Великий буфер з вітрила крила. Кайтвінг - вітрило-крило для екстремалів. Основа корпусу буєра

Яхтинг із самого початку переслідував, якщо так можна сказати, розважальні цілі. Однак потяг до розваг людей на воді спонукав конструкторську думку до пошуку нових форм судів для досягнення нових швидкостей, для більш комфортного та безпечного плавання. Конструктори вітрил теж не відстають і розробляють абсолютно нові форми вітрила.

У яхтобудуванні постійно розробляються та застосовуються нові матеріали та технічні рішення. Варто лише подивитися на зміну форми корпусів яхт, які сталися лише за 50 років, та що там казати, майже щороку з'являються нові сміливі рішення. На сьогодні можна сказати, що яхтинг у конструкторському та дослідному плані не тільки не стоїть на місці, а навпаки, є полігоном для випробування нових концепцій та технічних рішень. Це стосується і парусів. Ми можемо спостерігати, як з'являються абсолютно нові вітрила - асиметричні спинакери, такі як Code Zero. Сьогодні ми поговоримо ще про одне нововведення - парасейлорі. Це дивовижне вітрило вже можна бачити на деяких яхтах і найцікавіше - його дозволили використовувати в гонках за класифікацією IRC.

Історія створення

Яхтсмени знають, що застосовуючи спинакер, можливі такі негативні явища - «смикання» човна і дифферент, що створюється під дією сил на ніс. Часто онекотрольоване приведення лікді до вітру та брочингу. Човен стає гидливим, падає швидкість, рульовому доводиться докладати додаткових зусиль, часто, для компенсації цього явища екіпаж «купкується» на транці. При слабких вітрах спинакер може взагалі припинити тримати свою форму, небезпечні для нього і різкі пориви вітру. Для боротьби з цим явищем було запропоновано знизити тиск вітру на спинакер, для цього робилися спроби - зробити наскрізні щілини і створити тканинні трубки вшиті в вітрило, злегка спрямовані вниз (дивимося від корми), щоб реактивна тяга, що виникає на них спрямована вгору, зменшувала вертикальну складову , спрямовану вниз. Це так званий Venturi spinnaker, спроби застосування якого були ще в 50-ті роки 20-го століття. Це вітрило працювало вже стійкіше, проте ефект виявився дуже низьким і майже не відчувався. Вдалим виявився гібрид вітрила та крила, схожого на літаюче крило – парасейл. Це вітрило являло собою спинакер з щілиною у верхній частині вітрила з крилом. Його й назвали за аналогією парасейлор.

Рідкісний Venturi spinnaker не отримав поширення

Що таке парасейлор

Це вітрило являє собою спинакер, в який вшито крило, що самоналаштовується. Це крило складається з двох частин, при набіганні потоку повітря воно набуває опуклої форми і самопідтримується в такому стані. Незважаючи на складність і розмаїтість деталей, постановка і робота вітрила не викликає ніяких проблем. А треба сказати, що кількість деталей у кілька разів більша, ніж на звичайному вітрилі. Що найцікавіше — сила, спрямована вгору відчутно зменшує диферент на ніс - до 20%, при цьому, незважаючи на наявність великої щілини, що займає приблизно 25% площі всього спинакера, це не сильно відбивається на зменшенні тяги. На випробуваннях було зафіксовано падіння лише на одиниці відсотків. Чудо? Ні, лише вдала конструкторська думка поєднувати вітрило і крило. Це вітрило створив Хартмут Шедліх, яхтсмен із великим стажем, засновник компанії Parasailor. Вітрило створювалося не просто, це стало можливим завдяки наявності сучасної обчислювальної техніки, тому що була потрібна маса розрахунків тривимірного обтікання крила повітряними потоками. Але результат перевершив очікування.

Переваги вітрила

Отже, що дає використання крила на вітрилі?
1. Отвір дає стабілізацію роботи вітрила – надлишковий тиск просто скидається.
2. Наявність щілини у верхній частині перенаправляє зусилля на нижню частину вітрила, тим самим зменшуючи крен
3. Крило працює у вигляді лат, підтримуючи правильну форму вітрила, що сприятливо позначається при слабких вітрах. Але все-таки це вітрило для гарного вітру.
4. Крило створює момент, що тягне вгору і вперед, розвантажує ніс яхт і компенсує втрату площі вітрила через отвори.
Багато мандрівників, особливо ті, хто рухається з попутними вітрами, обирають парасейлор, оскільки це вітрило не потребує особливого налаштування і дозволяє спокійно жити екіпажу на борту. Недарма його можна побачити на катамаранах, цих суднах, які рухаються переважно із попутними вітрами.

Що є негативним у всій цій історії, то це ціна. Незважаючи на рекламні запевнення виробника, що вітрило буде лише трохи дорожче, реально його ціна втричі дорожча за звичайний спинакер. Незважаючи на це, майстерня, яка виготовляє такі вітрила, вже перевантажена замовленнями.

По льоду Фінської затоки до мене мчить людина на ковзанах з надзвичайно великими лезами і з вітрилом у руках. Ні, я знаю, що існують зимовий кайтсерфінг та віндсерфінг, але це не вони. Вітрило трикутне, схоже на паперовий літачок, здається, він висить у спортсмена на плечі, як велика сумка.

Це і є кайтвінг – так зване крило, схоже на недороблений дельтаплан. Ще одна його назва – скімбат. Це крило людина тримає руками за спеціальні залізні поперечини, головна з яких (центральна) називається по-морському – гік.

Все засноване на правильному лові потоків вітру. Коли гік зміщується в один чи інший бік щодо вітру, крило починає кренитися. З'являється горизонтальна тягаяка тягне спортсмена вперед. Йому залишається лише триматися і керувати швидкістю та напрямком.

Кайтвінг допомагає не тільки розігнатися, за його допомогою можна по-справжньому злетіти - не лише з гірки, а й на рівній поверхні. За певного положення крила воно буквально відриває від землі. І все це можна комбінувати: розігнатися до 60-70 км/год (межою поки що вважається сотня), а потім просто відштовхнутися і перелетіти через перешкоду - наприклад, дорогу, машину або скелю. Та ще зробити в повітрі якийсь дивовижний трюк.

Головна фішка кайтвінгу: на ногах може бути рішуче будь-що - сноуборд, гірські лижі, ковзани, ролики, маунтінборд, скейтборд, дертсерф. А ще є спеціальні дошки, на яких можна кататись по воді. Коротше, на ногах те, що більше подобається, в руках крило, що дозволяє розігнатися за допомогою вітру, пора року будь-яке, будь-яке місце, будь-яка погода, аби вітер був.

Остання умова - великий і рівний майданчик: снігові поля, замерзлі озера, гори без рослинності, пляж, асфальтовий майданчик - де можна розганятися і повертати без шкоди для себе та обладнання.

Такі крила вигадали давно, зараз вони дуже популярні у Фінляндії та Швеції – країнах, де багато льоду. Спочатку конструкція була дуже проста: на дві схрещені ціпки натягувалася тканина - виходив примітивний вітрило, що дозволяв розганятися на ковзанах швидше, ніж звичайно. Кажуть, є навіть малюнки XVII–XVIII століть, на яких зображено людей із такими «крилами».

А сучасний скімбат вигадали наприкінці 80-х. Сьогоднішня форма крила вважається досконалою, в Скандинавії їх можна купити останньої моделі. Тепер творці кайтвінгів б'ються над вирішенням проблеми ваги: ​​середнє крило важить близько 7 кг, полегшення конструкції дозволить кататися і за слабкішого вітру. Для цього металеві частини роблять із карбону, що дозволяє скинути кілька кілограмів. Щоправда, коштує таке вітрило дуже дорожче.

Крило та колгоспниця

Запам'ятай: крило над головою, задня рука весь час згори, передня знизу, - пояснює ази віце-чемпіон світу з кайтвінгу Денис Клещенок. Свої призові місця він зайняв на тих найдивніших ковзанах на першості з вітрильних видів спорту WISSA 2014. Величезні леза зроблені на замовлення для більшої маневреності.

Тут два основних рухи: ніс вгору-вниз - це керування тягою, тобто відкриття крила, і вліво-вправо хвіст і ніс - це керування креном. В принципі все.

Вітру майже немає, і мій друг Ілля, на якому я вирішила перевірити технологію кайтвінгу, пихкає, намагаючись утримати на собі вітрило. Все йде ідеально тільки тоді, коли в крило дме вітер: тоді не спортсмен його несе, а він спортсмена. Зате коли вітер стихає, відразу виявляється, що ти тримаєш над головою велику конструкцію вагою з велику таксу.

Перші вправи, які я даю, – вони просто на основи управління, – продовжує Денис. Показавши, як правильно тримати скімбат, досить опускає руки, навантажуючи учня. – Я називаю це «робота веслом»: треба половити вітер, зрозуміти, який крен крилу він дає, що взагалі відбувається, і потім уже можна їхати – ти навчився.

У цьому ще одна важлива відмінність кайтвінгу від його побратимів - віндсерфінгу та кайтбордингу: щоб навчитися їздити, достатньо максимум півгодини. Нових адептів «крилознавства» залучають і інші бонуси: відсутність строп та інших складних пристроїв, легкість у користуванні. Кайтвінг легко складається і вміщується в чохол, схожий на лижний. За бажання можна розжитися спеціальним поясом, трапецією, до якої кріпиться кайтвінг, - у дорозі це розвантажує руки. Але це зовсім необов'язково.

Чого ти мене втягнула? - бурчить Ілля. Трохи «попрацювавши веслом», він на звичайних хокейних ковзанах прямує в далечінь по льоду Фінської затоки, урочисто, в позі робітника і колгоспниці, несучи над головою кайтвінг. Виглядає переконливо.

Оп, неправильно: проти вітру одразу поїхав, – коментує Денис. - Видно, що йому тяжко. Хоча головна помилка новачків – це вчепитися у крило мертвою хваткою. У сильний вітер, якщо крило сильно нахилити, краєм може зачепити поверхню. На льоду це не страшно, а на снігу навіть при швидкості 20 км/год воно різко вивертається, і ти летиш стрімголов.

У світовій спільноті цих випадків є залізне правило: Drop it to stop it! - кинь, щоб зупинитися. Щоб не втратити кайтвінг, можна використовувати спеціальний пружинний страховий шнур під назвою «лиш»: одним кінцем він прив'язаний до крила, а іншим до спортсмена, при необхідності розтягується на кілька метрів.

У русі вага крила зовсім не відчувається, - Ілля зміг нарешті підлаштуватися під вітер. - Відчуття ніби з парасолькою в шторм, коли він тягне тебе вперед, тільки тут не треба цьому чинити опір.

Головна складність у жорсткому контролі кайтвінгу, який дуже чутливий до будь-яких поривів вітру. Зате, якщо налагодив, можна проїхати де завгодно.

Кайтвінг у деталях

Необхідні умови

Вибір спортивного снаряда для ніг залежить від пори року. Сам кайтвінг всесезонний, крило підбирається - за вагою та іншими параметрами - один раз і може служити, доки не зноситься.

Зрозуміло, головна умова – добрий вітер. Ковзанам і роликам вітру потрібно менше - підійде 4 м/с, лижам та сноуборду по щільному снігу - 5-7 м/с, по м'якому - від 8. Найсильніший вітер потрібен на воді - від 10 м/с, тому вставати на водну дошку краще тоді, коли решта способів випробувані. Верхньої межі швидкості вітру немає, оскільки спортсмен сам регулює тягу.

Місця для катання

Що б не було на ногах, потрібно вибрати рівну велику площадку: при сильному вітрі на купинах і байраках буде не надто комфортно. Влітку чудово підійде пляж або просто піщаний берег. Пригодяться і великі автомобільні стоянкипорожні дороги без дерев. Взимку легше – достатньо вийти на будь-який лід. Строгіно в Москві, Фінська затокаі Сестрорецький Розлив у Петербурзі, Обське море в Новосибірську – все підійде, причому кататися можна як на лижах, так і на ковзанах. Звісно, ​​взимку можна поїхати й у гори. Найкраще підійдуть невисокі з малою рослинністю – наприклад, Хібіни чи голі схили для фрірайду на курорті Шерегеш у Кемеровській області. Досвідчені райдери можуть не тільки робити на кайтвінгу різні трюки, а й підніматися вгору.

Ціни

Моделі кайтвінгу розрізняються за розміром, як вітрила у віндсерфінгу або кайти. Найбільш ходова модель - з площею шкіри 5,5 м - коштує приблизно 1200 євро. У Росії крила можна замовити на сайті kitewing.su: це офіційний дилерфінського виробника Шукати за кордоном немає сенсу: ціни там такі самі, як тут. Представники виробника є у Санкт-Петербурзі та Москві, у них можна взяти снаряд на прокат. Коштує це задоволення, включаючи інструктаж, 1500 рублів на годину.

Корисні поради

Головна порада: перш ніж брати крило до рук, добре опанувати снаряд на ногах. Потрібно стояти на ньому впевнено, вміти маневрувати, різко гальмувати, розганятися. І завжди краще кататися в захисті, який неодмінно включає шолом. Можна навіть у мотоциклетному – з відкритим обличчям та закритим підборіддям.

Не варто забувати і про те, що, хоч за допомогою кайтвінгу і можна злетіти, призначений він все ж таки головним чином для розвитку швидкості. Не варто намагатися вилетіти з ним у небо: для Ікара це погано закінчилося.

Вітрила – це крила, тільки гнучкі, що використовують вітер для створення сили, що рухає човен у яхтингу. Розуміння того, як це відбувається, допоможе отримувати від вітрил максимальну продуктивність.
Корисно розібратися в тому, що є типовим вітрилом. Зазвичай він виготовлений з гнучкого матеріалу, щоб дозволити йому працювати під дією вітру по черзі з обох сторін - це дає можливість при яхтинг лавірувати човен. Гнучкість матеріалу типового вітрила є значним конструктивним обмеженням, яке не дозволяє існувати багатьом потенційним формам вітрила через нездатність під дією вітру підтримувати потрібний стан.

Це призвело до традиційної трикутної форми типового вітрила, оскільки матеріал у нижній частині як би підвішений до верхньої частини, яка зрештою зменшується до точки на топі щогли. Таким чином, проблемою стає, як виготовити, а потім управляти в яхтингу гнучким вітрилом під дією вітру таким чином, щоб породжувати стійку силу, здатну переміщати човен.

Робота сучасного вітрила як крила.

Оскільки обмеження, що не дозволяє вітрилам як крилам літаків самим себе підтримувати, значною мірою знято, наприклад, за рахунок використання повно розмірних лат або жорстких матеріалів, то вітрила розвиваються у бік досягнення більшої ефективності. Це виявляється в тому, що все більше вітрила стають схожими на крила і все менше - на трикутне вітрило. Аналіз того, як вітрило працює як крило, буде корисним не тільки для сучасного вітрила, схожого на крило, але і для традиційного вітрила, який виглядає, як звичайне вітрило, але працює практично так само, як крило.

Швидкість руху потоку на верхній поверхні крила збільшується як за рахунок кута висхідного потоку, так і за рахунок більшої кривизни верхньої поверхні порівняно з нижньою. Коли середовище, що рухається (повітря або вода) прискорюється, його тиск на прилеглу поверхню падає. Різниця тисків, що утворилася, на верхній і нижній поверхнях крила породжує спрямовану вгору підйомну силу.

Контур типового вітрила.

Якщо ігнорувати товщину крила, воно може бути представлено тонкою кривою, що представляє його контур. Форма контуру визначається кількістю підйомної сили при заданому куті атаки. Оскільки типовий вітрило за визначенням не має товщини, він існує лише як контур. Потік на опуклій підвітряній стороні вітрила, як і на крилі, має менший тиск за рахунок прискорення потоку, в той час як потік на увігнутій навітряній стороні знаходиться в зоні вищого тиску за рахунок уповільнення потоку. Різниця тисків на поверхнях вітрила крила утримує гнучкий вітрило у формі стійкого вигнутого контуру і породжує силу, рушійний човен.

Висхідний потік звичайного вітрила.

Звичайне вітрило як крило, що здійснює підйом, змушує повітряний потік, що набігає, відхилятися верх. Це відбувається через нижчий тиск на підвітряній поверхні звичайного вітрила, що затягує повітря в зону над крилом. Такий повітряний потік, що скривився, носить назву "висхідний потік".

Вплив форми сучасного вітрила як крила у плані.

Форма сучасного вітрила як крила у плані визначається конфігурацією провідного (переднього) та веденого (заднього) країв. На додаток до висхідного потоку, викликаного профілем вітрила як крила через нижчий тиск на підвітряній поверхні, також має місце утворення додаткового висхідного потоку, породженого зміною форми вітрила як крила в плані. Це відбувається внаслідок нижчого тиску у віддалених частинах крила, що змушує повітря в прилеглих зонах відхилятися в напрямку розмаху крила до краю, викликаючи зміна параметрів висхідного потоку по довжині вітрила.

Стріловидність сучасного вітрила як крила.

Стріловидність вітрила крила визначається як кут між перпендикуляром до потоку і лінією (називається чверть хордної - "quarter chorde"), що проводиться на відстані 25% від ширини хорди (відстань між передньою і задньою шкаторинами) у напрямку розмаху крила. Положення на відстані 25% від ширини хорди вибрано через те, що точка застосування вітрового навантаження в перерізі зазвичай і розташовується приблизно на такій відстані. Це викликано тим, що найбільша кількістьпідйомна сила вітрила крила породжується в його передній частині, тому положення чверть хордної лінії в досить об'єктивній формі характеризує стрілоподібність крила.

Стрілоподібність призводить до ефекту збільшення висхідного потоку в міру переміщення від основи до кінця вітрила крила. Оскільки крило нахилено назад, повітряний потік у віддалених перерізах відчуває додатковий вплив від зон низького тиску в перерізах, розташованих ближче до основи і зміщених вперед.

Наростаючий вплив додаткового низького тиску змушує потік, що набігає, все сильніше відхилятися вгору, постійно посилюючи тим самим висхідний потік у міру наближення до кінця вітрила крила.

Клиновидність вітрила крила.

Клиновидність визначається як співвідношення довжин хорд на кінці вітрила крила та біля його основи. Для вітрил, де крайній переріз зводиться до точки, клиноподібність має граничне значення (нуль), що є наслідком їхньої трикутної форми. Потік, що набігає на віддалені частини крила, відхиляється зоною низького тиску над ширшими частинами крила, які породжують значну частину підйомної сили. У міру віддалення від основи вітрила вплив додаткового низького тиску наростає і змушує потік, що набігає, все більше відхилятися вгору. Таким чином, менші за розміром крайні перерізи піддаються впливу сильнішого висхідного потоку. Це збільшує кількість підйомної сили, яку вони виробляють, хоча не компенсує зменшення їхньої площі.
На цьому вступ до теорії вітрила як крила закінчимо. А в розглянемо поведінку повітряних потоків, з якими взаємодіють вітрила.

Вступ

Аеродинамічні переваги крила з регульованою хордою для планерів видаються дуже привабливими. Ця привабливість ще більше зростає, коли планер "Сігма" та подібні до нього планери остаточно продемонструють свої можливості. Проте жорсткий закрилок має обмеження, головне у тому, що можливе збільшення хорди вбирається у 40% вихідної хорди крила. Внаслідок конструктивних та механічних складнощів такі пристрої досить дорогі, тому, ймовірно, буде побудовано кілька планерів екстра-класу такого типу.

У цій статті пропонується інший тип закрилки. Він виконаний з вітрильної тканини і дозволяє реалізувати всі можливості крила зі змінною хордою. Чому б планеру не літати з вітрильним гнучким крилом, тим більше, що в доісторичні часи птеродактилі вже використовували цей принцип?

Сучасна вітрильна тканина є добре відпрацьованим матеріалом, який може легко витримати аеродинамічні навантаження при малих швидкостях польоту. Вона може легко складатися і збільшення хорди більш ніж на 100% не складе проблеми. (Таке велике розширення закрилка, однак, буде виправдане лише в тому випадку, якщо потрібно отримати радіус розвороту менше ніж 60 метрів). Додаткова вага та механічна складність пристрою для змотування та розмотування вітрила є незначними. У таблиці 1 наведено значення модуля пружності парусної тканини у різних напрямках.

Але чи буде при цьому гарантовано безпеку? Для попередньої відповіді на це питання нами було проведено деякі випробування профілю в аеродинамічній трубі, які дозволяють оцінити доцільність подальших досліджень у цьому напрямку.

Експериментальні результати

Випробування були виконані для старого профілю №30, аналогічного профілю FX-60-126 з легкою вітрильною тканиною (145 кг/м 2 ). Рис 1 показує повну модель, але в Рис 2 наведено її основні розміри.

Дві дерев'яні планки прикріплюють вітрильну тканину до стін робочої частини труби. Передній край вітрила приклеєний до профілю, а задній край вільний. Модель була укріплена між стінками робочої частини труби таким чином, що натяг тканини в напрямку розмаху і кут відхилення закрилка могли змінюватися. Перші випробування виявили тенденцію появи флаттера задньої кромки у певному діапазоні швидкісного натиску. Такий флаттер практично не залежить від кута атаки. При типовому натягу тканини частота становить приблизно 50 Гц. За допомогою стробоскопа можна було спостерігати, що задня кромка всередині розмаху згинається на кути до 90 градусів. Амплітуда коливання тканини зростає зі зростанням швидкості потоку і таким чином змінюється опір, який може збільшитися вдвічі. Очевидно, що цей тип флаттера розвивається тільки на задній кромці вітрила і може бути усунений за допомогою невеликих лат, приклеєних до тканини.

Інший тип флаттера виникає, коли кут атаки зменшується до значення, при якому змінює знак перепаду тисків на верхній і нижній поверхнях вітрила. Сили, які розвиваються в цьому випадку, набагато більші, ніж у випадку флаттера задньої кромки, і можуть бути небезпечними. Однак вітрило буде застосовуватися, головним чином, в області малих швидкостей, що відповідають коефіцієнтам підйомної сили від 1,5 до 2, але не менше 0,5. На Рис 3 представлена ​​поляра та залежність коефіцієнта підйомної сили від кута атаки для комбінації профілю та вітрила, показаної на Рис 1, зі стабілізуючою задньою кромкою при числі Re = 2x10 6. За малих коефіцієнтів підйомної сили крива поляри має гістерезис, який відповідає режиму бафтингу. Гістерезисна петля вказана малими стрілками.

При більших коефіцієнтах підйомної сили опір вищий, ніж у профілю FX-67-VG-170/1.36 із жорстким закрилком. Це частково зумовлено різними положеннями точок переходу, а також проникністю тканини, яка збільшує опір.

У тому випадку, коли нижня поверхня була покрита тонкою пластиковою плівкою, що усуває пористість тканини, поляра значно покращилася, як показано на Рис.

Отже, вітрильна тканина має бути повітронепроникною. Поздовжні моменти не змінювалися. Вони повинні бути аналогічні моментним характеристикам профілю FX67-VG-170/1.36. Одна з найбільш привабливих властивостей парусного закрилка полягає в тому, що його висування може використовуватися як елерони.

Аеродинамічні характеристики, особливо межі бафтингу, вказані стрілками, показано на Рис 5 для чотирьох різних варіантів установки гнучкого закрилка.

Можна бачити, що межі бафтингу лежать досить низько, щоб забезпечити необхідний діапазон зміни коефіцієнта підйомної сили ефективного поперечного управління. Звичайний спосіб диференційованого відхилення елеронів вгору і вниз може бути з вигодою використаний у разі гнучких вітрильних елеронів.

Концепція хорди, що змінюється за допомогою вітрила

Деякі подальші зауваження будуть надані без зайвих технічних деталей. Передбачається, що вітрило буде прикріплено до задньої кромки, у тому числі до елеронів, за допомогою 5-6 кронштейнів, які задають кривизну вітрила і передають аеродинамічні навантаження на крило. На землі ці кронштейни можуть забиратися з метою спрощення поводження з крилом. Додаткове опір зазначених деталей при великих швидкостях буде пропорційно додаткової поверхні, що омивається. Вітрило укладено в циліндрі, розташованому всередині жорсткого крила приблизно на 75% хорди. Для того, щоб витягти вітрило, необхідно потягнути за крайні кутові точки задньої кромки вітрила, розташовані в кореневому та кінцевому перерізах крила. Вітрило виходить з нижньої поверхні і ковзає вздовж вигнутих кронштейнів, тоді як підйомна сила притискає вітрило до кронштейнів. Коли вітрило випущено, можна збільшити натяг тканини у напрямку розмаху до 50-100 кг. Слабо натягнуте вітрило не є неприйнятним, проте туге вітрило працює краще. Розтягувати вітрило у напрямку хорди немає потреби. Елерони повинні бути підвішені таким чином, щоб натяг тканини міг бути переданий на крило без утруднення для відхилення елеронів. Внутрішня по розмаху хорда елеронів має зменшуватись до нуля. В іншому випадку вітрильна тканина буде відокремлюватися від нижньої поверхні крила, коли елерон відхиляється вниз. Для того, щоб змотати вітрило, зменшується натяг тканини і далі циліндр у крилі обертається до тих пір, поки не збігатимуться задні кромки вітрила і крила. Та частина вітрила, що підкріплена латами, залишається на нижній поверхні крила.

Вся концепція може бути реалізована відразу, за крок. Ймовірно, доцільніше випробувати конфігурацію з випущеним вітрилом на існуючому планері і розробити механізм для нового крила. Потрібно враховувати небезпеку "перевдосконалення" такої конструкції з втратою простоти вихідної ідеї. Що стосується механізму приводу - багато можна запозичити у гоночних яхт.

На закінчення таблиці 2 наведені координати 19% профілю, розрахованого на дворазове збільшення хорди. Профіль гнучкого закрилка є дугою кола з кривизною 3,5%, яка плавно сполучається з верхньою поверхнею основного профілю. Аеродинамічні характеристики повинні бути аналогічні представленим вище, за винятком опору, який має бути меншим.

Можна сподіватися, що пропозиції допоможуть реалізувати переваги концепції крила зі змінною хордою. З погляду автора, це є найбільш природним і логічним шляхом до нових горизонтів планеризму.

І тему застосування вітрила на сучасних транспортних суднах, і тему вдосконалення озброєння у боротьбі за швидкість під вітрилами можна вважати постійними на сторінках "КІЯ". Однак досі йшлося про досвід закордонний, наші конструктори та вчені могли розповісти лише про свої проектні пропозиції та винаходи.

Цього разу ми із задоволенням надаємо слово петербуржцю Віталію Івановичу Юшину та москвичу Барикадо Георгійовичу Мордвінову для розповіді про успішне застосування новаторського "живого" вітрила на "живому" судні. І наголосимо: це - перспективна самостійна розробка великого колективу. виконана на високому рівніз урахуванням останніх досягнень техніки. Стаття представлена ​​на початку 1992 р. Затримка з її публікацією відбулася за незалежними від редакції обставин.

Одночасно користуємося нагодою подякувати редакції журналу "Суднобудування" за надану можливість використовувати матеріали статті тих самих авторів "Науково-дослідницьке судно з вітродвигунами "Академік Іоффе" (№3 за 1990 р.).

В одному з найближчих номерів будемо намагатися помістити статтю українських авторів (В. Микитюк та ін.) про їх досвід застосування жорстких вітрил-крил. Два такі "прямі" трисекційні вітрила площею по 15 м 2 конструкцій ЛІСЕД НКІ (див. за 1985 р.) були встановлені на науково-дослідному судні "Дельта", переобладнаному з 25-метрового сейнера в м. Миколаєві. Поки що познайомитися з досвідом миколаївців можна з публікації у журналі "Суднобудування" №4 за 1992 р.

На одному з двох науково-дослідних судів, збудованих у 1988-1989 роках. Фінською фірмою "Холмінг" для нашої Академії Наук, зроблено цікавий крок вперед на шляху використання допоміжного вітрильного озброєння - встановлені два керовані дистанційно жорсткі вітрила нового типу.

Вважається, що винайшов подібний ВД на початку 70-х років. Джон Волкер, нинішній президент англійської фірми "Уолкер Вінгсейл Системс".

У нашій країні перші спроби проектування жорсткого щілинного вітрила були здійснені ще 1986 р. групою фахівців колишнього ЛЦПКБ (нині ЦНДІ МФ): Б. М. Захаровим, Г. М. Кудрявим та В. В. Шайдоровим. Проте втілення ідеї у закінченому вигляді вперше можна було бачити лише у конструкціях згаданої англійської фірми. У 1990 р. докладно розповідалося про влаштування експериментального крейсерського трімарану "Плейнсейл". Кожне з двох його твердих крил загальною площею 57 м; складається з двох частин: нерухомої передньої частини та поворотної основної частини (закрилка). Поворот закрилка робить загальний профіль крила несиметричним і відкриває щілину - прохід для потоку, що надходить з нерухомої частини крила на поверхню закрилка, що засмоктує, що і забезпечує підвищення тяги системи.

На першому етапі експериментального відпрацювання ВД була випробувана серія крил зі звичайною "авіаційною" механізацією (система - передкрилок, основне крило, кілька закрилків). Аналіз отриманих результатів свідчив про досить високі тягові характеристики ВД такого типу. У той же час стали очевидними і його Недоліки, серед яких слід відзначити складність виготовлення елементів системи, що мають різну конфігурацію У зв'язку з цим замовником висловили побажання розробити конструкцію, що складається з елементів однакової конфігурації, що дозволило б виготовляти їх в одній матриці.

З метою відпрацювання ВД з елементами однакового профілювання у тій же аеродинамічній трубі ЦНДІ ім. акад. А. Н. Крилова була випробувана серія моделей з різними варіантами базового профілю, подовження крила, взаємного розташування елементів та конфігурації кінцевих шайб.

В результаті проведених досліджень з урахуванням всіх вимог компонувального характеру був обраний остаточний варіант ВД, що представляє обмежене верхньої та нижньої шайбами ​​крило малого подовження (l=1.25) з криволінійним профілем (f=0.32), складеним п'ятьма однаковими криловими елементами. Профілювання цих елементів і просвіту між ними забезпечує видування потоків повітря з навітряної області підвищеного тиску одного крила по дотичній до поверхні, що засмоктує іншого.

Три крильових елементи (непарні) зроблені нерухомими і одночасно забезпечують жорсткість усієї конструкції ВД, що має висоту 10 м і ширину 8 м. Регулювання просвітів від повного змикання кромок до максимального розкриття - проводиться завдяки тому, що два парних крилових елементи зроблені керованими: вони обертаються відносно вертикальних осей, що розташовані на відстані 26% хорди від носика профілю крила. При різких поривах вітру поворотні елементи автоматично розгортаються у флюгерне ​​положення, що відразу багато разів зменшує вітрове навантаження на ВД. Міцність конструкції розрахована на швидкість вітру 20 м/с, а нормальна робота ВД – на швидкості 6-16 м/с.

Основні аеродинамічні характеристики обраного варіанта ВД та його порівняння з вітрилом "японського" типу наведено на графіках, побудованих за результатами експериментів. Звертає увагу високе значення коефіцієнта підйомної сили області критичного кута атаки і наявність такий області кутів атаки (35-55°), у якій ці значення практично постійні. Постійність С у max широкому діапазоніа, на відміну від звичайних вітрил, де спостерігається різке падіння підйомної сили при досягненні критичного кута атаки, дозволяє експлуатувати ВД в реальних умовах, коли вітер нестаціонарний у напрямку при кутах атаки, що забезпечують максимальну тягу.

Профіль всіх крилових елементів – несиметричний. Природно, що з обтікання з боку задньої гострої кромки профілю ефективність його значно зменшується. Це означає, що при зміні галсу ВД буде працювати погано Було запропоновано кілька схем перевороту ВД щодо горизонтальної осі, проте їх реалізація представляла таку складність, що було прийнято альтернативне рішення, що полягає в установці двох однакових ВД площею по 80 м 2 один з яких при будь-якому галсі працює у сприятливому. а інший – у несприятливому режимі.

На НІС "Академік Іоффе" ці ВД з конструктивних міркувань могли бути встановлені лише побортно в безпосередній близькості один від одного, що вимагало вжиття спеціальних заходів щодо зменшення несприятливої ​​аеродинамічної взаємодії ВД. Перші ж продування показали, що тяга такого компонування з двох ВД нижче, ніж сума тяги двох ВД, що працюють ізольовано. Надалі з'ясувалося, що для зменшення взаємовпливу ВД треба нахилити підвітряний ВД. щоб вивести його з аеродинамічної тіні навітряного.

Слід додати, що отримані в процесі відпрацювання ЩВД профілі мають унікальні властивості і можуть бути використані при вирішенні багатьох прикладних завдань аерогідродинаміки. Наприклад, як вітровідбійники. обтічники конструкцій, носових крил літаків типу "качка", елементів вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання, хвилерушіїв і т.д.

Примітки

1. Слід зауважити, що існує й інший напрямок, коли йдеться про встановлення системи з кількох окремих жорстких профільованих вітрил-крил без використання ефекту їхньої взаємодії.

2. Винторулена поворотна колонка із самостійним приводом (на НІС "Академік Іоффе" - електродвигун 600 кВт) для покращення керованості на малому ходу.

3. Як зазначено в огляді А. Хаустова "Екологія та суднобудування" (див. "Суднобудування" №10, 1992), розвиток перевіреної на НІС "Академік Іоффе" концепції вже дозволяє створювати жорсткі багатокрилові вітрила з удвічі вищими тяговими характеристиками. Виконано, зокрема, перспективне опрацювання - механізоване вітрильне озброєння катамарану "Пасат": на кожній із трьох його щогл передбачено встановлення шести (за висотою) парних секцій таких вітрил.