Jak silny jest wiatr, aby podnieść żagle. Temat: „Fizyka ruchu jachtu żaglowego

Trudno sobie wyobrazić, jak żaglowce mogą płynąć „pod wiatr” – lub, jak mówią żeglarze, płynąć „na holu”. To prawda, żeglarz powie ci, że nie możesz płynąć bezpośrednio pod wiatr, ale możesz poruszać się tylko pod ostrym kątem do kierunku wiatru. Ale ten kąt jest mały - około jednej czwartej kąta prostego - i wydaje się być może równie niezrozumiały: czy płynąć bezpośrednio pod wiatr, czy pod kątem 22 ° do niego.

W rzeczywistości jednak nie jest to obojętne, a teraz wyjaśnimy, w jaki sposób jest możliwe, dzięki sile wiatru, iść w jego kierunku pod żadnym pozorem. wysoki kąt. Zastanówmy się najpierw, jak wiatr w ogóle działa na żagiel, to znaczy, gdzie popycha żagiel, gdy w niego wieje. Pewnie myślisz, że wiatr zawsze pcha żagiel w kierunku, w którym wieje. Ale tak nie jest: gdziekolwiek wieje wiatr, popycha żagiel prostopadle do płaszczyzny żagla. Rzeczywiście: pozwól wiatrowi wiać w kierunku wskazanym przez strzałki na poniższym rysunku; linia AB oznacza żagiel.

Wiatr pcha żagiel zawsze pod kątem prostym do jego płaszczyzny.

Ponieważ wiatr pcha równomiernie po całej powierzchni żagla, zastępujemy napór wiatru siłą R przyłożoną do środka żagla. Rozłóżmy tę siłę na dwie części: siłę Q, prostopadle do żagla, i siła P skierowana wzdłuż niego (patrz rysunek powyżej, po prawej). Ostatnia siła nigdzie nie pcha żagla, ponieważ tarcie wiatru o płótno jest znikome. Moc pozostaje Q, który popycha żagiel pod kątem prostym do niego.

Wiedząc o tym, możemy łatwo zrozumieć, w jaki sposób żaglowiec może płynąć pod ostrym kątem pod wiatr. Niech linia QC przedstawia linię stępki statku.

Jak można żeglować pod wiatr.

Wiatr wieje pod kątem ostrym do tej linii w kierunku wskazanym przez rząd strzałek. Linia AB przedstawia żagiel; jest umieszczony tak, że jego płaszczyzna przecina kąt między kierunkiem stępki a kierunkiem wiatru. Postępuj zgodnie z diagramem rozkładu sił. Przedstawiamy nacisk wiatru na żagiel siłą Q, o którym wiemy, że musi być prostopadły do ​​żagla. Rozłóżmy tę siłę na dwie części: siłę R, prostopadle do stępki i siła S skierowane do przodu wzdłuż linii stępki statku. Od ruchu statku w kierunku R napotyka silny opór wody (stępka w żaglowcach staje się bardzo głęboka), to siła R prawie całkowicie zrównoważony przez wodoodporność. Zostaje tylko moc S, który jak widać jest skierowany do przodu, a więc porusza statkiem pod kątem, jakby pod wiatr. [Można udowodnić, że siła S uzyskuje największą wartość, gdy płaszczyzna żagla przecina kąt między kierunkami stępki a wiatrem.]. Zwykle ruch ten wykonywany jest zygzakami, jak pokazano na poniższym rysunku. W języku żeglarzy taki ruch statku nazywany jest „hasowaniem” w wąskim tego słowa znaczeniu.

Kursy wiatrowe. nowoczesne jachty i żaglówki w większości wyposażone skośnyżagle. Ich cechą charakterystyczną jest to, że główna część żagla lub całość znajduje się za masztem lub sztagiem. Dzięki temu, że krawędź natarcia żagla jest napięta wzdłuż masztu (lub samego siebie), żagiel opływa strumień powietrza bez spłukiwania, gdy znajduje się pod dość ostrym kątem do wiatru. Dzięki temu (oraz przy odpowiednich obrysach kadłuba) statek nabiera zdolności poruszania się pod kątem ostrym do kierunku wiatru.

na ryc. 190 przedstawia położenie żaglówki na różnych kursach względem wiatru. Zwykła żaglówka nie może płynąć bezpośrednio pod wiatr – w tym przypadku żagiel nie wytwarza siły pociągowej, która jest w stanie pokonać opór wody i powietrza. Najlepsze jachty regatowe przy średnim wietrze mogą płynąć pod kątem 35-40° do kierunku wiatru; zazwyczaj kąt ten jest nie mniejszy niż 45°. Dlatego do celu położonego bezpośrednio pod wiatr żaglówka jest zmuszona dotrzeć halsowanie- na przemian prawy i lewy hals. Kąt między kursami statku na każdym halsie nazywa się kąt przyczepności, oraz położenie statku z dziobem skierowanym prosto na wiatr - Leventik. Zdolność statku do zwrotu na wiatr i poruszania się z maksymalną prędkością w kierunku bezpośrednio pod wiatr jest jedną z głównych cech łodzi żaglowej.

Kursy z kursu na wiatr ostry do zatoki, gdy wiatr wieje pod kątem 90° w stosunku do DP statku, nazywane są ostry; od gulfwind do jibe (wiatr wiejący prosto w rufę) - kompletny. Wyróżnić stromy(kurs nad wiatrem 90-135°) i pełny(135-180°) achrakter, a także wiatr holowany (odpowiednio 40-60° i 60-80° do wiatru).

Ryż. 190. Kursy żaglowca względem wiatru.

1 - stromy boczny wiatr; 2 - pełny zaciąg; 3 - wiatr zatokowy; 4 - achtersztag; 5 - żart; 6 - lewentik.

Wiatr proporczyka. Przepływ powietrza, który opływa żagle jachtu, nie jest zgodny z kierunkiem prawdziwy wiatr(w stosunku do ziemi). Jeśli statek się porusza, pojawia się przeciwny przepływ powietrza, którego prędkość jest równa prędkości statku. W obecności wiatru jego kierunek względem statku jest odchylony w pewien sposób z powodu nadciągającego strumienia powietrza; zmienia się również prędkość. Tak więc całkowity przepływ, tzw proporzec wiatr. Jego kierunek i prędkość można uzyskać, dodając wektory wiatru rzeczywistego i nadchodzącego przepływu (ryc. 191).

Ryż. 191. Wiatr pozorny na różnych kursach jachtu względem wiatru.

1 - zły wiatr; 2 - wiatr zatokowy; 3 - achtersztag; 4 - żart.

w- prędkość jachtu; w oraz - rzeczywista prędkość wiatru; w in - prędkość wiatru proporczyka.

Oczywiście na kursie holowanym prędkość wiatru proporczyka ma największą wartość, a na klifie najmniejszą, gdyż w tym drugim przypadku prędkości obu prądów są skierowane w przeciwnych kierunkach.

Żagle na jachcie są zawsze ustawione, zwracając uwagę na kierunek wiatru proporzec. Należy zauważyć, że prędkość jachtu nie rośnie wprost proporcjonalnie do prędkości wiatru, ale znacznie wolniej. Dlatego, gdy wiatr się nasila, zmniejsza się kąt między kierunkiem wiatru rzeczywistego i pozornego, a przy słabym wietrze prędkość i kierunek wiatru pozornego bardziej różni się od rzeczywistego.

Ponieważ siły działające na żagiel jak na skrzydło rosną proporcjonalnie do kwadratu prędkości opływu, żaglówki z minimalnymi oporami ruchu mogą doświadczać „samoprzyspieszenia”, w którym ich prędkość przekracza prędkość wiatru. Do tego typu łodzi żaglowych należą jachty lodowe - bojery, wodoloty, jachty kołowe (plażowe) oraz proa - wąskie jednostki jednokadłubowe z pływakiem na wysięgniku. Niektóre z tych typów statków odnotowały prędkość do trzykrotności prędkości wiatru. Tym samym nasz krajowy rekord prędkości na boi wynosi 140 km/h, a został ustanowiony przy prędkości wiatru nieprzekraczającej 50 km/h. Na marginesie zauważmy, że bezwzględny rekord prędkości pod żaglami na wodzie jest znacznie niższy: został ustanowiony w 1981 roku na specjalnie zbudowanym dwumasztowym katamaranie Crossbau-II i wynosi 67,3 km/h.

Zwykłe jednostki żaglowe, jeśli nie są przeznaczone do ślizgu, w rzadkich przypadkach przekraczają prędkość dozwoloną dla żeglugi wypornościowej, równą v = 5,6 √L km/h (patrz rozdział I).

Siły działające na żaglowiec. Istnieje zasadnicza różnica między układem sił zewnętrznych działających na żaglowiec a statkiem napędzanym silnikiem mechanicznym. Na statku motorowym ciąg śruby napędowej - śruby napędowej lub strumienia wody - oraz siła oporu wody jej ruchu działają w części podwodnej, znajdującej się w płaszczyźnie średnicowej i w niewielkiej odległości od siebie w pionie.

Na łodzi żaglowej siła napędowa jest przykładana wysoko nad powierzchnią wody, a zatem powyżej linii działania siły oporu. Jeżeli statek porusza się pod kątem do kierunku wiatru - przy złym wietrze, to jego żagle działają na zasadzie skrzydła aerodynamicznego, omówionego w rozdziale II. Kiedy żagiel opływa żagiel ze strumieniem powietrza, po jego zawietrznej (wypukłej) stronie powstaje podciśnienie, a po stronie nawietrznej powstaje zwiększone ciśnienie. Sumę tych ciśnień można sprowadzić do wypadkowej siły aerodynamicznej A(patrz rys. 192), skierowany w przybliżeniu prostopadle do cięciwy profilu żagla i zastosowany w środku żagla (CPU) wysoko nad powierzchnią wody.

Ryż. 192. Siły działające na kadłub i żagle.

Zgodnie z trzecią zasadą mechaniki, przy ustalonym ruchu ciała po linii prostej, każda siła przyłożona do ciała (w tym przypadku do żagli połączonych z kadłubem jachtu poprzez maszt, olinowanie i szot) musi być równa przeciwdziałać równej i przeciwnie skierowanej sile. Na żaglówce siła ta jest wypadkową siłą hydrodynamiczną H nałożony na podwodną część kadłuba (ryc. 192). Więc między siłami A I H istnieje znana odległość - ramię, w wyniku którego powstaje moment pary sił, dążących do obracania statku wokół osi zorientowanej w określony sposób w przestrzeni.

Aby uprościć zjawiska zachodzące podczas ruchu pływające statki, siły hydro- i aerodynamiczne oraz ich momenty rozkładają się na składowe równoległe do głównych osi współrzędnych. Kierując się trzecim prawem Newtona, możemy wypisać parami wszystkie składowe tych sił i momentów:

A	- wypadkowa siła aerodynamiczna;
T	- siła żagli ciągnących statek do przodu:
D	- siła przechylająca lub siła znoszenia;
A w	- siła pionowa (trym na nosie);
P	- siła masowa (przemieszczenie) statku;
M D	- moment przycinania;
M kr	- moment przechylający;
M P	- moment prowadzący do wiatru;
H	- wypadkowa siła hydrodynamiczna;
R	- siła oporu wody dla ruchu statku;
R D	- siła boczna lub siła oporu znoszenia;
H w	- pionowa siła hydrodynamiczna;
γ· V	- siła wyporu;
M l	- moment oporu przy przegłębieniu;
M V	- chwila przywracania;
M Na	- upokarzająca chwila.

Aby statek mógł stabilnie sterować kursem, każda para sił i każda para momentów muszą być sobie równe. Na przykład siła dryfu D i siła oporu dryfu R d stworzyć moment przechyłu M cr, które musi być zrównoważone momentem przywracającym M w lub momencie stabilności bocznej. Ten moment powstaje w wyniku działania sił masowych P i wyporność statku γ V działając na ramieniu l. Te same siły tworzą moment oporu przegłębienia lub moment stateczności wzdłużnej M l, równej wielkości i przeciwstawne momentowi trymu M e. Wyrazami tego ostatniego są momenty par sił T - R I A w - H w .

Tak więc ruch statku żaglowego po kursie ukośnym do wiatru wiąże się z przechyleniem i przegłębieniem, a siła boczna D, oprócz kołysania powoduje również dryf - dryf boczny, dlatego żaden statek żaglowy nie porusza się ściśle w kierunku DP, jak statek z silnikiem mechanicznym, ale z małym kątem dryfu β. Kadłub żaglówki, jej kil i ster stają się wodolotem, który jest atakowany przez nadciągający strumień wody pod kątem natarcia równym kątowi znoszenia. To właśnie ta okoliczność powoduje powstanie siły oporu dryfu na stępce jachtu. R d, która jest składową siły nośnej.

Stabilność ruchu i centrowanie żaglowca. Ze względu na piętę siła pociągowa żagli T i siła oporu R wydają się działać w różnych płaszczyznach pionowych. Tworzą parę sił, które kierują statek pod wiatr - zrzucając go z prostego kursu, którym podąża. Zapobiega temu moment drugiej pary sił - przechylanie D i siły oporu dryfu R d, a także niewielką siłę N na sterze, który należy zastosować w celu skorygowania ruchu jachtu na kursie.

Oczywiście reakcja statku na działanie wszystkich tych sił zależy zarówno od ich wielkości, jak i od stosunku ramion A I B na których działają. Wraz ze wzrostem przechyłu ramię pary napędowej B również wzrasta, a wartość dźwigni spływu pary A zależy od względnego położenia ośrodek żaglowy(CP – punkty przyłożenia wypadkowych sił aerodynamicznych do żagli) i środek oporu bocznego(CBS - punkty przyłożenia wypadkowych sił hydrodynamicznych do kadłuba jachtu).

Precyzyjne określenie położenia tych punktów jest zadaniem dość trudnym, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że zmienia się ono w zależności od wielu czynników: kursu jednostki względem wiatru, kroju i regulacji żagli, przechyłu i trymu jachtu, kształt i profil stępki i steru itp.

Przy projektowaniu i przebudowywaniu jachtów operują uwarunkowanymi CPU i CBS, biorąc pod uwagę ich położenie w środkach ciężkości płaskich figur, którymi są żagle ustawione w DP, oraz zarysy części podwodnej DP ze stępką, płetwy i ster (ryc. 193). Na przykład środek ciężkości trójkątnego żagla znajduje się na przecięciu dwóch środkowych, a wspólny środek ciężkości obu żagli znajduje się na odcinku prostej łączącej jednostki centralne obu żagli i dzieli ten segmentu odwrotnie proporcjonalnie do ich powierzchni. Jeżeli żagiel ma kształt czworokąta, to jego pole dzieli się przekątną na dwa trójkąty i otrzymujemy CPU jako wspólny środek tych trójkątów.

Ryż. 193. Wyznaczenie warunkowego środka żeglugi jachtu.

Położenie CBS można określić, balansując szablonem podwodnego profilu DP, wyciętym z cienkiej tektury, na czubku igły. Gdy szablon jest poziomy, igła będzie w punkcie warunkowego CBS. Metoda ta ma jednak mniejsze lub większe zastosowanie na statkach o dużej powierzchni podwodnej części DP – na jachtach typu tradycyjnego z długą linią stępki, łodziach okrętowych itp. nowoczesne jachty ah, którego kontury są zaprojektowane w oparciu o teorię skrzydła, główną rolę w tworzeniu siły oporu dryfu odgrywa płetwa kil i ster, który jest zwykle instalowany oddzielnie od stępki. Środki ciśnień hydrodynamicznych na ich profilach można znaleźć dość dokładnie. Np. dla profili o względnej grubości δ/ B około 8% ten punkt to około 26% cięciwy B od czołówki.

Jednak kadłub jachtu w pewien sposób wpływa na charakter opływu stępki i steru, a wpływ ten jest różny w zależności od przechyłu, trymu i prędkości jednostki. W większości przypadków, na ostrych kursach pod wiatr, prawdziwy CLS porusza się do przodu względem środka nacisku określonego dla stępki i steru, jak dla profili izolowanych. Ze względu na niepewność w obliczeniach położenia CPU i CBS, projektanci opracowując projekt dla żaglowców mają CPU w pewnej odległości A- postęp - przed CBS. Wysokość zaliczki ustalana jest statystycznie, z porównania z dobrze ugruntowanymi jachtami, które mają kontury części podwodnej zbliżone do projektu, stateczność i sprzęt żeglarski. Zaliczka jest zwykle ustalana jako procent długości statku wzdłuż linii wodnej i dla statku wyposażonego w slup bermudzki, 15-18% Ł. Im mniejsza stateczność jachtu, tym większe przechyły otrzyma pod wpływem wiatru i tym większa potrzeba wyprowadzenia procesora przed CBS.

Dokładne ustawienie względnej pozycji CPU i CLS jest możliwe podczas testowania jachtu w ruchu. Jeśli statek ma tendencję do znoszenia z wiatrem, zwłaszcza przy średnim i świeżym wietrze, oznacza to dużą wadę centrowania. Faktem jest, że kil odchyla przepływ płynącej z niego wody bliżej DP statku. Dlatego jeśli ster jest prosty, to jego profil pracuje z zauważalnie mniejszym kątem natarcia niż kil. Jeżeli w celu skompensowania tendencji jachtu do odbijania ster musi być przestawiony na wiatr, to powstająca na nim siła nośna okazuje się skierowana na stronę zawietrzną - w tym samym kierunku co siła dryfu D na żaglach. W rezultacie statek będzie miał większy dryf.

Inna sprawa to lekka tendencja jachtu do prowadzenia. Ster przesunięty o 3-4° na stronę zawietrzną pracuje z takim samym lub nieco większym kątem natarcia co kil i skutecznie uczestniczy w oporach na znoszenie. Siła ścinająca H, powstający na sterze, powoduje znaczne przesunięcie całkowitego CLS w kierunku rufy przy jednoczesnym zmniejszeniu kąta znoszenia. Jeśli jednak do utrzymania jachtu na kursie pod wiatr konieczne jest ciągłe przesuwanie steru na stronę zawietrzną pod kątem większym niż 2-3°, konieczne jest przesunięcie CPU do przodu lub przesunięcie CLS do tyłu, co jest bardziej trudny.

Na zbudowanym jachcie można przesunąć CPU do przodu poprzez pochylenie masztu do przodu, przesunięcie go do przodu (jeśli pozwala na to konstrukcja schodka), skrócenie grota wzdłuż liku przedniego, zwiększenie powierzchni sztaksla głównego. Aby cofnąć CLS, musisz zainstalować płetwę przed kierownicą lub zwiększyć rozmiar płetwy steru.

W celu wyeliminowania tendencji jachtu do znoszenia, należy zastosować przeciwne środki: przesunąć CPU do tyłu lub przesunąć CLS do przodu.

Rola składowych siły aerodynamicznej w tworzeniu ciągu i znoszenia. Współczesna teoria pracy żagla skośnego opiera się na przepisach dotyczących aerodynamiki skrzydła, których elementy omówiono w rozdziale II. Kiedy żagiel ustawiony pod kątem natarcia α do wiatru proporczyka opływa żagiel, działa na niego siła aerodynamiczna A, które można przedstawić jako dwie składowe: siła podnoszenia Y, skierowany prostopadle do kierunku przepływu powietrza (wiatr proporzec) i opór X- projekcje siły A do kierunku przepływu powietrza. Siły te są wykorzystywane przy rozważaniu właściwości żagla i całego takielunku żaglowego jako całości.

Jednocześnie siła A można przedstawić w postaci dwóch innych składowych: siły ciągu T, skierowana wzdłuż osi ruchu jachtu, oraz siła dryfu prostopadła do niej D. Przypomnijmy, że kierunek ruchu żaglówki (lub toru) różni się od jej kursu o wartość kąta dryfu β, ale kąt ten można pominąć w dalszej analizie.

Jeśli na kursie przy złym wietrze możliwe jest zwiększenie siły nośnej na żaglu do określonej wartości Y 1 , a opór czołowy pozostaje niezmieniony, a następnie siły Y 1 i X, dodane zgodnie z regułą dodawania wektorów, tworzą nową siłę aerodynamiczną A 1 (ryc. 194, A). Biorąc pod uwagę jego nowe komponenty T 1 i D 1 widać, że w tym przypadku wraz ze wzrostem siły nośnej rośnie zarówno siła ciągu, jak i siła znoszenia.

Ryż. 194. Rola siły nośnej i oporu w tworzeniu siły napędowej.

Przy podobnej konstrukcji można zauważyć, że wraz ze wzrostem oporu na holowanym kursie siła uciągu maleje, a siła znoszenia wzrasta. Tak więc podczas żeglowania przy silnym wietrze siła nośna żagla odgrywa decydującą rolę w tworzeniu ciągu żagli; opór czołowy powinien być minimalny.

Należy zauważyć, że na holowanym kursie wiatr proporzec ma największą prędkość, a więc obie składowe siły aerodynamicznej Y I X są wystarczająco duże.

Na kursie Gulfwind (ryc. 194, B) siła nośna to siła ciągu, a siła oporu to siła dryfu. Wzrost oporu żagla nie wpływa na wielkość siły ciągu: wzrasta tylko siła dryfu. Ponieważ jednak prędkość wiatru proporczyka w zatoce jest mniejsza w porównaniu z wiatrem ciągniętym, dryf wpływa w mniejszym stopniu na właściwości jezdne statku.

Na kursie achtagowym (ryc. 194, V) żagiel działa przy dużych kątach natarcia, przy których siła nośna jest znacznie mniejsza niż opór. Jeśli zwiększysz opór, wzrośnie również siła ciągu i dryfu. Wraz ze wzrostem siły podnoszenia siła ciągu wzrasta, a siła dryfu maleje (ryc. 194, G). W konsekwencji na kursie achtersztagu wzrost zarówno siły nośnej, jak i (lub) oporu zwiększa przyczepność.

Na klifie kąt natarcia żagla jest bliski 90°, więc siła nośna na żaglu jest zerowa, a opór skierowany jest wzdłuż osi ruchu statku i jest siłą ciągu. Siła dryfu wynosi zero. Dlatego na kursie zwrotnicy w celu zwiększenia ciągu żagli pożądane jest zwiększenie ich oporu. Na jachtach regatowych odbywa się to poprzez ustawienie dodatkowych żagli - spinakera i bloopera, które mają dużą powierzchnię i słabo opływowy kształt. Należy zauważyć, że na kursie rufowym na żagle jachtu oddziałuje wiatr proporzec o minimalnej prędkości, który powoduje stosunkowo umiarkowane siły działające na żagle.

odporność na dryf. Jak pokazano powyżej, siła dryfu zależy od kursu jachtu względem wiatru. Podczas żeglugi na ostry wiatr jest on około trzy razy większy niż ciąg T, przesuwając statek do przodu; na wichrze zatokowym obie siły są w przybliżeniu równe; na stromym achfarze siła uciągu żagla jest 2-3 razy większa niż siła dryfu, a na czystym rufie siła dryfu jest w ogóle nieobecna. Dlatego, aby żaglówka z powodzeniem poruszała się do przodu na kursach od holowanego do zatokowego (pod kątem 40-90 ° do wiatru), musi mieć wystarczający boczny opór na dryf, znacznie większy niż opór wody na ruch jachtu po trasie.

Funkcję tworzenia siły oporu dryfu na nowoczesnych żaglowcach pełnią głównie płetwy stępkowe lub miecze i stery. Mechanikę występowania siły nośnej na skrzydle o profilu symetrycznym, jakim są kile, szpikulce i stery, omówiono w rozdziale II (zob. s. 67). Należy zauważyć, że wartość kąta dryfu nowoczesnych jachtów – kąta natarcia profilu stępki lub miecza – rzadko przekracza 5°, dlatego przy projektowaniu stępki lub miecza konieczne jest dobranie jego optymalnych wymiarów, kształtu i przekroju poprzecznego w celu uzyskania maksymalnej siły nośnej przy minimalnym oporze, a mianowicie przy niskich kątach natarcia.

Testy aerodynamicznych symetrycznych płatów wykazały, że grubsze płaty (o większym stosunku grubości przekroju T do jego akordu B) dają większy udźwig niż cienkie. Jednak przy niskich prędkościach takie profile mają większy opór. Optymalne wyniki na jachtach żaglowych można uzyskać przy grubości stępki T/B= 0,09÷0,12, ponieważ siła podnoszenia na takich profilach w niewielkim stopniu zależy od prędkości statku.

Maksymalna grubość profilu powinna znajdować się w odległości od 30 do 40% cięciwy od krawędzi natarcia profilu stępki. Dobre właściwości ma również profil NACA 664-0 o maksymalnej grubości znajdującej się w odległości 50% cięciwy od nosa (ryc. 195).

Ryż. 195. Profilowana płetwa kilowa jachtu.

Rzędne zalecanych profili przekrojów na kile i miecze jachtowe

	odległość od nosa X, % B
	2,5	5	10	20	30	40
	ordynacje y, % B
NACA-66; δ = 0,05	2,18	2,96	3,90	4,78	5,00	4,83
	2,00	2,60	3,50	4,20	4,40	4,26
	-	3,40	5,23	8,72	10,74	11,85
Profil; grubość względna δ	odległość od nosa X, % B
	50	60	70	80	90	100
	ordynacje y, % B
NACA-66; δ = 0,05	4,41	3,80	3,05	2,19	1,21	0,11
Profil do mieczy; δ=0,04	3,88	3,34	2,68	1,92	1,06	0,10
Kil jachtu NACA 664-0; δ = 0,12	12,00	10,94	8,35	4,99	2,59	0

W przypadku lekkich pontonów regatowych, zdolnych do ślizgania się w ślizgu i osiągania dużych prędkości, stosuje się miecze i stery o cieńszym profilu ( T/B= 0,044÷0,05) i wydłużenia geometrycznego (stosunek pogłębienia D do akordu środkowego Bśroda) do 4.

Wydłużenie stępek nowoczesnych jachtów kilowych wynosi od 1 do 3, sterów do 4. Najczęściej stępka ma kształt trapezu z nachyloną krawędzią natarcia, a kąt nachylenia ma pewien wpływ na wielkość siły nośnej i oporu stępki. Przy wydłużeniu stępki około λ = 0,6 dopuszczalne jest nachylenie krawędzi natarcia do 50°; przy λ = 1 - około 20°; przy λ > 1,5 stępka z pionową krawędzią natarcia jest optymalna.

Całkowita powierzchnia stępki i steru dla skutecznego przeciwdziałania dryfowi jest zwykle przyjmowana jako równa od 1/25 do 1/17 powierzchni żagli głównych.

SIŁA NAPĘDOWA WIATRU

Na stronie NASA opublikowano bardzo ciekawe materiały dotyczące różnych czynników wpływających na powstawanie siły nośnej przez skrzydło samolotu. Istnieją również interaktywne modele graficzne, które pokazują, że siła nośna może być również generowana przez symetryczne skrzydło z powodu odchylenia przepływu.

Żagiel ustawiony pod kątem do strumienia powietrza odchyla go (ryc. 1d). Przechodząc przez „górną”, zawietrzną stronę żagla, strumień powietrza pokonuje dłuższą drogę i zgodnie z zasadą ciągłości przepływu porusza się szybciej niż od strony nawietrznej, „dolnej”. Rezultatem jest mniejszy nacisk na zawietrzną stronę żagla niż na nawietrzną.

Przy zakręcie, z żaglem ustawionym prostopadle do kierunku wiatru, wzrost ciśnienia po stronie nawietrznej jest większy niż spadek ciśnienia po stronie zawietrznej, innymi słowy, wiatr bardziej pcha jacht niż ciągnie. W miarę jak łódź skręca ostrzej pod wiatr, stosunek ten będzie się zmieniał. Tak więc, jeśli wiatr wieje prostopadle do kursu łodzi, wzrost nacisku żagla na nawietrzną ma mniejszy wpływ na prędkość niż spadek nacisku na zawietrzną. Innymi słowy, żagiel bardziej ciągnie jacht niż pcha.

Ruch jachtu następuje dzięki interakcji wiatru z żaglem. Analiza tej interakcji prowadzi do nieoczekiwanych, dla wielu początkujących, rezultatów. Okazuje się, że maksymalną prędkość osiąga się wcale nie wtedy, gdy wiatr wieje dokładnie z tyłu, ale życzenie „tylnego wiatru” ma zupełnie nieoczekiwane znaczenie.

Zarówno żagiel, jak i kil, oddziałując z przepływem odpowiednio powietrza lub wody, wytwarzają siłę nośną, dlatego w celu optymalizacji ich pracy można zastosować teorię skrzydeł.

SIŁA NAPĘDOWA WIATRU

Strumień powietrza ma energię kinetyczną i oddziałując z żaglami jest w stanie poruszyć jacht. Pracę zarówno żagla, jak i skrzydła samolotu opisuje prawo Bernoulliego, zgodnie z którym wzrost prędkości przepływu prowadzi do spadku ciśnienia. Podczas poruszania się w powietrzu skrzydło rozdziela przepływ. Część omija skrzydło od góry, część od dołu. Skrzydło samolotu jest zaprojektowane w taki sposób, że przepływ powietrza nad górną częścią skrzydła porusza się szybciej niż przepływ powietrza pod nim spód skrzydło. Powoduje to, że ciśnienie nad skrzydłem jest znacznie niższe niż pod nim. Różnica ciśnień to siła nośna skrzydła (rys. 1a). Dzięki złożonemu kształtowi skrzydło jest w stanie generować siłę nośną nawet wtedy, gdy przecina przepływ, który porusza się równolegle do płaszczyzny skrzydła.

Żagiel może poruszać jachtem tylko wtedy, gdy jest ustawiony pod pewnym kątem w stosunku do prądu i odchyla go. Pozostaje pytanie, która część siły nośnej jest związana z efektem Bernoulliego, a która jest wynikiem odchylenia przepływu. Zgodnie z klasyczną teorią skrzydła siła nośna powstaje wyłącznie w wyniku różnicy prędkości przepływu nad i pod asymetrycznym skrzydłem. Jednocześnie dobrze wiadomo, że symetryczne skrzydło jest również w stanie wytworzyć siłę nośną, jeśli jest zainstalowane pod pewnym kątem do przepływu (rys. 1b). W obu przypadkach kąt między linią łączącą przedni i tylny punkt skrzydła a kierunkiem przepływu powietrza nazywany jest kątem natarcia.

Siła nośna rośnie wraz z kątem natarcia, jednak zależność ta działa tylko dla małych wartości tego kąta. Gdy tylko kąt natarcia przekroczy pewien poziom krytyczny i nastąpi zatrzymanie przepływu, na górnej powierzchni skrzydła tworzą się liczne wiry, a siła nośna gwałtownie maleje (rys. 1c).

Żeglarze wiedzą, że jibe nie jest najszybszym kursem. Jeśli wiatr o tej samej sile wieje pod kątem 90 stopni do kursu, łódź porusza się znacznie szybciej. Na klifie siła, z jaką wiatr napiera na żagiel, zależy od prędkości jachtu. Z maksymalną siłą wiatr naciska na żagiel stojącego jachtu (rys. 2a). Wraz ze wzrostem prędkości nacisk na żagiel maleje i staje się minimalny, gdy jacht osiąga prędkość maksymalną (rys. 2b). maksymalna prędkość zwrot na kursie jest zawsze mniejszy niż prędkość wiatru. Jest tego kilka przyczyn: po pierwsze, tarcie, w każdym ruchu część energii jest zużywana na pokonanie różnych sił, które utrudniają ruch. Ale najważniejsze jest to, że siła, z jaką wiatr naciska na żagiel, jest proporcjonalna do kwadratu prędkości wiatru pozornego, a prędkość wiatru pozornego na klifie jest równa różnicy między prędkością prawdziwego wiatr i prędkość jachtu.

Na kursie z wiatrem zatokowym (pod kątem 90º do wiatru) jachty żaglowe są w stanie poruszać się szybciej niż wiatr. W ramach tego artykułu nie będziemy omawiać cech wiatru proporzecowego, zwrócimy jedynie uwagę, że na kursie Gulfwind siła, z jaką wiatr naciska na żagle, zależy w mniejszym stopniu od prędkości jachtu ( Ryc. 2c).

Głównym czynnikiem uniemożliwiającym wzrost prędkości jest tarcie. Dlatego łodzie żaglowe z małym oporem mogą osiągać prędkości znacznie szybsze niż wiatr, ale nie z wiatrem. Na przykład buer, dzięki temu, że łyżwy mają znikomą odporność na poślizg, może rozpędzić się do prędkości 150 km/h przy prędkości wiatru 50 km/h lub nawet mniejszej.

Wyjaśnienie fizyki żeglarstwa: wprowadzenie

ISBN 1574091700, 9781574091700

Wiatr proporczyka

Spróbujmy zrozumieć, dzięki jakim siłom i na podstawie jakich zasad odbywa się ruch żaglowca pod wpływem wiatru. Rozważ tylko ukośne żagle, jako najczęstsze w chwili obecnej. Olinowanie skośne typu bermudzkiego jest głównym takielunkiem większości nowoczesnych statków jednomasztowych i dwumasztowych. Wszystkie jednomasztowe jachty sportowe i wycieczkowe są również uzbrojone w slup bermudzki.

Takie ożaglowanie daje maksymalne możliwości wyboru kursu względem kierunku wiatru i wymaga znacznie mniejszej załogi do sterowania żaglami i nie wymaga tak wysokich umiejętności jak w przypadku ożaglowania z bezpośrednim ożaglowaniem.

Niezwykłą cechą skośnego żagla jest jego zdolność do tworzenia przyczepności na kursach do 30-40 stopni w stosunku do kierunku wiatru.

W takim przypadku należy wziąć pod uwagę, że statek żaglowy porusza się względem wiatru pozornego lub pozornego, a nie względem wiatru rzeczywistego lub meteorologicznego.

Kiedy jakikolwiek obiekt porusza się w powietrzu, powstaje strumień napływającego powietrza, którego prędkość zależy od prędkości obiektu. Odpowiednio, nawet przy braku wiatru (spokój), obserwator na statku odczuje wiatr równy prędkości statku - wiatr kursowy, który będzie równy co do wielkości prędkości statku i przeciwny w kierunku w kierunku statku. I tak na żaglowcu podczas ruchu działają dwa strumienie powietrza:

Działanie przepływu spowodowane obecnością prawdziwego wiatru;

Działanie przepływu wywołane ruchem statku - wiatr kursowy.

Aby wyznaczyć wynikowy przepływ powietrza odczuwany przez obserwatora znajdującego się na poruszającym się obiekcie, konieczne jest wykonanie sumy wektorowej przepływów. Wynikowy wektor będzie, pod względem prędkości i kierunku, wiatrem odczuwalnym lub pozornym, który nazywa się wiatrem pozornym. Wiatr ten będzie traktowany jako wiatr działający na żagle statku podczas jego ruchu (rys. 1).

Wiatr ten jest jedynym wiatrem, z którym oddziałują żagle, a jego rozkład na wiatr rzeczywisty i kursowy jest wynikiem analizy początkowych przepływów powietrza.

Wiatr pozorny jest wartością zmienną, nawet jeśli prędkość i kierunek wiatru rzeczywistego są stałe, ponieważ jego prędkość i kierunek zależą od prędkości i kierunku statku. Dla uproszczenia rozważmy przypadek, w którym rys. 1.

wiatr rzeczywisty jest skierowany pod kątem prostym do kierunku ruchu statku, a prędkość wiatru rzeczywistego jest równa prędkości statku (rys. 2). Z rysunku widać, że poruszając się pod kątem 90 stopni do wiatru rzeczywistego, statek porusza się pod kątem 45 stopni do wiatru pozornego.

true Zgodnie z powyższym można

wiatr pozorny wiatr twierdzą, że dwa statki poruszają się tak samo

jego i ten sam kurs, z tym samym wiatrem

warunkach, ale z różnymi prędkościami względem wody, będą się poruszać pod różnymi kątami do wiatru pozornego. Statek poruszający się z większą prędkością będzie płynął ostrzej w kierunku wiatru pozornego, utrzymując ten sam kurs względem wiatru rzeczywistego. Jednocześnie znajdą się wskaźniki wiatru na szczyty masztów tych jednostek pływających

kurs wiatru pod różnymi kątami do DP statku, ustalając kierunek

Ryż. 2 wiatr pozorny każdego ze statków (ryc. 3).

statek 1 statek 2

Z rysunku widać, że statek poruszający się z większą prędkością porusza się pod mniejszym kątem do wiatru pozornego. Z tego możemy wywnioskować, że wraz ze wzrostem prędkości statku pojawia się wiatr pozorny (maleje kąt między kierunkiem ruchu statku a wiatrem pozornym). Wraz z dalszym wzrostem prędkości statku (lepsze kontury, mniejsze tarcie, wydajniejsza praca żagli, inna konstrukcja kadłuba statku) kąt między kierunkiem ruchu statku a wiatrem pozornym będzie mniejszy od minimalnego kąta halsowania (minimalny kąt pomiędzy kierunkiem ruchu statku a wiatrem pozornym, przy którym możliwa jest efektywna praca żagla). Następnie statek z dużą prędkością będzie zmuszony do odbicia (zwiększenia kąta między kierunkiem ruchu statku a kierunkiem wiatru pozornego) do momentu przywrócenia minimalnego kąta zwrotu na wiatr. Wyjaśnia to różne kąty nawietrzne (kąt między kierunkiem wiatru rzeczywistego a kierunkiem ruchu statku). Jednocześnie prędkość nawietrzna (prędkość podejścia do punktu przybycia, znajdującego się na wietrze) może być większa dla statku o dużym kącie nawietrznym, ale i większej prędkości. Jako przykład rozważmy prędkość wiatru jachtu kilowego, pontonu sportowego i katamaranu (ryc. 4).

Ostrzejszy do wiatru jest jacht kilowy, który ma najmniejszą z tych jednostek prędkość poruszania się. Za nim płynie ponton sportowy, a najmniej ostry na prawdziwy wiatr jest sportowy katamaran. Każdy z tych statków płynie pod tym samym kątem do wiatru pozornego, ale pod różnymi kątami do wiatru rzeczywistego. Ale jednocześnie katamaran sportowy będzie miał największą prędkość wiatru. Z rozważenia trójkąta prędkości staje się jasne, że możliwość ta ogranicza się do wiatru rzeczywistego w porywach (krótkotrwałe przyspieszenie wiatru). Podczas podmuchu prędkość wiatru rzeczywistego wzrasta, ale prędkość statku pozostaje przez pewien czas taka sama. Wiatr pozorny ustępuje i możliwe staje się wprowadzenie i przywrócenie kąta halsu względem wiatru pozornego (rys. 5)

Ryż. 4

Kilowy jacht

łódka

katamaran

Po pewnym czasie prędkość statku wzrośnie i będzie on zmuszony odbić się od poprzedniego kursu względem wiatru rzeczywistego, utrzymując kąt względem wiatru pozornego. Jednakże zwiększenie prędkości statku jest możliwe do momentu osiągnięcia maksymalnej prędkości ruchu statku w trybie wypornościowym (prędkość statku w trybie wypornościowym wyrażona w węzłach nie może przekroczyć długości statku wyrażonej w metrach). Dlatego przy dalszym wzroście prędkości wiatru prędkość statku nie wzrośnie, a kurs statku względem wiatru rzeczywistego może być ostrzejszy.

Obecność prądów w rejonie żeglugi statku jest bardzo istotna z punktu widzenia zachowania się wiatru pozornego. Podczas żeglowania z prądem prędkość statku jest wektorowo dodawana do prędkości prądu. W rezultacie zmienia się bezwzględna prędkość statku oraz zmienia się prędkość i kierunek wiatru pozornego. Poruszając się z prądem ogonowym, wiatr proporzec wpada, a poruszając się z przeciwprądem, opuszcza. W konsekwencji przy dobrym prądzie kąt halsowania wzrasta, a przy wietrze czołowym maleje. Jednocześnie prędkość wyjścia jachtu na wiatr pozostaje praktycznie niezmieniona. Gdy prąd jest skierowany w kierunku lub w kierunku przeciwnym do kierunku wiatru rzeczywistego, zmienia się prędkość wiatru rzeczywistego. Przy wietrze jednokierunkowym i prądzie wiatr proporzec wchodzi, a przy wietrze wielokierunkowym odchodzi, ze względu na wzrost prędkości wiatru rzeczywistego. Interakcja wiatru i prądu zmieni kąty zwrotu na wiatr statku w stosunku do wiatru rzeczywistego.

Nowoczesne urządzenia nawigacyjne umożliwiają uzyskanie informacji nie tylko o kierunku i sile wiatru pozornego, ale także o sile i kierunku wiatru rzeczywistego, poprzez przeliczenie trójkąta prędkości (rys. 1). GPS dostarcza informacji o prędkości i kierunku statku, a anemorumbometr o prędkości i kierunku wiatru pozornego. Przeliczając trójkąt prędkości, system uzyskuje informacje o prędkości i kierunku wiatru rzeczywistego.

Zrozumienie zachowania wiatru pozornego jest kluczem do zaplanowania trasy statku, biorąc pod uwagę kierunek i prędkość wiatru rzeczywistego oraz rzeczywistą prędkość żaglowca.

Jednak dla jednostek wolnoobrotowych kąt między kierunkiem wiatru rzeczywistego i pozornego jest nieznaczny i można z pewną dokładnością stwierdzić, że kąt ten mieści się w granicach 10-20 stopni.

Nie mniej ważna niż wytrzymałość kadłuba jest siła pociągowa rozwijana przez żagle. Aby lepiej wyobrazić sobie pracę żagli, zapoznajmy się z podstawowymi pojęciami teorii żagli.

Mówiliśmy już o głównych siłach działających na żagle jachtu żeglującego z wiatrem tylnym (z wiatrem) i wiatrem czołowym (haul). Stwierdzono, że siłę działającą na żagle można rozłożyć na siłę powodującą kołysanie i dryfowanie jachtu z wiatrem, siłę dryfu oraz siłę ciągu (patrz rys. 2 i 3).

Zobaczmy teraz, jak określa się całkowitą siłę parcia wiatru na żagle i od czego zależą siły trakcji i dryfu.

Aby wyobrazić sobie pracę żagla na ostrych kursach, wygodnie jest najpierw rozważyć płaski żagiel (ryc. 94), który doświadcza naporu wiatru pod pewnym kątem natarcia. W tym przypadku za żaglem tworzą się wiry, siły nacisku powstają po jego nawietrznej stronie, a siły rozrzedzenia pojawiają się po stronie zawietrznej. Ich wynikowe R jest skierowane w przybliżeniu prostopadle do płaszczyzny żagla. Dla prawidłowego zrozumienia działania żagla wygodnie jest przedstawić go jako wypadkową dwóch składowych sił: X skierowanej równolegle do strumienia powietrza (wiatr) i Y prostopadle do niego.

Siła X, skierowana równolegle do przepływu powietrza, nazywana jest siłą oporu; tworzą go oprócz żagla także kadłub, takielunek, drzewce i załoga jachtu.

Siła Y skierowana prostopadle do strumienia powietrza nazywana jest siłą nośną w aerodynamice. To ona na ostrych kursach tworzy ciąg w kierunku ruchu jachtu.

Jeżeli przy takim samym oporze żagla X (Rys. 95) siła nośna wzrośnie np. do wartości Y1, to jak pokazano na rysunku wypadkowa siły nośnej i oporu zmieni się o R i, odpowiednio, siła ciągu T wzrośnie do T1.

Taka konstrukcja pozwala łatwo zweryfikować, że wraz ze wzrostem oporu X (przy tej samej sile nośnej) ciąg T maleje.

Istnieją więc dwa sposoby na zwiększenie siły uciągu, a co za tym idzie prędkości na ostrych kursach: zwiększenie siły nośnej żagla oraz zmniejszenie oporu żagla i jachtu.

We współczesnym żeglarstwie siłę nośną żagla zwiększa się, nadając mu wklęsły kształt z pewnym „brzuszkiem” (ryc. 96): rozmiar od masztu do najbardziej głębokie miejsce„Brzuch” ma zwykle 0,3-0,4 szerokości żagla, a głębokość „brzucha” to około 6-10% szerokości. Siła nośna takiego żagla jest o 20-25% większa niż w przypadku całkowicie płaskiego żagla przy prawie takim samym oporze. To prawda, że ​​\u200b\u200bjacht z płaskimi żaglami płynie nieco bardziej stromo pod wiatr. Jednak w przypadku żagli „wybrzuszonych” prędkość natarcia na hals jest większa ze względu na większy ciąg.

Ryż. 96. Profil żagla

Należy zauważyć, że w przypadku żagli wypukłych zwiększa się nie tylko przyczepność, ale także siła dryfu, co oznacza, że ​​kołysanie i dryfowanie jachtów z żaglami wypukłymi jest większe niż w przypadku stosunkowo płaskich. Dlatego żagiel „wybrzuszony” ma ponad 6-7%. silny wiatr nieopłacalne, gdyż wzrost przechyłów i znoszenia prowadzi do znacznego wzrostu oporów kadłuba i spadku sprawności żagli, które „zjadają” efekt zwiększonego ciągu. Przy słabym wietrze żagle z „brzuszkiem” 9-10% są lepiej naciągnięte, ponieważ ze względu na niski całkowity nacisk wiatru na żagiel rolka jest niewielka.

Każdy żagiel przy kątach natarcia większych niż 15-20 °, to znaczy na kursach jachtu pod kątem 40-50 ° do wiatru i więcej, pozwala zmniejszyć siłę nośną i zwiększyć opór, ponieważ po zawietrznej stronie tworzą się znaczne turbulencje. A ponieważ główna część siły nośnej tworzona jest przez płynny, pozbawiony turbulencji przepływ po zawietrznej stronie żagla, zniszczenie tych turbulencji powinno dać duży efekt.

Niszczą turbulencje, które tworzą się za grotem, ustawiając sztaksel (fot. 97). Strumień powietrza wpadający w szczelinę między grotem a sztakslem zwiększa swoją prędkość (tzw. efekt dyszy) i przy odpowiednim ustawieniu sztaksla „zlizuje” trąby powietrzne z grota.

Ryż. 97. Praca na sztakslach

Profil miękkiego żagla jest trudny do utrzymania przy różnych kątach natarcia. Wcześniej na pontonach umieszczano listwy przelotowe, przechodzące przez cały żagiel - były one cieńsze w obrębie „brzucha” i grubsze w kierunku liku tylnego, gdzie żagiel jest znacznie bardziej płaski. Teraz zbroja przelotowa jest instalowana głównie na bojerach i katamaranach, gdzie szczególnie ważne jest utrzymanie profilu i sztywności żagla przy niskich kątach natarcia, kiedy konwencjonalny żagiel jest już płukany wzdłuż liku przedniego.

Jeśli tylko żagiel jest źródłem siły nośnej, to opór jest tworzony przez wszystko, co znajduje się w przepływie powietrza wokół jachtu. Dlatego poprawę właściwości trakcyjnych żagla można osiągnąć również poprzez zmniejszenie oporu kadłuba jachtu, drzewc, takielunku i załogi. W tym celu stosuje się różnego rodzaju owiewki na drzewcach i olinowaniu.

Wielkość oporu na żaglu zależy od jego kształtu. Zgodnie z prawami aerodynamiki opór skrzydła samolotu jest tym mniejszy, im węższy i dłuższy przy tej samej powierzchni. Dlatego żagiel (w zasadzie to samo skrzydło, ale ustawione pionowo) stara się być wysoki i wąski. Pozwala to również na wykorzystanie wiatru konnego.

Opór żagla zależy w bardzo dużym stopniu od stanu jego krawędzi natarcia. Liki przednich wszystkich żagli muszą być ciasno owinięte, aby zapobiec wibracjom.

Trzeba wspomnieć o jeszcze jednej bardzo ważnej okoliczności – tzw. centrowaniu żagli.

Z mechaniki wiadomo, że o każdej sile decyduje jej wielkość, kierunek i punkt przyłożenia. Do tej pory mówiliśmy tylko o wielkości i kierunku sił działających na żagiel. Jak zobaczymy później, znajomość punktów aplikacji jest niezbędna do zrozumienia działania żagli.

Napór wiatru rozkłada się nierównomiernie na powierzchni żagla (większy nacisk wywierany jest na jego przednią część), jednak dla uproszczenia obliczeń porównawczych przyjmuje się, że jest on rozłożony równomiernie. Dla przybliżonych obliczeń przyjmuje się, że wypadkowa siła parcia wiatru na żagle jest przyłożona do jednego punktu; przyjmuje się, że jest to środek ciężkości powierzchni żagli, gdy są one umieszczone w płaszczyźnie średnicy jachtu. Punkt ten nazywany jest środkiem wiatru (CP).

Zastanówmy się nad najprostszą graficzną metodą określania pozycji procesora (ryc. 98). Narysuj żagiel jachtu w odpowiedniej skali. Następnie na przecięciu środkowych - linie łączące wierzchołki trójkąta z punktami środkowymi przeciwne strony, - znajdź środek każdego żagla. Otrzymawszy w ten sposób na rysunku środki O i O1 dwóch trójkątów tworzących grot i sztaksel, dwie równoległe linie OA i O1B są poprowadzone przez te środki i ułożone w przeciwnych kierunkach w dowolnej skali innej niż wiele jednostek liniowych jako metry kwadratowe w trójkącie; od środka groty wytyczono obszar sztaksla, a od środka sztaksla - obszar groty. Punkty końcowe A i B są połączone linią prostą AB. Kolejna prosta - O1O łączy środki trójkątów. Na przecięciu linii A B i O1O powstanie wspólny środek.

Ryż. 98. Graficzny sposób znalezienia środka wiatru

Jak już powiedzieliśmy, sile znoszenia (będziemy ją rozważać przyłożoną w środku nawiewu) przeciwdziała siła oporu bocznego kadłuba jachtu. Uważa się, że siła oporu bocznego jest przykładana w środku oporu bocznego (CLC). Środek oporu bocznego jest środkiem ciężkości rzutu podwodnej części jachtu na płaszczyznę średnicową.

Środek oporu bocznego można znaleźć wycinając z grubego papieru zarys części podwodnej jachtu i umieszczając ten model na ostrzu noża. Kiedy model jest wyważony, lekko go dociśnij, następnie obróć o 90° i ponownie wyważ. Przecięcie tych linii daje nam środek oporu bocznego.

Gdy jacht jedzie bez przechyłu, CPU powinien leżeć na tej samej pionowej linii co CBS (Rys. 99). Jeśli CPU znajduje się przed CBS (ryc. 99, b), wówczas siła dryfu, przesunięta do przodu w stosunku do bocznej siły oporu, obraca dziób statku pod wiatr - jacht oddala się. Jeśli procesor znajduje się za CBS, jacht skręci dziobem do wiatru lub będzie prowadzony (ryc. 99, c).

Ryż. 99. Ustawienie jachtu

Zarówno nadmierne nastawienie na wiatr, jak i w szczególności odchylenie (niewłaściwe wycentrowanie) są szkodliwe dla kursu jachtu, gdyż zmuszają sternika do ciągłego poruszania kołem sterowym w celu utrzymania prostoliniowości ruchu, a to zwiększa opór kadłuba i zmniejsza prędkość statku. Ponadto nieprawidłowe wycentrowanie prowadzi do pogorszenia sterowności, aw niektórych przypadkach do jej całkowitej utraty.

Jeśli wycentrujemy jacht jak na rys. 99, a, czyli CPU i CBS będą na tym samym pionie, wtedy statek będzie prowadzony bardzo mocno i bardzo trudno będzie go kontrolować. O co chodzi? Istnieją tutaj dwa główne powody. Po pierwsze, prawdziwe położenie CPU i CLS nie pokrywa się z teoretycznym (oba centra są przesunięte do przodu, ale nie w równym stopniu).

Po drugie i co najważniejsze, podczas przechylania siła pociągowa żagli i siła oporu wzdłużnego kadłuba okazują się leżeć w różnych płaszczyznach pionowych (ryc. 100), okazuje się, że dźwignia, która zmusza jacht do prowadzenia. Im większy przechył, tym większa skłonność statku do prowadzenia.

Aby wyeliminować taką obsadę, procesor umieszcza się przed CBS. Moment siły pociągowej i oporu wzdłużnego powstający przy przechylaniu, zmuszający jacht do jazdy, jest kompensowany momentem chwytania sił dryfu i oporów poprzecznych z przednim położeniem CPU. Dla dobrego wycentrowania procesor musi być umieszczony przed CLS-em w odległości równej 10-18% długości jachtu wzdłuż linii wodnej. Im mniej stabilny jest jacht i im wyżej CPU znajduje się nad CBS, tym bardziej trzeba go przesunąć do przodu.

Aby jacht miał dobry ruch musi być wycentrowany, czyli ustawiony CPU i CLS w takiej pozycji, w której statek na holowanym kursie przy lekkim wietrze był całkowicie wyważony przez żagle, czyli innymi słowy , był stabilny na kursie ze sterem wyrzuconym lub nieruchomym w DP (dopuszczalna jest nieznaczna tendencja do odrywania się przy bardzo słabym wietrze), a przy silniejszym miał tendencję do kołysania się. Każdy sternik musi umieć prawidłowo wycentrować jacht. Na większości jachtów tendencja do liku przedniego zwiększa się, gdy żagle tylne są naciągnięte, a żagle przednie opuszczone. Jeśli przednie żagle są naciągnięte, a tylne żagle są naciągnięte, statek odbije. Wraz ze wzrostem „wybrzuszonego” grota, a także słabo stojących żagli, jacht ma tendencję do większego pływania.

Ryż. 100. Wpływ przechyłu na ustawienie jachtu na wiatr