Весло и Парус

  • записей
    107
  • комментариев
    0
  • просмотров
    2 685

Авторы блога:

  • Saygo 108

Качества галер: ходкость

Saygo

7 просмотров

Гребцы

Пушкин — с монаршьих
Рук руководством
Бившийся так же
Насмерть — как бьется
(Мощь — прибывала,
Сила — росла)
С мускулом вала
Мускул весла.
М. И. Цветаева. «Преодоленье...»
 
Что-то загрустили мои читатели, уже нет предложений заменить гребцов электрической тягой… Непросто, понимаю. Но давайте соберемся и доведем дело до конца.

В конце последнего поста мы подсчитали реальную работу, исходя из законов, связанных с веслом. Проще всего было бы сейчас разделить эту работу в равных долях на пять гребцов, которые в нашем случае сидят на одной банке и гребут одним веслом. Но это противоречило бы тому, что мы видели в нашем предыдущем рассказе. Поэтому поступим по-другому.

Работа A это произведение силы F на элементарное расстояние d, пройденное в направлении действия силы: A = F · d.  Допустим, что каждый гребец прилагает к веслу одинаковую силу. Обозначив перемещение весла у каждого из этих гребцов как d1, d2, d3, d4 и d5 , работу каждого из пяти гребцов можно записать в виде:
A1 = F · d1
A2 = F · d2
A3 = F · d3
A4 = F · d4
A5 = F · d5

Естественно, A1 > A2 > A3 > A4 > A5(см. чертеж)
Весло1.jpg
Опустим в нашем рассмотрении пятого гребца («квинтерола») по причине, которую мы указали выше: на этом месте находились самые слабые, порой больные, или уставшие гребцы. Общая работа
A = A1 + A2 + A3 + A4
A = (F · d1) + (F · d2) + (F · d3) + (F · d4)
A = F(d1 + d2 + d3 + d4)
A = F· d1 (1 + d2/d1 + d3/d1 + d4/d1)

Мы знаем длины рычагов между кистями рук гребцов и уключиной, которые мы привели в исходных данных и обозначили l1, l2, l3, l4. Из приведенного чертежа ясна пропроциональность
d2/d1 = l2/l1;   d3/d1 = l3/l1;    d4/d1 = l4/l1

Отсюда
A = F· d1 (1 + l2/l1+ l3/l1 + l4/l1).

Подставив значения, получим
A = F· d1 (1 + 2,27).

F· d1, как нам понятно, это работа загребного (мы обозначили ее в таблице в конце предыдущей части AΣзаг.) Тогда общая работа гребцов на одном весле
A = 3,27 · AΣзаг

В таблице, которую мы поместили в конце прошлого поста, есть графа, содержание которой мы пока не разъяснили. Речь идет о работе против силы инерции тела самого загребного гребца Азаг. Известно, что тело массой m при движении с линейной скоростью v имеет кинетическую энергию ½ mv2. Переходя от скорости v1 к скорости v2 (v2 > v1), тело должно затратить энергию ½ m(v22v12). В случае, когда (v2 < v1), энергию тело приобретает. Ясно, что линейная скорость гребца соответствует скорости весла, которым он работает (здесь уместно напомнить, что гребцы на галере  на этапе проводки весла не гребут, сгибая руки, их руки всегда остаются выпрямленными). Линейная скорость, мы об этом уже писали, равна произведению угловой скорости на расстояние между центром вращения и движущимся телом. Но ввиду того, что в уравнении кинетической энергии мы должны рассматривать не скорость движения рук гребца, а скорость перемещения его центра тяжести, который расположен ниже точки захвата весла, необходимо ввести коррекцию в расчеты. Эксперименты показывают, что эта коррекция удовлетворительно осуществляется коэффициентом k = 1/1,5. Тогда работа загребного по преодолению силы инерции его тела на каждом элементарном участке движения i будет равняться

Аiзаг = ½ ×65×3,76×k×(·(ωi2 – ω(i-1)2)

Прибавив эту работу к трем другим составляющим, которые были рассмотрены ранее, получим окончательно выражение для работы загребного
 
AiΣзаг = [(Ai+AiI+Aim):3,27] + Аiзаг

Значения этой величины приведены в таблице предыдущего поста для каждого из 26 элементарных перемещений i.

Последние несколько членов для этой работы имеют отрицательный знак. Теоретически это понятно, но в реальности потраченные гребцом силы не восстанавливаются и поэтому около 28 % работы загребного – это чистые потери. Поэтому для того, чтобы определить полную работу, произведенную загребным, необходимо брать не алгебраическую сумму ее составных частей, а сумму их абсолютных величин. Тогда получим

 
A полн = 275, 36 джоулей

Зная работу загребного на этапе проводки весла в воде, можно найти среднюю мощность, которая требуется для производства этой работы. Для этого нам необходимо знать длительность этой фазы процесса. Снова вернемся к таблице, в последней колонке которой показана длительность каждого этапа. Получена эта величина из выражения скорости весла по отношению к галере
Vв/галi = dцд/Ti

а именно
Ti = dцд/ Vв/галi

Элементарное перемещение центра давления определяется из пропорции, содержащей отношения известных нам величин, дающих отстояние от уключины кромки весла и центра давления.

 Складывая элементарные промежутки времени из последней колонки таблицы, получим искомое время T = 0,850 сек.

Искомая мощность равняется
W = A полн /T = 323,95 ватт

Теперь нам надо рассчитать энергетические затраты на этапе заноса весла. Эти затраты не оказывают непосредственного влияния на движение галеры, но без них обойтись невозможно.

Сначала определим длительность фазы заноса, когда лопасть весла движется по воздуху в сторону носа галеры. Сделать это можно легко, вычтя из продолжительности гребка (60 секунд деленные на темп гребли – 21 гребок/минуту, что составляет 2,857 сек) время проводки весла, которое мы только что вычислили (0,850 сек). Не забудем, что какая-то часть времени затрачивается на ввод лопасти в воду и вынос ее из воды. Положив на каждое из этих действий по 0,1 сек, окончательно получим

 
Тзанос = (2,857 – 0,85) – 0,2 = 1,807 сек.

Полученный результат дает возможность подсчитать среднюю угловую скорость весла на этапе его заноса (в этом случае у нас нет необходимость делить перемещение весла на элементарные отрезки). Она равна отношению углового перемещения в радианах ко времени перемещения в секундах. Учитывая, что угол перемещения мал, он может быть заменен тангенсом угла, который  равен (см. исходные данные) отношению амплитуды движения лопасти в воде (Dлоп = 2,60 м) к длине от конца лопасти до уключины (LR = 8,045 м).
 
ωзанос= (2,60:8,045) : 1,807 = 0,179 рад/сек

Теперь по отработанной уже методике вычислим работу по предолению инерции весла (10,7 джоулей) и инерции тела гребца (13,1 джоулей). Учитывая, что во время заноса весла гребец еще и перемещается по вертикали (по приведенной выше диаграмме можно оценить величину этого перемещения h = 0,35 м), необходимо учесть работу по этому перемещению, равную произведению m·g·h = 223,2 дж. Таким образом, общая работа во время заноса весла, равная сумме указанных выше значений, 247 дж. Отсюда мы можем вычислить мощность, которую должен развить загребной на этапе заноса весла

Wзан = 247 : 1,807 = 136,69 ватт

Мы подошли к концу наших вычислений. Мы получили все, что хотели, в отношении одного гребца - загребного:
- полную работу за время проводки весла (275,4 дж)
- полную работу за время заноса весла (247 дж)
Сложив их, мы получим полную работу загребного за один гребок

 
Ацикл/заг= 522,36 джоулей.

А отюда один шаг до вычисления коэффициентов полезного действия (1) на этапе проводки и (2) за весь гребок. Для этого всего лишь надо разделить вычисленную нами ранее необходимую для движения галеры работу гребцов на одном весле на этапе проводки (Авесл= 356,9 джоулей) на 3,27 и получить работу загребного на одном весле Авесл/заг
Авесл/заг = 109,14 дж.
 
Разделив эту величину на полную работу загребного на этапе проводки A полн = 275, 36 джоулей, получим КПД загребного во время фазы проводки весла (0,396).

Подобным же образом получим КПД загребного на протяжении всего гребка:

 
Авесл/заг / Ацикл/заг = 0,209


Для тех, кто потерял нить рассуждений или вычислений, приведем итоговую таблицу
 
Итоговая таблица
Допущения и результаты расчетов, основанных на модели движения стандартной галеры

Итоговая таблица.jpg
 

Примечание. Режим Avant tout относится к случаю, когда обстановка требовала присутствия на веслах всех гребцов. Режим à quartier – режим экономного хода. В гребле участвует половина гребцов.

Это еще не все. Мы должны проанализировать полученные данные и разобраться с физиологией и физическими возможностями гребцов. Об этом в следующий раз.

Via




0 комментариев


Нет комментариев для отображения

Создайте аккаунт или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!


Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас
  • Похожие публикации

    • Пастухов А. М. Кобуксон - миф или реальность?
      Автор: Чжан Гэда
      Пастухов А. М. Кобуксон – миф или реальность? [Электронный ресурс] // История военного дела: исследования и источники. — 2015. — Специальный выпуск III. Военно-морская история (от эпохи Великих географических открытий до Первой мировой войны) — Ч. II. — C. 237-277 (12.10.2015)
    • Пастухов А. М. Кобуксон - миф или реальность?
      Автор: Чжан Гэда
      Пастухов А. М. Кобуксон - миф или реальность?
      Просмотреть файл Пастухов А. М. Кобуксон – миф или реальность? [Электронный ресурс] // История военного дела: исследования и источники. — 2015. — Специальный выпуск III. Военно-морская история (от эпохи Великих географических открытий до Первой мировой войны) — Ч. II. — C. 237-277 (12.10.2015)
      Автор Чжан Гэда Добавлен 12.10.2015 Категория Алексей Пастухов
    • Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии
      Автор: Saygo
      Просмотреть файл Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 1 / СПб.: ГИПП “Искусство России”, 1999. - 122 с. илл.
      Содержание
      Введение 2
      Идеи адмирала Фишера 4
      Разработка задания на проектирование 6
      Эскизное проектирование 8
      Линейные крейсера типа “Инвинсибл” 13
      Линейный крейсер “Инвинсибл” 32
      Линейный крейсер “Инфлексибл” 44
      Линейный крейсер “Индомитейбл” 54
      Линейные крейсера типа “Индефатигейбл” 63
      Линейный крейсер “Индефатигейбл” 83
      Линейный крейсер “Нью Зиланд” 88
      Линейный крейсер “Австралия” 91
      Заключение 94
      Литература 95
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 2 / СПб.: ГИПП “Искусство России”, 1999. - 84 с. илл.
      Содержание
      Проектирование
      Линейный крейсер “Лайон”
      Линейный крейсер “Принсес роял” 27
      Линейный крейсер “Куин Мери” 32
      Линейный крейсер “Тайгер” 42
      Литература 64
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 3 / СПб.: ООО “АНТ-Принт”, 2001. - 96 с. илл.
      Содержание
      Проектирование 2
      Линейный крейсер“Рипалс” 20
      Модернизация 28
      “Рипалс” в войне 33
      Линейный крейсер “Ринаун” 39
      Модернизация 53
      “Ринаун”в войне 60
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 4 / СПб.: Издатель P. P. Муниров, 2006. - 112 с. илл.
      Содержание
      Глава I. Линейные крейсера “Корейджес”, “Глориес” и “Фьориес”
      Проектирование 3
      В составе флота 16
      Глава II. Линейный крейсер “Худ”
      Проектирование 23
      Постройка 28
      Устройство 30
      Служба 47
      Война 58
      Гибель 64
      Приложение
      Неосуществленные проекты
      Проекты линейного крейсера 1921 г. 75
      Проект линейного крейсера “G-3” 78
      Послесловие 83
      Автор Saygo Добавлен 28.10.2014 Категория Военное дело
    • Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии
      Автор: Saygo
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 1 / СПб.: ГИПП “Искусство России”, 1999. - 122 с. илл.
      Содержание
      Введение 2
      Идеи адмирала Фишера 4
      Разработка задания на проектирование 6
      Эскизное проектирование 8
      Линейные крейсера типа “Инвинсибл” 13
      Линейный крейсер “Инвинсибл” 32
      Линейный крейсер “Инфлексибл” 44
      Линейный крейсер “Индомитейбл” 54
      Линейные крейсера типа “Индефатигейбл” 63
      Линейный крейсер “Индефатигейбл” 83
      Линейный крейсер “Нью Зиланд” 88
      Линейный крейсер “Австралия” 91
      Заключение 94
      Литература 95
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 2 / СПб.: ГИПП “Искусство России”, 1999. - 84 с. илл.
      Содержание
      Проектирование
      Линейный крейсер “Лайон”
      Линейный крейсер “Принсес роял” 27
      Линейный крейсер “Куин Мери” 32
      Линейный крейсер “Тайгер” 42
      Литература 64
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 3 / СПб.: ООО “АНТ-Принт”, 2001. - 96 с. илл.
      Содержание
      Проектирование 2
      Линейный крейсер“Рипалс” 20
      Модернизация 28
      “Рипалс” в войне 33
      Линейный крейсер “Ринаун” 39
      Модернизация 53
      “Ринаун”в войне 60
      Мужеников В. Б. Линейные крейсера Англии. Часть 4 / СПб.: Издатель P. P. Муниров, 2006. - 112 с. илл.
      Содержание
      Глава I. Линейные крейсера “Корейджес”, “Глориес” и “Фьориес”
      Проектирование 3
      В составе флота 16
      Глава II. Линейный крейсер “Худ”
      Проектирование 23
      Постройка 28
      Устройство 30
      Служба 47
      Война 58
      Гибель 64
      Приложение
      Неосуществленные проекты
      Проекты линейного крейсера 1921 г. 75
      Проект линейного крейсера “G-3” 78
      Послесловие 83
    • Балакин С. А. Битва при Лепанто - последнее сражение гребных флотов
      Автор: Чжан Гэда
      Балакин С. А. Битва при Лепанто - последнее сражение гребных флотов. Публикация на сайте телеканала OCEAN-TV
      Хорошо иллюстрированная статья о сражении у Лепанто, произошедшим между гребными флотами Священной Лиги и Османской империи 7.10.1571 в ходе турецко-венецианской войны 1570-1573 гг.