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.

Определим, каким образом на парусе возникает тяговое усилие, которое сообщает движение парусному судну.

Все рассуждения являются чисто качественными. При изложении делаются допущения и не рассматриваются детали не принципиальные, с торчки зрения физических основ работы паруса, но упрощающие как изложение вопроса, так и понимание излагаемого материала.

На парус набегает воздушный поток, определяемый скоростью и направлением вымпельного ветра.

При этом определяем, до начала рассмотрения, что парус является вертикальным крылом и разделяет поток набегающего воздуха на две части. Одна часть воздушного потока проходит по подветренной стороне паруса, а вторая часть по его наветренной стороне. Оба потока смыкаются за задней шкаториной паруса. На подветренной стороне паруса (выпуклой) поток проходит большее расстояние, чем вдоль наветренной. Следовательно, скорость потока на подветренной сто рис. 6 роне паруса выше.

По закону Бернулли давление ниже, там, где выше скорость потока. Таким образом, на подветренной стороне паруса возникает разрежение, которое вызывает смещение паруса в сторону более низкого давления (рис. 6). Величина разряжения возникающего на подветренной стороне паруса пропорциональна скорости потока.

Смещение парусного судна происходит под действием аэродинамической силы, которая является результатом действия на парус двух сил – силы сопротивления воздуха движению паруса и подъемной силы (рис. 7), которая сообщает парусу это движение. В свою очередь, результирующая аэродинамическая сила может быть разложена на две составляющие – вектор в направлении движения судна и пер -

рис. 7 пендикулярный ему вектор. Первый вектор, направленный по движению судна это сила тяги, которая и сообщает движение парусу и через него судну, а вторая - это сила дрейфа (кренящая сила), вызывающая дрейф в подветренную сторону (рис. 8). В литературе и на рисунке сила, перпендикулярная силе тяги, очень часто называется кренящей силой. Это утверждение не является правильным и им авторы заменяют кренящий момент, который возникает в результате взаимодействия судна не только с ветром, но и с водой. Этот вопрос будет рассмотрен позднее, при рассмотрении результирующей гидродинамической силы и плеча между силой бокового сопротивления судна и силой дрейфа.

Исходя из того, что величина

рис. 8 подъемной силы пропорциональна скорости набегающего потока, можно сделать вывод о том, что более скоростное судно может двигаться острее к вымпельному ветру. Это объясняется тем, что при меньшем отношении силы тяги к силе дрейфа, значение силы тяги, при высоких скоростях вымпельного ветра, будет достаточным для обеспечения движения судна. Для судов двигающихся в водоизмещающем режиме этот выигрыш будет незначительным так как возрастающая скорость судна будет вызывать увеличение силы лобового сопротивления и наступит баланс сил тяги и лобового сопротивления. Для глиссирующих судов, имеющих низкое лобовое сопротивления возможен режим движения под очень острыми углами к вымпельному ветру.

Для эффективной работы паруса он должен быть поставлен под определенным углом к набегающему воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки паруса и определяется как угол между направлением ветра и хордой паруса.

Угол атаки паруса очень сильно зависит от поперечного профиля паруса. Оптимальным углом атаки для большинства парусов является угол около 15 градусов (рис. 9).

При углах атаки больше 15 градусов, начинается срыв потока и нарушается ламинарность потока на подветренной стороне паруса. При этом нарушается обтекание паруса (поток становится турбулентным), что приводит к уменьшению скорости потока и, соответственно, уменьшению

разряжения на подветренной стороне паруса. Кроме того, турбулентный поток увеличивает трение о парус, и изменяет поперечный профиль паруса в

рис. 9 районе задней шкаторины (рис. 10). Все эти явления, возникающие при увеличении угла атаки паруса, приводят к снижению эффективности работы паруса как крыла и уменьшению тяги паруса.

При углах атаки менее 15 градусов срывается поток на наветренной стороне паруса. Так как парус является мягким крылом и его форма обеспечивается рис. 10 только потоком набегающего воздуха, то в пределе, при очень малых углах атаки парус теряет форму и перестает работать.

И в том и в другом случае ухудшается эффективность работы паруса, что

рис. 11 рис. 12

приводит к снижению силы тяги паруса. Поэтому при каждом изменении курса необходимо производить настройку парусов.

Парусное судно может двигаться под углами к ветру в диапазоне от 30-40 градусов до 180 в сторону каждого борта. При этом паруса расположены под разными углами к ДП судна, но всегда под углом к вымпельному ветру, обеспечивающим эффективную работу паруса.

На рис. 11 показано изменение положения парусов относительно ДП при уваливании яхты по ветру. При этом используется термин идти полнее.

На рис. 12 показано изменение положения парусов относительно ДП при приведении яхты к ветру. При этом используется термин идти круче (или острее) к ветру.

На рис. 13 показаны курсы яхты относительно вымпельного ветра и положение парусов на каждом курсе.

Этот рисунок можно разделить на две половины по диаметру перпендикулярному направлению вымпельного ветра. Это направление движения судна (90 градусов к ветру) называется галфвинд (полветра).

Курсы, расположенные выше этой линии называются острыми, а ниже этой линии - полными.

К острым курсам относятся бейдевинд (от 30-40 до 90 градусов к ветру) и левентик (0 градусов к ветру).

Левентик не является рабочим курсом, так как парусное судно не может двигаться строго против ветра (о чем говорит заполаскивающий парус на рисунке).

Красный сектор в верхней половине курсовых углов является нерабочим, так как движение в этой зоне возможно, но не эффективно.

К полным курсам относятся бакштаг (от 90 до 180 градусов к ветру) и фордевинд (180 градусов к ветру).

Интересно рассмотреть зеленый сектор в районе курса фордевинд. Это тоже нежелательный сектор курсовых углов, так как в этом секторе движение парусного судна с косым вооружением (крыло) не эффективно. Парус работает как парус (за счет площади парусности, а не за счет свойств крыла). Скорость движения судна по ветру ограничена скоростью ветра и управляемость судна на этом курсе, особенно на волнении, не высокая.

рис. 13 Второй интересной линией разделения данного рисунка является вертикальный диаметр, совпадающий с направлением ветра, который делит этот рисунок на две половины. В левой половине рисунка судно идет правыми галсами относительно ветра, а в правой половине – левыми галсами.

1. Галс это курс судна относительно ветра:

Ветер с левого борта – левый галс;

Ветер с правого борта – правый галс.

2. Галс это часть пути судна между поворотами.

На рис. 14 показаны направления вымпельного ветра при тех же курсах относительно истинного ветра и положение парусов на каждом курсе.

Из анализа ри сунка следует, что при равных скорости истинного ветра и скорости движения судна при курсовом угле 45 градусов к истинному ветру парусное судно имеет курсовой угол к вымпельному ветру равный ~ 22 градуса.

А при движении курсом бакштаг относительно истинного ветра судно идет в бейдевинд относительно вымпельного ветра. И только при курсе бакштаг вымпельный ветер отходит до галфвинда

Кроме положения паруса относительно ДП судна интересно рассмотреть форму паруса в зависимости от условий движения судна.

Очень большое значение имеет поперечный профиль паруса – «пузо» паруса, которое измеряется в процентах от длирис. 14 ны паруса по хорде (рис. 15).

Пузатые паруса обеспечивают большую подъемную силу, но имеют большое лобовое сопротивление (рис 15).

Плоские паруса не обеспечивают большой подъемной силы, но, при этом, имеют небольшое лобовое сопротивление (рис. 15).

Из этого следует, что для тяжелых судов, имеющих большое лобовое сопротивление подводной части корпуса целесообразно использование парусов с большой глубиной паруса, обеспечивающие «большую тягу» при небольших скоростях вымпельного ветра. А для спортивных судов, особенно глиссирующих, рассчитанных на высокие скорости движения, целесообразно использование более «плоских» парусов, имеющих небольшое лобовое сопротивление воздушному потоку, но обеспечивающих «хорошую тягу» при высоких скоростях вымпельного ветра.

Большое значение имеет форма паруса в районе передней шкаторины – «лоб паруса». При смещении «пуза» паруса вперед парус становится «лобастым», а при смещении назад получаем парус «с плоским входом».

При «плоском входе» острота курса выше, но парус критичен к изменению угла атаки. Требуется высокая точность в управлении и при любом изменении курса необходимо производить настройку парусов (рис. 12).

рис. 15 рис. 16

При лобастом парусе (пузо смещено вперед) увеличивается сопротивление паруса и уменьшается острота курса относительно ветра, но увеличивается диапазон изменения курса без дополнительной настройки парусов (диапазон подруливания или курсовой сектор) за счет увеличения диапазона углов атаки паруса, при которых он продолжает работать эффективно (рис. 12).

рис. 17

Парус с пузом, смещенным вперед, целесообразно использовать в сложных рис. 18

погодных условиях, при большом волнении, когда требуется обеспечить возможность постоянного, незначительного изменения курса для обеспечения остойчивости и безопасности судна (например, пересечения под прямым углом гребня волны или невозможности точного удержания яхты на курсе при порывистом ветре).

Изменение пуза грота достигается изгибом мачты. При прогибе мачты происходит раздвигание передней и задней шкаторин паруса и парус за счет этого становится более плоским (рис. 17) при этом происходит смещение назад пуза паруса. Пузо грота в его нижней части изменяют набивкой грота-шкота. Для смещения пуза вперед с целью восстановления правильного его положения в районе 40-50 процентов хорды производят набивку грота фала. При дальнейшей набивке грота фала происходит смещение пуза дальше вперед и увеличение лобастости паруса.

Аналогично производится настройка стакселя. Набивка штага изменяет глубину пуза, а набивка стаксель-фала изменяет положение пуза и лобастость паруса.

Кроме поперечного профиля паруса, большой интерес и большое значение имеет его продольный профиль (изменение профиля паруса по высоте). Для обеспечения правильной работы паруса парус должен иметь скручивание по высоте, которое обеспечивает постоянный угол атаки паруса относительно вымпельного ветра.

Так как скорость ветра увеличивается с увеличением расстояния от палубы судна, а скорость перемещения паруса в горизонтальной плоскости не изменяется, происходит изменение направления вымпельного ветра (увеличивается угол между курсом судна и направлением вымпельного ветра – ветер «отходит») и его усиление (рис. 18).

Для компенсации изменения направления вымпельного ветра необходимо изменять положения паруса по высоте – угол атаки паруса. Это достигается откло-

рис. 18 рис. 19

нением к подветренной стороне верхней части паруса больше чем нижней (рис. 20).

Скручивание грота обеспечивается изменением «набивки» оттяжки гика и положением каретки гика-шкота на погоне.

Скручивание стакселя обеспечивается набивкой стаксель шкота и положением каретки стаксель шкота на погоне. При смещении каретки вперед парус становится полнее и уменьшается скручивание паруса по высоте. При смещении каретки назад парус становится более плоским, а скручивание паруса по высоте увеличивается.

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.

Движитель, выполненный в виде жесткого паруса, аналогичного по конструкции крылу планера или самолета, но имеющего симметричный профиль поперечного сечения. Применяется на буерах и парусных катамаранах, развивающих высокие скорости, при которых крыло работает на малых углах атаки и при больших числах Рейнольдса. Коэффициент подъемной силы при угле атаки 8° для симметричного профиля достигает 1, 6-1, 8 против 1 -1, 1 для тонкого выпуклостровогнутого профиля, каким является парус со сквозными латами. Еще более эффективен П-К., имеющий несимметричный выпуклостровогнутый профиль, изменяющийся в зависимости от угла атаки к вымпельному ветру и от галса, которым идет судно или буер. Например, в конструкции, примененной на катамаране "Пэшиент Леди-V" (США), П-К. состоит из 6 частей, устанавливаемых под определенными углами к вымпельному ветру. Передняя часть является вращающейся мачтой; 3 задние части можно устанавливать под разными углами, чтобы учесть повышение скорости ветра с увеличением высоты над поверхностью воды. Конструкция П-К. выполняется из фанеры, стеклопластика, пенопласта и синтетической ткани, натянутой на легкий каркас. Масса П-К. "Пэшиент Леди-V" площадью 28 м. кв. равна всего 46 кг.

«ПАРУС-КРЫЛО» в Интернете:

Морские анекдоты

Один рыбак рассказывает другому:
- Мне вчера такой сон приснился! Будто сижу я в лодке, а рядом молодая, совершенно голая красавица...
- Ну, а дальше то что?
- А дальше я забросил удочку и поймал во-о-от такую рыбину!

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.