Кайтовая теория "на пальцах"- аэродинамика, курсы, галсы и все все все

Все термины и понятия будут даны с точки зрения бытового здравого смысла, без Бернулли и чисел Рейнольса (я их, если честно, и сам не понимаю))).

Данную тему я стараюсь осветить в рамках базового курса, хотя бы в общих чертах. Поскольку, как показывает практика, наработка навыков без теоретической базы проходит дольше. Тем более, если объяснять на пальцах без сильного погружения в поляры, беты и косинусы, то материал все же усваивается учеником.

Итак, каковы краеугольные камни в обучении пилотированию кайтом:

1. Нелинейность извлечения тяги. Человек в процессе своей деятельности привык к линейной системе. Надавил на газульку, поехал быстрее, надавил на тормоз - затормозил. В кайте все по-другому.
2. Почему можно ехать против ветра?
3. Почему можно ехать по ветру, быстрее ветра?
4. Почему можно прыгать на кайте?

Ответы на эти вопросы можно найти в аэродинамике, теории паруса, геометрии, физике.

Но так уж получилось, что кайт это и крыло и парус одновременно и дает нам много свободы, которой надо научиться пользоваться:
1. Кайт обладает подъемной силой, но вектор подъемной силы в отличии от крыла (обычно вверх) и от паруса (обычно вбок) можно изменять динамически и достаточно быстро.
2. Помимо вектора мы можем менять и величину подъемной силы причем двумя способами и очень быстро.
3. В отличие от парусных судов мы можем быстро изменить ДП (диаметральную плоскость) снаряда скольжения. Причем не с помощью руля, а всей плоскостью.

Зная теорию, начинаешь понимать, почему:
- у кого-то кайт тянет, а у кого-то нет 
- кто-то прыгает на 8 метров высоту, а кто-то на 1 метр
- кто-то проезжает 2 круга дистанции, а кто-то 1 за то же время
- для кого-то 15 м/с не передоз, а кто-то и в 7 м/с ломается.

Что придется разобрать?
- виды ветра (истинный, встречный и вымпельный)
- подъемная сила
- угол атаки
- профиль, хорда, лобовое сопротивление, влияние конструктива на летные характеристики
- ламинарное и турбулентное обтекание, срыв потока

Начнем со способов извлечения тяги и нелинейности этого процесса.

Условимся сразу, что:
- слабый ветер это 4 – 5 м/с
- сильный ветер 8 – 10 м/с
- кайт типа Гибрид – 12 м2
- кайтер – 75 кг
- покрытие – плотный снег

Система – это кайт + кайтер + снаряд скольжения.

Итак.
Как объяснить ученику, что в некоторых случаях потянув планку вылетаешь на 2 метра, а в некоторых кайт не летит и падает?

* Правда можно и не объяснять, можно тупо стоять сзади и говорить: "Ага... потяни планку, а теперь отпусти, а теперь потяни и отпусти... молодец... отпусти... отпусти кому я сказал... бросай, на х... планку!!!!"

Разберем эти случаи:

- ветер слабый. Ученик тянет планку, кайт не летит и начинает валиться назад. Хотя при этом на таких же кайтах вокруг катаются;
- ветер сильный и его хватает для уверенного пилотирования кайтом. Ученик тянет планку, тяга стремительно нарастает, отрыв от поверхности, полетели.

Эффект диаметрально противоположный, хотя действие одинаковое.
Соответственно возникают вопросы, в каких случаях и на какую величину нужно тянуть планку?
Ответ простой – до достижения оптимального угла атаки. Но как показывает практика такого ответа недостаточно.
Приходится на пальцах объяснять, что такое подъемная сила, угол атаки, профиль крыла. Прошу прощения, но определения и термины тоже максимально приближены к пониманию и взяты не из учебников.

Профиль – форма продольного сечения крыла. Обычный несимметричный профиль наделен выгнутой верхней поверхностью.

Почему продольного, а не поперечного? Потому что размах кайта – это его ширина, а хорда – это длина.

Подъемная сила – сила возникающая от разности давления на верхней и нижней поверхности крыла. Верхняя выгнутая поверхность обладает большей длиной, чем нижняя. Скорость набегающего потока на поверхностях разная, что и приводит к разнице.

Угол атаки – угол между набегающим потоком ветра и продольным направлением профиля крыла или хордой.

Важно!! Вектор подъемной силы направлен вдоль силовых строп, от кайтера, через кайт в бесконечность.
Но не обязательно вверх.

Давайте разберем два режима обтекания крыла.
Ламинарное обтекание – воздух обтекает крыло слоями, без вихрей. Подъемная сила максимальная и растет пропорционально до достижения оптимального угла атаки.

Турбулентное обтекание – при дальнейшем росте угла атаки часть воздуха в районе лобика отрывается от "спины" кайта и появляются вихри. При достаточной скорости ветра поток поглощает вихри и вновь присоединяется к профилю. Подъемная сила растет, но уже не так эффективно.

Если ветер слабый или происходит дальнейшее увеличение угла атаки размеры вихревого пузыря растут и распространяется на всю длину профиля. Подъемная сила резко падает. Данное явление еще называют – срыв потока.

Теперь переходим от теории к практике.

1. Ветра мало, кайт в зените, потянули планку до упора – угол атаки больше оптимального, происходит срыв потока (образование вихревой полости). Подъемной силы не хватает, что бы удержать кайт в воздухе. Начинается задний свал или бэкстолл.

2. Ветра мало, кайт гоняем в окне на отпущеной планке – угол атаки от нулевого до оптимального, ламинарное обтекание позволяет легко летать кайту, но тяги для перемещения кайтера недостаточно.

3. Ветра мало, кайт разогнали в окне, потянули планку – ламинарное обтекание (максимум образование небольшого пузыря) с увеличением угла атаки позволяет двигаться кайтеру.

4. Ветра много, кайт в зените, потянули планку – угол атаки уже не важен. Турбулентное обтекание, но силы ветра хватает, для того что бы вихревой пузырь не распространялся на всю длину. Кайт переставляет кайтера.

5. Ветра много, кайт разогнали в окне , потянули планку – то же самое, что и в прошлом примере, только уже полетели)))

И напоследок еще несколько картинок взятых из Википедии:

Срыв потока

Ламинарное обтекание на переднем плане и турбулентное  вокруг:

Продолжение следует...

Morpheus