Search in topic

Парусный катамаран - как сделать чтобы он поплыл против ветра

Здравствуйте!

Создал модель катамарана, но она не оправдала ожидания - не хочет идти против ветра! Катамаран (а не яхту) выбрал из-за большей простоты изготовления (как на мой личный взгляд.) Хочу поделиться тем, что у меня получилось и попросить покритиковать текущую модель.

Хотелось бы понять как можно переделать модель катамарана, чтобы она выполняла поставленные перед ней задачи. А именно:

1. Могла идти против ветра (курсом бейдевинд, галфинд).
2. Позволила на практике овладеть навыками управления парусным судном (в моем понимании это, при неизменном ветре, выйти из точки А в точку Б, развернуться, и вернуться назад).

Теорию я более-менее знаю, изучил. Форум читал. Книги смотрел. Теорию паруса разобрал (теоретически). Дело за превращением ее (теории) в практические действия.

Что я сделал:

• Купил простейший пульт от радиоуправляемых машинок (с дискретным управлением, на 4 канала).
• Купил два сервомотора: один “качалка”, другой - “бесконечные обороты”.
• Собрал модель катамарана из пенопласта, фанеры 4 мм, деревянных реек, металлических шпилек.
• Купил готовый комплект рулевого управления (для установки в модель судна).
• Пошил парус (из ветронепродуваемой ткани).
• Собрал все это вместе.

Запускаю на водоеме - плывет только по ветру. Правда, испытывал только раз, при ветре со скоростью 3 м/с. Да и тот дул порывами. Но - модель не “шла” против ветра, ее просто сносило. Парус не работал.

Что я планирую поменять:

1. Увеличить площадь паруса и высоту мачты
2. Сделать парус из “цветочной” пленки
3. Сделать обводы поплавков более плавными (закруглить слегка)

Какие я вижу неточности/недостатки/особенности в моей модели модели:

1. Рубка получилась слишком большой и выступающей над водой - это может создавать дополнительное ветровое сопротивление (на курсах бейдевинд и галфинд)?
2. Вес получившейся модели большой - это может не давать ходить при малых ветрах?
3. Парус не работает в режиме крыла (надо менять материал, форму и способы крепления)
4. Квадратные поплавки тормозят о поверхность воды (нужно добавить им плавности)
5. Площадь паруса слишком мала (боялся опрокидывания, поэтом и такую форму и площадь выбрал)
6. Немного не понимаю о том как должны быть расположены ЦП и ЦБС (не закладывал это при проектировании)
7. Непонятно, какое у меня получилось соотношение площади парусов, площади килей и площади руля. Чего много/мало? Что следует убавить/добавить?

Буду рад услышать комментарии/советы любителей и профессионалов.

Моя цель (повторюсь): сделать такую модель, которая (при постоянном ветре) доплывет из точки А в точку Б, и - вернется назад. Так же хочется вложить в это дело минимально возможное количество времени и сил. Эстетика и скорость (“погонять”), многоразовость и высокий КПД - не важны (не нужны). Нужен рабочий прототип “для чайника”.

Тряпка вместо паруса, огромная паразитная парусность корпуса и рубки, обводы в форме кирпича и качество поверхности корпуса категорически не позволят этой модели ходить против ветра.
Углы, с которыми парусное судно способно идти относительно ветра, очень сильно зависят от вышеперечисленных качеств.
И относительно преимущества катамарана над монокорпусной яхтой - спорный вопрос…

И относительно преимущества катамарана над монокорпусной яхтой - спорный вопрос…

Я имел в виду под преимуществами то, что лично мне было легче катамаран собрать: не нужно с грузом свинцовым заморачиваться (как его закрепить), герметичность легче обеспечить (по причине условной “непереворачиваемости” катамарана) и т.п.

Нашел вот такую теорию по ЦП и ЦБС.

Смотрю на свою модель со стороны (на свои фото) - и вижу сейчас кучу грубейших ошибок. Что же - буду исправлять 😃

У вас не катамаран, а плот. Плоты ходят или по ветру, или по течению. И не как иначе.

Конструкция у вас крайне упрощённая и даёт простор для экспериментов.
Переделывайте по частям и смотрите что меняется в поведении
Куда копать:
Площадь и глубину шверцов увеличить в 3-4 раза
Положение шверцов относительно мачты, подвигать их вперед-назад
Мачту увеличить раза в полтора для начала.
Парус выкиньте тряпку, используйте ну хоть плёнку упаковочную от цветов или металлизированную плёнку для окон (от солнца). Хоть первый парус будет и плоский но это лучше тяжёлой тряпки
Корпуса: подозреваю что центральные блоки вам не нужны, какая у вас осадка то, меньше сантиметра?
Корпусам придать хоть какое заострение на носу
Шкот гика уж очень близко к мачте, перенесите точку крепления
Посмотрите на поведение лодки и будете переделывать дальше
Или новую заложите…

Конструкция у вас крайне упрощённая и даёт простор для экспериментов.
Переделывайте по частям и смотрите что меняется в поведении

Вчера вечером/сегодня утром, по итогам тестового испытания, разобрал всю конструцию и делаю следующее:

• увеличил длину мачты (на 1/3 примерно)
• убрал цетральные пенопластовые поплавки/блоки под корпусом (буду добиваться увеличения погружения модели в воду и снижения сопротовления ветру в движении)
• площадь паруса буду увеличивать
• форму паруса меняю (на ту, которая даст возможность создавать подъемную силу)
• в качестве материала паруса буду применять пленку от цветов
• форму поплавков буду делать обтекаемой (+ планирую загрунтовать/зашпаклевать/зашкурить их акриловой(?) шпаклевкой для большей обтекаемости и плавности скольжения по воде, снижения гидродинамического сопростовления)

Шкот гика уж очень близко к мачте, перенесите точку крепления

Увы, но оставлю этот узел пока без изменения - переделки его потребуют много усилий.

Площадь и глубину шверцов увеличить в 3-4 раза

А почему так? Я, наоборот, планировал уменьшать их площадь. Мне она (площадь килей/швертов на данной модели) кажется избыточной. По литературе рекомендуют 1/20 от площади паруса. А площадь паруса у меня явно небольшая будет (чтобы избежать опрокидывания внезапным порывом ветра). Цитата: “Считается, что достаточным является шверт площадью погруженной части в 5% от площади лавировочных парусов”.

Сейчас еще раз перечитываю теорию: parusa.narod.ru/bib/books/kuzn/03.htm

Как запасной вариант (если катамаран “не взлетит” 😃 ) подумал вот о таком варианте: убрать вообще рубку (и радиоуправление). Получится как бы самоходная модель катамарана (с низкой массой и без воздушного тормоза - выступающей рубки). Можно будет на этой модели оттестировать хождение судна против ветра, а потоу уже - по мере необходимости - добавлять радиоуправление. В этом варианет судно будет ходить одним фиксированным галсом (который можно будет задать на берегу). Возврат - при помощи привязанной лески (или перебегая на другой берег водоема) 😃

Я, наоборот, планировал уменьшать их площадь.

Попробуйте и так и этак. Ваша конструкция позволяет пробовать варианты “малой кровью”

этот узел пока без изменения - переделки его потребуют много усилий

Кмк, можно просто перенести в заднюю часть “рубки” отверстие для шкота, а РМ паруса поставить впереди “рулевой”. Для уменьшения трения в отверстие поставить пластиковую трубку: фторопластовую или от стержня шариковой ручки и подогретым жалом паяльника растянуть трубку в воронку с обеих сторон (что-то вроде пластикового люверса)

Внес доработки в конструкцию:

• сделал поплавки обтекаемыми, зашпаклевал и зашкурих их, покрасил
• увеличил длину мачты и форму паруса
• изменил форму килей (сделал их вытянутыми в “глубину”). Площадь (соотношение) килей с парусом: 1:10
• добавил в приемную схему выключатель (вкл/выкл)

Масса катамарана в сборе вышла в 490 грамм. Если “помахать” парусом вправо-влево - вроде принимает характерную форму. При ближайшем ветре (и возможности выехать на водоем) буду испытывать версию №2 (текущую).

Совсем другое дело! Следующий шаг к совершенству - совсем убрать надстройку, а всё электрическое разместить в поплавках. И форма швертов какая-то сильно античная. Сейчас никто такое не носит.

Провел испытания катамарана на воде.

Модель идет против ветра!

Цель достигнута! Я прикоснулся к этой магии! 😃 Ура!

А теперь технические подробности. Ветер был 5-7 метров в секунду (с порывами до 10-12 м/с). На среднем ветре катамаран более-менее быстро (т.е. медленно 😃 ) пошел против ветра. По ветру скорость так же была небольшая.

Радиоуправление работало, но больше я запускал модель разными фиксированными галсами - и смотре за ее поведением. Для того, чтобы модель гарантированно вернулась назад - я привязал к ней нить - и вытягивал ее на берег (при “спорных” ситуациях). Минус - нить сильно тормозит модель на воде (особенно когда удлинение составляет более 8-10 метров).

Повороты “оверштаг” получились. А вот “фордевинд” - не хватило скорости, мастерства управления и расходов руля.

Без управления (когда парус максимально параллелен продольной оси судна) - модель склонна приводиться носом к ветру, как бы ложиться в дрейф (курс левентик или крутой фордевинд).

Вопрос: что это значит? Какое состояние дел с центровкой? Я не слишком ли отнес назад ЦБС судна (либо - не слишком ли вынес вперед ЦП)?

Так же отмечу слишком близкое к центру модели расположение руля: повороты делать сложно. Сама площадь руля недостаточна, мала.

При сильном ветре (10-12 м/с) модель зарывается носом в воду, опрокидывается. При слабом ветре - скорость набирает медленно, идет “тихим ходом”.

Планы на будущее - скорее всего буду убирать рубку вообще. Хочу переделать данную модель в такую, которую можно запускать с фиксированными настройками. Место предполагаемого запуска - озеро (чтобы можно было ее поймать на противоположном берегу). Цель: изучить, как изменится поведение модели катамарана при снижении массы и площади паразитного сопротивления (рубки) + попробовать увеличить скоростные характеристики.

Буду раз услышать ваше мнение по поводу увиденного/написанного 😃

Рули (два) на катамаране надо ставить на обоих поплавках, в конце. Иначе на хорошем ветру при отрыве одного от воды нечем будет выруливать
По поводу приведения\уваливания играть с положением мачты и швертов

Переделал модель катамарана в очередной раз:

• Убрал полностью “рубку” и все радиоуправление, руль.
• Зашлифовал поплавки до состояния “гладкая кожа” (при прикосновении).
• Вес модели уменьшился вдвое: до 250 грамм сейчас
• Понизил положение гика (поближе к “палубе”)
• Переместил положение мачты ближе к геометрическому центру модели
• Фиксацию угла наклона паруса сделал ручной (регулировка длины нити, которая дает гику поворачиваться вправо-влево)
• “Загерметизировал”/зафиксировал скотчем латы на парусе

Вот так выглядит проект сейчас в разобранном и собранном виде:

Испытал поведение модели на воде. Ветер был примерно 4-6 м/с. Назад модель возвращал по уже отработанной технологии - вытягивал привязанной сзади нитью.

Поведение модели кардинально изменилось! (по сравнению с предыдущей версией).

Скорость выросла, углы хождения к ветру - увеличились (стали более острыми). Ставил парус под углом (к продольной оси судна) примерно 5 и 45 градусов - модель не заваливается в воду, не переворачивается (как было ранее), “идет” быстро.

Испытания с углом паруса в 90 градусов (курс “фордевинд”) - оставил на следующий раз. На данном пляже и при текущем направлении ветра - испытать его не удалось.

В целом - получил удовольствие от того, что модель удалось усовершенствовать, от того, что она стала более быстрой (чем была ранее). Захотелось даже повторить испытания снова 😃

Для хождения фордевинд стаксель ещё желателен - тогда можно поставить паруса на бабочку и уваливаться меньше будет (проще рулём компенсировать, и красиво опять же 😊

Спасибо, Владимир, за интересное описание. Учитывая небольшой размер катамарана и умеренные трудозатраты, было бы интересно попробовать жёсткий парус. Т.е. крыло симметричного профиля (из пенопласта простейшее). Скорость с ним вряд ли заметно вырастет (если только не глиссировать), но к ветру может получиться ходить круче.

было бы интересно попробовать жёсткий парус. Т.е. крыло симметричного профиля (из пенопласта простейшее).

Да, интересная инженерная задача.

Вот что я нашел вкратце:

1. Демонстрация работы на реальной яхте:

Пример 1: Inflated Wing Sails - Voile gonflable

Пример 2: First-ever inflatable wing sail technology is being mounted on a merchant ship

2. Теоретическое объяснение “как это работает” (на английском): How Did Vestas Sailrocket 2 Smash the Sailing Speed Record?!?!

3. Популярно написанная статья о парусе-крыле симметричного профиля: interparus.com/dutye-krylatye-parusa-preimushhestv…

Чего я в этом не понимаю (пока еще, сейчас) - как возникает подъемная сила на симметричном парусе-крыле. Его же надо “смещать” немного, поворачивать вдоль оси (на 3-5 градусов, условно) - чтобы он заработал, чтобы возникла подъемная сила.

Если поток набегает на симметричный профиль строго вдоль него, то подъемной силы не будет, но если его повернуть на некоторый угол (называется угол атаки), то относительно набегающего потока он перестанет быть симметричным и появится подъемная сила.

Источник: симметричный профиль крыла #3

Да, для работы симметричного профиля нужен некоторый угол атаки. Плюсы жёсткого паруса - работающая аэродинамика по всей длине мачты (у мягкого аэродинамична только средняя часть, “пузо”.) Плюс, мачту можно разместить в удалении от передней кромки, что минимизирует усилие по повороту паруса. Форму крыла надо сделать как у спидфаера, эллипс на конце.

Внес правки в способ крепления паруса (на мачте): добавил люверсы.

Люверсы создавал вот по этой инструкции: как сделать Мини Люверсы

Результат: теперь таки парус получил возможность формировать “пузо”, и - работать как крыло.

С третьей итерации я понял, какой формы (в разных частях) парус должен быть! Это мне было сложно осознать (понадобилось смотреть множество видео, читать книги и статьи). Но все получилось 😃

Меня очень вдохновила идея Игоря Иванова сделать жесткий парус-крыло симметричного профиля.

Я быстро набросил нервюры для подобного крыла в CAD-программе. Из пенопласта делать не решился - потребовалось бы пенорезку делать (ранее я как-то делал ее для работы с пенопластом). Поэтому решился пойти путем классического самолетостроителя 😃

Решил сделать два профиля крыла - симметричное и односторонне-работающее (как в самолете). Соотношение длины к высоте профиля взял примерно 18%. До этого прочитал быстро статью по видам профилей (в зависимости от предназначения, скорости и т.п.). Там говорилось что для малых скоростей оптимально соотношение примерно в 20%.

Лазер режет фанеру быстро и точно. Закупился продольными реечками 6х2х500 мм - и клеить “конструктор для взрослых” 😃

Дольше всего клеил обертку на каркас крыла. Так же для крепления к мачте встроил внутрь алюминиевую трубку.

Финальный результат - крыло установлено на модель катамарана. Саму ось мачты можно немного двигать вперед-назад (по просверленным отверстиям), это должно помочь в настройках на ходу.

В ближайшее время планирую испытать два новых паруса. Будет интересно сравнить с усовершенствованным предыдущим вариантом.

Владимир, снимаю шляпу перед вашей производительностью труда и скоростью технического прогресса реализуемых решений.

Я бы крыло делал проще. Сложная пенорезка не нужна. Достаточно смычка из палки с нихромовой проволокой. Им вырезаете из пенопласта “грубое” крыло меньшей толщины. Поверхность получится неровная, но это не страшно. В крыло вклеивается углепластиковая трубка, которая будет осью, уходящей в корпус катамарана. На ней оно и будет вертеться. Дальше натягиваем ту же проволоку над столом и нарезаем пластины 2-3 мм, уже с ровной поверхностью. Ими оклеиваем на титане в спирту “грубое” крыло. Далее мелкой шкуркой снимаем ворсинки и всё покрываем тем же разведённым титаном. По этой технологии я делаю на письменном столе крылья для своих пенолётов. Последний - миг 15. Там есть фотки поясняющие. МИГ 15 для дачных полетов. Моё крыло внутри наборное, но вам подойдет и монолит.

Профиль у вас очень толстый. Я бы сделал тоньше - трубка 7 мм, плюс оклейка с двух сторон по 3 мм. Итого получится - 13 мм.

Законцовку крыла лучше обрезать уже ножом на эллипс. Прямоугольник просто не красив и не аэродинамичен.

А почему сразу нельзя вырезать ровное ядро крыла? И обтянуть тонкой крафтбумагой или калькой.

У меня не получается резать ровные профилированные поверхности пенопласта смычком на коленке. Только плоские гладкие листы освоил более менее. Кто массово производит сериями детали, тому актуально.

Способ резки крыльев неоднократно описан в литературе. Ничего сложного здесь нет. Главное подготовить рабочее место. И не спешить.

Законцовку крыла лучше обрезать уже ножом на эллипс. Прямоугольник просто не красив и не аэродинамичен.

А! Вот что вы имели в виду под “эллипсом”. Понял. Да, я думал о законцовках - но решил для первого раза сделать без них (особо не усложняя).

С пенорезкой - ранее я использовал ЛАТР (под 220 Вольт, переменный ток, с возможность подстройки напряжения). Как я понимаю - можно использовать для резки пенопласта и “постоянку” 12 Вольт (от лабораторного БП).

В вопросе резки пенопласта меня заботит проблема токсичности его паров. Также, при оклейке пленкой поверхности крыла надышался парами клея - пару часов болела голова после этого.

Все эти факторы надо учитывать в вопросах выбора технологий …

Владимир, может быть Вам поможет эта статья! Меня она уже натолкнула на некоторые мысли…modelist-konstruktor.com/…/polet-na-boku