Efort pe o pânză

Tragerea indusă este direct legată de lungimea capetelor. Cu cât claxonul este mai lung, cu atât forța indusă este mai puternică. Dimpotrivă, o pânză poate lua recife, adică suprafața pânzei este redusă fără ca lungimea cornului să se schimbe. Aceasta înseamnă că valoarea glisării induse va fi aproximativ aceeași. Pentru aceeași lungime a claxonului, cu cât aripa este mai mare, cu atât este mai mic raportul dintre tracțiunea indusă și coeficientul aerodinamic. Adică, cu cât aripa este mai extinsă, cu atât tracțiunea indusă modifică ușor valoarea coeficientului aerodinamic.

Tragerea indusă depinde doar de alungire. Alungirea este definită:

λ=b2S{\ displaystyle \ lambda = {b ^ {2} \ over S}}

cu

Tragerea indusă este:

VSeu=VSz2π×λ×e{\ displaystyle Ci = {{Cz ^ {2}} \ over {\ pi \ times \ lambda \ times e}}}

π{\ displaystyle \ pi}

λ×e{\ displaystyle \ lambda \ times e}

Distribuția optimă a ridicării reducând rezistența la inducție cât mai mult posibil este de formă eliptică. Drept urmare, balama va avea o formă eliptică, așa că catargul nu va mai fi drept ca pe platformele vechi, ci catargul este curbat cu o formă cât mai aproape de o elipsă. Această configurație a catargului eliptic este posibilă de materialele moderne. Este foarte pronunțat pe plăcile de windsurfing. Pe barcile cu pânze moderne, catargul este îndoit datorită presupunerii . La fel, căderea va fi eliptică. Acest profil nu este natural pentru o pânză flexibilă, acesta este motivul pentru care picătura pânzelor este rigidizată cu lamele pentru a obține această curbură.

Distribuția ideală a ridicării este eliptică, dar forma velelor actuale este mai mult o semi-elipsă, ca și când jumătate din elipsa completă ar fi fost aruncată în mare. Acest lucru este normal, deoarece viteza vântului este zero la contactul cu marea, marea este apoi din punct de vedere aerodinamic o „oglindă” , este suficientă doar o jumătate de elipsă.

Atenție, forma eliptică se obține într-un flux uniform de aer. Cu toate acestea, viteza și direcția vântului în funcție de altitudine sunt departe de a fi la fel de simple (cf. răsucirea pânzei).

Relațiile anterioare sunt:

Fz=12×ρ×S×VSz×V2{\ displaystyle F_ {z} = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho \ times S \ times Cz \ times V ^ {2}}

Feu=12×ρ×S×VSeu×V2{\ displaystyle F_ {i} = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho \ times S \ times Ci \ times V ^ {2}}

VSeu=VSz2π×λ×e{\ displaystyle Ci = {{Cz ^ {2}} \ over {\ pi \ times \ lambda \ times e}}}

λ=b2S{\ displaystyle \ lambda = {b ^ {2} \ over S}}

Se deduce:

Feu=Fz20,5×ρ×V2×e×b2{\ displaystyle F_ {i} = {\ frac {F_ {z} ^ {2}} {0 {,} 5 \ times \ rho \ times V ^ {2} \ times e \ times b ^ {2}}} }

Rezultatul important din punctul de vedere al eforturilor este că tragerea indusă nu este legată de mais . Momentul de redresare este o limită legată de capacitatea navei de a nu se răsturna, prin urmare legată de carenă, nu de pânze. Același moment este opus momentului generat de pânze. Dacă aproximăm tragerea totală la singura tragere indusă, momentul generat de pânze este legat de: (cf. paragraful fineții și puterii acestui articol). Prin urmare, se deduce, cu aceeași forță de ridicare, că abilitatea navei de a transporta pânză este legată de înălțimea șireturilor și nu de alungirea acesteia. Acest concept este, de asemenea, utilizat pe scară largă în proiectarea aeronavelor. λ{\ displaystyle \ lambda}b{\ displaystyle b}Feu/Fz{\ displaystyle F_ {i} / F_ ​​{z}}

Influența înălțimii marginii în raport cu nivelul mării

În paragraful anterior, marea este din punct de vedere aerodinamic o „oglindă”, doar o jumătate de elipsă este suficientă pentru a obține cele mai bune performanțe (rezistență redusă). Cu toate acestea, în realitate, marginea velelor nu este în contact cu suprafața mării. Marginea se află la o înălțime semnificativă față de suprafața mării. Prin urmare, există o gaură între marginea velei și mare. Cu cât găura este mai mare, cu atât forma aerodinamică se potrivește mai bine cu forma pânzei fără reflexia acesteia; cu cât gaura este mai mică, cu atât forma aerodinamică seamănă mai mult cu forma velei, cu atât reflectarea acesteia pe suprafața mării este mai mare. În cazul unei forme a semi-elipsei velei, cu atât este mai mare gaura, cu atât forma este mai redusă aerodinamica totală ( sail + reflexie în mare) arată ca o elipsă completă, dar tot mai mult ca o jumătate de elipsă singură.

Această gaură are o influență semnificativă asupra performanței. De fapt, se creează un vârtej suplimentar în punctul de clew. Vortexul ar fi inexistent dacă marginea ar fi în contact cu marea, dar gaura este într-adevăr prezentă în realitate. Acest vârtej suplimentar consumă energie și, prin urmare, modifică coeficienții de ridicare și tracțiune. Gaura nu este complet goală, în funcție de pânze, este parțial umplută de bordul liber și de orice suprastructură a velierului.

Modificările de performanță în ridicare și tracțiune sunt destul de semnificative. Doar testele sau o simulare numerică avansată fac posibilă cuantificarea acestui fenomen. Pentru a fixa ordinele de mărime și pentru o înălțime între marginea pânzei și puntea velierului de 6% din lungimea catargului, variațiile sunt:

• o creștere cu 20% a coeficientului de tragere
• o pierdere de 10% din coeficientul de ridicare.

În această abordare de reducere a performanței inteligente a velei, merită remarcat comportamentul special și eficient al velei austroneziene . Această pânză pare să folosească suprafața mării pentru a reduce foarte mult cele două vârtejuri ale capătului pânzei (piciorul catargului și cornul pânzei); acest lucru reduce rezistența și, prin urmare, permite o performanță mai bună. Acest comportament trebuie comparat cu efectul solului , este încă slab înțeles.

Rolul vârtejurilor marginale de la marginea unei pânze bermudiene este cunoscut încă din anii 1930: în acel moment, tehnicile de cercetare aeronautică ( tuneluri de vânt ) au început să fie aplicate navigației competitive. Marinarul germano-american Manfred Curry testează modele de navigație în tunelul vântului profesorului (și producătorului de aeronave) Hugo Junkers din Dessau. Producătorul britanic de avioane Thomas Sopwith îi provoacă pe americani în America's Cup . Cercetarea lor conduce la soluții cu o anumită eficiență, cum ar fi brațul special folosit de Curry, cu o placă largă care depășește spargul și joacă rolul unui Winglet înainte de scrisoare sau brațul larg, rigid și plat în partea de sus., (denumit în mod plăcut „ bulevardul Parcului ” de jurnaliștii nautici americani) echipate cu șine transversale glisante și purtând curbele de profil ideale pictate pe ele, folosite de cele mai noi iahturi din clasa J în timpul provocărilor Cupei Americii din perioada imediată de după război.

Mai recent, windsurfierii au inventat o tehnică care face posibilă limitarea vârtejurilor marginale la margine, pentru disciplinele de viteză și slalom, rulează în mări ușoare: Strângând tacheta pe catarg și înclinând pânza înapoi în timpul unei „alergări” (margine rapidă) ), marginea este lipită de puntea plutitoare, ceea ce limitează astfel vârtejurile marginale. Pe de altă parte, această tehnică și tăieturile de vele asociate nu sunt utilizate pe vele destinate evoluțiilor în valuri mari.

Influența marginilor pânzei: lipitoare, fleac și margine

O velă arborată are o formă tridimensională. Această formă este forma aleasă de maestrul velier. Cu toate acestea, forma 3D ridicată este diferită de forma goală (văzută în atelierul unui fabricant de vele, de exemplu). Acest aspect trebuie luat în considerare la tăierea pânzei.

Forma generală a unei pânze este un poligon deformat. Poligonul este ușor deformat în cazul unei vele Bermudan până la puternic deformat în cazul unui spinnaker. Forma marginilor goale este diferită de forma marginilor odată cu ridicarea pânzei. O margine goală convexă poate trece la o margine dreaptă a pânzei.

Marginea poate fi:

• convex numit și rotund
• concav
• lege

Atunci când forma convexă nu este naturală (cu excepția unei margini libere, un spinnaker), pânza este prevăzută cu șipci pentru a menține această formă atunci când forma convexă este pronunțată.

Cu excepția spinnakerului care are o formă de balon, variațiile marginii în comparație cu linia dreaptă rămân mici, de câțiva centimetri.

Atunci când arborat, o velă în formă de eliptică ar fi ideală. Dar, deoarece vela nu este rigidă:

• aveți nevoie de un catarg care, din motive de posibilitate tehnică, este destul de drept.
• flexibilitatea pânzei poate aduce alte probleme, pe care este mai bine să le corectăm în detrimentul formei eliptice ideale (convexe).

Forma eliptică este ideală (convexă), dar, o lipitoare concavă goală îmbunătățește răsucirea în partea superioară a pânzei și împiedică lipirea să se "bombeze" în rafale, îmbunătățind astfel stabilitatea acesteia. Picătura concavă face pânza mai iertătoare și mai neutră. O formă convexă este, de asemenea, o modalitate simplă de a crește suprafața velei.

Când este ridicată, marginea trebuie să fie paralelă cu șoseaua sau catargul. La fel când pânza este claxon. Catargele și spatele sunt foarte des (cu excepția windsurfing-ului) drepte, astfel încât forma dreaptă a pufului este a priori forma de utilizat.

Dar golul pânzei este în mod normal mai aproape de puf decât de lipitor. Deci, pentru a facilita instalarea golului velei odată ridicat, gol, forma ghidajului este convexă. Convexitatea lufului se numește inel luf. Pe de altă parte, când ghicitul este complex, forma catargului nu mai este dreaptă. În acest caz, trebuie luat în considerare, iar forma pufului de vid poate fi apoi convexă în partea de jos și concavă în partea de sus.

În afară de comportamentul deosebit și foarte eficient al pânzei austroneziene , pânzele nu implementează în prezent sisteme precum Winglets . Prin urmare, forma este de mică importanță, mai ales pe pânzele cu margini libere. Forma sa este mai motivată de motive estetice. Adesea convex când este gol pentru a fi drept atunci când este ridicat. Atunci când marginea este atașată la un braț sau un spar, este preferată o formă convexă pentru a facilita formarea golului pânzei. Reciproc, dar mai puțin eficient, aveți nevoie de o margine cu un cerc pronunțat pentru a compensa un spart prea drept pentru a permite o tranziție dreaptă la o înălțime mică pentru a se conforma profilului dorit. Pe de altă parte, pe brațele furlerelor, forma marginii bordurii este aleasă mai mult în funcție de constrângerile tehnice legate de furler decât de considerațiile aerodinamice.

Influența incidenței asupra coeficientului aerodinamic: polar al unei aripi

Coeficientul aerodinamic al aripii variază în funcție de unghiul de incidență. Coeficientul este adesea împărțit în două componente:

• componenta perpendiculară pe vântul aparent se numește lift;
• componenta paralelă cu vântul aparent se numește drag.

Fiecare unghi de incidență va corespunde unui cuplu unic de ridicare-tragere. Pânzele reprezintă evoluția drag and lift într-un grafic numit polarul unei pânze.

Comportamentul velei în funcție de unghiul de atac (unghi: vânt aparent / vela) se descompune după cum urmează:

• pânza este liberă, la fel de mult ca să spunem că nu există voal; acesta este cazul ridicării și tragerii zero;
• pânza este perpendiculară pe vânt, mișcarea este turbulentă. Acesta este cazul cu ridicarea zero și rezistența maximă;
• rămân cazurile intermediare:
  • De la vela liberă până la ridicarea maximă: fluxul este atașat, adică vântul se lipeste de profil. Nu sunt vortexuri (zona moartă) create pe pânză. Trebuie remarcat, în cazul unei vele bune, bine reglate, că ridicarea maximă este mai mare decât rezistența maximă;
  • De la ridicarea maximă până la zona moartă maximă: vântul nu se mai lipeste corespunzător de profilul pânzei. Debitul este mai puțin stabil. Devine treptat decuplat sau decuplat. Se creează o zonă de scufundare, o zonă moartă care reduce eficiența velei. Într-un anumit unghi, zona moartă a invadat întreaga față de scut (spre 50 °, mai mult sau mai puțin limpede în funcție de forma velei).
  • De la zona moartă maximă până la tragerea maximă: zona moartă a invadat întreaga față de sub vânt, intervine doar fața în sus. Aerul, la aceste incidențe puternice, este puțin deviat de la traiectoria sa, particulele de aer se prăbușesc doar pe întreaga suprafață a vântului în sus. Prin urmare, forța este aproape constantă, stâlpul velei descrie un arc al unui cerc.

Deoarece ridicarea este mai eficientă decât rezistența la contribuția la avansarea navei, pânzele încearcă să mărească zona maximă de ridicare, adică să mărească forța de ridicare și unghiul de incidență.

Toate cunoștințele unui navigator constau în reducerea zonei moarte cu incidențe majore, adică în controlul stratului limită.

Un alt punct esențial, tracțiunea și ridicarea nu depind doar de unghiul de incidență. Prin natură, o pânză este flexibilă, prin urmare poate lua o multitudine de forme și, prin urmare, profile. Fiecare profil corespunde unui lână de vele. Un profil depinde de tensiunea atașamentelor sale și de poziția atașamentelor sale în spațiu (tachelă, dromă, foaie pentru pânze atașate în trei puncte). Există o multitudine de lână pentru aceeași navă. Arta de reglare este de a selecta profilul potrivit, deci selectați un polar polar special, apoi pe acest polar ales, alegeți unghiul corect de incidență.

În general, profilurile de performanță ale unei pânze sunt aproape de suprafața superioară a seriei NACA 00XX (NACA 0009 0012 0015 0018). Deci, într-o primă fază, reglarea constă în a da o formă corectă NACA velei prin îndepărtarea cutelor și a altor defecte. Apoi, trebuie să reglați fin (alegeți profilul NACA potrivit), să goliți, să goliți și să răsuciți din această primă formă de velă goală, apoi să alegeți incidența.

Datorită polarului velei, dar și celui al corpului velierului, se definește la nivelul velierului complet un polar al vitezei velierului.

Influența altitudinii: răsucirea pânzei

Aerul se mișcă în principal în felii paralele cu solul. Pământul este în cazul nostru marea. Dacă densitatea aerului poate fi considerată constantă pentru calculele noastre de forță, nu este cazul distribuției vitezei vântului, va fi diferit în funcție de altitudine. La fel ca în cazul navigației, pachetele aeriene din apropierea mării se agață de mare. La nivelul suprafeței mării, deoarece diferența dintre viteza vântului și cea a pachetelor de apă este zero, viteza mării este zero. Vântul variază puternic în primii zece metri de altitudine. Prin urmare, această progresie rapidă a vitezei vântului cu altitudinea va varia și vântul aparent. Ca urmare, intensitatea și forța vântului aparent variază foarte mult pentru o altitudine cuprinsă între 0 și 20 de metri. Dacă pânzele sunt folosite cu ridicarea, acestea trebuie răsucite pentru a avea o incidență bună în raport cu vântul aparent de-a lungul marginii anterioare (puf).

KW Ruggles oferă o formulă general acceptată pentru evoluția vitezei vântului în funcție de altitudine:

U=μ′kln⁡(z+z0z0){\ displaystyle U = {\ frac {\ mu '} {k}} \ ln \ left ({\ frac {z + z0} {z0}} \ right)}

Cu datele colectate de Rod Carr parametrii sunt:

μ′{\ displaystyle \ mu '}

În practică, răsucirea trebuie ajustată pentru a optimiza performanța velei. Principalul mijloc de reglare este brațul pentru o velă bermudiană. Cu cât brațul este tras mai mult, cu atât răsucirea va fi mai mică.

O altă consecință majoră, începutul articolului indica faptul că forma ideală a velei este o elipsă atunci când fluxul de aer este uniform, cu alte cuvinte când viteza vântului este constantă în funcție de altitudine. În practică, forma ideală este deci mult mai complexă decât o simplă elipsă. Într-adevăr, este ușor de înțeles că mărirea suprafeței navei în înălțimi permite accesul la viteze mai mari ale vântului și, prin urmare, câștigă eficiență. Acest lucru explică renașterea vele de corn pe bărcile de curse.

Influența rugozității velei

La fel ca o carenă, rugozitatea joacă un rol în performanța pânzei. Golurile mici și umflăturile microscopice au un efect stabilizator sau facilitează tarabele velei (trecerea de la modul laminar la turbulent). Ei au, de asemenea, o influență asupra pierderilor prin frecare.

Această zonă face obiectul cercetării în condiții reale (tunel de vânt). Nu a fost încă stăpânit și, prin urmare, puțin simulat numeric. Se pare, cu un număr mare Reynolds, că, bine ales, rugozitatea face posibilă prelungirea modului laminar cu încă câteva grade de incidență. Comportamentul este bizar și pentru mai multe informații consultați următoarea referință.

Influența numărului Reynolds

Formula este o formulă convenabilă, ușor de manevrat. Coeficientul de ridicare nu este independent de viteza vântului și de variabilele caracteristice ale suprafeței. Coeficientul de ridicare depinde de numărul Reynolds, așa cum este indicat de tabele și polari. Numărul reynolds este definit de . Prin urmare, numărul Reynolds depinde de viteza vântului U și de lungimea L a frontierei, dar influența numărului Reynolds este de ordinul doi în raport cu ceilalți factori; adică performanța velei variază foarte puțin pentru o mare variație a numărului Reynolds. Influența foarte mică a numărului Reynolds este inclusă direct în tabele (sau abacus), prin reprezentarea coeficientului de ridicare (sau glisare) pentru mai multe valori ale numărului Reynolds (de obicei pentru trei valori). F=12⋅ρ⋅S⋅VS⋅V2{\ displaystyle F = {\ frac {1} {2}} \ cdot \ rho \ cdot S \ cdot C \ cdot V ^ {2}}Re=U⋅Lν{\ displaystyle Re = {\ frac {U \ cdot L} {\ nu}}}

Cu cât vântul este mai mare, cu atât particulele de aer tind să continue să se miște în linie dreaptă; prin urmare, cu cât se lipeste mai puțin de pânză; prin urmare, trecerea la modul turbulent este aproape. Numărul Reynolds este raportul dintre efectul vâscozității și impulsul vântului. Prin urmare, caracterizează trecerea de la modul laminar la modul turbulent. Cu cât numărul Reynolds este mai mare, cu atât performanța navei este mai bună.

Creșterea unghiului maxim de atac sau chiar a coeficientului de ridicare datorită alegerii corecte a numărului Reynolds este o optimizare interesantă, dar rămâne foarte secundară. Numărul Reynolds depinde doar de trei parametri: viteza, vâscozitatea și lungimea.

Viscozitatea este o constantă fizică, este o intrare de date și nu o variabilă de optimizare.

Viteza vântului este o variabilă de optimizare. Evident, scopul este de a avea cel mai mare vânt posibil pe vela pentru o forță maximă a vântului mult mai mare decât din motivele numărului Reynolds. Prin urmare, acest parametru a fost deja optimizat.

Lungimea caracteristică rămâne. Vela este prin natura sa inelastică, prin urmare, de dimensiune fixă. Deci lungimea caracteristică este fixată pentru o velă dată. Optimizarea acestuia este responsabilitatea arhitectului naval, cu excepția marinarului pentru a schimba vela. Optimizarea performanței velelor prin ajustarea lungimii caracteristice a numărului Reynolds este mascată de optimizarea altor parametri, de exemplu căutarea unei performanțe mai bune a velelor prin ajustarea greutății velelor; greutatea pânzelor este un punct important pentru echilibrul navei. Este nevoie doar de puțină greutate pentru a crea un moment important care afectează echilibrul navei.

Cu toate acestea, cu cât vântul este mai puternic, cu atât trebuie să fie mai rezistent țesătura velei, deci grea, marinarul caută un set de vele adaptate fiecărei raze de viteză a vântului din motive de greutate mult mai mult decât din motive de număr Reynolds: brâu, furtună vela, vela mare, vela pelerină, genoa ușoară, genoa grea ... Fiecare viteză a vântului are deci vela sa, prin urmare, forma se poate schimba între fiecare pânză. Cu toate acestea, cu cât vântul este mai puternic, cu atât este mai mică pânza și, prin urmare, lungimi caracteristice diferite. Alegerea formei pereților (deci a lungimii caracteristice) este, prin urmare, ghidată de alte criterii mai importante decât numărul Reynolds.

Prețul unei vele este foarte mare și, prin urmare, pentru a oferi tuturor o șansă, concurența limitează numărul de vele.

Coeficienții de ridicare și tracțiune, prin urmare influența numărului Reynolds, sunt calculați prin rezolvarea ecuațiilor fizice care guvernează fluxul de aer pe o navă prin metoda de simulare numerică. Rezultatele găsite sunt bine corelate cu realitatea, cu mai puțin de 3% eroare.

Finesse și putere

Curbele voalului polar arată inițial ca linii drepte, acest lucru este foarte bine explicat datorită teoriei profilelor subțiri . Raportul de tragere și ridicare este asimilat unei constante, deci finețe constante. Apoi, panta polarului devine din ce în ce mai orizontală, pentru a trece printr-un maxim de ridicare. Apoi, la o incidență mai mare, apare o zonă moartă, reducând eficiența velei. Scopul marinarului este de a regla vela în zona în care împingerea este maximă.

Pentru a ilustra acest capitol, metodele de ajustare propuse se bazează pe o barcă cu pânze cu rigaj bermudian cu braț. Este rar să reglezi o barcă cu pânze în putere sau finețe, adică cu aceste optime teoretice; de fapt, vântul aparent nu este constant, din două motive:

• vântul în sine nu este constant și nici măcar nu variază pur și simplu. Sunt oscilațiile vântului, sunt rafale de vânt, rafale ...
• chiar și presupunând vântul constant, barca poate fi ridicată într-un mod consecvent în funcție de umflătură, în vârful unei valuri, vârful velei va găsi vânturi mai rapide, în jgheabul valului este inversul în care există vânt mai puțin (velierul se ridică). Dar, de asemenea, urcând sau coborând o undă, barcă cu pânza se ridică, adică vârful velei este propulsat înainte și înapoi, modificând în mod constant valoarea vitezei aparente a vântului, în raport cu vela.

Vântul aparent variază tot timpul și foarte rapid, adesea este imposibil pentru marinar să adapteze setările velelor atât de repede la aceste condiții de vânt. Deci, este imposibil să fii la cel mai bun nivel. Cu toate acestea, o reglare optimă se schimbă rapid în reglare dezastruoasă, pentru o mică variație a vântului. Prin urmare, este mai bine să găsiți un cadru care este cu siguranță mai puțin optim, dar mai tolerant la condițiile în schimbare ale vântului aparent.

Parametrul important care influențează tipul de reglaj al velei este forma corpului navei. Coca este alungită pentru a oferi o rezistență minimă la mișcarea înainte. Ca urmare, este necesar un cuplu mult mai mare pentru a înclina carena înainte (tăierea) decât înclinarea navei spre lateral (listă). În direcția vântului, forța vântului este orientată în direcția de deplasare și, prin urmare, va genera o atitudine de pas redus. Suprafața cu pânza ridicată poate fi mare, fără ca garnitura să fie importantă. În direcția vântului, situația se schimbă, o parte a forței este perpendiculară pe axa principală a navei. Pentru aceeași împingere velică în vânt, forța perpendiculară pe navă generează o listă considerabilă.

O velă este plasată pe o navă și, prin urmare, buna funcționare a navei nu depinde numai de performanța maximă a navei. Într-adevăr, sub o listă puternică (sau tăiere), partea superioară a velei se descompune și nu beneficiază de vânturi mai puternice la altitudine, adică zona în care vântul poate da energie maximă velei. barca).

Cu toate acestea, fenomenul de înclinare este mult mai sensibil la tracțiune decât decuparea. În consecință, pentru a minimiza călcâiul, tipul de ajustare a baldachinului va fi diferit în direcția vântului sau a vântului:

• la viteze de vânt, reglarea este o reglare fină,
• la aspectul vântului, reglarea este o reglare a puterii.

Limitele de performanță ale unei aripi

O pânză nu poate recupera toată energia vântului. Odată ce particulele și-au transmis energia către pânză, ele trebuie să cedeze locul noilor particule care, la rândul lor, vor da energie pânzei. Pe măsură ce vechile particule care și-au transmis energia către pânză se evacuează, acest lucru înseamnă că aceste particule au reținut o cantitate de energie pentru a putea fi evacuate. Această energie rămasă în particulă nu este neglijabilă. Dacă particulele vechi se evacuează prea repede pentru a face loc noilor particule, aceste particule vechi iau cu ele o cantitate mare de energie. Prin urmare, ei au transmis puțină energie pânzei. Prin urmare, există puțină energie, pe unitate de timp, transmisă pânzei (sau puterii ). Dimpotrivă, dacă particulele vechi se evacuează prea încet, cu siguranță au transmis multă energie către velă, dar le împiedică pe cele noi să transmită energie. Prin urmare, există puțină energie pe unitate de timp transmisă pânzei (sau puterii ). Există un echilibru între viteza de intrare a particulelor și viteza de ieșire a particulelor, dând putere maximă velei. Această limită se numește limită Betz  :

PeXtrlaeutemlaX=1627.Plarreuvlanut_stur_lla_voeule{\ displaystyle P_ {extras} ^ {max} = {\ frac {16} {27}}. P_ {sosind \ _on \ _the \ _voile}}

Plarreuvlanut_stur_lla_voeule=Pvs.eunueteuqtue=12.ρ.S.vlamonut3{\ displaystyle P_ {coming \ _sur \ _la \ _voile} = P_ {kinetic} = {\ frac {1} {2}}. \ rho .S.v_ {upstream} ^ {3} \,}

ρ{\ displaystyle \ rho}

vlamonut{\ displaystyle v_ {upstream}}

Prin urmare, pânza poate recupera doar maximum 60% din energia conținută de vânt. Restul este folosit de parcele pentru a scurge suprafața pânzei.

Formula efortului pe navă este F=12×ρ×S×VS×Vvenutlapplarenut2{\ displaystyle F = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho \ times S \ times C \ times {V_ {ventapparent}} ^ {2}}

sau

 S{\ displaystyle \ S} este o suprafață caracteristică în cazul velei suprafața frânghiei.

 VS{\ displaystyle \ C} este coeficientul aerodinamic.

 VS×S{\ displaystyle \ C \ times S}reprezintă procentul de energie recuperată de pe suprafața superioară înmulțită cu suprafața suprafeței superioare plus procentul de energie recuperată de pe suprafața inferioară înmulțit cu suprafața suprafeței inferioare. Prin definiție, pentru o pânză, țesătura este doar subțire, astfel încât suprafața suprafeței superioare este identică cu cea a suprafeței inferioare. Considerând pânza ca fiind nu foarte elastică, profilul pânzei rămâne relativ subțire. Înălțimea velei nu poate fi în modul de ridicare foarte ridicat, altfel fluxurile de aer se vor detașa de profil și, prin urmare, vor reduce performanța velei. Chiar și pentru o pânză care este puternic deformată ca un spinnaker, trebuie să o tensionați pentru a intercepta cât mai mult vânt posibil. Prin urmare, suprafața suprafeței superioare și suprafața coardei rămân apropiate. Suprafața inferioară și superioară a pânzei, suprafața pânzei și suprafața coardei sunt apropiate. Suprafața velei este asimilată suprafeței frânghiei , astfel încât coeficientul aerodinamic are o limită superioară de 2.  S{\ displaystyle \ S} VS{\ displaystyle \ C}

Pe de altă parte, vântul aparent este legat de vântul real prin formula:

Vvenutreel2=Vvenutlapplarenut2+Vveutesseblatelatu2-2×Vvenutlapplarenut×Vveutesseblatelatu×cos⁡(β-π){\ displaystyle {V_ {belly}} ^ {2} = {V_ {ventapparent}} ^ {2} + {V_ {speedboat}} ^ {2} -2 \ times V_ {ventapparent} \ times V_ {speedboat} \ ori \ cos (\ beta - \ pi)}

cu unghi între vântul real și direcția de mișcare a velierului. β{\ displaystyle \ beta}

Vântul efectiv depinde de vântul aparent și de viteza bărcii. Adică vântul real este independent de viteza bărcii. Barca poate lua orice viteză, vântul aparent se va adapta. Deci, dacă marinarul reușește să crească vântul aparent, atunci, din moment ce vântul adevărat este aproape fix, viteza bărcii crește. Și asta fără limită.

Concret, cercetările efectuate vizează îmbunătățirea vitezei barcilor cu pânze. Dar îmbunătățirile sunt limitate de legile fizicii. Cu toate progresele tehnologice posibile, coeficientul aerodinamic are o limită teoretică, care limitează efortul recuperabil la viteză constantă. În orice caz, energia recuperată din vântul interceptat de pânză este limitată la 60%. Singura modalitate prin care marinarul poate merge mai repede este de a crește energia recuperată pe unitate de timp (sau putere ) prin creșterea zonei de vânt interceptată de pânză. Fără a intra în calcule, cu cât velierul este mai rapid, cu atât suprafața interceptată crește, cu atât mai multă energie primește velierul pe unitate de timp, merge și mai repede. Dacă velierul este mai rapid, suprafața interceptată este și mai mare, primește și mai multă energie, merge chiar mai repede decât înainte ... Velierul intră apoi într-un cerc virtuos. Vântul aparent crește la nesfârșit; fără nicio problemă de rezistență la călcâi și corp, barca cu pânze ar accelera la nesfârșit. Cealaltă posibilitate este de a crește suprafața velelor. Marinarul nu poate crește la nesfârșit suprafața pânzelor, el este limitat de posibilitățile șireturilor. Creșterea suprafeței pânzelor este responsabilitatea arhitectului naval care este limitat la el de rezistența materialelor. Dar, de asemenea, preocuparea arhitecților navali, în special în competiție, este, prin urmare, de a crește pe cât posibil acest faimos vânt aparent.  VS{\ displaystyle \ C}

Fineţe

Vântul aparent formează un unghi cu axa navei, iar cablul velei nu corespunde axei navei. Concret, în direcția vântului, aceasta înseamnă că:

• o parte (mică) a tracțiunii pânzei încetinește nava,
• cealaltă parte a tracțiunii navei participă la lista navei,
• o mare parte din ridicarea pânzei contribuie la avansarea navei,
• cealaltă parte a ascensorului cu vele contribuie la lista navei.

La mersul în direcția vântului, cea mai mică forță velică generează o forță perpendiculară și, prin urmare, călcâiul. Lista optimă care oferă forța maximă de navigare este stabilită de arhitectul naval. Depinde de mijloacele tehnice puse în aplicare pentru a contracara lista, numită și contra-listă (balast, folii și bineînțeles contragreutatea, cf. chila cu balast). Este posibil să contracarați lista aproape complet datorită tehnologiilor de cat / basculantă, folii de tip hidrofil etc. Aceste tehnologii sunt costisitoare în bani, greutate, complexitate și viteză de schimbare a setărilor, deci sunt rezervate unei elite: competiția. În cazuri obișnuite, adăpostul există. Cu toate acestea, cea mai mică listă începe să reducă forța de navigație, arhitectul trebuie să găsească un compromis între cantitatea de mijloace implementate pentru a reduce lista și lista rămasă rezonabilă. Prin urmare, nava este optimizată pentru această listă rezonabilă rămasă, deci lista rezonabilă rămasă este lista optimă. Arhitectul naval stabilește adesea călcâiul optim între 10 ° și 20 ° pentru monococi. Drept urmare, marinarul ar trebui să fie pe cât posibil la călcâiul optim ales de arhitect. Mai puțină listă înseamnă că barca cu pânze nu are performanțe maxime față de pânzele sale, iar profilul pânzei are performanțe slabe. Mai multă listă înseamnă că partea de sus a pânzei se învârte în jos și, prin urmare, este mai puțin împinsă; în acest caz, profilul velei este cu siguranță eficient, dar nu este printre profilurile performante, cel bun.

Din punctul de vedere al marinarului, acesta trebuie așezat la călcâiul optim. Această înclinare optimă corespunde unei forțe perpendiculare care este proiecția forței velice de-a lungul acestei axe. Restul forței împinge vasul înainte. Prin urmare, sarcina marinarului este de a minimiza raportul dintre forța perpendiculară și forța care contribuie la avansare.

Acest raport depinde de ritm, incidență, glisare și ridicare pentru un profil dat.

Deoarece ridicarea este principalul factor care contribuie la forța care mișcă nava înainte, iar tracțiunea contribuie la forța perpendiculară, aceasta se reduce în prima abordare a minimizării raportului de tragere la ridicare, maximizând astfel finețea .

Ritmul depinde pur și simplu de titlul ales de navigator. Cursul depinde de destinație. Ritmul este deci un parametru fix, nu o variabilă de optimizare. Dar fiecare mers (unghiul aparent al vântului în raport cu axa navei) are setări optime diferite.

Întrucât ascensorul este principalul factor care contribuie la forța care deplasează nava înainte, reglarea va fi mai întâi selectarea profilelor navei care oferă o ridicare maximă. Fiecare dintre aceste profiluri corespunde unui polar diferit.

O velă este în general flexibilă, marinarul modifică profilul datorită:

• poziția golului pânzei prin reglarea elementelor care acționează asupra tensiunii țesăturii pânzei
• răsucirea mai mult sau mai puțin pronunțată a velei jucând pe braț prin downhaul .

Există același număr de stâlpi de velă pentru aceeași navă, pe cât există răsuciri și poziții goale, așa că alegeți cel mai bun lână de velă.

Răsucirea va fi ajustată pentru a avea o incidență constantă de-a lungul pufului. Ar fi păcat să nu te afli la unghiul optim de incidență de-a lungul orbitei și să nu ai o parte a pânzei la performanțe maxime.

Poziția jgheabului de vele influențează finețea velei. Cea mai bună finețe se va obține atunci când pânza este cât mai adâncă posibil. Cu cât golul este mai mare în față, cu atât curbura ghidului este mai pronunțată. Vine un moment în care curenții de aer nu se mai lipesc de pânză, pânza se oprește. Se creează o zonă moartă, o zonă de turbulență care reduce eficiența velei. Această zonă ineficientă apare și este localizată imediat după puf pe suprafața inferioară, indicatoarele din această zonă devin apoi instabile. regula generală care ghidează procesul de reglare a pânzei rămâne evidentă, cu cât țesătura este mai întinsă, cu cât pânza este mai plată, cu atât sunt mai puține goluri. Velierul are mai multe elemente care acționează asupra tensiunii țesăturii velei:

• tensiunea cunninghamului ,
• tacul,
• punctul de dromă,
• din clea pânzei.
• straiul ,
• sârmă. Aceștia acționează în moduri indirecte.

Aceste elemente pot avea o influență cuplată, de exemplu, tensiunea din spate acționează, de asemenea, asupra tensiunii punctului de dromă și, prin urmare, asupra formei pufului.

Influența este localizată în mare măsură, de exemplu, cu cât tensiunea este mai mare pe fâșia velei, cu atât este mai puțin golă lângă fâșia pânzei, jucând, de asemenea, pe fundaș, adică - să spunem că linia de puf are puțină influență asupra foaia. Din punct de vedere tehnic, este dificil să se stabilească mijloace de ajustare independente una de cealaltă. Cu cât platforma este mai complicată, cu atât există mai multe interacțiuni între setări. Setarea velierului este atunci foarte tehnică, o adevărată durere de cap. Pentru a înțelege dificultatea, parcă pe o motocicletă și pedala de accelerație ar fi mutat ghidonul!

Pentru o pânză flexibilă, corbura pânzei și poziția golului pânzei sunt legate. Dependența lor provine direct din forma tăieturii cu pânze. Deci, poziționarea golurilor echivalează cu fixarea cambrului. Îmbinarea este un factor preponderent asupra ridicării maxime a profilului. Arhitectul naval sau marinarul este cel care fixează tăietura velei și, prin urmare, relația gol-arboră. Grosimea profilului corespunde grosimii țesăturii velei. Variațiile de grosime de la o pânză la alta sunt neglijabile în comparație cu dimensiunile pânzei. Grosimea nu este o variabilă de optimizat, pe de altă parte, grosimea covorului este un factor mult mai important, de unde și covoarele profilate.

Pe de altă parte, pentru arhitectul naval, forma velei care oferă o finețe deosebită este vela triunghiulară alungită (cf. grafic polar al unei vele în funcție de formele velei ), ceea ce explică de ce bărcile moderne folosesc platforma Bermudan.

Tragerea pentru o velă cu trei origini:

• tracțiune indusă (a se vedea § Influența alungirii velei pe lift). Deoarece profilul nu are o lungime infinită, la marginea pânzei (margine și corn), este necesar să se egalizeze depresiunea suprafeței inferioare și cu suprapresiunea suprafeței superioare; această echilibrare disipează energia care se găsește sub formă de rezistență indusă.
• rezistență de formă și frecare, este rezistența abacurilor profilelor. Forma și fricțiunea sunt legate de alegerea profilului.

Teoria coardei portante a lui Prandtl aplicată profilurilor subțiri este o teorie mai puțin complexă decât rezolvarea ecuațiilor Navier-Stokes, dar explică bine fenomenele. Ea arată ca o primă aproximare că tragere este egală cu tragere indus cu tragere indus și , prin urmare , în cazul în care alungirea este . Această teorie este foarte apropiată de realitate pentru un profil subțire cu incidență scăzută, în realitate, există termeni secundari mai puțin importanți, acești termeni grupând împreună tragerea formei, a fricțiunii . Această teorie arată că termenul principal este egal, până la un coeficient multiplicativ, cu alungirea (efectivă). Întrucât raportul de aspect este definit de către arhitect atunci când alege planul velei, este de competența arhitectului să îmbunătățească cât mai bine raportul de aspect al velei, ceea ce confirmă alegerea platformei Bermudan. Marinarul poate juca doar la alegerea profilului care influențează termenii secundari și coeficientul de ridicare. VSeu≈πλ(VSLπλ)2=VSL2πλ{\ displaystyle C_ {i} \ approx \ pi \ lambda \ left ({C_ {L} \ over \ pi \ lambda} \ right) ^ {2} = {C_ {L} ^ {2} \ over \ pi \ lambda}}1/feununuesse=VSLπλ{\ displaystyle 1 / finnesse = {C_ {L} \ over \ pi \ lambda}}λ{\ displaystyle \ lambda}

Thin Profile Teoria este aplicat un profil 3D. Rezultatele 2D clasice (profil de alungire infinit) ale teoriei Thin Profile sunt finalizate. Profilul infinit este trunchiat și la fiecare capăt al profilului trunchiat se adaugă un vortex cu alte cuvinte se adaugă o linie de rulment pe întreaga periferie a profilului.

Teoria oferă apoi pentru drag:

VSeu=VSz2π×λ×e{\ displaystyle Ci = {{Cz ^ {2}} \ over {\ pi \ times \ lambda \ times e}}}

cu

• Cz: coeficientul de ridicare al profilului
• π{\ displaystyle \ pi} : pi sau 3.1416
• λ: alungirea (adimensională) cu b este lungimea palanului, S suprafața pânzei.λ=b2S{\ displaystyle \ lambda = {b ^ {2} \ over S}}
• e: coeficient Oswald

Teoria modelează doar rezistența indusă; celelalte două forme și rezistența la frecare sunt neglijate. Pentru a seta ordinele de mărime:

• Cz variază de la 0 la 1,5 aproximativ, se ia o valoare de 1
• e este între 0 și 1 pentru o navă este în jur de 0,8
• λ{\ displaystyle \ lambda}elongaţie. pentru un Edel 2 , vela mare este de 10  m 2 cu o margine de 2,5  m, adicăλ=1,6{\ displaystyle \ lambda = 1 {,} 6}

 VSeu{\ displaystyle \ Ci}este pentru un Edel 2 de 0,2.

Dar pânza își are și ea reflexia în mare, care trebuie luată în considerare. Dacă neglijăm distanța dintre mare și marginea pânzei, pânza și reflexia acesteia au o suprafață dublă și un ghid de dublă lungime.

La fel și 0,1.  VSeu{\ displaystyle \ Ci}

În realitate este situat între aceste două valori. Această valoare variază în funcție de starea mării, cu alte cuvinte în funcție de calitatea oglinzii.  VSeu{\ displaystyle \ Ci}

Pentru a finaliza, calculul coeficientului Oswald se bazează pe calculul integral. Este puțin abordată de literatură, deoarece este calculată într-un mod indirect. Formulele sunt scrise cu coeficientul lui Oswald, există, de asemenea, o altă notație  :  δ{\ displaystyle \ \ delta}

VSeu=VSz2π×λ×e=VSz2π×λ(1+δ){\ displaystyle Ci = {{Cz ^ {2}} \ over {\ pi \ times \ lambda \ times e}} = {{Cz ^ {2}} \ over {\ pi \ times \ lambda}} (1+ \ delta)}

Profilul subțire Teoria aplicată în 3 D dă formulele pentru tragere induse. Trebuie remarcat în cazul unei pânze, arborele poate fi puternic (de exemplu, o genoa). Calculele ar trebui repetate în funcție de această cambră care nu mai este neglijabilă. Matematica arată, de asemenea, că poate fi calculată nu printr-o serie Fourier, ci printr-un calcul integral.  e{\ displaystyle \ e}

Netezimea este dedusă direct din formula de tragere indusă:

Feunuesse=VSzVSeu=π×λ×eVSz{\ displaystyle Finesse = {\ frac {Cz} {Ci}} = {\ frac {\ pi \ times \ lambda \ times e} {Cz}}}

Teoria oferă apoi ascensiunea:

VSz=VSz′×λλ+2{\ displaystyle Cz = Cz '\ times {\ frac {\ lambda} {\ lambda +2}}}

cu

• λ: alungirea (adimensională) cu b este lungimea palanului, S suprafața pânzei.λ=b2S{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {b ^ {2}} {S}}}
• VSz′{\ displaystyle Cz '} coeficientul de ridicare calculat prin teorie cu un raport de aspect infinit.

În cazul unei pânze, vitezele vântului sunt foarte departe de Mach; rezultă că factorul corectiv pentru numărul Mach este aproximat la 1.

Teoria oferă apoi ridicarea unui profil de alungire infinit:

 VSz′=2×π×(α+α0){\ displaystyle \ Cz '= 2 \ times \ pi \ times (\ alpha + \ alpha 0)}

cu

• α{\ displaystyle \ alpha} unghiul de incidență dintre coarda velei și vântul aparent.
• α0{\ displaystyle \ alpha 0} în 3D, acest coeficient este de fapt ușor diferit de calculul 2D.

de unde

Feunuesse=eα+α0×λ+22{\ displaystyle Finesse = {\ frac {e} {\ alpha + \ alpha 0}} \ times {\ frac {\ lambda +2} {2}}}

Arhitectul naval remediază e și . Marinarul se uită fix la el și . În literatura engleză, curbele de ridicare versus curgere se numesc drag polar . λ{\ displaystyle \ lambda}α{\ displaystyle \ alpha}α0{\ displaystyle \ alpha 0}

Marinarul nu are o alegere totală a factorului , cu alte cuvinte nu poate alege complet forma profilului. Setul de profiluri posibile este limitat. Într-adevăr, velierul fixează o secțiune a velei și, prin urmare, definește un set de profiluri posibile pe care vela le poate lua în funcție de setările velei. Pentru a ilustra, pânza este tăiată pentru a da un profil NACA0009, dar dacă pânza nu este tensionată corespunzător, pânza poate lua NACA0012 NACA0015 NACA0018 și profiluri intermediare; forma generală rămâne aceeași, relațiile dintre poziția golului și a cambrului, curba / coardă etc. sunt fixate. Alegerea formei generale este responsabilitatea velierului (sau a arhitectului naval). α0{\ displaystyle \ alpha 0}

Cu toate acestea, o finețe ridicată corespunde în gama profilelor posibile ale pânzei la o adâncime maximă din față (pânză bine întinsă). Din punctul de vedere al marinarului pentru ajustare, el va căuta să avanseze golul, dar asta nu înseamnă că va fi capabil să-l poziționeze acolo unde vrea. Alegerea profilului de către navigator poate avea consecința poziționării fineții maxime atunci când golul este la 30% pe față, precum și la 50% pe față. În primul caz, el va putea poziționa jgheabul între 30% și 100%, apoi în al doilea caz marinarul va fi limitat între 50% și 100%.

Desigur, această explicație rămâne o abordare bună, simplificările făcute și celelalte tipuri de formă de frânare și frecare au un impact secundar, dar nu neglijabil pentru concurență. Suprafața perpendiculară pe vânt este un factor important, cu cât este mai mică adâncimea jgheabului (curbă), cu atât este mai mare finețea ca răsucirea. Navigarea plată este preferabilă unui balon în direcția vântului. Aceasta implică faptul că forma generală a unei pânze bine ajustate este o pânză strânsă. Dar pânza nu trebuie să fie prea strânsă pentru că ar fi prea plată, ascensorul scade apoi.

Aceste calcule sunt aproximări ale realității, sunt încă relativ simple, evită calculele 3D extrem de grele (a se vedea Cazul mai multor vele: rezolvarea multidimensională a problemei ). Acestea rămân practice pentru dimensionarea unei platforme sau pentru modelarea unei platforme pentru studiul comportamentului pe mare al întregului velier.

O finețe mai mare înseamnă mai puțină rezistență, deci mai puțină listă pentru același efort de împingere. Prin urmare, va fi favorizată finețea maximă. Deci, printre profilurile rămase care oferă o înălțime maximă, navigatorul selectează dintre aceste profiluri profilul cu finețe maximă (gol spre partea din față a pânzei). Acum, profilul pânzei este definit, rămâne să se găsească punctul polar al acestui profil care să dea impulsul maxim navei, adică alegerea unghiului de incidență al profilului.

Pe o pânză triunghiulară, zona de ridicare ridicată (0,9 - 1,5) are două puncte caracteristice:

• finețea maximă (de la 0 la 5 ° de incidență, adică zona dreaptă);
• ridicarea maximă (unghiul de atac de 15 ° față de grafic).

Pe măsură ce tracțiunea încetinește nava, porțiunea de ridicare care mișcă velierul trebuie să fie mai mare decât contribuția tracțiunii care încetinește nava:

Fpotussee=portlanuvs.e×păcat⁡(β)-trlaeunuee×cos⁡(β)>0{\ displaystyle Fpoussee = lift \ times \ sin (\ beta) -trainee \ times \ cos (\ beta)> 0}

aur trlaeunuee=feunuesse(α)-1×portlanuvs.e{\ displaystyle trainee = finețe (\ alpha) ^ {- 1} \ times lift}

de unde  feunuesse(α)-1<bronzat⁡(β){\ displaystyle \ finesse (\ alpha) ^ {- 1} <\ tan (\ beta)}

cu:

α{\ displaystyle \ alpha}

β{\ displaystyle \ beta}

β{\ displaystyle \ beta}

bronzat⁡(β){\ displaystyle \ tan (\ beta)}

Evoluția tracțiunii care mișcă nava înainte evoluează după cum urmează:

• de la 0 ° de incidență la pt1, forța crește liniar la fel ca și lista.
• de la pt1 la optim, forța crește totuși, dar polarul se aplatizează, ceea ce înseamnă că tragerea încetinește nava mai repede decât adaugă liftul. Dar, în general, lista crește, vela are un vânt aparent mai slab. Vârful velei nu mai este în vânturi de mare altitudine.
• de la optim la punctul pt2, forța scade până devine zero, barca se îndreaptă.

Setarea unghiului optim de atac este între pt1 și pt2. Prin urmare, punctul optim depinde de doi factori:

• evoluția fineții;
• evolutia cazarii.

Navigatorul va trebui să găsească compromisul dintre acești doi factori între pt1 și pt2. Punctul optim de funcționare este, așadar, aproape de pt1, unde factorul de înclinare este preponderent. Deoarece este mai dificil să călcați la îndemână, optimul va fi mai aproape de pt2.

Atenție, netezimea este determinată datorită polarului pânzei. Polarii sunt determinați independent de viteza aparentă a vântului; cu toate acestea, lista intervine asupra parametrului vitezei (vânt în vela), prin urmare finețea polilor velei nu depinde de listă.

Poziția jgheabului rămâne factorul predominant în căutarea acestui optim. Tot know-how-ul unui marinar de regată este de a muta golul cât mai mult posibil. Un set de "prea mult" și aripile se ridică, căderea ridicării este atunci foarte importantă. Deci marinarul este mereu pe punctul de a se opri, așezarea pânzei este deci foarte bună, de unde și termenul de finețe. În acest punct optim al celei mai bune lână a pânzei, se spune că pânza funcționează în „finețe”. La acest nivel optim, indicatoarele lipitorilor sunt orizontale și paralele cu suprafața velei.

Scopul dorit al setărilor bărcii este de a avea cea mai mare forță de propulsie (Fp). O modalitate simplă ar fi să faci vele gigantice, dar barca își are limitele, se va răsturna, notează Fc forța răsturnării. Literatura definește apoi finețea aripii aeriene (toate pânzele) ca raport Fp / Fc.

Vântul în sus, unde acționează ascensorul, finețea este o funcție a înălțimii baldachinului, a tăieturii velelor și a țesăturii acestora, dar și, mai presus de toate, a setării corecte a velelor. În direcția vântului, variații de finețe de 100% sunt observate de la o pereche de pânze-echipaj la alta. În cursă, bărcile sunt adesea similare ca performanță (rolul gabaritelor ), factorul predominant în viteza navei este echipajul. Finetea nu este o noțiune secundară.

O barcă cu pânze derivă, această derivă creează ridicarea formei scufundate; această ridicare sau forță este utilizată pentru a contracara forța perpendiculară a forței velice. Cu alte cuvinte, minimizarea listei echivalează, de asemenea, cu minimizarea derivei navei. Minimizarea derivei este mai bine să mergi în direcția vântului. Prin omofonie , netezimea unui velier este capacitatea sa de a merge în sus.

Deși apropiată, noțiunea de finețe există, prin urmare, în mai multe forme:

• finețea velei sau ajustarea optimă a marinarului velei în direcția vântului,
• finețea profilului aerian sau raportul Fp / Fc,
• finețea unei bărci cu pânze sau capacitatea bărcii de a merge în vânt,
• finețea velei sau panta polarului.

Putere

În direcția vântului, efortul de navigație tinde din ce în ce mai mult spre oscilația (înclinarea înainte) a velierului. Pentru aceeași atitudine (înclinație) (corpul non-sferic, desigur), forța velică care trebuie aplicată este mult mai mare de-a lungul axei pasului decât a axului călcâiului. Rezultă că Fc este mult mai important în direcția vântului.

Vântul aparent formează un unghi cu axa navei, iar cablul velei nu corespunde axei navei. Concret în direcția vântului înseamnă că:

• o mare parte din tragerea pânzei contribuie la avansarea navei
• cealaltă parte a trenului navei participă la lista navei
• o mare parte din ascensorul velei contribuie la încetinirea navei,
• cealaltă parte a ascensorului cu vele contribuie la lista navei.

Deci, în funcție de viteză (unghiul vântului aparent față de axa navei), setarea optimă nu se află în același loc și tracțiunea velei face ca nava să avanseze. Navigatorul selectează, prin urmare, dintre profilurile posibile pe care le poate lua vela, profilurile oferind o rezistență maximă.

Decuparea (sau lista) nu mai este cu adevărat o mare problemă, reducând drastic viteza velierului. Netezimea nu mai este un factor care selectează profilul potrivit pentru aplicare. Prin urmare, factorul predominant este căutarea profilului velei, oferind o tracțiune maximă (aici, în direcția vântului). În cazul în care se urmărește împingerea maximă fără a vă face griji cu privire la finețe, se spune că pânza funcționează în „putere”.

Maximizarea puterii sau maximizarea efortului propulsiv este echivalentă.

Puterea unei bărci cu pânze (și nu mai multă putere în sens fizic) este definită ca momentul său de redresare.

Dar optimizarea puterii în sensul momentului de redresare echivalează cu maximizarea puterii în sensul fizic al velierului, crescând astfel în cele din urmă viteza maximă posibilă a velierului.

Puterea fizică

Puterea fizica este definita ca

P=F→⋅v→{\ displaystyle P = {\ vec {F}} \ cdot {\ vec {v}}}

sau în cazul nostru, calculul este calculul puterii pânzei:

F→{\ displaystyle {\ vec {F}}}(în N ) este forța asupra pânzei sau împingerea velică

v→{\ displaystyle {\ vec {vb}}}(în m / s ), viteza navei în raport cu fundul notat .  V{\ displaystyle \ V}

 P{\ displaystyle \ P}este puterea instantanee (în W )

La viteza constantă a velierului, forțele care contribuie la avansarea acestuia sunt exact echilibrate de forțele corpului:

d(mV→)dt=∑F→eu=0{\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} (m {\ vec {V}})} {\ mathrm {d} t}} = \ sum {{\ vec {\ mathrm {F}}} _ {i }} = 0}

de unde

0→=Fvoeule→+Fvs.larenue→+Fgrlaveute→{\ displaystyle {\ vec {0}} = {\ vec {\ mathrm {Fvoile}}} + {\ vec {\ mathrm {Fcarene}}} + {\ vec {\ mathrm {Fgravite}}}}

Forțele sunt proiectate pe axa vitezei:

 0=Fpotussee+Fvs.larenuesturlaXeveutesse{\ displaystyle \ 0 = Fpoussee + Fcarenesuraxev Vitesse}

Coca se comportă ca un profil scufundat. Ascensorul este perpendicular pe progresul navei, deci nu intervine. Rezistența la avansare se datorează tracțiunii corpului. Pentru a nu complica drumul adevărat sau fondul rutier este egal cu suprafața drumului, adică nu există curent.

Fvs.larenuesturlaXeveutesse=12×ρelatu×S×VS×V2{\ displaystyle Fcarenesuraxevitesse = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho water \ times S \ times C \ times V ^ {2}}

cu coeficientul de tragere C al corpului.

Următorii factori nu depind foarte mult de viteza navei:

 b=12×ρelatu×S×VS{\ displaystyle \ b = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho water \ times S \ times C}

de unde

Fvs.larenuesturlaXeveutesse=b×V2=-Fpotussee{\ displaystyle Fcarenesuraxevredi = b \ times V ^ {2} = - Fpoussee}

de unde

P=(Fpotussee)32×(1b)12{\ displaystyle P = (Fpoussee) ^ {\ frac {3} {2}} \ times \ left ({\ frac {1} {b}} \ right) ^ {\ frac {1} {2}}}

Prin urmare, optimizarea puterii echivalează cu optimizarea efortului propulsiv.

totuși forța (sau forța de propulsie) care contribuie la viteză este:

Fpotussee=portlanuvs.e×păcat⁡(β)-trlaeunuee×cos⁡(β){\ displaystyle F_ {pushe} = lift \ times \ sin (\ beta) -trainee \ times \ cos (\ beta)}

trlaeunuee=feunuesse(α)-1×portlanuvs.e{\ displaystyle trainee = finețe (\ alpha) ^ {- 1} \ times lift}

cu:

α{\ displaystyle \ alpha}

β{\ displaystyle \ beta}

prin urmare, formula completă este:

P=(portlanuvs.e×(păcat⁡(β)-feunuesse(α)-1×cos⁡(β)))32×(1b)12{\ displaystyle P = (lift \ times (\ sin (\ beta) -finesse (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ cos (\ beta))) ^ {\ frac {3} {2}} \ times \ left ({\ frac {1} {b}} \ right) ^ {\ frac {1} {2}}}

Marinarul să varieze puterea doar cu trei factori de reglare:

• finețea
• incidenţă
• dar și liftul.

Aceasta înseamnă că, în unele cazuri, ascensorul trebuie luat în considerare și pentru a optimiza viteza velierului.

Ridicarea este echivalată cu C coeficientul de ridicare, S zona velei și V viteza aparentă a vântului. Deoarece viteza nu este identică de-a lungul lunetei, trebuie luată o medie ponderată (care trebuie determinată prin teste). Forța de ridicare depinde de mai mulți parametri, în principal de viteza (medie pe întreaga pânză) a vântului aparent, o viteză medie care depinde puternic de lista navei. portlanuvs.e=12×ρlaeur×S×VS×V2{\ displaystyle portance = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho air \ times S \ times C \ times V ^ {2}}

Puterea unui velier

Puterea fizică nu poate crește la nesfârșit, vine un moment în care efortul este astfel încât lista (sau pitch) este prea importantă, barca se va răsturna. Puterea este, prin urmare, limitată de capacitatea bărcii de a rezista listei (sau pitch), cu alte cuvinte momentul său de redresare.

Prin urmare, lumea maritimă preferă să definească puterea după cum urmează: puterea unei bărci cu pânze este momentul său cel mai bun. Această noțiune este ușor diferită de noțiunea de putere folosită de fizicieni.

Ceea ce împiedică răsturnarea bărcii cu pânze este momentul contracărcării (balast, corp, chilă etc.). Acest moment echilibrează exact momentul generat de forța vântului în pânze când nava se află la viteză constantă. Această simplificare (viteza constantă) va evita intrarea în rafinări de formulă prea complexe.

0→=M→voeule/G+M→vs.larenue/G{\ displaystyle {\ vec {0}} = {\ vec {\ mathrm {M}}} _ {sail / G} + {\ vec {\ mathrm {M}}} _ {hull / G}}

cu

• G centrul de greutate al bărcii cu pânze
•  M→voeule/G=Fproptulseuf→×deustlanuvs.evs.enutredegrlaveute-vs.enutreveleuqtue{\ displaystyle \ {\ vec {\ mathrm {M}}} _ {sail / G} = {\ vec {F_ {propulsif}}} \ times distance_ {centredegravite-centrevelique}}
•  M→vs.larenue/G{\ displaystyle \ {\ vec {\ mathrm {M}}} _ {hull / G}} moment de redresare a bărcii cu pânze, inclusiv efectele balastului chilei carenei etc.

Aceste momente pot fi defalcate în funcție de axele navei: listă, pitch, yaw. Fiecare axă are limita sa (FC scăzută la călcâiul înalt în direcția vântului), și anume:

• Timp maxim la gîte  MgeutemlaX{\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}}}
• Moment maxim de pitch ; MtlanuglagemlaX{\ displaystyle \ M_ {pitch_ {max}}}

Desigur, nu este posibil să se răstoarne de-a lungul axei fardului.

Axa pasului nu va avea același moment de redresare ca axa călcâiului. Prin însăși natura unei forme a corpului, un corp este creat pentru a oferi cea mai mică rezistență la deplasare, limita de-a lungul axei pasului este considerabil mai mare decât în ​​urma listei:

 MgeutemlaX<<MtlanuglagemlaX{\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}} << M_ {pitching_ {max}}}

Pentru a stabili ordinele de mărime pe un monocasc, desigur, această valoare este mai mică pentru un multi-corp.  10×MgeutemlaX=MtlanuglagemlaX{\ displaystyle \ 10 \ times M_ {gite_ {max}} = M_ {pitching_ {max}}}

O barcă cu pânze este în general formată din mai multe pânze, pentru a nu grebi subiectul, setul de pânze va fi reunit într-o singură pânză echivalentă. Această navă va avea propriul lână. Rezultatele găsite pentru această navă echivalentă sunt aplicabile fiecărei veli; deoarece vele se influențează reciproc, setarea corectă va diferi ușor de setarea echivalentă a velei. Această diferență poate fi determinată prin intermediul unui software de calcul sau a experienței marinarului pe barca sa (vezi Cazul mai multor vele: rezolvarea multidimensională a problemei).

Forța în pânze schimbă direcția și intensitatea în funcție de mers, limita admisibilă de vela în vânt este diferită de vântul în sus sau vântul din spate. Efortul Velic se descompune în ridicare și tragere. Se vor nota brațul pârghiei pasului și brațul pârghiei călcâiului forței velice în raport cu centrul de greutate.  Dtlanuglage{\ displaystyle \ D_ {pitch}} Dgeute{\ displaystyle \ D_ {gite}}

de unde

 Mtlanuglage=Dtlanuglage×(portlanuvs.e×păcat⁡(β)-trlaeunuee×cos⁡(β))=Dtlanuglage×portlanuvs.e×(păcat⁡(β)-feunuesse(α)-1×cos⁡(β)){\ displaystyle \ M_ {pitch} = D_ {pitch} \ times (lift \ times \ sin (\ beta) -trainee \ times \ cos (\ beta)) = D_ {pitch} \ times lift \ times (\ sin ( \ beta) -finesse (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ cos (\ beta))}

 Mgeute=Dgeute×(portlanuvs.e×cos⁡(β)+trlaeunuee×păcat⁡(β))=Dgeute×portlanuvs.e×(cos⁡(β)+feunuesse(α)-1×păcat⁡(β)){\ displaystyle \ M_ {gite} = D_ {gite} \ times (portance \ times \ cos (\ beta) + stagiar \ times \ sin (\ beta)) = D_ {gite} \ times portance \ times (\ cos ( \ beta) + finețe (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ sin (\ beta))}

cu unghi de mers .  β{\ displaystyle \ \ beta}

Aceste momente pot fi, de asemenea, exprimate exclusiv în funcție de mijloacele de contracostare. O analiză care urmează mijloacelor de contracostare se află în afara scopului acestui articol. Cu toate acestea, calculul în funcție de corp este foarte complex, dar rezultatele calculului arată că și evoluează în funcție de călcâie și unghiul de pas. Valoarea momentelor crește suficient de liniar pentru a trece printr-un maxim și apoi scade. Abordarea în general aleasă este abordarea metacentrică  :  Mgeute{\ displaystyle \ M_ {gite}} Mtlanuglage{\ displaystyle \ M_ {pitch}}

 Mtlanuglageotugeute=LA×GM×păcat⁡(ϕ){\ displaystyle \ M_ {tangageougite} = A \ times GM \ times \ sin (\ phi)}

cu

•  ϕ{\ displaystyle \ \ phi} toc sau unghi de pas
•  GM{\ displaystyle \ GM}distanța de la centrul de greutate la metacentru
•  LA{\ displaystyle \ A} constantă, diferită în funcție de listă sau ton.

În literatură, momentul calculat în funcție de abordarea vălului este numit în engleză heeling moment; abordarea prin carenă se numește în engleză righting moment.

Literatura folosește adesea o ecuație simplificată pentru a calcula momentul de înclinare sau vizualizarea velelor.  Mgeute{\ displaystyle \ M_ {gite}}

 Mgeute=Dgeute(portlanuvs.e×cos⁡(β)+trlaeunuee×păcat⁡(β)){\ displaystyle \ M_ {gite} = D_ {gite} (lift \ times \ cos (\ beta) + stagiar \ times \ sin (\ beta))}

și ridicați și trageți sunt de forma:

F=12×ρ×S×VS×V2{\ displaystyle F = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho \ times S \ times C \ times V ^ {2}}

Viteza vântului nu este constantă în funcție de altitudine, viteza depinde de listă (sau atitudine). Se utilizează diferite formule simplificate:

• V=la×cos⁡(ϕ){\ displaystyle V = a \ times \ cos (\ phi)} care duce la:  Mgeute=pressture×S×LAcos⁡(ϕ)nu{\ displaystyle \ M_ {gite} = presiune \ ori S \ ori A {\ cos (\ phi)} ^ {n}} cu  pressture{\ displaystyle \ pressure} presiune medie asupra pânzei  LAcos⁡(ϕ)nu{\ displaystyle \ A {\ cos (\ phi)} ^ {n}} se numește braț cu toc  ϕ{\ displaystyle \ \ phi} toc sau unghi de pas  S{\ displaystyle \ S} suprafața pânzelor  LA{\ displaystyle \ A} constant n un coeficient de determinat.
• sau cine va da o altă formulă,V2=b×(1-la×ϕ){\ displaystyle V ^ {2} = b \ times (1-a \ times \ phi)}
• sau altă formulă.

Cu cât lista este mai mare, cu atât velierul este mai aproape de limitele sale de siguranță, deci lista nu este de dorit. La fel, din punct de vedere al efortului, lista nu este de dorit deoarece reduce forțele și, prin urmare, performanța navei. Cele două fenomene de viteză și siguranță acționează în aceeași direcție. Luând în considerare efectul vitezei vântului în restul explicației nu face nimic, ar accentua rezultatele găsite fără a adăuga niciun element nou. În restul explicației, unghiurile (listă, înălțime) vor fi considerate ca fiind joase și, prin urmare, neglijate.

Din aceste curbe se determină și . Aceste puncte sunt maxime, este nevoie doar de un vânt, o supra-vânzare și limita este depășită, astfel încât nava se află într-o situație periculoasă. În plus, unghiurile sunt prea mari și pânza nu profită de vânturile de mare altitudine. Din aceste motive, o limită inferioară este aleasă în zona liniară, deci unghiuri inferioare pe care le vom numi călcâi optim și pas optim.  MtlanuglagemlaX{\ displaystyle \ M_ {pitch_ {max}}} MtlanuglagemlaX{\ displaystyle \ M_ {pitch_ {max}}}

Forța velică este împărțită în tracțiune și ridicare, în direcția ascensorului încetinește nava în direcția vântului, dimpotrivă, tracțiunea este cea care încetinește nava. Deci, ridicarea în direcția vântului este redusă la minimum, tracțiunea în direcția vântului este redusă la minimum. Ca corolar, ridicarea în direcția vântului este mai mică decât tracțiunea, invers invers. Tranziția dintre aceste două comportamente este înainte de vântul încrucișat, modul de ajustare trece apoi de la căutarea tragerii maxime la ridicarea maximă. Tranziția corespunde, de asemenea, unui flux pe pânză de la turbulent (căutare de tragere) la laminar (căutare de ridicare).

Pentru a fixa ordinele de mărime, barca cu pânze este considerată a fi cu toc mic (cu alte cuvinte, o abordare metacentrică), dacă pânza cu pânze este bine proiectată, atunci nu este nici moale, nici fierbinte, astfel încât centrul pânzei este aproximativ deasupra centrului de greutate pe aceeași verticală:

 Dgeute≈Dtlanuglage{\ displaystyle \ D_ {gite} \ approx D_ {pitching}}

În plus, există puține variații în prima aproximare:  Dgeute=Dtlanuglage{\ displaystyle \ D_ {gite} = D_ {pitching}}

• centrul velic este aproape de centrul geometric al pânzelor
• cel mai frecvent caz este velierul fără balast de mai mult de o tonă, astfel încât cea mai mare parte a greutății este fixă, centrul de greutate se mișcă puțin.

Vânt de coadă  β≈180{\ displaystyle \ \ beta \ approx 180}

În direcția vântului, trebuie făcută o remarcă esențială, marginea de întâmpinare este lipitorul, iar marginea din spate este puful. Situația este inversată în comparație cu vântul în sus. În direcția vântului, profilul navei funcționează invers. La fel ca în direcția vântului, trageți deplasează nava înainte și ridicarea o încetinește. Prin urmare, este necesară o rezistență maximă, adică o pânză care blochează drumul spre vânt și, prin urmare, o pânză cu incidență mare. Acest lucru induce un model turbulent al fluxului de vânt pe pânză.

Luați în considerare cazul simplu al vântului de coadă de unde  β=180{\ displaystyle \ \ beta = 180}

 Mtlanuglage=Dtlanuglage×trlaeunuee{\ displaystyle \ M_ {pitch} = D_ {pitch} \ times stagiar}

 Mgeute=-Dgeute×portlanuvs.e{\ displaystyle \ M_ {gite} = - D_ {gite} \ times lift}

Cu toate acestea, vântul în vânt funcționează exclusiv în tracțiune, ridicarea este zero, prin urmare:

 Mtlanuglage=Dtlanuglage×trlaeunuee×1{\ displaystyle \ M_ {pitch} = D_ {pitch} \ times stagiar \ times 1}

Lista nu este o problemă, riscul este un risc de încărcare. În vânt, barca cu pânze nu poate merge mai repede decât vântul. Astfel, cu cât barca de vele este mai aproape de viteza adevărată a vântului, cu atât este mai slab vântul aparent și, prin urmare, cu atât este mai slabă forța. Prin urmare, este necesar să ridicați cât mai multă zonă de navigație pentru a muta barca cu pânze cât mai aproape posibil de viteza reală a vântului.

Trebuie să moderăm ultima remarcă. De îndată ce vântul nu mai este exact în vânt, apare efectul aparent al vântului. Vântul aparent crește, la fel și efortul de navigație; dacă pânzele ridicate au fost calculate pentru o limită de încărcare în vânt, această limită este depășită. Copertina arborată trebuie să fie mai mică. La aceste viteze, efectul aparent al creșterii vântului rămâne moderat, astfel încât barca cu pânze este întotdeauna cu o viteză mai mică decât viteza reală a vântului. Limitele de viteză ale corpului sunt, prin urmare, atinse de vânturi puternice (briză, furtună), dar în astfel de condiții, marinarul rezonabil nu mai este în căutarea vitezei, ci în căutarea siguranței maxime a navei. Prin urmare, reduce foarte mult folia aeriană.

Deci, în realitate, o zonă mare de navigație este ridicată fără a fi la limita de siguranță. Pierderea vitezei în raport cu carcasa maximă a suprafeței va fi foarte minimă, deoarece barca în vânt nu poate merge mai repede decât vântul.

De la vântul de coadă până la acoperire largă  β≈120{\ displaystyle \ \ beta \ approx 120}

Ascensorul încetinește nava, deci trebuie să fie minimizat. Atenție, profilul este inversat. Polarul velei care dă tracțiunea maximă și cea mai slabă ridicare este pentru o incidență de 90 °. Prin urmare, este necesar să se mențină unghiul de atac perpendicular pe patul vântului aparent. În acest caz, ridicarea rămâne zero, astfel încât constrângerile sunt:

 Mtlanuglage=-Dtlanuglage×trlaeunuee×cos⁡(β){\ displaystyle \ M_ {pitch} = - D_ {pitch} \ times stagiar \ times \ cos (\ beta)}

 Mgeute=Dgeute×trlaeunuee×păcat⁡(β){\ displaystyle \ M_ {gite} = D_ {gite} \ times stagiar \ times \ sin (\ beta)}

Pe de altă parte, ascensorul nu mai este paralel cu cursul velierului. Apare o parte perpendiculară care generează înclinarea.

Vela profită de efectul aparent al vântului, barca accelerează. Pe măsură ce apare o listă, barca cu pânze compensează lista datorită plăcii centrale. Placa centrală crește forțele de rezistență ale corpului. De la vântul din spate până la acoperire largă, barca este din ce în ce mai rapidă, profitând de efectul de vânt aparent în creștere. Apoi, pe măsură ce eliberarea se apropie, rezistența corpului preia, barca încetinește puțin.

Ca și aici .  MgeutemlaX<<MtlanuglagemlaX{\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}} << M_ {pitching_ {max}}} 10=MtlanuglagemlaXMgeutemlaX{\ displaystyle \ 10 = {\ frac {M_ {tangage_ {max}}} {M_ {gite_ {max}}}}}

Există un punct de basculare în care constrângerea de proiectare se schimbă de la constrângerea înălțimii la constrângerea călcâiului:

 -Dtlanuglage×trlaeunuee×cos⁡(β)Dgeute×trlaeunuee×păcat⁡(β)=cos⁡(β)păcat⁡(β)=10{\ displaystyle \ {\ frac {-D_ {pitch} \ times trainee \ times \ cos (\ beta)} {D_ {gite} \ times trainee \ times \ sin (\ beta)}} = {\ frac {\ cos (\ beta)} {\ sin (\ beta)}} = 10}

este

 β=174,3{\ displaystyle \ \ beta = 174 {,} 3}

Unghiul este aproape de vânt. Pentru un raport scăzut de , este încă 165 °.  3,5=MtlanuglagemlaXMgeutemlaX{\ displaystyle \ 3 {,} 5 = {\ frac {M_ {tangage_ {max}}} {M_ {gite_ {max}}}}}

Deci constrângerea este:

 Mgeute=Dgeute×trlaeunuee×seunu(β){\ displaystyle \ M_ {gite} = D_ {gite} \ times stagiar \ times sin (\ beta)}

La atingere, zona de tranziție

La întindere, dacă barca cu pânze păstrează același profil de tracțiune ca și la distanța largă, navigați bine reglată, ridicarea este zero. Efortul propulsiv urmează formula:

 Fproptulseuf=-trlaeunuee×vs.os(β){\ displaystyle \ F_ {propulsif} = - stagiar \ times cos (\ beta)}

Deci, cu cât barca de vele se apropie, cu atât forța scade mai mult, până când devine zero. Prin urmare, există un mers, la îndemână sau este de preferat să treceți la modul de ridicare de la capăt.

În mod similar, invers, dacă barca cu pânze păstrează același profil de rulment ca peste ea, atâta timp cât unghiul de atac nu este prea aproape de zero, pânza își păstrează profilul și propulsează barca în modul de ridicare. Pe de altă parte, cu cât mersul este mai aproape de a ajunge, cu atât unghiul de atac scade, cu atât forța de propulsie scade. Prin urmare, există un mers, la îndemână, unde este preferabil să treceți la modul de tragere, adică poziționați pânza pentru a tăia traiectoria unui maxim de vânt, așa cum se face pe o rază largă de acțiune. Acest punct de basculare diferă în funcție de bărcile cu pânze și seturile de pânze disponibile. De exemplu, un multihull are contra toc mult mai eficient decât un monohull, astfel încât punctul de basculare va fi diferit.

Prin  β≈90{\ displaystyle \ \ beta \ approx 90}

Aproape de grindă, ascensorul este inversat, ajută nava să meargă înainte, iar tragerea încetinește barca. Efortul propulsiv urmează formula:

 Fproptulseuf=portlanuvs.e×seunu(β)-trlaeunuee×vs.os(β)=portlanuvs.e{\ displaystyle \ F_ {propulsif} = lift \ times sin (\ beta) -trainee \ times cos (\ beta) = lift}

întrucât unghiul nu este perfect în cazul ideal ar fi, prin urmare, să găsim un punct pe polarul pânzei cu rezistență zero și ridicare maximă. Din păcate, spre deosebire de vânt, în cazul în care tracțiunea maximă corespunde cu ridicarea zero, Teoria profilului subțire arată că, de îndată ce există ridicare, există trage. Alegerea unghiului corect de atac pentru pânză va depinde de finețea pânzei (vezi finețea). Prin natura sa, pentru o aripă care lucrează în ascensor .  β=90{\ displaystyle \ \ beta = 90} portlanuvs.e>>trlaeunuee{\ displaystyle \ lift >> stagiar}

Constrângerile sunt:

 Mtlanuglage=Dtlanuglage×portlanuvs.e{\ displaystyle \ M_ {pitch} = D_ {pitch} \ times lift}

 Mgeute=-Dgeute×trlaeunuee{\ displaystyle \ M_ {gite} = - D_ {gite} \ times stagiar}

De asemenea , constrângerea este:  portlanuvs.e>>trlaeunuee{\ displaystyle \ lift >> stagiar}

 MtlanuglagemlaX>Dtlanuglage×portlanuvs.e{\ displaystyle \ M_ {pitch_ {max}}> D_ {pitch} \ times lift}

Peste tot, aveți nevoie de cea mai mare ridicare posibilă, astfel încât alegerea profilului să se transforme într-o navă cât mai adâncă posibil. Dar cu cât pânza este mai adâncă, cu atât fluxul este mai aproape de un flux turbulent. Trebuie să găsim limita, deoarece într-un flux turbulent ridicarea se prăbușește.

Cu profilul selectat, trebuie găsit rulmentul corect. Incidența corectă va fi în punctul polarului cu cea mai mare ridicare (o incidență de aproximativ 20 °, care variază în funcție de pânze).

Lista nu pune încă o problemă, deoarece componenta listei conține doar tragerea, care în acest mod este, prin natura sa, destul de scăzută. Tracțiunea nu este cât se poate de redusă, deoarece profilul a fost ales cu o ridicare maximă, prin urmare, foarte gol, generând astfel o mulțime de tracțiune pentru un profil care lucrează în ridicare).

Deoarece unghiul optim de atac este de 20 °, este posibil să reglați aripa în modul de ridicare pentru mersuri care corespund mai puțin de . Limita este , la această viteză, incidența este zero, forța de propulsie devine zero, pânza nu mai este umflată de vânt.  β=90{\ displaystyle \ \ beta = 90} β=70{\ displaystyle \ \ beta = 70}

Nu este neobișnuit să vezi printr-o pânză așezată în drag. Această situație, așa cum se arată în formule, oferă o listă puternică, vela este prost ajustată. Efortul propulsiv este asigurat de tragere , deoarece este aproape de zero, efortul propulsiv rămâne redus. Pe de altă parte, aproape toată tragerea determină călcâiul bărcii cu pânze.  Fproptulseuf=trlaeunuee×vs.os(β){\ displaystyle \ F_ {propulsif} = stagiar \ times cos (\ beta)} vs.os(β){\ displaystyle \ cos (\ beta)}

De la picătură mică la plin

La viteza de vânt, vela lucrează în ridicare pentru a putea merge în direcția vântului. Pe de altă parte, lista devine din ce în ce mai importantă, prin urmare este necesar să limitați lista îmbunătățind finețea velei (a se vedea finețea paragrafului acestei pagini Wikipedia). Ai nevoie de o navă cu tot mai puțin gol.

Constrângerile sunt:

 Mtlanuglage=Dtlanuglage×(portlanuvs.e×păcat⁡(β)-trlaeunuee×cos⁡(β))=Dtlanuglage×portlanuvs.e×(păcat⁡(β)-feunuesse(α)-1×vs.os(β)){\ displaystyle \ M_ {pitch} = D_ {pitch} \ times (lift \ times \ sin (\ beta) -trainee \ times \ cos (\ beta)) = D_ {pitch} \ times lift \ times (\ sin ( \ beta) -finesse (\ alpha) ^ {- 1} \ times cos (\ beta))}

 Mgeute=Dgeute×(portlanuvs.e×cos⁡(β)+trlaeunuee×păcat⁡(β))=Dgeute×portlanuvs.e×(cos⁡(β)+feunuesse(α)-1×păcat⁡(β)){\ displaystyle \ M_ {gite} = D_ {gite} \ times (portance \ times \ cos (\ beta) + stagiar \ times \ sin (\ beta)) = D_ {gite} \ times portance \ times (\ cos ( \ beta) + finețe (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ sin (\ beta))}

Ca și aici .  MgeutemlaX<<MtlanuglagemlaX{\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}} << M_ {pitching_ {max}}} 10=MtlanuglagemlaXMgeutemlaX{\ displaystyle \ 10 = {\ frac {M_ {tangage_ {max}}} {M_ {gite_ {max}}}}}

Există un punct de basculare în care constrângerea de proiectare se schimbă de la constrângerea înălțimii la constrângerea călcâiului:

 Dtlanuglage×portlanuvs.e×(păcat⁡(β)-feunuesse(α)-1×cos⁡(β))Dgeute×portlanuvs.e×(cos⁡(β)+feunuesse(α)-1×păcat⁡(β))=10{\ displaystyle \ {\ frac {D_ {pitch} \ times lift \ times (\ sin (\ beta) -finesse (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ cos (\ beta))} {D_ {gite} \ times lift \ times (\ cos (\ beta) + finețe (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ sin (\ beta))}} = 10}

este

 β=π-arctan⁡(110)-arctan⁡(feunuesse){\ displaystyle \ \ beta = \ pi - \ arctan ({\ frac {1} {10}}) - \ arctan (finețe)}

cu

arctan{\ displaystyle \ arctan}

bronzat⁡(arctan⁡(X))=X{\ displaystyle \ tan (\ arctan (x)) = x}

 β{\ displaystyle \ \ beta}

Cu toate acestea , în practică, așadar .  feunuesse>>1{\ displaystyle \ finesse >> 1} feunuesse>10{\ displaystyle \ finesse> 10} arctan⁡(feunuesse)≈π2{\ displaystyle \ \ arctan (finețe) \ approx {\ frac {\ pi} {2}}}

Punctul de vârf este aproape de curent, chiar și cu un raport scăzut de . Atât de repede după pânză, pânza setată la cea mai mare ridicare (deci foarte adâncă) va crea o listă excesivă. Setarea se schimbă, vela va fi ajustată treptat pentru a obține cea mai înaltă finețe posibilă (vela din ce în ce mai plată).  3,5=MtlanuglagemlaXMgeutemlaX{\ displaystyle \ 3 {,} 5 = {\ frac {M_ {tangage_ {max}}} {M_ {gite_ {max}}}}}

Constrângerea este:

 Mgeute=Dgeute×portlanuvs.e×(cos⁡(β)+feunuesse(α)-1×păcat⁡(β)){\ displaystyle \ M_ {gite} = D_ {gite} \ times lift \ times (\ cos (\ beta) + finețe (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ sin (\ beta))}

Închideți strâns

Formulele sunt identice cu cele de mai sus. Pe de altă parte, poziția pe polarul velei se schimbă, incidența scade. Într-adevăr, unghiul cu patul vântului devine din ce în ce mai slab, până când devine atât de slab încât nu este vela care nu mai este umflată, deci fără profil, vela plutește în vânt.

Analiza rezultatelor

Constrângerile în funcție de ritm sunt:

 MtlanuglagemlaX>Dtlanuglage×trlaeunuee{\ displaystyle \ M_ {pitch_ {max}}> D_ {pitch} \ times stagiar}

 MtlanuglagemlaX>Dtlanuglage×portlanuvs.e{\ displaystyle \ M_ {pitch_ {max}}> D_ {pitch} \ times lift}

și

 MgeutemlaX>-Dgeute×trlaeunuee×păcat⁡(β){\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}}> - D_ {gite} \ times stagiar \ times \ sin (\ beta)}

 MgeutemlaX>Dgeute×portlanuvs.e×(cos⁡(β)+feunuesse(α)-1×păcat⁡(β)){\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}}> D_ {gite} \ times lift \ times (\ cos (\ beta) + finețe (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ sin (\ beta))}

Deci fiecare mers va avea o limită diferită.

Aur

 Fpotussee=trlaeunuee×cos⁡(β){\ displaystyle \ F_ {pushe} = stagiar \ times \ cos (\ beta)}

 Fpotussee=trlaeunuee{\ displaystyle \ F_ {thrust} = stagiar}

 Fpotussee=portlanuvs.e{\ displaystyle \ F_ {thrust} = lift}

 Fpotussee=portlanuvs.e×(păcat⁡(β)-feunuesse(α)-1×cos⁡(β)){\ displaystyle \ F_ {pushe} = ridicare \ times (\ sin (\ beta) -finesse (\ alpha) ^ {- 1} \ times \ cos (\ beta))}

prin urmare:

 MgeutemlaX>Dgeute×Fpotussee×păcat⁡(β)cos⁡(β){\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}}> D_ {gite} \ times F_ {pushe} \ times {\ frac {\ sin (\ beta)} {\ cos (\ beta)}}}

 MtlanuglagemlaX>Dtlanuglage×Fpotussee{\ displaystyle \ M_ {pitching_ {max}}> D_ {pitching} \ times F_ {pushing}}

 MtlanuglagemlaX>Dtlanuglage×Fpotussee{\ displaystyle \ M_ {pitching_ {max}}> D_ {pitching} \ times F_ {pushing}}

 MgeutemlaX>Dgeute×Fpotussee×păcat⁡(π-β-arctan⁡(feunuesse)){\ displaystyle \ M_ {gite_ {max}}> D_ {gite} \ times F_ {pushe} \ times \ sin (\ pi - \ beta - \ arctan (finețe))}

Ritmul nu este o variabilă de optimizare, ci o intrare de date. Este setat de navigator și depinde în mod firesc de direcția aleasă pentru a ajunge la destinația sa. Mersul variază de la aproape în sus în vânt, adică de la aproximativ 30 ° la 180 °.

Finetea unei pânze atunci când acționează în lift este comparabilă cu un profil subțire. Teoria profilelor subțiri oferă formula pentru finețe. Dar arhitectul naval sau marinarul, pentru a spori performanța velierului, vor căuta să aibă o finețe cât mai mare posibil (vezi paragraful fineței). Prin urmare, acest parametru este destul de ridicat prin proiectare.

Prin urmare, factorul este destul de independent de forță și variază puțin la o rată fixă. Dar suficient de variate pentru ca formula de aproape să arate că optimizarea performanței implică și optimizarea factorului de finețe. Această optimizare va oferi o setare diferită de setarea pură a puterii, numită finețe (vezi paragraful de finețe).  păcat⁡(π-β-arctan⁡(feunuesse))≈păcat⁡(π2-β){\ displaystyle \ \ sin (\ pi - \ beta - \ arctan (finesse)) \ approx \ sin \ left ({\ frac {\ pi} {2}} - \ beta \ right)}

Deci constrângerile sunt direct legate de tracțiune. Cu toate acestea, puterea fizică este direct legată de forță . Deci, puterea în sensul rectificării este direct legată de puterea în sens fizic. P=(Fpotussee)32×(1b)12{\ displaystyle P = (Fpoussee) ^ {\ frac {3} {2}} \ times \ left ({\ frac {1} {b}} \ right) ^ {\ frac {1} {2}}}

În cele din urmă, revenim la aceeași noțiune ca puterea fizică, cu cât este mai dificilă răsturnarea bărcii, cu atât barca susține o suprafață mare de pânză, cu atât este mai mare forța de propulsie, cu atât mai rapid este velierul, deci cu atât este mai mare este. puternic . Se înțelege că explicația rămâne un ghid de calcul și cititorul poate, dacă dorește să obțină formule mai complete, operând cu aproximări mai puțin severe decât cele făcute în acest ghid. Acest domeniu nu este popularizat pe scară largă și este puțin acoperit de literatură (vezi publicațiile științifice de la Universitatea din Southampton).

Pe de altă parte, vântul aparent este suma vectorială a vântului real minus viteza bărcii, matematica arată că:

Vvenutreel2=Vvenutlapplarenut2+Vveutesseblatelatu2-2×Vvenutlapplarenut×Vveutesseblatelatu×cos⁡(β-π){\ displaystyle {V_ {belly}} ^ {2} = {V_ {ventapparent}} ^ {2} + {V_ {speedboat}} ^ {2} -2 \ times V_ {ventapparent} \ times V_ {speedboat} \ ori \ cos (\ beta - \ pi)}

Formula arată clar câștigul potențial în vântul aparent, în funcție de viteza velierului; câștig potențial de care va profita barca cu pânze între apropiere și acoperire. Efortul propulsiv este determinat de: și viteza vântului . Fără a intra în detalii, forța pânzelor este compensată de gravitație, forțele hidrodinamice ale corpului și forța arhimediană. Prin urmare, prin includerea tuturor formulelor, este posibil să se determine viteza maximă a velierului cu o bună precizie în funcție de jocul și viteza sa. Software-ul care efectuează acest calcul se numește VPP-uri. Rezultatele arată că nava este cea mai rapidă în jurul virajului (acoperire largă până îngustă), adică zona în care se simte ridicarea velelor, precum și câștigul aparent al vântului, fără compensarea forțelor de înclinare (derivarea aducând o rezistență puternică a corpului) fiind prea mare. F=12×ρ×S×VS×Vvenut2{\ displaystyle F = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho \ times S \ times C \ times {V_ {vent}} ^ {2}}Vvenut=μ′kln⁡(z+z0z0){\ displaystyle V_ {vent} = {\ frac {\ mu '} {k}} \ ln \ left ({\ frac {z + z0} {z0}} \ right)}

Firul comun al ghidului de calcul este de a maximiza viteza velierului. Dar, în funcție de condițiile de drum, sunt posibile alte opțiuni, ceea ce duce la un alt tip de ajustare. Îmi vine în minte că setările vor fi diferite în timpul unei rafale de vânt sau că ghidul nu descrie un velier care se îndreaptă spre.

În realitate în vânt, este necesar să se respecte cel mai bine o incidență de 90 ° cu vântul aparent, destul de simplu pentru o navă mare cu braț, pe de altă parte, pentru vele din față, este mai delicat, chiar și cu stabilizatoare. Dar această condiție nu este respectată, astfel încât liftul nu este zero. Spectacolele sunt apoi mai puțin bune decât era de așteptat.

Această abordare este din partea navei, permite o mai bună înțelegere a ajustărilor și optimizărilor care trebuie făcute. Pentru arhitectul naval, același proces este realizat în plus prin utilizarea formulelor legate de această dată de corp; dacă arhitectul are resurse puternice, va putea face această optimizare nu mai mult în statică (viteza constantă a velierului și a vântului), ci în dinamică, adică capabil să includă mai mult sau mai puțin fenomenele foarte complexe și variabile de la marea (umflarea) și vântul (rafala).

Un moment este un efort multiplicat de pârghia sa. Prin urmare, pentru partea corpului, distanța trebuie să fie cât mai mare posibil și pentru pânzele cât mai mici. Marinarul are un control redus asupra lungimii brațelor manetei; cea mai mare parte a lucrărilor de optimizare va trebui, prin urmare, să fie făcută de către arhitectul naval pentru corpul (balastul de chilă) și pânzele pentru pânze. Desigur, această optimizare nu este independentă, este legată de alte elemente, este limitată de exemplu prin căutarea vânturilor la altitudine dând o forță propulsivă maximă. Rezultatul final va fi, prin urmare, unul dintre toate constrângerile:

• în direcția vântului, finețea va fi elementul major pentru navigator
• de vânt în direcție vânt, este de a minimiza brațul pârghiei centrul de greutate al navei, care va fi elementul major pentru vela.

Polarii „de putere” au o forță propulsivă maximă mai mare decât polii de „finețe”. Lâna velei care oferă rezistența maximă este pentru o adâncitură situată în spatele velei. Spre deosebire de setarea optimă a vântului, nu există o scădere bruscă a tracțiunii dacă jgheabul este așezat puțin prea departe. Așezarea velei este, prin urmare, mai largă, mai iertătoare.

Puterea velei depinde aproape exclusiv de partea efortului eolian care contribuie la avansarea navei (de-a lungul axei de viteză a navei sau a cursului peste sol), puterea prin abuz este asimilată părții efortului. avansarea navei. Așadar, aveți grijă, puterea este determinată de lâna velei. Polarele sunt independente de viteza aparentă a vântului; cu toate acestea, lista intervine doar pe velă pe parametrul vitezei, în consecință, lista nu este luată în considerare în polaritatea velelor ( idem pentru finețea unui polar de velă). Următoarea propoziție luând în considerare definițiile anterioare de finețe și putere nu este contradictorie. În direcția vântului, profilul de putere maximă nu este profilul de finețe maximă. O setare „putere” generează prea mult toc în direcția vântului, o eroare destul de standard.

Deși apropiată, noțiunea de putere (lista nu este luată în considerare), există sub mai multe forme:

• punctul polar al oricărui profil sau partea de forță velică care contribuie la avansarea navei este maximă;
• cel mai bun dintre polar (deci cel mai bun dintre profile) pentru o viteză dată, oferind o forță propulsivă maximă (partea din forța de navigație care contribuie la avansarea navei);
• momentul recuperării velierului.

Cazul mai multor pânze: rezolvarea multidimensională a problemelor

O barcă este rareori amenajată cu o singură pânză. Metoda anterioară pentru estimarea forței velice a fiecărei pânze nu va mai fi valabilă, dar va rămâne o bună aproximare.

Pânzele sunt adesea apropiate unele de altele. Se influențează reciproc. În cazul unei bărci cu pânze, pânza de prova (genova) va modifica fluxul de aer care ajunge pe pânza de corn. Genova poate înfășura vela de corn, la fel cum pânza de corn poate împiedica fluxul de aer al genovei să „iasă”.

Starea unui fluid constant și uniform stabil, necesară pentru tabelele care dau coeficientul aerodinamic nu mai este respectată.

Efectul cumulativ al mai multor vele pe o barcă poate fi atât pozitiv cât și negativ. Este bine cunoscut faptul că, în aceeași suprafață totală a velei, două vele bine reglate sunt mai eficiente decât una bine reglată. Două pânze pot crește forța cu 20%. Doar un model bidimensional modelează și explică fenomenul.

Această secțiune Cazul mai multor pânze va analiza ecuațiile termodinamice care permit calcularea forței vântului pe o pânză pentru o pânză rigidă, urmând o abordare euleriană. Aeroelasticitatea nu este deci discutată în această secțiune.

Ecuațiile lui Euler

Vela este aruncată în aer. Scopul este de a determina viteza (sau distribuția vitezei) în orice punct al spațiului.

Descriere euleriană

Viteza este derivata în raport cu timpul poziției particulei în spațiu. Abordarea clasică descrie comportamentul unei colete aeriene. Observatorul este plasat pe o bucată de aer, în mișcare. Mișcarea complotului este descrisă de poziția sa în funcție de timp: deci molevs.tule→=molevs.tule→(t){\ displaystyle {\ vec {molecule}} = {\ vec {molecule}} (t)}

V→=V→(molevs.tule→)=V→(t){\ displaystyle {\ vec {V}} = {\ vec {V}} ({\ vec {molecule}}) = {\ vec {V}} (t)}

Se alege o abordare euleriană , adică observatorul se află într-o poziție fixă ​​în spațiu.

Abordarea lui Euler este de a descrie ceea ce se întâmplă într-un punct precis al spațiului.

Deoarece există aer în fiecare punct al spațiului, fiecare punct din spațiu descrie comportamentul aerului în acel punct. Cu toate acestea, în acest punct precis al spațiului, parcelele sunt doar trecătoare. În fiecare moment „t”, nu este deci niciodată aceeași parcelă de aer care este descrisă.

Poziția fixă ​​a spațiului este: OM→{\ displaystyle {\ vec {OM}}}

dOM→dt=U→(OM→,t){\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} {\ vec {OM}}} {\ mathrm {d} t}} = {\ vec {U}} ({\ vec {OM}}, t)} cu OM→(t=0)=OM→0{\ displaystyle {\ vec {OM}} (t = 0) = {\ vec {OM}} _ {0}}

Când graficul trece prin punct , deci la t = 0 OM→{\ displaystyle {\ vec {OM}}}

U→(OM→0,0)=V→(0){\ displaystyle {\ vec {U}} ({\ vec {OM}} _ {0}, 0) = {\ vec {V}} (0)}

Așadar, acordarea valorii vitezei fiecărei parcele de aer din spațiu este exact echivalentă cu acordarea valorii vitezei în fiecare punct al spațiului.

Această schimbare de punct de vedere modifică toate ecuațiile obișnuite. Calculul accelerației conform punctului de vedere eulerian este după cum urmează:

γ→=d2OM→dt2=ddOM→dt→dt=dU→(OM→,t)dt=dU→(OM(t)→,t)dt=∂U→∂t+dOM→dt.grlad(U→){\ displaystyle {\ vec {\ gamma}} = {\ frac {d ^ {2} {\ vec {OM}}} {dt ^ {2}}} = {\ frac {d {\ vec {\ frac { d {\ vec {OM}}} {dt}}}} {dt}} = {\ frac {d {\ vec {U}} ({\ vec {OM}}, t)} {dt}} = { \ frac {d {\ vec {U}} ({\ vec {OM (t)}}, t)} {dt}} = {\ frac {\ partial {\ vec {U}}} {\ partial t} } + {\ frac {d {\ vec {OM}}} {dt}}. grad ({\ vec {U}})}

γ→=∂U→∂t+U→.grlad(U→){\ displaystyle {\ vec {\ gamma}} = {\ frac {\ partial {\ vec {U}}} {\ partial t}} + {\ vec {U}}. grad ({\ vec {U}} )}}

Conform altor notații: γ→=dU→dt=∂U→∂t+(U→.∇→)U→=∂U→∂t+∇→⋅(U→⊗U→){\ displaystyle {\ vec {\ gamma}} = {\ frac {d {\ vec {U}}} {dt}} = {\ frac {\ partial {\ vec {U}}} {\ partial t}} + \ left ({\ vec {U}}. {\ vec {\ nabla}} \ right) {\ vec {U}} = {\ frac {\ partial {\ vec {U}}} {\ partial t} } + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left ({\ vec {U}} \ otimes {\ vec {U}} \ right)}

Ecuațiile finale

Ecuațiile de conservare a impulsului , conservarea masei și conservarea energiei formează sistemul ecuațiilor lui Euler care guvernează fluxurile:

∂ρ∂t+∇→⋅(ρU→)=0{\ displaystyle {\ frac {\ partial \ rho} {\ partial t}} + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot (\ rho {\ vec {U}}) = 0} ∂ρU→∂t+∇→⋅(ρU→⊗U→)=-∇→p+∇→⋅τ→→+ρf→{\ displaystyle {\ frac {\ partial \ rho {\ vec {U}}} {\ partial t}} + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left (\ rho {\ vec {U}} \ otimes {\ vec {U}} \ right) = - {\ overrightarrow {\ nabla}} p + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} + \ rho {\ vec {f}}} ∂(ρe)∂t+∇→⋅[(ρe+p)U→]=∇→⋅(τ→→⋅U→)+ρf→⋅U→-∇→⋅q˙→+r{\ displaystyle {\ frac {\ partial \ left (\ rho e \ right)} {\ partial t}} + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left [\; \ left (\ rho e + p \ dreapta) {\ vec {U}} \; \ right] = {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left ({\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} \ cdot {\ vec {U}} \ dreapta) + \ rho {\ vec {f}} \ cdot {\ vec {U}} - {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot {\ vec {\ dot {q}}} + r}

În aceste ecuații:

• t{\ displaystyle t}reprezintă timpul (unitatea SI: s );
• ρ{\ displaystyle \ rho}denotă densitatea fluidului (unitate SI: kg m −3 );
• U→{\ displaystyle {\ vec {U}}}denotați viteza euleriană a unei particule fluide (unitate SI: ms −1 );
• p{\ displaystyle p}denotă presiunea (unitatea SI: Pa );
• τ→→{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}}}este tensorul tensiunilor vâscoase (unitatea SI: Pa ) (vezi Reologie );
• f→{\ displaystyle {\ vec {f}}}indicați rezultanta forțelor de masă exercitate în fluid (unitate SI: N kg −1 );
• e{\ displaystyle e}este energia totală pe unitate de masă (unitatea SI: J kg −1 );
• q˙→{\ displaystyle {\ vec {\ dot {q}}}}este fluxul de căldură pierdut prin conducție termică (unitatea SI: J m −2  s −1 );
• r{\ displaystyle r}reprezintă pierderea volumică de căldură datorată radiației (unitatea SI: J m −3  s −1 ).

Explicaţie

Conservarea impulsului

Pentru o cantitate elementară de aer, se aplică principiul fundamental al dinamicii : există conservarea impulsului. În cazul observatorului fixat pe coletul aerian, ecuația este:

d(mV→)dt=∑F→eu{\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} (m {\ vec {V}})} {\ mathrm {d} t}} = \ sum {{\ vec {\ mathrm {F}}} _ {i }}} ;

sau

• F→eu{\ displaystyle {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {i}}desemnează forțele externe exercitate asupra obiectului;
• m este masa cantității elementare de aer;
• V→{\ displaystyle {\ vec {V}}}corespunde vitezei centrului său de inerție G.

Punctele forte sunt:

• forțele de presiune care acționează pe toate fețele cantității elementare de aer;
• forțele electromagnetice care acționează asupra întregului volum al cantității elementare de aer;
• forțele gravitaționale care acționează asupra întregului volum al cantității elementare de aer;
• forțele de frecare (sau vâscoase când solidul nu mai este solid) pe toate fețele cantității elementare de aer;
• forțe de masă (radiația termică, de exemplu, al cărei efect este expansiunea).

În cazul unui punct de vedere eulerian, nu se cunoaște masa care trece prin punctul pe de altă parte, în acest moment există o anumită densitate a aerului. Densitatea aerului este definită deOM→{\ displaystyle {\ vec {OM}}}m=ρ×voltume{\ displaystyle \; m = \ rho \ times volume}

Forțele nu mai sunt exprimate pentru o masă dată, ci exprimate pentru un volum dat.

Punctele forte sunt:

• presiune -∇→p{\ displaystyle - {\ overrightarrow {\ nabla}} p}
• frecare (vâscozitate) ∇→⋅τ→→{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}}}
• alte forțe de masă ρf→{\ displaystyle \ rho {\ vec {f}}}

De aici ecuația pentru conservarea impulsului eulerian ∂ρU→∂t+∇→⋅(ρU→⊗U→)=-∇→p+∇→⋅τ→→+ρf→{\ displaystyle {\ frac {\ partial \ rho {\ vec {U}}} {\ partial t}} + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left (\ rho {\ vec {U}} \ otimes {\ vec {U}} \ right) = - {\ overrightarrow {\ nabla}} p + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} + \ rho {\ vec {f}}}

Ecuația impulsului în cazul unui fluid se numește ecuațiile Navier-Stokes .

Conservarea masei

Noua variabilă de densitate care trebuie rezolvată necesită o nouă ecuație. Densitatea poate varia; pe de altă parte, masa cantității mici de aer nu variază deloc . Matematica demonstrează că pentru un observator fixat în complot este echivalent cu un observator fixat în spațiu. Această ecuație se numește ecuația de conservare a masei ( ecuația de continuitate ). ρ{\ displaystyle \; \ rho}m=ρ×voltume=vs.onustlanute{\ displaystyle \; m = \ rho \ times volume = constant}m=vs.onustlanute{\ displaystyle \; m = constant}∂ρ∂t+∇→⋅(ρU→)=0{\ displaystyle {\ frac {\ partial \ rho} {\ partial t}} + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot (\ rho {\ vec {U}}) = 0}

Conservarea Energiei

Energia nu se volatilizează. Primul principiu al termodinamicii se aplică cantității elementare de aer, și anume:

ΔE=ΔEeu+ΔEvs.+ΔEp=W+Î{\ displaystyle \ Delta E = \ Delta Ei + \ Delta Ec + \ Delta Ep = W + Q \,}

• ΔE{\ displaystyle \ Delta E \,} este schimbarea totală de energie a sistemului.
• ΔEeu{\ displaystyle \ Delta Ei \,}este variația energiei interne a sistemului; adică propria energie corespunzătoare energiilor potențiale cinetice și microscopice ale particulelor care o constituie
• ΔEvs.{\ displaystyle \ Delta Ec \,}este variația energiei cinetice la scara macroscopică (mișcarea sistemului într-un cadru de referință dat).
• ΔEp{\ displaystyle \ Delta Ep \,}este variația energiei potențiale pe o scară macroscopică, a sistemului care interacționează cu câmpuri gravitaționale sau electromagnetice.
• W{\ displaystyle W \,}este partea energiei care corespunde muncii schimbate cu mediul extern. Lucrarea nu este o funcție de stare , ci un mod de transfer ordonat de energie între mediul extern și a sistemului.
• Î{\ displaystyle Q \,}este cantitatea de energie adusă în joc sub formă de căldură . Se transmite în esență prin trei procese de schimb de căldură: conducție termică , convecție , radiații . Căldura nu este, de asemenea, o funcție a stării, ci un mod microscopic dezordonat de transfer de energie. Este într-un fel un transfer de agitație termică între sistem și mediul extern, care este prin natura sa dezordonat.

Prin urmare, aceasta înseamnă că, dacă energia unui sistem variază, înseamnă că a existat un schimb de energie între acesta și mediul extern sub formă de muncă sau căldură sau ambele în același timp.

Energia pe unitate de volum (unde este energia pe unitate de masă) este o variabilă de stare termodinamică. E=ρe{\ displaystyle \; E = \ rho e}e{\ displaystyle \; e}

Pentru o mică modificare a energiei, ecuația este (): dE=δW+δÎ{\ displaystyle \; dE = \ delta W + \ delta Q}

Din punct de vedere eulerian:

δÎ=trlanusfert de vs.hlaletur+rlayonunuemenut=-∇→⋅q˙→+r{\ displaystyle \ delta Q = transfer \ of \ heat + radiation = - {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot {\ vec {\ dot {q}}} + r}δW=trlavlaeul de lla presseuonu+trlavlaeul des efforts veusqtuetuX+trlavlaeul des efforts de mlasse (grlaveute , elevs.tromlagnueteusme){\ displaystyle \ delta W = lucru \ de \ presiune + lucru \ de \ eforturi viscoase + lucru \ de \ eforturi \ de \ masă \ (gravitație \, \ electromagnetism)} =-∇→⋅[pU→]+∇→⋅(τ→→⋅U→)+ρf→⋅U→{\ displaystyle = - {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left [\; p {\ vec {U}} \; \ right] + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left ({\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} \ cdot {\ vec {U}} \ right) + \ rho {\ vec {f}} \ cdot {\ vec {U}}} dE=∂(ρe)∂t+∇→⋅[ρeU→]{\ displaystyle dE = {\ frac {\ partial \ left (\ rho e \ right)} {\ partial t}} + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left [\; \ rho e {\ vec { Ai dreptate]} De unde ∂(ρe)∂t+∇→⋅[(ρe+p)U→]=∇→⋅(τ→→⋅U→)+ρf→⋅U→-∇→⋅q˙→+r{\ displaystyle {\ frac {\ partial \ left (\ rho e \ right)} {\ partial t}} + {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left [\; \ left (\ rho e + p \ dreapta) {\ vec {U}} \; \ right] = {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot \ left ({\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} \ cdot {\ vec {U}} \ dreapta) + \ rho {\ vec {f}} \ cdot {\ vec {U}} - {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot {\ vec {\ dot {q}}} + r}  

Sistemul celor trei ecuații precedente nu este încă rezolvabil. Sunt încă prea multe necunoscute: , , , , . Va fi necesar să adăugați ecuații precum ecuația de stare a fluidului . e{\ displaystyle e}q˙→{\ displaystyle {\ vec {\ dot {q}}}}τ→→{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}}}f→{\ displaystyle {\ vec {f}}}r{\ displaystyle r}

Ecuații complementare

Ecuațiile complementare vor face posibilă stabilirea unui set de ecuații rezolvabile. Unele ecuații au fost simplificate, efectele au fost neglijate.

Ecuațiile complementare sunt:

• aerul nu radiază semnificativ: r=0{\ displaystyle \; r = 0}
• La fel, aerul se încălzește cu greu ( adiabatic )q˙→=0→{\ displaystyle {\ vec {\ dot {q}}} = \; {\ vec {0}}}
• forțele externe sunt neglijate sau zero: fără gravitație, fără forță electromagnetică ... f→=0→{\ displaystyle \; {\ vec {f}} = {\ vec {0}}}
• În ceea ce privește solidele cu Legea lui Hooke , ipoteza lui Newton se aplică fluidelor: relație de proporționalitate între tensorul tensiunilor vâscoase și tensiunea tensiunilor. are deci următoarea formă:τ→→{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}}}

τ→→=μ[(∇→⊗U→)+(∇→⊗U→)trlanuspose]+η(∇→⋅U→)Eu→→{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} = \ mu \ left [\ left ({\ overrightarrow {\ nabla}} \ otimes {\ vec {U}} \ right) + \ left ({\ overrightarrow {\ nabla}} \ otimes {\ vec {U}} \ right) ^ {transpose} \ right] + \ eta \ left ({\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot {\ vec {U}} \ right ) \; {\ overrightarrow {\ overrightarrow {I}}}}

• Pentru ecuația energiei, vâscozitatea este neglijabilă, iar aerul este considerat un gaz ideal .τ→→=0{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} = 0}

Un gaz este perfect atunci când: cu pVol=NURT{\ displaystyle \; pVol = NRT}

• p este presiunea gazului (în pascali );
• Vol este volumul ocupat de gaz (în metri cubi );
• N este numărul de particule, cantitatea de materie este în moli
• R este constanta universală a gazelor ideale , R = 8.314 472  J K −1  mol −1
• T este temperatura absolută (în Kelvin ).

Energia internă urmează apoi relația cu:Eeu=1γ-1pρ{\ displaystyle \; Ei = {\ frac {1} {\ gamma -1}} {\ frac {p} {\ rho}}}γ=VSp/VSv,R=VSp-VSv{\ displaystyle \; \ gamma = C_ {p} / C_ {v}, \, R = C_ {p} -C_ {v}} La fel ca energia cinetică și energia potențială: energia totală este pe deplin determinată. Ecuația energetică depinde de variabile . Dacă este constantă, atunci ecuația energetică este o ecuație superfluă și, prin urmare, poate fi eliminată din sistemul de ecuații care trebuie rezolvat.Evs.=12×ρ×U2{\ displaystyle \; Ec = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho \ times U ^ {2}}Ep=ρ g×z{\ displaystyle \; Ep = \ rho \ g \ times z}E{\ displaystyle \; E} ρ U p{\ displaystyle \ \ rho \ U \ p}ρ{\ displaystyle \; \ rho}

Camp

Spațiul în care este scufundată pânza se numește domeniu. Domeniul este întregul univers (infinit) sau o parte a spațiului (finit). Pentru un domeniu finit, dimensiunile acestui domeniu trebuie să fie adecvate. Vântul trebuie să se poată deranja în liniște în jurul pânzei. O suprafață de cel puțin trei până la patru ori dimensiunea velei este minimă. Vela este poziționată, desigur, în domeniu și mai degrabă în mijlocul domeniului pentru a evita efectele de margine. Evident, pânza are o incidență mai mult sau mai mică în raport cu vântul.

Domeniul finit este adesea utilizat în simulare (rezoluție digitală) și în teste ( tunel de vânt ). Dreptunghiul (în două dimensiuni) și dreptunghiul paralelepiped (în trei dimensiuni) sunt deseori alese în rezoluție digitală.

Condiții la limite

Cazul modelării noastre este reprezentat de următoarele condiții:

• vânt

viteza la terminalele de intrare a domeniului în amonte de pânză este constantă și nu zero U→=Vla→{\ displaystyle \; {\ vec {U}} = {\ vec {Va}}}

• prezența unuia sau mai multor voaluri este condiția

viteza este zero pe vela cu .Uvoeule-laeur→=0→{\ displaystyle \; {\ vec {U_ {voile-air}}} = \; {\ vec {0}}}Uvoeule-laeur→=U→+Uvoeule-mer→{\ displaystyle {\ vec {U_ {voile-air}}} = {\ vec {U}} + {\ vec {U_ {voile-mer}}}} Dacă pânza este fixă .U→=0→{\ displaystyle \; {\ vec {U}} = \; {\ vec {0}}}

• în aval, foarte departe de pânză, pânza nu mai are niciun efect sau influență asupra fluidului

tensiune zero la ieșirile marginilor domeniului în aval de pânză τ→→=0{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} = 0}

În rezoluțiile clasice, vela este considerată rigidă și cu viteză constantă.

Tachelajele, lucrările moarte și suprastructura pot fi, de asemenea, incluse și sunt considerate rigide și se deplasează cu aceeași viteză la viteză constantă ca pânzele.

De asemenea, marea poate fi adăugată, dar considerată ca plată.

Condițiile sunt:

• Uvoeule-sol→=VSonustlanut→=Ugreemenut-sol→=Uoetuvremorte-sol→...{\ displaystyle \; {\ vec {U_ {veil-sol}}} = \; {\ vec {Constant}} = {\ vec {U_ {greement-sol}}} = {\ vec {U_ {uvremort-sol }}} ...},
• merX=mery=0{\ displaystyle \; mer_ {x} = mer_ {y} = 0}.

O pânză este întotdeauna puțin elastică. Această elasticitate duce la fenomene numite Aeroelasticitate, cel mai cunoscut marinar fiind slăbirea. Adică profilul velei nu mai este fix, ci devine o variabilă care trebuie rezolvată. Pentru cititorul interesat de aceste fenomene, vă rugăm să consultați următorul articol:

Simplificare

Ecuațiile care trebuie rezolvate sunt prea complexe pentru computerele noastre actuale. Ele trebuie simplificate.

Simplificările făcute în general sunt:

• Deoarece viteza vântului este mult mai mică decât viteza sunetului ( numărul Mach ), aerul nu se comprimă cu greuρ=VSonustlanute{\ displaystyle \; \ rho = Constant}
• Debitul este staționar ∂U→∂t=0{\ displaystyle {\ frac {\ partial {\ vec {U}}} {\ partial t}} = 0}
• Cea mai importantă simplificare: vela este considerată rigidă

Acest lucru va ajuta la rezolvarea ecuațiilor Navier-Stokes . Celelalte ecuații simplificate sunt:

• ecuația conservării masei ∇→⋅(U→)=0{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ nabla}} \ cdot ({\ vec {U}}) = 0}

prin urmare τ→→=μ[(∇→⊗U→)+(∇→⊗U→)trlanuspose]+0{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {\ tau}}} = \ mu \ left [\ left ({\ overrightarrow {\ nabla}} \ otimes {\ vec {U}} \ right) + \ left ({\ overrightarrow {\ nabla}} \ otimes {\ vec {U}} \ right) ^ {transpose} \ right] +0}

• conservarea ecuației impulsului ρU→⋅(∇→U→)=-∇→p+μ∇2U→{\ displaystyle \ rho {\ vec {U}} \ cdot ({\ overrightarrow {\ nabla}} {\ vec {U}}) = - {\ overrightarrow {\ nabla}} p + \ mu \ nabla ^ {2 } {\ vec {U}}}
• Condiții de frontieră

Numărul lui Reynolds

Să aducem modificări următoarelor variabile:

X′=XB , y′=yB , z′=zB{\ displaystyle \; x '= {\ frac {x} {B}} \, \ y' = {\ frac {y} {B}} \, \ z '= {\ frac {z} {B}} } U′=UVla{\ displaystyle \; U '= {\ frac {U} {Va}}} p′=pρ×Vla2{\ displaystyle \; p '= {\ frac {p} {\ rho \ times Va ^ {2}}}}

cu

B{\ displaystyle \; B} lungimea marginii velei Vla{\ displaystyle \; Va} vânt aparent sau vânt fără sfârșit (sau marginea amonte a domeniului)

Ecuația pentru conservarea impulsului devine: U′→⋅(∇→U′→)=-∇→p′+μρ×Vla×B∇2U′→{\ displaystyle {\ vec {U '}} \ cdot ({\ overrightarrow {\ nabla}} {\ vec {U'}}) = - {\ overrightarrow {\ nabla}} p '+ {\ frac {\ mu } {\ rho \ times Va \ times B}} \ nabla ^ {2} {\ vec {U '}}}

Re=ρ×Vla×Bμ{\ displaystyle \; Re = {\ frac {\ rho \ times Va \ times B} {\ mu}}}se numește numărul Reynolds. Această transformare arată că la un număr identic al lui Reynolds comportamentul velei este identic.

Numărul Reynolds este raportul dintre forțele de inerție și forțele vâscozităților.

de unde

U′→⋅(∇→U′→)=-∇→p′+∇2U′→Re{\ displaystyle {\ vec {U '}} \ cdot ({\ overrightarrow {\ nabla}} {\ vec {U'}}) = - {\ overrightarrow {\ nabla}} p '+ {\ frac {\ nabla ^ {2} {\ vec {U '}}} {Re}}}

Performanțele (glisare, ridicare, finețe ...) nu sunt legate de dimensiunea velei. Performanța unei pânze este identică cu factorul de scală pentru aceeași pânză de dimensiuni mici (sau chiar dimensiunea unei pânze de barcă model), atâta timp cât numerele Reynolds sunt aceleași în ambele cazuri. Ca o consecință practică a acestei caracteristici a ecuației Navier-Stokes, nu este nevoie să testați o velă de dimensiuni mari, dar testul se poate face pe un model la scară al velii, prin urmare tunelul de vânt necesar. Va fi mult mai mic ca mărime și, prin urmare, în cele din urmă teste mult mai puțin costisitoare.

Numărul Reynolds este pentru o navă, ceea ce este numărul Froude pentru o navă.

Rezoluţie

Rezolvați doar ecuația mișcării. Viteza în orice punct al domeniului este rezolvată. Acest rezultat va face posibilă calcularea, datorită ecuației de mișcare, a presiunii în orice punct. Energia este apoi ușor calculată.

Rezolvarea unei astfel de ecuații complexe nu are încă o soluție analitică ( Millennium Price Problems ). Pe de altă parte, datorită computerelor, valorile numerice sunt calculate. Software-ul care rezolvă ecuații diferențiale se bazează adesea pe metoda elementelor finite . Este o metodă care oferă o soluție numerică aproximativă a ecuației. Câmpul este tăiat în bucăți mici (discretizare). Ecuația este „rezolvată” pentru fiecare piesă. O piesă trebuie să fie mică în comparație cu dimensiunile velei pentru a fi realistă. Cu cât numărul pieselor este mai mare, cu atât rezultatul este mai precis.

La fel, cu cât suprafața este mai mare în comparație cu dimensiunile velei, cu atât modelarea este mai realistă.

Bucăți mici și un domeniu mare explodează timpii de calcul.

Software-ul reușește să găsească soluții digitale pentru modelarea bidimensională. Pe de altă parte, în trei dimensiuni, software-ul are dificultăți în a converge către o soluție, există prea multe turbulențe care destabilizează rezoluția digitală.

Originea dificultății de rezolvare

Paradoxul lui D'Alembert , pur și simplu exprimă că , fără vâscozitate, nu există lift. Vâscozitatea este un element al ordinului al doilea, adică al doilea ordin nu mai este ușor de neglijat. Rugozitatea pereților, de exemplu, nu mai este lipsită de influență. Cu toate acestea, introducerea vâscozității introduce fenomenul de vortex sau turbulență. Turbulența este un fenomen foarte instabil.

Dacă observațiile precedente sunt valabile și pentru o aripă de avion, cazul aripii este mai complicat. O pânză este flexibilă.

Strat limită

Forma generală (sau distribuția vitezei) fluxului se datorează prezenței pânzei. Aerul urmează profilul mai mult sau mai puțin bine. Dar vâscozitatea complică foarte mult fluxul. În 1904, Ludwig Prandtl a explicat totuși că vâscozitatea unui fluid joacă un rol doar într-o zonă apropiată de perete. În această zonă apropiată de perete (unde ecuația Bernoulli nu mai este respectată), viteza aerului, zero pe navă, trece rapid la o valoare în care ecuația Bernoulli este din nou respectată.

Această zonă în care vâscozitatea este predominantă se numește stratul limită . Fluxul este astfel împărțit în două regiuni. Prima, la exterior, este regiunea în care fluxul fluidului nu este afectat de vâscozitate (majoritatea spațiului), cealaltă regiune, apropiată de suprafețe, este regiunea în care joacă vâscozitatea. Un rol important („stratul limită”). Acest strat limită este, prin urmare, volumul spațiului din jurul pânzei delimitat de:

• Suprafața pânzei unde U→=0{\ displaystyle {\ vec {U}} = 0}
• Locusul punctelor în care viteza nu mai este încetinită datorită vâscozității aerului (dar unde este variabilă datorită fluxului și unde este supusă ecuației Bernoulli ). În practică, acest criteriu este redus la , fiind viteza în afara stratului limită .U→=0,99×VeXt{\ displaystyle {\ vec {U}} = 0 {,} 99 \ ori V_ {ext}}VeXt{\ displaystyle V_ {ext}}

La marginea anterioară a pânzei (sau a pufului ) vitezele se schimbă foarte rapid; în calculele numerice, discretizarea în jurul acestei margini de conducere trebuie, prin urmare, să fie strânsă pentru a da rezultate realiste.

Consecințe ulterioare, aplicând o aproximare a analizei la scară pentru fiecare regiune, ecuațiile care guvernează fluxul vântului în domeniu pot fi simplificate. Stratul de graniță are propriul set de ecuații simplificate de rezolvat, diferă de setul de ecuații simplificate din restul domeniului. Această metodă este o modalitate de a ocoli insolvența analitică actuală a ecuațiilor ecuațiilor Navier-Stokes .

De facto , în afara stratului limită, fluxul este staționar, iar analiza scalei confirmă ipoteza simplificatoare că aerul poate fi considerat incompresibil ( ). ∂U→∂t=0{\ displaystyle {\ frac {\ partial {\ vec {U}}} {\ partial t}} = 0}ρ=VSonustlanute{\ displaystyle \; \ rho = Constant}

De facto, fenomenele instabile ( turbulența ) se află exclusiv în stratul limită. Pentru a modela stratul limită este de a modela turbulențele .

Un punct este spinos: grosimea stratului limită. Este dificil de controlat. De asemenea, trebuie remarcat faptul că există două stări ale stratului limită: starea laminară și starea turbulentă (această stare turbulentă a stratului limită nu declanșează neapărat turbulența fluxului extern (este chiar adesea invers), adică debitul este mai puțin turbulent - uneori mult mai puțin - atunci când stratul limită este turbulent) (vezi despre acest subiect articolul criza de tragere a sferei și a cilindrului ), elementele declanșând tranziția stratului limită de la un regim la altul fiind numărul Reynolds și anumite particularități ale organelor - formele și rugozitatea -). De asemenea, se poate observa că stratul limită devine mai gros atunci când trece de la regimul laminar la regimul turbulent și mai puțin gros cu creșterea numărului Reynolds.

În metodele actuale de rezoluție, dimensiunea stratului limită este definită în mod arbitrar de către practicant în funcție de experiență. Deoarece fenomenul nu este bine înțeles, practicantul poate face aproximări aproximative și atunci dimensiunea stratului limită nu corespunde realității fizice.

Evoluția stratului limită

La un număr redus de Reynolds, forțele vâscoase sunt predominante. Aerul este lipit de velă, stratul limită este mic. Debitul este laminar.

La un număr mare de Reynolds, forțele de inerție sunt preponderente, astfel încât efectul vâscos este mic. Adică, aerul, odată lansat, are o puternică tendință de a continua să se miște în linie dreaptă. Aerul este deviat numai atunci când întâlnește o masă solidă: vela. Aerul nu se mai lipeste de fața de sub vânt, aerul este ridicat. Volumul stratului limită este enorm. Debitul este turbulent.

Zona în care aerul este ridicat se numește zona moartă. Zona moartă scade cu aceeași cantitate cu zona în care se aplică efectul de ridicare. În direcția vântului, întreaga față de scufundare este ridicată și, prin urmare, nu are niciun efect de propulsor.

Teorie și abordare mai simplă

Prin urmare, domeniul este împărțit în două părți: stratul de graniță și restul domeniului. Teoriile și abordările au încercat să ocolească dificultatea actuală a rezoluției analitice sau a rezoluției sale numerice care necesită prea multă putere de calcul.

Teorie în afara stratului limită

În general, aceste teorii consideră că vâscozitatea nu mai are efect. Prin urmare, viscozitatea este suprimată în aceste teorii.

Se fac simplificări și aproximări, se evidențiază două teorii, acestea sunt:

• teoria profilelor subtiri .
• teoria potentialului viteza fluxurilor , mai complexă decât cea anterioară

Pentru o navă, aceste teorii se aplică numai pentru incidențe scăzute, adică nu există turbulențe. Teoria descrie comportamentul în vânt, dar nu o vela în vânt. Vela este aproape întotdeauna considerată rigidă pentru a ușura calculul.

Teoria straturilor limită

În general, ecuațiile Navier-Stokes sunt simplificate de ecuațiile Ludwig Prandtl , care sunt puțin mai rezolvabile, menținând în același timp o mare parte a efectului turbulent. Prin crearea noțiunii de două regiuni din domeniu, stratul de limită (sau zona în care se simte vâscozitatea) și restul domeniului (majoritatea domeniului) și prin simplificarea puțin a ecuațiilor (trecem de la ecuație eliptic la diferențial parabolic), ecuațiile simplificate devin rezolvabile (vezi articolul de pe stratul limită ).

Înțelegerea stratului limită înseamnă, de asemenea, înțelegerea turbulenței . Abordări mai complexe încearcă să modeleze turbulența . Turbulențele au fost studiate pentru a o înțelege de secole. Unele abordări nu doar modelează stratul de graniță, ci se aplică întregului domeniu. Abordările pot fi atât digitale, cât și analitice.

La fel, pânzele sunt considerate a fi rigide, pentru a ușura calculul. Nu este neobișnuit ca practicantul să utilizeze pentru rezolvarea problemei un set de ecuații specifice pentru stratul de graniță și un alt set de ecuații pentru restul domeniului. Practicantul trebuie să fie atent la condițiile care permit trecerea de la un set de ecuații la altul, adică la condițiile limită referitoare la marginea stratului limită.

Profilul pânzei

O pânză este în general flexibilă, rare sunt pânzele rigide precum turbosail . Vela nu este o simplă bucată de țesătură, o pânză plată are performanțe slabe în direcția vântului, adică un efect de ridicare redus. Provocarea este de a defini o formă de velă (sau un profil) care să permită cele mai bune performanțe, adică cea mai bună ridicare în funcție de condițiile mării și ale vântului. Greutatea velei intră în joc și pentru probleme de stabilitate a navei, dar nu și pentru performanțe aerodinamice. Omologul căutării utilizării puținului material pentru a face o navă este că acest material este foarte stresat și, prin urmare, îmbătrânește rapid. Pe măsură ce îmbătrânește, materialul navei nu mai are caracteristicile sale fizice inițiale, alungirea, rigiditatea etc. apărea.

Vela rigidă

O așa-numită navă „rigidă” poate avea un singur profil sau mai multe profiluri în serie (aripă + unul sau două clapete reglabile), precum cele ale catamaranelor din clasa C. S-au făcut multe studii pe profile rigide. Cele mai cunoscute sunt studiile efectuate de NASA (ex NACA ), ale căror profiluri sunt bine cunoscute.

Dacă alegerea profilului este bine stăpânită în cazul unei vele rigide, cazul unei vele flexibile este încă foarte puțin înțeleasă și se bazează în principal pe teste în situație reală (sau într-un tunel de vânt) și / sau know-how. navigatori. Este suficient să ne referim la paragrafele precedente pentru a vedea limitele cunoștințelor și abilităților noastre actuale pe această temă. Calculul analitic abia începe să înțeleagă profilurile rigide.

Voal flexibil

Vela flexibilă se referă la majoritatea cazurilor. Flexibilitatea este un avantaj, dar are câteva dezavantaje. Odată ce vântul este stabilit și vela este bine reglată, vela preia profilul oferit de producător. Vela este alcătuită dintr-un ansamblu mai mult sau mai puțin sofisticat de țesături. Pentru a asigura un profil care să corespundă profilului dorit de velier, velierul rigidizează profilul folosind lamele. Prin definiție, țesătura este un material fin, prin urmare, cu puțin material. Materialul sub forța vântului se va întinde și, prin urmare, se va prelungi. Dacă materialul se prelungește, profilul velei se va schimba. În prezent, navigatorii caută țesături (Mylar, carbon, kevlar, vectran etc.) care să fie cât mai puțin elastice posibil.

Flexibilitatea și elasticitatea materialelor reprezintă atât o mare problemă, cât și un mare avantaj.

Problemă

Profilele navelor sunt trasate de computer și simulate de computer, desigur, un test de tunel eolian este cea mai bună soluție, dar este foarte costisitor și consumă mult timp. Problema cu flexibilitatea pânzei și a celorlalte elemente (giulgi, catarg, linii) este că forma dorită a pânzei nu este respectată, pânza se deformează constant sub acțiunea variabilă a vântului. Deci profilul nu are performanța scontată. Pot apărea zone moarte (zone de recirculare), reducând astfel performanța velei.

Avantaj

Un profil este adaptat la starea vântului sau la viteza vântului. Profilul optim pe vreme ușoară nu este profilul optim pe vreme grea. Pe vreme slabă există puține valuri, astfel încât viteza bărcii este uniformă, prin urmare vântul aparent este stabil. Pe vreme rea barca se opune valurilor, vântul se instalează în rafale. Prin urmare, vântul aparent este foarte schimbător. Cazul ideal ar fi că profilul velei evoluează în funcție de condițiile meteorologice, adică în funcție de viteza vântului aparent. Datorită flexibilității țesăturii, pânza poate schimba forma. Datorită acestui fapt, velei proiectează vele care își schimbă forma în funcție de forța vântului. Acesta este cazul pânzelor cu profil dublu utilizate în windsurfing.

Proiectarea profilului

Alegerea și designul profilului este o metodă iterativă. Această abordare se numește VPP (Velocity Prediction Program). Această metodă constă din cinci faze. Fiecare fază va face un studiu mai mult sau mai puțin detaliat din partea velierului. Metoda trebuie, desigur, să fie adaptată pentru un nou set de vele pe un velier existent.

Prima fază este alegerea montajului (în afara scopului acestui articol).

A doua fază este alegerea unei condiții de rulare pentru barcă:

• ademenire
• viteza vântului

A treia fază este alegerea

• unul sau mai multe profiluri
• și parametrii care urmează să fie optimizați.

Luați în considerare o barcă cu vele în direcția vântului, alegerea unui profil de pornire ar putea fi unul dintre profilurile NACA 0009 până la 0018. Viteza aparentă a vântului va permite ca profilul NACA să fie luat cu cel mai mare coeficient de ridicare.

Dar viteza aparentă a vântului depinde de viteza bărcii. Viteza bărcii depinde de forțele pânzelor și de profilul corpului (rezistența la mișcarea înainte și lista bărcii).

Desigur, profilul NACA va fi răsucit pentru a avea un profil de incidență constant (a se vedea paragraful anterior). De asemenea, se alege o formă sau forme posibile ale jgheabului, adică utilizarea sau nu a lamelelor, pentru a reduce rezistența la incident. De asemenea, trebuie să ne punem întrebarea:

Optimizarea se referă la fiecare pânză sau la setul complet de pânze. Alți parametri pot fi luați în considerare, cum ar fi:

• elasticitatea pânzei,
• modificarea coeficientului de ridicare în funcție de unghiul de atac,
• locația punctului velic care creează călcâiul,
• stabilitatea performanței velei în ciuda variației condițiilor, de exemplu vântul (viteza și direcția)
• în funcție de rafinamentele programului, accesoriile, precum și partea hidrodinamică pot fi parțial incluse în optimizare. Adică, luați în considerare interacțiunile șireturilor pe pânză. Deformarea șireturilor care urmează forțelor pânzei la rândul său deformează pânza.

Întrebarea cu privire la nivelul de precizie al calculului fluxului de aer din jurul pânzei este o întrebare care trebuie pusă ( Teoria profilelor subțiri sau Teoria fluxurilor cu potențial de viteză sau Modelarea turbulenței ).

A patra fază este optimizarea prin calcul. Această fază se bazează pe software. Aceste programe se numesc VPP. Aceste software-uri iau în considerare doar o parte a realității pentru a defini pânza, barca cu pânze, inclusiv șirul și condițiile de vânt și de mare. Prin urmare, iau doar o parte din parametrii posibili, cu toate acestea unele software-uri reușesc să țină cont. Are câteva zeci de parametri. Trebuie să distingem două părți:

• partea de calcul (aerodinamică, hidrodinamică ...)
• partea de optimizare

Partea de calcul constă în calcularea debitului de aer pe profil, adică a distribuției vitezei. Acest calcul se efectuează pentru diferite profiluri. În acest punct specific, VPP poate apela la software specializat:

• software pentru dinamica fluidelor sau CFD (Computer Fluid Dynamics)
• software de analiză a elementelor finite.

Rezultatele calculului sunt apoi injectate în software-ul VPP. Partea de optimizare este adesea iterativă. Software-ul este capabil să optimizeze unul sau mai mulți parametri. Pentru aceasta, software-ul are nevoie de:

• un profil de bază
• a unei formule iterative.

De exemplu, să optimizăm elasticitatea așa cum am putut vedea în pânze. Vela în vânt (deci distorsionată) trebuie să aibă profilul ales. Adică, există două profiluri:

• profilul fără vânt (nedeformat)
• profilul cu vânt (distorsionat).

cu obiectivul ca profilul cu vânt să fie identic cu profilul ales.

Problema este că nu există o relație simplă între profil cu vânt și fără vânt. Deci profilul de construit (profil fără vânt) nu este cunoscut. Prin urmare, este necesar să se calculeze deformările velei.

Cu toate acestea, dificultatea este că deformările sunt calculate din profil fără vânt, și nu invers.

Pentru a rezolva problema, se utilizează metoda iterativă:

• Se alege un profil de bază, apoi software-ul rulează pentru a calcula distribuția vitezei, prin urmare forțele pe pânză și, prin urmare, deformarea pânzei.
• există deci o diferență între profilul și profilul deformat.
• datorită unei formule iterative se creează un profil intermediar din aceste două profiluri.
• reluăm procesul, software-ul rulează pentru a calcula distribuția vitezei pe acest profil intermediar.

În mod normal, de la profil intermediar la profil intermediar, pânza trebuie să fie din ce în ce mai aproape de soluție.

La sfârșitul acestei etape rămâne un set limitat de profiluri de candidați.

A cincea fază este studiul tunelului eolian al profilurilor candidate găsite. Calculul este o aproximare a performanței reale (la câteva procente). Calculul oferă o clasificare a profilelor în funcție de performanțe. Acum este necesar să se asigure validitatea acestei clasificări prin teste reale (tunel de vânt) pentru a alege cel mai bun profil. Testele tunelului eolian sunt foarte scumpe. Doar concurența își poate permite căutarea acestor ultime procente de performanță.

Concret, optimizarea generează un profil. Acest profil virtual optimizat va fi reprodus în lumea reală. Două abordări pentru a face vela:

• metoda 2D, vela este proiectată dintr-un ansamblu de bucăți de țesătură plană. Fiecare piesă se numește lățime.
• metoda 3D, pânza nu mai este compusă din mai multe piese țesute, dar pânza este compusă dintr-o singură piesă țesută direct în 3D.

Metoda 3D respectă mai fidel profilul. Ca urmare, suprafața 3D nu va arăta pauze între lățimi, suprafața va fi mai netedă. Deci fluxul de aer se va detașa mai puțin de pânză, deci mai puțină zonă de recirculare cu o pânză 3D decât 2D, deci zona moartă este mai mică. Prin urmare, o navă 3D este mai eficientă.

Împingerea Velic

Rezultatul împingerii tuturor pânzelor sau împingerea totală va fi suma împingerilor fiecărei pânze. Rezultatul calculului dă viteza vântului în fiecare punct din spațiu notat V (= U). Teorema lui Kutta-Jukowski , permite să se calculeze forța Velic a unei vela remarcat F:

F=ρV(∞)Γ{\ displaystyle F = \ rho V (\ infty) \ Gamma}cu Γ=∮VSV⋅dl{\ displaystyle \ Gamma = \ anint _ {C} \ mathbf {V} \ cdot \ mathbf {dl}} VS{\ displaystyle C} un contur foarte aproape de velă, dar în afara stratului limită (zona turbulentă) V(∞){\ displaystyle V (\ infty)} viteza vântului la infinit sau cu alte cuvinte viteza aparentă a vântului ρ{\ displaystyle \ rho} densitatea la infinit sau cu alte cuvinte densitatea aerului la presiunea atmosferică

Definiția conturului este un punct delicat. Cele mai ecuațiilor Navier-Stokes nu sunt încă analitic rezolvabile, astfel încât să le rezolve, este necesar să se facă unele simplificări. Simplificarea echivalează cu neglijarea factorilor de ordinul doi și ridicarea este direct legată de un parametru de ordinul doi, vâscozitatea. Așadar, din moment ce vâscozitatea este în general neglijată departe de contur, aveți nevoie de un contur care să fie aproape de velă, dar nu prea aproape.

Așa cum s-a explicat anterior, presiunea feței de sub vânt întâlnește o presiune diferită față de fața de vânt atunci când pânza este lăsată. Deoarece distanța până la lipitorul velei care separă cele două zone de presiune este foarte mică, întâlnirea va fi violentă și va provoca turbulențe cu viteză extrem de mare, în teorie aproape infinită. Cu toate acestea, o viteză infinită nu poate fi integrată, astfel încât conturul nu trebuie să reducă această turbulență. Aceeași observație trebuie făcută în funcție de incidența pentru margine, fleac, acestea generând turbulențe. Cu alte cuvinte, rezultatul calculului vitezei în orice punct al câmpului, va fi în una dintre cele două situații:

• calculul nu a provocat turbulențe, în acest caz nicio problemă;
• calculul a rezultat în turbulențe, conturul trebuie să evite apoi zonele de turbulență puternică. Conturul trebuie să fie suficient de departe de pânză, aproape în afara stratului limită.

Punctul Velic

La fel, poziția punctului velic este definită de următoarea relație: G{\ displaystyle G}

∫VSGM→∧p(M)nu→(M) dS=0→{\ displaystyle \ int _ {\ mathcal {C}} {\ overrightarrow {GM}} \ wedge p (M) {\ vec {n}} (M) ~ \ mathrm {d} S = {\ vec {0} }} cu VS{\ displaystyle C} contur foarte aproape de pânză nu→(M){\ displaystyle {\ vec {n}} (M)} vector normal la contur în M p(M){\ displaystyle p (M)} presiunea în punctul M al conturului

Pentru a calcula , din viteză, este suficient să se aplice teorema lui Bernoulli . p(M){\ displaystyle p (M)}

Dacă presiunea din punctul M al conturului este constantă, atunci punctul G este centrul geometric al pânzei. p(M){\ displaystyle p (M)}

Centrul Velic

Rezultatul împingerii velice a tuturor pânzelor se aplică într-un punct, numit centru velic. Centrul velic este definit ca baricentrul punctelor velice ale fiecărei pânze. Centrul velic are aceeași formulă ca înainte, cu excepția faptului că conturul ecuației anterioare nu mai cuprinde o pânză, ci toate pânzele.

Note și referințe

Note

1. Calculul este foarte complicat și mai complex decât o aripă de avion o aripă este flexibilă, nu o aripă de avion
2. turbulența și detașarea stratului limită nu sunt încă complet controlate
3. În realitate, vela nu este nedefinibilă, vântul nu este constant, barca nu este la o viteză uniformă (se înclină, se oprește împotriva valurilor ...), catargul nu este infinit de rigid, aerul este vâscos (pierderi de frecare ). Debitul de aer variază (aproape legat în direcția vântului, sau decolorat în direcția vântului), catargul deranjează fluxul (cu excepția cazului în care este profilat și pivotant). Din motive de claritate, aceste fenomene nu sunt neapărat luate în considerare în acest articol. Calculul numeric include mai mult sau mai puțin acești parametri, dar calculul numeric rămâne limitat.
4. Acest câmp enciclopedic este deja în sine foarte ambițios și vast!
5. la scara mezoscopică
6. Acest lucru nu este chiar corect, consecința șocurilor neîncetate între atomi este fenomenul Difuzării materiei . Fenomen total irelevant în contextul acestui articol.
7. Tonul trebuie luat în sensul kilogramului-forță sau o tonă este egală cu 1000  kgf .
8. termenii șocuri, zdrobire sau coliziuni înseamnă același lucru, un schimb de impuls / impuls .p→=mv→{\ displaystyle {\ overrightarrow {p}} = m {\ overrightarrow {v}}}
9. Complotul trebuie totuși evacuat pentru a face loc unui nou complot care dă energie. Prin evacuarea parcelei încă se transportă o cantitate de energie. Acest proces de evacuare este din ce în ce mai slab pe măsură ce se apropie de pânză, pentru a deveni zero atunci când pânza / aerul este în contact. Parcelele sunt blocate efectiv, nu revin, pe de altă parte, diferitele straturi superioare ale parcelelor de aer care alunecă au modificat treptat presiunea pentru a fi la extremitatea sa la contactul vela / aer. Atenție, în contactul văl / aer, coletele de aer blocate înseamnă că nu există mișcare ordonată, dar rămân mișcările dezordonate ale coletelor de aer (vezi § Rolul presiunii atmosferice). Această zonă de tranziție se numește stratul limită, are efectul de a varia suprafața percepută a velei văzută din exterior. În special la viteză foarte mică, parcelele se acumulează mai mult decât evacuează. Stratul limită este mare, dând impresia unei suprafețe mari de navigație. Deoarece suprafața este fixă, coeficienții aerodinamici variază în schimb. Coeficienții aerodinamici pot apoi să compenseze să depășească valoarea teoretică maximă de 2. Coeficientul poate atinge valoarea ridicată de 100, dar viteza vântului asociată este foarte mică și nu este realistă pentru un marinar.
10. Reversul unui șoc moale se numește șoc elastic . Un șoc dur (sau șoc elastic) este de exemplu șocul bilelor de biliard . Un șoc ușor ar fi să joci biliard cu marshmallows .
11. energia mecanică dispărută se transformă sub formă de căldură, de exemplu, adică mișcarea ordonată de plecare devine șoc după șoc din ce în ce mai dezordonat.
12. această independență depinde de importanța vâscozității
13. Foarte dur ...
14. vezi Lift (mecanica fluidelor)
15. Povestile pânzei se stabilizează aproape orizontal.
16. este zero pentru un profil infinit. La fel, pentru un profil de alungire non-infinită, forma profilului este în general dreaptă (în special profilurile ne-drepte sunt rare: cf. Aripă de pescăruș ), alungită și subțire, care generează o ridicare laterală scăzută, având în vedere primele două axe. În plus pentru o pânză, capetele au grosimea țesăturii, prin urmare, cu atât mai puțin neglijabile. Nu mai rămâne decât să modelăm efectele vântului. În cazul navigării cu o barcă, ascensorul lateral este neglijat. În majoritatea cazurilor, este complet neglijabil. Profilul este apoi redus la un sistem bidimensional. Aveți grijă, asta nu înseamnă că evităm a treia dimensiune, efectele 3D sunt bine luate în considerare, dar ne interesează doar consecințele existenței acestei a treia dimensiuni asupra celorlalte două dimensiuni. Acest lucru face posibilă simplificarea diagramelor sau calculelor. De exemplu, tragerea indusă este un fenomen pur 3D, dar modelarea sa se face în 2D. Cazul unui spinnaker este un contraexemplu perfect al acestei simplificări la un sistem bidimensional, spinnaker-ul are un raport de aspect redus și o cambrare puternică, un profil foarte variabil în funcție de înălțime, este dificil să se determine clar axa de ridicare. Dar, mai important, alungirea nu este verticală, ci înclinată. Spinakerul generează forțe de-a lungul a două axe, dar care se deplasează de-a lungul celor trei axe. Prin urmare, trebuie tratat de-a lungul celor trei axe, iar forța verticală are o mare importanță pentru încărcare.F→z{\ displaystyle {\ vec {F}} _ {z}}
17. deși profilul unei pânze este asimetric, iar profilul NACA 0012 este simetric
18. Jumătate din forțe sunt transmise catargului, cealaltă jumătate la tachetă. Adică un efort pentru ascultarea a jumătate din efortul pânzei.
19. În practică, pânzele dublează forțele maxime implicate pentru a dimensiona rezistența pânzei. Acest lucru permite luarea în considerare a rafalelor de vânt.
20. glisarea și derivația nu sunt luate în considerare
21. Este suficient să proiectăm forța velică pe axa principală (Fprin) a navei și perpendiculara acesteia (Fper), adică F forța velică atunci Fprin = F * cos 40 ° = 76% * F și Fper = F * sin 40 ° = 36% * F
22. Se spune că o barcă se mișcă atunci când nu poate planua sau merge la surfing. Rezistența la avansare crește exponențial (vezi numărul Froude ). Pentru bărcile cu carenă glisante, reușesc să se „tragă în sus” pe val, rezistența scade apoi. Dar pentru bărcile în mișcare, care nu sunt capabile să se ridice pe val, rezistența devine rapid gigantică fără ca nava să se miște mult mai repede. Prin urmare, barca ajunge la limita sa de viteză.
23. În realitate, curba nu este la fel de lină și în creștere, curba are pauze. De exemplu, la vânt, pânza fiind flexibilă, nu-și mai păstrează forma și, prin urmare, profilul său, pânza nu mai mișcă nava înainte, barca cu pânze se mișcă înapoi. În mod similar, în direcția vântului incidența nu mai este constantă, scade pe măsură ce velierul se apropie de vânt, devine zero, deci și forța de propulsie scade brusc. La fel, pânzele ridicate depind de mers, fiecare mers corespunde unui set diferit de pânze; tranzițiile dintre setul de vele și performanța lor care variază în funcție de mers sunt tot atâtea parametri care fac să fluctueze performanța velierului, prin urmare viteza sa, deci valoarea vântului aparent.
24. Evident, poziția velierului este diferită în fiecare caz. Pentru a ajunge la destinație cât mai repede posibil, trebuie să utilizați VMG
25. windsurfingul nu îndeplinește neapărat acest criteriu sau, de exemplu, arborii cu turbină
26.  : i pentru indus VSeu{\ displaystyle \ Ci}
27. Distanța este grosimea pânzei plus orice curte (claxon sau braț)
28. Dacă pânza nu este întinsă, pânza se rupe, oferind astfel o anumită rezistență. Vela mișcă ușor nava înapoi, în acest caz există o ușoară rezistență. De asemenea, trebuie remarcat faptul că în aceste condiții catargul, tachelajul, suprastructurile și structurile moarte vor împiedica mult mai mult efortul aerodinamic decât vela în sine.
29. povestirile sunt instabile
30. sau mai mult liniștitor pentru echipaje mai puțin experimentate sau condiții meteorologice dificile
31. barca de curse folosește mai mult cornul alungit pentru a avea mai multă pânză în zona de vânt puternic (altitudine), acest lucru generează mai mult efort perpendicular, dar mijloacele pe care le are pentru a contracara călcâiul sunt mult mai importante: balast, folie, coajă multiplă, lățimea corpului
32. să nu fie confundat cu brațul cu vânt care se împarte la momentul deplasării navei
33. Cititorul va avea grijă să înțeleagă că în această abordare, viteza nu este viteza totală a coletului de aer, ci doar viteza corespunzătoare mișcării ordonate a unui colet de aer. Cealaltă parte a vitezei, adică mișcarea dezordonată este „ascunsă” în noțiunea de temperatură termodinamică .
34. Datorită abordării lui Euler este posibil să găsim un set de ecuații rezolvabile ale problemei.
35. din fericire ambele abordări descriu același lucru!
36. Observați nuanța! este dimensiunea pentru calcule
37. este destul de notat , dar aici este folosit pentru a evita confuzia cu vitezaEeu{\ displaystyle Ei \,}U{\ displaystyle U \,}Eeu{\ displaystyle Ei \,}
38. Diferitele forme de energie (pe unitate de volum) dintr-un gaz sunt:
    • energie cinetică  ;Evs.=12×ρ×V2{\ displaystyle \; Ec = {\ frac {1} {2}} \ times \ rho \ times V ^ {2}}
    • energie internă: energie cinetică internă a moleculelor;Eeu=ρ eeu{\ displaystyle \; Ei = \ rho \ ei}
    • energie potențială: Ep=ρ g×z{\ displaystyle \; Ep = \ rho \ g \ times z}
39. (...) matematic nu este exact, energia nu admite un diferențial total exact. Pentru a fi riguros, ar fi necesar să se utilizeze entalpia care admite un diferențial total exact, adică este egal cu suma diferențialelor parțiale în raport cu fiecare variabilă
40. transpose este operatorul Matrix transpus și este tensorul de identitateEu→→{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ overrightarrow {I}}}}
41. această condiție înseamnă că nu există turbulențe. rareori este cazul. Rezolvarea cu turbulențe este mult mai dificilă. În anumite condiții, cum ar fi numărul redus al lui Reynolds, turbulența are puțină influență.
42. Matematicienii nu pot rezolva ecuațiile în cazul rigid și, prin urmare, chiar mai puțin în cazul unei pânze flexibile. Nu există nicio îndoială că vor exista progrese enorme pe pânze atunci când comunitatea științifică va putea face acest lucru.

Referințe

1. „Când aerul curge deasupra și sub un aerofoil înclinat la un unghi mic față de direcția sa, aerul se întoarce de la cursul său. Acum, când un corp se mișcă cu o viteză uniformă în linie dreaptă, necesită o forță pentru a modifica fie direcția sau viteza acestuia. Prin urmare, pânzele exercită o forță asupra vântului și, deoarece acțiunea și reacția sunt egale și opuse, vântul exercită o forță asupra pânzelor. " Sailing Aerodynamics New Revised Edition 1962 de la John Morwood Adlard Coles Limited pagina 17
2. (în) Lester Gilbert , „  Momentum Theory of Lift  ” (accesat la 20 iunie 2011 )  : „  erorile ar trebui să citească F = mw / unitate de timp  ”
3. (în) „  Fizica navigației  ” (accesat la 21 iunie 2011 )
4. (ro) Fabio Fossati , Aero-hidrodinamica și performanța iahturilor cu vele: știința din spatele iahturilor cu vele și designul acestora , Camden, Maine, International Marine / McGraw-Hill,2009, 368  p. ( ISBN  978-0-07-162910-2 ) , „10.3 Frontierele metodelor numerice: investigație aeroelastică” , p.  307
5. (în) "  Ecuația Navier Stokes a Premiului Millennium  "
6. vezi software: javafoil , mecaflux , precum și Xfoil și AVL de Mark Drela ( aerodinamică digitală ) sau articole ca influență a suprastructurii asupra performanței unui spinaker
7. (în) "  Presiunea PIV și fluxul stratului de forfecare a cavității deschise  " , Johns Hopkins U. Laboratory for Experimental Fluid Dynamics (accesat la 22 octombrie 2011 )
8. [PDF] http://www.adeps.be/pdf/Theorie2005.pdf
9. [1]
10. http://philippe.gorlier.voila.net/Documents/Viscosite.pdf pentru a afla mai multe, un curs despre vâscozitate
11. MECANICA FLUIDELOR
12. [2]
13. capitolul 05.03 Caracteristici aerodinamice documentația online a acestui software aerodinamic destul de cunoscut (Pian) arată că definiția suprafețelor nu este unificată, acest software explică abordările Boeing-ului și Airbus-ului, vezi capitolul 03.05 Zona de aripă de referință (și altele)
14. Cursuri ETS la Universitatea din Quebec vezi pagina 8
15. text foarte educativ
16. [3]
17. [4]
18. http://www.francelaser.org/lettre/mf-jvp/jvp1.htm
19. [5]
20. [6]
21. vezi ecuația (10)
22. pagina 12
23. [7]
24. Mecanica fluidelor  PC-PC al 2- lea an * / PSI-PSI *: Curs cu exerciții corectate de Regine Noel Bruno Christmas, Marc Menetriefs Alain Favier Thierry Desmarais, Jean-Marie Brébec Claude Orsini, Jean-Marc Vanhaecke vezi pagina 211
25. [8] coeficientul de tragere al unei plăci
26. exemplu naca0012
27. [9]
28. http://www.lmm.jussieu.fr/~lagree/TEXTES/RAPPORTS/rapportsX/voilesNorvezPernot.pdf
29. http://www.ae.metu.edu.tr/tuncer/ae443/docs/NACA-All-Re.pdf
30. Stainier Laurent (2006-2007): Aeroelasticitate (AERO-016) , Universitatea din Liège, Departamentul Aerospace și Mecanică pagina 28
31. Carte scanată parțial Navigând bine și cunoscându-vă mai bine barca cu pânze De Gilles Barbanson, Jean Besson pagina 72-73
32. figura 11
33. Principiul proiectării yachului, de Lars Larsson și Rolf E Eliasson ( ISBN  0-7136-5181-4 ) sau 9 780713 651812 pag. 140 figura 7.9 și 7.10
34. figura 5
35. Principiul proiectării yachului, de Lars Larsson și Rolf E Eliasson ( ISBN  0-7136-5181-4 ) sau 9 780713 651812 pagina 140 figura 7.11
36. figura 5
37. http://www.dedale-planeur.org/horten/Horten%20critique%20par%20Deszo.pdf
38. http://air-et-terre.info/aerodyn_theorique/ligne_portante_3D.pdf
39. http://j.haertig.free.fr/aerodyn_theorique/ligne_portante_3D.pdf
40. teză vezi pagina 51 datorită influenței notabile a suprastructurilor, această teză indică faptul că uneori, în loc de mare ca suprafață de oglindă, este puntea velierului care este luată ca suprafață de oglindă.
41. Articol educațional care explică efectul „oglindă” al unui perete modelat de Glauert
42. textul original al metodei „oglindă” de Glauert
43. Un alt articol care utilizează efectul „oglindă” al pereților vezi figura 2.4 pagina 2-10 de exemplu
44. Principiul proiectării yachului, de Lars Larsson și Rolf E Eliasson ( ISBN  0-7136-5181-4 ) sau 9 780713 651812 pagina 139 figura 7.8
45. (en) Marchaj, CA, Sail Performance: Techniques to Maximize Sail Power , Statele Unite, INTL MARINE (ME),2003( ISBN  978-0-07-141310-7 , LCCN  2003544870 )
46. (în) "  Delta Sail într-o" Tunel de vânt "Experiențe de la BJ Slotboom  "
47. Manfred curry (traducere de paul budker), Aerodinamica navigației și arta de a câștiga regate , Paris, Chiron, 1991 (ediția originală 1925), 435  p. ( ISBN  978-2-7027-0027-3 )
48. "  Modelul Endeavour - iaht clasic - Clasa J - Fabricat în BREIZH  " , pe modelul de bărci Fabricat în BREIZH ,14 noiembrie 2017(accesat la 23 decembrie 2018 )
49. http://chazard.org/emmanuel/cours-de-catamaran-reglage-de-la-grand-voile-gv
50. http://www.finn-france.fr/TECHNIQUE%20VOILE/michaud1.pdf
51. curba clasică găsită în cursul glenantului , sau proiectarea iahturilor pentru vorbitori de limba engleză sau pe net [10]
52. http://www.onera.fr/mecao/aerodynamique/phototheque/video/naca12.htm
53. http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/16/72/71/PDF/B104.pdf
54. Proiectare tunel eolian cu flux răsucit pentru studii aerodinamice de iahturi A. Zasso, F. Fossati, I. Viola
55. http://heikki.org/publications/ModernYachtLePelleyHansen.PDF
56. cifrele 19
57. „  Despre Saint Louis. O actualizare a articolului de pe Wikipedia.  » , Pe blogspot.com (accesat la 7 septembrie 2020 ) .
58. http://syr.stanford.edu/JWEIA557.pdf pagina 2 a articolului
59. http://airsea.ucsd.edu/papers/MELVILLE%20WK%20-%20JOURNAL%20OF%20PHYSICAL%20OCEANOGRAPHY%207%20-%201977.pdf formula este dată în introducere
60. http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=AD734670&Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf
61. http://www.onemetre.net/Design/Gradient/Gradient.htm
62. http://media.wiley.com/product_data/excerpt/0X/04705165/047051650X.pdf
63. http://www.usna.edu/naoe/people/SCHULTZ%20PAPERS/Miklosovic,%20Schultz%20&%20Esquivel%20JoA%202004.pdf
64. http://www.usna.edu/naoe/people/SCHULTZ%20PAPERS/Schultz%20JFE%202002.pdf
65. figura 6 pagina 23
66. articol științific despre extinderea numărului Reynolds
67. Teoria aproximativă a profilelor subțiri oferă , înlocuind cu finețe, noua formulă care poate fi încă aproximată printr-o dezvoltare limitată la origine, deci o linie dreaptă.VSD≈VSL2πλ{\ displaystyle C_ {D} \ approx {C_ {L} ^ {2} \ over \ pi \ lambda}}VSD{\ displaystyle C_ {D}}
68. http://www.gidb.itu.edu.tr/staff/insel/Publications/Cesme.PDF vezi figura 3b
69. http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/45/37/30/PDF/articlecorrige.pdf vezi cifrele
70. (în) „  From the Archives: Heel For Speed  ” pe Sailing World (accesat la 7 septembrie 2020 ) .
71. (în) „  Cum afectează călcâiul viteza și manevrabilitatea  ” în Sailing World (accesat la 7 septembrie 2020 ) .
72. http://www.finot.com/ecrits/Damien%20Lafforgue/article_voiles.html
73. http://c_r_y_a.tripod.com/Sterne%20How%20to.htm#4%20Non%20Optimum
74. Sails And Girdles. Ediția maritimă și de peste mări Pierre Gutelle, publicație: 1979, 340 de pagini
75. http://www.bretagne-atlantic-yachting.eu/peda/reglages_de_voile.html
76. Dinamica fluidelor de calcul vâscoase ca instrument relevant de luare a deciziilor pentru aerodinamica Mast-Sail
77. Aerospaceweb.org | Întrebați-ne - Coeficientul de tragere și teoria liniei de ridicare
78. Calcul [PDF] cu metoda liniei de rulment cu cele două vârtejuri de capăt ale profilului
79. Coeficient de tragere indus
80. Coeficientul de tragere
81. http://s6.aeromech.usyd.edu.au/aero/liftline/liftline.pdf
82. vezi (3.2.1) pagina 38
83. Aerodinamica liftului
84. Ridicați
85. figura 27 și 29
86. Principiul designului yachului , de Lars Larsson și Rolf E Eliasson ( ISBN  0-7136-5181-4 și 9-780713-651812 ) pagina 151, figura 7.20 această figură prezintă diferitele tipuri de drag
87. [PDF] figura 26
88. [PDF] figura 17
89. http://voilehabitable.org/cms/tiki-index.php?page_ref_id=116&PHPSESSID=10939f64b633cbc77fdf4b7710a44e5f
90. http://www.wb-sails.fi/news/95_11_Tellingtales/Tellingtales.html
91. http://www.sailtheory.com/tuning.html
92. http://marc.donneger.free.fr/Voile&Mer/propulse.htm
93. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1002/1002.1226.pdf
94. http://www.finot.com/ecrits/vitessecoq/chap4/chap4.htm
95. definiție de site - ul Finot-Conq
96. http://lion.tonner.free.fr/carac.htm
97. pagina 42 ecuația 47 descompunere identică cu altă notație
98. [11]
99. [12]
100. „  http://www.formsys.com/extras/FDS/webhelp/hydromax/heeling_arm_definition.htm  ” ( Arhivă • Wikiwix • Archive.is • Google • Ce trebuie făcut? ) (Accesat la 13 aprilie 2013 )
101. [13]
102. [14]
103. http://chazard.org/emmanuel/cours-de-catamaran-couples-de-rotation-dessalage-gite-enfournement
104. figura 19 pagina 34 și fig 17 și fig 20 o valoare a incidenței de 90 °. Acest lucru este ușor greșit. Acest lucru se datorează faptului că o pânză este flexibilă, marinarul nu poate plasa întreaga suprafață a pânzei perpendicular pe vânt (pentru a tăia vântul pe întreaga pânză). Pentru un braț, tracțiunea este maximă pentru 160 ° și la această incidență ridicarea este zero. Pentru o vela mare de balsam, max la 170 °. Pentru un genaker sau genoza mare cu vânt de cap până la 180 °.
105. http://www.grain-de-sel.org/technique/voile/coursvoile.htm
106. vezi pagina 31 a prezentării
107. exemplu despre clasa ORC
108. (în) [PDF] Dezvoltarea standardelor pentru stabilitate în Marea Britanie , B. Deakin
109. (în) [PDF] [15]
110. http://www.wumtia.soton.ac.uk/papers/FAST2005WHM2BD.pdf
111. http://sinousparlionsassiette.blogspot.com/
112. [PDF] http://www.arvelgentry.com/techs/The%20Aerodynamics%20of%20Sail%20Interaction.pdf
113. http://jestec.taylors.edu.my/Issue%201%20Vol%201%20June%2006/p89-98.pdf figura pagină 94 a articolului
114. http://ufrmeca.univ-lyon1.fr/~buffat/COURS/AERO_HTML/node30.html
115. http://www.enpc.fr/ommunications/Halphen/node1.html
116. http://www.lesia.obspm.fr/perso/michel-moncuquet/DESS/node7.html
117. „  http://ielnx1.epfl.ch/e-lin/Ryhming/documents/chapters/documents_published/doc6/doc6.html  ” ( Arhivă • Wikiwix • Archive.is • Google • Ce să faci? ) (Accesat pe 13 aprilie) 2013 )
118. în unele cazuri nu este un Turbovoile , AC72 sau [16] aproximarea
119. importanța numerelor lui froudre și reynolds în modelarea velei Peterwackson și Peter Hawkins
120. http://www.pmi.ou.edu/Biot2005/papers/FILES/005.PDF pagina 241
121. demonstrație
122. http://www.lmm.jussieu.fr/~lagree/TEXTES/RAPPORTS/rap4coenen.pdf
123. http://www.enpc.fr/ommunications/Halphen/node83.html#SECTION00720000000000000000
124. http://www.lmm.jussieu.fr/~lagree/COURS/ENSTA/C5turb.ENSTA.pdf
125. http://www.ensa-agadir.ac.ma/gpee/download/couches_limites.pdf
126. Această definiție a stratului limită poate părea complexă, dar este mult mai simplă în utilizare.
127. http://www.onera.fr/coupdezoom/23-turbulence-modelisation.php
128. „  http://www.grasp.ulg.ac.be/staff/herve/2bp/MF_7_couches.pdf  ” ( Arhivă • Wikiwix • Archive.is • Google • Ce trebuie făcut? ) (Accesat la 13 aprilie 2013 )
129. în: Airfoil
130. http://www.limsi.fr/Individu/faure/TD_MS154.pdf
131. Curs Ensam Sinumef „Lecția 3 Master aerodinamică clasică MFE 2008/2009” în pdf Ch2_AeroClassique.pdf
132. http://www.lmm.jussieu.fr/~lagree/TEXTES/STENOSE/metzRNS.pdf
133. http://www.emis.de/journals/GMJ/vol6/v6n6-3.pdf
134. http://adg.stanford.edu/aa208/modeling/pg.html
135. în: Prandtl - Transformarea Glauert
136. http://www.cnrs.fr/Cnrspresse/math2000/html/math14.htm
137. http://www.espace-sciences.org/science/10065-sciences-ouest/20104-Annee-1991/10271-69/11061-dossier-du-mois/18701-les-nouvelles-technologies/18702-la -haute-couture-de-la-voile / index.html
138. http://syr.stanford.edu/CTRResearchBriefTyler.pdf
139. http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=21659546
140. http://www.onemetre.net/Design/Parab/Parab.htm
141. http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=8423095
142. http://www.ffvoile.org/ffv/public/fond_doc/cca/formation/Materiaux_voile_nov04.pdf
143. http://www.northsails.fr/Technologie/Essaisensoufflerie/tabid/6605/language/en-US/Default.aspx
144. http://www.inland20.org/Files/Shifting%20Gears.pdf
145. PREDICȚIA PERFORMANȚEI YACHTULUI: SPRE UN VPP NUMERIC Yann Roux, Serge Huberson, Frédéric Hauville, Jean-Philippe Boin, Michel Guilbaud Conferință de înaltă performanță pentru designul iahturilor Auckland, 4-6 decembrie 2002
146. în: Programul de predicție a vitezei
147. http://www.gedas.es/tsi/servlet/contentblob/t-systems.es/es/100980/blobBinary/06_Use_of_VPP_in_Design_engl.pdf-ps
148. http://www.northonedesign.com/Technology/NorthDesignSuite/SailPerformancePredictionSPP/tabid/17058/language/en-US/Default.aspx
149. http://www.wb-sails.fi/news/99_1_AeroShape/Aero.htm
150. http://syr.stanford.edu/JWEIA557.pdf
151. Simularea comportamentului dinamic al bărcii cu pânze Kostia Roncin (LMF)
152. http://www.wumtia.soton.ac.uk/brochures/WindesignBrochure.pdf
153. http://www.wb-sails.fi/news/470StreamAnim/index.htm#CFD
154. exemplu de optimizare realizat de un software privind deformările unei pânze
155. http://hiswasymposium.com/pdf/2009/Hiswa%20Symposium%202008%20Fossati.pdf
156. http://www.springerlink.com/content/f0557kn35x1w2x12/
157. http://www.cape-horn-eng.com/archives/publications/Rousselon---Optimization_for_sail_design.pdf
158. http://www.northonedesign.com/Technology/3DLTechnology/3Dvs2D/tabid/17718/language/en-US/Default.aspx
159. http://www.northonedesign.com/Technology/3DLTechnology/Historyof3DL/tabid/1824/language/en-US/Default.aspx
160. un rezultat de simulare a debitului pe o barcă cu pânze: http://www.wb-sails.fi/news/470NewsAero/470Aero.html

Vezi și tu

Bibliografie

• (ro) Patrick M. Royce , Royce's Sailing Illustrated: The Sailors Bible Since '56 , Newport Beach, Prostar,1993, 368  p. ( ISBN  978-0-911284-08-9 , citit online )
• (ro) Frank Mulville , Single-handed Sailing , Londra, Seafarer Books,1991, 192  p. ( ISBN  978-0-85036-410-1 )
• (ro) CA Marchaj , Teoria și practica navigației, ediția revizuită , New York, Putnam,1985, A 2 -a  ed. ( ISBN  978-0-396-08428-0 , LCCN  84025876 )
• (ro) Frank Bethwaite , High Performance Sailing , London, Waterline (1993), Thomas Reed Publications (1996, 1998 și 2001) și Adlard Coles Nautical (2003 și 2007), publicate pentru prima dată în 1993; ediție nouă în 1996, tipărire nouă în 2007, 436  p. ( ISBN  978-0-7136-6704-2 )
• (ro) Manfred Curry , Aerodinamica navigației și arta de a câștiga regate , Paris, Etienne Chiron, Ed. nouveau. îmbogățit cu un nou document (1 iulie 1991),1930( ISBN  978-2-7027-0027-3 )
• (fr) Bertrand Chéret, Les Voiles. Înțelegeți, ajustați, optimizați , Gallimard, 2000 ( ISBN  978-2742407675 )
• (ro) Leonhard Euler Teorie completă a construcției și manevrării navelor tipărită de Claude-antoine Jombert la Paris în 1773, carte scanată disponibilă la Google books
• (la) Leonhard Euler Scientia navalis kies full title is Scientia navalis seu tractatus de construendis ac dirigendis navibus Pars prior complectens theoriam universam de situ ac motu corporum aquae innatantium. Auctore Leonhardo Euler prof. Univ. honorario academiae imper. scient. și directore acad. reg. scient. Borussicae. Instar suplimente ad tom. I. novorum commentar. acad. scient. imper. Petropoli typis academiae scientiarum MDCCXLIX. Carte scanată disponibilă la arhiva Euler

Articole similare

• Naviga
• Navigație
• Echilibrul unei nave sub pânză
• Aeroelasticitatea unei pânze
• Teoria mișcării unei vele mobile împotriva vântului
• Ritm
• Tragerea indusă
• Materiale pentru navigație
• Propulsie maritimă
• Barcă

linkuri externe

• [PDF] "  Raportul NACA nr. 824  "
• [PDF] "  Raportul NACA nr. 1218  "
• [PDF] "  Raportul NACA nr. 1217  "
• (ro) Lista articolelor aferente pe site-ul Sailboat-technology.com
• (În) Lista articolelor conexe pe site-ul laboratorului Wolfson al universității din Southampton

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">