Войти
18-футовый Skiff в Кильской гавани Высокопроизводительный парусный спорт достигается с низким сопротивление передней поверхности - с которым сталкиваются катамараны, парусные суда на подводных крыльях, ледовые лодки или парусные суда, когда парусное судно получает движущую силу с помощью паруса или крылья со скоростью, которая часто превышает скорость ветра как на подветренной, так и на подветренной точках паруса. Плавание со скоростью, превышающей скорость ветра, означает, что видимый угол ветра движущегося судна всегда опережает парус. Это породило новую концепцию парусного спорта, названную «парусным спортом в кажущемся ветре», которая влечет за собой новый набор навыков для практикующих, в том числе лавирование в точках плавания по ветру.
Фрэнк Бетуэйт предлагает следующую хронологию ключевых достижений в области парусных технологий, которые обеспечили основные элементы высокопроизводительного парусного спорта:
Oracle sailing на подводных крыльях катамаран с крылом в 2013 году America's Cup Высокопроизводительные гидроциклы, которые могут превосходить скорость истинного ветра, включая парусные катамараны и парусные суда с препятствиями. Часто это могут сделать ледовые лодки и парусные суда. Есть также ветряные машины, которые могут двигаться быстрее ветра, такие как роторный Blackbird, которые не рассматриваются в этой статье.
Начиная ок. 1975 год, 18-футовые лодки плыли по ветру быстрее, чем скорость ветра. Это означало, что для смены курса им нужно было идти лавировать, а не маневрировать. Другие лодки, которые могут плыть быстрее ветра, включают 29er и 49er, разработанные Джулианом Бетвейтом.
В 2013 году Для Кубка Америки был объявлен новый класс катамаранов, которые могут развивать более чем вдвое большую скорость ветра. Катамараны , использованные для Кубка Америки 2013, должны были идти по ветру со скоростью в 1,2 раза выше истинного ветра, а по ветру со скоростью в 1,6 раза выше скорости истинного ветра. Они оказались быстрее, в среднем в 1,8 раза превышая скорость ветра с максимальной скоростью чуть более 2,0.
Катамаран Extreme 40 может плавать со скоростью 35 узлов (65 км / ч; 40 миль в час).) при ветре 20–25 узлов (37–46 км / ч; 23–29 миль / ч). Высокопроизводительный Международный катамаран C-класса может двигаться в два раза быстрее ветра.
Есть много разновидностей парусных судов на подводных крыльях. Примеры однокорпусных судов: International Moth, Laser и AC75. Катамараны America's Cup используют подводные крылья с 2013 года. К другим катамаранам с подводным крылом относятся A-Class, C-Class, Nacra 17, Nacra F20 и GC32.
В 2009 году судно на подводных крыльях тримаран, Hydroptère, установило мировой рекорд скорости на воде при скорости 50,17 узлов (92,9 км / ч), скорость плавания примерно в 1,7 раза выше скорость ветра. В конце 2012 года Vestas Sailrocket 2 установила новый мировой рекорд скорости на воде в 65,45 узла (121,2 км / ч), что примерно в 2,5 раза превышает скорость ветра.
Ледяные суда на реке Гудзон в Нью-Йорке во второй половине XIX века имели длину 69 футов (21 метр) и двигались со скоростью 107 миль в час (172 км / ч), что является рекордным показателем. любое другое транспортное средство в 1885 году, установленное Сосулькой. Конструкции ледовых судов, датируемые серединой 20 века и позднее, обычно состоят из треугольной или крестообразной рамы, поддерживаемой тремя лопастями коньков, называемыми «полозьями», с рулевым колесом впереди. Полозья изготовлены из железа или стали с заостренными краями, которые держатся за лед, предотвращая скольжение вбок из-за боковой силы ветра в парусах, поскольку они развивают пропульсивную подъемную силу. Учитывая их низкое лобовое сопротивление, ледовые лодки обычно могут двигаться со скоростью в пять-шесть раз быстрее ветра. Классические ледовые лодки и скитеры развивают скорость 100–150 миль в час (160–240 км / ч). Рекордные скорости для Skeeter: Das Boot - 155,9 миль в час (250,9 км / ч) и для классического ледового катера: Debutaunte - 143 мили в час (230 км / ч).
Плывя по ветру под углом 135 ° к ветру, сухопутное судно может двигаться намного быстрее ветра. Исправленная скорость по ветру часто более чем в два раза выше, чем у того же корабля, плывущего прямо по ветру. В 2009 году мировой рекорд наземной скорости для ветряных машин был установлен парусным судном Greenbird, которое двигалось со скоростью, примерно в три раза превышающей скорость ветра, с зарегистрированной максимальной скоростью 202,9 км в час ( 126,1 миль / ч).
Класс DN ледяное судно
В то время как ледовые лодки могли превосходить Скорость ветра, как с подветренной, так и с подветренной, в течение столетия, такая возможность стала обычным явлением только с появлением 18-футовых скифов в третьей четверти 20-го века, когда их скорость утроилась по сравнению с 1950-ми. Судно, которое движется быстрее скорости ветра, как по ветру, так и по ветру, может лавировать по ветру, потому что вымпельный ветер всегда идет впереди мачты. Это привело к концепции "плавания по кажущемуся ветру".
Кажущийся ветер, V A, на ледоколе: по мере того, как ледоход плывет дальше от ветра, кажущийся ветер ветер немного усиливается, и скорость лодки максимальна на большом расстоянии (C). Из-за небольшого β парус обшивается по всем трем точкам паруса. 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 - воздушный поток над кораблем, вызванный его скоростью над землей (равный по величине, но противоположный в направлении скорости корабля) - и истинный ветер V T. Вымпельный ветер, измеренный на борту судна с двигателем, движущегося в спокойных условиях, V T = 0 узлов, будет приходить прямо вперед и со скоростью, которая равна скорости лодки над дном (V A = V B + 0 = V B). Если судно движется со скоростью V B = 10 узлов и попутным ветром V T = -5 узлов, на нем будет вымпельный ветер V A = 5 узлов. непосредственно на носовой части (V A = V B + V T = 10-5). Кажущийся ветер на неподвижном судне и есть истинная скорость ветра. Если судно движется под углом 90 ° к истинному ветру V T = 10 узлов, а само движется со скоростью, вызывающей V B = 10 узлов, то угол вымпельного ветра будет 45 ° от носа, и скорость вымпельного ветра будет около 14 узлов, рассчитанная как: квадратный корень [(V B) + (V T)] = квадратный корень [10 + 10 ] = 14,14. Поскольку судно становится быстрее, чем истинный ветер, вымпельный ветер всегда опережает парус.
Когда угол лобового сопротивления корпуса незначителен, формулы для расчета V A и β имеют вид :
Парус создает подъемную силу с помощью переднего движущего компонента и бокового компонента, исходя из оптимального угол атаки, который ограничен вымпельным ветром, V A, который находится впереди и приблизительно совмещен с парусом.
Разложение силы ветра, действующей на парус, создающей подъемную силу.. (FT= общая аэродинамическая сила, L = подъемная сила. D = лобовое сопротивление, α = угол атаки)
Преобразование подъемной силы в движение.. (FR= Движущая сила, F LAT = Боковая сила)
β - это угол кажущегося ветра от курса над водой. Гарретт вводит бета-теорему (или курс теорема) как способ понять, как угол кажущегося ветра является результатом взаимодействия между движущей силой ветра и силой сопротивления со стороны воды (или твердой поверхности), результатом суммарного эффекта двух противодействующих крыльев, паруса в воздух и киль в воде. Когда решается отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению для каждого в его среде, результирующее движение парусного судна сводится к углу бета (β) между вымпельным ветром и курсом над водой. Корпус (под водой) и парусное вооружение (над водой) имеют угол лобового сопротивления относительно среды, протекающей мимо них (воды или воздуха), это λ и α m на прилагаемой диаграмме.. Сумма этих двух углов сопротивления равна β, углу между вымпельным ветром и пройденным курсом (β = λ + α м). Эта теорема применима для любой точки паруса. Маленький β означает высокую эффективность и возможность высокой скорости. По мере увеличения скорости движения β становится меньше; на парусных судах с эффективными подводными крыльями угол лобового сопротивления корпуса λ становится меньше с увеличением скорости, он становится незначительным для судов на подводных крыльях и практически отсутствует для ледовых лодок и наземных парусных судов.
Общий угол лобового сопротивления (β ≈ угол кажущегося ветра) для высокопроизводительных парусных судов как отношение V B к V T на курсе 135 ° от ветер, достигаемый таким плавсредством, как показано на рисунке. Учитывая идеальные обстоятельства поверхности без трения и аэродинамического профиля, который может развивать мощность, нет теоретического предела тому, насколько быстро парусное судно может двигаться против ветра, как угол вымпельного ветра становится все меньше. В действительности и эффективность паруса, и трение являются верхним пределом. Скорость определяется отношением мощности, развиваемой парусом, к мощности, теряемой из-за различных форм сопротивления (например, сопротивления поверхности и аэродинамического сопротивления). В идеале парус меньшего размера лучше, поскольку скорость увеличивается. К сожалению, небольшой парус снижает способность корабля - даже ледового судна - разгоняться до скорости, превышающей скорость ветра. Основным ограничением скорости высокопроизводительных парусных судов является сопротивление формы. Усилия по преодолению этого предела очевидны в обтекаемых корпусах высокопроизводительных ледовых судов и улучшениях в снижении лобового сопротивления глиссирующих лодок. Припайное судно может развивать вымпельный ветер 7,5 ° и скорость, в шесть раз превышающую скорость истинного ветра, на курсе, отклоняющемся от ветра на 135 °. Бетвейт предполагает, что это может быть практическим пределом для парусного судна.
точки паруса, при которых высокоэффективное парусное судно может достичь максимальных результатов. скорости и достигать наилучшей скорости на протяжении всего курса между досягаемостью луча (от 90 ° до истинного ветра ) и широким вылетом (около 135 ° от истинного ветра). По словам Бетуэйта, проведя сравнительные измерения при истинном ветре 15 узлов (28 км / ч; 17 миль в час), водоизмещение Soling может достичь скорости немного выше истинного ветра и отклониться на 30 ° от кажущегося. ветра, тогда как глиссирующий 18-футовый Skiff развивает скорость почти 30 узлов (56 км / ч; 35 миль / ч) при вымпельном ветре 20 °, а ледовая лодка может развивать скорость 67 узлов (124 км / ч; 77 миль / ч) при кажущемся ветре. ветер 8 °.
При движении по вымпельному ветру цель состоит в том, чтобы удерживать вымпельный ветер настолько далеко вперед, насколько это возможно, для пройденного курса для достижения максимально быстрого курса, подходящего к цели. Для этого требуется судно, которое может превышать истинную скорость ветра как по ветру, так и по ветру; это позволяет вымпельному ветру оставаться далеко впереди паруса на пройденных курсах, самый быстрый из которых - досягаемость. Следует избегать слишком далекого направления по ветру, когда кажущийся ветер движется за парусом, а скорость падает ниже истинной скорости ветра по мере того, как курс меняется от широкого к прямолинейному (прямой ветер).
В зависимости от плывущего судна курс, направленный против ветра, может отклоняться от ближайшей точки против ветра, чтобы позволить судну двигаться с оптимальной скоростью. Бетуэйт объясняет, что высокоскоростное плавание требует независимого действия как румпеля, так и грота, в результате чего человек за штурвалом избегает реакции на порывы ветра и вместо этого ослабляет грот по мере необходимости, тем самым увеличивая скорость лодки по сравнению с предыдущей техникой направляя судно больше против ветра.
По словам Бетуэйта, плавание по направлению от истинного ветра на скоростях, превышающих скорость ветра (с кажущимся ветром впереди паруса), требует другая реакция на порывы ветра, чем раньше. В то время как традиционный моряк может рефлекторно направиться против вымпельного ветра при порывах ветра, правильная реакция при движении против ветра, превышающего истинную скорость ветра, - это отклониться от порыва, направившись более по ветру. Это имеет вдвойне полезный эффект, уменьшая кренящую силу порыва ветра и позволяя кораблю идти еще быстрее по ветру.
