Asa de vela. Nas asas das velas brancas. Asa com aba

Uma nova proposta da Beneteau para iates mais fáceis e acessíveis. Desde o verão de 2013, todos falam sobre o protótipo do novo velas de asa e suas provações. Este pode ser o início de uma nova era no iatismo.

Desde 2007, a Beneteau desenvolve iates e para novas gerações de velejadores e para os países onde a vela é praticada desde a infância. Muitas das inovações do programa Yacht of the Future já nasceram.

O iate do futuro

Nova forma do corpo A série Sense, que mais tarde foi usada nos iates Oceanis, reduziu significativamente o rolamento e melhorou a ergonomia do exterior e do interior do iate. Conforto e segurança a bordo conquistaram o coração do público.

O desenvolvimento exclusivo da Beneteau, que sincroniza o acionamento da vela e o propulsor, garante manobras despreocupadas no porto. Agora, até uma criança pode atracar um iate de 50 pés, independentemente do vento e da corrente.

Focada na simplificação, muitos desenvolvimentos modernos tornam o iatismo mais acessível. Integração de GPS, programas de navegação, automação de algumas manobras simplificam muito a vida dos iniciantes de iatismo e reduzem o esforço físico da equipe.

Seguindo essa filosofia, o novo projeto Wing Sail envolveu recursos humanos e técnicos significativos. Os projetistas, liderados por Bruno Belmont, Gerente do Departamento de Navegação Estratégica do estaleiro, foram encarregados de melhorar a vela e torná-la mais fácil de usar.

Encontro fatídico

Vela de garra de caranguejo, lixo, pipa ou vela de asa: os desenvolvedores observaram e analisaram pesquisas existentes sobre diferentes tipos de velas. O trabalho original estava focado principalmente na melhoria do desempenho em vez da facilidade de uso, em um momento em que o estaleiro Beneteau trabalhava duro para reduzir a complexidade e aumentar o desempenho ao mesmo tempo.

Encontro com Guy Beaup, um inventor de Grenoble, foi realizada no verão de 2012 e levou o desenvolvimento de Beneteau a um novo nível. “Quando preciso de algo, antes de perguntar onde posso comprá-lo, tento entender como posso fazê-lo sozinho” - foi assim que Guy respondeu à pergunta de como surgiu a maioria de suas invenções. Quando este recém-chegado de 25 anos ao mundo do iatismo estava prestes a velejar, ele construiu seu primeiro iate.

Alguns anos depois, ele projetou seu segundo iate para viagens mais longas com sua família. A falta de experiência em iates jogou nas mãos do inventor - ele considerou cada questão “do zero”, com um olhar imparcial. Como resultado, ele criou o iate Matin Bleu com asa de vela. No final de sua viagem de 60.000 milhas ao redor do mundo, o iatismo familiar tornou-se uma grande inovação no iatismo.

Beneteau imediatamente decide comprar a patente nesta vela e fazer do seu criador um parceiro em todas as fases de desenvolvimento do protótipo. A cooperação com o workshop de vela Incidences completou a equipe de desenvolvimento do projeto.

, a irmã mais nova da mais recente série de veleiros Beneteau, tornou-se a escolha natural para os primeiros ensaios. O tamanho do iate e a filosofia de aparelhamento em evolução eram perfeitos para a tarefa. A primeira vez na água em setembro passado foi promissora, mas o desenvolvimento a esse nível exigirá mais meses de testes e planejamento do iate. Nosso objetivo hoje é equipar certos iates Beneteau em menos de 18-24 meses.

Este projeto de ritmo acelerado tornará o iatismo mais fácil e agradável para iniciantes. Há 130 anos, o estaleiro Beneteau desenvolve novos projetos, tornando o iatismo acessível ao público em geral.

P.S. Ivanov
Revista KYA №2 1964

Nos últimos anos, o interesse de designers e atletas envolvidos em esportes de vela em barcos com velas de asas rígidas aumentou visivelmente. Isso se explica, em primeiro lugar, pelo fato de que, desde 1962, o “Regulamento das competições para o campeonato da União Soviética em esportes náuticos” permite a participação em corridas de barcos de gelo com qualquer projeto de vela, incluindo aqueles com asa rígida. A alteração do “Regulamento” foi feita para dar impulso ao desenvolvimento de projetos de bóias com velas rígidas, cujas capacidades de velocidade ainda são muito pouco estudadas atualmente.

Já existe um número significativo de bóias com velas de asas rígidas, mas são tão diferentes em design que não é possível fazer uma avaliação comparativa da eficácia dos perfis selecionados. Além disso, por uma série de razões devido às especificidades do esporte da vela e bem conhecidas dos atletas, é impossível montar um experimento visual puramente laboratorial comparando perfis, o que permitiria excluir da consideração um grande número de fatores que determinar coletivamente a velocidade do velejador na regata. A influência desses fatores geralmente leva a uma avaliação completamente incorreta das qualidades de velocidade do planador de gelo.

Enquanto isso, é possível fazer uma avaliação completamente objetiva das propriedades de tração dos perfis aerodinâmicos do ponto de vista de seu trabalho como propulsão de um buer. O método proposto permite que o projetista, na primeira fase do projeto de um buer, faça uma escolha do perfil que ele precisa a partir de um grande número de perfis aerodinâmicos (dados em atlas e livros de referência), guiados por valores bastante específicos de empuxo e velocidade .

O método consiste em comparar as características de tração dos perfis considerados, e essas características são construídas nas coordenadas: velocidade adimensional - força de tração adimensional. A dependência Cy = f(Cx) para um dado perfil, ou seja, sua polar, é usada como inicial.

Para construir a tração característica da asa-vela do perfil aerodinâmico selecionado, consideramos as forças (Fig. 1) que atuam na vela de um veleiro movendo-se a uma velocidade V (m / s) na direção o-t em um vento verdadeiro velocidade w (m/s). Quando a boia se move, o fluxo de ar que se aproxima (o vetor de velocidade da boia V, plotado na direção oposta) na soma geométrica com o vento verdadeiro dá o chamado vento "pendente" - o fluxo total c (m / seg), que flui ao redor da vela de asa em um ângulo de ataque a . Os vetores V, w e c formam um triângulo de velocidade. O ângulo y entre a linha zero do perfil e a direção do movimento da bóia será chamado de ângulo de instalação de pr e l.

A força aerodinâmica R, criada pela asa no escoamento c, é determinada pela expressão:

onde Cr é o coeficiente de força aerodinâmica adimensional; p - densidade de massa de ar, kg*sec2/m4; c - velocidade de fluxo livre, m/seg.

Para avaliar a asa como motor do buer, as projeções da força R na direção do movimento do buer - a força de empuxo, ou apenas o empuxo, T e na direção perpendicular a ela - a força de deriva, ou apenas a a deriva, D. É óbvio que ao escolher o perfil ideal, assim como ao velejar em uma regata, deve-se esforçar para obter o máximo de potência e o mínimo de deriva possível.

É bastante claro que, independentemente do desenho da asa de um determinado perfil, para cada combinação específica dos valores do curso do arrastão em relação ao vento q, a velocidade do arrastão V e a velocidade do vento w, há tal ângulo de instalação da asa ideal y, no qual a projeção da força aerodinâmica R na direção do movimento do arrastão, ou seja, o empuxo T, será máxima (o desvio é temporariamente excluído da consideração). Na prática, o ângulo y depende apenas da habilidade do guiador. No decorrer do raciocínio adicional, o ângulo y é assumido como ótimo.

Forças que atuam na vela de um barco em movimento

As expressões analíticas para empuxo e deriva podem ser escritas da seguinte forma:

onde Y e X são quantidades chamadas em aerodinâmica de sustentação e arrasto da asa.

Introduzindo a notação:
- coeficiente de empuxo:

Coeficiente de deriva:

finalmente obtemos:

Para passar para quantidades adimensionais mais convenientes, consideramos o triângulo de velocidade. Neste caso, a velocidade adimensional ou relativa da bóia V ou o vento aparente c será a razão de cada uma dessas grandezas para a velocidade real do vento w:

Do triângulo de velocidade:

Vamos transformar a expressão usando as dependências obtidas:

Agora escrevemos a expressão para o empuxo adimensional T. Sob o empuxo adimensional queremos dizer a razão entre a força de empuxo T (kg) para a altura de velocidade do vento verdadeiro w, multiplicada pela área característica da asa, ou seja, para o valor:

O empuxo adimensional do aerofólio é função de apenas dois parâmetros: o curso q do navio e a velocidade relativa V no curso dado. Com efeito, pela expressão:

Os coeficientes Cx e Cy dependem do ângulo de ataque do perfil a. Mas dados q e v, o ângulo (a + y), que, do ponto de vista físico, é o ângulo de ataque do casco do buer, é completamente determinado [ver. expressão (9)]; o ângulo de instalação do perfil y, que deve ser ideal, também é determinado. Consequentemente, o ângulo a, que é a diferença (a + y)-y, é uma função dos valores q e V. Portanto, os coeficientes Cx e Cy e, em última análise, o impulso 7. dependem apenas desses dois parâmetros.

De tudo o que foi dito, segue-se que, para cada curso dado da bóia q, é possível construir a dependência do empuxo de perfil adimensional T da velocidade adimensional V:

Esta é a característica adimensional do perfil.

Construindo características semelhantes para todos os perfis estudados, é possível fazer uma avaliação comparativa de suas qualidades de tração na faixa de operação das velocidades relativas V.

Para selecionar a faixa de operação dos valores de V, deve-se guiar pelas seguintes considerações. Sabe-se que um buer geralmente se move 1,5-3 vezes mais rápido que o vento. Como a fixação exata das velocidades do vento e da bóia é realizada apenas durante a organização de corridas de recordes de velocidade, seus resultados são de interesse prático.

De acordo com os protocolos dessas competições, os barcos apresentam uma velocidade de cerca de 100 km/h (28 m/s) com vento de 8-9 m/s. O recorde de velocidade estabelecido (veja a segunda edição da coleção) em dezembro de 1963 pelo designer mestre dos esportes S.V. Witt em uma bóia de seu próprio projeto é de 105,3 km / h (29,3 m / s) com uma velocidade do vento de cerca de 7, 5 m/s A partir dos resultados acima, pode-se observar que em alguns casos o valor da velocidade relativa da bóia pode chegar até 4.

Levando-se em conta o aprimoramento dos projetos e o aumento da velocidade das boias em projeto e em construção, é possível determinar os limites da faixa de operação das velocidades relativas para o estudo dos perfis: Vmin=1; Vmáx=5.

O valor q - o curso do buer em relação ao vento, como é conhecido da prática, pode mudar durante a corrida dentro de 40/150 °. A velocidade máxima da bóia é mostrada em ângulos de proa altos (q>90°). Isso significa que, se estamos falando do estudo de um perfil projetado para atingir velocidades recordes, o intervalo de mudança no valor de q pode ser reduzido (praticamente, neste caso, podemos nos limitar aos valores q = 100/120).

A construção da característica de tração do perfil deve ser realizada para um determinado ângulo de proa, selecionado das faixas acima. Cada valor de q terá seu próprio
dependência Т=f(V).

Para construir uma característica de tração de acordo com a fórmula (13), deve-se usar um método gráfico para determinar o coeficiente de força de tração, pois as dependências que ligam os valores de Cy, Cx e a são sempre dadas em forma de tabela ou gráfico.

Dados os valores da velocidade adimensional V, da expressão (9) encontramos os valores correspondentes tg(a + y) e os valores (a + y). O coeficiente de força de tração St é encontrado como segue (Fig. 2). No gráfico que representa a polar do perfil em estudo nas coordenadas Cx-Cy (a escala ao longo dos eixos Cx e Cy deve ser a mesma), através da origem das coordenadas traçamos uma série de linhas retas em ângulos (a + y ) ao eixo Cx, cada qual correspondendo ao seu próprio valor de velocidade adimensional V. As linhas retas na figura são denotadas pelos valores de suas respectivas velocidades. Linhas tangentes ao perfil polar e perpendiculares ao traçado

linhas de velocidades relativas, cortadas nesta última, contando a partir da origem, segmentos numericamente iguais aos valores do coeficiente de força de tração. A escala do segmento St é a mesma que a escala ao longo dos eixos Cx e Su do polar.

Determinação gráfica do coeficiente de força de tração do perfil nº 18

Deve-se notar que ao utilizar o método gráfico descrito para determinar o valor de St, é necessária a precisão das construções, que é um critério para a confiabilidade dos resultados obtidos.

A figura mostra as características de tração dos perfis nº 18, nº 144 e nº 129 de acordo com o Atlas de Perfis de Aviação, construídos pelo método especificado. Como pode ser visto na comparação das duas curvas superiores, o perfil nº 18 fornece valores de empuxo mais altos na região de altas velocidades relativas, ou seja, esse perfil permite atingir uma velocidade máxima mais alta. O perfil nº 144 tem alguma vantagem sobre o perfil nº 18 na região do V pequeno, que corresponde ao período de aceleração do velejador. Em geral, ao analisar as características de tração dos perfis estudados, deve-se levar em conta o seguinte. Um buer construído para atingir a velocidade absoluta máxima (buer recorde) deve ter uma vela de asa que dê o maior impulso na região de V grande. Para tal buer, a característica de “aceleração” (impulso na região de V pequeno) não é um fator de avaliação importante. Por outro lado, para um veleiro sendo construído para competições regulares, o desempenho de “corrida” é de suma importância, pois a velocidade e a proa do veleiro na regata estão em constante mudança. Essas considerações devem ser levadas em consideração ao selecionar perfis por suas características de tração.

De passagem, mais uma circunstância importante deve ser notada. As asas de perfil simétrico, que são usadas nas bóias, têm qualidades de tração muito piores do que as asas de perfil assimétrico. Na maioria dos casos, o empuxo de uma asa assimétrica é 20-50% maior que o de uma asa simétrica, com a mesma porcentagem de aerofólios. A curva nº 129 mostrada na figura pertence a um perfil simétrico; as curvas 18 e 144 são assimétricas.

Características de tração dos perfis nº 18, 129 e 144.

Pelo que foi dito, fica claro que apesar das grandes dificuldades de projeto que impedem o uso de perfis assimétricos em planadores de gelo, a solução para este problema é muito tentadora, pois promete um aumento significativo de velocidade. Isso se aplica principalmente a planadores de gelo recordes, para os quais o problema de usar um perfil assimétrico pode ser resolvido de maneira mais simples.

Mostrado na fig. 3 características de tração dos perfis são construídas para o ângulo de proa q=90° (proa a meio vento). Ao usar o método proposto para avaliação de perfis, pode ser recomendado começar a construir características de tração especificamente para o curso Gulfwind. Neste caso, as fórmulas (9) e (13) assumem a forma:

Ângulos (a + y):

Mais pesquisas em ângulos de proa diferentes de 90° devem ser realizadas com uma avaliação mais rigorosa dos perfis, se suas características de tração, construídas para o curso Gulfwind, tiverem valores muito próximos, e também se for desejável ter um quadro completo de as qualidades de tração dos perfis considerados em todos os cursos possíveis do forro de gelo.

Se as características de tração dos aerofólios construídos para vários valores de ângulos de proa tiverem valores suficientemente próximos em todos os lugares, pode-se usar as curvas de deriva desses aerofólios para avaliá-los, o que pode ser obtido exatamente da mesma forma que as curvas de empuxo . A escolha do melhor perfil neste caso deve ser feita de acordo com o menor desvio.

Um designer que começa a projetar tem que escolher entre vários perfis ou várias dezenas de perfis dentre as muitas centenas consideradas na literatura. Construir características de tração para um grande número de perfis é difícil e, claro, impraticável. Para excluir esse trabalho inútil e demorado, é necessário usar o método de avaliação preliminar e aproximada de perfis diretamente de suas características de referência.

Além da polar de cada perfil, geralmente são dados na literatura os valores das seguintes grandezas:
1) o valor máximo do coeficiente de força de elevação Сmax,
2) o valor máximo da razão Cy/Cx, chamado de qualidade do perfil e denotado por Kmax.

A qualidade do perfil é a tangente da inclinação da tangente à polar, traçada a partir da origem, e caracteriza a inclinação da polar.

Usando esses valores, é possível tirar uma conclusão sobre a natureza do fluxo de sua curva sem construir uma característica de tração. De fato, perfis com um alto valor de Сmax fornecem altos valores do coeficiente de força de empuxo St na região de baixas velocidades relativas do liner, ou seja, eles têm uma boa característica de “aceleração”. Perfis de alta qualidade possuem uma polaridade mais inclinada e fornecem melhores valores do coeficiente de empuxo na região de altas velocidades relativas.

No caso geral, podemos dizer que quanto mais íngreme e mais alto for o polar, maior será a quantidade de empuxo desenvolvida pela vela-asa de um determinado perfil. Isso significa que todos os perfis cujos valores Sumax e Kmax sejam inferiores aos do perfil fornecido podem ser excluídos da consideração; suas curvas de tração serão menores em todas as áreas V.

Com base em todo o raciocínio acima, pode-se concluir que a escolha do perfil ótimo não depende da magnitude das velocidades absolutas do vento para as quais a bóia foi projetada. Um perfil que fornece altos valores de empuxo adimensionais garantirá alto desempenho de navegação do surfista de gelo em qualquer força do vento. Argumentos de que uma vela puxa melhor com vento fraco e a outra com vento forte não fazem sentido. Só é preciso ter em mente que uma vela que dá mais empuxo, via de regra, também dá uma deriva maior, o que tende a virar a bóia. Para combater essa força nociva, medidas construtivas especiais devem ser tomadas.

Em conclusão, algumas palavras sobre o controle da vela durante a regata e a velocidade máxima que pode ser alcançada na vela.

O controle da vela da vela na regata é reduzido a defini-la em relação ao plano diametral em um determinado ângulo y, que fornece a quantidade máxima de empuxo. Teoricamente, a questão de escolher o ângulo ótimo y é resolvida de forma bastante simples. A dependência pode ser construída para o perfil selecionado:

ou seja, o ângulo de instalação é uma função do ângulo de ataque do casco. O ângulo de ataque do casco pode ser considerado uma variável independente, pois em uma bóia em movimento é um valor muito específico que pode ser medido diretamente a qualquer momento, independentemente do rumo e da velocidade. O ângulo ótimo de instalação é encontrado como a diferença entre os ângulos de ataque do casco e os valores dos ângulos de ataque da vela a, correspondentes aos pontos de contato do polar com perpendiculares às velocidades relativas diretas (o os valores dos ângulos a estão marcados na polar).

Na fig. A Figura 4 mostra a dependência do ângulo ótimo de instalação do perfil nº 18 do ângulo de ataque do casco do buer.

Na prática, o sensor de ângulo (a + y) pode ser uma flâmula montada no casco do buer. Assim, resta apenas desenvolver medidas construtivas que permitam ao atleta utilizar os cálculos do projetista na corrida.

O seguinte pode ser dito sobre a velocidade máxima da bóia. A partir do diagrama de força na fig. 1 pode-se ver que a asa dá empuxo apenas se a desigualdade for observada:

O limite inferior da relação Cx/Cy é o recíproco da qualidade do perfil 1//Kmax. Conseqüentemente, o ângulo de ataque do casco (a + y) não pode ser menor, e a velocidade da bóia correspondente a ele não pode ser maior que um valor completamente certo. Para a proa Gulfwind, o limite de velocidade relativa no qual a força de empuxo desaparece é a qualidade do perfil Kmax.

Dependência do ângulo de instalação ideal do perfil nº 18 do ângulo de ataque do casco.

O limite real da velocidade relativa da rebentação é muito mais baixo e é determinado pelo ponto de intersecção das curvas de empuxo e arrasto. A dependência das forças de resistência com a velocidade pode ser imaginada como uma certa curva quadrática, que é a soma das forças de resistência do ar do casco do buer e o atrito dos patins no gelo (a resistência da vela já foi levado em consideração reduzindo a força de empuxo). Esta curva, sendo reduzida a uma forma adimensional, pode ser plotada em um gráfico de empuxo de perfil. Para aumentar a velocidade relativa de uma bóia com uma asa de um determinado aerofólio como propulsor, é necessário se esforçar para reduzir a resistência do ar do casco e o atrito dos patins no gelo (neste caso, o ponto de interseção das curvas de empuxo e resistência se move para a direita ao longo do eixo y).

O limite absoluto de velocidade de um buer é determinado pela força de sua estrutura, que pode suportar uma grande força de deriva.

Poucas pessoas lembram que o aparato que utiliza forças aerodinâmicas para o movimento foi criado há mais de cinco mil anos. Era uma embarcação autopropulsada com um dispositivo de propulsão a vela que funcionava exatamente da mesma maneira que a asa de uma aeronave moderna.

A única diferença é que a força de sustentação de uma asa de avião é direcionada para cima verticalmente, enquanto a força de tração de uma vela é direcionada horizontalmente. Na verdade, o movimento de um veleiro é o mesmo vôo, só que de lado. A humanidade levou cinco mil anos para transformar uma vela em uma asa de avião. E cerca de meio século - para transformar uma asa de avião em um motor de um iate clássico ou com rodas ou pista de gelo.

O efeito foi incrível. Os parâmetros de velocidade dos iates experimentais com uma vela dura não foram piores do que os dos barcos a motor. O fato é que uma vela comum não tem uma “aerodinâmica” muito boa - compare pelo menos uma asa-delta com sua asa de vela com um planador de registro: o primeiro mal chega a 8 unidades e o último tem mais de 40! É verdade que a asa com perfil plano-convexo ou côncavo-convexo tem a mais alta qualidade.

Bem, para um veleiro, era necessário usar uma asa com perfil simétrico, que tinha as piores propriedades de tração, mas funcionava igualmente ao se mover tanto na amura direita quanto na esquerda. Os modeladores de navios saíram da situação facilmente - eles instalaram uma asa com perfil plano-convexo ou côncavo-convexo em seus iates e, ao mudar de rumo, simplesmente a viraram “de cabeça para baixo”.

Bem, inventores inquietos equiparam iates de tamanho normal com uma asa que muda o perfil devido à deflexão do flap. Bons resultados também foram mostrados por iates com uma asa relativamente estreita de perfil simétrico, lembrando um mastro muito largo em combinação com uma vela igualmente estreita com blindagem rígida, que servia de aba.

Hoje apresentamos modeladores de navios para modelo de catamarã classe "P", equipada com uma asa auto-orientável de perfil simétrico. Achamos que o design do veleiro também será de interesse para os fãs de vela "grande". Algumas palavras sobre o princípio da auto-orientação da asa da vela.

Dê uma olhada na geometria catamarã- além da asa articulada, o sistema aerodinâmico inclui um estabilizador - exatamente o mesmo que em um planador clássico - que ajusta automaticamente a asa da vela no ângulo de ataque ideal em relação à direção do vento da flâmula. Projeto modelos não muito complicado. Os cascos dos catamarãs são colados sobre uma placa de madeira feita de fibra de vidro e aglutinante epóxi, formando-se primeiro a parte inferior do casco até o convés e depois a superior.

A espessura da casca é de cerca de 2 mm. Após a colagem, as bocas superior e inferior são ajustadas entre si e as conchas são reforçadas com um conjunto de armações de compensado, vigas de quilha e longarinas. É obrigatória a colocação de embornais nas armações e furos com bujões na travessa para escoar a água que entra no casco.

Nos quadros nº 3 e nº 6, são instaladas barras de madeira com pinos de aço rosqueados colados nelas - elas são projetadas para conectar os cascos à ponte. No mesmo estágio, as quilhas de compensado são instaladas nos cascos e depois nos conveses. Todas essas partes são fixadas com cola epóxi, à qual é adicionado qualquer espessante em pó - de cimento e gesso a farinha e amido.

As penas de direção são cortadas em compensado de 6 mm de espessura; o perfil das penas é plano, simétrico, com o bordo de ataque arredondado e o bordo de fuga pontiagudo. A montagem da caneta em cada corpo é realizada usando pino roscado M5 e porca borboleta. Os cascos acabados são massajados, lixados e pintados com esmalte automático de uma cor adequada.

A ponte em forma de H é feita de ripas de pinho e reforçada com sobreposições de madeira compensada de 2 mm. A ponte é montada com cola epóxi. A ponte acabada é coberta com várias camadas de verniz de parquet. A asa-vela é feita de acordo com a tecnologia do modelo clássico de aeronaves.A estrutura da asa é composta por uma longarina de duas prateleiras feita de ripas de pinho, bordos de ataque e de fuga de pinho e um conjunto de nervuras.

Estes últimos são melhor cortados de réguas escolares comuns com uma espessura de 2-Zmm. As vigas de montagem do estabilizador também são cortadas com réguas de 3 mm de espessura. A parte central da asa é costurada com folha de cal de 1,5 mm. Entre os flanges da longarina na parte da raiz da asa, uma barra de faia é fixada com cola com um furo central perfurado nela com um diâmetro de 8 mm, que é o rolamento da dobradiça da asa.

Para fixar o estabilizador nas vigas, são destinados suportes cortados nele - eles são fixados nas vigas com a ajuda de quatro parafusos colados. Hoje apresentamos modeladores de navios para modelo Navegando catamarã classe "P", equipada com uma asa auto-orientável de perfil simétrico.

Achamos que o design do veleiro também será de interesse para os fãs de vela "grande". Algumas palavras sobre o princípio da auto-orientação da asa da vela. Dê uma olhada na geometria do catamarã - além da asa articulada, o sistema aerodinâmico inclui um estabilizador - exatamente o mesmo de um planador clássico - que ajusta automaticamente a asa da vela no ângulo de ataque ideal em relação à direção do vento de bandeirola.

Projeto modelos não muito complicado. Os cascos dos catamarãs são colados sobre uma placa de madeira feita de fibra de vidro e aglutinante epóxi, formando-se primeiro a parte inferior do casco até o convés e depois a superior. A espessura da casca é de cerca de 2 mm. Após a colagem, as bocas superior e inferior são ajustadas entre si e as conchas são reforçadas com um conjunto de armações de compensado, vigas de quilha e longarinas.

É obrigatória a colocação de embornais nas armações e furos com bujões na travessa para escoar a água que entra no casco. Nos quadros nº 3 e nº 6, são instaladas barras de madeira com pinos de aço rosqueados colados nelas - elas são projetadas para conectar os cascos à ponte.

No mesmo estágio, as quilhas de compensado são instaladas nos cascos e depois nos conveses. Todas essas partes são fixadas com cola epóxi, à qual é adicionado qualquer espessante em pó - de cimento e gesso a farinha e amido. As penas de direção são cortadas em compensado de 6 mm de espessura; o perfil das penas é plano, simétrico, com o bordo de ataque arredondado e o bordo de fuga pontiagudo.

A montagem da caneta em cada corpo é realizada usando pino roscado M5 e porca borboleta. Os cascos acabados são massajados, lixados e pintados com esmalte automático de uma cor adequada. A ponte em forma de H é feita de ripas de pinho e reforçada com sobreposições de madeira compensada de 2 mm.

A ponte é montada com cola epóxi. A ponte acabada é coberta com várias camadas de verniz de parquet. A vela-asa é feita de acordo com a tecnologia de aeromodelismo clássico. A estrutura da asa consiste em uma longarina de duas prateleiras de ripas de pinho, bordas de ataque e de fuga de pinho e um conjunto de nervuras.

Estes últimos são melhor cortados de réguas escolares comuns com uma espessura de 2-Zmm. As vigas de montagem do estabilizador também são cortadas a partir de réguas de 3 mm de espessura. A parte central da asa é costurada com folheado de cal de 1,5 mm. Entre os flanges da longarina na parte da raiz da asa, uma barra de faia é fixada com cola com um furo central perfurado nela com um diâmetro de 8 mm, que é o rolamento da dobradiça da asa.

A pele da asa é um filme lavsan, que é fixado à estrutura da asa com cola como "BF" ou "Moment". A pele é esticada usando um ferro elétrico convencional. O estabilizador é cortado em espuma PS densa. É uma placa plana com cerca de 8 mm de espessura, cuja parte da frente é arredondada e a parte de trás é pontiaguda.

Para fixar o estabilizador às vigas, destinam-se os suportes embutidos nele, que são fixados nas vigas com a ajuda de quatro parafusos colados com epóxi aos suportes. Não são necessárias porcas para conexão - as vigas são simplesmente levemente separadas para os lados e os parafusos são passados ​​nos orifícios. Este método de fixação facilita a reorganização do estabilizador "de cabeça para baixo" ao iniciar o catamarã em uma direção diferente.

Antes do lançamento modelos você deve certificar-se de que o catamarã com a vela de asa removida do empurrão à mão se move em uma linha estritamente reta, caso contrário, você terá que corrigir o curso com a ajuda dos lemes. Antes de iniciar o movimento, o catamarã deve ser orientado de acordo com o rumo pretendido, e o estabilizador deve ser ajustado de forma que o ângulo de ataque da asa em relação ao vento seja positivo.

Quando o modelo é lançado em uma direção diferente, o estabilizador vira de cabeça para baixo. Em um jibe - quando o vento sopra devido à popa do veleiro - a asa é colocada na direção da corrente e é fixada nesta posição com a ajuda de uma folha presa ao bordo de fuga da vela. Os métodos e materiais para a fabricação de cascos e asas, descritos acima, estão longe de ser os únicos.

Em particular, cascos e velas de asa muito bons podem ser feitos de espuma. Neste caso, as primeiras são coladas com duas camadas de fibra de vidro e as segundas apenas com cola epóxi.

Esquema geométrico catamarã classe "P"

O design do casco do catamarã (na projeção planejada, o casco do casco convencionalmente não é mostrado): 1 quadro No. 1; 2 quadros No. 2; 3 quilhas; 4-base da quilha; 5 quadros No. 4; madeira de 6 quilhas; 7-quadro nº 5; 8 placa de popa; 9.16-bases de pinos de encaixe; 10 pinos de encaixe; 11-quadro nº 6; 12 longarinas; 13-embornal; 14 quadros No. 3; casco de 15 cascos; conjunto de caneta de direção de 17 docas

O esquema da vela-asa

Ponte: 1 viga ponte frontal; 2,4-revestimentos; 3 - viga longitudinal da ponte; 5-viga da ponte traseira; 6-alojamento

Montagem da dobradiça da asa: 1 - bordo de ataque da asa; 2-spar; 3 - costela; 4-borda traseira; 5-costura do bisel da asa; viga ponte 6 longitudinais catamarã; 7 forro; 8,10 porcas M8; meia-nervura de 9 raízes da asa; alojamento de 11 rolamentos da dobradiça da asa; dobradiça de asa de 12 eixos

Desenho teórico do casco

Asa de vela: 1 - meia-nervura de raiz; alojamento de 2 rolamentos da dobradiça da asa; 3-spar; 4 - costelas; 5 - bordo de ataque; 6.8 forro; 7-costura da parte central da asa; 9-borda traseira; 10 - chefe; 11 vigas estabilizadoras; 12 - parafusos de fixação; 13 - suporte estabilizador; 14 estabilizador; Costura chanfrada de 15 asas

Candidato de Ciências Navais V. DYGALO, Professor, Contra-Almirante. Desenhos do autor.

A barca russa de quatro mastros "Kruzenshtern" é o único representante da "linha voadora P" que sobreviveu até hoje. Construído em 1926 na Alemanha e ainda servindo como navio de treinamento, ajudando a educar novas gerações de oficiais da Marinha Russa.

O campeão entre os veleiros é o gigante de cinco mastros Preussen.

O veleiro mais rápido, o cortador de chá "Cutty Sark".

doente. 1. Efeito Magnus.

O primeiro navio rotativo "Bukau".

Embarcação com vela-asa de turbina eólica.

Navio de carga "Dina-Schiff".

Petroleiro "Shin Eitoku Maru".

Embarcação com turbinas a ar tipo carrossel vertical.

É tão impossível responder à pergunta de quando a vela foi inventada, quanto é impossível nomear o autor das famosas "Vênus" paleolíticas - estátuas femininas primitivas encontradas por arqueólogos em diferentes lugares do continente eurasiano. Talvez ambos - a vela e as "Vênus" - tenham aparecido ao mesmo tempo, na Idade da Pedra? Nós só podemos adivinhar sobre isso. Só podemos dizer com confiança que a vela já existia há 6.000 anos - os egípcios usavam uma vela reta ao navegar ao longo do Nilo.

O desenvolvimento da vela acompanhou o desenvolvimento da humanidade e atingiu seu auge em meados do século XIX, quando surgiram os famosos "espremedores de vento" - cortadores de chá e, no início do século XX - navios não menos famosos do tipo "Flyins R" ("Flying P") da empresa de Hamburgo "Laesh". Seu navio de cinco mastros "Preussen" foi considerado no início do século 20 o maior veleiro do mundo: capacidade de registro - 5.081 toneladas, deslocamento - 11.000 toneladas. A área de 6.500 metros de​​45 velas permaneceu um recorde (30 deles em cinco mastros eram retos). Não importa quão grande tenha sido o papel dos primeiros navios de ferro movidos por um motor a vapor, é o século 19 que pode ser chamado de apogeu dos navios de carga à vela de madeira. Os projetistas continuaram trabalhando na melhoria da qualidade dos veleiros, buscando aumentar sua velocidade, o que se tornou um dos principais fatores da crescente concorrência das tradings. Na competição de construtores navais, dois países lideraram - os EUA e a Inglaterra.

Os americanos foram os primeiros a construir navios clipper muito leves, esbeltos e de alta velocidade. Mas os britânicos não ficaram para trás e logo começou a verdadeira competição entre veleiros ingleses e americanos.

O deslocamento médio dos navios era de 1.000 a 2.000 toneladas, mas alguns deles tinham um deslocamento de até 3.500 a 4.000 toneladas, com comprimento seis vezes maior que a largura. Então apareceu o conhecido princípio da construção naval - "corridas longas". Ao criar este tipo de navios, os construtores navais criaram um verdadeiro milagre. O casco dos tosquiadores era composto: a quilha e as armações eram feitas de ferro, o revestimento era de madeira, coberto na parte submersa com folhas de cobre para evitar a incrustação de algas. Graças a isso, a leveza do design do navio foi garantida sem comprometer sua resistência.

Para reduzir o número de tripulantes para 23-28 pessoas e facilitar seu trabalho no mar, esses veleiros usavam as conquistas da tecnologia de meados do século XIX: engrenagens de direção de parafuso, guinchos manuais com engrenagens, bombas de volante e outros mecanismos. Nos "peniteis do mar" tudo estava subordinado à obtenção da maior velocidade. Longo e esguio, com um casco liso como uma enguia, o tosquiador tinha hastes afiadas graciosamente curvadas que cortavam as ondas como uma faca. Mastros de arranha-céus e gurupés superlongos carregavam uma abundância de velas que já era impossível superar. Os famosos cortadores de chá eram considerados os mais rápidos: sua velocidade chegava a 20 nós (37 km/h). Mais de dez metros por segundo - o navio de mil toneladas de nariz afiado voou tão rápido (voou!) De onda em onda. As empresas comerciais a cada ano davam um prêmio especial ao navio que fosse o primeiro a trazer chá da China da nova safra - daí o nome. Em comparação com os tipos de velas dos séculos passados, em vez das três ou, em casos excepcionais, quatro camadas de velas retas, um navio totalmente equipado transportava até sete velas retas em cada mastro. Seus nomes (começando de baixo) dos marinheiros ingleses soavam assim: vela inferior (primeiro plano ou vela grande), marselha inferior, marselha superior, bramsel, bramsel superior, vela "real", vela "celestial", vela "lua" ( ou "raspa-céus"). Além das velas principais listadas nas laterais, com bons ventos em "árvores" finas e redondas, espíritos de raposa movendo-se ao longo das vergas, foram colocadas velas de raposa adicionais e velas de estai entre os mastros. A área total de todas as velas era de 3300 m2 ou mais. Quando o veleiro navegava a todo vapor com vento favorável, de lado parecia que uma nuvem branca voava sobre a superfície do oceano. Por graça, formas aerodinâmicas, abundância de velas e velocidade de corte, eles receberam outro nome - "windjammers" ("espremedores de vento").

As corridas de chá se transformaram em uma verdadeira rivalidade em velocidade. Por exemplo, em 1866, cinco tosquiadeiras carregadas de chá deixaram Fuzhou (China) quase simultaneamente. Esta corrida de velocidade foi uma das viagens marítimas mais emocionantes em meio mundo. Cada um dos cinco capitães ambiciosos sonhava em vir primeiro para Londres. Tudo estava em jogo nas corridas. Um dos veleiros, "Ariel", durante uma forte tempestade no Oceano Atlântico, andou com um grande salto por muitas horas seguidas. Ondas íngremes rolaram sobre o convés do cortador. Mas, em vez de remover pelo menos uma vela, a tripulação fechou as escotilhas e todas as outras aberturas com lona. Para não serem levados ao mar, os marinheiros eram amarrados em seus trabalhos com cabos especiais. A luta com os elementos continuou por quase meio dia. O navio saiu vitorioso disso. Em 6 de setembro, tendo passado menos de 99 dias, "Ariel" chegou à Inglaterra ... Após a abertura do Canal de Suez em 1869, as viagens de veleiros na linha do "chá" tornaram-se inúteis. "Ariel" estava envolvido em biscates, transportando carvão da Inglaterra para o Japão e Austrália.

E, no entanto, por um curto período de tempo, os clippers voltaram à moda. A Austrália começou a produzir muita lã, de que a Europa e a América precisavam. Não havia navios a vapor suficientes capazes de percorrer distâncias tão longas sem carregamento adicional de carvão, então eles tiveram que recorrer aos serviços de veleiros. Em outubro de 1885, seis clippers partiram para a Inglaterra do porto australiano de Sydney, entre eles o Cutty Sark, que foi chamado de "Rainha dos Mares" por seus excelentes contornos, enorme vento e navegabilidade. No sexagésimo sétimo dia da viagem, o Cutty Sark foi o primeiro a chegar a Londres. Foi um recorde sem precedentes para veleiros. E não apenas velejar, mas também a vapor. No caminho de volta, o veleiro alcançou o navio de passageiros mais rápido da época, o Britannia. Dizem que o oficial de plantão, acordando o capitão, disse:

Senhor! Saia na ponte, algo extraordinário está acontecendo - um veleiro está nos ultrapassando!

O capitão sorriu e não se mexeu.

Porque ir. Afinal, isso é "Cutty Sark", e é inútil competir com ela!

A era das tosquiadeiras terminou em 1924, quando uma das últimas belezas, a Hasperus, foi descartada. E apenas "Cutty Sark" navegou até 1949.

No entanto, com o fim da frota náutica militar e de transporte, a vela não acabou. Como motor de navios e barcos esportivos, a vela desempenha e continuará a desempenhar um papel importante na educação dos marinheiros por muito tempo.

O rápido progresso tecnológico foi acompanhado pelo surgimento de graves problemas ambientais, por vezes causando danos irreparáveis ​​à natureza. Os desastres dos petroleiros e os grandes incêndios nos campos offshore confirmam isso. Novas ideias e soluções devem ajudar a frota marítima mundial a se tornar ecologicamente correta. E a novidade pode levar uma vela.

Felizmente para a humanidade, sempre há pessoas que são capazes de ver o que os outros não percebem e que têm uma curiosidade inesgotável - esta é uma qualidade integral de todos os inventores.

Tal pessoa foi o engenheiro alemão Anton Flettner (1885-1961). Certa vez, enquanto navegava em um veleiro, enquanto observava os esforços de marinheiros que trabalhavam em uma tempestade com velas de 40 a 50 m de altura, ele pensou: é possível substituir a vela clássica por algo, usando a mesma energia eólica? Reflexões forçaram Flettner a lembrar de seu físico compatriota Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), que em 1852 provou que a força transversal resultante agindo sobre um corpo girando em um fluxo de fluido ou gás ao seu redor é direcionada na direção em que a velocidade do fluxo e a rotação corpos combinam.

Magnus mais tarde confirmou a presença de tal efeito em um experimento com pesos. Um cilindro com um motor conectado a ele foi colocado horizontalmente em uma de suas tigelas e pesos de equilíbrio foram colocados na outra. O cilindro foi soprado com ar, mas até que o motor fosse ligado, permaneceu imóvel e o equilíbrio da balança não foi perturbado. No entanto, era necessário apenas dar partida no motor e, assim, fazer o cilindro girar, como uma tigela onde ele estava localizado, subindo ou descendo - dependendo do sentido de rotação. Com essa experiência, o cientista estabeleceu: se uma corrente de ar entra em um cilindro girado, as velocidades de fluxo e rotação de um lado do cilindro são adicionadas, enquanto no outro lado são subtraídas. E como velocidades mais altas correspondem a pressões mais baixas, um cilindro giratório colocado em uma corrente de ar desenvolve uma força motriz perpendicular à corrente. Ele pode ser aumentado ou diminuído girando o cilindro mais rápido ou mais devagar. Foram os experimentos de Magnus que levaram Flettner à ideia de substituir a vela de um navio por um cilindro rotativo. Mas as dúvidas surgiram imediatamente. Afinal, em um grande navio, esses rotores parecerão enormes torres de 20 a 25 m de altura, que em uma tempestade criarão um perigo colossal para o navio. Essas perguntas precisavam ser respondidas e Flettner começou sua pesquisa.

Nos últimos dias de junho de 1923, fez os primeiros experimentos com o modelo no Lago Wannsee, perto de Berlim. Era um barco de menos de um metro de comprimento com um cilindro de papel com cerca de 15 cm de diâmetro e cerca de 1 m de altura, que era usado por um mecanismo de relógio para girá-lo. Os experimentos foram bem sucedidos, mas muitas questões permaneceram, incluindo as forças que surgem no rotor durante a rotação.

Todos os estudos adicionais e medições relacionadas foram realizados em laboratório. Seus resultados foram os seguintes.

Se o vento atua na superfície de um rotor giratório, a velocidade deste último muda. Onde a superfície se move contra o vento, sua velocidade diminui e a pressão aumenta. No lado oposto do rotor, a velocidade do fluxo de ar, pelo contrário, aumenta e a pressão cai. A diferença de pressão resultante cria uma força motriz que pode ser usada para mover o navio.

Mas o mais surpreendente na pesquisa de Flettner foi outra coisa. Descobriu-se que a força motriz resultante era muitas vezes maior que a pressão do vento no rotor estacionário. Os cálculos mostraram que a energia eólica utilizada era aproximadamente 50 vezes maior do que a gasta na rotação do rotor, e dependia da frequência de sua rotação e da velocidade do vento. Outra circunstância importante também foi constatada - a possibilidade de velejar uma embarcação rotativa contra o vento em rumos variáveis ​​(amuras) próximos à linha de vento. Em outras palavras, para tal navio, as leis naturais de navegação que os veleiros comuns usavam permaneceram válidas. Mas, ao mesmo tempo, suas perspectivas foram avaliadas de forma simplesmente brilhante, pois a área do rotor em relação à área das velas de um veleiro comum, comparável em deslocamento a um navio rotativo, foi apenas 0,1-0,15 por cento, e sua massa (rotor) era cerca de 5 vezes menor que a massa total de armas de vela.

Naturalmente, uma parte dos esforços recebidos devido à rotação do cilindro é gasto na criação de uma deriva (deslocamento do navio em movimento da linha de curso) e a outra parte é gasta no avanço do navio.

O sopro em um túnel de vento mostrou que essa força motriz pode ser aumentada em quase 2 vezes se o cilindro for coberto por cima com um disco (na forma de uma placa plana), cujo diâmetro é maior que o diâmetro do cilindro em si. Além disso, era importante encontrar a relação correta entre a velocidade do vento e a velocidade angular do rotor. Disso depende a magnitude da força causada pela rotação; é por isso que os rotores foram testados primeiro em um túnel de vento e depois em um modelo de navio. O experimento possibilitou estabelecer suas dimensões ideais para uma embarcação experimental, e o nome "rotor Flettner" foi atribuído a um motor incomum.

A escuna de três mastros "Bukau" com um deslocamento de 980 toneladas foi usada como a primeira embarcação experimental para seus testes. Um motor elétrico de 220 V DC. A eletricidade foi gerada por um pequeno gerador a diesel com capacidade de 33 kW (45 hp ).

Os testes começaram no Báltico e terminaram com sucesso. Em fevereiro de 1925, o navio deixou a "cidade livre de Danzig", rumo à Inglaterra. No Mar do Norte, o Bukau teve que lidar com mares fortes, mas a escuna balançou menos do que os navios comuns devido ao rebalanceamento adequado. Os temores de que rotores pesados ​​pudessem afetar negativamente a estabilidade da embarcação ou sofrerem durante o pitching não se concretizaram, a pressão do vento em sua superfície não atingiu grandes valores. Ao mesmo tempo, o tempo estava tão ruim que muitos navios do mesmo deslocamento do Bukau buscaram refúgio em portos próximos. "Nenhum veleiro poderia ter feito a viagem que uma escuna rotativa fez", escreveram os jornais ingleses.

A passagem de retorno para Cuxhaven também foi acompanhada por tempestades. Desta vez, o "Bukau" foi carregado com carvão ao longo da linha d'água e mais uma vez mostrou suas vantagens sobre outros veleiros. As ondas rolaram pelo convés e destruíram o bote salva-vidas, mas os próprios rotores não foram danificados. Posteriormente, a escuna foi renomeada "Baden-Baden" e fez outra viagem difícil: depois de sofrer uma forte tempestade no Golfo da Biscaia, atravessou o Oceano Atlântico e chegou em segurança a Nova York.

A unidade de propulsão rotativa recebeu muitos elogios. Acabou sendo mais fácil de manter do que as velas convencionais, entrou rapidamente no modo de operação e, portanto, os testes decidiram continuar. Em 1924, no estaleiro da sociedade anônima "Weser" (Alemanha), foi lançado o primeiro navio, projetado especificamente para navegar com propulsão rotativa. Recebeu o nome de "Barbara" e destinava-se ao transporte de frutas dos portos da América do Sul para a Alemanha. Com 85 de comprimento, 15,2 de largura e 5,4 m de calado, o navio tinha capacidade de carga de cerca de 3.000 toneladas. De acordo com o projeto original, deveria colocar um rotor gigante de 90 m de altura e 13,1 m de diâmetro , mas então, levando em conta a experiência da escuna Bukau, o rotor-colosso foi substituído por três menores - 17 m de altura e 4 m de diâmetro, feitos de ligas de alumínio com paredes de pouco mais de um milímetro de espessura. Para cada rotor, foi previsto um motor com potência de 26 kW (35 cv), desenvolvendo 150 rpm. Com um vento de 5 pontos (8-11 m / s) de direção favorável (ângulo de proa de 105-110 graus), o empuxo das unidades de propulsão do rotor era equivalente à operação de um motor com potência de 780 kW ( 1060 cv). Além disso, um motor diesel de eixo único de 750 kW (1.020 hp) movido por uma hélice complementava o empuxo do rotor, permitindo que a embarcação navegasse a uma velocidade de 10 nós (18,5 km/h).

Sendo, em essência, veleiros, os navios rotativos apresentavam enormes vantagens sobre eles. Não havia necessidade de chamar a tripulação no convés para limpar e içar as velas; apenas um oficial (na ponte) controlava o movimento dos rotores com a ajuda de várias alças. Em rebocados (contra o vento) esses navios eram de até 30 graus, enquanto a maioria dos veleiros comuns tem um ângulo entre a direção do vento e a direção do movimento de pelo menos 40-50 graus. A velocidade de deslocamento foi regulada pela velocidade de rotação dos rotores e manobras - alterando a direção de sua rotação. Navios rotativos podem até recuar.

No entanto, a complexidade do projeto de hélices rotativas e, mais importante, o fato de os navios equipados com elas continuarem sendo veleiros com todas as deficiências, a primeira das quais é a dependência total do vento, não levou à sua ampla distribuição.

No entanto, os designers voltaram repetidamente à ideia de usar a energia eólica. Em meados dos anos 60 do século XX, em muitos países marítimos, foram criados escritórios especiais de design que tratavam do problema do movimento do vento, ou seja, o movimento de uma embarcação com a ajuda de turbinas eólicas e turbinas eólicas. No primeiro caso, a conversão da energia eólica em empuxo ocorre ao longo da cadeia: turbina eólica - transmissão (mecânica ou elétrica) - hélice. Por design, as turbinas eólicas são diferenciadas com um eixo de rotação horizontal (turbina de 1, 2, 3 ou multi-pás) e vertical, por exemplo, uma turbina do tipo tambor; em termos de velocidade de rotação - alta velocidade, com alta velocidade de rotação (combinam bem com geradores elétricos em termos de frequência de rotação) e baixa velocidade, criando um grande torque diretamente para a hélice. Ao utilizar uma turbina eólica, a embarcação não se limita a escolher um curso em relação à direção do vento, porém, ela, uma turbina eólica, possui uma baixa eficiência devido à conversão múltipla de energia. A turbina eólica é eficaz em velocidades de vento de 3-4 a 12-14 m / s, e a embarcação se move melhor com ventos de proa do que com ventos de cauda; a uma velocidade do vento de 15-20 m/s, deve ser parado, pois existe a ameaça de sua destruição.

Turbinas eólicas experientes de vários projetos foram testadas com sucesso em iates. No entanto, em grandes navios de transporte, eles nem são usados ​​como acionamentos para geradores elétricos, embora os experimentos nesse sentido continuem.

No segundo caso, a força de tração que puxa o navio surge diretamente na turbina eólica, mas a navegação diretamente contra o vento e em certa faixa de ângulos de proa próximos a esta direção é impossível; as velocidades de tais embarcações dependem da velocidade do vento e são relativamente pequenas - 7-10 nós (13-18,5 km/h). Os principais tipos de moinhos de vento incluem o rotor Flettner, já conhecido por nós, a vela-asa e a vela clássica, que ainda está sendo aprimorada, além disso, na linha de criar os materiais mais recentes. Lavsan não enrugado e nitron resistente ao calor, materiais feitos de plásticos e fibras sintéticas, caracterizados por maior resistência e leveza, apareceram. Eles são usados ​​para navios modernos com propulsão a vela.

Os primeiros estudos em grande escala de turbinas eólicas foram realizados em 1960-1967 no Instituto de Construção Naval de Hamburgo, onde foi desenvolvido um navio cargueiro com um peso morto de 17.000 toneladas. túnel e testes em uma piscina experimental, possibilitou a construção de um navio "Dina-Schiff", que por muito tempo não teve análogos no mundo. É um veleiro que aceita 16.500 toneladas de carga e se distingue por dimensões impressionantes: comprimento - 160,5 m, largura - 21 m. Altura da prancha - 13 m, calado - 9,1 m. Cada um dos seis mastros rotativos transporta cinco velas retas, que esticada em vergas perfiladas sem vãos e no seu conjunto compunha uma vela gigante eficaz (alta e estreita) com uma área de 1200 m 2 (a área total de todas as velas atingiu 7200 m 2). Controla os motores elétricos, levantando ou retirando qualquer uma das 30 velas, o vigilante da casa do leme, onde o computador está instalado. Além das velas, três motores a diesel de 330 kW (448 hp) foram instalados no Dine-Schiff. A embarcação desenvolveu uma velocidade média de 12 nós e com vento favorável - até 16.

O aperfeiçoamento do projeto Dina-Schiff foi continuado pela Friedrich Weiss Research Society da cidade alemã de Ahrensburg. Criou um espetacular navio graneleiro com retração automática de velas, cada uma das quais foi enrolada em um eixo localizado em um pátio perfilado. O comprimento do navio de carga seca é de 65 m; ele pode levar a bordo 1000 toneladas de carga. Cada um dos três mastros giratórios carrega cinco velas retas; além disso, em caso de tempo calmo, um motor diesel auxiliar com capacidade de 350 kW (476 hp) foi instalado no navio. Usando apenas uma propulsão a vela, essas embarcações podem atingir uma velocidade de 12 a 14 nós e com forte vento de cauda - até 20 (37 km / h). Isso corresponde à velocidade de um navio porta-contêineres moderno.

"Dina-Schiff" e um cargueiro de Ahrensburg não estão sozinhos nas atuais rotas marítimas - desde junho de 1990 eles são acompanhados pelo carro-chefe da organização Greenpeace "Rainbow-Urrior", convertido em Hamburgo à maneira de "Dina-Schiff" Schiff". Com uma força de vento de 5 pontos, a embarcação desenvolve uma velocidade superior a 12 nós (22 km/h).

Dado o bom desempenho de condução desses navios, atualmente estão sendo projetados navios de carga seca com capacidade de carga de 900 a 2.000 toneladas. É verdade que os cientistas alemães acreditam que dificilmente serão rentáveis ​​para a Europa devido à inconstância dos ventos que sopram perto de seu costa, e eles propõem equipar navios de carga seca comuns e navios porta-contêineres equipamentos de navegação adicionais, o que levará a uma economia de 10-25 por cento de combustível.

O desenvolvimento de turbinas eólicas e turbinas eólicas é especialmente grave naqueles países onde as reservas de petróleo natural são limitadas ou inexistentes. Assim, no Japão apenas para o período de 1980-1986, 10 navios foram colocados em operação, que, além da propulsão mecânica e eólica, foram colocados em operação. Seu representante típico é o navio-tanque costeiro "Shin Eitoku Maru" com um deslocamento de 1600 toneladas, lançado em julho de 1980 pela Imamura Shipbuilding Company. Suas principais dimensões são: comprimento - 66, largura - 10,6, calado - 4,4 m. Está equipado com duas velas com área de 97 m 2 cada e um motor com potência de 1177 kW (1600 hp). A velocidade média do petroleiro é de 12 nós (22 km/h). O tempo que ele navega em um ano é 15% do total.

A maior conquista na construção de navios de acordo com o esquema "motor mecânico mais propulsão eólica" foi o navio japonês "Usiki Pioneer". Com um deslocamento de 26 mil toneladas, possui um comprimento de 162,4, largura de 25,2 e calado de 10,6 m, dois motores principais com capacidade de 2427 kW (3300 cv) e duas velas de 320 m 2 cada. Com o uso combinado de velas e um dos motores, o navio pode atingir uma velocidade média de 13,5 nós (25 km/h). A propulsão do vento é controlada por comandos de computador.

Engenheiros japoneses também desenvolveram um projeto para um veleiro capaz de transportar 17.000 toneladas de carga e 250 passageiros. Todo o trabalho relacionado com a colocação e colheita das velas será totalmente mecanizado. Isso permitirá que uma pessoa com a ajuda de um computador em 20 segundos lide com 1500 m 2 de velas colocadas em seis mastros. A velocidade máxima do navio é de cerca de 20 nós (37 km/h). É capaz de "pegar" a menor brisa. Em caso de calma completa, é fornecida a instalação de motores.

Testes multifuncionais e bastante caros de opções de equipamentos de vela foram realizados em 1985 por cientistas e designers poloneses. Em uma embarcação experimental de 50 metros "Oceania" com deslocamento de 550 toneladas, foram instalados três mastros de liga forte e leve com velas diretas com área total de 700 m 2. Eles foram colocados e removidos usando acionamentos hidráulicos e usando engrenagens especiais feitas de material sintético resistente - Kevlar. Quando o vento aumentava, a área das velas diminuía e, quando o vento era superior a 25 m / s, elas se dobravam em forma de caixas ao redor do mastro.

Essa experiência permitiu que os construtores navais do estaleiro de Gdansk construíssem o navio de cruzeiro Gwarek em 1986, cujo equipamento de navegação era quase semelhante ao instalado na Oceania. "Gwarek" tornou-se propriedade do "Travel Bureau" como uma casa de férias flutuante, cujos passageiros são acomodados em 100 cabines duplas confortáveis. Todo o controle do navio é realizado a partir da ponte usando um computador e sistemas hidráulicos.

Novas velas exigiam fixação e limpeza mais modernas. Vários projetos de mastros foram desenvolvidos, e cada um tem seus próprios "destaques". Assim, alguns mastros são montados em plataformas rotativas, e as velas são estendidas dos estaleiros e retraídas dentro deles, como uma tela de cinema. E o inventor polonês A. Borovsky de Szczecin, em 1977, recebeu uma patente para um mastro, que consiste em muitos tubos de metal conectados em um todo por uma fina camada externa de material sintético resistente. Este design é mais leve que o convencional e não é inferior em força.

Novos tipos de velas também foram desenvolvidos para embarcações esportivas. Em particular, um novo dispositivo de propulsão, a vela de asa, já encontrou aplicação. É feito na forma de uma vela rígida, semelhante em design à asa de um planador ou aeronave, mas com um perfil de seção transversal simétrico. É colocado em lanchas e catamarãs à vela que desenvolvem altas velocidades nas quais opera em baixos ângulos de ataque. Ainda mais eficaz é a vela de asa, que tem um perfil convexo-côncavo, que varia de acordo com o ângulo de ataque e a amura em que o navio ou buer está. Por exemplo, no projeto usado no catamarã "Pasient Lady U" (EUA), a vela de asa consiste em seis partes que são instaladas automaticamente usando um computador em determinados ângulos do vento. É feito de compensado, fibra de vidro, poliestireno e tecido sintético, seu peso é de apenas 46 kg com área de 28 m 2.

Os projetistas envolvidos em propulsão eólica e motores são mais atraídos por projetos que permitem aumentar a velocidade dos navios em até 20 nós, ou seja, atingir a velocidade dos cortadores de chá. Tentativas estão sendo feitas para reviver a frota de vela em uma base moderna, usando o princípio do movimento em uma almofada de ar e hidrofólios.

Há desenvolvimentos positivos no desenvolvimento de novos tipos de turbinas eólicas. Assim, os engenheiros alemães propuseram um motor "tipo carrossel", no qual seis aviões de poliéster estão localizados em dois eixos verticais, girados entre si em um ângulo de 60 graus. O vento, agindo sobre essas turbinas de ar, faz com que elas girem - assim, sua energia cinética é convertida em energia mecânica de rotação do eixo da hélice do navio.

Hoje, existem alguns projetos diferentes de turbinas eólicas e turbinas eólicas, ambos implementados e em desenvolvimento. Há muito por onde escolher, mas os especialistas chegaram à conclusão de que a opção mais adequada é instalar uma turbina eólica em embarcações marítimas e fluviais como complemento do motor mecânico principal. Isso proporcionará uma economia de combustível de 25 a 30 por cento e fornecerá aos navios uma velocidade bastante aceitável de 16 nós e, além disso, permitirá o uso de uma usina relativamente pequena em vez de uma usina poderosa. E mais uma condição obrigatória: o uso de todos os novos tipos de propulsão a vela requer a introdução generalizada de computadores. Somente a tecnologia de computação de alta velocidade pode levar em consideração todos os parâmetros que afetam o movimento do navio e, assim, aumentar a segurança de sua navegação.

Legendas para ilustrações

doente. 1. Como pode ser visto na figura, uma força transversal à direção do fluxo de ar começa a agir sobre o cilindro giratório. Assim, é óbvio que o curso mais vantajoso para uma embarcação rotativa é quando o vento sopra diretamente a bordo. E a direção do movimento depende apenas se o rotor gira no sentido horário ou anti-horário.

doente. 2. O vento lateral é dito completo se este ângulo for maior que 66 o, e íngreme se for menor. O movimento para a frente é fornecido pela componente de pressão do vento (a), que coincide com o curso do veleiro, enquanto a ação da componente lateral (b) é neutralizada pela quilha do navio.

Vamos determinar como surge uma força de tração na vela, que informa o movimento do veleiro.

Todo raciocínio é puramente qualitativo. Na apresentação, são feitas suposições e não são considerados detalhes que não sejam fundamentais, do ponto de vista dos fundamentos físicos da vela, mas simplificam tanto a apresentação do assunto quanto o entendimento do material apresentado.

Uma corrente de ar corre para a vela, determinada pela velocidade e direção do vento da flâmula.

Ao mesmo tempo, determinamos, antes de começar a consideração, que a vela é uma asa vertical e divide o fluxo de ar que entra em duas partes. Uma parte do fluxo de ar passa pelo lado de sotavento da vela e a segunda parte pelo lado de barlavento. Ambos os riachos se fecham atrás da sanguessuga da vela. No lado de sotavento da vela (convexo), o fluxo percorre uma distância maior do que ao longo do lado de barlavento. Conseqüentemente, a velocidade do fluxo no lado de sotavento é de 100 fig. 6 rone velas acima.

De acordo com a lei de Bernoulli, a pressão é menor onde a velocidade do fluxo é maior. Assim, ocorre uma rarefação no lado de sotavento da vela, o que faz com que a vela se desloque para uma pressão mais baixa (Fig. 6). A quantidade de vácuo que ocorre no lado de sotavento da vela é proporcional à velocidade do fluxo.

O deslocamento de um veleiro ocorre sob a ação de uma força aerodinâmica, que é resultado da ação de duas forças sobre a vela - a força de resistência do ar ao movimento da vela e a força de elevação (Fig. 7), que informa a vela deste movimento. Por sua vez, a força aerodinâmica resultante pode ser decomposta em dois componentes - o vetor na direção do movimento do navio e o per-

arroz. 7 vetor perpendicular a ele. O primeiro vetor direcionado ao longo do movimento do navio é a força de empuxo, que informa o movimento da vela e através dela até o navio, e o segundo é a força de deriva (heeling force), causando a deriva para o lado de sotavento (Fig. 8). Na literatura e na figura, a força perpendicular à força de empuxo é muitas vezes chamada de força de inclinação. Essa afirmação não é correta e os autores a substituem pelo momento de adornamento, que ocorre como resultado da interação da embarcação não apenas com o vento, mas também com a água. Esta questão será considerada mais adiante, quando se considerar a força hidrodinâmica resultante e o ressalto entre a força de arrasto lateral da embarcação e a força de deriva.

Com base no fato de que o valor

arroz. 8 da força de sustentação é proporcional à velocidade do fluxo em sentido contrário, pode-se concluir que uma embarcação mais rápida pode se mover mais bruscamente em direção ao vento aparente. Isso se explica pelo fato de que com uma relação menor de força de empuxo para força de deriva, o valor da força de empuxo, em altas velocidades do vento aparente, será suficiente para garantir o movimento da embarcação. Para navios que se deslocam em modo de deslocamento, esse ganho será insignificante, pois o aumento da velocidade do navio causará um aumento na força de arrasto e um equilíbrio das forças de empuxo e arrasto virá. Para embarcações de planagem com baixo arrasto, é possível mover-se em ângulos muito agudos em relação ao vento aparente.

Para que a vela funcione de forma eficaz, ela deve ser ajustada em um determinado ângulo em relação ao fluxo de ar que se aproxima. Este ângulo é chamado de ângulo de ataque da vela e é definido como o ângulo entre a direção do vento e a corda da vela.

O ângulo de ataque da vela é muito dependente do perfil transversal da vela. O ângulo de ataque ideal para a maioria das velas é de cerca de 15 graus (Figura 9).

Em ângulos de ataque superiores a 15 graus, o fluxo começa a parar e o fluxo laminar no lado de sotavento da vela é perturbado. Neste caso, o fluxo em torno da vela é perturbado (o fluxo torna-se turbulento), o que leva a uma diminuição da velocidade do fluxo e, consequentemente, uma diminuição da

descarga no lado de sotavento da vela. Além disso, o fluxo turbulento aumenta o atrito na vela e altera o perfil da seção transversal da vela em

arroz. 9 área da sanguessuga (Fig. 10). Todos esses fenômenos, que ocorrem com o aumento do ângulo de ataque da vela, levam a uma diminuição da eficiência da vela como asa e à diminuição do empuxo da vela.

Em ângulos de ataque inferiores a 15 graus, o fluxo quebra no lado de barlavento da vela. Como a vela é uma asa macia e sua forma é fornecida pela fig. 10 apenas pelo fluxo de ar que entra, então no limite, em ângulos de ataque muito pequenos, a vela perde sua forma e para de funcionar.

Em ambos os casos, a eficiência da vela está se deteriorando, o que

arroz. 11 fig. 12

leva a uma diminuição da força de tração da vela. Portanto, a cada mudança de curso, é necessário ajustar as velas.

Um veleiro pode se mover em ângulos com o vento na faixa de 30 a 40 graus a 180 na direção de cada lado. Neste caso, as velas estão localizadas em ângulos diferentes em relação ao DP do navio, mas sempre em ângulo em relação ao vento aparente, o que garante um funcionamento eficiente da vela.

Na fig. 11 mostra a mudança na posição das velas em relação ao DP quando o iate está a favor do vento. Ao fazer isso, o termo go fuller é usado.

Na fig. 12 mostra a mudança na posição das velas em relação ao DP ao trazer o iate ao vento. O termo usado aqui é ir mais íngreme (ou mais nítido) no vento.

Na fig. 13 mostra os cursos do iate em relação ao vento aparente e a posição das velas em cada curso.

Este padrão pode ser dividido em duas metades de acordo com o diâmetro perpendicular à direção do vento aparente. Essa direção de movimento do navio (90 graus em relação ao vento) é chamada de vento do golfo (meio vento).

Os cursos localizados acima dessa linha são chamados de agudos e abaixo dessa linha - completos.

Percursos afiados incluem badewind (de 30-40 a 90 graus ao vento) e vento de proa (0 graus ao vento).

Leventik não é um curso de trabalho, uma vez que um veleiro não pode se mover diretamente contra o vento (como indicado pela vela de lavagem na figura).

O setor vermelho na metade superior dos ângulos de proa não funciona, pois o movimento nesta zona é possível, mas não eficaz.

Os cursos completos incluem backstay (de 90 a 180 graus ao vento) e jibe (180 graus ao vento).

É interessante considerar o setor verde na área do gybe. Este também é um setor indesejável dos ângulos de curso, pois neste setor o movimento de um veleiro com cordame oblíquo (asa) não é efetivo. A vela funciona como uma vela (devido à área da vela, e não devido às propriedades da asa). A velocidade do movimento do navio a favor do vento é limitada pela velocidade do vento e a controlabilidade do navio neste curso, especialmente em ondas, não é alta.

arroz. 13 A segunda linha interessante que divide esse padrão é o diâmetro vertical, coincidindo com a direção do vento, que divide esse padrão em duas metades. Na metade esquerda da figura, o navio navega pelas amuras direitas em relação ao vento, e na metade direita, pelas amuras esquerdas.

1. Amura é o curso do navio em relação ao vento:

Vento de bombordo - bombordo;

Vento de estibordo - amura de estibordo.

2. A amura é a parte do caminho do navio entre as curvas.

Na fig. 14 mostra a direção do vento aparente nos mesmos rumos em relação ao vento verdadeiro e a posição das velas em cada curso.

A partir da análise de ri Segue-se do diagrama que, com a mesma velocidade do vento real e velocidade de movimento da embarcação em um ângulo de proa de 45 graus em relação ao vento verdadeiro, um veleiro tem um ângulo de proa em relação ao vento aparente igual a ~ 22 graus.

E ao se mover em um curso de backstay em relação ao vento verdadeiro, o navio é rebocado em relação ao vento aparente. E somente no curso do backstay o vento da flâmula parte para o vento do golfo

Além da posição da vela em relação ao DP do navio, é interessante considerar o formato da vela em função das condições de movimentação do navio.

De grande importância é o perfil transversal da vela - a "barriga" da vela, que é medida em porcentagem do comprimento. 14 velas ao longo da corda (Fig. 15).

As velas barrigudas fornecem grande sustentação, mas têm muito arrasto (Figura 15).

As velas planas não fornecem muita sustentação, mas ao mesmo tempo têm pouco arrasto (Fig. 15).

Daí resulta que para navios pesados ​​com grande arrasto da parte submersa do casco, é aconselhável usar velas com grande profundidade de vela, que proporcionam "grande tração" em baixas velocidades de vento de flâmula. E para os navios esportivos, especialmente os planadores, projetados para altas velocidades, é aconselhável usar velas mais “planas” que tenham uma pequena resistência frontal ao fluxo de ar, mas proporcionem “boa tração” em altas velocidades de flâmula.

De grande importância é a forma da vela na área da testa - a “testa da vela”. Quando a “barriga” da vela é deslocada para frente, a vela torna-se “lobada”, e quando deslocada para trás, obtemos uma vela de “entrada plana”.

Com uma “entrada plana”, a nitidez do curso é maior, mas a vela é fundamental para uma mudança no ângulo de ataque. É necessária alta precisão no controle e, com qualquer mudança de curso, é necessário ajustar as velas (Fig. 12).

arroz. 15 fig. 16

Com uma vela frontal (a barriga é deslocada para a frente), o arrasto da vela aumenta e a nitidez do curso em relação ao vento diminui, mas o alcance do curso muda sem ajuste adicional das velas (o alcance de direção ou setor de proa) aumenta aumentando o alcance dos ângulos de ataque da vela em que continua a trabalhar de forma eficaz (Fig. . 12).

arroz. 17

Uma vela com a barriga deslocada para a frente é aconselhável para uso em arroz complexo. dezoito

condições meteorológicas, em alto mar, quando é necessário assegurar a possibilidade de uma mudança constante e ligeira de rumo para garantir a estabilidade e segurança da embarcação (por exemplo, cruzando em ângulo recto com a crista de uma onda ou a impossibilidade de mantendo o iate em curso com rajadas de vento).

A mudança da barriga da vela grande é conseguida dobrando o mastro. Quando o mastro deflete, as protuberâncias dianteira e traseira da vela são afastadas e a vela torna-se mais plana devido a isso (Fig. 17), enquanto a barriga da vela é deslocada para trás. A barriga da vela grande em sua parte inferior é alterada enchendo a folha principal. Para mover a barriga para a frente, a fim de restaurar sua posição correta na região de 40 a 50% da corda, a vela principal da adriça é recheada. Com mais enchimento da vela mestra de adriça, a barriga desloca-se mais para a frente e a vela alarga.

O staysail é configurado da mesma maneira. O enchimento do estai altera a profundidade do ventre, e o enchimento da adriça do estai altera a posição do ventre e a largura da vela.

Além do perfil transversal da vela, seu perfil longitudinal (mudança do perfil da vela com a altura) é de grande interesse e importância. Para que a vela funcione corretamente, a vela deve ter uma torção de passo que forneça um ângulo de ataque constante da vela em relação ao vento aparente.

Como a velocidade do vento aumenta com o aumento da distância do convés do navio, e a velocidade da vela no plano horizontal não muda, a direção do vento aparente muda (o ângulo entre o curso do navio e a direção do vento aparente aumenta - o vento “se afasta”) e seu fortalecimento (Fig. 18).

Para compensar a mudança na direção do vento da flâmula, é necessário alterar a posição da vela em altura - o ângulo de ataque da vela. Isso é alcançado

arroz. 18 fig. 19

a direção da parte superior da vela para o lado de sotavento é maior do que a parte inferior (Fig. 20).

A torção da vela grande é fornecida alterando o “recheio” do braço da lança e a posição do carro da folha da lança na perseguição.

A torção do jib é fornecida pelo enchimento da folha do jib e pela posição do carro do jib na caçamba. Ao mover a carruagem para a frente, a vela fica mais cheia e a torção da vela em altura é reduzida. Quando a carruagem é movida para trás, a vela fica mais plana e a torção da vela aumenta em altura.