Fizyka obracania się w łodzi

Question

Piszę małą symulację łodzi (żaglówka pod władzą zamiast żagla). Ma ster i kil i mam większość fizyki działającej na ciąg i opór. Modelowałem opór wzdłuż łódki, aby być wyżej niż wzdłuż łodzi, aby zmniejszyć boczny poślizg.

Jednak nie zachowuje się całkiem poprawnie. Czy mam rację, twierdząc, że kil będzie nie tylko zapewniał opór, ale także przyczyniał się do przepłynięcia łódki przez zakręt przez odprowadzanie wody?

Ostateczny model nie musi być naukowo dokładny, ale musi "czuć się" jak łódź.

Wszelkie wskazówki byłyby bardzo mile widziane.

Pozdrawiamy i dziękujemy z góry.

Dave

---

EDIT (Oryginalnie zaksięgowanych jako odpowiedź przez OP)

OK, realizowany tęsknię hydrodynamicznego "windy" generowanego przez kila. Wydaje się, że działa jak żagiel pod wodą i generuje wektor siły proporcjonalny do przepływu wody nad nim i kąta tego przepływu. Wektor siły znajduje się w kierunku przeciwnym do ruchu wody wzdłuż stępki i w kierunku, w którym skierowana jest łódź. Teoretycznie powinno to zmniejszyć boczny poślizg, a także pociągnąć łódź przez zakręt.

Byłbym wdzięczny, gdyby ktoś tam wiedział o tych rzeczach, gdyby mógł dodać odpowiedź, która ma sens w moim podstawowym rozumieniu. Próbuję oddestylować to do wzoru, który jest związany z kierunkiem wskazywanym przez łódź oraz kierunkiem i prędkością poruszania się łodzi.

---

OK, uświadomiłem sobie, że brakuje mi hydrodynamicznej "windy" generowanej przez kil. Wydaje się, że działa jak żagiel pod wodą i generuje wektor siły proporcjonalny do przepływu wody nad nim i kąta tego przepływu. Wektor siły znajduje się w kierunku przeciwnym do ruchu wody wzdłuż stępki i w kierunku, w którym skierowana jest łódź. Teoretycznie powinno to zmniejszyć boczny poślizg, a także pociągnąć łódź przez zakręt.

Byłbym wdzięczny, gdyby ktoś tam wiedział o tych rzeczach, gdyby mógł dodać odpowiedź, która ma sens w moim podstawowym rozumieniu. Próbuję oddestylować to do wzoru, który jest związany z kierunkiem wskazywanym przez łódź oraz kierunkiem i prędkością poruszania się łodzi.

Answer 1

Gdy kadłub wypornościowy przechyla się w jedną stronę (tj. Z zawietrznej), powoduje, że łódź obraca się w przeciwnym kierunku (tj. Do nawietrznej); Powiedziano mi, że mam robić kontury mokrego obszaru. Nie sądzę, że kil podnosi kąt, bo kąt ataku przez wodę ledwo się zmienia.

Tak więc, gdy łódź się obraca, podnosi się na zewnątrz pod działaniem siły odśrodkowej (siła dośrodkowa działa poniżej środka masy, więc jest moment, który wyprowadza łódź na zewnątrz), a to zmienia kształt kadłuba w wodzie w taki sposób, że działa nieco szybciej.

Innym czynnikiem, jeśli łódź jest pod napięciem jest to, że napęd żagla znajduje się zwykle bezpośrednio przed sterem, co pozwala na pewne wektorowanie ciągu, gdy pranie uderza w ster (tj. Kiedy silnik jedzie do przodu, po upływie ½ sekundy opóźnienie lub tak).

Answer 2

Należy pamiętać, że niektóre elementy siły hydrodynamicznej kadłuba (i steru) są proporcjonalne do prędkości podniesionej do kwadratu. Załadunek ładunku ma kluczowe znaczenie dla stabilności układu kierowniczego. Na przykład, ustawienie łuku głębszym spowoduje, że kierowanie będzie bardziej niestabilne i odwrotnie, umieszczenie większej wagi na rufie spowoduje, że łódź będzie trudniejsza do skrętu.

Answer 3

Ostatecznie czynniki wpływające na sterowanie kadłubem przemieszczenia będą odległością od steru do środka masy (prosta dźwignia); środek ciągu (niezależnie od tego, czy znajduje się w środkowej części masy, czy też w kierunku rufy); kształt i głębokość zwilżonej powierzchni (co wpłynie na ciśnienie i przepływ); prędkość (co wpłynie na moment i ciśnienie dynamiczne); wielkość i kształt steru (które będą determinować tendencję do utrzymywania skrętu); i kierunek zastosowanego ciągu po rozpoczęciu skrętu.

Przyjmując, że odległość steru od środkowej masy jest w przybliżeniu równa połowie długości linii wodnej, a ster jest mocny, a środek ciężkości znajduje się powyżej środka wyporu, statek może przechylić silnik na burtę, z dala od obracając centrum, gdy jej łuk, wypaczony z pierwotnego kursu, napotyka skośny opór, a jej masowe próby kontynuowania w pierwotnym kierunku. Jeśli jest napędzany śrubami, będzie zmuszona kontynuować przesunięcie, tak jak ołówek wyważony na czubku palca będzie szybciej przechylał się, gdy zacznie się wychylać. Nieco mniejszy nacisk na łuk wewnętrzny pomoże skręcić. Podczas gdy prawdą jest, że część następcza kadłuba będzie odporna na obrót, prędkość przepływu płynu za zewnętrzną stroną będzie większa, ponieważ w stosunku do pierwotnego przebiegu ma większą odległość do pokrycia niż od strony wewnętrznej. Ponadto kadłub po wewnętrznej stronie odsuwa się od płynącego płynu, który, pędzi do wypełnienia przestrzeni, pomaga pchnąć rufę w wymaganym kierunku. Jeśli chodzi o keel o głębokich płetwach, jeśli wypukłość zostanie wymięta, zewnętrzna powierzchnia pomoże obrócić kadłub w kierunku środka, a druga strona będzie odczuwać lekkie ssanie w kierunku środka zakrętu.

Jeśli jeden z powrotem do głów, kolej będzie szybciej. Jeśli ktoś wycofuje silniki, "rozstrój" będzie stawiał opór, a skręt mniej ostry. W przypadku parowca, gdy zaczyna się kolejka, jest już za późno: zostawić silniki w spokoju. Jest to to samo, co hamowanie i sterowanie pojazdem motorowym: wymuszaj oba, obaj nie.