса лодки. Современные приборы могут вычислить истинную скорость ветра, когда вводятся данные о каждом ветре, скорости и направлении лодки. ^{[ необходима цитата ]}

Влияние на скорость плавания

В парусных гонках , и особенно в скоростном парусном спорте , вымпельный ветер является жизненно важным фактором при определении точек паруса , в которых парусник может эффективно двигаться. Судно, движущееся с увеличивающейся скоростью относительно преобладающего ветра, столкнется с ветром, движущим парус под уменьшающимся углом и увеличивающим скорость. В конечном итоге, увеличенное сопротивление и уменьшенная степень эффективности паруса при чрезвычайно малых углах приведут к потере ускоряющей силы. Это составляет основное ограничение скорости ветровых судов и транспортных средств. ^{[ необходима цитата ]}

Виндсерферы и некоторые типы лодок способны плыть быстрее истинного ветра. К ним относятся быстрые многокорпусные суда и некоторые глиссирующие однокорпусные суда. Ледовые и сухопутные парусники также обычно попадают в эту категорию из-за их относительно низкого сопротивления или трения . [ ^{необходима цитата ]}

Примером этого явления являются катамараны AC72, используемые в Кубке Америки, поскольку лодки плывут по воде со скоростью, в два раза превышающей скорость окружающего ветра. Эффект этого заключается в радикальном изменении направления вымпельного ветра при движении «по ветру». В этих лодках скорость движения настолько велика, что вымпельный ветер всегда направлен вперед — под углом, который варьируется от 2 до 4 градусов к парусу крыла. Это означает, что AC72 эффективно лавируют по ветру, хотя и под большим углом, чем обычный угол в 45 градусов против ветра, обычно от 50 до 70 градусов. ^[5]

Другие области релевантности

В самолетах с фиксированным крылом вымпельный ветер — это то, что ощущается на борту, и он определяет необходимые скорости для взлета и посадки. Авианосцы обычно движутся прямо против ветра на максимальной скорости, чтобы увеличить вымпельный ветер и уменьшить необходимую скорость взлета. Движение наземных аэропортов , а также большинство средних и крупных птиц обычно взлетают и приземляются лицом против ветра по той же причине. ^{[ необходима цитата ]}

Расчет кажущейся скорости и угла

$${\displaystyle A={\sqrt {W^{2}+V^{2}+2WV\cos {\alpha }}}}$$

Где:

• ${\displaystyle V}$= скорость (скорость лодки относительно земли, всегда ≥ 0)
• ${\displaystyle W}$= истинная скорость ветра (всегда ≥ 0)
• ${\displaystyle \alpha }$= истинный угол наведения в градусах (0 = против ветра, 180 = по ветру)
• ${\displaystyle A}$= кажущаяся скорость ветра (всегда ≥ 0)

Приведенная выше формула выведена из теоремы косинусов с использованием . ${\displaystyle \cos(\alpha ')=\cos(180^{\circ }-\alpha )=-\cos(\alpha )}$

Угол вымпельного ветра ( ) можно рассчитать по измеренной скорости судна и ветра с помощью арккосинуса в градусах ( ) ${\displaystyle \beta }$ ${\displaystyle \arccos }$

$${\displaystyle \beta =\arccos \left({\frac {W\cos \alpha +V}{A}}\right)=\arccos \left({\frac {W\cos \alpha +V}{\sqrt {W^{2}+V^{2}+2WV\cos {\alpha }}}}\right)}$$

Если известны скорость судна, а также скорость и угол кажущегося ветра, например, из измерений, то истинную скорость и направление ветра можно рассчитать с помощью:

$${\displaystyle W={\sqrt {A^{2}+V^{2}-2AV\cos {\beta }}}}$$

и

$${\displaystyle \alpha =\arccos \left({\frac {A\cos \beta -V}{W}}\right)=\arccos \left({\frac {A\cos \beta -V}{\sqrt {A^{2}+V^{2}-2AV\cos {\beta }}}}\right)}$$

Примечание: Из-за неоднозначности квадранта это уравнение справедливо только тогда, когда вымпельный ветер дует с правого направления (0° < β < 180°). Для вымпельного ветра с левого борта (180° < β < 360° или 0° > β > -180°) истинный угол наведения ( α ) имеет противоположный знак: ${\displaystyle \alpha }$

$${\displaystyle \alpha =-\arccos \left({\frac {A\cos \beta -V}{W}}\right)=-\arccos \left({\frac {A\cos \beta -V}{\sqrt {A^{2}+V^{2}-2AV\cos {\beta }}}}\right)}$$

Ссылки

1. «Что моя электроника сообщает мне о скорости и курсе судна?». Sailing World . 21 мая 2015 г. Получено 22 октября 2017 г.
2. Торнтон, Тим. Морская яхта . Адлард Коулз.
3. Марчай, К. Аэрогидродинамика парусного спорта . Адлард Коулз.
4. "Калибровка парусных приборов". Ockam Instruments . Получено 10 июня 2015 г.
5. TVNZ Live America's Cup Трансляция. Интервью с Томом Шнакенбургом. 22/9/2013

Внешние ссылки

• http://www.csgnetwork.com/twscorcalc.html
• https://www.tecepe.com.br/nav/inav_c11.htm.