Видимый ветер

Ветер, испытываемый движущимся объектом

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

Кажущийся ветер – это ветер , ощущаемый движущимся объектом.

Определение вымпельного ветра

Вымпельный ветер — это ветер, ощущаемый движущимся наблюдателем, и относительная скорость ветра по отношению к наблюдателю. ^{[ нужна цитата ]}

Скорость вымпельного ветра представляет собой векторную сумму скорости встречного ветра (которая представляет собой скорость, которую движущийся объект испытал бы в неподвижном воздухе) плюс скорость истинного ветра . Встречный ветер — это аддитивная величина, обратная скорости объекта; следовательно, скорость вымпельного ветра также можно определить как векторную сумму скорости истинного ветра минус скорость объекта . ^{[ нужна цитата ]}

Видимый ветер во время плавания

В парусном спорте вымпельный ветер — это скорость и направление ветра, указываемые ветроприбором ( анемометром ) на движущемся судне (на воде, суше или льду) в невозмущенном воздухе. Он состоит из комбинированных скоростей и направлений корабля и ветра, наблюдаемых стационарным ветровым прибором — истинный ветер . Истинный ветер, идущий с носа, увеличивает вымпельный ветер, вызванный скоростью судна, идущий с кормы, он уменьшает вымпельный ветер, а приходящий с борта угол и скорость вымпельного ветра изменяются в соответствии с совокупной скоростью и направлением каждого из них. ремесло и настоящий ветер. Видимый ветер важен для моряков, чтобы установить угол паруса по отношению к ветру и предвидеть, какую силу ветер будет генерировать в точке паруса . Кажущийся ветер отличается по скорости и направлению от истинного ветра , который ощущает неподвижный наблюдатель и состоит из истинной скорости ветра (TWS) и истинного направления ветра (TWD) или TWS и истинного угла ветра (TWA) относительно судна, если оно было неподвижным. ^[1] В морской терминологии вымпельный ветер измеряется в узлах и градусах .

Обратите внимание, что при преобразовании измерений мачтового анемометра в истинный ветер, если требуется высокая степень точности, в игру вступает ряд дополнительных факторов, в том числе следующие: ^{[2] [3] [4]}

• Подветренность (или дрейф на моторных судах) - судно очень редко смотрит в том направлении, в котором оно движется, а на парусной лодке угол отклонения - это разница между курсом судна и его фактическим путем в воде. Это необходимо учитывать при преобразовании угла вымпельного ветра в истинное направление ветра. Тот же эффект наблюдается, когда корабль меняет курс.
• Скручивание мачты - нагрузки на такелаж часто приводят к значительному скручиванию мачты, особенно если у буровой установки есть полозья, поэтому она скручивается по всей длине.
• Вращение мачты - многие гоночные многокорпусные суда имеют мачту, которую можно вращать, поэтому показания анемометра необходимо корректировать по углу поворота мачты.
• Угол крена – это простая тригонометрическая поправка.
• Восходящий поток от парусов - поток воздуха вокруг вершины мачты искажается наличием парусов. Этот эффект варьируется в зависимости от установленных в данный момент парусов, скорости ветра и точки паруса, но его можно заметить по изменению истинного угла ветра от левого галса к правому галсу, а также по изменению истинной скорости ветра от биения до движения.
• Движение лодки - поскольку топ-мачта находится очень далеко от центра движения судна, инерционное воздействие как на флюгер, так и на чашки анемометра может быть значительным во время движения судна, особенно при качке и качке.
• Сдвиг ветра - между поверхностью воды и вершиной мачты может произойти значительное изменение как скорости, так и направления ветра, особенно в условиях нестабильного и легкого ветра. Духовые инструменты просто измеряют условия на мачте, и они не обязательно одинаковы на всех высотах.

При наличии течения истинным ветром считается ветер, измеренный на судне, дрейфующем на воде по дну, а ветром относительно морского дна - приземным или географическим ветром . ^{[ нужна цитата ]}

Инструменты

Вымпельный ветер на борту (лодки) часто обозначается как скорость, измеряемая топовым датчиком , содержащим анемометр и флюгер , который измеряет скорость ветра в узлах и направление ветра в градусах относительно курса лодки. Современные приборы могут рассчитать истинную скорость ветра, если ввести вымпельный ветер, скорость и направление лодки. ^{[ нужна цитата ]}

Влияние на скорость плавания

В гонках на парусных лодках , и особенно в скоростном плавании , вымпельный ветер является жизненно важным фактором при определении точек паруса , в которых может эффективно двигаться парусная лодка. Судно, движущееся с возрастающей скоростью относительно преобладающего ветра , столкнется с ветром, движущим парус уменьшение угла и увеличение скорости. В конце концов, увеличенное сопротивление и снижение эффективности паруса при чрезвычайно малых углах приведут к потере ускоряющей силы. Это является основным ограничением скорости судов и транспортных средств, приводимых в движение ветром. ^{[ нужна цитата ]}

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

В подводных катамаранах AC72 America's Cup лодки плывут по воде с силой ветра, вдвое превышающей силу окружающего воздуха. Результатом этого является радикальное изменение направления вымпельного ветра при движении «по ветру». В этих лодках скорость движения настолько велика, что вымпельный ветер всегда направлен вперед — под углом от 2 до 4 градусов к парусу крыла. Это означает, что AC72 эффективно лавируют по ветру, хотя и под большим углом, чем обычный угол против ветра в 45 градусов, обычно между 50 и 70 градусами. ^[5]

Другие области значимости

В самолетах 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. Наземные пассажирские перевозки в аэропортах , а также большинство средних и крупных птиц обычно взлетают и приземляются лицом против ветра по той же причине. ^{[ нужна 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 = против ветра)
• ${\displaystyle A}$= скорость вымпельного ветра (всегда ≥ 0)

Приведенная выше формула получена из закона косинусов и использования . ${\displaystyle \cos(\alpha ')=\cos(180^{\circ }-\alpha )=-\cos(\alpha )}$

Угол вымпельного ветра ( ) можно рассчитать на основе измеренной скорости лодки и ветра, используя обратный косинус 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 скорость лодки, а также скорость и угол вымпельного ветра известны, например, из измерений, 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 действительно только в том случае, если вымпельный ветер дует с правого борта (0° < β < 180°). Для левого вымпельного ветра (180° < β < 360° или 0° > β > -180°) истинный угол наведения ( α ) имеет противоположный знак: ${\displaystyle \alpha }$

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

Рекомендации

1. «Что моя электроника говорит мне о скорости лодки и курсе?» Парусный мир . 21 мая 2015 года . Проверено 22 октября 2017 г.
2. Торнтон, Тим. Оффшорная яхта . Адлард Коулз.
3. Маршай, Калифорния Аэрогидродинамика парусного спорта . Адлард Коулз.
4. «Калибровка парусных инструментов» . Инструменты Оккама . Проверено 10 июня 2015 г.
5. Трансляция TVNZ Live America's Cup. Интервью с Томом Шнакенбургом. 22.09.2013

Внешние ссылки

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