Что будет происходить при увеличении высоты парусов ответ увеличится масса судна

Что будет происходить при увеличении высоты парусов ответ увеличится масса судна

Ответ:

Компании перевозят 90% товаров по всему миру с помощью морского транспорта, и хотя при определенных мерах это может быть лучше для окружающей среды, чем авиаперевозки, грузовые суда по-прежнему работают на ископаемом топливе, поэтому этой индустрии есть, куда расти. Логистическая компания Walleniusm Marine предложила идею принципиально нового судна — Oceanbird.

Грузовой корабль подойдет для транспортировки больших объемов груза только за счет энергии ветра. При этом размеры судна будут по-настоящему огромными. Мощности такого корабля хватит на перевозку 7000 автомобилей.

Основным источником энергии Oceanbird станут 80-метровые выдвижные паруса с компьютерным управлением. Автоматика будет высчитывать, как наиболее эффективно использовать энергию ветра. Вспомогательный двигатель на обычном топливе может использоваться в качестве резервного, а также для входа в гавань и выхода оттуда.

Максимальная скорость корабля будет достигать 10 узлов. На пересечение Атлантического океана ему понадобится около 12 дней. Обычное современное грузовое судно проходит этот маршрут быстрее — за 8 суток.

Для разработки дизайна Oceanbird, исследователи использовали лидар для отслеживания потока ветра над кораблями на высоте до 300 метров. Проанализировав результаты, полученные с 35 млн различных точек измерения, инженеры компании обнаружили, что скорость ветра меняется меньше, чем предполагалось.

Еще одно важное открытие заключалось в том, извлекать энергию ветра позволяют не только паруса, но и корма. Затем команда провела серию тестов, используя компьютерное моделирование и реальные испытания с масштабированными моделями. Авторы проекта хотели выяснить, при какой конструкции можно перевозить грузы через океан, используя исключительно силу ветра.

Примечательно, что новую технологию можно использовать не только в Oceanbird, который еще предстоит построить с нуля. Ветер подойдет и для привычных кораблей на ископаемом топливе, включая круизные лайнеры.

Придется подождать некоторое время, чтобы увидеть, как Oceanbird совершит свой первый рейс: дизайн корабля будет дорабатываться до конца 2021 года. Готовое к выходу в океан судно не появится раньше 2024 года. Кстати, это не единственный концепт крупного экологического транспорта — Airbus сейчас активно работает над новыми самолетами, которые будут использовать водородное топливо

Источник

Что будет происходить при увеличении высоты парусов ответ увеличится масса судна

УВЕЛИЧЕНИЕ ПЛОЩАДИ ПАРУСОВ

Современное вооружение типа бермудский шлюп очень эффективно при плавании острыми курсами и менее эффективно на полных курсах в легкие ветры. Часто для повышения ходовых качеств яхты увеличивают площадь парусов. Гоночные экипажи на полных курсах обычно дополняют большие спинакеры другими парусами, такими как блупер, для максимального увеличения скорости (см. с. 210). Яхтсмены, плавающие на крейсерских яхтах, постоянно спорят о необходимости использования спинакера. Противники спинакера считают, что требуемая установка специального оборудования для него значительно усложняет управление парусами и в особенности спинакером при усилении ветра. Однако капитану крейсерской яхты не следует отказываться от использования спинакера в слабый и умеренный ветры, если это позволяют его личный опыт и квалификация команды. Проведя определенные тренировки и научившись пользоваться парусом, экипаж не будет испытывать трудностей в управлении им. В более сильные ветры большинство крейсерских яхт, идя полными курсами под гротом и стакселем, будут иметь достаточно высокую скорость и отпадет необходимость подъема спинакера. Если вы не используете спинакер, то повысить скорость яхты в слабый ветер на попутных курсах можно несколькими способами, которые будут описаны ниже.

Спинакер крейсерской яхты ставят так же, как и спинакер швертбота (см. с. 112), хотя его размеры значительно больше, сделан он из более тяжелой ткани и требует более сложной системы управления. Техника обращения со спинакером на крейсерской яхте и на швертботе практически одинакова. Основные методы постановки спинакера, выполнения поворота фордевинд и спуска его с использованием обычной системы спинакер-гика показаны на с. 118.

Крейсерско-гоночные яхты на курсе бакштаг под спинакерами

Показана общая система для всех крейсерских яхт. Топенант и оттяжка спинакер-гика проведены в кокпит соответственно от мачты и через блок на баке

Предварительно необходимо убедиться, что спинакер уложен в мешок правильно (без перекручивания). Его поднимают прямо из мешка, который крепится к носовому релингу или, если у вас поставлен стаксель, к подветренной части носового релинга. Спинакер-фал закрепляют к фаловому углу, шкот и брас к каждому шкотовому углу, как это показано на рисунках. Шкот и брас проводят с внешней стороны такелажа через соответствующие блоки, находящиеся в корму от лебедок. При постановке спинакера брас (наветренный) и шкот (подветренный)растравлены. Удерживая яхту на курсе бакштаг при работающем стакселе, пристегните нок спинакер-гика к наветренному углу спинакера, а пятку вставьте в стакан на мачте. Поднимите внешний конец спинакер-гика, пользуясь топенантом спинакер-гика, пока он не придет в горизонтальное положение. Обтяните оттяжку спинакер-гика. Поставьте парус. Выбирайте фал, накинув один шлаг на лебедку. После постановки спинакера выберите брас и шкот и спустите стаксель.

Мешок со спинакером прикреплен к носовому релингу. Углы паруса с заведенными фалом, шкотом и брасом снаружи

Спинакер-гик поднят, но его не отводят от штага, пока ставят спинакер

Спинакер полностью поставлен, брас и шкот выбирают так, чтобы парус мог наполниться ветром

ПОВОРОТ ФОРДЕВИНД СО СПИНАКЕРОМ

Выбранный метод выполнения поворота фордевинд со спинакером зависит от типа оснастки спинакер-гика. Если яхта оснащена гиком с двумя одинаковыми клювами (т. е. он может быть закреплен у мачты любым концом), рекомендуется воспользоваться методом, описанным для швертботов на с. 118. Однако большинство крейсерских яхт оснащены системой, аналогичной показанной на предыдущей странице, когда топенант и оттяжка крепятся к внешнему концу спинакер-гика. В этом случае техника выполнения поворота фордевинд будет следующая. Отстегните гик от браса, используя тросик дистанционной отдачи карабина, и опустите внешний конец гика, потравив топенант так, чтобы он прошел „чисто» от штага, и переведите гик на другой борт. Пристегните спинакер-гик к брасу этого борта. Поднимите гик на нужную высоту, когда рулевой переложит грот, выполняя поворот фордевинд. Отрегулируйте топенант и оттяжку спинакер-гика, а также шкот и брас спинакера соответственно новому курсу.

Один член команды травит топенант, а другой переносит спинакер-гик с одного борта на другой

Матрос, находящийся на носовой палубе, пристегивает спинакер-гик к новому брасу

После поворота фордевинд спинакер-гик поднимают и бегучий такелаж спинакера регулируют

Когда натяжение спинакер-фала ослаблено, спинакер надо убрать под палубу как можно быстрее

Перед уборкой спинакера поставьте стаксель, чтобы спинакер не намотался на штаг. Затем рулевой должен положить яхту на курс бакштаг. Потравите брас так, чтобы спинакер-гик подошел к штагу. Один член команды затем отдает брас от паруса. Как только парус освободится, другой член команды, находящийся в районе рубки, должен втянуть за шкот подветренный шкотовый угол. Затем травят фал и собирают спинакер из-под грота в кокпит или каюту. Не следует травить фал слишком быстро, так как парус может лечь на воду.

Другой альтернативой будет использование специального спинакера без гика (спенкер). В отличие от обычного спинакера он асимметричен, его ставят на спинакер-фале и галсовый угол крепят к носовой оковке. Управлять спенкером значительно проще, чем обычным спинакером, так как не требуется использование гика и браса. Поставив этот парус, капитан крейсерской яхты обеспечит ей дополнительную тягу на попутных курсах, близких к бакштагу.

Постановка стакселя на спинакер-гике

Чтобы поставить стаксель на спинакер-гике, пристегните спинакер-гик к мачте и прикрепите к нему топенант и оттяжку. Закрепите стаксель-шкот на клюве гика. Поднимите гик на уровень шкотового угла и установите его под углом к ДП примерно 50°. Поставьте стаксель на „бабочку», потянув за шкот, и обтяните оттяжку и топенант спинакер-гика

Для управления спинакером без гика (спенкером) необходимо меньшее количество снастей. Парус настраивают, когда он наполнится ветром; его галсовый угол крепят к носовой оковке

Крейсерский кеч идет в легкий ветер курсом фордевинд. Площадь парусов увеличена постановкой двух стакселей на „бабочку» на двойном штаге

После поворота фордевинд яхта начала уходить в брочинг, возможно, в результате того, что гика-шкот перебран

При установке завал талей прикрепите их к ноку гика, желательно карабином. Проведите их вперед,обнеся снаружи зант, и заложите за носовую утку. Можно провести завал-тали через носовой клюз или блок и далее назад в кокпит, как показано на рисунке

Источник

Что будет происходить при увеличении высоты парусов ответ увеличится масса судна

Аэродинамика паруса

Парус является таким же движителем для яхты, как гребной винт для моторного судна. С его помощью энергия ветра преобразуется в силу тяги, движущую парусник. От того, насколько грамотно спроектировано парусное вооружение судна и насколько умело его экипаж использует средства для настройки и управления парусами, зависит коэффициент полезного действия парусов и, в конечном счете – скорость судна на любом курсе относительно ветра.
Современная теория косого паруса основывается на положениях аэродинамики крыла. Механика возникновения аэродинамических сил на парусе, изготовленном из ткани, в принципе аналогична таковой для жесткого профилированного крыла. Если рассматривать движение
яхты острыми курсами к ветру, то эффективность паруса как движителя зависит от тех же параметров, что и эффективность жесткого крыла в создании подъемной силы:
• площади поверхности паруса;
• профиля его поперечного сечения;
• угла установки паруса по отношению к набегающему на него потоку
воздуха (вымпельному ветру) и скорости ветра;
• аэродинамического удлинения и формы контура паруса.

В зависимости от величины этого угла курсы относительно ветра
имеют собственные наименования:

Левентик (фр. le vent) – положение, когда ветер по отношению
к судну дует практически точно спереди (в пределах от 10° правого
борта до 10° левого борта), он называется также встречным или
лобовым. Парусное судно идти против ветра не может, поэтому
«левентик» не является курсом, правильно говорить «положение
левентик».

Фордевинд (нидерл. voor de wind), или по ветру – курс, при котором
ветер направлен в корму судна, (в пределах от 170° правого борта до
170° левого борта). Про судно, идущее в фордевинд, говорят, что оно
«идет полным ветром». Угол между направлением ветра
и диаметральной плоскостью судна в этом случае около 180°.
Фордевинд – тот самый «попутный ветер», которого желают
морякам, хотя в парусном спорте этот курс отнюдь не самый
быстрый, как следовало бы ожидать, при движении яхты курсом
фордевинд стаксель закрывается гротом и работает не в полную
силу. Вследствие этого яхта рыскает и теряет скорость. Кроме того,
он требует от рулевого внимания и владения искусством управлять
дополнительными парусами (обычно это спинакер). Парус при этом
ставится перпендикулярно направлению ветра (бабочкой), тяга на нем
создается в основном благодаря прямому давлению ветра
в парус. Слабый ветер на этом курсе практически не ощущается, так
как скорость вымпельного ветра равна разности скорости истинного
ветра и скорости встречного потока воздуха.
Это самый жаркий курс.

Бакштаг (нидерл. bakstag) – курс, образующий с направлением ветра
угол больше 8, но меньше 16 румбов, то есть ветер по отношению
к кораблю дует сзади-сбоку. Выделяют курс полный бакштаг, при
котором угол превышает 135° градусов, то есть приближающийся
к фордевинду, и крутой бакштаг (менее 135°). Парус устанавливается
под углом к ветру. Обычно на этом курсе парусное судно развивает
наивысшую скорость. В бакштаг парус работает с большим углом
атаки, при котором давление ветра играет основную роль в создании
тяги паруса. Сила дрейфа практически отсутствует.

Слева: Фордевинд (нидерл. voor de wind),

Справа: Галфвинд (нидерл. halve wind), или полветра

Источник

Основные сведения из теории паруса

Не менее важное значение, чем сопротивление корпуса, имеет сила тяги, развиваемая парусами. Чтобы яснее представить себе работу парусов, познакомимся с основными понятиями теории паруса.

Мы уже говорили об основных силах, действующих на паруса яхты, идущей с попутным (курсом фордевинд) и со встречным ветром (курсом бейдевинд). Выяснили, что сила, действующая на паруса, может быть разложена на силу, которая вызывает крен и снос яхты под ветер,—силу дрейфа и силу тяги (см. рис. 2 и 3).

Теперь посмотрим, как определяется полная сила давления ветра на паруса я от чего зависят силы тяги и дрейфа.

Чтобы представить работу паруса на острых курсах, удобно вначале рассмотреть плоский парус (рис. 94), который испытывает давление ветра под определенным углом атаки. В этом случае за парусом образуются завихрения, на наветренной стороне его возникают силы давления, на подветренной — силы разрежения. Их результирующая R направлена примерно перпендикулярно к плоскости паруса. Для правильного понимания работы паруса ее удобно представить в виде равнодействующей двух составляющих сил: Х—направленной параллельно воздушному потоку (ветру) и Y—перпендикулярной ему.

Рис. 94. Силы, действующие на паруса яхты

Рис. 95. Зависимость сил тяги я дрейфа от подъемной силы и лобового сопротивления паруса

Сила X, направленная параллельно воздушному потоку, называется силой лобового сопротивления; она создается, кроме паруса, еще и корпусом, такелажем, рангоутом и экипажем яхты.

Сила Y, направленная перпендикулярно воздушному потоку, называется в аэродинамике подъемной силой. Именно она на острых курсах создает тягу в направлении движения яхты.

Если при том же лобовом сопротивлении паруса Х (рис. 95) подъемная сила увеличивается, например, до величины Y1, то, как показано на рисунке, равнодействующая подъемной силы и лобового сопротивления изменится на R и соответственно сила тяги Т увеличится до Т1.

Подобное построение позволяет легко убедиться, что с увеличением лобового сопротивления Х (при той же подъемной силе) тяга Т уменьшается.

Таким образом, есть два пути увеличения силы тяги, а следовательно, и скорости хода на острых курсах: увеличение подъемной силы паруса и уменьшение лобового сопротивления паруса и яхты.

В современном парусном спорте подъемную силу паруса увеличивают придавая ему вогнутую форму с некоторой «пузатостью» (рис. 96): размер от мачты до наиболее глубокого места «пуза» обычно составляет 0,3—0,4 ширины паруса, а глубина «пуза»—около 6—10% ширины. Подъемная сила такого паруса на 20—25% больше, чем совершенно плоского почти при том же лобовом сопротивлении. Правда, яхта с плоскими парусами идет чуть круче к ветру. Однако с «пузатыми» парусами скорость продвижения в лавировку больше благодаря большей тяге.

Рис. 96. Профиль паруса

Заметим, что у пузатых парусов увеличивается не только тяга, но и сила дрейфа, а значит, крен и дрейф яхт с пузатыми парусами больше, чем со сравнительно плоскими. Поэтому «пузатость» паруса больше 6—7% при сильном ветре невыгодна, так как увеличение крена и дрейфа приводит к значительному повышению сопротивления корпуса и снижению эффективности работы парусов, которые «съедают» эффект увеличения тяги. При слабых ветрах лучше тянут паруса с «пузом» 9—10%, так как из-за малого общего давления ветра на парус крен невелик.

Любой парус при углах атаки больше 15—20°, то есть при курсах яхты 40—50° к ветру и больше, позволяет уменьшить подъемную силу и увеличить лобовое сопротивление, поскольку на подветренной стороне образуются значительные завихрения. А так как основную часть подъемной силы создает плавное, без завихрений, обтекание подветренной стороны паруса, то уничтожение этих завихрений должно дать большой эффект.

Уничтожают завихрения, образующиеся за гротом, постановкой стакселя (рис. 97). Поток воздуха, попадающий в щель между гротом и стакселем, увеличивает свою скорость (так называемый эффект сопла) и при правильной регулировке стакселя «слизывает» вихри с грота.

Рис. 97. Работа стакселя

Профиль мягкого паруса трудно сохранить неизменным при различных углах атаки. Раньше на швертботах ставили сквозные латы, проходящие через весь парус, — их делали более тонкими в пределах «пуза» и более толстыми к задней шкаторине, где парус гораздо площе. Сейчас сквозные латы ставят главным образом на буерах и катамаранах, где особенно важно сохранить профиль и жесткость паруса при малых углах атаки, когда обычный парус уже полощет по передней шкаторине.

Если источником подъемной силы является только парус, то лобовое сопротивление создает все, что оказывается в потоке воздуха, обтекающем яхту. Поэтому улучшение тяговых свойств паруса может быть достигнуто также и за счет снижения лобового сопротивления корпуса яхты, рангоута, такелажа и экипажа. Для этой цели используют различного рода обтекатели на рангоуте и такелаже.

Величина лобового сопротивления паруса зависит от его очертаний. По законам аэродинамики лобовое сопротивление крыла самолета тем меньше, чем оно уже и длиннее при той же площади. Вот почему парус (по существу то же крыло, но поставленное вертикально) стараются делать высоким и узким. Это позволяет также использовать верховой ветер.

Лобовое сопротивление паруса в очень большой степени зависит от состояния его передней кромки. Передние шкаторины всех парусов должны быть туго обтянуты, чтобы не допускать возможности вибраций.

Необходимо упомянуть еще об одном весьма важном обстоятельстве — так называемой центровке парусов.

Из механики известно, что всякая сила определяется ее величиной, направлением и точкой приложения. До сих пор мы говорили только о величине и направлении сил, приложенных к парусу. Как мы увидим дальше, знание точек приложения имеет большое значение для понимания работы парусов.

Давление ветра распределяется по поверхности паруса неравномерно (большее давление испытывает его передняя часть), однако для упрощения сравнительных расчетов считают, что оно распределяется равномерно. Для приближенных расчетов равнодействующую силу давления ветра на паруса полагают приложенной к одной точке; за нее принимают центр тяжести поверхности парусов, когда они помещены в диаметральной плоскости яхты. Эту точку называют центром парусности (ЦП).

Остановимся на самом простом графическом способе определения положения ЦП (рис. 98). Вычерчивают парусность яхты в нужном масштабе. Затем на пересечении медиан — линий, соединяющих вершины треугольника с серединами противоположных сторон, — находят центр каждого паруса. Получив таким образом на чертеже центры О и O1 двух треугольников, составляющих грот и стаксель, проводят через эти центры две параллельные линии ОА и O1Б и на них откладывают в противоположных направлениях в любом, но одинаковом масштабе столько линейных единиц, сколько квадратных метров в треугольнике; от центра грота откладывают площадь стакселя, а от центра стакселя — площадь грота. Концевые точки А и В соединяют прямой АБ. Другой прямой — O1O соединяют центры треугольников. На пересечении прямых А Б и O1O будет находиться общий центр.

Рис. 98. Графический способ нахождения центра парусности

Как мы уже говорили, силе дрейфа (будем считать ее приложенной в центре парусности) противодействует сила бокового сопротивления корпуса яхты. Силу бокового сопротивления считают приложенной в центре бокового сопротивления (ЦБС). Центром бокового сопротивления называется центр тяжести проекции подводной части яхты на диаметральную плоскость.

Центр бокового сопротивления можно найти, вырезав контур подводной части яхты из плотной бумаги и поместив эту модель на лезвие ножа. Когда модель уравновесится, легко нажимают на нее, затем поворачивают на 90° и снова уравновешивают. Пересечение этих линий дает нам центр бокового сопротивления.

Когда яхта идет без крена, ЦП должен лежать на одной вертикальной прямой с ЦБС (рис. 99). Если ЦП лежит впереди ЦБС (рис. 99, б), то сила дрейфа, смещенная вперед относительно силы бокового сопротивления, поворачивает нос судна под ветер — яхта уваливается. Если ЦП окажется позади ЦБС, яхта станет поворачиваться носом к ветру, или приводиться (рис. 99, в).

Рис. 99. Центровка яхты

И чрезмерное приведение к ветру, и в особенности уваливание (неправильная центровка) вредны для хода яхты, так как заставляют рулевого все время работать рулем, чтобы сохранить прямолинейность движения, а это увеличивает сопротивление корпуса и снижает скорость судна. Кроме того, неправильная центровка приводит к ухудшению управляемости, а в некоторых случаях — к ее полной потере.

Если мы отцентруем яхту так, как показано на рис. 99, а, то есть ЦП и ЦБС окажутся на одной вертикали, то судно будет очень сильно приводиться и управлять им станет весьма трудно. В чем дело? Здесь две главные причины. Во-первых, истинное расположение ЦП и ЦБС не совпадает с теоретическим (оба центра сдвинуты вперед, но неодинаково).

Во-вторых, и это главное, при крене сила тяги парусов и сила продольного сопротивления корпуса оказываются лежащими в разных вертикальных плоскостях (рис. 100), получается как бы рычаг, заставляющий яхту приводиться. Чем больше крен, тем больше склонность судна приводиться.

Чтобы ликвидировать такое приведение, ЦП помещают впереди ЦБС. Возникающий с креном момент силы тяги и продольного сопротивления, заставляющий яхту приводиться, компенсируется улавливающим моментом сил дрейфа и бокового сопротивления при переднем расположении ЦП. Для хорошей центровки приходится ЦП помещать впереди ЦБС на расстоянии, равном 10—18% длины яхты по ватерлинии. Чем менее остойчива яхта и чем выше поднят ЦП над ЦБС, тем больше в нос надо его передвигать.

Чтобы яхта имела хороший ход, ее надо отцентровать, то есть поставить ЦП и ЦБС в такое положение, при котором судно на курсе бейдевинд в слабый ветер было полностью уравновешено парусами, иными словами — было устойчиво на курсе с брошенным или закрепленным в ДП рулем (допускается легкая склонность к уваливанию при совсем слабом ветре), а при более сильном ветре имело склонность приводиться. Каждый рулевой должен уметь правильно центровать яхту. На большинстве яхт склонность приводиться увеличивается, если перебраны задние паруса и потравлены передние. Если же перебраны передние и перетравлены задние паруса, судно будет уваливаться. При увеличении «пузатости» грота, а также плохо стоящих парусах яхта склонна приводиться в большей степени.

Рис. 100. Влияние крена на приведение яхты к ветру

Если яхта слишком приводится, следует перенести вперед ЦП или сместить назад ЦБС.

Чтобы сдвинуть назад ЦБС, можно:
— положить руль под ветер;
— подобрать шверт, особенно если он длинный и узкий—так называемый мечевидный;
— перенести шверт или плавник назад;
— дать дифферент на корму. Если яхта слишком уваливает, надо перенести вперед ЦБС или назад ЦП. Для этого выполняют операции, обратные указанным.

Каждый рулевой должен помнить, что центровка яхты очень важна для увеличения скорости хода и безопасности. плавания.

Источник