Новый метод измерения продвигающей силы на лодке
Знаете ли Вы что… недавно, в BioRow был разработан новый метод измерения продвигающей силы, действующей на корпус лодки. В одиночке (WinTech Competitor под 90–105 кг; масса вместе с измерительным оборудованием 18,4 кг) расположенный с кормы кронштейн-крыло без задних стоек был установлен на линейных подшипниках. Верхняя перекладина подножки была соединена с кронштейном через два датчика, которые измеряли левую и правую горизонтальные компоненты силы между подножкой и кронштейном. Нижняя часть подножки также была установлена на линейном подшипнике и соединена с днищем лодки через третий датчик силы. Такая конструкция позволяла системе из кронштейна и жестко соединенной с ним подножки свободно перемещаться примерно на 3 см вдоль корпуса на трех линейных подшипниках, которые нейтрализовали все вертикальные и боковые силы. Передача горизонтальной силы между этой системой и корпусом лодки осуществлялась лишь через датчик, который, по сути, измерял продвигающую силу, действующую на лодку.
Данные были получены на двух мужчинах-одиночниках (средний рост 1,92 м, вес 89 кг), которые выполнили пять 200-метровых отрезков со свободными периодами отдыха в темпе 20, 24, 28, 32 и 36 гр/мин в условиях слабого ветра.
При равномерной гребле на каждом отрезке, средняя за цикл величина продвигающей силы Fprop, действующей на корпус, должна быть равна средней величине силы сопротивления Fdrag, которая связана с квадратом средней скорости гребли v и коэффициентом сопротивления DF как:
Fprop = Fdrag = DF v² (1)
Полученные данные показали очень высокую корреляцию (r = 0,994) для этой зависимости, при среднем значении DF = 2,357 кг/м, что подтверждает валидность метода.
Произведение средней продвигающей силы Fprop на скорость гребли v представляет собой продвигающую мощность Pprop, которая расходуется на преодоление сопротивления воды при движении лодки:
Pprop = Fprop v (2)
Между традиционной мощностью гребли (произведение усилий на рукоятке на ее скорость) и продвигающей мощностью была обнаружена высокая корреляция (r = 0,978). Наклон линии регрессии составил 0,521, и это означает средний общий КПД гребли составляет лишь 52,1%, а 47,9% энергии, произведенной гребцом, рассеивается где-то в системе - довольно неожиданный результат.
Пытаясь определить причины столь низкого общего КПД гребли можно предположить, что 22% энергии расходуется на сплывание лопасти в воде, поскольку средний КПД весла в данном случае составлял около 78%. Еще 6% потерь энергии можно объяснить колебаниями скорости лодки в цикле гребка. Сопротивление воды составляет приблизительно 87% от общего, а оставшиеся 13% связаны с сопротивлением воздуха над ватерлинией (Klaus Filter, 2004), которое не измерялось данным методом, и поэтому, к нему можно отнести еще около 7% потерь мощности. Сумма указанных факторов объясняет лишь 35% потерь энергии, но причины оставшихся 13% остаются неясными…
Мгновенное значение силы сопротивления, действующей на корпус Fdrag, должно быть равно разности между инерционной силой, ускоряющей лодку Fb.in. и продвигающей силой Fprop:
Fdrag = Fb.in. – Fprop (3)
Как и ожидалось, сила сопротивления Fdrag во время подготовки была отрицательной (направленной противоположно скорости лодки), а ее величина увеличивалась с повышением темпа гребли: ее средние величины возрастали с 46 Н при 20 гр/мин (скорость 3,37 м/с) до 87 Н при 36 гр/мин (4,59 м/с).
Однако, во время проводки сила сопротивления имела два положительных пика: первый пик наблюдался непосредственно перед "переходной точкой", а второй - при перпендикулярном положении весла. Предположительно, одной из причин этих положительных пиков силы сопротивления может быть трение при движении банки по полозкам, которое толкает лодку вперед во время проводки. Другой возможной причиной может быть контакт икр ног с декой лодки. Очевидно, что для полноценного использования, данный метод следует усовершенствовать посредством измерения этих дополнительных контактных сил, либо их устранения.
В итоге, новый метод может предоставить очень ценную информацию об общей эффективности системы "гребец-лодка-весло", которая может использоваться для оценки как техники гребли, так и качества гребного инвентаря.
©2026 Валерий Клешнев
