Die Physik des Drehens in einem Boot

Question

Ich schreibe eine kleine Simulation eines Bootes (ein Segelboot unter Strom statt Segel). Es hat ein Ruder und einen Kiel und ich habe die meiste Physik, die für den Stoß und den Widerstand arbeitet. Ich habe den Widerstand über dem Boot modelliert, um höher zu sein als entlang des Bootes, um den seitlichen Schlupf zu reduzieren.

Allerdings verhält es sich nicht ganz richtig. Habe ich recht, wenn ich sage, dass der Kiel nicht nur Widerstand leistet, sondern auch dazu beiträgt, das Boot durch die Kanalisierung durch Wasser zu leiten?

Das endgültige Modell muss nicht wissenschaftlich genau sein, es muss nur wie ein Boot "fühlen".

Alle Zeiger würden sehr geschätzt werden.

Mit freundlichen Grüßen und vielen Dank im Voraus.

Dave

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EDIT (Ursprünglich als Antwort von der OP veröffentlicht)

OK, erkannte ich durch den Kiel des hydrodynamischen "Lift" erzeugt fehlt. Es scheint, als ob es sich wie ein Segel unter Wasser verhält und einen Kraftvektor erzeugt, der proportional zu dem Wasserfluss über ihm und dem Winkel dieses Flusses ist. Der Kraftvektor ist in der entgegengesetzten Richtung zu der Bewegung von Wasser über den Kiel und in die Richtung, in die das Boot zeigt. Theoretisch sollte dies die Seitenneigung verringern und das Boot durch die Kurve ziehen.

Würde mich freuen, wenn jemand da draußen, der über dieses Zeug weiß, wenn sie eine Antwort hinzufügen könnte, die einen gewissen Sinn für mein grundlegendes Verständnis macht. Ich versuche, dies auf eine Formel zurückzuführen, die sich auf die Richtung bezieht, in die das Boot zeigt, und auf die Richtung und Geschwindigkeit des Bootes.

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OK, realisierte ich vermisse den hydrodynamischen "Lift" vom Kiel erzeugt. Es scheint, als ob es sich wie ein Segel unter Wasser verhält und einen Kraftvektor erzeugt, der proportional zu dem Wasserfluss über ihm und dem Winkel dieses Flusses ist. Der Kraftvektor ist in der entgegengesetzten Richtung zu der Bewegung von Wasser über den Kiel und in die Richtung, in die das Boot zeigt. Theoretisch sollte dies die Seitenneigung verringern und das Boot durch die Kurve ziehen.

Würde mich freuen, wenn jemand da draußen, der über dieses Zeug weiß, wenn sie eine Antwort hinzufügen könnte, die einen gewissen Sinn für mein grundlegendes Verständnis macht. Ich versuche, dies auf eine Formel zurückzuführen, die sich auf die Richtung bezieht, in die das Boot zeigt, und auf die Richtung und Geschwindigkeit des Bootes.

Answer 1

Wenn ein Verdrängungsrumpf über den einen Weg (dh nach Lee) läuft, bewirkt er, dass sich das Boot in die entgegengesetzte Richtung dreht (dh in Luv); Mir wurde gesagt, ich solle mit der Kontur des benetzten Bereichs machen. Ich glaube nicht, dass der Kiel Auftrieb erzeugt, weil sich der Anstellwinkel durch das Wasser kaum ändert.

Also, wenn das Boot dreht, wird es unter der Zentrifugalkraft nach außen getrieben (die Zentripetalkraft wirkt unter dem Massenmittelpunkt, so gibt es einen Moment, der das Boot nach außen kippt), und das ändert die Form des Rumpfes im Wasser so, dass es das Boot etwas schneller dreht. Ein weiterer Faktor, wenn das Boot unter Strom ist, ist, dass der Saildrive in der Regel direkt vor dem Ruder ist, was eine gewisse Schubvektorsteuerung ermöglicht, wenn die Wäsche auf das Ruder trifft (dh wenn der Motor nach einer halben Sekunde fährt) Lag oder so).

Answer 2

Bitte beachten Sie, dass einige hydrodynamische Kraftkomponenten am Rumpf (und Ruder) proportional zur Geschwindigkeit im Quadrat sind. Und die Ladung der Ladung ist entscheidend für die Stabilität der Lenkung. Wenn Sie zum Beispiel den Bug tiefer legen, wird die Lenkung instabiler und umgekehrt. Wenn Sie mehr Gewicht nach achtern legen, wird das Boot schwieriger zu drehen.

Answer 3

Letztlich sind die Faktoren, die die Lenkung des Verdrängerkörpers beeinflussen, die Entfernung vom Seitenruder zum Massenmittelpunkt (einfache Hebelwirkung); Schubmittelpunkt (ob es sich vor oder hinter dem Schwerpunkt befindet); Form und Tiefe der benetzten Oberfläche (die den Druck und die Strömung beeinflusst); Geschwindigkeit (die den Impuls und den dynamischen Druck beeinflusst); Rudergröße und -form (welche die Tendenz bestimmen wird, die Kurve beizubehalten); und Richtung des angewendeten Schubes, sobald die Drehung beginnt.

Unter der Annahme, dass der Ruderabstand von der Mittelmasse ungefähr die Hälfte der Wasserlinienlänge beträgt und das Ruder hart ist und der Schwerpunkt über dem Mittelpunkt des Auftriebs liegt, neigt das Schiff wahrscheinlich außenbords weg von der Drehzentrum, als ihr Bogen, von ihrem ursprünglichen Kurs schief, trifft schiefen Widerstand, und ihre Masse versucht, in der ursprünglichen Richtung fortzusetzen. Wenn sie mit Schrauben angetrieben wird, wird sie gezwungen sein, den Versatz fortzusetzen, so wie ein Bleistift, der auf einer Fingerspitze balanciert ist, schneller kippt, sobald er sich zu lehnen begonnen hat. Ein etwas geringerer Druck auf den inneren Bogen hilft beim Wenden. Obwohl es zutrifft, dass der hintere Teil des Rumpfes dazu neigt, der Kurve zu widerstehen, wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der Außenseite größer sein, da sie relativ zum ursprünglichen Kurs mehr Abstand zur Deckung hat als an der Innenseite. Darüber hinaus zieht sich der Nachbord auf der Innenseite von der vorbeiströmenden Flüssigkeit weg, die, um den Platz zu füllen, das Heck in die gewünschte Richtung drückt. Bei einem Kiel mit einer tiefen Rippe wird, wenn die Ferse betont wird, die Außenbordseite dazu beitragen, den Rumpf in Richtung der Mitte zu schwenken, und die Rückseite wird eine leichte Sogwirkung in Richtung des Zentrums der Kurve erfahren.

Wenn man Kopfsegel zurücklässt, wird der Zug schneller. Wenn man Motoren unterstützt, wird dem "Aufruhr" widerstanden, und der Zug wird weniger scharf. Sobald die Kurve beginnt, ist es zu spät: Lassen Sie die Motoren in Ruhe. Es ist das gleiche wie ein Auto zu bremsen und zu lenken: beide zu zwingen, beide zu versagen.