АССОЦИАЦИЯ ВИНДСЕРФИНГА И КАЙТСЕРФИНГА АРМЕНИИ

Общие  соотношения для парусных снарядов.
(Aleon 1999г)
1.   Все нижеприведенные закономерности были известны в начале 20 го века.      Когда вы движетесь, все сбалансировано. При равномерном движении уравновешены все силы и моменты сил. Боковая тяга на парусе   компенсируется тем, что плавник и доска дрейфуют под некоторым углом - на них возникает сила в противоположном направлении сноса.   Компонента тяги паруса вперед  разгоняет доску  до тер пока эта составляющая не сравняется с сопротивлением системы. К природному ветру прибавляется  встречный “ветер” от  вашего движения .  Из –за этого вымпельный( реально ощущаемый на доске во время движения)  ветер, будет другого значения и направления ,повернут  острее.

если обозначить
Vv, a - скорость природного ветра и угол ветра(курс) в покоящейся системе,  
Vd- скорость движения системы(доски)
Vi, b - скорость и направление вымпельного ветра,

тогда эти величины связаны соотношением (1)  отношения скорости доски к скорости ветра
₍₁₎
2. При установившемся движении  все уравновешено  -как силы так и моменты этих сил.
 Из равенства Cил  получают некоторые взаимосвязи

При рассмотрении сил действующих на систему удобно использовать обозначения:
Fxn - сила сопротивления движению в воде подводной части (корпуса, шверта, плавника) - направлена против движения
Fyn - сила противодействующая дрейфу подводной части
 - в основном это шверт( плавник), частично сам корпус - направлена перпендикулярно движению,
а также их соотношение и обратное значение , для niza                   

Аналогично для надводной части
Fyv - сила на парусном вооружении перпендикулярная направлению вымпельного ветра Fxv -сила сопротивления движению надводной части (паруса, человека,доски ,гика)- действует в направлении вымпельного ветра. И их соотношение и обратная величина, для vерха

 kv означает во сколько  раз сила тяги  верхушки, перпендикулярная вымпельному ветру ( собствеено только от паруса она возникает)  больше аэродин. сопротивления всей верхушки( парус, человек,доска) действующего вдоль   вымпельного ветра.
Kn же  обозначает то, как эффективно может оказывать  боковое сопротивление  находящаяся в воде часть сносу, Т.е.какую часть этой  боковой силы, которую нужно урановешивать , при этом будет составлять сопротивление низа...

Тогда при рассмотрении равенства этих сил при прямолинейном и установившемся движении получаются очень простые зависимости

     (2)

Соотношения (1) ,(2) являются самими общими . Конечно , величины KV, KN  ( и соответственно обратные величины) также зависят от самой скорости движения и  курса(угла a) и точное решение находится  сложнее . Кроме того, равенство Моментов сил, обеспечение устойчивости накладывает дополнительные соотношения и ограничения на систему. .
 Но  основные выводы которые можно сделать не прибегая к точным решениям  :чем выше  достигаемые величины kv и kn ( соответсвенно ниже  Ev En ),тем система   движется быстрее.и может двигаться острее.. В общем то это и понятно -чем выше Kv и Kn тем меньшим сопротивлением верха и низа обладает система по отношению к полезным .
Также с помощью такого подхода  для скоростных систем  (при мало меняющихся от курса и скорости больших  kv  и kn)  легко можно приближенно получить
некоторые качественные выводы:
максимальные скорости достигаются приблизительно при курсах
                           amax =b+90.

А отношение максимальной скорости( при наивыгоднейшем курсе) системы к скорости ветра приблизительно определяется из соотношения
                           ,  напомним En и Ev это  обратные величины к kv  и kn

угол предельно  острого курса aмин= β, (соотношение 2)

В общем :чем более эффективно работает верх и низ ( чем больше значения Kv и Kn можно достичь ) тем и скорость выше по отношению к скорости ветра и тем острее можно двигаться  и еще один вывод: Тем больше   курс для получения максимальной скорости  приближается к галфвинду .

(Но не следует забывать что еще есть соотношения равенства моментов сил , проблемы устойчивости которые здесь не рассматриваются .Например увеличивать Kv ( эффуктивность верха)за счет удлинения паруса сложно, нужно еще   учитывать что  при этом увеличивается кренящий момент от верхушки, который необходимо  как-то компенсировать)

  Величины kv и kn  для верхней и нижней части  и их обратные величины  вводятся не случайно - они аналогичны понятиям качества крыла в аэро-гидродинамике и часто их можно выразить через соответствующие качества компонент верхушки , низа
KV- это по сути аэродинамическое качество  всей верхушки( парус+ человек) . KN - гидродинамическое качество оказания противодействия дрейфу всех движущихся в воде компонет( доска плюс плавник) .  Качество –довольно важное понятие для крыла. Это -отношение подъемной  силы (в поперечном направлении к  набегающему потоку (движению)) к силе сопротивления .Оно определяет эффективность работы крыла. Например , крыло самолета или дельтаплана с большим  качеством при той же подъемной силе и скорости имеет меньшее сопротивление а значит и требует меньшей тяги для удерживания в воздухе  определенного веса. Или ,другими словами,  при той же тяге будет двигаться быстрее.
  Плавник с большим качеством   оказывает  более эффективное сопротивление дрейфу (движение в бок) при меньшем сопротивлении в направлении движения.
Именно использование крыльев   дает возможность большом ряду  парусных снарядов  двигаться по многим направлениям ,например перпендикулярным и более острым к ветру и со скоростью даже большей скорости ветра.


    Например, для скользящего на  “быстром” коньковом снаряде  по льду человека ,располагающегося внутри наклоненного паруса с    из-за очень низкого вклада низа( En- очень мало ) отношение скорости движения к скорости ветра практически равно  аэродинамическому качеству  верхушки.

        
 а курс максимальной скорости 

<sub>amax= 90+ev  -

(при больших Kv -это практически галфвинд)</sub>

где Kv в этом случае просто определяется качеством паруса Kv= Kpar*cos(g) , g-угол отклонения плоскости паруса от вертикали.
То есть скорость при таком движении   может быть в 3-4 раза больше скорости природного ветра и это известный факт. 


Так как максимальная нагрузка на парусе которую можно  удержать  на виндсерфинге ,связана с весом  человека , а сила сопротивления человека(  из-за плохого обтекания)  быстро растет  от скорости вымпельного ветра , то каким бы высоким аэродинамичным качеством не обладал парус ,  не удается получить высокие качества всей верхушки Kv. Тело человека вносит главный вклад в сопротивление всей верхушки. Суммарное качество верхушки(Kv)   быстро падает при росте скорости движения.
Для современных парусных досок типа формулы рассчитанных на несильные ветра  удается достичь при умеренных ветрах(7-11м.с) отношения скорости доски к  скорости ветра  больше 2-2.5  ( соответственно при курсах 110 -115град)
На бо'льших ветрах при которых вклада сопротивления человека возрастает, обычные курсы скоростных заездов -125-135 град , бакштаг.
В скоростных заездах виндсерфинга ищут пути по снижения аэродинамического сопротивления человека,

Например Finian Miniard  в заезде на канале в 2006 году  использовал специальный костюм.



Aleon 1999г.( редакция 2007 года)