Читайте также:
|
Ветер, дующий над поверхностью воды со скоростью U – поток воздуха, обладающий на единицу объема массой 
, количеством движения 
и кинетической энергией 
. За время t через нормальную ветру площадку площадью S переносится масса воздуха 
, количество движения 
и энергия 
. На границе раздела двух сред – воды и воздуха количество движения и энергия ветра частично передаются воде; это обычный процесс волнообразования. Если на поверхности воды плавает какое-либо тело, то оно вызывает дополнительную передачу энергии от ветра к воде. Ветер гонит его по воде, вода оказывает сопротивление его движению, энергия ветра затрачивается на преодоление этого сопротивления и, в конечном счете, на нагрев воды.
Плавающее тело может двигаться в любом направлении к ветру; здесь существенно, что оно собой представляет и как использует энергию ветра. Парусные суда не могут идти против ветра, но ветроходы, на которых установлен ветродвигатель, передающий энергию ветра на гребной винт, идут и против него.
Сила и направление ветра, действующего на движущийся объект (вымпельного), отличаются от силы и направления ветра, действующего на неподвижный объект (истинного). Судно, идущее со скоростью 
под углом 
к истинному ветру, имеющему скорость 
, обдувается вымпельным ветром со скоростью 
под углом 
. Выполняется соотношение 
, геометрическим образом которого является треугольник скоростей (рис.4). Элементы этого треугольника связаны по теореме синусов соотношениями
(1)
Парусное судно создает ветровую тень; она перемещается вместе с судном, поэтому взаимодействие судна и ветра надо рассматривать в движущейся связанной с судном системе координат; ось X ориентируем по вымпельному ветру. В такой координатной системе судно неподвижно, а вода набегает на него со скоростью –V.
Парусное судно взаимодействует с двумя потоками: воды и ветра. Двигаясь со скоростью V относительно воды и преодолевая сопротивление R, судно затрачивает на свое движение мощность 
.Со стороны воздушного потока на судно воздействует аэродинамическая сила 
, ориентированная под некоторым углом к ветру. Мощность, затрачиваемая ветром при обтекании судна, равна 
, где 
- лобовое сопротивление, т.е. проекция силы на направление ветра. Отношение мощностей, затрачиваемых судном на свое движение, и расходуемой ветром, определяется как коэффициент полезного действия парусного судна
. (2)
КПД судна проще всего оценить для курса фордевинд. Тогда 
, 
, 
и составляет примерно 0,5. Скорость хода на фордевинде 
Движение парусного судна в целом определяется воздействием ветра на его паруса и воды на его корпус. Схема сил, действующих на судно, показана на рис.5. Аэродинамическая сила 
при установившемся движении судна уравновешена гидродинамической силой 
. Последняя может быть разложена на две составляющие: силу сопротивления R и силу бокового сопротивления 
, противодействующую боковому дрейфу судна. От ношение 
известно как гидродинамическое качество судна, угол 
.
Отношение составляющих силы 
известно как аэродинамическое качество судна; угол 
. Силу можно разложить и иначе: на параллельную движению судна силу тяги 
и нормальную ему силу дрейфа 
. Выполняются условия 
и 
, 
. Из рассмотрения схемы сил следует, что
(3)
В теории парусного судна это соотношение известно как теорема курсов.
Силы и 
уравновешены, но они приложены к разным частям судна – надводной и подводной; между точками их приложения имеется некоторое расстояние, из-за чего возникает момент данной пары сил 
. Этот момент имеет составляющие, действующие в вертикальной и в горизонтальной плоскостях. Первая из них вызывает крен и дифферент судна; ей противостоят его поперечная и продольная остойчивости, моменты которых возникают при смещении из-за крена и дифферента центра плавучести судна относительно его центра тяжести. Второй составляющей момента противостоят моменты поперечных сил, возникающих на подводной части судна при отклонении руля. Чтобы судно не лежало на руле, конструктивными мерами стараются добиться, чтобы горизонтальная составляющая момента была равна нулю; это называется центровкой судна.
Углы 
и 
определяются ориентацией действующей на судно со стороны ветра силы . Это означает, что как аэродинамическое, так и гидродинамическое качества судна непостоянны и зависят от курса. Принципиальное значение имеют наибольшие значения 
и 
или, что то же самое, наименьшие значения 
и , определяющие скоростные и лавировочные качества судна. Если предположить, что хотя бы гидродинамически судно идеально, т.е. не испытывает сопротивления воды своему движению (
), то на острых курсах достигается значение 
. Существует способ реализации такой ситуации и экспериментального определения угла 
Дата добавления: 2015-09-10; просмотров: 64 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |