Не могу понять, почему парусник не плывёт...---...
Здравствуйте.
На рисунке - октаэдр из трёх осей и и двенадцати стяжек-вантов.
Одна из осей играет роль мачты, другая - роль гика, установленного вдоль корпуса. На них натянут треугольный парус и предполагается, что часть этого же паруса, находящаяся под водой, будет играть роль киля.
Теоретически, на схеме, эта конструкция должна быть способна плыть в бейдевинд.
Практически изготовленная модель движется только полными курсами, не вытягивая даже халфвинд. Испытана в ванне, в роли ветра использован фен, вместо руля был приклеен вверх ногами пластиковый российский флажок (из политкорректности на фотографии не показан).
Вопрос к знатокам теории паруса: почему затея не сработала?
Есть такая штука, как аэрогидродинамическое качество. В общем случае это отношение “полезных” сил к “вредным”. Именно от гидродинамического качества системы корпус-киль-руль, и от аэродинамического качества системы парус-рангоут-такелаж зависит угол лавировки. Вот и делайте выводы, почему Ваш октаэдр не поехал против ветра.
Если по практике, надо значительно увеличить размер всего агрегата, снизить его вес, и подобрать материал паруса. Для малыша могу посоветовать отказаться от всех растяжек, заменить палки на карбоновые пруточки, увеличить диаметр поплавков,а главное - взять для паруса самую тонкую плёнку, что сможете найти. Рекомендую рукав для запекания или обёртку для учебников.
Если по практике, надо значительно увеличить размер всего агрегата, снизить его вес, и подобрать материал паруса.
Полагаете, использование подводной части паруса в качестве киля на полном размере всё же прокатит? Я что-то после неудачных испытаний уже сам засомневался… И главное, нигде не могу найти никакой информации о “мягких” килях из парусины. Такое ощущение, будто я первый, кому идея натяжного киля пришла в голову. Но это ведь не так?..
Киль конечно великоват, но смысл самого проекта лишь в его осуществимости. Типа поедет или не поедет, выдающихся ходовых качеств ожидать безсмысленно. Если начать менять что-то, то за килем поплавки пойдут, потом гик на парус и т.д. В общем гравицапа переродится в многокорпусник, притом тоже не очень удачный.
Про мягкий киль я тоже искал, и тоже безрезультатно. Выигрыш от него может появиться в штиль на околонулевых скоростях. Классический киль там работает на огромных углах атаки и дрейф парусника не позволяет идти круто к ветру.
Не могу понять, почему парусник не плывёт…—…
Потому что это не парусное судно,а медуза “португальский военный кораблик.”
Скорлупка от грецкого ореха с мачтой-спичкой покажет лучшие лавировочные качества.
… И главное, нигде не могу найти никакой информации о “мягких” килях из парусины. Такое ощущение, будто я первый, кому идея натяжного киля пришла в голову. Но это ведь не так?..
У рыбаков есть такая снасть, называется “кораблик”. В бейдевинд (и даже в галфвинд(халфвинд) 😃 ) не видел,чтобы ходила, но бакштагом - держится. Только они ветер не пользуют. Только течение. У вас профиль киля обратный парусному.
Эта штука и не должна идти а бейдевинд. К сожалению…
Для того, чтобы парусник пошел в бейдевинд, должны быть созданы условия для определенного взаимодействия ДВУХ систем сил. Удобнее всего эти две системы рассматривать на примере килевой парусной яхты.
Первая система: корпус яхты и парус и действует в воздушной среде.
Вторая система: корпус яхты и киль и действует в водной среде.
В данном случае то, что называют “киль”, правильнее называть “плавник”.
Как вы заметили, звеном, связывающим эти две системы, является корпус.
Рассматриваем случай, когда яхта идет острым курсом (в бейдевинд), например 20 градусов к ветру (т.н. угол лавировки).
При этом ДП будет находиться под углом градусов 15-17 к ветру. Разница между углом лавировки и углом, под которым находится корпус называется углом дрейфа.
Средний угол отклонения паруса от ДП будет градусов 10-20.
Это относится к яхтам, которые обладают вполне приличными ходовыми качествами.
Если качество парусов, корпуса и плавника - так себе, или яхта построена по проекту кондитера, то угол лавировки будет больше или намного больше (вплоть до 90 градусов). Угол дрейфа тоже значительно увеличится.
Я думаю, что раз уж вы занимаетесь экспериментами с новыми типами парусных судов, то ничего нового для вас я тут не написал. И все же продолжим, если вам интересно.
В первой системе сил происходит вот что: под воздействием ветра на парусе возникает сила, направленная перпендикулярно его плоскости (для упрощения принимаем, что парус не имеет профиля). Поскольку парус не летает по ветру сам по себе, а через стоячий и бегучий такелаж “прикреплен” к корпусу, эта сила передается на корпус, где и раскладывается на две составляющие: перпендикулярную к ДП силу дрейфа и параллельную ДП - силу тяги. Поскольку на курсе бейдевинд парус установлен под небольшим углом к ДП, сила дрейфа в несколько раз превышает силу тяги!
Если в качестве корпуса использовать (гипотетически, конечно) нечто шарообразное, имеющее одинаковое сопротивление движению во всех направлениях, то такой корпус поплывет, естественно, в ту сторону, в которую действует бОльшая сила, т.е. почти перпендикулярно ДП. Для того, чтобы этого не происходило, корпуса парусников строят так, чтобы боковое сопротивление намного превышало лобовое. Этой же цели служит и плавник. Но у плавника есть еще одно предназначение, об чем читайте дальше.
Ну, а сила тяги, хоть и существенно меньшая, чем сила дрейфа, все равно таки есть, и таки немножко тянет кораблик вперед!
И вот тут мы переходим ко второй системе сил: корпус-плавник.
Помним, что на корпус действуют две силы - дрейфа и тяги. С силой дрейфа (и с тем, что ей противодействует) мы частично разобрались. Вспоминаем, что яхта идет с небольшим (3-5 градусов) углом дрейфа. Это значит, что плавник (хорошо обтекаемая штуковина, имеющая большую площадь), находится в набегающем потоке под некоторым углом атаки и на нем возникает сила, направленная перпендикулярно плоскости плавника. Она, в свою очередь, тоже раскладывается на две составляющие: подъемную силу, направленную поперек ДП и противоположную силе дрейфа, и силу сопротивления, параллельную ДП и противоположную силе тяги.
И вот резюме:
- Чтобы парусник шел вперед, сила тяги должна быть больше силы сопротивления.
- Чтобы парусник набирал высоту (подымался против ветра), подъемная сила должна быть больше силы дрейфа.
В вашей конструкции не соблюдены условия, при которых на нужных поверхностях (парус и плавник) возникали бы силы необходимых величин и направлений.