Парусный катамаран - 2
Текст доведен до более-менее читабельного состояния.
Поговорим о том, почему у классического паруса очень низкое аэродинамическое качество.
Кстати, закономерный вопрос, а почему я решил, что качество низкое?
Вернемся к примеру с тележкой на рельсовом пути. Если ветер дует по диагонали, сбоку спереди, то тележка, в общем случае, может ехать вперед. Зависит от угла между ветром и релсовым путем. Угол, где наступает безразличное равновесие задается формулой: тангенс угла = 1/К.
Вот так выглядит полярная диаграмма катамарана PDQ32 http://www.multihull-maven.com/Boats/PDQ_32_Altair_Classic
from http://sail-delmarva.blogspot.com.au/2010/06/speed-polars.html
Круче 30 градусов к ветру PDQ32 идти не может. Значит, общее аэро / гидродинамическое качество данной конструкции ~ 2. Какие бы неудачные рули / шверты на этот катамаран ни ставили, чтобы получить на низких скоростях (где лобовое сопротивление корпуса в водоизмещающем режиме мало) столь низкое качество, без "заслуг" паруса не обойтись.
Мягкий парус имеет тенденцию скручиваться по высоте. Как его ни натягивай, такое неизбежно происходит в силу геометрии конструкции. Называется "твист" паруса. В яхтенных руководствах отмечается, что твист полезен, так как на разной высоте разная скорость ветра. Нужно только правильно этот твист отрегулировать.
Экспериментальные данные по силе ветра в диапазоне 2м ... 11м над поверхностью воды для случая умеренного ветра (около 10 м/с) http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/734670.pdf
Вывод. Для катамарана, движущегося с разумной скоростью (приблизительно со скоростью, равной по модулю скорости ветра), оптимальный твист потребуется всего в 3 градуса.
Выводы.
1) Мягкие паруса чудовищно прекручиваются.
2) Надо ставить жесткий / полужесткий парус крыло без каких-либо регулировок по твисту. В случае полужестких парусов, у которых, благодаря "объемной" передней кромке ОЧЕНЬ плавное изменение всех характеристик по углу атаки, точность 3 гадуса ни на что ни влияет.
Занятный аэродинамический факт. Если жесткий парус может свободно вращаться и становиться во флюгерный режим, то его лобовое сопротивление существенно меньше, чем сопротивление голой мачты "классического" паруса. Другими словами. Если катамаран с жестким парусом попал в ураган, не нужно заморачиваться с вопросом, как этот жесткий парус спустить и идти дальше под голым рангоутом или маленьким штормовым парусом. Никакого вреда от огромного жесткого паруса не будет, пусть на месте остается.
Профиль NACA 4421 http://www.worldofkrauss.com/foils/1693
выбран для иллюстрации из-за своей большой толщины (21%)
Маленький кружок, это - я пририсовал сечение цилиндра (диаметром 0,025), имеющего ТАКОЕ ЖЕ лобовое сопротивление, как профиль крыла на картинке.
Еще занятный аэродинамический факт.
На набольших углах атаки, а именно они и типичны для работы паруса скоростного катамарана, симметричный аэродинамический профиль ничем не отличается от асимметричного.
Но, если хочется, все-таки, на полужестком парусе регулировать его кривизну, то это можно сделать невероятно простым способом.
Соответсвующую картинку я лучше запихну в отдельный post.
Та хитрая механика, которую предложил Omer в своем "omerwingsail", она совершенно избыточна.
Устойчивость на курсе.
Есть общий принцип. Устойчивая штуковина, это - когда центр тяжести расположен перед боковым фокусом давления. Сделать наоборот, это - неизбежно некие проблемы вылезут. Крайне сложно заставить стрелу лететь оперением вперед :-)))
В случае маленького катамарана вес экипажа ~ весу остальной конструкции.
Сажаем экипаж почти посередине катамарана, с небольшим сдвигом в корму (чтобы скомпенсировать привычку катамаранов переворачиваться через нос).
Гидродинамический центр всех килей/швертов должен быть сдвинут в корму от экипажа. Центр парусности расположен приблизительно над гидродинамическим центром. Получаем, что экипаж сидит ПЕРЕД мачтой.
У нас все уехало назад, и мы не можем расположить руль за швертом - слишком маленькое плечо. ОК. Убираем шверт до упора в корму, а небольшой руль переносим на нос поплавка катамарана. В аэродинамике эта схема называется уткой. Поворотной должна быть именно передняя часть, потому как перед нами задача: уменьшить угол атаки самих поплавков. В идеале, поплавки, вообще, не должны создавать боковых усилий: у поплавков слишком высокое индуктивно сопротивление (aka низкое гидродинамическое качество).
А теперь рисуем пару вариантов катамаранов, удовлетворяющих этим теоретическим требованиям.
Проект 1.
Варианты парусов под аэродинамическое управление углом атаки.
Проект 2.
На палубе катамарана круговой рельс (как погон у артиллерийских башен), на нем вращается тренога: мачта + 2 стойки. Стйки по высоте доходят ~ до середины мачты. Парус крепится передней кромкой к мачте и, в свою очередь, может вращаться вокруг мачты.
Конструкимвно надо добиться того, чтобы на "основных" режимах работы паруса, парус прижимался всей нижней кромкой к палубе. Для того, чтобы исключить перетекание воздуха вокруг нижней кромки. Грубо говоря, это приблизительно в 2 раза увеличит эффективное удлинение паруса.
Поговорим о том, почему у классического паруса очень низкое аэродинамическое качество.
Кстати, закономерный вопрос, а почему я решил, что качество низкое?
Вернемся к примеру с тележкой на рельсовом пути. Если ветер дует по диагонали, сбоку спереди, то тележка, в общем случае, может ехать вперед. Зависит от угла между ветром и релсовым путем. Угол, где наступает безразличное равновесие задается формулой: тангенс угла = 1/К.
Вот так выглядит полярная диаграмма катамарана PDQ32 http://www.multihull-maven.com/Boats/PDQ_32_Altair_Classic
from http://sail-delmarva.blogspot.com.au/2010/06/speed-polars.html
Круче 30 градусов к ветру PDQ32 идти не может. Значит, общее аэро / гидродинамическое качество данной конструкции ~ 2. Какие бы неудачные рули / шверты на этот катамаран ни ставили, чтобы получить на низких скоростях (где лобовое сопротивление корпуса в водоизмещающем режиме мало) столь низкое качество, без "заслуг" паруса не обойтись.
Мягкий парус имеет тенденцию скручиваться по высоте. Как его ни натягивай, такое неизбежно происходит в силу геометрии конструкции. Называется "твист" паруса. В яхтенных руководствах отмечается, что твист полезен, так как на разной высоте разная скорость ветра. Нужно только правильно этот твист отрегулировать.
Экспериментальные данные по силе ветра в диапазоне 2м ... 11м над поверхностью воды для случая умеренного ветра (около 10 м/с) http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/734670.pdf
Вывод. Для катамарана, движущегося с разумной скоростью (приблизительно со скоростью, равной по модулю скорости ветра), оптимальный твист потребуется всего в 3 градуса.
Выводы.
1) Мягкие паруса чудовищно прекручиваются.
2) Надо ставить жесткий / полужесткий парус крыло без каких-либо регулировок по твисту. В случае полужестких парусов, у которых, благодаря "объемной" передней кромке ОЧЕНЬ плавное изменение всех характеристик по углу атаки, точность 3 гадуса ни на что ни влияет.
Занятный аэродинамический факт. Если жесткий парус может свободно вращаться и становиться во флюгерный режим, то его лобовое сопротивление существенно меньше, чем сопротивление голой мачты "классического" паруса. Другими словами. Если катамаран с жестким парусом попал в ураган, не нужно заморачиваться с вопросом, как этот жесткий парус спустить и идти дальше под голым рангоутом или маленьким штормовым парусом. Никакого вреда от огромного жесткого паруса не будет, пусть на месте остается.
Профиль NACA 4421 http://www.worldofkrauss.com/foils/1693
выбран для иллюстрации из-за своей большой толщины (21%)
Маленький кружок, это - я пририсовал сечение цилиндра (диаметром 0,025), имеющего ТАКОЕ ЖЕ лобовое сопротивление, как профиль крыла на картинке.
Еще занятный аэродинамический факт.
На набольших углах атаки, а именно они и типичны для работы паруса скоростного катамарана, симметричный аэродинамический профиль ничем не отличается от асимметричного.
Но, если хочется, все-таки, на полужестком парусе регулировать его кривизну, то это можно сделать невероятно простым способом.
Соответсвующую картинку я лучше запихну в отдельный post.
Та хитрая механика, которую предложил Omer в своем "omerwingsail", она совершенно избыточна.
Устойчивость на курсе.
Есть общий принцип. Устойчивая штуковина, это - когда центр тяжести расположен перед боковым фокусом давления. Сделать наоборот, это - неизбежно некие проблемы вылезут. Крайне сложно заставить стрелу лететь оперением вперед :-)))
В случае маленького катамарана вес экипажа ~ весу остальной конструкции.
Сажаем экипаж почти посередине катамарана, с небольшим сдвигом в корму (чтобы скомпенсировать привычку катамаранов переворачиваться через нос).
Гидродинамический центр всех килей/швертов должен быть сдвинут в корму от экипажа. Центр парусности расположен приблизительно над гидродинамическим центром. Получаем, что экипаж сидит ПЕРЕД мачтой.
У нас все уехало назад, и мы не можем расположить руль за швертом - слишком маленькое плечо. ОК. Убираем шверт до упора в корму, а небольшой руль переносим на нос поплавка катамарана. В аэродинамике эта схема называется уткой. Поворотной должна быть именно передняя часть, потому как перед нами задача: уменьшить угол атаки самих поплавков. В идеале, поплавки, вообще, не должны создавать боковых усилий: у поплавков слишком высокое индуктивно сопротивление (aka низкое гидродинамическое качество).
А теперь рисуем пару вариантов катамаранов, удовлетворяющих этим теоретическим требованиям.
Проект 1.
Варианты парусов под аэродинамическое управление углом атаки.
Проект 2.
На палубе катамарана круговой рельс (как погон у артиллерийских башен), на нем вращается тренога: мачта + 2 стойки. Стйки по высоте доходят ~ до середины мачты. Парус крепится передней кромкой к мачте и, в свою очередь, может вращаться вокруг мачты.
Конструкимвно надо добиться того, чтобы на "основных" режимах работы паруса, парус прижимался всей нижней кромкой к палубе. Для того, чтобы исключить перетекание воздуха вокруг нижней кромки. Грубо говоря, это приблизительно в 2 раза увеличит эффективное удлинение паруса.