Техника спортивного плавания. Срыв «вихрей» с задней кромки движущегося крыла

Рис. 2.8

Срыв «вихрей» с задней кромки движущегося крыла

Рис. 2.9

Начальный «вихрь», образование «антивихря» и присоединенного «вихря»

Рис. 2.10

Перемещение потока из-под крыла на его верхнюю поверхность

Рис. 2.11

Характер "стекания" потока с краев крыла

камнем. Циркуляция в виде сопро­вождающего тело и присоединенно­го к нему вихря способствует созда­нию обеспечивающей продвижение подъемной силы. При плавании при­соединенный вихрь проявляется в виде вихревого течения вокруг кис­тей и ступней (Colwin, 1984 а).

Необходимая циркуляция пото­ка в основном создается изменени­ем направления движения кисти, имеющей форму крыла, в сочета­нии со значительным вращением ее и предплечья.

Чтобы понять, что происходит в начале движения «крыла» в непо­движной жидкой среде, возьмите кусок наклоненного и находящего­ся в дыму картона, переместите его и увидите завихрения у его задней кромки (рис. 2.8). Это начальное за­вихрение, которое всегда возникает в начале движения крыла, а также тогда, когда кисть или ступня плов­ца начинает движение в определен­ном направлении.

Один из законов гидроаэроди­намики гласит, что завихрение вы­зывает равной силы антизавихре­ние, циркулирующее в противопо­ложном направлении (закон сохра­нения количества движений). В случае «с крылом» антизавихрени­ем является отвечающий за цирку­ляцию и образование подъемной силы присоединенный вихрь, кото­рый продолжением своего сущес­твования «обязан» сдвигающим си­лам над поверхностями «крыла» (рис. 2.9). Эксперименты с вращаю­щимся в потоке воды цилиндром показали, что завихрение, подобное начальному, возникает повторно когда течение и циркуляция прек­ращаются. В технике такое завих­рение называется конечным.

Математически доказано, что если поток не имеет циркуляции в момент начала движения, то он не может ее иметь и по окончании. Конечное завихрение в конце каж­дого движущего импульса во время гребка указывает на прекращение движущего усилия в данном кон­кретном направлении.

Таким образом, любой из про­изводящих подъемную силу меха­низмов сопряжен с тремя видами завихрений: начальным, присоеди­ненным вихрем и конечным.

Помимо подъемной силы, раз­ница давления у нижней и верхней поверхности «крыла» образует так­же сбегающий вихрь. Иными сло­вами, сбегающий вихрь возникает в силу свойства жидкости переме­щаться из участков высокого давле­ния в участки низкого. Ввиду отсут­ствия каких-либо «преград» на кон­це крыла, разделяющего участки высокого и низкого давления, жид­кость перемещается из-под крыла на его верхнюю часть (рис. 2.10), что смещает движение жидкости на верхней поверхности крыла слегка вовнутрь, а на нижней — наружу, тем самым знакомя нас с третьим измерением потока вокруг «крыла» (рис. 2.11). Встречающиеся на зад­них кромках крыльев потоки, пере­секаясь, образуют ряд небольших сбегающих вихрей, которые объе­диняются в один большой. Энергия, используемая для образования та­кой вихревой дорожки, представля­ет собой индуктивное сопротивле­ние. Вполне очевидно, что для уве­личения скорости необходимо при­ложить дополнительные усилия для преодоления индуктивного сопро­тивления (рис. 2.12), и продвигаю­щийся преимущественно за счет

Рис. 2.12

Образование вихревой

дорожки вследствие

встречи потоков низкого (1)

и высокого (2) давления

ГЛАВА 2 Гидродинамика движущей силы при плавании

Рис 2.13

"Отрыв" сбегающих вихрей от кистей пловца в начале гребка при плавании кро­лем на груди (а), баттер­фляем (б) и на спине (в)

Рис. 2.14

Различие скорости течения над рукой и под ней образует дифференциал давления

Рис. 2.15

Выполнение гребка при плавании баттерфляем, при котором правая кисть образует неустойчивое, а левая стабильное течение

подъемной силы пловец всегда его создает. Случайная аэрация тече­ния (захват воздуха водой) является очевидным доказательством обра­зования сбегающих вихрей на кис­тях плывущего кролем на груди, на спине или баттерфляем (рис. 2.13).

Понятие «организованная сис­тема вихрей» относится к продви­жению вследствие крылообразной подъемной силы при наличии при­соединенного вихря и сбегающих с конца «крыла» вихрей. Пропеллер представляет собой вращающееся «крыло» и, когда подъемная сила равномерно распределяется вдоль его лопастей, возникает организо­ванная система вихрей, которая имеет место и при движении кисти пловца.

Использование крылоподобной движущей силы ограничено усло­виями, при которых структура пос­тоянного течения не изменяется. Это характерно Для традиционного создания подъемной силы, при ко­тором «крыло» располагается под углом атаки, обеспечивающим ус­тойчивую циркуляцию потока над поверхностью крыла. При слишком большом угле атаки поток разделя­ется и теряет устойчивость, что, в свою очередь, приводит к наруше­нию необходимой для создания подъемной силы вихревой циркуля­ции. Это явление называется «сры­вом потока».

Рука пловца при соответствую­щем ее положении (рис. 2.14) слу­жит подобием «крыла»; например, при входе руки в воду при плава­нии кролем на груди с высоким по­ложением локтя относительно за­пястья поток воды быстрее движет­ся у верхней поверхности и мед­леннее вдоль нижней. В этом слу-

чае подъемная сила действует вверх, обусловливая высокое поло­жение верхней части тела в воде, но не способствует продвижению вперед. Последующее движение кисти образует более благоприят­ный угол для создания направлен­ной вперед под наклоном подъем­ной силы. Соответствующее поло­жение сохраняется недолго.

Квалифицированные пловцы обычно в начале гребка задают ста­бильное (с организованной систе­мой вихрей) движение потока, од­нако последующие изменения нап­равления движения кисти и конеч­ности увеличивают угол атаки. Хо­тя кисть и предплечье и сравнива­ют с лопастью пропеллера, но в си­лу анатомических причин они не могут подобно механическому вин­ту вращаться вокруг своей оси на 360°.

На рис. 2.15 показано, что если кисть образует слишком большой угол атаки (в данном случае правая), то это ведет к увеличению сбегающего вихря и началу его «разрывания». При этом сбегаю­щий вихрь готов «оторваться» от кисти, что указывает на заверше­ние действия подъемной силы, обеспеченной крылоподобным по­ложением кисти. Кисть левой руки, напротив, находится под идеальным утлом атаки и тонкие сбегающие вихри отражают стабильность по­тока.

Следует отметить, что реакции потока, вызываемые движениями даже сильнейших пловцов, свиде­тельствуют о том, что их продвиже­ние происходит при нестабильном течении. Двигающаяся с широкой амплитудой кисть очень быстро об­разует такой угол атаки, при кото-

ЧАСТЬ 1

Поиск по сайту: