Дрейф в открытой воде, ветер, волны

[Legalizer]

Да, но зачем?

Как же зачем? Очень даже нужно регулировать его положение. Скег увеличивает сопротивление кормы. Разное положение скега даст разную величину этого сопротивления. На практике положение скега подбираешь в зависимости от курса к волне, чтобы лодка не уваливалась и не приводилась. На длинных переходах это ОЧЕНЬ важно и экономит кучу сил, которые бы ушли на подруливание.

[Круглый Филин]

Legalizer, описывая боковое сопротивление, я как раз этот момент и уловил. Подумал, что таким образом можно менять центр бокового сопротивления. Очень полезная функция.

[Mikle]

На практике положение скега подбираешь в зависимости от курса к волне, чтобы лодка не уваливалась и не приводилась. На длинных переходах это ОЧЕНЬ важно и экономит кучу сил, которые бы ушли на подруливание.

У меня было представление, что основное назначение скега в случае лодки, которая оборудована еще и рулем - это повышение устойчивости на курсе при серфинге на попутных волнах (когда руль выходит из воды на гребне волны). Вопрос состоит в том, имеет ли смысл использовать скег на других курсах, кроме фордевинда и бакштага, при наличии на лодке еще руля ? (Меня лично руль на 100% устраивает на моей "Аделаиде", и только при серфинге на достаточно больших попутных волнах ощущается необходимость в скеге, т.к. при хорошем разгоне (разогнаться вдвоем в таком режиме можно до 20 км в час) становится страшно - а вдруг занесет: ))

Евгенич, просто Mikle не очень внимателен. Он не понял, что после вашего объяснения для меня как раз и прояснился этот аспект. Благодаря вашему доступному объяснению стало понятно, каким образом каяк становится параллельным ветру при гипотетическом условии отсутствия волн.

Филин, я стараюсь быть внимательным, но вашу фразу

нужно простое объяснение, почему стоящий каяк встаёт боком к ветру (помимо влияния волн!

я интерпретировал именно так - что Вы посчитали, что каяк стает лагом к ветру даже без волн. Если кто-то хочет, чтобы его правильно понимали - нужно использовать точную физическую и техническую терминологию. Мы же вроде не литературное творчество тут обсуждаем, а технический вопрос. Иначе будет как в анекдоте про кражу у Пикассо.

Если уж рассматривать понятия v-Vw и дифференциальное счисление, тогда нужно принимать во внимание разность скоростей носовой и кормовой частей, что вызвано взаимодействием с поверхностью воды в момент прохождения минимума волны.

Сергей, все правильно, но неточно: не разность скоростей носа и кормы (т.к. каяк - твердое тело, то скорости носа и кормы одинаковы при отсутствии вращения:), а разность v -Vw,н и v -Vw,к, где v - скорость каяка, Vw,н - скорость течения воды у носа, Vw,к - скорость течения воды у кормы. Говорить "в момент прохождения минимума волны" - неправильно, т.к. нас интересуют события в долгосрочном плане, т.е. не в определенной фазе волны, а за несколько периодов волн.

Увы, но без физ-мат аппарата тут не обойтись, т.к. в случае не обычного волнения, а так называемой монохроматической волны (волнения, при котором присутствуют только длинные волны с одним периодом и направлением - случай волн, пришедших от далекого шторма)- задача сложнее, чем всем тут кажется, и соображения "от сохи" не дают ответа на вопрос "почему лагом к волне".
Короче говоря, нужно не руками размахивать, а решать задачу.

(Для обычного волнения достаточно соображений о 2 положениях равновесия, одно из которых неустойчиво, приведенных в моем первом сообщении. Для строго монохроматической волны возникает вопрос - из-за чего возникают силы, вращающие погруженный в волну каяк, т.е. почему именно положение равновесия, когда ДП каяка параллельна направлению распространению волны - неустойчиво).

Тем не менее, задачу стоит максимально упростить: для этого вместо каяка рассматриваем, как я предлагал выше, 2 небольших (по сравнению с амплитудой и длиной волны) прямоугольных погруженных в воду ящика, соединенных тонким стержнем, один из ящиков - "корма", другой - "нос" (такая штука будет напоминать весло).
Систему считаем погруженной в воду настолько, что ее парусностью (действием ветра) можно полностью пренебречь.

В этом случае действующие на "нос" такого "каяка" (или лучше на расположенную впереди "лопасть" "весла") гидродинамические силы можно вычислить без всяких интегралов, они равны
Fw,н = rho_w * (v -Vw,н)^2 /2 *S * sin^2(phi),
где phi - угол между осью "весла" и направлением распространения волны, S - площадь "лопасти" "весла".
Аналогично, для "кормы" (или для "задней лопасти"):
Fw,к = rho_w * (v -Vw,к)^2 /2 *S * sin^2(phi)

В задаче спрашивается, будет ли такое "весло" вставать лагом к монохроматической волне?

Для точного решения этой задачи нужно показать, что при t >> T (где T - период волны) угол phi стремится к 90 градусам. Очевидно (просто из соображений симметрии задачи), что когда phi = 90 градусов, то Vw,к = Vw,н,
поэтому Fw,к = Fw,н в этом случае, что означает, что на "весло" в положении "лагом к волне" не действуют никакие разворачивающие моменты (момент сил в этом положении равен 0).

Остается показать, пользуясь трохоидальной теорией морских волн, что при t >> T действительно phi стремится к 90 гр. Будет время, попробую это сделать строгим образом. Желающие могут попробовать это сделать самостоятельно: )
(Ясно, что тут не 100% гуманитариев сидит, т.ч. это реально для тех, кто в техническом вузе учился: )

Михаил, в одной из ссылок, что я давал выше, ЦБС не является постоянной величиной и зависит от поведения потока воды под разными участками днища. То есть в носу поток более ламинарный, чем на корме. Отсюда сила взаимодействия корпуса каяка с поверхностью воды воды больше в носу и он лучше противостоит боковому сносу. Чем больше скорость, тем больше турбулентнсти в корме, тем больше смещается ЦБС к носу. Так что об этом речь уже шла, и можно было без интегралов.

Вопрос интересный, хотя и не имеет прямого отношения к обсуждаемой задаче (см. выше). Насчет большей турбулентности в корме - это достаточно очевидно, хотя степень выраженности этого эффекта сильно зависит от обводов. Насчет смещения ЦБС, в зависимости от скорости - уже не столь очевидно (в плане количественного описания этого эффекта), интересно было бы посмотреть ссылку - вопрос представляет практический интерес.

[Круглый Филин]

Нашёл на одном форуме, товарищ пишет о Tarpon120 WS

ну что, на праздниках вплотную откатал...
ВЕЩЬ!
по камышам прет, как танк. после надувнухи (ватерфлай1) ощущение, что лодка летит. как же ходят более длинные и узкие каяки?
гребля плечами, не упираясь - 6 км\ч. включая корпус и ноги - 9,3 км\ч.
против ощутимого ветра (10-15м\с), волна-30см с барашками - не упираясь -4км\ч. на ватерфлае просто не выгреб бы - помню преценденты - вернее выгреб, но с такими усилиями, что и вспоминать не хоцца

помню я на своей жизни ветер 10мс.... Оо
волна там точно была не 30см)))
уж не знаю, верить ли теперь его словам

эта лодка стремится развернуться носом либо кормой к ветру, скорость дрейфа - 1,5-1,9 км\ч.

ему потом классно ответили

минус 4 км/ч - охотно верю.
минус - это когда скорость отрицательная. Смотришь, бывало: чайки жопами полетели - ну, больше двенадцати. Достаёшь анемометр - точно: 13-15м/с.

он, очевидно, вот так выглядел :) http://youtu.be/k06KuYe9nQw

[Operator]

Оператор, Вы меня извините, но где Вы берете такую забористую траву, после которой пишете такие тексты?
(мне теперь ночью будут сниться "стекающие с лодки потенциалы")

Во-первых, я не курю .

Во-вторых, нагородив несколько формул поверх "двух ящиков соединенных палкой", вы пока ничего реально не прояснили, а лишь завели весьма простую (с практической стороны вопроса) тему в тупик идеализированных частных случаев. Формулы могут быть красивыми, могут быть безобразными, но в любом случае, интегральный результат, получаемый из этих формул может и должен облекаться в простые слова, понятные как технарю, так и гуманитарию. Поэтому, действительно знающие предмет люди могут объяснить суть сложнейших алгоритмов или моделей очень наглядно и на пальцах. Коль скоро, вместо этого вы продолжаете городить дифференцированные до частных случаев модели, легко сделать вывод, что ответа на главные вопросы темы у вас пока нет. Возможно вам таки удастся сформулировать эти ответы в дальнейшем, но судя по тому, что даже корифеи жанра, на которых вы ссылаетесь, предлагая соответствующую книжку, со внятностью формулировок имеют серьезные проблемы, то рассчитывать на что-то иное от вас, ИМХО, было бы наивно. Вот цитата из реферируемой книжки (стр.100), которая вызывает уважение достаточной честностью, и от этого достойна приведению в теме:

«...Такое расхождение, как предположил Шулейкин, связано с появлением крупных вторичных волн на вершинах основных. Этим облегчается срыв струй воздуха, что должно приводить к увеличению асимметрии поля давления над волнами. Проверка этой гипотезы в лабораторных условиях подтвердила ее правильность. Достаточно оказалось поместить на гребнях тех моделей волн, о которых шла речь ранее, небольшие призмы высотой (1/7,5)/z волны в модели чтобы значения N выросли примерно в шесть раз по сравнению с полученными ранее. Поэтому можно полагать, что выражение (2.35) правильно отражает основную сущность процесса.

Позднее появились новые теории развития ветрового волнения. Так, в 1963 г., Филлипс предположил, что ветер быстро флуктуирует около среднего значения, а волновое поле тесно связано с полем турбулентного ветра. Здесь, однако, возникают большие трудности в моделировании сложного непрерывно меняющегося распределения напряжений, которые создаются возникающими вихрями. Поэтому так называемая резонансная теория Филлипса хотя и способствовала пониманию существа дела, все же не смогла правильно описать все наблюдаемые свойства волн. Еще более сложная теория Майлса, позднее объединенная Филлипсом в единую теорию (теория Майлса-Филлипса), также не смогла описать в полной мере особенности ветрового волнения. Поэтому можно согласиться с мнением ряда исследователей, что ветер, дующий над водной поверхностью, генерирует волны с помощью физических процессов, которые в настоящее время не могут считаться полностью известными (выделено мной - Оператор)...»

С другой стороны, как сказал великий Ломоносов - "Природа весьма проста,что этому противоречит - должно быть отвергнуто". Исходя их этой простой "леммы", развитие научного понимания тех или иных явлений, должно неизбежно приводить к упрощению и универсализации теоретических моделей, описывающих эти явления. Судя по вышеприведенной цитате (равно, впрочем, как и по состоянию в других научных областях), повсеместно происходит обратное.

Поэтому сам фундамент теорпостроений в наше время, сами принципы моделирования имеют, ИМХО, фатальные косяки. И незачем обвинять меня в отрицинии матана и прочего говна . Сами ученые, вынужденные постоянно усложнять доставшиеся им в наследство модели, признают это все чаще и чаще.

Теперь по сути.

Потенциал носа лодки выше хотя бы потому, что именно в этой зоне лодка передает максимальную энергию воде, по которой движется. Что и подтверждается тем, что волна от носовой части любого судна является основной (максимально амплитудной). Все остальные волны вторичны, третичны и т.д. Разумеется, у критика подобного подхода может возникнуть соблазн свести эту очевидную истину к совокупности действия различных "сил". Что , по большому счету, ровным счетом ничего и не изменит. Поскольку волна это суть энергия, то для ее возникновения необходимо ее откуда-то взять. В кормовой же части лодки, в зоне относительной депрессии, возникает совершенно иная ситуация, особенно тогда, когда корма лодки попадает в зону склона первичной волны от днища (носовой части) судна и начинается частичный "возврат" затраченной энергии. Поэтому, каждая лодка имеет свою оптимальную скорость, зависящую только от ее длины. Ведь чем длиннее лодка, тем длиннее период создаваемой ей продольной волны, тем выше при прочих равных скорость, на которой ее можно "подсадить" в собственную же "энергетическую яму", обеспечивая оптимум усилий на продвижение вперед. При этом и происходит "сток" энергии, обеспечивающий относительно повышенный "потенциал" носа лодки. Повторюсь, что электромагнитная составляющая здесь далеко не все. В первую очередь это определенные и постоянно действующие структурные напряжения. Разница лишь в том, что структурные напряжения (которые безусловно сводимы к частотам "квантовых осцилляторов" - атомов и молекул) в проводниках проявляют себя весьма заметно - путем "перераспределения заряда" в направлении от носа к корме, что и соотносимо с понятием "эл.тока". Именно это и фиксируется приборными методами, если знать примерную "длину проводника", для отфильтровывания многочисленных естественных помех. В диэлектрическом материале каяка такого перераспределения не происходит, но структурные напряжения и набор /сток потенциала, при этом остаются.

Можно еще заметить, что в рамках такого (элементарного) подхода, легко прогнозировать то, что ситуация с флюгированием каяка диаметрально изменится если двигать лодку кормой вперед. В этом случае лодка будет уваливаться от ветра. Что, собственно и происходит в реальности. Можете при случае проверить это сами на практике.

Впрочем, заниматься доказательством того, что я считаю очевидным, людям, чье мышление пока еще жестко структурировано матаном и прочей научной догматикой, мне не особо интересно. Мы говорим с ними на разном языке. Когда-то я тоже говорил на языке "дифференциального мышления", но потом решил, что это тупиковая ветвь эволюции.

Так что извиняйте если что, уважаемые коллеги.

[Mikle]

Формулы могут быть красивыми, могут быть безобразными, но в любом случае, интегральный результат, получаемый из этих формул может и должен облекаться в простые слова, понятные как технарю, так и гуманитарию.

Как говориться, есть такой вид простоты, которая хуже воровства. Решение физической задачи и популяризация этого решения до уровня, понятного секретарше - это 2 разные задачи, и 2 из них должна идти после первой, а никак не наоборот. Вы же вместо решения предлагаете всем лингвистические упражнения, некоторые из которых без поллитры вообще не понять, а другие - просто ошибочны (ваша аналогия с машиной в канаве).

Поэтому, действительно знающие предмет люди могут объяснить суть сложнейших алгоритмов или моделей очень наглядно и на пальцах.

Объяснить что-либо можно только тому, кто желает учиться. Судя по вашим постам - физику с математикой Вы забыли (т.к. не владеете даже определениями величин, с которыми пытаетесь оперировать). Это не проблема - можно освежить в памяти, учебников сейчас полно. Проблема - это когда человек с явными проблемами в физ-мат образовании пытается рассказывать другим о явлениях, при изучении которых такое образование необходимо, да еще делится с ними подобными "блестящими откровениями":

Поэтому сам фундамент теорпостроений в наше время, сами принципы моделирования имеют, ИМХО, фатальные косяки. И незачем обвинять меня в отрицинии матана и прочего говна . Сами ученые, вынужденные постоянно усложнять доставшиеся им в наследство модели, признают это все чаще и чаще.

Впрочем, заниматься доказательством того, что я считаю очевидным, людям, чье мышление пока еще жестко структурировано матаном и прочей научной догматикой, мне не особо интересно. Мы говорим с ними на разном языке. Когда-то я тоже говорил на языке "дифференциального мышления", но потом решил, что это тупиковая ветвь эволюции.

(выделено мною).
Ну да, все лучшие умы человечества, от Ньютона до Эйнштейна и Стивена Хоккинга- напрасно бились, строя современное научное знание - Оператор предлагает все это заменить лингвистическими упражнениями!
Оператор, Вы хотя бы соображаете, что если бы ученые вместо физ-мат аппарата занимались бы развитием ваших лингвистических упражнений - мы бы до сих пор в шкурах ходили, а о самолетах и компьютерах даже бы и речи не шло?

[Shoorick]

на этом предлагаю считать дискуссию завершенной.

Как видим, с тех пор написали еще 7 страниц, да и с этими статьями не всё очевидно.

да, в большинстве случаев должна.
http://seakayaker.us/newsletter-archive ... gn-part-2/
"Большинство лодок "приводятся к ветру" или имеют тенденцию поворачивать в сторону ветра. Это происходит из за разности давления на нос, который удерживается ламинарным потоком, и на корму, которая более подвижна, по сравнению с носом."

Не согласен (либо не понимаю) это утверждение. Нос легче развернуть, чем корму. Это специально делается, да и каякеры прежде всего грузят корму, а не нос. Нос зачастую делается более плоским и выступающим над водой, по сравнению с кормой, и как следствие, более парусным.

Другие производители не конкретизируют детали про влияние ветра. Говорят, что уменьшают высоту надводной части лодки, стараются не перевешивать выступающие нос и корму, балансируют управляемость (вертлявость) и устойчивость на курсе.

http://webcache.googleusercontent.com/s ... clnk&gl=ru

(Другая ссылка, возможно сработает без гугл кэша: http://www.neckykayaks.com/liveItDetail ... gtype=1033).
Ага, здесь тоже проскакивает аналогичный аргумент, и он разъясняется подробнее. Нос находится в спокойной воде, а корма в турбулентной. Поэтому нос тяжелее сдвинуть, чем корму. Такое объяснение. Позвольте, но это же происходит при движении судна, а мы рассматриваем дрейф, когда и около носа, и кормы вода спокойная.

Кроме того, не уверен про свойства потоков. Как мне кажется, по сравнению со спокойной водой турбулентные структуры могут как способствовать, так и препятствовать движению.

Далее опять говорится про баланс между управляемостью и устойчивостью на курсе, рассматриваются преимущества и недостатки скега и руля. Кстати, упоминается и про частично выдвинутый скег (о чем речь была и в нашей теме).

Итого, влияние ветра объясняется парусностью носа и кормы. При движении лодки она стремится приводиться к ветру, что связано с разными свойствами водных потоков у носа и кормы. Кроме того, утверждается, что "A well designed kayak should "weathercock"", то есть, хорошо спроектированный каяк должен приводится к ветру. Заметьте, речь не о любом плавающем предмете вытянутой прямоугольной формы, а о хорошей лодке в движении. Заметьте также, речь не о том, что лодка специально проектируется приводиться к ветру. Нет, суть утверждений в статьях в том, что это побочный эффект поведения хорошо идущей и хорошо управляемой лодки, причем эффект, проявляемый не в дрейфе, а в движении.

p.s. Обнаружил позже:

Вот еще ссылка, гораздо более вменяемая.
http://www.paddling.net/guidelines/showArticle.html?583
Суть в том, что сносит и нос и корму, но корму больше. Чем быстрее идет каяк, тем болше эффект доворота к ветру. Если встать на перекур - см. изначальный пост в теме, доворот к ветру будет минимален и каяк приведется бортом к волне.

То же самое, что и я предположил.
Кстати, пару дней назад проверял на водохранилище в ветер без волны. У лодки поддувные борта, два гребца. Следовательно, центр вращения ближе к центру лодки и центру парусности. В дрейфе лодка разворачивается лагом к ветру.

[Круглый Филин]

---
Зацените обновлённый первый пост

[Shoorick]

Круглый Филин, не совсем понятно, зачем Вы редактируете первый пост. Как мне кажется, нарушается эдакая литературная последовательность темы, как книги. Можно ведь и техстатью по результатам обсуждения написать. Тем более, теория взаимодействия с волнами и ветром гораздо шире поднятого Вами в начале практического вопроса об устойчивости на курсе в дрейфе.

приятель рассказывал историю: у него был сосед по общаге, который когда-то ранее учился в авиационном училище. Там интегралом называли проволоку, которой доставали упавшую за батарею тряпку. Не любит у нас народ интегралы:)))

Это из-за формы. "Интегралами" также называют костровые крючки для подвески котелков, пороги.

Путаница в голове трудящихся масс возникает потому, что они не понимают, какую именно систему и задачу они рассматривают, и не понимают определения основных объектов.

Подбирают красивую наглядную аналогию, но не уделяют достаточного внимания ее адекватности.
Вполне естественный для человека принцип решения задач, если не знать, что ошибка может закрасться куда угодно, даже в якобы удачно подходящую модель.

Исходя их этой простой "леммы", развитие научного понимания тех или иных явлений, должно неизбежно приводить к упрощению и универсализации теоретических моделей, описывающих эти явления.

Простого ничего нет, есть привычное. Попробуйте просто описать квантовый мир. Разум человека подбирает привычные ему аналогии из мира твердых тел (летающие шарики), либо из мира воды (волны). В то время как мир совершенно иной, и аналогии не срабатывают. В то же время события, происходящие с твердыми телами или водой, привычны думающей обезьяне, потому как в этих мирах она выросла, но на самом деле они весьма сложные и многоуровневые.

С точки зрения "энергий", потенциал носа движущейся вперед лодки выше потенциала кормы. Причем тем выше, чем выше скорость движения. ... Корма движущейся лодки имеет существенно меньший потенциал, поскольку он постоянно "стекает" с лодки в кильватер.

Именно поэтому выгодно "садиться на хвост" впереди идущей лодке, то есть пристраиваться к ней сзади. Тогда энергия перетекает с кормы первой лодки на нос второй, и грести легче.

И так далее. Три каяка образуют общий суммарный потенциал, как батарея из трех аккумуляторов. А если заставить их крутиться по кругу, как в русском народном хороводе, энергия будет бесконечно циркулировать, к тому же подпитывая участников.

Только главное, чтобы в этот сакральный хоровод не затесался физик или любой другой человек с аналитическим типом мышления. Он сработает как диэлектрик, тем самым разорвет цикл и обломает поэтам приход потенциала.

[Круглый Филин]

Круглый Филин, не совсем понятно, зачем Вы редактируете первый пост. Как мне кажется, нарушается эдакая литературная последовательность темы, как книги.

распространённая практика на программерских форумах.
никто не мешает листать книгу, ветка открыта для всех

Можно ведь и техстатью по результатам обсуждения написать.

а я что сделал?

Тем более, теория взаимодействия с волнами и ветром гораздо шире поднятого Вами в начале практического вопроса об устойчивости на курсе в дрейфе

в наши задачи не входит объять необъятное, нам нужно было лишь выяснить основные моменты. иначе это будет уже не статья, а книга.