Надо Знать

добавить знаний



Парус


DSC 7439-MR-VoileLatine.jpg

План:


Введение

DSC 7439-MR-VoileLatine.jpg

Парус - любая поверхность, предназначенная в качестве двигателя для создания тяги под воздействием ветра.


1. Использование парусов

Паруса обычно используются как морской двигатель для оборудования парусных судов, например, яхт, а также на малых плавательных средствах, таких как виндсерф. Вместе с такелажем и рангоутом составляют парусное вооружение судна. Другими, менее распространенными приложениями принципу паруса в машинах являются: мельницы, буер (ледовые яхты), воздушный змей, электрические генераторы и наземные парусники. Успешно разрабатываются и запускаются космические аппараты, использующие солнечный ветер (давление радиации) с помощью космических парусов. [1] [2]

В торговом сообщении, рыбалки и других коммерческих использованием паруса почти замещены другими видами двигателей, как двигатель внутреннего сгорания. Но парус остается популярным в области отдыха и спорта. Самыми популярными видами парусников есть небольшие яхты, среди них традиционными являются Бермудские шлюпы, которые имеют два косые паруса: грот и стаксель. Оба грот и стаксель имеют треугольную форму; грот присоединен к мачте и к гика, и простирается назад, в то время как стаксель присоединяется к мачте в верхней части и протягивается вдоль штаг к носу судна. Традиционным является также использование Генуе и спинакера.


2. История паруса

Шаблон: Морская дело

Парус на яхте, вид с палубы

Самые ранние изображения паруса известные из Древнего Египта около 3200 года до н.э., [3] [4] где тростниковые лодки плыли вверх по течению реки Нил. Древние шумеры использовали прямое парусное вооружение примерно в то же время: считают, что они проложили морские торговые пути до долины Инда. Также протоавстронезийськи слова для обозначения паруса частей парусного вооружения датируются около 3000 года до н.э., когда эта группа племен начала свое распространение тихоокеанскими островами. [5] Греки и финикийцы начали плавать на парусниках с торговой целью около 1200 года до н.

Прямые паруса крепятся к рей поперек к корпуса лодки приспособлены к ходу по ветру, они доминировали в древнем Средиземноморье и распространились на Северную Европу, были независимо изобретены в Китае и Эквадоре. Хотя косые паруса стали популярными на современных яхтах, прямые продолжают использоваться для снаряжения больших парусников с Сутки Парусников сих пор. Треугольное косой парус было изобретено в Средиземноморье (латинское парус с одним Рэем) и независимо - в Тихом океане, как эффективнее двухмачтовая "Клешня краба", [6] [7] и по-прежнему используется во всем мире. В 16 - 19-х веках другие виды косого парусного вооружения были разработаны в Европе, такие как шпринт, гафель, клевер / Генуя / стаксель и Бермудских парус, улучшило способность европейских мореходов в ход против ветра. Приведем еще один интересный факт: устаревший траулер, Пеликан, оборудовали нетрадиционным парусным вооружением, которое использовалось берберийских пиратами в 16-м веке. В результате было получено удивительные ходовые свойства: Пеликан шел к ветру на 20 градусов ближе, чем другие известные судна с прямыми парусами. [8]


3. Типы корабельных парусов

Шаблон: Смотри

Корабль Garthsnaid в море у 1920. Людей видно среди парусного вооружения судна.

Паруса делятся по назначению на косые и прямые. Косые паруса применяются для хода как по ветру, так и против направления ветра (под некоторым углом), а прямые - лишь по ветру. По форме паруса обычно треугольные или четырехугольные, причем косые чаще треугольные, а прямые - почти всегда четырехугольной формы.

Косые паруса могут перемещаться с одного борта судна на другой при изменении галсов (повороте), чтобы обеспечить тягу и продвижение судна в случае маневров или изменения направления ветра. Если корма судна пересекает ветер, то такой поворот называется поворот фордевинд. Если же ветер пересекает нос, то такое изменение галсов называется поворот оверштаг. Повторяющиеся повороты оверштаг позволяют судам с косым парусным вооружением двигаться против направления ветра. Современные суда могут двигаться против ветра курсом до 30 градусов и даже острее.

Парусник, как правило, имеет несколько комплектов парусов для различных погодных условий. Например, существуют специальные штормовые паруса.

Прямые паруса достигли максимального развития в клипера и торговых барках 19-го и начале 20-го века. Прямоугольные паруса висят между рей, которые в свою очередь закреплены в мачт. Прямые паруса могут только возвращаться на определенный угол относительно корпуса судна для обеспечения лучшей тяги при изменении ветра или курса. Такой тип парусного вооружения требует большого количества такелажа для управления ими (менее 9 тросов на каждое парус) и не может обеспечить движение по курсу, острее 60 ? по ветру. Кораблей с такими парусами сейчас осталось немного, они используются для морского обучения. Большинство судов с прямыми парусами несут также некоторые косые паруса.

Косые паруса гораздо более распространены: все яхты и динго используют этот тип парусов, когда паруса расположены паралельнише к киля судна, и раскреплены спереди и сзади быстрее, чем с бортов судна. Больше парус ( грот) присоединено к мачте спереди и до гика снизу, и простирается назад; в то время меньше (одно или несколько) присоединяется к мачте в верхней части и протягивается вдоль штаг к носу судна. Каждое из парусов требует лишь 2-3 тросы для основного управления им.


4. Аэродинамика паруса

Конструкции парусов разрабатываются и действуют согласно законам аэродинамики.

Современный инженерный взгляд на парусник состоит в том, что парусное судно представляет собой теоретически 2 крыла, одно из которых (парусное вооружение) движется в воздухе, а другое (корпус) - в воде. И в одно, и на другое крыло действуют подобные силы - сила сопротивления движению среды и аэродинамическая (подъемная) сила. Главной характеристикой хорошо сделанного паруса является количество тяги, создаваемой изгибом ("пузом") поверхности паруса. Когда передняя шкаторина паруса направлена ​​против ветра, правильная кривизна помогает максимизировать подъемную силу, одновременно минимизируя влияние трения и турбулентности. Это тоже самое задание, которое стоит перед разработчиками самолетов при проектировании формы крыла. Лодка движется под парусами двумя способами. Когда лодка движется в направлении, куда дует ветер, это называется "по ветру", или, моряцкой терминологией, "полный курс" (див.Курсы парусника). Паруса в таком случае настроены чтобы только улавливать воздуха (ветер) и использовать кинетическую энергию его движения. Ветер фактически толкает парус вперед, а с ним и все судно. Паруса в таком режиме является аэродинамически stalled. Drag, всегда параллельна направлению ветра, составляет основу силы тяги. [9] Другой способ движения под парусом применяется, когда судно движется поперек или в направлении, откуда дует ветер ("против ветра", или "острый курс", см. Курсы парусника). Тогда парус выступает в роли крылья, переспрямовуючы потоки воздуха в процессе обтекания ними паруса с носа до кормы судна. По закону сохранения момента, ветер [[Законы Ньоютона # третий закон Ньоютона | движет]] парус в то время, как парус перенаправлюе скос потока air backwards. Разница в воздушном давлении вдоль поверхности паруса влечет возникновение сил, действующих на парус, включая подъемной силой и силой бокового смещения. Подъемная сила является главной компонентой силы тяги. [10] [11] [12] [13] Парус также может действовать как крыло в некоторых ситуациях полных курсов, например, спинакер и четырехугольные паруса могут быть скроены таким образом, чтобы их верхняя шкаторина создавала подъемную силу. Такая сила действительно способна несколько поднять судно из воды и тем самым уменьшить смачиваемые поверхность корпуса и риск "зарывание" носом в волну. Общая скорость судна при этом, конечно, возрастает. По сильного ветра турбулентность, создается stalled (?) Парусами, может привести к аэродинамической неустойчивости, которая в свою очередь вызывает быстрое движение судна в направлении по ветру. Паруса часто оборудованы легкими лентами или нитями ((Чаклунчикы), которые показывают поток воздуха. Они могут быть на обеих сторонах паруса вблизи передней шкаторины, или на задней шкаторины. Горизонтальные полосы, вшитые или нарисованы на парусе, и V-образные метки на спинакера позволяют отслеживать их кривизну с палубы. Такие указатели могут даже светиться люминисцентные в темноте.

На парусном судне киль или шверт предотвращает боковом смещению судна. Для этого киль имеет такую ​​форму, что его сечение в продольной оси судна имеет в разы большую площадь, чем поперечной. Сопротивление движению вперед и назад незначительный, одновременно сопротивление движению сторону компенсирует силу бокового смещения, возникающий от воздействия ветра на паруса, поэтому судно двигается в основном вперед и лишь слегка смещается в сторону (leeway). Также, боковая компонента силы, действующей на парус пытается накрениты судно, чем противодействуют восстановительные моменты масс балласта киля и корпуса. Тяговая компонента силы компенсируется силой сопротивления воды движению и трением воды о корпус и киль.

Шаблон: Смотри


5. Части паруса

Файл: Parts of a sail.svg
Основные части бермудского паруса.

Косе треугольный парус имеет обычно передний, задний и нижний края, которые называются соответственно передней, задней и нижней шкаторины. Каждый угол имеет свое название: верхний угол - фалов (там крепится фал, за который парус поднимают на мачту), задний - шкотовый (там крепится шкот для управления положением паруса), передний - галсовий. На прямых четырехугольных парусах края называются верхней, нижней, правой и левой шкаторины.

Современные паруса кроят с таким расчетом, чтобы волокна материи были ориентированы вдоль передней и нижней шкаторины. Таким образом наиболее растяжений ось материала идет вдоль диагональной оси паруса. Это дает возможность морякам уменьшать силу тяги парусов посредством изменения его натяжения, изгиба мачты и гика разнообразным образом. Часто чаклунчикы, маленькие кусочки материи, цепляются в багатьх местах паруса. По характеру их колебаний на ветру моряки определяют, как воздух обтекает парус, и имеют возможность в соответствии подстроить его форму.

Альтернативным является подход к строению паруса, традиционно используется на Востоке - на джонках. Здесь изгиб паруса является горизонтальным, что дает эффективное и управляемое парус. [14]


6. Многообразие парусов

Схема бермудского шлюпа.

Современные паруса можно классифицировать на три основные категории:

  • главные,
  • передние,
  • и специальные, для полных курсов.

Все конкретные виды парусов являются вариациями этих основных.

Высокоскоростные яхты, в частности катамараны такие как International C-Class Catamaran, использовали или используют жесткие паруса-крылья, которые, как считается, обеспечивают лучшие показатели, чем традиционные мягкие паруса. [15] [16] В частности, жесткой паруса использованы катамараном " Звезды и полосы ", защитником и победителем Кубок Америки в 1988, и USA-17, претендентом и победителем Кубка Америки 2010 года.

Большинство современных яхт, включая Бермудскими шлюпа, Кетч и Йолом, имеют в своем наборе паруса, принадлежащих более чем к одному из названных типов. Основное парус остается постоянно поставленным в процессе плавания, одновременно стаксели и спинакер могут меняться в зависимости от погодных условий для достижения лучшей управляемости и скорости. Основное парус является главным элементом парусной поверхности. Выполняя роль "двигателя" и руля, оно может быть простой треугольной формы (см. Строение паруса ниже). Площадь его может быть снижена из-за сильного ветра (эта техника назикаеться "рифление"). При исключительно сильном ветре основной парус убирается и вместо него поднимается трисель, который позволяет сохранить судно управляемым в непогоду. Передние паруса являются главными тягловыми при движении против ветра. Есть много видов таких парусов, Генуя и стаксель наиболее используемые. Эти два вида имеют подвиды для различной специфики использования. Передние паруса обычно классифицируются по весу материала или общей площадью паруса. Принятым является нумерация от 1 до 3 (от большего к меньшему) с описанием использования, например: № 1 Тяжелое или № 1 Среднее / легкое. Специальными видами передних парусов есть генакер (называемый кодом 0 некоторыми производителями), дрифтер (тип Генуе, который используется как асимметричный спинакер), скричер (по сути, большая Генуя), витрошукач и штормовой стаксель. Определенного гена и стаксели также имеют латы, поддерживающих оптимальную форму паруса.

Спинакер используются для движения по ветру. Они очень легкие и имеют выпуклую форму, похожую на часть воздушного шара. Аналогично передних парусов, есть много видов спинакера, разного размера, материала и формы. Симметричные спинакера является наиболее движению на курсе фордевинд и dead runs (ветер дует прямо в корму судна). Асимметричные спинакер подходят для курса бакштаг (ветер дует в корму судна, но под значительным углом).

Наименование исторических парусов на парусниках с преимущественным прямым парусным вооружением:

  • 1 - бом-кливер
  • 2 - мидель-кливер
  • 3 - кливер
  • 4 - фор-стень-стаксель
  • 5 - фок
  • 6 - нижний фор-марсель
  • 7 - верхний фор-марсель
  • 8 - нижний фор-брамсель
  • 9 - верхний фор-брамсель
  • 10 - фор-бом-брамсель
  • 11 - грот-стень-стаксель 1-го грота
  • 12 - грот-брам-стаксель 1-го грота
  • 13 - первый грот
  • 14 - нижний марсель 1-го грота
  • 15 - верхний марсель 1-го грота
  • 16 - нижний брамсель 1-го грота
  • 17 - верхний брамсель 1-го грота
  • 18 - грот-бом-брамсель 1-го грота
  • 19 - грот-стень-стаксель 2-го грота
  • 20 - грот-брам-стаксель 2-го грота
  • 21 - второй грот
  • 22 - нижний марсель 2-го грота
  • 23 - верхний марсель 2-го грота
  • 24 - нижний брамсель 2-го грота
  • 25 - верхний брамсель 2-го грота
  • 26 - грот-бом-брамсель 2-го грота
  • 27 - апсель
  • 28 - Крюйс-стень-стаксель
  • 29 - нижняя бизань
  • 30 - верхняя бизань
  • 31 - бизань-Гаф-топсель




7. Управление парусами

Сила тяги паруса может быть уменьшена в случае сильного ветра применением cunningham и outhaul, также согнув мачты и увеличением усилия, прикладываемого к гика (boom vang).

8. Производство парусов

Современные паруса производятся из листовых материалов - комбинации наполнителя и нерастяжимых волокон. Первый обеспечивает непроницаемость паруса для воздуха и, таким образом, силу тяги, другие - постоянство формы паруса в условиях сильного ветра и динамических нагрузок. Шаблон: Смотри Пока парус лежит на земле, оно выглядит плоским, но становится трехмерной выпуклой поверхностью, когда его напрягают, то крылом. Чтобы скроить парус, нужно учесть массу элементов (панелей), которые вырезаются и сшиваются вместе, образуя изгиб крыла. В старые времена раскрой и пошив парусов считался искусством, искусным навыком, который определялся опытом. Теперь паруса шьются по технологическим математических расчетов, с помощью computer-aided design (CAD) программ, которые потом с применением специальных плоттеров вырезают части паруса из рулона ткани и склеивают их вместе, вместо того, чтобы резать материал вручную ножницами. Форма паруса, как и способность его удерживать эту форму, в применении с конкретным корпусом судна и рангоутом определяют, будет ли оно "быстрым" или "медленным". Эти две черты определяются прежде кроем паруса (формой вырезанных панелей), и видом материала были использованы. Традиционные параллельные панели (перекрестный покрой) уступили место более сложном (радиальном), где покрой панелей имеет различные формы для верхней, средней и нижней участки паруса в зависимости от давления воздуха причиненный обтеканием поверхности паруса воздухом. Здесь опять помогают CAD и специальное программное обеспечение для моделирования, что позволяет производителям использовать ткани разного веса, ставя тяжелые ткани на панели, где больше нагрузка, и легкую ткань, где оно меньше, чтобы была экономия в общем весе паруса.

Традиционные ткани (в частности, хлопчатобумажная и дешевые синтетические) имеют тенденцию растягиваться под давлением ветра, что приводит к искаженной и, следовательно, неэффективной формы паруса. Кроме того, ткань самая трудная, что тоже не добавляет эффективности. Вслед за синтетическими материалами, такими как нейлон и Dacron, начали использовать передовые парусные ткани из экзотических волокон, таких как арамидное волокно (например, Twaron, Technora или кевлар), углеродное волокно, HMPE (например, Spectra / Dyneema), Zylon (ПБУ) и Vectran). Эти материалы были прорывом в технологии паруса, поскольку они обеспечивают малую растяжимость, малый вес и длительный срок использования парусов. Производители смогли использовать волокна разного веса, чтобы ткать материалы с уникальными свойствами. После того как панели сшиваются (часто методом тройного стежка), производители завершают работу, ставя паруса такие элементы, как лекарства, защитные участки в районах, где парус будет тереться об рангоут и такелаж, стальные кольца и ремни на углах, утки, карманы под латы (если нужно), и номера паруса.


8.1. Ламинирование

Современные паруса изготавливаются из синтетических тканей - нейлон, кевлар, и тому подобное. Новые технологии изготовления спортивных парусов предусматривают уже не пошив из раскроенных полотен, а литье парусов в специальных матрицах в целом профилированном виде с учетом необходимых характеристик. Тканые ткани или ленты нерастяжимых материалов "зажимается" между двумя слоями полиэтиленовой пленки и помещают в специальные печи, где под давлением соединяют их в единое тело, этот процесс называется ламинированием. Вставками обеспечивается прочность, а ПЭТ-пленка - непрерывность поверхности и непроницаемость для ветра. Альтернативным методом является бутерброд - лист полиэтиленовой пленки между двух слоев ткани. Такой процесс популярен при использовании ткани с высокими характеристиками прочности и устойчивости к воздействию ультрафиолетовых лучей, но открытым способом плетения. В последнем случае ткань защищает пленку легче прорывается. Сложнее парус может объединять разные процессы. Смотрите также статью парусина.


8.2. Новейшие разработки в производстве парусов

В дополнение к прогрессу в получении экзотических материалов, производители парусов также развили производственные процессы по созданию "клееных", "залиты" и ламинированных парусов. Клееные паруса это обычные панели, склеенные очень прочным полимерным клеем, который затвердевает под действием ультразвука. При заливке парусов, создается правильно изогнута матрица с оптимальным трехмерной форме под парус, нужно произвести. Пленка из полиэтилена накладывается на матрицу, специальная рама перемещается над пленкой и накладывает волокна согласно инструкциям компьютера, в котором содержится числовая модель будущего паруса. После этого второй слой полиэтиленовой пленки покрывает волокна, и весь "бутерброд" помещается в вакуумную печь, где материалы спекаются (термообработка). Результатом гладкое парус с меньшим весом и большим диапазоном ветровых условий использования, чем при традиционных методах.


9. Вес

Паруса для спокойной погоды весят около 100 граммов / м ?. Штормовые паруса весят около 500 граммов / м ?, хотя современные ламинированные паруса могут весить существенно меньше, в зависимости от вида волокон, которые используются.

10. Новейшие разработки в производстве парусов

11. See also

  • Втрильництво
  • Парусина
  • Круиз
  • Points of sail
  • Силы, действующие на парус
  • Sail-plan
  • Парусное вооружение
  • Крыло
  • Rudder
  • Fin
  • Космический парус
  • Sail twist
  • Sail Class Markings
  • Marine canvas
  • Baggywrinkle
  • Kite
  • Hang glider

12. Заметки

  1. http://www.space.com/8584-japanese-spacecraft-deploys-solar-sail.html
  2. http://www.space.com/10666-nasa-solar-sail-satellite-success.html
  3. John Coleman Darnell (2006). "The Wadi of the Horus Qa-a: A Tableau of Royal Ritual Power in the Theban Western Desert". Yale . http://www.yale.edu/egyptology/ae_alamat_wadi_horus.htm . Проверено 2010-08-24 .
  4. The sea-craft of prehistory, p76, by Paul Johnstone, Routledge, 1980
  5. Lewis, David We, the navigators: the ancient art of landfinding in the Pacific 2nd ed .. - С. 7. - Honolulu: University of Hawaii Press, 1994. ISBN 0824815823.
  6. IC Campbell, "The Lateen Sail in World History", Journal of World History (University of Hawaii), 6.1 (Spring 1995), p. 1-23
  7. Marchaj, Czeslaw A. Sail Performance, Techniques to Maximize Sail Power, Revised Edition. London: Adlard Coles Nautical, 2003. Part 2 Aerodynamics of sails, Chapter 11 "The Sail Power of Various Rigs"
  8. Simon de Bruxelles (28 February 2007). "Pirates who got away with it by sailing closer to the wind". The Times . http://www.timesonline.co.uk/tol/news/world/africa/article1449736.ece . Проверено 2008-09-10 .
  9. "When the wind is from behind, it works on the sails simply by pushing them and the boat's hull follows along". Rousmaniere, John The Annapolis Book of Seamanship New Revised Edition Simon and Schuster 1989 ISBN 0-671 - 67447 page 20
  10. "When air flows over and under an aerofoil inclined at a small angle to its direction, the air is turned from its course. Now, when a body is moving at a uniform speed in a straight line, it requires a force to alter either its direction or speed. Therefore, the sails exert a force on the wind and, since action and reaction are equal and opposite, the wind exerts a force on the sails. "Sailing Aerodynamics New Revised Edition 1962 by John Morwood Adlard Coles Limited page 17
  11. Gilbert, Lester. "Momentum Theory of Lift" . http://www.onemetre.net/design/downwash/Momentum/Momentum.htm . Проверено 20 June 2011 . "Errata should read F = mw / unit time"
  12. "The physics of sailing" . http://www.phys.unsw.edu.au/ ~ jw / sailing.html . Проверено 21 June 2011 .
  13. Marchaj, Czeslaw A. Sail Performance, Techniques to Maximize Sail Power, Revised Edition. London: Adlard Coles Nautical, 2003. Part 2 Aerodynamics of sails, Chapter 2 "How and Why an Aerodynamic Force is Produced", page 49 "Pressure differences - the right way to explain sail forces"
  14. http://www.friend.ly.net/ ~ dadadata / junk / tutorial.html
  15. http://www.wingsails.com/cetiri.html
  16. http://www.tspeer.com/

13. Библиография

  • Rousmaniere, John. The Annapolis Book of Seamanship. Simon & Shuster, 1999.
  • Chapman Book of Piloting (various contributors), Hearst Corporation, 1999.
  • Herreshoff, Halsey (consulting editor). The Sailor's Handbook. Little Brown and Company, 1983.
  • Seidman, David. The Complete Sailor. International Marine, 1995.
  • Jobson, Gary. Sailing Fundamentals. Simon & Shuster, 1987.
  • Marchaj, Czeslaw A. Sail Performance, Techniques to Maximize Sail Power, Revised Edition. London: Adlard Coles Nautical, 2003.

14. Внешние ссылки

Братский проект Посмотрите парус в Викисловарь, свободном словаре.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам