Новое исследование рассматривает динамику распространённого и сложного манёвра в парусном спорте.
Тактика — это манёвр, используемый для движения лодки против ветра, при котором меняется направление движения зигзагом. Это один из самых сложных, но необходимых манёвров в парусном спорте.
Хотя тактика является распространённой, движение парусов и ветровые нагрузки во время поворота недостаточно изучены.
Новое исследование математиков из Нью-Йоркского университета и Мичиганского университета посвящено именно этим вопросам. В работе представлена детальная характеристика поведения парусов во время различных тактических движений и с разными типами парусов. Результаты исследования служат основой для улучшения конструкции парусов и повышения эффективности и надёжности современных автономных парусных лодок в океанографических исследованиях при изменении направления в условиях непредсказуемого ветра.
«Тактика — это больше, чем просто поворот», — объясняет Христана Маврояиакому, инструктор в Институте математических наук Куранта при Нью-Йоркском университете и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Fluids. «Это манёвр с высокими ставками, где от характеристик паруса может зависеть исход гонки или парусного путешествия в целом. Это исследование даёт морякам и инженерам новый ресурс для освоения управления ветром, раскрывая, что определяет успешный поворот и сколько времени это занимает».
«Было проделано много работы по оптимизации формы парусов и корпусов парусных лодок, но многое ещё предстоит узнать о взаимодействии жидкости и конструкции во время неустойчивых манёвров», — добавляет профессор Мичиганского университета Сайлас Альбен, соавтор статьи с Маврояиакому. «Манёвр тактики — это важный пример, когда упрощённое моделирование может помочь нам понять основные физические принципы».
Исследование динамики движения парусов во время тактического манёвра
Исследователи изучили динамику движения парусов во время тактического манёвра: когда угол атаки паруса, или угол между ветром и хордой паруса, меняется, чтобы двигаться против ветра. При успешном выполнении тактики парус переворачивается, принимая зеркальное отображение своей первоначальной формы, а при неудачной тактике парус остаётся в состоянии, близком к первоначальной форме.
Исследователи использовали сочетание математического моделирования и численного моделирования, чтобы лучше понять, как паруса взаимодействуют с фоновым ветром во время тактического манёвра. Для этого было рассмотрено, как парус движется в ветре и как ветер меняется в ответ.
В целом, их вычисления показали следующее:
* Три фактора играют решающую роль в том, произойдёт ли переворот вообще: жёсткость паруса (или, наоборот, способность растягиваться), его натяжение до встречи с ветром и конечный угол паруса по отношению к ветру. Более жёсткий и менее изогнутый парус с высоким натяжением до встречи с ветром и углом в 20 градусов по отношению к ветру после тактического манёвра с наибольшей вероятностью приведёт к успешному выполнению тактики.
* Масса паруса, а также скорость и ускорение поворота в основном влияют на скорость переворота.
* Слабые паруса сложнее перевернуть во время тактического манёвра.
Исследователи добавляют, что помимо соревнований по парусному спорту, это исследование потенциально может принести пользу автоматизированным парусным транспортным средствам в различных ветровых условиях.
Исследование получило поддержку от Отдела математических наук Национального научного фонда.
Источник: NYU.