Баланс сил на корпусе лодки
Эксперимент с детальным измерением усилий был проведен недавно с использованием нового измерительного кронштейна BioRow, который был установлен на отвод-крыло (Рис.1) и измерял 3D усилия на оси уключины: в горизонтальном FpH, боковом FpS и вертикальном FpV направлениях. Усилия на вертлюге измерялись с помощью 2D измерительной уключины в нормальном к веслу FgN и осевом FgA направлениях.
Усилия на подножке измерялись в трех точках с помощью датчиков BioRow v.2009 (НБГ 2013/08), которые измеряли лишь горизонтальные компоненты FsH (Рис.2).
Другие биомеханические переменные измерялись стандартной системой BioRow (Рис.3): углы весла в горизонтальной Ah и вертикальной Av плоскостях (НБГ 2009/10), движения банки и туловища (2014/12), скорость, ускорения и вращения лодки (2012/03), скорость и направление ветра (2013/06).
Одиночник (1,84 м, 84 кг) выполнил 8 равномерных отрезков по 200м каждый в темпе гребли возрастающим с 17,2 до 41,5 гвм. Данные каждого отрезка были обработаны с использованием метода (НБГ 2017/02), и предпоследний отрезок на 35,5 гвм представлен ниже (Рис.3).
Сумма трех усилий на подножке FsH была вычтена из суммы горизонтальных компонентов усилий на осях FpH, и в результате была получена продвигающая сила на корпусе лодки FbH (Рис.4):
FbH = FpH - FsH (1)
Эта продвигающая сила FbH является суммой сил инерции лодки mb ab (mb=16,5кг – масса лодки, ab – ее ускорение) и силы сопротивления на корпусе Fd, которая, таким образом, определяется теперь напрямую (Рис.5):
Fd = FbH - mb ab (2)
Эта сила сопротивления на базе измерений усилий Fd(F) была сравнена с таковой, рассчитанной по скорости лодки v и коэффициенту сопротивления DF: Fd(v)=DF v2, и определена их разность: DFd= Fd(F)- Fd(v).
Кривые силы сопротивления, рассчитанные двумя способами оказались довольно близки (Рис.5). Небольшую разницу можно объяснить силой на полозках, у которой две причины: гравитация и трение. После захвата, питч лодки максимально отрицателен около -1о (корма – вниз, нос – наверх), плюс 1о наклона полозков относительно лодки. Поэтому, масса гребца двигается немного кверху, что создает силу вперед на полозках Fsl=sin(Ap) mrg. При угле наклона полозков Ap=2о и движущейся массе гребца mr=60кг (без учета веса ног), это дает силу Fsl ~20N, которая толкает лодку вперед, но не измерялась и не учтена здесь в балансе сил. Поэтому, сила сопротивления Fd(F) выглядит выше, чем ее реальная величина (Рис.5,1).
На проводке, питч лодки становится положительным до +1о (корма идет кверху, нос – вниз), так что угол полозков становится близок к нулю и лишь сила трения на колесах банки влияет на баланс сил. В конце проводки, она создает несколько пиков вверх-вниз (2), когда банка двигается вперед-назад и может коснуться стопоров. На подготовке, сила трения толкает лодку назад, что сдвигает баланс сил в отрицательном направлении (3).
Средняя сила сопротивления Fd за цикл гребка была сравнена со средней скоростью лодки v в каждом из восьми отрезков. Было найдено, что наиболее близкое уравнение отличается от традиционного и выглядит, как Fd= 2.59 v2.1726 (R2 = 0.989). Средняя Fd(F) была определена на ~12% выше, чем Fd(v), что мы обсудим далее.
В заключение, впервые, сила сопротивления на корпусе лодки была определена напрямую с помощью измерений BioRow, что можно использовать для оценки техники гребли и качества инвентаря.
©2019 Валерий Клешнев
