Высокопроизводительный парусный спорт - High-performance sailing

18-футовый скиф в Кильская гавань

Высокопроизводительный парусный спорт достигается с низким сопротивлением передней поверхности - встречается катамараны, парусные суда на подводных крыльях, ледоходы или же парусный спорт ремесло - поскольку парусное судно приобретает движущую силу своими парусами или крыльями со скоростью, которая часто превышает скорость ветра как на подветренной, так и на подветренной сторонах паруса. Плавание со скоростью, превышающей скорость ветра, означает, что видимый угол ветра движущегося судна всегда опережает парус.[1] Это привело к появлению новой концепции парусного спорта, называемой «парусный спорт в кажущемся ветре», которая влечет за собой новый набор навыков для практикующих, включая лавирование на подветренной точке паруса.[2]

История

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

  • 1900-е: Появились подвижные балластные и глиссирующие корпуса.
  • 1960-е годы: были разработаны гибкие мачты, средства управления формированием парусов и знания об использовании смещения ветра в гонках.
  • 1970-е: Мощные установки, в том числе крылья, смещение экипажа трапеции от стоек или крыльев позволяло идти быстрее ветра и лавировать по ветру.

Высокопроизводительное парусное судно

Оракул парусный спорт подводное крыло катамаран с крылатый хвост в Кубке Америки 2013

Высокопроизводительные гидроциклы, которые могут превосходить скорость истинного ветра, включают парусные катамараны и парусные суда. Часто это могут сделать ледовые лодки и парусные суда. Это также ветряные машины которые могут двигаться быстрее ветра, например, роторные Blackbird, которые выходят за рамки данной статьи.

Скифы

Начиная ок. 1975 г., 18-футовые лодки плыли по ветру быстрее скорости ветра. Это означало, что для смены курса им нужно было идти лавировать, а не маневрировать.[3] Другие лодки, которые могут плыть быстрее ветра, включают 29er, и 49er, оба разработаны Джулиан Бетуэйт.[4]

Многокорпусные

В 2013 году для Кубка Америки был объявлен новый класс катамаранов, которые могут развивать более чем вдвое большую скорость ветра.[5] В катамараны используется для Кубок Америки 2013 ожидалось, что они будут идти против ветра со скоростью в 1,2 раза большей скорости истинного ветра и по ветру со скоростью в 1,6 раза большей скорости истинного ветра.[6][7][8] Они оказались быстрее, в среднем в 1,8 раза превышая скорость ветра с пиками чуть более 2,0.[9]

В Экстрим 40 катамаран может плавать со скоростью 35 узлов (65 км / ч; 40 миль / ч) при ветре 20–25 узлов (37–46 км / ч; 23–29 миль / ч).[10] Высокая производительность Международный катамаран C-класса может плавать со скоростью вдвое большей скорости ветра.[11]

Подводные крылья

Есть много разновидностей парусные суда на подводных крыльях. Примеры однокорпусных судов включают Международный мотылек, Лазер, и AC75. Кубок Америки Катамараны используют суда на подводных крыльях с 2013 года.[12] Другие катамараны с препятствиями включают: A-Class,[13] C-класс,[14] Накра 17, Накра F20,[15] и GC32.[16]

В 2009, подводное крыло тримаран, Hydroptère, установить мир рекорд скорости на воде со скоростью 50,17 узлов (92,9 км / ч), скорость плавания примерно в 1,7 раза превышает скорость ветра.[17][18] В конце 2012 г. Вестас Парусная ракета 2 установил новый мировой рекорд скорости на воде в 65,45 узла (121,2 км / ч), что примерно в 2,5 раза превышает скорость ветра.[19]

Катера

Ледяные суда на реке Гудзон в Нью-Йорке во второй половине XIX века были длиной 69 футов (21 метр) и двигались со скоростью 107 миль в час (172 км / ч), что было рекордом, превышающим любые другие транспортные средства в 1885 году. , установленный Сосулька. 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 сделаны из железа или стали с заостренными краями, которые держатся за лед, предотвращая скольжение вбок из-за боковой силы ветра в парусах по мере их развития. пропульсивный подъемник. Учитывая их низкое лобовое сопротивление, ледовые лодки обычно могут двигаться со скоростью в пять-шесть раз быстрее ветра.[3] Классические ледовые лодки и скитеры развивают скорость 100–150 миль в час (160–240 км / ч). Скорости записи для Скитера: Das Boot, 155,9 миль в час (250,9 км / ч)[20] а для классического катера: Дебютант, 143 миль в час (230 км / ч).[21][22]

Парусное судно

Плывя по ветру под углом 135 ° к ветру, плавсредство может плыть намного быстрее ветра.[23] В скорость сделана хорошо Движение по ветру часто более чем в два раза быстрее, чем при прямом движении того же судна по ветру.[23] В 2009 году парусным судном был установлен мировой рекорд наземной скорости для ветроэнергетики. Гринберд со скоростью примерно в три раза превышающей скорость ветра[24] с зарегистрированной максимальной скоростью 202,9 км в час (126,1 миль в час).[25]

Другое высокопроизводительное парусное судно

Видимый ветер

В то время как ледовые лодки могли превосходить скорость ветра, как с подветренной, так и с подветренной стороны в течение столетия, эта возможность стала обычным явлением только с появлением 18-футовых лодок в третьей четверти 20-го века, когда их скорость утроилась по сравнению с 1950-ми годами. . Судно, которое плывет быстрее скорости ветра, как по ветру, так и по ветру, может лавировать по ветру, потому что встречный ветер всегда впереди мачты. Это привело к появлению концепции «парусного спорта в кажущемся ветре».[3]

Видимый ветер

Основная статья: Видимый ветер
Видимый ветер, VА, на ледоколе: по мере того, как ледокол идет дальше от ветра, вымпельный ветер немного усиливается, а скорость лодки максимальна на широкой досягаемости (C). Из-за небольшого β, парус обшивается по всем трем точкам паруса.

Видимый ветер - скорость ветра (направление и скорость), VА, измеренные на борту движущегося парусного судна; это чистый эффект (векторная сумма ) из лодка ветер, VB- воздушный поток над аппаратом, вызванный его скоростью относительно земли (равной по величине, но противоположной по направлению скорости аппарата), и настоящий ветер, VТ. Кажущийся ветер, измеренный на борту судна с двигателем, движущегося в штиль, VТ = 0 узлов, будет идти прямо вперед и со скоростью, равной скорости лодки по дну (VА = VB + 0 = VB). Если корабль движется в точке VB = 10 узлов при попутном ветре VТ = -5 узлов, дует вымпельный ветер VА = 5 узлов прямо на носу (VА = VB + VТ = 10-5). Кажущийся ветер на неподвижном судне - это истинная скорость ветра. Если судно движется под углом 90 ° к истинному ветру VТ = 10 узлов, сам движется со скоростью, вызывающей VB = 10 узлов, тогда угол вымпельного ветра будет 45 ° от носа, а скорость вымпельного ветра будет около 14 узлов, рассчитанная как: корень квадратный [(VB )2 + (VТ )2] = квадратный корень [102 + 102] = 14,14. По мере того, как судно становится быстрее истинного ветра, вымпельный ветер всегда опережает парус.[26]

Когда угол лобового сопротивления корпуса незначителен, формулы для расчета VА и β находятся:[27]

  • VА = квадратный корень {[VТ cos (90 ° - истинный угол ветра)]2 + [VТ sin (90 ° - истинный угол ветра) + VB]2}
  • β = 90 ° - arctan {[VТ sin (90 ° - истинный угол ветра) + VB] / [VТ cos (90 ° - истинный угол ветра)]}

Мощность паруса

Основная статья: Силы на парусах

Парус порождает поднимать с передний движитель и боковой компонент, основанный на оптимальном угол атаки который сдерживается вымпельным ветром, VА, находясь впереди и приблизительно выровненной по отношению к парусу.[28][29]

  • Разложение силы ветра, действующей на парус, создавая подъемную силу.
    (FТ = Общая аэродинамическая сила, L = Подъем
    D = перетащить, α = угол атаки)

  • Преобразование лифта в двигательную.
    (Fр = Движущая сила, FLAT = Боковое усилие)

Бета-теорема

β это угол вымпельного ветра от курса над водой.[26]

Гарретт вводит бета-теорему (или теорему о курсе) как способ понять, как кажущийся угол ветра является результатом взаимодействия между движущей силой ветра и силой сопротивления воды (или твердой поверхности), результатом суммарного воздействия две противодействующие крылья, парус в воздухе и киль в воде. Когда разрешается соотношение поднимать чтобы перетащить каждый в своей среде, результирующее движение парусного корабля разрешается под углом, бета (β), между кажущимся ветром и курсом над водой. Корпус (под водой) и парусная установка (над водой) имеют угол лобового сопротивления относительно среды, протекающей мимо них (воды или воздуха), они λ и αм на прилагаемой диаграмме. Сумма этих двух углов лобового сопротивления равна β, угол между вымпельным ветром и курсом плавания (β = λ + αм). Эта теорема применима для любой точки паруса. Маленький β означает высокую эффективность и потенциал для высокой скорости.[26] По мере увеличения поступательной скорости β становится меньше; на парусных судах с эффективными подводными пленками - угол лобового сопротивления корпуса, λ, становится меньше с увеличением скорости, она становится незначительной для судов на подводных крыльях и практически отсутствует для ледовых лодок и наземных парусных судов.[30]

Предел кажущегося угла ветра

Угол полного сопротивления (β ≈ угол кажущегося ветра) для высокопроизводительных парусных судов как отношение VB к VТ при отклонении от ветра на 135 °, достигаемом таким летательным аппаратом, как показано.[3]

Учитывая идеальные обстоятельства поверхности без трения и аэродинамического профиля, который может развивать мощность, нет теоретического предела тому, насколько быстро парусное судно может двигаться в стороне от ветра, поскольку 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, 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 истинную скорость ветра, на курсе, отклоняющемся от ветра на 135 °. Бетуэйт предполагает, что это может быть практическим пределом для парусного судна.[3]

Точки плавания

Основная статья: Точка плавания

В точки плавания на котором высокопроизводительное парусное судно может развивать самые высокие скорости и достигать наилучшей скорости, достигнутой на протяжении всего курса между досягаемость луча (90 ° к настоящий ветер ) и широкий охват (около 135 ° от истинного ветра). По словам Бетуэйта, после проведения сравнительных измерений при истинном ветре 15 узлов (28 км / ч; 17 миль / ч) водоизмещение Soling может развивать скорость, немного превышающую истинный ветер, и плыть под углом 30 ° к вымпельному ветру, тогда как глиссирующий 18-футовый Skiff развивает скорость почти 30 узлов (56 км / ч; 35 миль / ч) при вымпельном ветре 20 ° и ледовой лодке. может развивать скорость 67 узлов (124 км / ч; 77 миль / ч) при вымпельном ветре 8 °.[2]

При плавании 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 большого 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 (мертвый ветер).[3]

Против ветра

В зависимости от плывущего судна курс, направленный против ветра, может отклоняться от ближайшей точки против ветра, чтобы позволить судну двигаться с оптимальной скоростью.[3] 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 направив корабль больше против ветра.[4]

С ветра

По словам Бетуэйта, плавание от истинного ветра на скоростях, превышающих скорость ветра (с кажущимся ветром впереди паруса), требует иной реакции на порывы ветра, чем это применялось ранее. В то время как традиционный моряк может рефлекторно направиться против вымпельного ветра при порыве ветра, правильная реакция при движении против ветра, превышающего истинную скорость ветра, - это отклониться от порыва и двигаться дальше по ветру. Это имеет вдвойне полезный эффект, уменьшая кренящую силу порыва ветра и позволяя кораблю идти еще быстрее по ветру.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Джобсон, Гэри (1990). Тактика чемпионата: как кто-то может плыть быстрее, умнее и побеждать в гонках. Нью-Йорк: Издательство Св. Мартина. стр.323. ISBN  0-312-04278-7.
  2. ^ а б c Бетуэйт, Фрэнк (2007). Высокопроизводительный парусный спорт. Адлард Коулз Морской. ISBN  978-0-7136-6704-2.
  3. ^ а б c d е ж грамм Бетуэйт, Фрэнк (2008). Высокопроизводительный парусный спорт. Лондон: Адлард Коулз Морской. ISBN  978-1-4729-0131-6. OCLC  854680844.
  4. ^ а б c Бетуэйт, Фрэнк (12 мая 2013 г.). Техника быстрой обработки. Нью-Йорк: A&C Black. С. 5–6. ISBN  978-1-4081-7860-7.
  5. ^ Как яхты идут быстрее ветра Gray, R. Телеграф 26 сентября 2013 г.
  6. ^ "Концептуальный документ правил класса многокорпусных судов AC34" (PDF). 34-й Кубок Америки. Получено 2010-09-14.
  7. ^ «Новые высокопроизводительные яхты для 34-го Кубка Америки» (PDF). 34-й Кубок Америки. 2 июля 2010 г.. Получено 2010-09-14.
  8. ^ Концепция однокорпусного судна для 34-го Кубка Америки предусматривала конструкцию, которая обеспечивала бы скорость истинного ветра в 1,0 раз по ветру и в 1,4 раза по ветру, см. «Концептуальный документ о правилах класса однокорпусных судов AC34» (PDF). 34-й Кубок Америки. Получено 2010-09-14.
  9. ^ «Команда Эмирейтс Новая Зеландия вступает в бой с ORACLE TEAM USA». 2012-13 гг. Организация соревнований Кубка Америки. 7 сентября 2013 г. Архивировано с оригинал 21 сентября 2013 г.. Получено 8 сентября 2013.
  10. ^ «О eXtreme 40». eXtreme40. Архивировано из оригинал на 2010-08-12. Получено 2010-08-25.
  11. ^ "Крылатый мир кошек". Журнал "Парус". Архивировано из оригинал 14 марта 2010 г.. Получено 2010-08-25.
  12. ^ Клэри, Кристофер (2016-06-09). "Парусный спорт в историю Кубка Америки в Чикаго". Нью-Йорк Таймс. ISSN  0362-4331. Получено 2020-08-03.
  13. ^ Гриффитс, Боб (11 февраля 2014 г.). "Worlds @Takapuna: День 1, Отчет Боба Гриффитса | Международная ассоциация катамаранов A-Division". www.a-cat.org. Получено 2020-08-02.
  14. ^ Блок, Алан (22 сентября 2013 г.). "Срывая кошек" Little Cup "для престижного трофея чемпионата C-класса". www.yachtsandyachting.com. Получено 2020-08-02.
  15. ^ Макартур, Брюс (2020). "Парусник Накра 20". sailboatdata.com. В архиве из оригинала 27 июля 2020 г.. Получено 27 июля 2020.
  16. ^ «GC32 на замену Extreme 40». www.extremesailingseries.com. Получено 2020-08-02.
  17. ^ Рекорд на 500 метров составил 51,36 узла (95,12 км / ч; 59,10 миль / ч), достигнутый при ветре 30 узлов (56 км / ч; 35 миль / ч). Hydroptère, а подводное крыло тримаран, видеть «Мировые рекорды Hydroptère». Совет мировых рекордов скорости парусного спорта. 23 сентября 2009 г.. Получено 2010-08-25.
  18. ^ "Официальный сайт компании l'Hydroptère". Получено 2010-08-25.
  19. ^ «500 метровых рекордов». Совет мировых рекордов скорости в парусном спорте.
  20. ^ Спектр, Питер Х. (2006). Дневник моряка 2007 г.. Доббс-Ферри, Нью-Йорк: Дом Шеридана. ISBN  1-57409-226-X. OCLC  173009383.
  21. ^ Дилл, Боб (март 2003 г.), «Дизайн парусной яхты для максимальной скорости» (PDF), 16-й симпозиум по парусным яхтам в Чесапике, Анаполис: SNAME
  22. ^ Смит, Дуг (январь – февраль 2004 г.). Парусный спорт на стальных осколках. Скаутинг. Бойскауты Америки, Inc., стр. 18–21.
  23. ^ а б Боб Дилл (13 июля 2003 г.). "Часто задаваемые вопросы". Североамериканская ассоциация парусного спорта. Получено 2010-08-25.
  24. ^ Рекорд был 126 миль в час (109 узлов; 203 км / ч) при ветре 30–50 миль в час (48–80 км / ч), см. Боб Дилл (5 апреля 2009 г.). «Отчет об измерениях попытки установить рекорд скорости, сделанной Ричардом Дженкинсом на яхте Greenbird 26 марта 2008 г.». Североамериканская ассоциация парусного спорта. Получено 2010-08-25.
  25. ^ Редакция (27 марта 2009 г.). «Ветряная машина побила рекорд». BBC New, Великобритания. Получено 2017-01-28.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  26. ^ а б c Гарретт, Росс (1996). Симметрия парусного спорта: физика парусного спорта для яхтсменов. Sheridan House, Inc. стр. 268. ISBN  9781574090000.
  27. ^ МакИвен, Томас (2006). Карманный справочник лодочника: ваш всеобъемлющий ресурс по лодкам и лодкам. Anchor Cove Publishing, Inc. стр. 182. ISBN  978-0-9774052-0-6.
  28. ^ Бэтчелор, Г. (1967), Введение в динамику жидкости, Cambridge University Press, стр. 14–15, ISBN  978-0-521-66396-0
  29. ^ Клаус Вельтнер Сравнение объяснений аэродинамической подъемной силы Являюсь. 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.

внешняя ссылка