Парусный спорт — это вид спорта, в котором спортсмены соревнуются, используя снаряжение, главным образом лодки, и суда, приводимые в движение парусами. Эта тема интересна тем, что суда набирают скорость при помощи ветра, и паруса, без каких-либо специальных дополнительных конструкций. Паруса доступны всем — и профессионалам, и детям, и начинающим. Естественные процессы, происходящие на парусе, сложные и интересные.
Цель работы состояла в изучении преимуществ и недостатков наиболее популярных парусов и разработке конструкции своего скоростного и устойчивого паруса.
В работе были поставлены следующие задачи:
1. Познакомиться с видами уже существующих парусов.
2. Сконструировать минимодели наиболее популярных парусов.
3. Качественно изучить их скоростные качества и устойчивость на воде.
4. Разработать модель паруса с учетом недостатков и преимуществ изученных парусов.
Обзор парусного вооружения Фофан Афалина
5. На основании исследований сделать вывод о зависимости устойчивости и скорости судна от формы исследуемых парусов.
Исследование проводилось миниатюрными парусниками на воде глубиной 0,7 метра, расстояние от старта до финиша 1м. Тяга для парусов создавалась ветром от фена. В изготовлении моделей парусников были соблюдены все технические характеристики эффективного паруса. Все модели имели правильный выпукло-вогнутый профиль поперечного сечения по всей высоте, называемый яхтсменами «пузом». Исследования, проведенные на моделях парусов, позволили выявить ряд особенностей обтекания исследуемого паруса.
1. При большей площади паруса можно менять скорость судна, опуская или поднимая парус к реям. Он более устойчив.
2. Плоская форма паруса не требует сильного ветра для разгона, чем больше площадь паруса, тем более скоростным будет парус при постоянстве остальных характеристик паруса (массы).
3.По результатам эксперимента был сконструирован авторский парус «Нептун»,
Скачать:
Предварительный просмотр:
«Влияние формы паруса на ходовые качества судов»
Выполнил: учащийся 8 класса
Исмагилов Ренат Маратович
Булатова Оксана Георгиевна
В наше время стремительно набирает популярность парусный спорт. Парусный спорт — это вид спорта, в котором спортсмены соревнуются, используя снаряжение, главным образом лодки, и суда, приводимые в движение парусами. Мне нравится эта тема, поэтому я решил изучить свойства, и особенности паруса и выяснить, как конструкция паруса влияет на основные ходовые качества судна – устойчивость и скорость.
ВВЕДЕНИЕ
Предположительно, согласно летописям, первые парусные соревнования появились в 17 веке. Сначала яхтинг стал популярен в Голландии, затем в Англии, и со временем распространился на всю Европу Постепенно интерес к этому виду спорта начал возрастать, и он стал распространяться по всему миру. Сегодня этот спорт широко известен во многих странах нашей планеты.
Классификация Парусников
Он сочетает в себе изящность, красоту и мощь. Управление лодкой и парусом дает участникам соревнований ощущение свободы, при этом воспитывая чувство ответственности и сплоченности. Сегодня парусный спорт в России активно развивается, и идет подготовка спортсменов к Олимпиадам 2016 и 2020 гг. при поддержке Всероссийской Федерации парусного спорта.
Паруса доступны всем — и профессионалам, и детям, и начинающим. Легкий рангаут способствует быстрому обучению. Есть парус для катания по волне – легкий, для сильного ветра, для фристайла, фигурного катания, и т.д. И для каждого вида катания разработана своя модель паруса. Они как будто похожи, но конструкция у всех разная.
В основе конструкции паруса для сильного ветра (плоский парус похожий на закладку). Используются углы, шкаторина (нижняя рейка), серповина (середина паруса), латкарманы (длинные рейки пришитые к мякоти паруса), рифы (длинные горизонтальные полоски плотной парусины). Естественные процессы, происходящие на парусе, сложные и интересные.
В нашей республике парусный спорт очень популярен. В 90-ые годы казанскими яхтсменами было осуществлено кругосветное плавание на яхте «North star», Была приобретена яхта, на которой удалось совершить задуманное. Участники пронесли флаг города и республики вокруг земного шара, также казанские яхты обошли вокруг Европы. Казанские яхтсмены участвовали во всесоюзных, всероссийских и международных соревнованиях. В соревнованиях по парусным видам спорта очень важны устойчивость и скоростные качества судов, поэтому победа зависит не только от силы, смелости и выносливости спортсмена, но и от правильно рассчитанного и поставленного оборудования.
Цель моей работы – изучить преимущества и недостатки наиболее популярных парусов и предложить конструкцию своего скоростного и устойчивого паруса.
Были поставлены следующие задачи:
- Познакомиться с видами уже существующих парусов.
- Разработать модель паруса с учетом недостатков и преимуществ изученных парусов.
- Провести исследование на воде миниатюрных моделей парусных лодок на скорость и устойчивость.
- На основании исследований сделать вывод рабочих качествах исследуемых парусов – устойчивых и скоростных.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Прямые паруса
Прямые паруса — паруса, которые ставятся поперёк судна и крепятся к реям , поднимающимся на мачты и стеньги . Имеют вид равнобокой трапеции. Управление прямым парусом осуществляется разворотом рея брасами и шкотами в горизонтальной плоскости. На острых галсах наветренная шкаторина прямого паруса отводится на ветер с помощью специальной снасти, называемой шпрюйт .
Прямыми парусами вооружаются большие парусные суда: корабли , барки , баркентины , бриги и бригантины . Широкое распространение прямые паруса получили благодаря возможности получать огромные парусные площади путем совокупности небольших парусов. Ни один человек не сможет справиться с парусом, площадь которого превосходит некоторый предел (примерно 5-8 квадратных метров на одного человека).
Косые паруса
Косые паруса — паруса, которые ставятся близко к диаметральной плоскости судна. Имеют множество видов.
Лати́нский па́рус
Имеет вид прямоугольного треугольника. Верхней шкаториной (гипотенузой) крепится к рейку , наклоненному вперед. Для латинских парусов реек носит название «Рю» . Передний конец рю доходит до палубы, он называется «тележка».
За тележку берется галс . Особенность латинского парусного вооружения в том, что тележка при смене галса должна пересечь вант . Поэтому ванты на судах с латинским вооружением делают разъединяющимися. Это добавляет работы экипажу: при смене галса приходится выполнить гораздо больше действий, чем при хождении под обычным рейковым парусом. Тем не менее, в средние века латинский парус получил широчайшее распространение, благодаря способности судна с таким парусом ходить очень круто к ветру. Такая способность позволяет получить огромное преимущество в случае, если надо уйти от погони (или наоборот догнать кого-нибудь).
Бермудский па́рус
Бермудский парус — треугольный парус, передняя шкаторина которого растягивается по мачте , а нижняя по гику .
На данный момент является наиболее распространённым типом паруса на яхтах. По простоте управления, постановки и тяговым характеристикам является бесспорным лидером.
Яхта с правильно настроенными бермудскими парусами может длительно управляться всего одним человеком. Такой маневр, как поворот оверштаг, может выполняться вообще без вызова подвахты, за счет перекладки руля.
Аэродинамическое качество бермудского паруса, хотя и сильно уступает самолетному крылу, тем не менее, является самым высоким среди остальных парусов. Это обусловило исключительное применение бермудского типа вооружения на всех современных гоночных яхтах.
Бермудский парус зародился в регионе Бермудских островов , где им пользовались местные рыбаки. В 1920-е годы он пришел на смену гафельному парусу , который использовался в то время повсеместно.
Люгерный па́рус
Лю́герный (ре́йковый) парус — парус верхней шкаториной пришнуровывается к наклонному рейку, который поднимается на мачту с помощью одной снасти — фала, закрепленного к передней трети рейка. Чтобы реек не отходил от мачты, используется ракс-бугель, скользящий по мачте и соединенный с рейком. В отличие от прямого паруса, для управления которым служат два браса, два шкота и два галса, рейковый парус управляется с помощью только одной снасти — шкота. Передняя шкаторина натягивается — «набивается» — с помощью галс-оттяжки таким образом, чтобы она сохраняла форму, близкую к прямой линии даже при встречном ветре.
2.1 Основные характеристики эффективного паруса.
Эффективный парус должен иметь правильный выпукло-вогнутый профиль поперечного сечения по всей высоте, называемый яхтсменами «пузом». Исследования, проведенные на моделях парусов, изготовленных из металла, позволили выявить ряд особенностей обтекания паруса по сравнению с жестким толстым профилем.
Уже при малом угле атаки критическая точка «а» перемещается на наветренную сторону паруса и поток воздуха огибает острую переднюю кромку с высокой скоростью. Вследствие этого на подветренной стороне паруса близ передней кромки образуется большое разрежение, под влиянием которого пограничный слой отрывается от поверхности паруса, на спинке профиля образуется вихревой пузырь. При достаточно высокой скорости вымпельного ветра поток быстро поглощает энергию вихрей и пограничный слой вновь присоединяется к поверхности профиля на некотором расстоянии от передней кромки паруса. По мере увеличения угла атаки размеры вихревого пузыря растут, что вносит существенные изменения в распределение пониженного давления – разрежения на подветренной стороне паруса и, следовательно, сказывается на величине подъемной силы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Исследование влияния формы паруса на скоростные качества и маневренность судна.
В практической части работы были исследованы миниатюрные модели парусников с основными видами парусов — прямым и косым — бермудским парусом, а также модель парусника с авторским парусом «Нептун». Паруса имели одинаковую массу и сконструированы с учетом требований эффективного паруса.
Прямой парус крепится к реям, которые прикреплены к мачте
Бермудский парус выполнен в виде прямоугольного треугольника, нижняя шкаторина которого прикреплена к гику, передняя — к мачте.
1.1 Изучение скоростных качеств судов с бермудским и прямым парусами (эксперимент 1).
Исследование проводилось миниатюрным парусником на воде глубиной 0,7 метра, расстояние от старта до финиша 1м. Тяга для парусов создавалась ветром от фена.
Лодочка с бермудским парусом от старта до финиша прошла за 10 сек.
Судно с прямым парусом от старта до финиша добрался за 5 секунд.
Вывод: Прямой парус – достаточно скоростной.
Изучение маневренности парусников бермудским и прямым парусами (эксперимент2)
Ход эксперимента : Исследование проводилось миниатюрным парусником на воде глубиной 0,7 метра. Исследовался крен парусника при резком изменении угла атаки паруса – угла между направлением ветра и плоскостью паруса.
При изменении угла атаки бермудский парус дал крен 30-40 0 и дошел до финиша .
Вывод: для того что бы управлять таким парусом на большой воде, нужно умение, сноровка и большая сила человека. А это под силу далеко не каждому человеку. Следовательно, надо много времени и терпения что бы научиться управлять таким парусом.
При изменении угла атаки прямой парус дал крен 10-15 0 и дошел до финиша
Вывод: прямой парус более устойчив и прост в управлении.
3. Изучение скоростных качеств и маневренности судна с авторским парусом «Нептун» (эксперимент 3).
После анализа проведенного по 2 — м парусникам (бермудского и прямого) (прямые паруса используют на больших парусах и бригантинах). Я решил сконструировать парус, сочетающий в себе скоростные качества и маневренность одновременно.
Во — первых он должен быть плоский, как бермудский парус, для того что бы пузо паруса не было слишком объемным, а значит судно с таким парусом гораздо легче.
Во-вторых я увеличил площадь паруса для устойчивости и повышения маневренности судна.
Я назвал свой парус «Нептун» в честь древнеримского бога морей и потоков. Он крепится поперек судна, управление парусом осуществляется разворотом рея брасами и шкотами в горизонтальной поверхности.
Исследование проводилось на воде глубиной 0,7 м. Расстояние от старта до финиша 1м. Тяга создавалась ветром от фена. Со старта парусник отправился уверенно для важности немного покачиваясь, но крепко стоял на воде, дошел до финиша за 5 сек. Затем я поменял направление ветра на противоположное. Парусник величаво поддался ветру, дал небольшой крен по ветру. Быстро справился с ситуацией, выпрямился и продолжил свой путь обратно к старту, и так же легко дошел, как и до финиша
Вывод: Что бы управлять этим парусом сил много не надо. За счет большой площади он легко управляем. Для разгона судна не нужно сильного ветра, так как такой парус имеет плоское пузо.
Кроме этого такой парус очень преемистый – время для его разгона мало, что при правильной подготовке спортсмена может дать дополнительный выигрыш в пройденном расстоянии, несмотря на несколько меньшую скорость, чем у прямого паруса. Такой парус всегда можно поднять креем, если надо подрейфовать. В том числе присутствует романтика, когда смотришь на большой парус.
Источник: nsportal.ru
Парус. Немного истории
Когда-то очень давно, еще до изобретения первого колеса, человек мог идти по воде только по воле ветра – куда ветер, туда и человек. Ну и, конечно, приходилось много работать собственными руками (или руками своих рабов), чтобы передвигаться по воде быстрее, особенно при полном отсутствии ветра или против него.
Первые паруса – идем по ветру
Историки предполагают, что парусные лодки существовали не менее семи тысяч лет назад, то есть человек научился сотрудничать с ветром довольно давно. Первые паруса представляли собой квадрат, сделанный из пальмовых веток или ткани. Но, так или иначе, это было плоское полотнище, которое ловило ветер, и судно могло плыть гораздо быстрее, нежели на веслах.
В давние века такими квадратными парусами пользовались повсеместно, но большой скорости они не давали. А при встречном ветре и вовсе приходилось вставать на якорь и ждать погоды. И только бесстрашные викинги могли разговаривать с ветром – они научились делать регулируемый парус, хотя и квадратный, и могли идти вперед независимо от направления ветра (ну или почти). Правда, их умению идти против ветра способствовал не только парус, но и своеобразный мелкий киль, умело препятствующий дрейфу.
Позднее догадались тратить на изготовление парусов больше материала, и стали делать его мешковатым, что позволяло захватывать больше воздуха при ветре. Такой парус уже смело можно назвать прообразом современного спинакера – паруса, способного идти на полном ветру от галфвинда до фордевинда (на яхтах его используют в качестве дополнительного паруса).
Против ветра – латинский парус
В средние века (примерно в седьмом) арабские мореплаватели активно торговали на довольно широких территориях: от Занзибара до Малайского полуострова, и даже добрались до Китая. Естественно, им не всегда фартило ловить попутный ветер, и с этим приходилось как-то бороться, экспериментируя в области аэродинамики. Этого слова они, конечно, тогда не знали, поэтому решали задачи, опираясь не на цифры, а на чутье. Тогда и появилось латинское парусное вооружение – парус в форме прямоугольного треугольника. Латинским такой парус назвали потому, что им активно пользовались в Средиземном море, но появился он еще до нашей эры на Востоке.
Главная особенность латинского паруса – способность ходить очень круто к ветру. Выглядит он так: это прямоугольный треугольник, один из катетов которого стоит параллельно воде, а гипотенуза тянется вверх. Но стоит такой парус не перпендикулярно лодке, а вдоль нее, что и позволяет ловить ветер передним краем и направлять его на обе свои поверхности. Именно таким образом и создается воздушный поток, тянущий судно по воде (аналогично действует крыло самолета).
Люгерное (гафельное) парусное вооружение
Хотя в средние века мореплаватели непрерывно занимались модернизацией парусов и лодок, значительной скорости все эти усовершенствования все равно дать не могли. И только в XIX веке удалось совершить прорыв в судостроении, когда люгерный парус завоевал широкое распространение.
Также, как и латинский, люгерный парус относится к косым парусам, и считается, что в том или ином виде моряки им пользовались уже давно, а в конце второго тысячелетия его просто довели до совершенства. Одна из разновидностей люгерного вооружения – классические китайские джоки, существовавшие еще две тысячи лет назад. В то время китайцы были впереди планеты всей, и люгерные паруса, которыми они пользовались уже столько веков, стали входить в обиход на Западе лишь в конце XVIII века, и то, их можно было встретить крайне редко и на небольших лодках.
В современном мире нет однобокого предпочтения тех или иных парусов. Люди научились комбинировать их и успешно работать с ветром – уже не боясь его, а сотрудничая с ним.
Мошенник или герой?
Хамфри Богарт: знаменитый актер и яхтсмен
Юбилей кругосветной гонки
Русские писатели-буеристы
Как не бросить весла, когда за кормой 9-й вал – шкиперам на…
Яхтенное путешествие от Панамы до Полинезии
Неожиданный исход знаменитой гонки
Легендарный яхтенный тренер Светлана Кротова
Источник: scanmarine.ru
Поднять паруса: 8 самых необычных современных парусов
Самые необычные современные паруса
Парусные суда, конечно, практически перестали существовать, превратившись из основного международного транспортного средства в развлечение и хобби. Чего не скажешь о парусе как таковом. Несмотря на стремительный технологический прогресс, осуществленный в последние два столетия, этот элемент все еще является востребованный, правда, уже в совершенно новых вариациях. И сегодня мы расскажем про 8 самых необычных современных парусов .
Oscillating Platforms – парусная электростанция в Копенгагене
Oscillating Platforms – это уникальный технологический проект, призванный объединить два вида энергии: приливно-отливную и ветряную. Речь идет о плавающих в воде неподалеку от Копенгагена платформах, которые будут вырабатывать электричество благодаря колебаниям уровня моря.
Oscillating Platforms – парусная электростанция в Копенгагене
Но для лучшего КПД Oscillating Platforms планируется оснастить также десятками парусов, которые под действием ветра будут дополнительно раскачивать эти платформы, что увеличит выработку ими энергии.
Oscillating Platforms – парусная электростанция в Копенгагене
Воздушный змей в помощь энергетике
Студенты и преподаватели из знаменитого Делфтского технологического университета разработали другой необычный способ генерации электроэнергии благодаря парусу и парусности. Они создали компактные электростанции из динамо-машины и воздушного змея.
Воздушный змей в помощь энергетике
Парус, паря в небесах, тянет в разные стороны лебедку, прикрепленную к генератору энергии, а специальная «умная» система может в автоматическом режиме контролировать стабильность полета змея.
Воздушный змей в помощь энергетике
Первые опыты показали, что воздушного змея площадью двадцать пять квадратных метров хватает на то, чтобы обеспечить потребности в энергии примерно сорока человек. Правда, для этого приходится запускать парус на высоту 200-300 метров, где потоки ветра сильнее.
Воздушный змей в помощь энергетике
Sunjammer – солнечный парус от NASA
Уже много десятилетий ученые и фантасты мечтают о запуске принципиально нового вида транспорта, благодаря которому можно путешествовать по Солнечной системе и даже в межзвездном пространстве, — солнечном парусе.
Sunjammer – солнечный парус от NASA
Конечно, никакого ветра в земном понимании этого слова в Космосе нет. Зато там есть фотоны, давление которых и может привести в движение огромную по площади зеркальную поверхность.
Sunjammer – солнечный парус от NASA
Первый в истории солнечный парус был развернут в 1993 году на российском космическом корабле Прогресс. А в 2015 году NASA планирует запустить в Космос рекордно большой его вариант. Площадь паруса Sunjammer составит 1200 квадратных метров.
Eco Marine Power – баржа с солнечными парусами
Проект плавающего грузового транспортного средства Eco Marine Power также подразумевает использование технологии с названием «солнечный парус», правда, она принципиально отличается от описанной выше.
Eco Marine Power – баржа с солнечными парусами
Eco Marine Power будет идти по морям и океанам под парусами. Но использовать эти элементы станут не столько энергию ветра, сколько световую. Ведь паруса будут покрыты солнечными панелями, вырабатывающими электричество для работы судна.
Eco Marine Power – баржа с солнечными парусами
Wind Explorer – автомобиль с летучим парусом
С детства мы знаем про парусные суда, но про парусные автомобили нам слышать не доводилось, по крайней мере, всерьез. Но уже в 2010 году в Австралии появилась машина с названием Wind Explorer, которую в движение приводит именно ветер.
Wind Explorer – автомобиль с летучим парусом
К автомобилю Wind Explorer прикреплен парящий по небу парус, который и тянет машину в попутном направлении. Но не беда, если ветер дует в другую сторону, ведь это авто может также двигаться благодаря электромотору и литиево-ионным аккумуляторам, которые также заряжаются при помощи паруса.
Wind Explorer – автомобиль с летучим парусом
В качестве эксперимента создатели Wind Explorer проехали за две недели по Австралии 5 тысяч километров. За это время они лишь два раза заряжали аккумуляторы своего автомобиля от розетки, заплатив за это всего 15 долларов.
Twin Sails Bridge – парусный мост в Англии
В 2012 году в английском городе Пул появился весьма необычный мост с названием Twin Sails Bridge, который выглядит, будто гигантская парусная яхта, навеки застывшая посреди канала Holes Bay.
Twin Sails Bridge – парусный мост в Англии
Создается это визуальное впечатление благодаря двум элементам уникального разводного моста. В сложенном состоянии они являются частью дороги, но будучи поднятыми, превращаются в декоративные паруса, придающие Twin Sails Bridge незабываемый внешний вид.
Twin Sails Bridge – парусный мост в Англии
Octuri Yacht – яхта, которая превращается в самолет
Octuri Yacht – это единственный в данном обзоре пример использования парусов по прямому назначению, то есть для придания усилия для передвижения судна по воде. Яхта Octuri Yacht, действительно, обладает двумя масштабными парусами, позволяющими ей передвигаться по морским просторам.
Octuri Yacht – яхта, которая превращается в самолет
Но эти же паруса в считанные минуты могут превратиться в крылья, а сама яхта – трансформироваться в самолет. Правда, Octuri Yacht – это пока что лишь проект судна, которое может быть построено в относительно недалеком будущем.
Octuri Yacht – яхта, которая превращается в самолет
Burj Al Arab – самый известный современный парус
Но самым известным современным парусом является архитектурное сооружение – отель Burj Al Arab в городе Дубай. Он был открыт в 1999 году и на долгое время стал символом развития туристической отрасли в Объединенных Арабских Эмиратах, а также этой страны в целом.
Burj Al Arab – самый известный современный парус
Отель Burj Al Arab имеет в 321 метров в высоту. Он построен на искусственном острове на расстоянии 280 м от берега. А внешний вид этого потрясающего сооружения, действительно, очень напоминает очертания традиционного для арабских суден паруса.
Источник: novate.ru