Скоростной экологически чистый транспорт
Абсолютный мировой рекорд скорости на воде для парусного судна - это 46.52 узла (86.16 км/ч), причем скорость рекордсмена - трехточечного аппарата "Еллоу Пэйджес Энде-вур" превышала скорость ветра (20 узлов) в два с лишним раза.
Мировой рекорд скорости на буере гораздо выше - 230.1 км/ч. Он установлен еще 60 лет назад на одном из североамериканских озер. На колесной (пляжной) яхте рекорд скорости превышает 160 км/ч. Как видим, минимальное сопротивление коньков и отсутствие дрейфа обеспечивают максимальную скорость паруснику, движущемуся по льду.
Для движения под парусами по воде условия наиболее неблагоприятны. Во-первых, это высокое гидродинамическое сопротивление, резко возрастающее с увеличением скорости. Во-вторых, чтобы развить высокую скорость, необходим очень сильный ветер, а чем он сильнее, тем выше волны, увеличивающие сопротивление воды движению яхты. В-третьих, с усилением ветра все более существенную долю сопротивления добавляют крен и особенно - дрейф яхты под ветер. А не препятствовать росту крена и дрейфа - не выставишь паруса на максимальную тягу, не будет скорости.
Вот и приходится для увеличения скорости на воде идти на всякие хитрости. А в результате тот же нынешний рекордсмен мира трехточечный "Еллоу Пэйджес Эндевур" (см."КиЯ" № 159) уже практически ничем не напоминает традиционную килевую яхту, пути совершенствования которой уже в значительной мере исчерпаны.
Характерно, что до "ЕЛЭ" в течение шести лет мировой рекорд скорости на воде под парусом держала парусная доска, также имеющая с классической яхтой очень мало общего. При площади паруса всего 4 м2 такой глиссирующий парусник имеет минимальное водоизмещение и, следовательно, минимальное гидродинамическое сопротивление. И дрейф, и крен доски яхтсмен парирует собственным весом, намного превышающим вес виндсерфера, и гидродинамической силой, возникающей на шверте. Совместить это с управлением, обеспечивающим наивысшую эффективность паруса при достаточно сильном ветре очень трудно, не говоря уже о том, что само удержание паруса в руках требует огромного усилия. Одно хорошо: если не считать разгона, само движение по мерной 500-метровой трассе занимает менее полминуты...
Конечно, на маленькой глиссирующей доске против даже не очень высокой волны не пойдешь. Заезды на побитие рекорда проводят только на узких каналах, на ограниченной поверхности которых волны не успевают развиваться даже при ветре 20 м/с.
Рисунок из " Описания изобретения к Авторскому свидетельству 8 и 1699860 А 1 - Виндг - ляйдер ". Автор - Ю. В. Макаров. Воплощение идеи совмещения виндсерфера и дельтаплана, а - план; 6 - вид сбоку при разгоне левым галсом ", в - вид спереди при у становившемся движении.
Но вот что интересно. Профессионалы-виндсерфисты, выступающие в соревнованиях по "вейву" - на прибойной волне, не гонятся за скоростью движения, но с парусом в руках демонстрируют чудеса акробатики.
Например, разогнавшись, яхтсмен ставит парус горизонтально на ветер и, взлетев на 2-3 м, продолжает полет в течение 8-10 секунд, при этом держится за гик, как за трапецию дельтаплана. Завершается неуправляемый полет падением виндсерфиста спиной в воду. Оно и неудивительно. Полет неустойчив, аэродинамическое качество такого варианта "летательного аппарата" не превышает 1.5-2.0.
Вид парусной доски во время такого полета под парусом является "дружеским шаржем" на дельтаплан. И действительно. Мы видим то же крыло-парус, только в два раза меньшей площади, а вместо трапеции поперек размаха крыла дельтаплана - гик паруса. Однако на парусной доске - много не полетаешь (балансирное управление не предусмотрено), а на дельтаплане - не разгонишься, используя энергию ветра. Попробуйте манипулировать крылом дельтаплана относительно ветра при размахе крыла 10 м и весе больше 30 кг!
И тут невольно возникает вопрос. А что, если совместить эти два устройства в единую конструкцию для расширения их области применения?
В процессе проектирования действительно удалось так оптимизировать конструкцию дельтаплана, чтобы его можно было использовать в качестве крыла-паруса виндсерфера.
Идеальным парусом является планер-паритель, давно и успешно эксплуатируемый в спортивной авиации. Используя его, можно создать ряд интереснейших парусников. Результаты этой работы были доложены еще в 1979 г. на I Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Исследование, проектирование и постройка современных парусных судов". Во-первых, был спроектирован дельтаплан широкого назначения с новой компоновочной схемой. Это - жесткое составное крыло, центроплан которого имеет малое удлинение и дугообразную заднюю кромку, а консоли пристыкованы под углом 30° к центроплану и соединены подкосом, который и служит трапецией управления.
Такой дельтаплан можно использовать в традиционном варианте, т.е. для полетов со склонов, в качестве мотодельтаплана, но также и как парус с повышенным аэродинамическим качеством для виндсерфера-катамарана или легкого буера. Дельтапланерист на роликовых коньках может разъезжать с большой скоростью, например - по взлетно-посадочной полосе в любом направлении - меняя галс. Зимой на коньках по хорошему льду он может развивать скорость больше 160 км/ч. Можно двигаться и на лыжах, причем возможности выбора площадки для полетов с помощью ветра будут гораздо шире, особенно в северных районах страны.
Достоинство этого многофункционального дельтаплана в том, что его можно использовать для взлета с помощью энергии ветра.
Происходит это так. Дельтапланерист на коньках или лыжах устанавливает крыло-парус (т.е. дельтаплан) вертикально - под углом к ветру и начинает разгон. По мере увеличения скорости он доворачивает крыло на истинный ветер и достигает скорости 80-130 км/ч (в зависимости от условий взлетной полосы - асфальт, лед, плотный снег). Теперь он устанавливает крыло горизонтально и, увеличив его угол атаки, плавно набирает высоту 20-30 м и совершает планирующий полет. Конечно, полет в этом случае существенно отличается от кратковременного полета на парусе виндсерфера. Здесь обеспечено заданное положение центра тяжести относительно хорды крыла (что обеспечивает устойчивость полета) и главное - имеется классическая балансирная система управления с рулевой трапецией. Набор высоты осуществляется за счет высокой скорости движения, набранной перед взлетом. Если учесть, что минимальная(посадочная)скорость полетадельтапланаЗбкм/ч (при нагрузке на крыло около 10 кг/м2), а скорость в момент движения взлета 80-130 км/ч, т.е. в два-три раза выше, то дельтапланерист может продолжать набор высоты, пока скорость не упадет до 40-45 км/ч. Достигнутая высота 30 м - будет являться динамическим потолком дельтаплана для данных условий полета.
Интересно отметить, что довоенный истребитель И-16 после разгона в горизонтальном полете у земли, набрав максимальную скорость (400 км/ч), мог вертикально выскочить на высоту 700 м, выполняя при этом восходящий штопор. А известный летчик Б.К.Подошва на пилотажном планере А-13 на воздушном параде в Тушино проходил над всем полем головой к земле на высоте 3 м на скорости 360 км/ч, а затем вертикально уходил на высоту 400 м.
Конечно,дельтаплану-паруснику такие скорости и динамические потолки не требуются. Ему нужны скорость около 150 км/ч, простор и полет на высоте 1.5-2 м с большим аэродинамическим качеством при легком ветре (какие-нибудь 5-6 м/сек).
И такой экзотический полет над водой уже не фантастика, а действительность, вполне достижимая для экраноплана с парусным вооружением. Парусное вооружение экраноплана - У-образное "качающееся" жесткое крыло площадью 6 м2 и размахом 8 м, установленное на топе короткой мачты. Для управления поворотом крыла служит кольцевой гик, а для перекладки (смены галса) - рукоятка с тягой.
Корпус экраноплана выполнен в виде крыла малого удлинения с двумя концевыми поплавками, на которых установлены шверты. Третий - центральный, поворотный шверт расположен на задней кромке крыла под вертикальным оперением с воздушным рулем поворота. (Для сухопутного или ледового экраноплана вместо поплавков и швертов устанавливаются колеса или коньки).
Разогнавшись, парусный экранолет сохраняет контакт с водой только концевыми участками трех швертов и совершает полет с использованием экранного эффекта. Кратковременный подлет экраноплана не предвещает аварийной ситуации, так как аппарат имеет аэродинамическую систему управления.
Одноместный экраноплан с V- образным " качающимся " жестким крылом
В этом случае экраноплан совершает планирующий полетнад экраном, но потеря контакта с водой приводит к исчезновению тяги паруса и экранплан, снижаясь, снова идет на контакт с водой швертами. Таким образом, яхтсмен периодически находится то в свободном планировании над поверхностью воды, то в режиме контакта с водой, возобновляющего тягу паруса.
Скорость движения парусного экраноплана 90-120 км/ч при скорости ветра всего 5-8 м/сек; другими словами, скорость движения в три-четыре раза выше скорости ветра, а не в два с половиной, как у "ЕПЭ". На шоссе парусный экраноплан - буер разгоняется до скорости 140-160 км/ч.
Рассмотренные выше паруса и крылатые парусники имеют небольшое, по авиационным понятиям, аэродинамическое качество - порядка 10-15 (ну, пусть 20 - с использованием экранного эффекта). А в активе-то у нас достижимое аэродинамическое качество паруса минимум 40-45! И такой оптимизм имеет практическое подтверждение: современные планеры-парители открытого класса обладают аэродинамическим качеством 63-65!
Жесткий аэродинамический парус типа планерного крыла часто используют на скоростных парусниках, но применяют только одну (левую или правую) консоль. С таким парусом можно ходить только одним галсом, потому что на них используют несимметричный профиль крыла для получения максимальной тяги. Для откренивания приходится применять противовесы - типа вынесенной на ветер кабины экипажа, требуется сложная система управления парусом-крылом.
Схема экраноплана
б - общий вид катамарана с " качающимся " планером - парусом. 1 - серийный двухместный планер, установленный на шарнире 12; 7 - " вертикальное " крыло планера, служащее вы сокоэффективным парусом - крылом; 8 -~ опорный поплавок с поворотным килем; 9 - " гори зонтальное " откренивающее и обеспечиваю щее аэродинамическую разгрузку крыло плане ра; 12 - шарнир; 13 - корпус катамарана; 14 - руль; 15 - V- образный управляемый шверт, в - устройство центрального узла - универсального
Рекордный парусник, если в роли его парусной системы использовать конструкцию стандартного планера, получается до примитивного простым, легким и прочным, с прекрасной устойчивостью и управляемостью парусной системы, с огромным аэродинамическим качеством.
Его,конечно, придется слегка доработать - добавить крыльевую опору, изменить угол поперечной У-образности крыла и установить универсальный шарнир для крепления планера на топе "мачты".
Легкий парусник, предназначенный для рекордных заездов, представляет собою катамаран с глиссирующими корпусами, на короткой мачте которого наунивер-сальном (карданном) шарнире установлен двух-местный планер-парус.При этом шарнир расположен в центре тяжести планера. В кабине размещен штурвал управления по курсу воздушным рулем. Система управления планером остается без изменений, но теперь она является системой управления вооружением.
При смене галса производят "перекладку" крыльев при помощи элеронов: крыло, которое служило парусом, становится горизонтальным - откренива-ющим (с опорным поплавком и управляемым килем(швертом) на конце), а которое было откренивающим - становится почти вертикальным и работает как высокоэффективный жесткий парус большого удлинения.
Разгон и движение парусника выполняют, установив паруса относительно ветра при помощи аэродинамических рулей планера (элеронов, рулей высоты и направления} и рулей направления яхты. Так как планер имеет необходимую устойчивость и совершенную систему управления, рассчитанную на высший пилотаж {а уж на свободный полет - тем более!), то никаких проблем в управлении парусником не возникает.
В случае взмывания (кратковременного взлета) планер может спокойно уйти от "чуждой" ему стихии, в отличие от классического гоночного парусника, когда отрыв от воды для него завершается аварией.
Сила тяги крыльев планера направлена вперед и вверх, что значительно уменьшает момент крена, а подъемная сила горизонтального крыла обеспечивает аэродинамическую разгрузку яхты. Аэродинамическая разгрузка может составлять до 80-100% веса. Парусник в этом режиме касается воды только швертами, а при запасе горизонтальной скорости даже может совершать планирующие полеты над водой; при этом оба крыла относительно поверхности воды устанавливаются симметрично, а поплавки (или буерное шасси) фиксируются по продольной оси планера.
Парусник для штурма мировых рекордов скорости, выполненный с использованием серийного двухместного планера 1--13 "В!атК" (с аэродинамическим качеством 28), имеет следующие технические данные. Максимальный вес с двумя яхтсменами на борту - 550 кг. Площадь вертикального крыла-паруса - 10м2 (общая площадь крыльев - 20 мг). Максимальное аэродинамическое качество в варианте яхта-катамаран - 10, в варианте буер -18.
Расчеты показывают, что максимальную скорость парусное судно развивает при ветре галфвинд, который дует под углом 90° относительно направления движения. Для идеального парусника (при отсутствии дрейфа, крена и гидродинамического сопротивления) скорость движения судна - V была бы равна скорости ветра V, умноженной на аэродинамическое качество паруса:
у=КУ.
Присмотритесь к этому выражению. Да это же формула определения горизонтальной скорости планера! И поистине - идеальная яхта это и есть планер. А планер является идеальным парусником. Его основная характеристика - аэродинамическое качество. Ведь у него отсутствуют дрейф, крен и гидродинамическое сопротивление. А летит он без снижения под действием восходящих потоков (вертикального ветра). Если восходящих потоков нет, у планера всегда есть для полета "искусственный ветер", причем, всегда дующий в галфвинд: это вертикальная скорость его снижения - Vв. В этом случае скорость горизонтального полета - Vг определяется так:
Vг=КVв.
1 - сила тяги, 2- полная аэродинамическая сила, 3- сила дрейфа
Как видим, оба выражения идентичны. Здесь К - то же самое аэродинамическое качество планера. Недаром на многих языках слова "планер" и "парусник" звучат одинаково.
А теперь идеальную яхту совместим с реальным парусником. Для этого планер надо установить на мачте так, чтобы его крылья (паруса) были в вертикальном положении. Тогда при ветре всего 2 м/с и отсутствии дрейфа (иначе исчезнет сила действия ветра) мы можем получить максимальную скорость движения нашей яхты при К = 50 равной:
2 м/с х 50 = 100 м/с или 360 км/ч
т.е. в 50 раз больше скорости ветра. Так летают планеры. Но нам-то надо часть энергии отдать на борьбу с дрейфом, еще какую-то часть - на преодоление крена и гидродинамического сопротивления. Реально у нас остается около 8 единиц: Кх - 8, где Кх - ходовое качество яхты. Поэтому максимальная и абсолютно реальная скорость движения яхты при ветре 5 м/с будет равна:
5 м/с х 8 = 40 м/с (144 км/ч), т.е. превышает скорость ветра в восемь раз (еще раз напомним: у "ЕПЭ" - в два с лишним раза). Как видим, парус играет роль аэродинамического "усилителя" действия ветра.
Теперь подведем предварительные итоги. Что мы имеем в активе? Мы можем установить два мировых рекорда и получить приз 3 млн. долларов с помощью рекордной яхты - планера-парусника.
Мировой рекорд скорости на буере (230.1 км/ч) можно повысить до 280 км/ч при скорости ветра 5 м/с; для этого требуется Кх -- ходовое качество буера, равное всего 16. Ну а существующий скоростной рекорд парусной яхты будет побит при том же ветре даже при Кх= 6, что обеспечит скорость хода 30 м/с, т.е. 108 км/ч. На сегодня рекорд скорости 86.16 км/ч, но при ветре 10 м/с!
Соревнования на установление мировых рекордов скорости под парусами проводятся в Уэймуте (Англия) ежегодно. Желающим следует спешить!
До сих пор речь шла о спортивных парусниках, которые демонстрируют границы возможных достижений - рекордные результаты. Для транспортных целей на морских грузовых и пассажирских линиях нужны экологически чистые скоростные суда с минимальным расходом топлива, простые и надежные в эксплуатации.
Разработанный в МАИ парусный экра-ноплан, рассчитанный на 40 пассажирских мест, может послужить примером такого экологичного и быстроходного морского экспресса. Скорость его при ветре 5-8 м/с будет около 90-110 км/ч. Максимальный вес крылатого парусника - 5800 кг, вес конструкции - 1800 кг.
Маршрут Нью-Йорк - мыс Лизард (Англия) на этом паруснике можно пройти всего за трое суток, тогда как тримарану-рекордсмену "Джет Сервисез-5" потребовалось вдвое больше.
Экологически чистый транспорт.
Известно, что французская шоколадная фирма "Пуле" объявила о награде в 1 млн.долл. первому яхтсмену-одиночке, который под парусом обогнет земной шар за 100 дней, а нынешние обладатели Трофея Жюль Верна уже совершили кругосветное плавание - пересекли все меридианы и экватор - за 71 день. Но для парусного экраноп-лана предлагаемой конструкции 25 суток "кругосветки" (даже при плавании в одиночку) будут продолжительностью регулярного рейса, указанной в расписании. Ведь экраноплан-парусник предназначен не для рекордов, а для пассажирских рейсов. Например, для челночных рейсов по Черному морю. Сорок пассажиров из Одессы будут в Ялте через 5 часов, а в Стамбуле - через 8 и при этом команда израсходует максимум 10 кг дизтоплива на подходы к причалу в указанных портах.
Путешествовать "дешевле" и с меньшим влиянием на окружающую среду можно, пожалуй, только дрейфуя на льдине! Используя энергию воздушного океана, мы не загрязняем атмосферу окислами углерода, азота и углеводородами, и главное - не бросаем деньги на ветер, сжигая энергетические ресурсы. Одна заправка крупнотоннажного океанского судна стоит 1.5-5 млн.долл. Судно водоизмещением 20 тыс.т при скорости 16 узлов затрачивает 35-40 т топлива в сутки. А ведь указанные выше цифры можно уменьшить в 5-10 раз!
Разработано вспомогательное парусное вооружение, которое обеспечивает высокую тягу паруса и позволяет при ветрах 5-10 м/с сократить средний расход топлива во время движения грузового судна на 50-70 %, а при ветрах большей силы - вообще исключить потребность в работе силовой механической установки, не снижая скорости движения. Такое вооружение можно использовать, в первую очередь, на судах-навалочниках дедвейтом 10-25 тыс.т.
На рисунке изображено грузовое судно водоизмещением 37 000 т (дедвейт 23 000 т) с тремя жесткими поворотными парусами-крыльями планерного типа1. Каждое крыло имеет размах 60 м и хорду - 10 м. Общая площадь парусности около 1800 м2. Расчетная скорость судна при ветре 7 м/с - 16 узлов, при 12 м/с - 23 узла. Уменьшение необходимого запаса топлива (в 20 раз) увеличивает полезные объемы судна. Максимальную мощность судовых двигателей можно снизить в 10 раз, используя их только для подруливания и в аварийных ситуациях.
Парусное вооружение планерного типа в штормовую погоду или при ураганном ветре нет необходимости убирать; надо поставить стабилизаторы на нулевые углы и освободить фиксацию парусной установки, тогда она станет обычным флюгером, сопротивление которого меньше сопротивления корабельной мачты.
Парусное вооружение планерного типа позволяет снизить сопротивление воды движению судна, так как обеспечивает некоторую аэродинамическую разгрузку его благодаря появлению подъемной силы на парусах-крыльях. Такие паруса повышают остойчивость судна, поскольку сила тяги парусов проходит через его ЦТ, что исключает появление крена. А большая площадь самих парусов при качке демпфирует судно: при большом волнении паруса не способны мгновенно перемещать большие массы воздуха. Корабль как бы висит на парусах-крыльях, что обеспечивает до 5 % аэродинамической разгрузки судна.
Огромную экономическую эффективность парусов-крыльев планерного типа подтверждают и расчеты, выполненные в МАИ при разработке парусного сухогруза водоизмещением 170тыс.т для "пассатных" направлений перевозок. Крылатый сухогруз может иметь полностью автоматизированную систему даже дистанционного - с берега - управления парусом. С помощью спутниковой связи в центр поступают все данные о погоде и обстановке, ЭВМ оптимизируют курс и график движения судна и передают команды на бортовой пульт управления. Корабль-"скиталец" может ходить в автоматическом режиме - без экипажа. Ветер в соответствии с программой пригонит его в заданную точку земного шара для встречи с экипажем, который с вертолета или служебного судна высаживается на борт перед его заходом в порт или для прохождения сложного участка трассы.
Современные достижения науки и техники позволяют обеспечить полную безопасность такого варианта "Летучего голландца" для судоходства с использованием традиционных плавсредств.
Все рассмотренные в этой статье парусники защищены патентами на изобретения, Проекты судов с аэродинамическим парусным вооружением для скоростного экологически чистого морского транспорта экспонировались на XXV Международном Салоне изобретений в Женеве в 1997 г. и были удостоены диплома и бронзовой медали.
Новое предложение от Beneteau для более простого и доступного яхтинга. С лета 2013 все говорят о прототипе нового паруса-крыла и его испытаниях. Это может стать началом новой эпохи в яхтинге.
С 2007 года компания Beneteau занимается развитием яхтинга и для новых поколений яхтсменов и для стран, где парусным спортом занимаются с детства. Многие инновации программы Яхта Будущего уже появились на свет.
Яхта будущего
Новая форма корпуса серии Sense, которая позже стала использоваться и на яхтах Oceanis, позволила значительно снизить крен и улучшить эргономику экстерьера и интерьера яхты. Комфорт и безопасность на борту завоевали сердца общественности.
Эксклюзивная разработка от Beneteau — , которая синхронизирует сейл-драйв и носовое подруливающее устройство, обеспечивает беззаботные маневры в порту. Теперь даже ребенок может пришвартовать 50-футовую яхту независимо от ветра и течения.
Ориентированы на симплификацию , многие современные разработки делают яхтинг более доступным. Интеграция GPS, навигационные программы, автоматизация некоторых маневров значительно упрощают жизнь новичкам яхтинга и снижают физические усилия команды.
Следуя этой философии , новый проект «Wing Sail» задействовал значительные человеческие и технические ресурсы. Перед разработчиками во главе с Брюно Бельмон, Менеджером Стратегического отдела парусных яхт верфи, была поставлена задача улучшить парус и упростить его использование.
Судьбоносная встреча
Парус «клешня краба», джонка, кайт или парус-крыло : разработчики наблюдали и анализировали существующие исследования разных видов парусов. Оригинальные работы были сориентированы в основном на улучшение показателей но не на упрощение использования, в то время, когда верфь Beneteau усердно работала над снижением сложности и повышением показателей одновременно.
Встреча с Ги Бо (Guy Beaup) , изобретателем из Гренобля, состоялась летом 2012 и вывела разработки Beneteau на новый уровень. “Когда мне что-то нужно, перед тем как спросить где я могу это купить, я пытаюсь понять как я могу это сделать сам” – так Ги ответил на вопрос о том, как появилось большинство его изобретений. Когда этот 25-летний новичок в мире яхтинга собирался в путешествие по морю он построил свою первую яхту.
Несколько лет спустя он спроектировал свою вторую яхту для более дальних путешествий со своей семьей. Отсутствие яхтенного опыта сыграло изобретателю на руку — каждый вопрос он рассматривал “с нуля”, незаангажированным взглядом. В результате чего создал яхту Matin Bleu с парусом-крылом. По окончании его кругосветного путешествия в 60000 миль семейный отдых на яхте стал основной инновацией в яхтенном производстве.
Beneteau тотчас решает выкупить патент на этот парус и сделать его создателя партнером на всех стадиях разработки прототипа. Сотрудничество с парусной мастерской Incidences дополнило команду разработчиков проекта.
, самая младшая сестра новейшей серии парусных яхт Beneteau , стала естественным выбором для первых испытаний. Размер яхты и философия развивающейся оснастки превосходно подходили для этой задачи. Первый выход на воду в прошлом сентябре был многообещающим, но разработка такого уровня потребует еще месяцы испытаний и работы над планом яхты. Нашей целью сегодня является оснастить определенные яхты Beneteau уже через 18-24 месяца.
Этот стремительный проект позволит новичкам легче и с большим наслаждением осваивать яхтинг. Вот уже 130 лет верфь Beneteau разрабатывает новые проекты, делая яхтинг доступным широкой публике.
Яхтинг с самого начала преследовал, если так можно выразиться, развлекательные цели. Однако тяга к развлечению людей на воде подвигла конструкторскую мысль к поиску новых форм судов для достижения новых скоростей, для более комфортного и безопасного плавания. Конструкторы парусов тоже не отстают иразрабатывают совершенно новые формы паруса.
В яхтостроении постоянно разрабатываются и применяются новые материалы и технические решения. Стоит только посмотреть на изменение формы корпусов яхт, которые произошли всего за 50 лет, да что там говорить, почти каждый год появляются новые смелые решения. На сегодня, можно сказать, что яхтинг в конструкторском и исследовательском плане не только не стоит на месте, а напротив, является полигоном для опробования новых концепций и технических решений. Это касается ипарусов. Мы можем наблюдать, как появляются совершенно новые паруса - асимметричные спинакеры, такие например, как Code Zero. Сегодня мы поговорим ещё об одном новшестве - парасейлоре. Этот удивительный парус уже можно видеть на некоторых яхтах и что самое интересное - его разрешили использовать в гонках по классификации IRC.
История создания
Яхтсмены знают, что применяя спинакер, возможны следующие негативные явления - «дергание» лодки и создающийся под действием сил дифферент на нос. Част онекотролируемое приведение локди к ветру и брочингю. Лодка становится рыскливой, падает скорость, рулевому приходится прилагать дополнительные усилия, часто, для компенсации этого явления экипаж «кучкуется» на транце. При слабых ветрах спинакер может вообще перестать держать свою форму, опасны для него и резкие порывы ветра. Для борьбы с этим явлением было предложено снизить давление ветра на спинакер, для этого делались попытки - сделать сквозные щели и создать тканевые трубки вшитые в парус, слегка направленные вниз (смотрим от кормы), чтоб возникающая реактивная тяга на них направленная вверх, уменьшала вертикальную составляющую, направленную вниз. Этo так называемый Venturi spinnaker, попытки применения которого были ещё в 50-х годах 20-го века. Этот парус работал уже устойчивей, однако эффект оказался очень низким и почти не ощущался. Удачным оказался гибрид паруса и крыла, похожего на летающее крыло - парасейл. Этот парус представлял из себя спинакер снабженный щелью в верхней части паруса с крылом. Его и назвали по аналогии — парасейлор.
Редкий Venturi spinnaker не получил распространения
Что такое парасейлор
Этот парус представляет из себя спинакер, в который вшито самонастраивающееся крыло. Это крыло состоит из двух частей, при набегании потока воздуха оно принимает выпуклую форму и самоподдерживается в таком состоянии. Несмотря на кажущуюся сложность и обилие деталей, постановка и работа паруса не вызывает никаких проблем. А надо сказать, что количество деталей в несколько раз больше, чем на обычном парусе. Что самое интересное — возникающая сила, направленная вверх ощутимо уменьшает дифферент на нос - до 20%, при этом, несмотря на наличие большой щели, занимающей примерно 25% площади всего спинакера, это не сильно отражается на уменьшениитяги. На испытаниях было зафиксированы падение всего на единицы процентов. Чудо? Нет, всего лишь удачная конструкторская мысль сочетать парус и крыло. Этот парус создал Хартмут Шедлих, яхтсмен с большим стажем, основатель компании Parasailor. Парус создавался не просто, это стало возможным благодаря наличию современной вычислительной техники, так как требовалась масса расчетов трехмерного обтекания крыла воздушными потоками. Но результат превзошел ожидания.
Преимущества паруса
Итак, что дает использование крыла на парусе?
1. Отверстие дает стабилизацию работы паруса - избыточное давление попросту сбрасывается.
2. Наличие щели в верхней части перенаправляет усилие на нижнюю часть паруса, тем самым уменьшая крен
3. Крыло работает в виде латы, поддерживая правильную форму паруса, что благоприятно сказывается при слабых ветрах. Но все же этот парус для хорошего ветра.
4. Крыло создает тянущий вверх и вперед момент, разгружающий нос яхт и компенсирующий потерю площади паруса из-за отверстия.
Многие путешественники, особенно те, кто двигается с попутными ветрами, избирают парасейлор, так как этот парус не нуждается в особой настройке и позволяет спокойно жить экипажу на борту. Недаром его можно увидеть на катамаранах, этих судах, которые двигаются преимущественно с попутными ветрами.
Что является негативным во всей этой истории, так это цена. Несмотря на рекламные заверения производителя, что парус будет лишь немного дороже, реально его цена в три раза дороже обычного спинакера. Несмотря на это, мастерская, изготавливающая такие паруса, уже перегружена заказами.
Вопрос, вынесенный в заголовок, все еще не нашел окончательного разрешения. Первые эксперименты по замене традиционного паруса вертикальным крылом, по профилировке и конструкции близким самолетному, не принесли ожидаемого результата. Дело в том, что за сотни лет своего существования парус превратился в прекрасное многорежимное устройство для преобразования силы ветра в тягу, сообщающую движение судну или буеру. Причем он достаточно эффективно работает как на полных, так и на острых курсах, при сильном и слабом ветре, при ровном его потоке и при шквалах. Помимо этого, парус является прекрасным прибором, позволяющим рулевому с высокой точностью настраивать его в соответствии с выбранным курсом и направлением ветра, его силой, возникающим креном парусника и другими параметрами движения.
Так при чем же здесь крыло, если у паруса столько неоценимых достоинств? Дело в том, что при всех своих положительных качествах парус имеет существенный недостаток: он обладает чрезвычайно низким «качеством» - термин сугубо аэродинамический, определяющий отношение коэффициента подъемной силы (для самолетного крыла) к коэффициенту лобового сопротивления. Физически это означает, что при равных условиях крыло заданной площади создает тягу во столько раз большую, во сколько раз качество его больше качества паруса той же площади.
Если вспомнить первые аэропланы, то поперечные сечения их крыльев были практически такими же, как и паруса тонкий выпукло-вогнутый профиль с достаточно острой кромкой. Помимо того, что подобный профиль обладал весьма низким качеством, он имел и крайне неудовлетворительную характеристику-поляру: подъемная сила возникала на крыле в крайне узком диапазоне углов атаки, а критический угол был угрожающе малым, и превышение его приводило к сваливанию самолетов того времени в штопор.
Если рассмотреть сечение паруса, то можно заметить, что это тоже вогнуто-выпуклая пластина с круглым или овальным утолщением - мачтой. Профиль такого типа крайне неудовлетворительно работает на острых курсах и подчас делает невозможным движение, близкое к направлению «левентик» (носом к ветру): происходит срыв потока, сопровождающийся заполаскиванием паруса и практически полной потерей его тяги Надо отметить, что ситуация меняется на полных курсах - когда ветер дует сбоку, сбоку-сзади и сзади. В этом случае парус явно эффективнее крыла. Правда, если это крыло не механизированное.
Первые попытки создания нового типа паруса с характеристиками, близкими крылу на острых курсах и парусу - на полных, предпринимались чуть ли не два десятилетия назад. Передней кромкой его стала сама профилированная поворотная мачта, сечение которой напоминало самолетный крыльевой профиль. В ликпаз мачты вставлялся узкий парус, усиленный сквозными латами. Такая законцовка и сама мачта имели практически одинаковые хорды, а вся система в целом, по сути, представляла собой крыло с гибким закрылком. Она уже обладала целым рядом преимуществ, но все же была вынужденным вариантом, так как сковывалась требованиями правил, существовавших в то время для некоторых классов катамаранов и буеров.
Буер с механизированным паруcом-крылом:
1 - оковка (стальной лист толщиной 3 мм), 2 - мачта (дюралюминиевая труба Ø 40Х1,5 мм), 3 - краспицы, 4 - ванты (стальной трос Ø 5 мм), 5 - штаг (стальной трос Ø 5 мм), 6 - крыло, 7 - закрылок, 8 - рулевое устройство, 9 - сиденье, 10 - корпус-обтекатель (фанера толщиной 3…4 мм), 11 - задний конек, 12 - поворотная вилка заднего рулевого конька, 13 - вилка переднего конька, 14 - передний конек, 15 - поперечная балка.
Логичным поэтому представляется переход к целиком жесткому механизированному крылу по типу самолетного, с жестким же закрылком, значительно увеличивающим коэффициент «подъемной» силы такого паруса на больших углах атаки и, следовательно, на полных курсах.
Крыло с закрылком:
1 - концевая нервюра крыла (фанера толщиной 10…12 мм), 2 - лонжерон (сосновые рейки 20Х60 мм), 3 - передняя кромка (сосновая рейка сечением 30X30 мм), 4 - нервюры № 7 и № 8 (фанера толщиной 5 мм), 5 - усиленная нервюра № 6 (фанератолщиной 10…12 мм), 6 - задняя стенка крыла (сосновая доска толщиной 20 мм), 7 - укороченные нервюры № 2-5 (фанера толщиной 5 мм), 8 - укороченная корневая нервюра (фанера толщиной 12 мм), 9 - корневая нервюра закрылка (фанера толщиной 12 мм), 10 - нервюры № 2-5 закрылка (фанера толщиной 5 мм), 11 - передняя кромка закрылка (сосновый брусок сечением 40X60 мм), 12 - внутренние расчалки крыла (капроновый или льняной шпагат, стальная проволока Ø 0,3 мм), 13 - диагональный элемент закрылка (фанера толщиной 5 мм), 14 - задняя кромка закрылка (сосновая рейка сечением 20X50 мм), 15- задняя кромка крыла (сосновая рейка сечением 20Х50 мм), 16 - раскосы лонжерона (сосновые рейки сечением 20X20 мм), 17 - обтекатель (фанера толщиной 5 мм), 18 - концевая нервюра закрылка.
Поначалу предполагалось, что поворотный закрылок будет на всю длину (точнее - высоту) крыла-паруса. Однако оказалось, что гораздо выгоднее, чтобы закрылок занимал лишь около 60% высоты крыла. Дело в том, что характеристика ветра на разных уровнях неоднородна: внизу его скорость несколько меньше, чем на высоте нескольких метров, кроме того, меняется и его вектор. Это означает, что угол атаки корневой части паруса-крыла относительно направления вымпельного ветра окажется больше, нежели у его концевой части. В идеальном случае неплохо было бы иметь «дробный» закрылок по всему размаху крыла, состоящий из нескольких секций, отклоняемых на разные углы Однако практически оказалось вполне достаточным оснастить закрылком лишь нижнюю часть крыла.
Все эти соображения легли в основу конструирования буера с жестким механизированным парусом-крылом площадью 5 м. Схема самого буера достаточно традиционна: трехточечная конструкция с задним управляемым коньком. Основанием корпуса служит собранная из сосновых брусков и фанеры рама; из фанеры же и обтекатель. Поперечная балка также деревянная - для нее подойдет прямослойная ровная доска толщиной 60 мм и длиной 3,3 м
На раму потребуется два продольных сосновых бруска сечением 25X60 мм и длиной 3,5 м и пять-шесть поперечных. Сверху и снизу они в сборе обшиваются фанерой толщиной 5 мм. Соединение деревянных элементов лучше всего вести на эпоксидном клее (однако пригоден и казеиновый). После отверждения клея и обработки полученной панели по наружному контуру на ней монтируется брусок основания (степс) мачты, а также опорный брусок рулевого конька.
Фанерный обтекатель собирается по упрощенной технологии Предварительно имеет смысл на небольшой модели (например, 1:5) уточнить конфигурацию элементов обшивки, вырезав их из плотной бумаги или картона, а потом уже перенести их очертания на фанеру. Далее в полученных заготовках вдоль стыкуемых кромок насверливаются с шагом 50-100 мм отверстия диаметром 2-3 мм, затем детали «сшиваются» мягкой медной проволокой. После соединения такими скрутками заготовок обтекателя все стыки изнутри заделываются эпоксидной шпаклевкой, состоящей из смолы и мелких древесных опилок. По завершении ее отверждения проволока снаружи удаляется кусачками-бокорезами, а изнутри стыки оклеиваются двумя-тремя слоями стеклоткани на эпоксидной смоле.
Но вот обтекатель установлен на панель основания, корпус снаружи прошпаклеван и зачищен. Остается оклеить его слоем стеклоткани и после финишных шпаклевок и окончательной зачистки окрасить синтетическими эмалями.
Поперечная балка буера - монолитная. Она вырезается из целой прямослойной доски толщиной 60 мм и максимальной шириной 320 мм. Если подобрать такое сечение затруднительно, балку можно склеить из двух-трех досок меньшей толщины. В готовом виде она имеет обтекаемую форму и переменное поперечное сечение. К панели основания балка крепится четырьмя болтами с резьбой М10 и гайками с шайбами; фиксируется двумя растяжками из стального троса Ø 4 мм со стандартными талрепами. На концах балки устанавливаются узлы подвески коньков.
Кстати, передние коньки амортизации не имеют: упругим элементом для них является сама поперечная балка. Задний управляемый конек может быть также без амортизатора, хотя отсутствие его несколько затрудняет управление буером. Но, в принципе, подрессорить его - задача не из сложных.
Управление рулевым коньком - тросовое, с приводом от руля автомобильного типа. Передача вращающего момента осуществляется стальным тросом Ø 3 мм, пропущенным через барабан Ø 60 мм на рулевой колонке, две пары направляющих роликов и двойной рулевой сектор Ø 250 мм. Барабан и ролики дюралюминиевые, точеные.
Поворотный узел паруса-крыла:
1 - велосипедная звездочка, 2 - мачта, 3 - крыло, 4 - малая велозвездочка, 5 - закрылок, 6 - ось поворота закрылка, 7 - поворотный узел, 8 - штифты цилиндрические Ø 6 мм, 9 - подпятник (дюралюминий), 10 - втулка (фторопласт, капрон или текстолит), 11 - винт М5, 12 - винт М5.
Одним из самых сложных элементов конструкции буера является механизированное крыло-парус. Собирается оно по классической «планерной» технологии. Для начала заготавливаются нервюры - для шести потребуется фанера толщиной 5 мм, а для трех (в том числе корневой и концевой) - толщиной около 12 мм. Для построения профилей нервюр советую воспользоваться таблицей из координат, каждое из значений которой выражено в относительных единицах (в процентах) от длины хорды профиля. Чтобы получить значения абсцисс и ординат соответствующего сечения паруса-крыла, нужно значение длины этого сечения последовательно умножать на табличное значение координат профиля. Следует отметить, что для паруса-крыла выбран профиль с относительной толщиной, равной 10%; он обладает высоким качеством и хорошо работает в большом диапазоне углов атаки.
Продольными элементами крыла-паруса являются лонжерон, носок и задняя кромка. Помимо этого, на участке от первой до шестой нервюры врезается стенка, разделяющая крыло на собственно крыло и закрылок.
Лонжерон - ферменной конструкции, его основу составляют верхняя и нижняя полки (сосновые рейки сечением 20X60 мм). После сборки он усиливается спереди и сзади рейками-раскосами, что и образует весьма жесткую ферму.
Передняя кромка - тоже сосновая рейка сечением 30X30 мм. Стыковка ее с нервюрами производится так: в кромке под них пропиливаются пазы, носок каждой из нервюр при этом обрезается, чтобы после сборки не было искажений профиля.
Приблизительно так же врезаются в нервюры задняя кромка и задняя стенка крыла. Здесь глубина пазов нужна в 10-15 мм.
Сборка крыла начинается с подготовки плаза. На ровном полу расчерчивается плановая проекция паруса-крыла с осями лонжеронов и нервюр. Далее на плазе закрепляется нижняя полка лонжерона, а на ней монтируются нервюры и закрепляются штапиками и эпоксидным клеем. Фиксация штапиков - небольшими гвоздями. Далее устанавливается на клею верхняя полка лонжерона и точно так же стыкуется с нервюрами.
Основание корпуса буера:
1 - поперечина (сосновый брусок сечением 20X60 мм), 2 - поперечины крепления степса мачты (сосновые бруски сечением 20X60 мм), 3 - степс (сосна 60X80X80 мм), 4 - поперечины узла крепления поперечной балки буера (сосновые бруски сечением 20Х60 мм), 5 - площадки крепления поперечной балки (сосновые бруски сечением 50Х60 мм), 6 - 8 - поперечины (сосновые бруски сечением 20X60 мм), 9 - поперечины узла крепления рулевого конька (сосновые бруски сечением 20X60 мм), 10 - установочная площадка рулевого конька (сосна 60X80X80 мм), 11 - законцовка (сосновый брусок сечением 60X60 мм), 12 - обшивка основания корпуса (фанера толщиной 5 мм), 13 - лонжероны основания (сосновые доски сечением 25X60 мм), 14 - носовая часть основания (сосновый брусок сечением 40Х60 мм).
Конек буера:
1 - лезвие конька (стальная полоса толщиной 8 мм), 2 - щека (бук или дуб), 3 - винт крепления щек к лезвию, 4 - втулка (труба стальная Ø 20Х3 мм, крепится к лезвию сваркой).
Убедившись, что эти элементы крыла соединены без перекосов, можно перейти к монтажу передней и задней кромок, а также задней стенки. Операция эта производится с помощью эпоксидной шпаклевки - с введенными в смолу мелкими древесными опилками или зубным порошком. Далее каркас крыла фиксируется на плазе так, чтобы были исключены искривления или перекосы. После отверждения эпоксидного связующего лонжерон усиливается раскосами. Диагональные силовые элементы следует ввести и между нервюрами, что значительно увеличит жесткость крыла при его кручении. Для этого совсем не обязательны раскосы - можно натянуть внутрикрыльевые растяжки из прочного капронового или даже льняного шпагата. Чтобы обеспечить одинаковое натяжение, рекомендуется делать их из единой нити. Места стыков растяжек с элементами конструкции крыла фиксируются эпоксидным клеем.
Приблизительно так же собирается и закрылок. Правда, устроен он не в пример проще крыла: два продольных элемента (передняя и задняя кромки), нервюры и диагональные раскосы. Сборка нервюр с продольными элементами - с помощью врезки; диагональные вставляются враспор, фиксация - эпоксидным клеем.
Обшивка паруса может быть самой различной. Проще всего обтянуть его перкалем, покрыть три-четыре раза эмалитом, а затем нитрокраской. Лучше, конечно, оклеить крыло лавсановой пленкой по «модельной» технологии. Как это делается, можно узнать из публикаций журнала «Моделист-конструктор». Наконец, подойдет и обшивка из воздухонепроницаемой ткани - например, болоньи или технической типа «500».
Аналогично выполняется и закрылок. Он подвешивается к крылу на двух самодельных петлях так, чтобы ось поворота закрылка совпадала с плоскостью хорд крыла.
Механизированный парус имеет возможность поворачиваться вокруг неподвижно закрепленной мачты, представляющей собой дюралюминиевую трубу Ø 40Х1,5 мм (можно использовать спортивный прыжковый шест; деревянный вариант должен иметь увеличенный диаметр у основания - до 50 мм). При этом крыло опирается на подпятник, зафиксированный на мачте. Для облегчения поворота паруса на его корневой нервюре монтируется опорная втулка, выточенная из капрона, фторопласта или текстолита.
При повороте крыла относительно корпуса навешенный на петлях закрылок автоматически отклоняется в противоположную сторону. Это достигается благодаря установленным на мачте и закрылке велозвездочкам с передаточным числом около 1,5, кинематически связанным втулочно-роликовой цепью. Угол поворота закрылка приблизительно в полтора раза больше, нежели угол отклонения крыла. Следует отметить, что угол этот - а следовательно, и передаточное число цепного привода - подбирается опытным путем. Кстати, имеет смысл установить звездочку на мачте не жестко, а с помощью простейшего фиксатора - например, резьбовой шпильки с рукояткой. Это даст возможность настраивать крыло-парус применительно к условиям движения - курсу и скорости ветра.
Мачта буера устанавливается в выточенный из дюралюминия стакан-степс. На топе мачты закрепляется оковка с тремя ушками для штага и пары вант (из троса диаметром 5 мм и трех стандартных винтовых талрепов).
Регулировка положения паруса-крыла производится с помощью шкотового устройства, состоящего из пары двухшкивных блоков и капронового каната диаметром 8-10 мм.
Коньки - со стальным полозом. Специалисты, правда, утверждают, что более подходит для этой цели бронза, однако разница между ними не слишком заметна. Щеки коньков - деревянные, желательно из бука или дуба. С полозом они соединяются винтами и гайками с резьбой М6 или М8.
Отладку буера следует производить в процессе пробных заездов. Предварительно имеет смысл к поверхности паруса-крыла подклеить (например, пластилином) тонкие нити-шелковинки длиной около 200 мм. Желательно, чтобы на каждой стороне паруса-крыла их было не менее пяти-шести десятков, причем наиболее интересны для контроля при пробных заездах зоны максимальной толщины крыла и оси поворота закрылка. Шелковинки наглядно подскажут вам о приближении срыва потока и позволят подобрать оптимальные соотношения между углами отклонения закрылка и самого паруса-крыла.
В. ЕВСТРАТОВ, инженер
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.
Изобретение относится к парусному судостроению. Парус-крыло состоит из набора жестких симметричных балок, зафиксированных на поворотной мачте, гибких лат и тяг. Тяги проходят сквозь балки и соединяют между собой гибкие латы. Балки в совокупности с латами определяют разреженную сторону профиля паруса-крыла. Парус-крыло управляется триммером, задающим необходимый угол атаки. Ось вращения мачты расположена впереди от центра давления аэродинамического профиля паруса-крыла в 3-15 процентах его хорды. Достигается улучшение ходовых качеств парусных судов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунки к патенту РФ 2520211
Изобретение относится к парусному судостроению.
Парус, как движитель судов, известен на протяжении тысячелетий, но, несмотря на многочисленные усовершенствования, он принципиально не изменился, представляя собой рангоут, несущий изогнутую пластину из гибкого материала.
Рост скоростей парусных судов по мере их совершенствования приводит к тому, что они должны ходить по отношению к вымпельному ветру круче из-за так называемого «буерного эффекта». Для осуществления возможности быстрого движения парусников (сопоставимого с моторными судами) применяют паруса, представляющие собой авиационные крыльевые профили.
Адаптация крыльевых профилей в качестве паруса натолкнулась на ряд трудностей, одной из основных является смена знака набегающего потока при перемене галса.
Попытка модернизировать мягкий парус по а.с. № 783123 безуспешна, так как при этом невозможно получить эффективный авиационный профиль.
По а.с. № 1020309 можно получить приемлемый профиль, но наличие предкрылка предложенной формы нарушает обтекание на разреженной части профиля. Кроме этого, наличие большого количества шарниров и рычагов делает конструкцию ненадежной.
Предпринимались попытки использовать симметричные авиационные профили (а.с. № 1065297), но они неэффективны, так как их коэффициент подъемной силы уступает мягкому парусу.
Парус-крыло по а.с. № 1382740 более приближен к оптимальному, но конструкция получилась громоздкой и сложной, а элемент мачты, выступающий в напорной части профиля, ухудшает обтекание, тем самым увеличивая сопротивление.
По а.с. № 1024362 парус-крыло сложен по конструкции, а также получаемый профиль паруса далек от оптимального.
Целью настоящего изобретения является устранение перечисленных выше недостатков путем предложения эффективного несложного по конструкции и надежного паруса-крыла, позволяющего существенно расширить возможности парусных судов всех типов - от малых прогулочных, спортивных и коммерческих до рекордных, в том числе сухопутных и ледовых.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый парус-крыло смонтирован на поворотной мачте и состоит из набора жестких симметричных балок, определяющих напорную сторону профиля паруса-крыла, и зафиксированных на мачте гибких лат, несущих обшивку паруса-крыла, а также из тяг, проходящих сквозь балки и соединяющих между собой гибкие латы, которые в совокупности с балками определяют разреженную сторону профиля паруса-крыла, вращающегося вокруг оси мачты и управляемого триммером, задающим необходимый угол атаки, а ось вращения самой мачты расположена впереди от центра давления аэродинамического профиля паруса-крыла в 3-15 процентах его хорды, кроме того, парус-крыло может быть выполнен составным из независимо вращающихся вокруг оси мачты секций и в случае применения в малом судостроении допускается его выполнение в упрощенном варианте, т.е. без тяг.
Предлагаемый парус-крыло показан на чертеже, где на фиг.1 изображен вид судна сбоку с предлагаемым парусом. На фиг.2 парус-крыло изображен в разрезе. На фиг.3 изображен фрагмент крепления гибкой латы к тяге и к обшивке.
Парус-крыло содержит поворотную мачту 1 (см. фиг.2), выполненную в виде призмы, с двух сторон ограниченной внутренними плоскостями поперечных балок 2. Сверху каждой из секций А и Б (см. фиг.1) установлены неподвижные шайбы 3, зафиксированные вантами 4, удерживающими мачту 1 в вертикальном положении. Каждая из частей мачты 1 свободно вращается относительно неподвижной шайбы 3. Балки 2, определяющие профиль напорной части паруса-крыла попеременно с двух сторон (см. фиг.2), имеют возможность перемещения вдоль мачты 1 (см. фиг.1) для осуществления постановки и съема паруса-крыла 3. Размеры поперечного сечения и шаг балок 2 определяют в зависимости от ветровой нагрузки и размеров паруса-крыла для конкретного судна. Через балки 2 (которые в сечении могут быть выполнены в виде круга, полосы, круглой и прямоугольной трубы и т.д.) проходят тяги 5, формирующие разреженную сторону профиля паруса-крыла. Тяги 5 шарнирно соединяются с латами 6, расположенными по разные стороны от балок 2 по всей их длине. Латы 6, выполненные с переменной гибкостью по длине (чем меньше кривизна профиля, тем лата жестче), закреплены на передней части балок 2 и несут гибкую обшивку 7. В хвостовой части латы 6 имеют возможность перемещения относительно балки для компенсации изменения их длин при перемене знака нагрузки паруса-крыла.
Для удобства постановки, съема паруса-крыла и проведения ремонтно-профилактических работ обшивка 7 (см. фиг.3) выполняется съемной и крепится к латам 6 крепежными съемными изделиями 8 через продольные (вдоль лат) накладки 9, представляющие собой полосы шириной, близкой к ширине лат, и с шагом между ними, равным шагу балок.
Ось вращения паруса-крыла находится спереди в 3 -15 процентах хорды профиля от центра давления профиля на рабочих углах атаки (см. А.С.Кравец. Характеристики авиационных профилей. Государственное издательство оборонной промышленности, Москва, Ленинград, 1939 г., см. ч. 3. Сборник авиационных профилей). Расположение оси вращения паруса-крыла спереди от центра давления позволяет управлять парусом-крылом с минимальными стабильными усилиями одного знака.
На высоте, соответствующей высоте центра парусности, на выносном кронштейне 10 устанавливается управляющий триммер 11. Под парусом к мачте 1 жестко прикрепляется фальш-гик 12, с помощью которого парус-крыло может управляться вручную.
Парус-крыло работает следующим образом. При набегании воздушного потока на парус-крыло справа (см. фиг.2) давление воздуха с наветренной и разрежение подветренной сторон прижимают обшивку 7 с латами 6 к жесткой балке 2, образуя напорную часть профиля, а через тяги 5, толкающие латы 6 подветренной стороны до упора в балку 2, образуют разреженную часть профиля. Так как каждая тяга 5 имеет строго определенную длину (с учетом изменения ее положения относительно балки 2), равную толщине профиля по координатам хорды, то они в комплекте образуют полный аэродинамический профиль. Упругие латы 6 выравнивают колебания профиля, а шаг установки тяг 5 определяется допустимой величиной отклонения дужки профиля от заданной. При изначально одинаковой длине лат 6 с каждой стороны латы 6 разреженной части профиля относительно хорды профиля (как более выпуклые) короче лат 6 напорной части паруса-крыла. Для компенсации колебаний длин латы имеют возможность продольного перемещения относительно балки 2 в хвостовой части, а тяги 5 соединяются с латами 6 шарнирно. При смене галса набегающий воздушный поток меняет свой знак на противоположный, при этом положение лат 6 с обшивкой 7 и тяг 5 зеркально меняется относительно балки 2 (см. пунктирный контур аэродинамического профиля на фиг.2). Таким способом осуществляют четкую перекладку паруса-крыла при движении разными галсами.
Оптимальную работу предлагаемого паруса-крыла с высоким аэродинамическим качеством в диапазоне углов атаки 0-20 градусов осуществляют триммером 11, управляемым экипажем дистанционно любым из известных способов (шкотами, гидравликой, по радио и т.д.). Триммер 11 задает необходимый угол атаки паруса-крыла и удерживает его при всех колебаниях направлений курса судна и ветра, что освобождает экипаж от работы с парусом на выбранном галсе. Также триммером 11 можно ставить парус-крыло в режим нулевой тяги. При возникновении нештатной ситуации или необходимости движения на закритических углах атаки, в т.ч. курс фордевинд, управление парусом-крылом осуществляют вручную с помощью фальш-гика 12. Таким же образом можно управлять небольшими парусами, где применение триммера 11 необязательно.
В связи с тем что ветер с изменением высоты от поверхности меняет силу и направление в широких пределах, целесообразно высокий парус-крыло изготавливать из отдельных секций, расположенных на одной оси. Каждая секция, управляемая триммером 11, обеспечивает максимальную тягу в своем высотном диапазоне. При переходе на ручное управление секции блокируются между собой любым известным способом, например фиксирующим пальцем. В зависимости от потребной высоты мачты число секций может быть более одной. На фиг.1 секции А и Б соединены между собой через шайбы 3, которые осуществляют их независимое вращение относительно друг друга, при этом каждую последующую секцию закрепляют сверху вантами 4.
Как вариант, поворотные секции могут надеваться на мачту с возможностью независимого вращения вокруг нее.
Предлагаемая оригинальная конструкция паруса-крыла за счет работы на малых углах атаки, высокого аэродинамического качества крыльевого профиля, уменьшения кренящего момента и дрейфа судна, а также более совершенной с возможностью автоматизации системой управления парусом дает преимущества перед известными парусами.
Таким образом, применение предложенного паруса-крыла с применением жестких и гибких элементов, задающих аэродинамический профиль, позволит существенно улучшить ходовые возможности парусных судов всех известных типов, т.е. осуществить поставленную изобретением цель.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Парус-крыло, смонтированный на поворотной мачте, отличающийся тем, что он состоит из набора жестких симметричных балок, определяющих напорную сторону профиля паруса-крыла, зафиксированных на мачте, гибких лат, несущих обшивку паруса-крыла, а также из тяг, проходящих сквозь балки и соединяющих между собой гибкие латы, которые в совокупности с балками определяют разреженную сторону профиля паруса-крыла, вращающегося вокруг оси мачты и управляемого триммером, задающим необходимый угол атаки, а ось вращения самой мачты расположена впереди от центра давления аэродинамического профиля паруса-крыла в 3-15 процентах его хорды.
2. Парус-крыло по п.1, отличающийся тем, что он выполнен составным из независимо вращающихся вокруг оси мачты секций.