Views: 17

Как мы уже выяснили, парус имеет форму, как у крыла планера. То есть выпуклую. Это позволяет получать большую тянущую силу или, как говорят лётчики, подъёмную силу. Ну, они норовят подниматься, а нам надо идти по горизонту. У нас сила тянет лодку по морю. С этим ясно.

Но как придать выпуклую форму мягкому парусу, сшитому из ткани. Как сделать крыло такой формы понятно. В крыле есть каркас: нервюры-лонжероны, который сверху обшивается фанерой или алюминием. В зависимости от конструкции планера. Оказывается и парусу, который с планерной точки зрения представляет собой только “обшивку” или оболочку без каркаса, можно придать необходимую форму.

Люди додумались до всего. И парусники, скорее всего, подсмотрели необходимые приёмы шитья у портных. Думаю, в такой последовательности. Поскольку раньше парус представлял собой простое плоское полотнище сшитое из отдельных полос парусины.

Кстати, слово “парусник” имеет два значения: парусный корабль или лодка и мастер, который шьёт паруса. Так что у вас есть уникальная возможность. Где-нибудь в недрах какого-нибудь местного бомонда, за стаканчиком “любимого Коли”, небрежно заявить обомлевшим приятелям и подругам, что-то вроде: “А знаете, чуваки, я ж теперь парусник!”. Я вас уверяю, эффект будет сногсшибательный….

И вот теперь я ставлю перед вами нелёгкий вопрос, который, я уверен, разделит аудиторию на ай-тишников и ремесленников. Я имею ввиду, что мы живём на переломе эпох, если вы ещё не заметили. Эпоха ремесла, в большей мере основанного на мастерстве исполнителя, сменилась эпохой виртуального моделирования, в которой ремесло большей частью было заменено компьютерным моделированием.

Хорошо это или плохо никто толком не знает. Что-то стало гораздо лучше, что-то – гораздо хуже. Я не хочу отвлекаться, открывая диспут на эту тему. Даже если бы хотел, то не открыл бы. Народ у нас незадумчивый, горячий и логике доводов и фактов предпочитает мордобой и ругательства нехорошие. Поэтому перейдём сразу к существу вопроса.

У нас есть два подхода к процессу создания паруса от его проектирования, до его изготовления. Напомню, мы решили, что лодка должна быть доступна решительно всем. И поэтому мы не будем использовать дорогие технологии и материалы. Наш козырь – это проверенные веками методы эпохи деревянного кораблестроения и парусов. Вдумайтесь только: и Колумб, и Магеллан, да Гамма и Кук, а позже Нельсон с Крузенштерном и Лисянским…. Все одобрили и успешно пользовались. А мы чем хуже? Поэтому, современные парусные ткани и другие материалы мы рассматривать не будем. Это не вписывается в наш бюджет и противоречит духу.

Теперь надо отметить, что, как обычно, процесс изготовления чего-либо и паруса в том числе, делится на три этапа: проектирование, конструирование и изготовление. Конструирование в данном случае весьма простое и идет по вполне определённым, устоявшимся и неизменным канонам. Оно неразрывно связано с проектированием. И все три составляющих процесса могут иметь радикально различные технологии.

Вот вам пример. Как будем проектировать парус? Определять его форму, размеры и другие характеристики. Я уже говорил, что размеры и форма паруса непосредственно зависят от нашей лодки. Поскольку лодка и парус должны соответствовать друг другу и составлять единую систему, работающую совместно. Но, представим себе, что мы уже определились с размерами паруса и теперь его надо проектировать, то есть определять парус, как поверхность необходимой формы.

При этом у нас есть технологические ограничения: эстетические ограничения, предписывающие определённые ограничения на форму его контура, размеры полотнищ парусины, ширину шкаторин и так далее. Поскольку у нас технологии старинные, времён парусного флота, то и наша лодка должна выглядеть “под старину”. Чтобы быть гармоничной и красивой.

Теперь представьте себе всю совокупность приёмов шитья паруса и большое количество нюансов, а также постарайтесь представить себе две возможности действий. Первая технология изготовления паруса будет полностью основана на опыте парусных мастеров прошлого и настоящего. Когда все параметры определялись опытным путём и уточнялись на протяжении столетий.

Второй подход…. Да, да! Компьютерное моделирование. Вы угадали. Быстро, и можно получить конструкцию спроектированного паруса за вечер, включая раскрой полотнищ, заданную толщину профиля паруса или как ещё говорят моряки – величину его пуза. Распределение этого пуза по горизонтали и высоте паруса. В общем – всё в одном флаконе.

Выбор способа действий, естественно, за вами. А я постараюсь вразумительно обрисовать вам обе возможности. И, пожалуй, начну с компьютерного проектирования и конструирования. Поскольку этот путь быстрее и короче. Однако, он таит в себе опасность. И это примета времени, когда люди излишне полагаются на компьютеры, упуская из вида необходимость чёткого понимания “физики процесса”.

Меня страшно удивило (я ещё удивляюсь….), тут недавно, предложение в И-нете стать ИНЖЕНЕРОМ-ПРОЕКТИРОВЩИКОМ посредством окончания полугодовых курсов через компьютер. В этом предложении основной упор делался на том, что “знать особо ничего не надо. Купите у нас программу, она всё посчитает!” Я, признаться обалдел….

Отсюда мораль: компьютеры – это великолепный инструмент, позволяющий экономить тучи времени, материалов и денег. Но, компьютер никогда не заменит мозгов и способности ими шевелить. И я лучше буду с мозгами и логарифмической линейкой, чем с мощным компьютером и без мозгов…. А лучше, конечно, с мощным компьютером и мозгами.

Но, я отвлёкся. Как вы уже догадались, речь пойдёт о компьютерных программах для моделирования парусов. Есть такие в И-нете. Бесплатные, простенькие и профессиональные за большие деньги. Нам подойдут первые. Лично я довольствуюсь старым добрым софтом из эпохи компьютерного неолита, программой SailCut CAD. Несмотря на её более чем скромный внешний вид, она обеспечивает решение нашей задачи на нашем же уровне. Мы шьём парус для отдыха на воде и особенно высоких требований к его эффективности не предъявляем.

Допустим, мы уже определили геометрию нашего паруса, длину его шкаторин и расположение по длине лодки. Все эти и другие необходимые данные мы вводим в специальную форму в программе и….. понимаем, что полностью данных, которые определят эффективность или тягу нашего паруса у нас нет. То есть программа нам предлагает ввести параметр “Величина пуза паруса” или “Положение максимального пуза по горизонтали паруса” или по его вертикали…. А что это? А как это? Можно, конечно, нажать наугад или оставить значение по умолчанию, если оно есть.

Чувствуете, “не всё так однозначно” и просто нажать кнопочку “Посчитать” не получится. Надо разбираться. Что касается полноты паруса или величины его пуза, тут всё не так сложно, как может показаться. Ещё на заре, тэскэть, тов. Николай Егорович Жуковский увидел зависимость величины подъёмной силы, которое это крыло развивает, от его полноты или выпуклости. Получается, что выпуклое крыло в определённом диапазоне значений выпуклости (величины пуза) обретает максимально возможную в данных условиях подъёмную (или для нас – тянущую) силу. Плоское крыло подъёмной силой не обладает, если его поставить точно по линии потока воздуха или более понятного нам – ветра.

Тогда, казалось бы, надо увеличить пузо паруса, чтобы получить большую тянущую силу. Но так напрямую это не работает, как всегда, за всё надо платить. Увеличивая выпуклость крыла или паруса, мы увеличиваем его поперечное ветру сечение. И в этом случае увеличивается вредное сопротивление. И если мы развернём наш парус полностью поперёк потока воздуха, то получим одну лишь силу сопротивления. Что очень даже неплохо, когда вы идёте с попутным ветром или просто – по ветру.

Вот у лётчиков такой возможности нет. Планеристы могут лишь выставлять из крыльев своих планеров поперечные полоски воздушных тормозов и таким образом замедлять скорость и снижать подъёмную силу крыла за счёт разрушения потока, обтекающего крыло.

Если вы заметили, в наших рассуждениях появился ещё один важный параметр и крыла, и паруса. Это угол установки крыла или паруса к направлению набегающего на него потока воздуха. Этот угол называется углом атаки и именно этот угол вы пытаетесь найти, устанавливая ваш парус с помощью шкота в наиболее выгодное с точки зрения тяги положение. Если угол атаки слишком маленький, (верхняя картинка – α₁), то парус либо полощет на ветру, как флаг или на нём только появляется тянущая сила. Если угол “нормальный” (средняя картинка – α₂), то парус тянет хорошо и развивает максимальную в данных условиях тягу. Если угол слишком большой (нижняя картинка – α₃), то поток с подветренной стороны срывается с паруса, становится из плавного вихревым, и тогда тянущая сила резко уменьшается. Ведь мы уже знаем, что большую часть тяги паруса производит разрежение воздуха на подветренной стороне паруса.

Вот такая теория, если очень коротко. Освоимся-привыкнем, тогда можно будет разобрать это дело подробнее. И, кстати, в этих рассуждениях ветер не простой, а вымпельный V_w. Проясним этот вопрос позже, чтоб сейчас не “доломать” голову окончательно.

Опытным путём было установлено, что чем больше скорость, тем более плоским должен быть профиль поперечного сечения паруса. То есть – меньшее пузо должно быть у паруса. И чем меньше скорость набегающего на парус потока воздуха, тем большей высоты должен быть профиль паруса, чтобы получить максимальную тягу. Это вы сможете понять лучше, если внимательно рассмотрите воздушный винт или пропеллер самолёта. На краях лопасти профиль плоский и стоит под малым углом атаки. Потому что там максимальная линейная скорость. Возле оси пропеллера или возле его ступицы линейная скорость меньше и профиль лопасти в этом месте толстый и расположен под большим углом. А вся лопасть выглядит плавно закрученной вдоль своей вертикальной оси.

Естественно, толщины профиля изменяются в определённых пределах наиболее выгодных по тяге сечений. Возможно вы сталкивались с бесконечными таблицами профилей крыла. У самолётостроителей и моделистов, которые строят летающие модели самолётов и планеров это первое дело.

И если у “лётчиков” этот вопрос широко и подробно разработан, причем с рекомендациями по подбору сечений крыла и “хвоста” для самых разных случаев, а так же вся эта информация широко опубликована, то у парусников в этом деле такая, знаете ли, тишина…. Не то, чтобы они не владели теорией или сомневались в её практическом приложении. Я предполагаю, что поскольку теория паруса применяется, в основном, только на гонках, то и нет смысла публиковать свои достижения, чтобы ими воспользовались соперники. Ведь на кону стоят большие деньги….

Поэтому информацию о конкретных формах тех или иных парусов приходится собирать по крупицам и практически всю жизнь. Однако, с распространением И-нета, жизнь стала легче. Появившиеся цифровые библиотеки таят в себе несметные сокровища. Причём, по любым вопросам. Помните незабываемого Библиотекаря, который знал всё и добыл Копьё Судьбы. Вот-вот. Знание-сила и это не фигура речи, а практическая формула достижения успеха в любой области. Вот и я, заглянув во всякие библиотеки, обнаружил там массу книг по интересующим меня темам, в том числе и по теории и практике паруса.

Ссылочку дать не могу, поскольку там авторские права. Я уверен, что вы сможете найти всё это сами и без особого труда. Единственное требование, это знание “английского со словарём”, если кто помнит такую формулировочку. Были времена, когда все советские инженеры, выпускавшиеся из высших учебных заведений “знали английский со словарём”.

Вот и давайте теорию обращать в практику, без которой она ничто. Возвращаемся к нашим недостающим параметрам – величине и распределению пуза нашего паруса. В результате практического опыта, накопленного за долгие годы, было установлено, что наибольшая величина пуза паруса должна находиться по горизонтали на расстоянии примерно от 25 до 55% длины хорды паруса от передней шкаторины. Проценты берутся от длины соответствующего поперечного сечения. Разброс слишком большой и конкретика возникнет лишь тогда, когда мы будем проектировать парус под нашу лодку.

А хорда, если кто забыл, это прямая, стягивающая концы любой кривой. И по высоте пузо распространяется в порядке соответствующих сечений. Короче говоря, как ни крути, а компьютерное моделирование, всё-таки, тоже требует минимальных знаний, правда, можно обойтись и не такими глубокими, как при ремесленном или ручном подходе. Отсюда опять мораль. Прежде чем приступить даже к компьютерному моделированию, необходимо определиться, во-первых, с терминологией. Куда ж без неё! И второе – с конструкцией и формой нашего паруса, проистекающих из аэродинамики нашего же паруса.

Этим и займёмся в следующий раз. Углублённо.