20 июля 2015 г.

Виндгляйдеры на волне. "Детство" парусной доски. Первые Всесоюзные соревнования

Первые Всесоюзные соревнования на парусной доске. Стартовая лавировка.

Лидер гонки - доктор физико-
математических наук В. Рябов
(г. Обнинск)
   Александр Перевозчиков
   Фото автора

   Подчас ученые и инженеры, энтузиасты научно-технического творчества, конструируя для души оригинальные спортивные снаряды, становятся первооткрывателями новых видов спорта. Пример тому парусные доски - виндсерферы, виндгляйдеры.
   Журнал "Техника - молодежи" совместно с Олимпийским парусным центром города Сочи провел первые Всесоюзные соревнования среди молодых ученых.
   Редакция журнала попросила обладателя  специального приза "ТМ" Валерия Рябова, доктора физико-математическмх наук, кандидата в мастера спорта СССР, рассказать об участии ученых в становлении и развитии новой спортивной отрасли, возникшей на стыке парусного спорта, водных лыж, аэродинамики, материаловедения.

   Вот его рассказ.
   Своеобразным "стартовым выстрелом" нашему увлечению послужила одна из обложек "ТМ" 70-х годов, на которой был изображен мчащийся на водяных валах серфист.
   Для физика-теоретика любой вопрос (в том числе и выяснение принципов катания на доске по волнам) начинается с расчетов. Поэтому несколько вечеров мы посвятили составлению математической модели спортивного снаряда, соскальзывающего под влиянием ветра и собственного веса с движущейся волны.


   Свежеиспеченная теория требовала экспериментальной проверки. Неделя напряженной работы, несколько килограммов изрезанной стеклоткани, полведра загубленной эпоксидки - и один из первых в стране серферов готов к спуску на воду. Команда экпериментаторов отправилась на пустынный берег Керченского полуострова.
    Широко расставив руки, я стоял на доске, которая равномерно - вверх, вниз - вздымалась на метровых волнах, однако вперед не двигалась.
   И лишь когда один из нас приблизился к полосе прибоя со стороны моря, набегающая волна неожиданно подхватила доску и легко понесла к берегу! Мы обратили внимание, что, когда налетают порывы ветра, снаряд мчится быстрее. Может, попробовать вооружится парусом? Увы, незамысловатое парусное вооружение - полиэтиленовую скатерть и черенок от лопаты - утопили раньше, чем научились ходить под парусом.
   - Для вашей "стиральной доски", - благожелательно подсказал знакомый яхтсмен, - нужен небольшой опускной киль-шверт и маленький плавник, чтобы стабилизировать движение на курсе.



   Что может быть лучше гонок на парусной доске в свежий ветер?
   То взмывая на крутую волну, то стремительно срываясь с нее, спортсмен стремится удержать в своих руках ветер, упираясь ногами в узкую полоску доски.
   Новый вид спорта как никакой другой близок к полетам на дельтапланах, ибо в сильный ветер большая часть веса спортсмена уравновешивается силой рвущегося из рук паруса. Здесь требуется такое же умение владеть своим телом, как и при скоростных спусках на горных лыжах.

_________________________________________________________________________________

   Со временем первоначальная модель претерпела изменения. Скорлупы палубы и днища стали формовать из стеклопластика, набивали их для плавучести пенопластовыми кубиками, а затем соединяли наподобие двух половинок мыльницы. Совершенствуя свое детище, мы и не подозревали, что счастливая мысль - соединить доску для катания на волнах с парусом - незадолго до нас уже пришла в головы двум молодым американцам! Х. Швейцер и Ф. Дрейк, специалисты в области вычислительной техники и страстные любители серфинга, уже рассчитали на ЭВМ свою модель, названную ими "виндсерфер".
   К концу 70-х годов самоделки строили в Москве, Ленинграде, Таллине, Сочи, Калуге и других городах страны. Изделия, сходившие со стапелей домашних мастерских, хотя и уступали по внешнему виду фирменным, но в скоростных и прочностных качествах вполне могли с ними соперничать.
   Например, молодые ученые из Института атомной энергии имени И. В. Курчатова выполнили на ЭВМ прочностной расчет модели. Им удалось благодаря особой выкладке стеклоткани и умелой обработке ее эпоксидной смолой значительно снизить вес корпуса.
________________________________________________________________________________

На линейке готовности - участники гонок на парусных досках

   Фоторепортаж спец. корреспондента "ТМ" Александра Перевозчикова с первых Всесоюзных соревнований по парусной доске среди молодых ученых на призы "ТМ". 
   Победителями стали: кандидат в мастера спорта СССР Лев Богданов (начальник отдела Президиума АН СССР); кандидат в мастера спорта СССР, доктор физико-математических наук Валерий Рябов (Физико-энергетический институт, город Обнинск); перворазрядник, кандидат физико-математических наук Юрий Озорович (Институт косимческих исследований АН СССР).


Виндгляйдеры берут старт.

В перерыве между гонками.

Перед спуском на воду.

Что-то случилось с парусом.
________________________________________________________________________________

   Придумали, как в домашних условиях изготовить весьма гибкую и в то же время прочную мачту (она соединяется с корпусом при помощи универсального шарнира, позволяющего ей свободно перемещаться в любом направлении). Пропитанную эпоксидной смолой ленту из стеклоткани тщательно наматывали на стержень, предварительно покрытый парафином. Когда смола затвердевала, стержень вместе с обмоткой нагревали, парафин размягчался, после чего полую мачту легко снимали с остова. Для проверки гибкости трехметровой мачты ее располагали горизонтально, закрепляя в точке, отстоящей от нижнего конца на 1,3 м. К верхнему - топу - подвешивали трехкилограммовый груз. Если мачта сгибалась на 170 мм и более, домашний ОТК признавал конструкцию годной к эксплуатации.
   На предприятиях Ленинграда, Феодосии, Таллина началось строительство первых серийных парусных досок типа "Свепп", "Мустанг", "Пагги". Увы, их было мало, и качество оставляло желать лучшего. Скажем, стеклопластиковый корпус "Свеппа" расслаивался при ударе, вследствие чего гигроскопичная пенопластовая "начинка" жадно впитывала воду. Доска тяжелела, теряла ход.
   Несколько лучше в эксплуатации зарекомендовал себя "Мустанг". Его корпус, стыкуемый из трех полых секций, комплектовался разборными мачтой и гиком, что удобно при перевозке подобного комплекта в автомобиле или самолете. Однако не очень удачно спрофилированный нос лодки зарывался в волны. Скорость гасилась. Со временем расшатывались межсекционные шарниры, отчего нарушалась герметичность корпуса.
_________________________________________________________________________________

 Наиболее перспективные, с точки зрения аэро- и гидродинамики, 
                                                   модели корпуса - доски и паруса

    На рисунке слева приведены три схемы обтекания воздушным потоком паруса традиционного типа (вверху) и с так называемым "карманом" (внизу), когда практически полностью удается избежать завихрений воздуха, обтекающего парус как с внутренней, так и с наружной стороны. На среднем рисунке рассматривается промежуточный вариант, когда срыва потока нет только с внешней стороны.
   По мнению гидродинамиков, традиционная выпуклая форма доски создает большое сопротивление при боковом сносе. В то же время при сильном ветре на определенных курсах доска становится очень сложна в управлении и может перевернуться.
   Подобный недостаток отсутствует у досок с плоским днищем - они легко выходят на глиссирование, а смена галса осуществляется практически на месте. Для улучшения маневренности и предотвращения бокового сноса днищу придается более сложная форма (рис. справа). Характер обтекания и возникающие при этом силы иллюстрируются схемами, построенными с помощью компьютера.






Один из новых видов доски.
_________________________________________________________________________________

   Сравнительно недавно парк парусных досок пополнился новым типом спортивных снарядов, названным "виндгляйдерами" (от английского слова "гляйд" - глиссировать, планировать). По решению Международного олимпийского комитета в 1980 году он признан полноправным представителем  олимпийского класса в парусном спорте. От рождения этого вида спорта до признания его олимпийским прошло всего десятилетие.
   Широкий задранный нос виндгляйдера легко выскакивает на гребень волны любого профиля. Причем обводы корпуса выполнены таким образом, что уже при скорости в 4-5 узлов (2,2 - 2,7 м/с)  снаряд выходит на глиссирование, а при срыве с волны даже пролетает по воздуху. Чтобы, приводняясь, доска выдержала весьма мощные динамические удары, традиционные шпангоуты и стрингеры (напомним, что так называют поперечные и продольные ребра жесткости) были заменены сплошными слоями твердого пенопласта. Изготовленные порознь половинки корпуса после сушки в специальных печах склеивали. Затем, чтобы лучше выдержать "геометрию" заготовок, их помещали в металлические матрицы и нагнетали жидкий пенопласт. Он равномерно заполнял  свободное пространство внутри скорлуп и полимеризовался, делая конструкцию прочной, монолитной и в то же время легкой, не тяжелее 20-22 кг.
   Особые требования спортсмены предъявляют к парусам. Их ткут, как правило, из прочных синтетических нитей (речь идет о серийных изделиях). Чтобы поверхность таких полотнищ была воздухонепроницаемой и гладкой, их несколько раз прокатывают через горячие валы-каландры, при этом нити оплавляются и все неровности сглаживаются. А чтобы точнее выдержать размеры таких парусов, их раскраивают на лазерных станках-автоматах. Казалось бы, высокий научно-технический и технологический уровень производства виндгляйдеров должен был оставить "за кормой" эскадры самоделок. Ничего подобного. До недавнего времени самоделки "на равных" с заводскими моделями  участвовали  в соревнованиях всесоюзного ранга. Но вот на вопрос, сможет ли и в дальнейшем домашняя технология конкурировать с промышленной, - утвердительно ответить, по-видимому, нельзя. И вот почему.
   В конструкциях следующего поколения виндгляйдеров будут использоваться так называемые  сверхвысокомодульные волокна, созданные на основе бездефектных углеродных кристаллов толщиной 10 в -3 ст. см, что позволяет добиться теоретически возможной прочности материала, определяемой силой атомных связей; пористые материалы, соторые наполнители или сотопласты - выполненные из высокомодульных волокон, придающих необходимую жесткость и несминаемость корпусу; армированная высокопрочная пленка - майлар, сохраняющая свою форму в процессе эксплуатации. Стоимость их, правда, достаточно высока, но зато резко снижается вес снаряда при высочайшей прочности и жесткости его - качество, от которых зависят скоростные и динамические характеристики парусной доски. Скажем, отдельные, так называемые прыжковые, снаряды благодаря внедрению подобных новинок "сбросили" вес с 20 до 6 кг и тем не менее легко выдерживают многократные перегрузки. Изготовлению и испытанию их, как правило, предшествуют сложные расчеты на ЭВМ, моделирование профилей обтекания  в различных режимах скольжения, срывах потоков.

______________
(Журнал "ТМ" 3/87)

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...