Экспериментальная оценка четырех типов лодок 2х

Новый эксперимент по биомеханическому сравнению эффективности корпусов лодок был проведен в этом Ноябре. Использовался метод параллельных заездов двух лодок, что устраняет влияние погодных условий, поскольку скорость и направление ветра должны быть одинаковыми для обеих лодок. Сравнивались четыре типа двоек парных:

· WinTech новая 2019 под 90-105кг (WT new);

· WinTech старая 2012 под 90-105кг (WT old);

· Empacher 2015 под 75-90кг (R34 C060);

· Filippi 2015 под 72.5кг (F13CB41Z).

Все лодки имели массы 27 кг (лишь WT new 27,5 кг), первые три двойки были с алюминиевыми отводами с кормы, лодка Filippi имела карбоновые отводы с носа. Размах между осями был установлен 1,60 м у всех лодок. Использовались четыре идентичных пары весел (Concept2 Skinny Smoothie-vortex), у всех был установлен внутренний рычаг 0,88м и длина весла 2,885м. Участвовало четыре гребца в двух постоянных командах:

Поскольку целью было сравнение нового корпуса WinTech с тремя другими лодками, эксперимент состоял из трех раундов по два заезда в каждом, в которых Команда 1 гребла в WT new, Команда 2 – в другой лодке, затем команды менялись лодками и заезд повторялся. В таком случае, оценка лодки не зависела от веса и техники гребли команды. Всего было выполнено шесть заездов по две лодки одновременно:

Каждый заезд на 1000м выполнялся со ступенчато-возрастающем темпе, заданном следующим образом:

Погодные условия были очень благоприятными для подобного эксперимента: практически без ветра, лишь иногда слабый встречно-боковой и дождь, температура 10-11°C, чистая вода Олимпийского гребного канала Dorney Lake. Все четыре лодки были оборудованы системами BioRowTel (32 канала данных каждая, 14 бит, 25 Гц), которые измеряли следующие биомеханические переменные:

· 2D углы весла в горизонтальной и вертикальной плоскостях,

· Усилие на рукоятке от всех 4 весел,

· Перемещение банки от каждого гребца,

· Скорость гребли по 10 Гц GPS для каждой лодки,

· 3D ускорения корпуса лодки,

· 3D вращения корпуса лодки.

Сэмплы данных были определены по постоянному темпу в каждом из пяти отрезков (S01-S05) в каждом отрезков в каждом из шести заездов. Данные каждого сэмпла усреднялись и рассчитывались типичные паттерны представляющие один цикл гребка. Также, были усреднены данные за весь 1000м отрезок и получены типичные паттерны за весь заезд целиком. Следующие основные показатели рассчитывались по типичным паттернам и использовались для сравнения и анализа:

· Средняя скорость гребли (лодки) Vav (м/с),

· Длина гребка – Общий угол весла Atot (град) пройденный за цикл гребка,

· Средние усилия на рукоятке Fav (Н) в фазе проводки,

· Работа за гребок WpS (Дж) в цикле гребка,

· Мощность гребли P (Вт) в среднем за цикл/сэмпл;

· Потери мощности при сплывании лопасти в воде Pw, пропульсивная мощность Pprop = P – Pw и КПД лопасти Ebl = Pprp / P,

· Коэффициент сопротивления общий DFg – отношение мощности гребли P к кубу средней скорости Vav в каждом сэмпле: DFg = P / Vav3,

· Коэффициент сопротивления нетто DFn – отношение Pprop к среднему кубов мгновенной скорости лодки Vi за цикл гребка: DFn = Prop / average(Vi3).

Различием между коэффициентами сопротивления (НБГ 2015/04) является то, что DFn нетто не зависит от потерь энергии на вариацию скорости лодки и сплывание лопасти, а общий коэффициент DFg – зависит.

Результаты

Темп гребли (гвм) показанный командами был близок к заданному для каждого отрезка (здесь и ниже - средние данные обеих команд в двух парных заездах):

Средняя скорость гребли (м/c) была выше в новой лодке WinTech на всех отрезках, за исключением низкого темпа со старой лодкой WinTech, и трех первых отрезков с Empacher (выделено красным):

Мощность гребли (Вт) была довольно однородной во всех заездах:

Коэффициент сопротивления общий DFg был ниже в новой лодке WinTech на всех отрезках, за исключением темпов 25 и 30 по сравнению с лодкой Empacher:

Коэффициент сопротивления нетто DFn был ниже у новой лодки WinTech на всех отрезках с гоночными темпами 35 и 40, кроме темпа 35 с WinTech old:

Поскольку лодка WinTech new была короче, можно было предположить, что она может иметь большую амплитуду колебаний с носа на корму (питч (град)) в цикле гребка. Однако, было обнаружено, что WinTech new имеет примерно на 10% меньший питч, чем WinTech old, и лишь на 2-3% больший питч по сравнению с другими лодками:

Для верификации результатов эксперимента, показатели гребли были усреднены для каждой команды за весь 1000м отрезок во всех четырех лодках, в которых они гребли:

Как и следовало предположить, более тяжелая команда 1 произвела на 16,7% более высокую мощность, и показала на 2,8% более высокую скорость гребли. Оба коэффициента сопротивления DFg и DFn были выше у команды 1, как и ожидалось: DFg был на 7.9% выше, но различия в DFn были лишь 3.8%, что можно объяснить более высоким КПД лопасти у команды 2, а также немного большим КПД лодки – меньшими колебаниями ее скорости в цикле гребка.

Было бы интересно сравнить отношение коэффициента сопротивления DFn к весу гребцов m полученное в этом исследовании с предыдущими статистическими данными (НБГ 2007/07), где они были определены для двоек как:

DFn = 0.020972 m + 2.931142                         (1)

Для среднего веса гребца 86,3 кг для команды 1 и 78,0 кг для команды 2 (Таблица 1), уравнение 1 дает коэффициенты DFn 4.74 и 4.57, соответственно. Это несколько ниже, чем в этом исследовании (Табл.10), что может быть отнесено к текущим погодным условиям. Однако, разница между DFn команд 3.74% по уравнению 1 была очень близка к разнице в 3.76% полученной в этом исследовании. Следовательно, каждый добавочный 1 кг веса гребца увеличивает DFn на 0.45%, и снижает скорость гребли на 0.55с на 2км при одинаковой мощности гребли.

Заключение

Результаты исследования подтверждают тот факт, что новая лодка WinTech имела более низкие коэффициенты сопротивления, чем старая лодка, а также лодки других типов (Empacher and Filippi). Важно, что это преимущество было наибольшим при гоночном темпе гребли 35 гвм.

На основе общего коэффициента сопротивления при темпе 35 гвм и модельной мощности гребли для гребцов Олимпийского уровня 475 Вт (Табл.11), можно заключить, что новая лодка WinTech дает около 1% (3.7с на 2000м) преимущества по сравнению со старой WinTech, 0.11% ((0.4с) выигрыша по сравнению с Empacher, и около 2.5% (9.3с) - по сравнению с Filippi.

©2019 Валерий Клешнев