Статья из Технической Энциклопедии 1927-34 г.г.. Парусность. Часть 1

ПАРУСНОСТЬ, совокупность и система сшитых из полотнищ парусины мягких поверхностей--парусов, служащая д в и ж и т е л ем парусного судна, т. е. аппаратом, воспринимающим и передающим корпусу судна силу ветра для приведения такого судна в движение. Паруса, рангоут и такелаж составляют парусное воорушеение (см.) судна. Система парусов зависит от типа парусного судна (см.).

В целях упрощения изучения теории П. полагают, что действие ветра на парусное вооружение, состоящее из ряда парусов площадью Si с ц. т. их, расположенными в точках xi, yi, может быть заменено равносильным действием ветра на теоретич. парус, площадь к-рого

- и ц. т. к-рого расположен в точке с координатами:

До последнего времени теория действия ветра на теоретический парус базировалась на исследованиях Ньютона, рассматривавшего это действие как совокупность параллельных ударов независимых друг от друга частиц воздуха о подветренную часть паруса. Это позволяло вести расчет практич. П. при помощи элементарных ф-л теоретич. механики и давало легкий переход от суммарной П. (теоретич. паруса) к отдельным парусам. Действие силы ветра согласно этой теории сводится к его давлению при нормальном направлении, равному

где

--вес 1 м3 воздуха, g--ускорение силы тяжести, S--площадь всех парусов, v--относительная скорость ветра; коэф. с =2-4. Если ветер образует с поверхностью паруса угол

, то по этой теории

Однако опытные исследования последнего времени показали, что коэф-т с = 1,2- 1,4 и зависит от формы и отношения размеров паруса. Многолетняя практика парусного флота указывает, что самый покрой паруса, зависящий от искусства мастера и дающий парусу при наполнении ветром определенную выпуклость (пузо), имеет большое значение. Правильно сшитый парус хорошо наполняется и держит ветер, давая большой ход, в то время как плохо сшитый висит доской и при той же поверхности дает меньший ход. Всего этого приведенная ф-ла не учитывает. Кроме того исследования показали, что

Наконец ц е н т р д а в л е н и я ветра, т. е. точка приложения его силы действия, совпадающая по теории Ньютона с центром парусности, в действительности меняет свое положение в зависимости от угла между направлением ветра и поверхностью паруса (угла встречи). Эти результаты привели к заключению, что отдельные частицы воздуха в своем движении связаны друг с другом, образуя струи, которые можно обнаружить на некотором расстоянии от паруса. Парус, находясь в потоке воздуха, подвергается действию струй со всех сторон. Обтекание ветром краев паруса, в особенности при малых углах встречи, часто вызывает вихри, влиянием которых пренебрегать нельзя. Современные теории П., не отрицая значения главных аргументов, влияющих на силу действия ветра, установленных Ньютоном, вносят существенные коррективы в коэф-ты конечных формул, вывод к-рых базируется на ур-ии движения жидкости Эйлера и ур-ии давлений Бернулли. Однако результаты приложения этих ур-ий к совершенной и несжимаемой жидкости, дающие близкие к действительности результаты для перпендикулярной к плоскости паруса слагающей движущей силы, дают совершенно неверную величину для направленной по парусу слагающей силы сопротивления ветру. Последняя = 0, т. к. в выводах не учитываются силы трения, которыми нельзя пренебрегать, в особенности в местах резкого изменения давления и скорости на поверхности и у кромок паруса, и которые вызывают вихревые движения воздуха, бесполезно поглощающие значительные количества энергии ветра. Т. к. кроме этого теоретич. выводы, давая общую картину явлений, страдают неточностями, зависящими от ряда допущений и условностей, вводимых при рассмотрении вопроса, то наиболее надежные основания для расчетов, как и в случае сопротивления воды, получаются путем обработки результатов испытания моделей в аэродинамич. трубе.

В целях сравнения между собой различных испытаний, результаты последних изображаются зависимостями между величинами нулевого измерения, что делает их постоянными для любой модели и скорости при испытаниях. Если R есть результирующая сила действия ветра на парус (фиг. 1), то ее величина м. б. выражена ф-лой Ньютона:

где С--уже переменный, эмпирически определяемый коэф-т, получаемый из опыта, a F--площадь (пластины паруса). Величина

называется подпорным давлением и в теории П. (пренебрегая изменениями

от давления

и t воздуха и беря значения

при нормальных условиях: 760 мм давления и t=10 град.) можно считать

= 1,25 кг/м3; тогда

Физич. коэф.

--давление ветра на парус площадью F = 1 м2 при скорости ветра v =4 м/ск определяется из опыта.

Обычно определяют величины движущей силы А и силы сопротивления W, выражая их через коэф-ты Са и Cw:

Зная Са и Cw, можно найти R и угол этой силы с направлением ветра. Положение точки приложения силы R (центра давления ) определяется из ур-ия моментов (фиг. 1)

Коэф-ты

, Са, Cw и Ст зависят: от угла встречи а, соотношения сторон паруса, его выпуклости и формы. Эти зависимости исследованы эмпирически (Croseck, Eiffel) для твердых пластин, имеющих размеры и форму паруса.

Фиг. 2 дает зависимость Са= f1(a) для симметрич. профиля каплеобразной формы, полученную в результате аэродинамич. испытаний.

На фиг. 3 дана функция Cw = f2(a),

на фиг. 4--Ст = f3(а)

и на фиг. 5-- l/t=f4 (а), при этом

Обычно результаты аэродинамич. измерений при испытаниях наносятся в форме

, тогда каждой точке этой кривой (фиг. 6) будет отвечать определенный угол встречи а, к-рый и обозначается при этой точке; при этом масштаб Cw берется в 5 раз больше масштаба Са. Для использования в теории П. таких диаграмм их следует строить в одинаковом масштабе для Cw и Са. Тогда любая прямая, соединяющая точки кривой

с началом координат, дает величину

при соответствующем угле встречи; на чертеже построено

для а = 14,4 град.

Весьма важно знать составляющие силы R по направлению движения судна и перпендикулярно к нему; обозначив соответствующие коэф-ты через Сl и Cq, можно найти последние из диаграммы испытаний, построив геометрическое место оснований перпендикуляров, опущенных из точки О на касательные к кривой

, т. е. подножную кривую к последней.

Так, на фиг. 6, проводя касательную В А к кривой в точке а = 14,4 град. и опуская на нее перпендикуляр O А, получаем точку А новой кривой ОАВ--к у р с о в о й д и а г р а м м ы . Отрезки О А и АВ дадут величины Сl и Сq в масштабе диаграммы =

для движения судна по VI румбу левого галса, считая румбы от направления ветра, к-рое на диаграмме принято постоянным. Точки курсовой диаграммы позволяют найти величины Сl, Сq наивыгоднейший угол встречи. Так напр., для курса по VI румбу, проводя касательную АВ к кривой

, получаем Сl = О А и Cq = АВ, а = 14,4 град.. Аналитически:

где е--к у р с о в о й угол.

На фиг. 7 тонкой сплошной кривой представлена функция

Д л я прямоугольной пластины при разных углах встречи, а на фиг. 8 такой же линией изображена курсовая диаграмма в ее обычном виде, без зависимости

Величины Сl находятся как расстояния от О до кривой по направлению данного курса, а величины Cq м. б. получены аналитически. Из ф-л (1) вытекает, что при острых курсовых углах (

<90 град) Са должно быть большим, a Cw--малым для получения наибольшего Сl; при полных курсах (

> 90 град.) величина Сa не уменьшается с увеличением Cw, а увеличивается. Т. к. Сw увеличивает дрейф и крен судна, то его в обоих случаях следует иметь минимальным. Т. о. величина Са дает скорость судну, a Сw влияет на его крен и дрейф, что следует иметь в виду при изучении диаграмм

Влияние отношения сторон паруса видно из фиг. 7 и 8, где разным пунктиром обозначены диаграммы для отношения высоты паруса к его ширине: 9- 1/6. Эти диаграммы показывают, что при близких к ветру курсах (до VI румба) наиболее выгодны высокие, узкие паруса (гафельные), при более полных(VI--XIV pyмбы)--квадратные и при ветре в корму (XIV--XVI)--широкие низкие. Различный ход кривых объясняется различной величиной индуктивного сопротивления (см.); выделяя последнее, можно значительно уменьшить число экспериментов. Из фиг. 8 вытекает теоретич. целесообразность применения многомачтовых шхун с гафельными парусами, имеющими на передних мачтах выше гафельных прямые паруса для полных курсов. Такое судно при соответствующем выборе поставленных парусов использует свою П. наиболее выгодно в зависимости от направления ветра.

Смотри далее. Парусность. Часть 2

Оставить комментарий © Copyright Статья из Технической Энциклопедии 1927-34 г.г. (ola_ton@mail.ru) Размещен: 04/01/2007, изменен: 17/02/2009. 11k. Статистика. Статья: История Статьи из технической энциклопедии издания 1927-1934 года. Иллюстрации/приложения: 35 шт.		Ваша оценка:

Статья из Технической Энциклопедии 1927-34 г.г. : другие произведения.

Парусность. Часть 1