Search in topic
Модель на подводных крыльях - парусный катамаран, hydrofoil

Модифицировал парус - сделал его гафелем 😃

@SAN - спасибо за идею! 😃

Теперь уже есть надежда, что площади парусов будет более-менее достаточно для обеспечения прироста скорости модели.

Провел испытания новой версии модели. Сила ветра была порядочная: 5-7 м/с с порывами до 8-9 м/с.

Положение ЦП/ЦБС нашел оптимальное - в движении катамаран движется прямо. Площадь парусов: 1200 кв/см. Площадь швертов/килей: 100 кв/см. Соотношение парусности к погруженным поверхностям: 12:1 соответственно.

Результаты:

бейдевинд парусник не идет (его как-бы сносит вбок).
галфинд - идет, наиболее стабильный курс.
бакштаг/фордевинд - идет, но при малом/среднем ветре. Во время сильных порывов ветра - зарывается в воду и хочет сделать переворот через нос.

Я столкнулся с кучей противоречий и вопросов по результатам испытаний:

Л-образная мачта - это удобно (с одной стороны), но она не позволяет крепить жестко паруса (+ требует сложной формы с распорками в виде фермы).
паруса жестко не закреплены - в результате ветер их загибает и скручивает как хочет: придать форму крыла им становится очень сложно. Паруса принимают не оптимальную форму.
грот и стаксель (в данной реализации) работают сами по себе, отдельно друг от друга (набегание потока от стакселя на грот происходит лишь в очень узком диапазоне углов положений парусов).
корпус я выбрал “скоростной” формы, малой погруженной площади и небольшого объема сечения (для быстроты хода), но на некоторых курсах (бакштаг/фордевинд) его выталкивающей/поддерживающей способности не хватает.

Конечная цель (модель катамарана “летит” на подводных крыльях по поверхности воды, воспроизведение явления “hydrofoil”) требует очень точного подгона/балансирования соотношением всех элементов модели:

итоговой финальной массы
материала, формы и площади подводных крыльев (создания ими подъемной силы)
формы, положения и площади парусов (как источника движения)
выбор объема и формы корпуса
работ по взаимоувязке всех компонентов (и учитывание их влияния друг на друга)
обеспечение устойчивого движения при различных скоростях (от начальной до максимальной)
правильный изначальный выбор конструкции, наличие чертежей, материалов и проведения работ по сборке
и т.п.

Примерное копирование (“на глазок”) не работает - слишком много нюансов. Сложность задачи достаточно велика для меня.

Аж завидую как вас зацепило
И как быстро прогрессируете
Удачи!

Решил я далее экспериментировать с текущей платформой - задумал поменять количество и тип мачт на катамаране, добавить парусов. За основу взял вот такой тип парусного вооружения:

Так же захотелось расширить используемые приемы/технологии. А именно - сделать мачты из стеклопластика, дать возможность быстро снимать/устанавливать ванты (растяжки мачт). Подверглись модернизации корпуса и форма поплавков.

В результате парусник (в текущей конфигурации) получился следующим:

Вот детали отдельных узлов:

Общая задумка следующая:

увеличить тягу путем увеличения площади парусности.
поэкспериментировать с соотношением площади парусов (и их формой) к площади основания парусника (точками опоры его об воду).
запускать катамаран курсом галфвинд/бакштаг/фордевинд (на движение курсом бейдевинд я не рассчитываю при такой площади парусов и их форме).
если тяга/скорость будут достаточные - то тогда устанавливаю на модель подводные крылья и запускаю на воду: ожидая, что катамаран выйдет на режим “полета”/“парения”.

Провел очередные испытания модели катамарана. Результаты - успешные (все что ожидал - оправдалось). Сила ветра была примерно 4-5 м/с. Увеличение площади парусности (и изменение ее формы, расположения - относительно предыдущего варианта) положительно сказалось на характеристиках (скорость, центровка, управляемость и т.п.).

Запускал модель всеми галсами:

бейдевинд - успешно идет (хотя я и не ожидал такого результата!). Курсовой угол (между диаметральной плоскостью судна и направлением на ветер) определить было сложно, примерно “на глаз” он составлял 50-60 градусов. Скорость - достаточно резво.
галфвинд, бакштаг - наибольшая сила тяги и наибольшая скорость (из всех испробованных сегодня). Все - как и пишут в учебниках/теории. Есть небольшие тенденции к опрокидыванию и перевороте через нос (при сильных порывах ветра) - предполагаю, это можно частично устранить удлинением поплавков (корпуса) на 1/5 - 1/4 части.
фордевинд - идет относительно медленно, курс держит боле-менее стабильно, но иногда модель виляет вправо-влево. Паруса я поставил “бабочкой” (см. фото ниже).

Немного технических подробностей.

Вот так я закрепляю паруса и меняю им угол поворота (выдаю-вытравливаю) веревку. Сделал из двух саморезов подобие кнехтов - обматываю веревку вокруг них (как швартовы), потом - закрепляю резинкой от разматывания.

Вот так выглядит катамаран в собранном виде (для переноса и транспортировки). Помещается в пакет, весит 0.5 кг. Собирается на месте примерно за 3-4 минуты. Никакие инструменты не требуются - все на “быстросъемах” (разве что нож - обрезать нить крепления к катушке, за которую модель возвращается на берег).

Паруса установлены “бабочкой” для тестирования хождения модели курсом фордевинд.

Итоги и планы на будущее:

модель относительно стабильна и развивает скорость, которой теоретически должно хватить для взлета на подводных крыльях (воспроизведения эффекта hydrofoil).
буду покупать легкий алюминиевый профиль (полосу 0.9 мм ориентировочно), гнуть из него подводные крылья, устанавливать все это на модель и - испытывать.

Изготовил легкие подводные крылья (из алюминия толщиной 1 мм, 6 шт. на фото слева).

Установил их на текущую основу.

Испытал все это на воде. Результаты - смешанные. С одной стороны, есть мощная сила тяги (такая что при вытягивании катамарана назад нить в кожу пальцев врезается).

С другой стороны - поднятие на крылья не происходит. Точнее - происходит лишь частично, поднимается корма судна (и то - ненадолго). Нос - не поднимается.

Подумал, что можно два передних крыла увеличить. Создать на них больше подъемной силы - путем добавления подводной поперечной планки, соединяющей их между собой. Возможно, тогда нос так же поднимется над водой - и катамаран пойдет таки над водой (на одних подводных крыльях).

Надо бы с этими доработками до заморозков успеть (пока лед водоемы не сковал 😃)

Добавил дополнительные плоскости (цифра “1”) и два боковых крыла (цифра “2”).

Цель установки плоскостей - увеличивать подъемную силу. Предназначение дополнительных крыльев - так же генерировать подъемную силу + обеспечивать боковую устойчивость в движении (препятствовать опрокидыванию модели вбок).

Демонстрация того, как именно наклонены крылья относительно направления движения модели.

Предполагаю, что данного количества плоскостей (подводных крыльев) точно хватит для того, чтобы катамаран “полетел”. Судя по достигнутой ранее скорости под парусами (оценил бы ее в 3-4 км/час при ветре в 5-7 м/с) - рассчитываю, что получится осуществить “взлет” (движение над водой на подводных крыльях) на скорости в 3 км/ч. Выдаваемой мощности парусами должно быть достаточно (и даже - с небольшим запасом) - сужу об этом по предыдущим испытаниям.

Количество генерируемой подъемной силы должно хватить для перекрытия силы тяжести (масса катамарана равна примерно 600-650 граммам).

Боковую устойчивость (заваливание вбок, устойчивость от опрокидывания) должны обеспечить боковые крылья.

Теоретические предположения свои я озвучил. А что покажет практика - увидим 😃 Жду ветра - но на ближайшие дни по прогнозу штиль (ветер 1-2 м/с максимум).

Канал с видео (от британцев), которые, похоже, добились совершенства в конструкции подобных катамаранов. По крайней мере, они только видео выкладывают на протяжении 13-ти лет.

Hydrofoiling 2Metre trimaran

Нашел статью, где описывается теория того, как настраивать подводные крылья: углы разные, наклоны, требования и т.п. Так же описывается процесс выхода судна на устойчивое движение на подводных крыльях: что за чем происходит и как этого добиться (путем установок и настроек). Мега полезные данные (для тех кто такие модели строит)!

Владимир, ссылку на статью скиньте, пожалуйста.

Статью я привел в виде четырех сканов (из старого журнала) в предыдущем сообщении. В электронном виде (текст) ее (статьи) нет, насколько я понимаю.

Судя по упоминаемым датам, стилистике, оформлению - это вырезки из специализированного журнала 70-х годов (первоисточник мне не известен). Сами сканы-изображения я нашел на одном из форумов в Интернете (без ссылки на источник).

Провел испытания, удалось сфотографировать вблизи то, как именно катамаран скользит на подводных крыльях:

К сожалению, при этом я тащу его за веревку вперед. При помощи парусов такого эффекта пока достигнуть не удалось 😃

Выводы по результатам сегодняшних испытаний:

я перенасытил конструкцию крыльями. Их реально много! Настолько много, что они банально тормозят катамаран в движении. Силы парусов не хватает для обеспечения движения такого количества крыльев.
были проблемы с центровкой: модель все время норовила привестись к ветру. Исправляется размещением подводных крыльев в ЦП (центре парусности).
подъем катамарана на крыло (в текущей конфигурации, при тяге за веревку вперед: типа как на поводке) происходил уже на скорости 2-3 км/ч. Т.е. количество крыльев надо уменьшать.

Планы на будущее - переделка модели:

кардинальное уменьшение массы (буду срезать и удалять все лишнее, в основном - фанеру; сверлить отверстия для облегчения и т.п.).
смещение точку крепления передних крыльев ближе к ЦП (центру парусности).
уменьшение площади подводных крыльев.
изменение угла поперечного наклона крыльев до 35-40 градусов (сейчас - 30 градусов). Цель - повысить поперечную устойчивость.
установка продольных углов наклона крыльев в 1 градус - для кормы, и 4 градуса - для носа (сейчас - 2 и 5 градусов соответственно). Цель - облегчить движение модели на этапе разгона; добиться поднятия носа первым, а кормы - уже следом, после.

Общая идея: создавать подъемную силу при малой площади крыльев и их оптимальном угле атаки. А не за счет большой площади крыльев при малой скорости - как я делал ранее.

Неплохо бы ещё придать профиль крыльям.

Неплохо было бы придать профиль крыльям, согласен.

А какую технологию и материалы для этого можно использовать? Металл, композиты (углепластик/стеклопластик), фанера? Что-то иное?

Самый простой, хотя и немного трудоёмкий способ, это придать профиль заготовке из дюралюминия. modelist-konstruktor.com/…/krylya-pod-parusom modelist-konstruktor.com/…/s-parusom-na-gidrokryle

В этих статьях можно посмотреть технологию.