Так как-же зависит площадь паруса от силы ветра?
 

Дорогие коллеги! Я начинающий виндсерфер, но смею думать неплохой инженер. Когда я начинаю новый проект, я сначала стараюсь понять физическую основу изучаемого явления. Так вот. Как-то я задался теоретическим вопросом, а как-же все-таки зависит размер паруса от силы ветра? Изучив имеющуюся литературу и доступный мне интернет (в т.числе ветку "Как парус соответствует ветру" на Raceyou), я нашел два ответа на этот вопрос:

#1 (теоретический). Из теории крыла (ф-ла Жуковского) следует, что тяга паруса прорциональна квадрату скорости набегающего ветра (, что у яхтсменов и виндсерферов называется вымпельный ветер). Т.е., если скорость ветра удваивается, я должен взять парус размером 1/4, чтобы получить ту же силу тяги при тех-же остальных параметрах.
#2 (практический). Из рекомендаций производителей парусов, из калькуляторов площади паруса для различных ветровых условий, да из моего собственного опыта следует, что размер паруса просто обратно пропорционален силе ветра. Т.е. при вдвое большей силе ветра я возьму парус лишь вдвое меньше, чтобы кататься в тех-же условиях.

Оба эти ответа явно противоречат друг другу. Отсюда вопрос к более продвинутым (в теоретическом и практическом плане) райдерам: как-же примирить теорию и практику? Спасибо за комментарии.

ПС. Это мое первое сообщение, так-что извиняйте, если что не так...
ППС. Советы типа "парус должен соответствовать не только ветру, но и типу доски и весу человека, и уровню его катания..." не способствуют пониманию вопроса.

Тяга паруса зависит еще от его «пузатости» и есть еще такое понятие как «твист» (изменение формы паруса в зависимости от ветра)

На практике квадратичной зависимости точно нет, иначе каждый порыв ветра был бы экстремальным аттракционом

Не заморачивайтесь … со временем понимание какой парус нужен придет само

тема для межсезонья

Какие бы ни были расчёты, на практике будет по-своему.
Паруса бывают разной конструкции и формы, центр парусности меняется и от угла, и от скорости набегающего потока. А углы на разных высотах паруса разные. Набивка паруса по мачте и по гику очень меняет форму крыла и распределение прикладываемых сил. Ветер на разных высотах дует с разной скоростью, затеняется волнами и отклоняется (если высокие). Также ветер может дуть потоками, к примеру, впереди метрах в 20 дует быстрей, чем сзади, от этого ветер завихряется и может стать более встречным или более попутным, если спереди закисон. Сухой тёплый ветер и влажный холодный воздух с брызгами (плотный) дуют с разной силой. Столько факторов, что никто и не будет заморачиваться. На одном споте одновременно можно увидеть паруса и 4 м2, и 7, и все глиссируют. Таблицы есть с примерными подходящими размерами, подобранными из опыта за много лет. Таблица должна быть трёхмерной, учитывая вес райдера. И вес - это, возможно, менее важный фактор, чем моторика, комплекция, ловкость, опыт. От доски тоже много зависит. Вы не сможете сделать расчёты. Флуд на эту тему может быть бесконечным.

«Квадратичная зависимость»:) есть. Паруса 9,2 и 9,6 отличаются не существенно, а 4,0 и 4,2 очень даже. 4,0 и 3,7 еще существеннее:). Это по опыту:).
Полностью согласен с предыдущим оратором, в теории.

По инженерски. Если брать простую формулу Рэлея, то там кроме площади и скорости потока есть еще Кт - коэф тяги. Он сам зависит от нескольких факторов: угла атаки, коэф формы профиля, который в свою очередь зависит от камбера - кривизны средней линии. Еще есть зависимость от аспекта планформы, но это больше для К сопротивления.
Итог - Кт может в разы отличаться для разных парусов и способов набивки.
С углом атаки в виндсерфинге идет вообще постоянная непрерывная игра. Причем ищется оптимальный Уа не только для большей тяги но и для уменьшения сопротивления, боковой силы и просто для поддержания равновесия.

Ладно, упростим задачу. Пусть у нас парус из жести с неизменными обмерами (геом. форма, пузатость, твист, угол атаки относительно вымпельного ветра). Идем в галфвинд с небольшой скоростью при ламинарном обтекании. Вдруг вымпельный ветер усилился в два раза, причем скорость доски еще не успела измениться. Как при этом изменится сила тяги?

В 4 раза.

на практике таке называют - прилетел кирпич :) Если чел не был готов, новичок, то его обычно убирает с доски. :)

Упрощение будет непростым...
Изменение истинного ветра означает, что вымпельный ветер изменил не только силу, но и направление. Тут может быть всё, от продолжения ламинарности, до срыва потока, смотря что за скорость у парусника.
И надо однозначно учитывать динамику, то есть, насколько быстро меняется скорость ветра, насколько быстро парус встанет в новый угол относительно нового вымпельного ветра, насколько быстро парусник набирает скорость и тд...
Итого, если ветер изменит скорость вдвое в виде ударной волны, тушка скорее всего улетит в воду не успев ничего изменить.

Парус не из жести.
Прокладка не чугун.
И народ привирает. При 10ке катается с 5.0, прилетел порыв до тринадцати на
мгновение. Не сдуло. Скажет потом - при пятнашке катался. Ведь датчик на берегу, а
в море больше:)

@ mm7, latad Значит ли это, что реальные паруса специально конструируются так, чтобы они ухудшали свои аэродинамические характеристики (коэфф. тяги) на больших скоростях / при больших нагрузках?

Или просто нельзя сделать парус с неизменным коэфф. тяги?

Только так я могу понять, почему их сила тяги становится линейно зависимой от скорости набегающего потока...

ПС. Спасибо latad, я это сам понял и немного подправил мое сообщение Nr. 7.

Не особо зависит: сегодня мне на выбитом 4,7 было стремно, но я держался. Ловкий товарищ на такой же площади был недоволен - ему на прыжки и трюки не хватало, вишь ли. Вес у нас сходный, а доску он мог взять какую хотел. Сам виноват ))
Скорее, интуиция и извечный принцип "комушто".

Лучше сформулировать, наверное, так ...паруса конструируются так, чтобы сохранять по возможности постоянную тягу при изменяющихся ветровых условиях

Ну а выбор паруса под конкретные условия катания зависит от кучи факторов, которые написали выше

Здесь должна быть мемная картинка с ухмыляющимся чуваком и подписью "Знаете, я и сам своего рода инженер", но мне лень :D

Так тут нет противоречия, в п.1 вы говорите о силе тяги паруса, а в п. 2 - о том, чтобы кататься.

Виндсерфинг от полета на самолете отличается тем, что там есть еще доска, которая движется в среде с примерно в 800 раз большей плотностью, чем воздух. Пренебрегать такой средой не стоит даже в первом приближении.
Причем в сильный ветер на воде есть волны, и сами волны тоже зависят от той же скорости ветра. Вот и получается, что более сильный ветер вас тащит квадратично сильнее, но доска потоянно врезается в волны, которые тоже становятся нелинейно (это мое предположение) сильнее. Я лично понятия не имею, можно ли влияние воды учесть каким-либо простым спобом.
Если провести тщательные инструментальные замеры, может кстати и оказаться, что там будет какая-то нелинейная зависимость, но нелинейность такая маленькая, что на глаз зависимость кажется линейной.

Да, специально так конструируются. Верхняя часть твистует, и от этого уменьшается пузатость.
В итоге порывы сбрасываются. Это, конечно потеря тяги, но не ухудшение, т.к. стабильность и эргономика улучшаются.

Раньше так и было. Дакроновые треугольные паруса без твиста. Кататься на них была мука по сравнению с современными.
Тяга дурная. Контроля никакого. Порывы не отрабатываются... жуть.

Однозначно не скажешь линейная или нет. Парусов много, они для разных задач, и конструируются соответственно.