Purjeen voima

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Millaisella kaavalla lasketaan tuulen tuottama voima purjeeseen?
Millaiset olosuhteet tarvitaan vaikkapa n.1000kg/10KN voiman aikaansaamiseksi?

Sivut

Kommentit (23)

lokki
Seuraa 
Viestejä4069
Liittynyt3.1.2010

Jos tavoittelet vain suuruusluokan tasoista arviota, saat sellaisen kaavalla: 0,5 x Cl x roo x A x v², jossa purjeen kyseessä ollen nostovoimakerroin Cl ~1, tiheys roo ~1,3 kg/m³, A = purjeen pinta-ala ja v on purjeeseen vaikuttavan tuulen nopeus (tuulen ja purjeen nopeuksien vektorisumma)
Tässä valmiiksi laskettuna arvoja tuulen voimalle (N) yhdelle neliölle:
m/s - N - tarvittava määrä neliöitä 10kN voimaa varten
2 - 3 - 3846
4 - 10 - 962
6 - 23 - 427
8 - 42 - 240
10 - 65 - 154
12 - 94 - 107
14 - 127 - 78
16 - 166 - 60
18 - 211 - 47
20 - 260 - 38
22 - 315 - 32
24 - 374 - 27

Vierailija
lokki

Tässä valmiiksi laskettuna arvoja tuulen voimalle (N) yhdelle neliölle:
m/s - N - tarvittava määrä neliöitä 10kN voimaa varten

24 - 374 - 27


Eli 5x5m purjeella saa melkein tonnin liikkeelle, kun tuulee 24m/s?
Luenko taulukkoasi oikein?

Vierailija
Arvuuttelija
Millaisella kaavalla lasketaan tuulen tuottama voima purjeeseen?
Millaiset olosuhteet tarvitaan vaikkapa n.1000kg/10KN voiman aikaansaamiseksi?

http://www.wb-sails.fi/news/SailPowerCa ... erCalc.htm
Katso tuosta, niin saat hieman tarkempia tuloksia kuin turhan yksinkertaisella kaavalla, mikä ei huomioi realistisia reunaehtoja. Veneen vakavuus, kallistuskulma, purjeiden muoto ja asento tuuleen nähden, ym, ym.

Se annettu kaava on kyllä teoriassa ihan oikea, jos vain ilman tiheys olisi juuri se oletettu, ja Cl & Cd juuri oikeat. Ja voima purjeeseenhan on nostovoiman ja vastuksen vektorisumma, eikä vain toinen noista.

Muutakin kiinnostavaa saatat löytää tästä :
http://www.wb-sails.fi/news/

MLT
Seuraa 
Viestejä571
Liittynyt18.9.2009

Joo, tuo 1.3 tiheys kyllä vastaa sellaisessa pikku pakkasessa purjehtimista. Veneen vakavuus ei sinänsä vaikuta purjeen voimaan eikä tietyissä rajoissa kallistuskulmakaan, muut kyllä. Tuo kaavahan tuossa muodossa antaa jonkinlaisen maksimivoiman.

Purjeen todellisten voimien laskenta onkin sitten ei-triviaali temppu, olisi paljon helpompaa mitata ne.

Vierailija
MLT
Joo, tuo 1.3 tiheys kyllä vastaa sellaisessa pikku pakkasessa purjehtimista. Veneen vakavuus ei sinänsä vaikuta purjeen voimaan eikä tietyissä rajoissa kallistuskulmakaan, muut kyllä. Tuo kaavahan tuossa muodossa antaa jonkinlaisen maksimivoiman.

Veneen vakavuus vaikuttaa kallistuskulmaan. Veneen kallistuskulma vaikuttaa purjeen asentoon.
Purjeen asento vaikuttaa sekä nostovoimakertoimeen että vastuskertoimeen.
Siis myös muilla asentoa määrittävillä seikoilla kuin kohtauskulmalla on vaikutusta.
Kyseessä on 3D virtaus, eikä 2D malli anna riittävän oikeaa kuvaa purjeen toiminnan analysoimiseen.
Lisäksi kallistuskulma vaikuttaa sekä veneen sijaintiin suhteessa purjeeseen, että ennenkaikkea purjeiden sijaintiin suhteessa toisiinsa virtauksen suunasta katsoen. Vaikuttaa myös siihen missä virtauksessa purje on. Alhaalla tuulee erilailla kuin ylempänä ja kansi vaikuttaa virtaukseen alhaalla.
Ääri tapauksessa kallistuskulma vaikuttaa jopa siihen onko purje ilmassa vaiko vedessä.
Voimat purjeessa taas vaikuttavat siihen millä vauhdilla ja mihin suuntaan vene etenee ja siten siihen millä nopeudella ilma virtaa suhteessa veneeseen. Siis sekä virtausvauhtiin että -suuntaan on vaikutusta.
Reaalimaailmassa maksimi aerodynaaminen voima saadaan jakamalla oikaiseva momentti aerodynaamisen voimakeskiön ja hydrodynaamisen voimakeskiön tietyn suuntaisella etäisyydellä. Voima purjeeseen on vain osa aerodynaamisesta voimasta, joten sillä on selkeä yläraja, eikä voima purjeeseen siis suinkaan kasva rajatta tuulennopeuden mukana.Purjeen muoto myös muuttuu siihen vaikuttavien voimien mukana. Antamissani linkeissä on hyvin analysoitu tuota aihealuetta 3D kuvien kera, josta saa hieman parempaa kuvaa mitkä asiat vaikuttavat ja miten.

MLT
Purjeen todellisten voimien laskenta onkin sitten ei-triviaali temppu, olisi paljon helpompaa mitata ne.
Yleensä aerodynaamiset voimat purjeeseen ovat huomattavasti pienempiä kuin purjeeseen kohdistuvat voimat kiinteistä kohteista, kuten esim köysistä. Mittaaminen ei siis myöskään ole triviaali temppu tarvittavalla tarkkuudella myös voimien suuntien osalta. Toki epäsuora mittaaminen mahdollista olisi, suora paineanturien sijoittelu joka puolelle purjetta taas ei liene mikään triviaali temppu myöskään.

Jägermeister
Seuraa 
Viestejä1013
Liittynyt23.4.2008
Arvuuttelija
lokki

Tässä valmiiksi laskettuna arvoja tuulen voimalle (N) yhdelle neliölle:
m/s - N - tarvittava määrä neliöitä 10kN voimaa varten

24 - 374 - 27


Eli 5x5m purjeella saa melkein tonnin liikkeelle, kun tuulee 24m/s?
Luenko taulukkoasi oikein?

Tonnin (1000kg) liikkeellelähtöön veneellä riittänee pienempikin riepu tai vaikka mela.
Kiihtyvyyttä ja huippunopeuta saadaan sitten isommalla työntövoimalla.

---

Vierailija

Keskustelussa on useita asiantuntijoiden vastauksia. En pyri (enkä voisikaan) ylittää
lähdeviitteiden antamaa tietoa.

Kuitenkin voin yksinkertaistaa sitä, maallikon ymmärtämälle tasolle, jollainen itse olen.

Purjeen paras teho ei ole veneen seilatessa myötätuulessa.
(Jollain purjelaivatyypeillä kuitenkin oli, sellaisia ei enää käytetä)

Nykyaikaisen halvahkon nopean purjeveneen nopeus (yleistettynä) on suurin,
kun tuulen tulosuunta on 45 astetta ahterista sivusuuntaan. Eli purjeet toimivat
kuin lentokoneen siipi, nostovoima vie eteenpäin. Se vene, sen paino ( esim. tonni)
ei merkitse mitään, ainoastaan sen hydraulinen sutjakkuus, ja kallistuksenkestävyys.

Nopein teoreettinen (ainakin parikymmentä vuotta sitten) purjeilla liikkuva vehje oli
purjelauta. Eli liukuun kykenevä kevyt kölisiivillä varustettu laite. Sen nopeus on kait paras,
kun tuulee takasuunnasta 80 asteen kulmassa. Siis jyrkkä sivumyötäinen.

Purje, potkuri ja tuulivoimalan siipi mitoitetaan nykyisin siten, että ne ovat kuin "lentokoneen
siipiä". Nostovoima ja virtauksen tulokulma ja nopeusero ovat pääasia.
Ne eivät ole "levyjä", joita tuuli painaa. Tai levyjä, jotka työntävät vettä taaksepäin.

lokki
Seuraa 
Viestejä4069
Liittynyt3.1.2010
MLT
Joo, tuo 1.3 tiheys kyllä vastaa sellaisessa pikku pakkasessa purjehtimista.

Juu, hupsista. Laskin viimeeksi tuulivoimaloiden siipivoimia, niin jäi väärä tiheysarvo. 1,2 on parempi kesäkelille.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10607
Liittynyt16.3.2005

Jääpurjehdus nimenomaan vaatii pikkuisen pakkasta.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Diam
Seuraa 
Viestejä2295
Liittynyt14.9.2006

Tästä olisi piirrettävä vapaakplekuva voiman ja vastavoiman lakien mukaan. Sitten tasapainoyhtälöillä laskeskeltava, mutt oikea fyysikko laskeskelisi energiaperiaatteen mukaan tuon näköisillä kaavoilla.

Denzel on tutustunut dynamiikkaan.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/e ... 7f5b10.png

where
is a characteristic surface in the case of sail on the surface of the chord.
is the aerodynamic coefficient.
represents the percentage of energy recovered over the upper(outer) surface multiplied by the upper(outer) surface area plus the percentage of energy recovered from the lower surface multiplied by the surface area of the lower(inner) surface. By definition for a sail, the fabric is thin, so the upper surface area is identical to the lower surface area. Considering the sail as inelastic, the sail airfoil is relatively thin. The camber of the sail can be very important in lift mode lest the airflow comes off the airfoil and thus decreases the performance of the sail. Even for a highly deformed spinnaker, the spinnaker must be set to catch maximum wind. The upper surface area or the lower surface area are approximately equal to the surface area through the chord. The surface area of the sail is approximated to the surface area through the chord . So the drag coefficient has upper limit 2.

Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!

Diam
Seuraa 
Viestejä2295
Liittynyt14.9.2006

Bernoullin laki on purjeen voiman takana,

Purjeen toimintaperiaate

Karkeasti yleistäen veneen liikkuminen tuulen voimalla perustuu purjeiden siipimuotoon, joka muistuttaa lentokoneen siipeä.
Kun ilmavirta (tuuli) kulkee pitkin purjeen pintaa se aiheuttaa erilaisen paineen purjeen eri puolille. Ilmavirta kulkee nopeammin purjeen suojanpuolella ja Bernoullin lain mukaisesti ilmavirran paine purjetta vasten on pienempi kuin tuulenpuolella, jossa virtaus on hitaampi. Näin syntyvä paine-ero vetää purjetta suojan puolelle saaden aikaan voiman, joka voidaan hyödyntää aluksen liikuttamiseen.

ja tuolla on jotain energiaperiaatteesta.

http://keskustelu.suomi24.fi/node/8834226

Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat