Паруса для лодок
В свете сказанного парус Антеро Катайнена уже не выглядит примитивно простым: его устройство в чистом виде воспроизводит систему паруса и подводного крыла.
Крыльевая теория дает более полное представление о принципе работы парусного вооружения. Поток воздуха, обтекая под углом атаки а парус (рис. 4), рассматриваемый как поставленное вертикально крыло, притормаживается у его вогнутой стороны и образует здесь зону повышенного давления. Огибая выпуклую сторону паруса, поток, наоборот, разгоняется до больших скоростей и разрежается. Разность давлений создает суммарную силу Р, приложенную в ЦП и направленную перпендикулярно хорде AB (сила трения воздуха о парус немного отклоняет ее в сторону задней шкаторины).
Рис. 4. Схема сил, действующих на парус-крыло
Равнодействующую Р в аэродинамике крыла принято раскладывать на силу лобового сопротивления X, направленную вдоль воздушного потока, и подъемную силу У перпендикулярную ему:
где ρа = 0,125 — плотность воздуха кг·с2/м4; S — площадь паруса, м2; W — скорость вымпельного ветра, м/с; Сх, Сy — соответственно коэффициенты лобового сопротивления и подъемной силы, зависящие от угла атаки и формы паруса.
Поясним эти формулы. Сложная размерность для плотности воздуха получена в результате деления объемной плотности (кг/м3) на постоянную ускорения (м/с2). Вымпельный ветер отличается от истинного, дующего относительно неподвижного предмета, на величину скорости движения лодки. На попутных курсах скорость вымпельного ветра меньше истинного (лодка убегает от ветра), на острых курсах, напротив, вымпельный ветер сильнее истинного.
Эффективность паруса, рассматриваемого как крыло, определяется его аэродинамическим качеством к, выражающимся отношением подъемной силы У к сопротивлению X, или в безразмерной форме к = Сy/Сx; к характеризует способность парусного судна ходить круто к ветру.
С увеличением угла атаки а, под которым парус встречает ветер, сила лобового сопротивления возрастает и достигает максимума при а = 90°. В данном случае ветер дует в корму судна, что соответствует курсу фордевинд, а подъемная сила равна нулю. При переходе на более острые к ветру курсы лобовое сопротивление паруса убывает, подъемная сила возрастает и при некотором значении угла атаки достигает максимума. Соответствующий курсовой угол будет характеризовать лавировочные качества лодки, а отношение коэффициентов Cy и Сx — качество ее паруса.
График зависимости коэффициентов Сy и Сx от угла атаки называется полярой паруса (рис. 5). Характер поляры определяется в основном профилем паруса, который принято называть «пузом», и его конфигурацией в плане.
Рис. 5. Поляры бермудских парусов и выбор оптимального угла установки паруса:
1 — пузо 5%; 2 — пузо 14%
С увеличением «пуза» подъемная сила паруса возрастает, но одновременно увеличивается и его сопротивление. Следовательно, «пузо» паруса не должно быть чрезмерно большим. Обычно его величина, вычисляемая в процентах от хорды паруса, выдерживается в пределах 7—14%.
Подъемная сила создается в основном передней третью паруса, поэтому на острых курсах лучше работают узкие паруса (паруса с большим удлинением λ=ln2/S, где ln —длина передней шкаторины), а на попутных — широкие (сравните конфигурацию прямых парусов, которыми вооружались большие парусные корабли, ходившие по линиям постоянно дующих попутных ветров, и современных гоночных яхт, рассчитанных на максимальные лавировочные качества).
Страницы: 1 2 3 4