?

Если более точно ,  wingtail  имеет много общего с днищем с  отрицательным задним рокером кормы( загиб днища вниз) . Небольшая вогнутость днища  кормы работает почти так же как и отрицательный рокер на доске(negative tail rocker),только еще более выражено.

 Дополнительная нагрузка на участке вогнутости -"крыле" ведет себя на небольших углах дифферента   и разных длинах глиссирования почти независимо от угла дифферента  и очень похожа на подъемную силу от обычного дополнительного изогнутого крыла : растет  примерно пропорционально квадрату скорости и  это нужно учитывать и  очень взвешенно  подходить к параметрам такого "доп. крыла" при расчете центровки  . Днище в этом месте становится более "мощным" в смысле производства подъемной силы. Если не учитывать этот момент,  быстро  растущая  со скоростью движения  дополнительная сила в корме может  сильно прижимать нос доски к воде( уменьшить дифферент ниже оптимального) , приводя к торможению  .

      На наших широких досках с "крылом"  днище  имеет глубокие вырезы для  смещения вперед основной части "крыла- вогнутости" и соответственно дополнительной подъемной силы на нем , бокс же плавника и ножные ремни ( они определяют возможное расположение центра тяжести человека ) стоят, наоборот в максимально смещенной назад позиции. Кроме того, выбор профиля  и площади вогнутости  производится   на основании  оценочных численных расчетов, для того чтобы быть наиболее эффективным    в заданном диапазоне скоростей . Вогнутость днища   еле заметна ,  составляет 1 -2% (3-7 мм в центральном сечении ) на длине 25-35 см от кормы на разных досках (это 3-7 мм в осевом  сечении ) ,плавно начинаясь от 40-50 см от кормы ,   итоговый отгиб днища вниз в корме составляет 1.5-3 мм от прямой линии, угол  задней кромки(схода потока)  - 2.5-5 градусов
рис.1
Примерный вид килевой линии на 70 см от кормы  в центральном сечении на одной из досок 2002 г.




Одна из первых досок от  Алексея Чоха  100л 2002г.: отрицательный рокер около 2мм, вогнутость  около 2%, плавно нарастает от 50-60 см от кормы - "ложечного" типа
 

  Также ,вспомните, что  такая известная  с точки зрения гидромеханики вещь  как улучшение несущих свойств доски виндсерфинга и достижения более высоких  возможных гидродинамических качеств за счет увеличения удлинения( aspect ratio) смоченного пятна глиссирующего днища (для доски это  ее уширение )   появилась только в конце 90 х годов. А почему раньше производители не уширили свои доски ?

 Такой продольной  "вогнутостью-крылом"  мы также поднимаем несущие свойства  доски как глиссера   за счет более эффективно работающего чуть вогнутого продольно  днища. Приближенные численные расчеты показали, а точнее подтвердили  возможность увеличения гидродинамической эффективности efficiency ( отношения подъемной силы к сопротивлению Lift/Drag)на всех  длинах глиссирования( 40-80 см) таких досок  при разных углах дифферента( 0-7) град по сравнению с плоским днищем   при больших числах FrL . А это значит уменьшение сопротивления ....выигрыш в скорости в определенном диапазоне , разгоне и как следствие  остроте хода.

  доска 130л  2004г Владимир Литовка кормовой отрицательный рокер 2мм, вогнутость примерно 1.5%, плавно начинается от 40 -50 см от кормы



А есть ли  минусы от такого крыла?

  В -общем то "крыло"-вогнутость в корме  это и аналог часто  применяемой транцевой плиты ( закрылка) на глиссерах и имеет много общего с досками с отрицательным задним рокером эпохи раннего развития виндсерфинга   ( negative tail rocker)-отгиб  днища вниз в корме . Посмотрите

. Вещь довольно простая: wave и многие freeride доски с обычным большим положительным рокером(  задняя  часть кормы -наоборот, слегка выпуклая, то есть отгиб кормы вверх- это обычно делают на последних 20-30 см  ) нацеленные на большую маневренность  ощутимо проигрывают в разгоне и скоростным свойствам доскам с меньшим рокером в корме и тем боле слаломным доскам с нулевым задним рокером ( полностью плоский участок кормы или минимальным рокером) . В-общем-то, это объяснимо  у днища  с положительным задним рокером ( подъем килевой вверх в корме )образуется ,наоборот, область с пониженным давлением, которая уменьшает подъемную силу доски, вклад же в вязкостное сопротивление этого участка остается.

    Возникает вопрос : почему остановились точно на нулевом рокере ,то есть прямой килевой в корме ? Продолжая непрерывно вниз эту закономерность  - доска с отрицательным задним рокером должна  улучшать свои разгонные и скоростные характеристики но терять в   устойчивости и маневренности  . Примерно  так же и на досках с "крылом- вогнутостью" . Это ,конечно, не прыжковые и не  фрирайд доски. Задача одна- при той же ширине за счет дополнительной подъемной силы от загиба или его аналога улучшить несущие и скоростные свойства в определенном диапазоне скоростей. Поэтому  эти доски проще отнести к разряду race досок или супер эффективных глиссеров, рассчитанных на быстрый разгон, хорошее прохождение участков ослабления ветра( падение тяги) .
 
 Также еще одно опасение ,которое было до испытаний на воде, это уменьшение продольной устойчивости движения такого днища относительно угла дифферента  - центр давления на таком днище при длинах глиссирования бо'льших размеров вписанного "крыла" при увеличении угла дифферента смещается  вперед  -  Такая неустойчивость , в самом  деле ,немного ощущается, как небольшое по-шлепывание доски  носом.

Еще при  сильно передней центровке  c ростом скорости нос доски  норовит  опуститься и доска передней частью может как бы  "залипнуть"  к воде , что приводит к торможению , особенно при наличии чопа и курсах downwind

А вообще за счет чего получается выигрыш в эффективности на таком днище с вогнутостью?
Если вкратце ,то  глиссирующая вогнутая вдоль дужка может достигать более высокого  гидродинамического  качества по сравнению с глиссирующей продольно плоской пластиной. ( зависимость  2D Седова для глиссирующей дужки приведена слева  )

 Отличие состоит  в том, что на глиссирующей вогнутой дужке даже при нулевом угле  дифференте за счет кривизны как и на обычном крыле , реализуется подъемная сила .  Для того же чтобы получить подъемную силу на пластине ,ее   нужно повернуть на угол атаки - дифферента и при этом ,в отличие от классического крыла обтекаемого плавно в сплошном потоке, на глиссирующей плоской пластине не реализуется подсасывающая сила в носке  и появляется  динамическая часть  сопротивления ( компонента силы назад) за счет передней струи .   Это проекция общей силы , которая действует по нормали к днищу на направление  движения то есть на угол атаки- дифферента.  
Динамическая часть  сопротивления  глиссирующей дужки бесконечного размаха ( 2D) в невесомой жидкости ( бесконечный Fr)  при нулевом угле атаки  теоретически равна нулю .
 Все это было хорошо исследовано для плоской задачи (бесконечный размах ,2D)   еще в 30-40 х годах классическими авторами теории струй и глиссирования - Гуревичем и Седовым на этой страницы есть ссылки и оценочные формулы   . В зарубежных работах  упоминается как Splashless или sprayless  planing  для выпуклых форм  ( работы  Cumberbatch,  Lawrence J. Doctors  , аналог парадокса Д'Аламбера для глиссирования- схема 2D  без образования  передней струи )
  Приближенными численными методами мы это исследовали и для  днища  конечного размаха реальной доски  виндсерфинга и применили спрямленные,  плавно нарастающие  специально подобранные по численным расчетам оптимально  вогнутые 1-2%профили   при   разных длинах  глиссирования  (и соответственно удлинений смоченного пятна)   в дипазоне  углов дифферента  0-7 град . (рис 1)


Претерпели ли изменения другие параметры досок?


Расчеты показали, что максимальной гидродинамической эффективности такие днища достигают на меньших углах дифферента ( 2-3 град)   по сравнению с обычными плоскими (3-5град). Вогнутость дает дополнительную  подъемную силу , то есть  днище становится  более мощным в этом смысле . При больших скоростях подъемной силы  при той же площади может   стать много, понадобится меньший угол дифферента что может вызвать большее  взаимодействии передней части доски  с чопом( ветровая мелкая волна)  и торможение  .Опасения  такого залипания  носа при росте скорости , желание придать более дружественное поведение на воде подтолкнуло нас на реализацию на одной  из досок более фрирайдовой ( с большим подъемом) килевой линий спереди  от ножных лямок и уменьшение прямого участка кормы до вогнутости.
Также на  досках для смягчения хода и повышения  устойчивости есть  поперечное Vee ( до 0-1.5 град) (на некоторых с Double concave ) ,уменьшающееся  от носа к прямому участку. Другие же параметры были сделаны как на рейс досках- острые  кромки в кормовой части, отличная  жесткость  custom технологии.


А какие  еще  плюсы обнаружены от такой вогнутости крыла в корме?
Точно , плюсы есть:

1.Известно что более широкие доски (типа формул) могут ходить  острее более узких не только за счет больших плавников, которые они могут нести, но  и за счет возможной более высокой гидродинамической эффективности корпуса при малых скоростях . Аналогично оказалось  с нашими досками . И это не удивительно, "крыло-вогнутость" повышает гидродинамическое качество днища. Доски показали хороший угол вырезания на ветер..

    2. Второе ,обнаружилось больше как бонус - это  повышенное давление в корме как раз в зоне  корневой части  плавника. Пробраться воздуху на разряженную часть  плавника сложнее и мы в самом деле приятно ощутили существенное уменьшение спинаутов связанных с вентиляцией . Такое повышенное давление в корме дало возможность  смещать боксы   еще ближе к корме, не опасаясь за  частые спинауты.  Можно использовать более короткие плавники, чем для досок с обычным днищем.

Неужели, если так все хорошо, нельзя поставить такие "крылья"-вогнутости и на катера, другие глиссеры, почему этого не делали?
 1.  Во-первых, более простые аналоги- подпирающие поток  транцевые плиты( закрылки) -trim tabs  активно используются на многих глиссерах при разгоне  для преодоления горба  сопротивления и регулировки  оптимального угла дифферента
 а) в 2000 году многие быстроходные глиссерs ВМФ США доукомплектованы транцевыми плитами stern flaps для экономии горючего)
 а  б) здесь их даже продают отдельно для установки на катера)

2. Во вторых  : на больших глиссерах сложнее смещать центр тяжести назад к корме по мере набора скорости- менять центровку , а нагрузка вверх от такого  дополнительного аналога  "крыла" в корме растет очень быстро - примерно пропорционально скорости в квадрате  и центр подъемной силы  смещается назад значительно быстрее по сравнению с плоским днищем. т.е крайне важна правильная центровка- она должна становится для оптимальных углов дифферента   по мере набора скорости более задней  .
   Кроме того, такое заднее "вогнутость -крыло" уменьшает  продольную устойчивость по углу атаки(дифферента )  -на  чопе это крайне нежелательно . На виндсерфинге часть этих проблем   проще решить за счет навыков ( АСУ) человека, который имеет больше свободы в перемещениях своего центра тяжести   и управлении доской.

 Какое программное обеспечение  использовалось?
 Мы рассчитывали   динамические нагрузки на днище по модели аналогии  с крылом заданного удлинения  для слабых вогнутостей и  небольших углов атаки ( дифферента) при стационарном  движении по гладкой воде  для идеальной  невесомой жидкости ( бесконечные  числа FR  ) а коэффициент трения брали мало меняющимся  0.0025-0.0035  . Использовался  известный метод дискретных вихрей   . Общие тесты программы проводили на хорошо изученных  продольно плоских  пластинах  . Сначала была использована модифицированная  для средней линии  крыла  программа Сергея Разбитного из КБ Яковлева .Затем все было реализовано на Mathcad, но  в линейной постановке .  Кстати, эта же программа показывает как улучшается на обычном плоском днище гидродинамическая эффективность при уширении( увеличении размаха) пятна глиссирования . Доски формулы при оптимальных углах дифферента  за счет высоких aspect ratio могут  достигать  высоких  ГД качеств глиссирования ,до 10-11 в  зависимости от длины глиссирования и выбранного угла дифферента.

Какие планы по  дальнейшему применению таких  вогнутостей- "крыльев"?
Пока не хотелось  бы строить большие планы- все же еще идут тесты и эксперименты, отработка на воде.  Катание на виндсерфинге это не только  быстрый разгон и выше скорость в каком-то узком диапазоне на гладкой воде- (расчеты проводились для идеально гладкой воды и больших числах Фруда  ).   Мореходные качества досок,  поведение  на чопе, волне ,прохождение поворотов и др. немаловажно.   Форма днища кормы- хотя и очень важный но не единственный параметр, определяющий поведение доски на воде. Хотя уже получены положительные отзывы от некоторых людей  и мы довольны гонками 2004 г.  в Ейске на слабых ветрах в свободном классе. В этом классе ,кроме прочих ,было  ограничение на ширину доски 70 см. И нам показалось что "вогнутость-крыло" на наших  досках 70см шириной   в пограничных условиях ветра позволяло Валерию  быстрее  выйти на   глиссирование . Ведь из 38 участников гонок в этом классе 6-7 человек были на подходящем, похожем ,конкурентно способном к слабому ветру оборудовании - например Starboard Formula 70 см ширины с гоночным парусом,  Starboard 78 см шириной( куда судьи смотрели?) и т.д.  
 Широкие доски с такими "крыльями" если и найдут применение то с девизом -  лучшее прохождение провалов ветра , быстрее разгон  и выход на глиссирование при меньшей ширине доски. Также такой концепт может пригодиться когда уже будут исчерпаны возможности уширения  досок...

  Еще хотелось бы еще применить этот концепт для широких досок Formula windsurfing  и  поучаствовать в этих более серьезных соревнованиях ,  в условиях дефицита полезной  тяги при лавировке на небольших скоростях этот подход  может неплохо сработать.


Aleon июль 2004 г.-2008г.


UPD 2021 : Тема продолжила существовать только в частных  экземплярах изгибов  и переделок  некоторых серийных досок 2008г,  2012, 2015, 2019  в том числе с  поперечными  реданами, информация здесь на Google drive По годам