В этой статье мы хотим рассмотреть второй пункт биомеханического анализа виндсерфинга, который отвечает на вопрос «почему?» И звучит как выяснение причин вызывающих и изменяющих движение доски. Вначале бы хотелось бы вкратце напомнить общие основы движения виндсерфинга, что еще называют аэро и гидромеханикой парусной доски (Евстратов В.) Сначала разобраться, как работает доска во время нашего катания. Движение на доске может осуществляться двумя основными способами:

водоизмещающий режим.

Доска поддерживается на плаву за счёт силы Архимеда, вследствие чего значительная часть корпуса погружена в воду. Скорость движения в таком режиме относительно невысокая за счёт большого сопротивления воды.
При этом доминирует сопротивление трения. Как известно, львиную долю в сопротивлении движению предмета на воде составляет волновое сопротивление. Нос доски, разрезая воду при движении, образует носовую волну. Струи воды, обтекающие по бортам, сталкиваясь за кормой, образуют кормовую волну. Наконец поток, обтекающий днище, образует поперечную волну, обуславливающую подъем воды за кормой. Размеры струй воды (волны) зависят от формы корпуса и скорости доски. Разные производители в разные годы практиковали разные обводы — от узкой, вытянутой, заостренной байдарочной до широкой транцевой кормы. Это определялось условиями катания, проектируемой скоростью и задачами. Сейчас, как правило, такие доски изготавливают для начинающих. Это широкие доски с большим объемом (180л +), они очень устойчивы и идеальны для начинающих именно за счет своего водоизмещающего режима. В теории гидромеханики такой способ поддержания на воде называют плаванием. Плавучие средства , которые при движении по воде поддерживаются силами плавучести, называются водоизмещающими, а средства, которые могут держаться на воде за счет гидродинамической силы, – глиссирующими. Водоизмещающий режим плавания начинается при R = 1 и достигает R — 8, (где R коэффициент скорости), так как появление динамической выталкивающей силы заставляет доску начать глиссировать. Число 8 — среднее значение, выше которого доска может начать частично глиссировать.

режим глиссирования.

Доска удерживается на поверхности воды за счёт подъёмной силы набегающего потока. Выход на глиссирование возможен при достижении определённой скорости, что требует высокой скорости ветра (около 6-7 м/с) и опыта управления доской и парусом. Наиболее широкие гоночные доски («Формула виндсёрфинга») с большим парусом могут глиссировать при ветре 3-4 м/с.
Глиссирование, как известно из гидромеханики это движение по воде, при котором предмет удерживается на поверхности только за счет скоростного напора воды, то есть он скользит по водной глади. При выходе наглиссирование происходит резкое уменьшение сопротивления движению. Усилие, необходимое для выхода на глиссирование намного превышает усилие, необходимое для поддержания этого режима. Глиссирование является одним из примеров движения в точке сверхнеустойчивого равновесия.
При глиссировании сила поддержания обусловлена главным образом динамической реакцией воды, действующей на поверхность объекта, соприкасающуюся с ней, а роль гидростатических сил незначительна. Соотношение между гидростатическими и гидродинамическими силами поддержания зависит от скорости доски.Доска полностью выходит из воды, перестает раздвигать ее корпусом и начинает скользить, стремительно ускоряясь.
В движении доски можно выделить в этот период три этапа. Плавание, переходный режим и собственно глиссирование. В режиме плавания динамические силы незначительны, в переходном режиме соизмеримы с гидростатическими силами, при Г. играют основную роль. С ростом скорости увеличение гидродинамических давлений на днище приводит к интенсивному растеканию воды.
При достаточно большой скорости и соответствующей форме днища доски начинают действовать значительные гидродинамические силы, уравновешивающие часть массы доски с человеком или всю ее. Доска всплывает и скользит по поверхности воды. Схема основных гидродинамических сил, действующих на корпус глиссирующей доски , показана на рис. 1. Доска на рисунке доска представлена в виде плоской пластины.

Схема действия гидродинамического давления на глиссирующую пластину.

1 — поверхность воды; 
2 — пластина; 
3 — брызговая струя, отбрасываемая по ходу; 
4 — эпюра гидродинамического давления; 
5 — точка С, в которой скорость потока равна 0, а давление имеет максимальную величину;
6 - волновая впадина за пластиной;
7 — волновые стенки-валики впадины.


Вода, ударяясь о днище , разделяется на два потока. Один — основной поток перемещается к кормовому срезу днища; другой — в виде тонкой пелены брызг выбрасывается вперед. В точке С, где струи воды встречаются с поверхностью пластины под прямым углом, вся энергия набегающего потока превращается в гидродинамическое давление, пропорциональное квадрату скорости доски и массовой плотности воды .
Часть воды, проходящая под пластиной назад, приобретает все большую скорость, а гидродинамическое давление на поверхности пластины соответственно падает. На кормовом срезе давление равно атмосферному. Распределение давления по длине смоченной водой поверхности днища зависит от угла атаки а: при его увеличении точка приложения равнодействующей сил давления смещается к транцу, и наоборот. В поперечном направлении давление убывает незначительно, а на боковых кромках резко падает до атмосферного.

Работу паруса рассмотрим в следующий раз. 

Виктор Раздуев

You have no rights to post comments