Пропульсивная мощность и КПД лопасти
Определение точного баланса пропульсивных сил в предыдущем НБГ 2021/08 позволяет анализировать передачу мощности от лопасти в движение системы гребец-лодка, что является ключевым вопросом Биомеханики Гребли. Приведенные ранее методы измерений и анализа применены здесь для определения продвигающей силы Fsys.p, приложенной к ЦМ системы лодка-гребец. Сила сопротивления воды действующая на корпус лодки Fdrag была получена по методу в НБГ 2019/01, и общая сила на ЦМ системы Fsys была рассчитана как:
Fsys = Fsys.p + Fdrag (1)
Имея силу действующую на систему Fsys и ее массу msys (сумма масс гребца, лодки и весел), можно получить ускорения ЦМ системы asys:
asys = Fsys / msys (2)
Мгновенную скорость ЦМ системы vsys можно получить интегрируя ускорение, а затем, добавляя смещение равное средней скорости гребли (полагая равномерное движение). Мгновенная продвигающая мощность действующая на систему Psys.p есть произведение продвигающей силы и скорости ее ЦМ:
Psys.p = Fsys.p vsys (3)
Поскольку сила на лопасти Fbl.p является единственным внешней силой в системе, также можно определить продвигающую мощность лопасти Pbl.p:
Pbl.p = Fbl.p vsys (4)
Рис.1 показывает эти переменные у М1х при 34.8гвм (лопасти Smooth). Также показана мощность на рукоятке Phnd вычисляемая традиционным способом. Все три кривые мощности (с) имеют близкую величину на последней трети проводки, но в ее начале, мощность на рукоятке наивысшая (как источник энергии на входе), мощность на лопасти – самая низкая (после потерь на сплывание), а мощность передаваемая системе – посредине (вращательная инерция весла добавляется к мощности лопасти).
Имея три типа мощности выше, можно определить КПД этапов трансформации энергии, как отношения их средних величин за цикл гребка. Этот анализ был применен к данным в М1х при гребле с лопастями Smooth, Comp и Fat2 (размеры даны в RBN 2020/11).
Скорость и мощность гребли Phnd (Рис.2, Таб.1) были самыми высокими на первом прохождении с лопастями Smooth, но DF был почти одинаков, что говорит об одинаковых погодных условиях.
КПД лопасти (Таб.2) определенная по сплыванию (НБГ 2018/06) была самой высокой у Smooth, но эти лопасти показали самое низкое отношение мощностей лопасть/рукоятка, что можно объяснить самой высокой осевой силой на лопасти, создающей бОльшее сопротивление (Рис.2,а). Отношение мощностей система/лопасть было самым высоким у Comp (меньшая осевая сила, чем у Smooth) и самым низким у Fat2, что можно объяснить укороченным внешним рычагом – бОльшей силой на лопасти – бОльшим сплыванием – меньшим КПД у Fat2.
Поскольку величины КПД сплыв. и КПД сис/рук были близки и пока не понятно, какой из них более важен, их средние значения были приняты за общий КПД. На их основе, лопасти Comp оказались самыми эффективными с 79.5%, Fat2 были вторыми с 77.6% и Smooth – последними с 77.4%. При уровнях мощности и скорости гребли выше, Comp будут на 3.4с быстрее на 2км, чем Fat2 и на 3.9с быстрее, чем лопасти Smooth . Похожие результаты были получены при темпах 20, 25 и 30гвм. Более подробное обсуждение следует…
Благодарю компанию Concept2 Inc. и лично Дика Дрессигакера и Алекса Данна за проявленный интерес и поддержку этого исследования.
©2021 Валерий Клешнев
