Miért vitorlázik a jacht széllel szemben? Miért tud egy vitorlás széllel szemben vitorlázni? A szélhez viszonyított irányok

Eddig csak két erő hatását vettük figyelembe a jachtra – a felhajtóerőt és a súlyerőt, feltételezve, hogy nyugalmi állapotban egyensúlyban van az edényt. ábrán sematikusan látható. 4, ahol a közeli vontatású jacht legtipikusabb esetét vesszük figyelembe.

Amikor egy légáram – a szél – áramlik a vitorlák körül, akkor rajtuk egy hatás keletkezik. aerodinamikai erő A (lásd a 2. fejezetet), amely megközelítőleg merőleges a vitorla felületére, és a vitorla közepére (CS) van felhelyezve magasan a víz felszíne felett. A mechanika harmadik főtétele szerint a test egyenletes, egyenes vonalú mozgása során a testre, jelen esetben a jacht törzséhez az árbocon, az állókötélzeten és a lemezeken keresztül kapcsolódó vitorlákra kifejtett minden erőt meg kell erősíteni. egyenlő nagyságú és ellentétes irányú erő ellensúlyozza. Egy jachton ez a keletkező H hidrodinamikai erő, amely a hajótest víz alatti részére hat. Így ezen erők között ismert távolság-kar van, aminek eredményeként egy erőpár nyomatéka keletkezik.

Mind az aero-, mind a hidrodinamikai erők nem síkban, hanem térben orientáltak, ezért a jacht mozgási mechanikájának tanulmányozásakor ezeknek az erőknek a fő koordinátasíkokra való vetületeit vesszük figyelembe. A fent említett harmadik Newton-törvényt szem előtt tartva párokban írjuk fel az aerodinamikai erő összes összetevőjét és a megfelelő hidrodinamikai reakciókat:

Annak érdekében, hogy a jacht stabil irányt tarthasson, minden erőpárnak és minden erőpillanat-párnak egyenlőnek kell lennie egymással. Például az Fd sodródási erő és az Rd sodródási ellenállási erő Mkr billenőnyomatékot hoz létre, amelyet ki kell egyensúlyozni az Mv kiegyenlítő nyomatékkal vagy az oldalstabilitás nyomatékával. Az MV a D súlyerők és a gV jacht vállára ható felhajtóerejének hatására jön létre. l. Ugyanazok a súly- és felhajtóerők alkotják a trimméssel szembeni ellenállás vagy az M hosszirányú stabilitás nyomatékát l, egyenlő nagyságú és ellensúlyozza az Md vágási nyomatékot. Ez utóbbi feltételei a párok mozzanatai erők T-Rés Fv-Nv.

Jelentős módosításokat hajtanak végre az erőhatások adott diagramján, különösen könnyű jachton a legénység. A szél felőli oldalra vagy a jacht hosszában haladva a legénység súlyával hatékonyan megdönti a hajót, vagy ellensúlyozza annak orr felé történő dőlését. Az Md elakadási nyomaték létrehozásában a döntő szerepe a megfelelő kormányelhajlásnak van.

Az Fd aerodinamikai oldalerő a guruláson kívül oldalsodródást-sodródást okoz, így a jacht nem szigorúan a DP mentén mozog, hanem kis l eltolódási szöggel. Ez a körülmény okozza a jacht gerincén az Rd elsodródási ellenállási erő kialakulását, amely természetében hasonló ahhoz az emelőerőhöz, amely egy repülőgép szárnyán keletkezik, amely támadási szögben van a szembejövő áramlással szemben. A szárnyhoz hasonlóan a közeli vitorla is olyan pályán működik, amelynél a támadási szög a vitorla húrja és az irány közötti szög. látszólagos szél. Így a modern hajóelméletben vitorlás jacht két szárny szimbiózisának tekinthető: egy vízben mozgó hajótest és egy vitorla, amelyre a látszólagos szél hat.

Stabilitás

Mint már említettük, a jacht olyan erőknek és nyomatékoknak van kitéve, amelyek hajlamosak kereszt- és hosszirányban megdönteni. A hajónak azt a képességét, hogy ellenálljon ezeknek az erőknek, és hatásuk megszűnése után függőleges helyzetbe térhessen, ún. stabilitás. A jachtnál az a legfontosabb oldalirányú stabilitás.

Amikor a jacht dőlés nélkül lebeg, a gravitációs és felhajtóerő, amely a CG-ben és a CV-ben hat, ugyanabban a függőlegesben hat. Ha egy gurulás közben a legénység vagy a tömegterhelés egyéb alkatrészei nem mozdulnak el, akkor bármilyen eltérés esetén a CG megtartja eredeti helyzetét a DP-ben (pont Gábrán. 5), a hajóval együtt forog. Ugyanakkor a hajótest víz alatti részének megváltozott alakja miatt a CV a C o pontból a dőlt oldal felé a C 1 helyzetbe tolódik el. Ennek köszönhetően pár erőből álló pillanat keletkezik Dés g V s váll l, egyenlő a jacht CG és új súlypontja közötti vízszintes távolsággal. Ez a pillanat hajlamos arra, hogy a jachtot függőleges helyzetbe állítsa, ezért visszaállításnak nevezik.

Gördüléskor a CV görbe pályán mozog C 0 C 1, görbületi sugár G amelyet úgy hívnak keresztirányú metacentrikus sugár, r megfelelő görbületi középpont M -keresztirányú metacentrum. Az r sugár értéke és ennek megfelelően a C 0 C 1 görbe alakja a test körvonalaitól függ. Általában a sarok növekedésével a metacentrikus sugár csökken, mivel értéke arányos a vízvonal szélességének negyedik hatványával.

Nyilvánvalóan a helyreállító nyomaték kar a távolságtól függ GM- a metacentrum magassága a súlypont fölé: minél kisebb, annál kisebb a váll l gurulás közben. A nagyság meredekségének kezdeti szakaszában GM vagy h a hajóépítők a hajó stabilitásának mértékeként tartják számon, és úgy hívják kezdeti keresztirányú metacentrikus magasság. Minél több h, minél nagyobb billenőerő szükséges a jacht bármely meghatározott dőlési szögbe történő megdöntéséhez, annál stabilabb a hajó. A cirkáló- és versenyjachtokon a metacentrikus magasság általában 0,75-1,2 m; cirkáló gumicsónakokon - 0,6-0,8 m.

A GMN háromszög segítségével könnyen megállapítható, hogy a visszaállító váll . A visszaállítási nyomaték, figyelembe véve a gV és D egyenlőségét, egyenlő:

Így annak ellenére, hogy a metacentrikus magasság meglehetősen szűk határok között változik a különböző méretű jachtok esetében, a kiegyenlítő nyomaték nagysága egyenesen arányos a jacht elmozdulásával, ezért egy nehezebb hajó nagyobb billenőnyomatékot is képes elviselni.

A kiegyenlítő váll két távolság különbségeként ábrázolható (lásd 5. ábra): l f - alakstabilitási váll és l b - súlystabilitási váll. Nem nehéz meghatározni ezeknek a mennyiségeknek a fizikai jelentését, mivel l in-t a súlyerő hatásvonalának gördülés közbeni eltérése határozza meg a kezdeti helyzettől pontosan C 0 felett, l in pedig a hátszélre való elmozdulás. oldala a hajótest bemerített térfogatának értékének középpontjában. Figyelembe véve a D és gV erők Co-hoz viszonyított hatását, észrevehető, hogy a D súlyerő hajlamos még jobban megdönteni a jachtot, míg a gV erő éppen ellenkezőleg, kiegyenesíti a hajót.

Háromszög szerint CoGK megállapítható, hogy ahol a CoC a CG magassága a CB felett a jacht függőleges helyzetében. Így a súlyerők negatív hatásának csökkentése érdekében lehetőség szerint csökkenteni kell a jacht súlypontját. Ideális esetben a CG-nek a CV alatt kell lennie, ekkor a súlystabilitási kar pozitív lesz, és a jacht tömege segít ellenállni a billenőnyomatéknak. Azonban csak néhány jacht rendelkezik ezzel a tulajdonsággal: a CG CV alatti mélyüléséhez nagyon nehéz, a jacht vízkiszorításának 60%-át meghaladó ballaszt, valamint a hajótest, a lábak és a kötélzet túlzott megkönnyebbülése társul. A CG csökkenéséhez hasonló hatás érhető el a legénység szél felőli oldalra mozgatásával. Ha könnyű gumicsónakról beszélünk, akkor a legénységnek sikerül annyira eltolni az általános CG-t, hogy az erő hatásvonala D jelentősen a CV alatt metszi a DP-t, és a súlystabilitási kar pozitívnak bizonyul.

Egy keelhajóban a nehéz ballaszt gerincnek köszönhetően a súlypont meglehetősen alacsonyan van (leggyakrabban a vízvonal alatt vagy valamivel felette). A jacht stabilitása mindig pozitív, maximumát körülbelül 90°-os dőlésszögnél éri el, amikor a jacht vitorláival a vízen fekszik. Természetesen ilyen listát csak biztonságosan záródó fedélzeti nyílásokkal és önleeresztő pilótafülkével rendelkező jachton lehet elérni. A nyitott pilótafülkével rendelkező jachtot jóval alacsonyabb dőlésszögben is eláraszthatja a víz (például egy Dragon osztályú jacht 52°-os szögben), és anélkül száll le a fenékre, hogy ideje lenne rendbe tenni magát.

Tengerre alkalmas jachtokon instabil egyensúlyi helyzet körülbelül 130°-os dőlésszögben áll be, amikor az árboc már víz alatt van, és a felszínhez képest 40°-os szögben lefelé irányul. A gördülés további növelésével a stabilitási kar negatívvá válik, a billenőnyomaték segít elérni az instabil egyensúly második helyzetét 180°-os gurítással (keel up), amikor kiderül, hogy a súlypont magasan a kerék felett helyezkedik el. elég kicsi hullám súlypontja ahhoz, hogy a hajó ismét normális helyzetbe kerüljön - a gerinc lefelé. Sok olyan eset van, amikor a jachtok teljes 360°-os elfordulást hajtottak végre, és megőrizték tengeri alkalmasságukat.

Összehasonlítva a keeljacht és a gumicsónak stabilitását, látható, hogy a gumicsónak kiegyenlítési pillanatának megteremtésében a főszerep a stabilitás formájú, és egy keeljachthoz - súlystabilitás. Ezért van olyan észrevehető különbség a hajótestek körvonalai között: a gumicsónakok széles hajótesttel rendelkeznek. L/B = 2,6-3,2, kis rádiuszú kínnal és nagy vízvonallal. Még nagyobb mértékben a hajótest formája határozza meg a katamaránok stabilitását, amelyben a térfogati elmozdulás egyenlően oszlik meg a két hajótest között. A hajótestek közötti elmozdulás már enyhe gurulás esetén is élesen újraosztódik, növelve a vízbe merült hajótest felhajtóerejét (6. ábra). Amikor a másik hajótest elhagyja a vizet (8-15°-os dőlésszöggel), a stabilitási váll eléri a maximális értékét - ez valamivel kevesebb, mint a fele a hajótestek DP-i közötti távolságnak. A gördülés további növekedésével a katamarán úgy viselkedik, mint egy gumicsónak, amelynek legénysége egy trapézon lóg. Amikor az elfordulás 50-60°, akkor instabil egyensúlyi pillanat lép fel, amely után a katamarán stabilitása negatívvá válik.

Statikus stabilitási diagram. Ez nyilvánvaló teljes leírás a jacht stabilitása a kiegyenlítési pillanat változási görbéje lehet Mv a dőlésszögtől vagy a statikus stabilitási diagramtól függően (7. ábra). A diagram egyértelműen megkülönbözteti a maximális stabilitás (W) pillanatait és azt a maximális dőlési szöget, amelynél a magára hagyott hajó felborul (a statikus stabilitási diagram 3 naplemente szöge).

A diagram segítségével a hajó kapitányának lehetősége van felmérni például a jacht képességét arra, hogy bizonyos erősségű szélben el tudja-e vinni az adott széljárást. Ehhez a stabilitási diagramon az Mkr dőlési nyomaték változásának görbéit a dőlésszögtől függően ábrázoljuk. A két görbe metszéspontjának B pontja azt a dőlésszöget jelöli, amelyet a jacht statikus szélhatás esetén, egyenletes növekedéssel fog beérni. ábrán. 7, a jacht megkapja a D pontnak megfelelő listát - körülbelül 29°. Azon hajók esetében, amelyeknél a stabilitási diagram egyértelműen lefelé ágazik (csónakok, kompromisszumok és katamaránok), a hajózás csak a stabilitási diagramon szereplő maximális pontot meg nem haladó dőlésszögben engedélyezhető.
Rizs. 7. Egy cirkáló-versenyjacht statikus stabilitásának diagramja

A gyakorlatban a jachtszemélyzetnek gyakran meg kell küzdenie a külső erők dinamikus hatásával, amelyben a billenőnyomaték viszonylag rövid idő alatt jelentős értéket ér el. Ez akkor fordul elő, ha vihar vagy hullám éri a szél felőli állát. Ezekben az esetekben nem csak a billenőnyomaték nagysága fontos, hanem a kiegyenlítő nyomaték munkája által elnyelt és az edénynek adott mozgási energia is.

A statikus stabilitási diagramon mindkét nyomaték munkája a megfelelő görbék és ordinátatengelyek közé zárt területek formájában ábrázolható. A jacht külső erők dinamikus hatása alatti egyensúlyának feltétele az OABVE (munka Mkr) és az OBGVE (munka Mv) területének egyenlősége lesz. Tekintettel arra, hogy az OBVE területei közösek, az OAB és a BGV területének egyenlőségét tekinthetjük. ábrán. A 7. ábrán látható, hogy dinamikus szélhatás esetén a dőlésszög (E pont, kb. 62°) észrevehetően nagyobb, mint az azonos erősségű széltől a statikus hatás során.

A statikus stabilitási diagramból megállapítható maximális dinamikus dőlés egy pillanat, amely felborít egy gumicsónakot, vagy fenyegeti a nyitott pilótafülke jachtjának biztonságát. Nyilvánvalóan a visszaállító nyomaték hatása csak a pilótafülke elárasztási szögéig vagy a statikus stabilitási diagram kezdeti csökkenési pontjáig vehető figyelembe.

Általánosan elfogadott, hogy a nehéz ballaszttal felszerelt keeljachtok gyakorlatilag borulásbiztosak. A már említett, 1979-es Fastnet-versenyen azonban 77 jacht borult fel 90°-ot meghaladó dőlésszöggel, és néhányuk egy ideig (30 másodperctől 5 percig) felemelt gerincvel és több jachttal is a felszínen maradt. majd egy másik táblán keresztül rendes helyzetükbe emelkedtek. A legsúlyosabb károk az árbocok (12 jachton), az akkumulátorok, a nehéz konyhakályhák és az aljzatukból kieső berendezések elvesztése volt. Az épületekbe jutó víz szintén nemkívánatos következményekkel járt. Ez egy meredek, 9-10 méteres hullám dinamikus hatására történt, melynek profilja 25-30 m/s szélsebességgel az óceánból a sekély Ír-tenger felé haladva hirtelen megszakadt.

Az oldalsó stabilitást befolyásoló tényezők.Így bizonyos következtetéseket vonhatunk le a jacht kialakításának különböző elemeinek a stabilitására gyakorolt ​​hatásáról. Kis dőlésszögeknél a kiegyenlítő nyomaték létrehozásában a fő szerepet a jacht szélessége és a vízvonal teljességi együtthatója játssza. Minél szélesebb a jacht és minél teljesebb a vízvonala, annál távolabb kerül a DP-től a súlypont, amikor a hajó gurul, annál nagyobb az alakstabilitási kar. Egy meglehetősen széles jacht statikus stabilitási diagramja meredekebb emelkedő ággal rendelkezik, mint egy keskeny - 60-80°-ig.

Minél alacsonyabban van a jacht súlypontja, annál stabilabb, és a mély merülés és a nagy ballaszt hatása a jacht szinte teljes stabilitási diagramjára kihat. A jacht modernizálása során hasznos emlékezni egy egyszerű szabályra: minden kilogramm a vízvonal alatt javítja a stabilitást, és minden kilogramm a vízvonal felett rontja. A nehéz szár és a kötélzet különösen szembetűnő a stabilitás érdekében.

A tömegközéppont azonos elhelyezkedésével a túloldali szabadoldallal rendelkező jacht 30-35°-nál nagyobb sarokszögeknél is nagyobb stabilitású, amikor egy normál oldalmagasságú hajón a fedélzet elkezd a vízbe kerülni. A magas oldalú jachtnak nagy a maximális kiegyenlítő nyomatéka. Ez a minőség a kellően nagy térfogatú, vízálló fedélzeti házzal rendelkező jachtok velejárója is.

Különös figyelmet kell fordítani a raktérben lévő víz és a tartályokban lévő folyadékok hatására. Nem csak arról van szó, hogy folyadéktömegeket kell mozgatni a sarka felé; A fő szerepet a túlfolyó folyadék szabad felületének jelenléte, nevezetesen a hossztengelyhez viszonyított tehetetlenségi nyomatéka játssza. Ha például a raktérben lévő víz felszínének hossza / és szélessége b, akkor a metacentrikus magasság annyival csökken

, m. (9)

Különösen veszélyes a raktérben lévő víz, amelynek szabad felülete nagy szélességű. Ezért viharos körülmények között vitorlázáskor a vizet időben el kell távolítani a raktérből.

A folyadékok szabad felületének hatásának csökkentése érdekében hosszirányú sárvédő válaszfalakat szerelnek be a tartályokba, amelyek szélességük mentén több részre vannak osztva. A válaszfalakban lyukak vannak kialakítva a folyadék szabad áramlása érdekében.

Oldalirányú stabilitásés a jacht teljesítménye. Ahogy a dőlés 10-12° fölé nő, a víz ellenállása a jacht mozgásával szemben észrevehetően megnő, ami sebességcsökkenéshez vezet. Ezért fontos, hogy amikor a szél megerősödik, a jacht hosszabb ideig tudjon hatékonyan vitorlázni anélkül, hogy túlzott dőlésbe torkollna. Gyakran még a viszonylag nagy jachtokon is a legénység a verseny során a szél felőli oldalon helyezkedik el, megpróbálva csökkenteni a listát.

Hogy mennyire hatékony a rakomány (legénység) oldalra mozgatása, könnyen elképzelhető a legegyszerűbb képlet segítségével, amely kis (0-10°-os) dőlésszögre érvényes;

, (10)

M o-pillanat, a jacht 1°-os dőlése;

D- jacht vízkiszorítása, t;

h- kezdeti keresztirányú metacentrikus magasság, m.

Ismerve a mozgatandó rakomány tömegét és új helyének távolságát a DP-től, meghatározható a billenőnyomaték, és elosztva Mo, kapja meg a gördülési szöget fokban. Például, ha egy 7 tonnás vízkiszorítású és A = 1 m-es jachton öt ember tartózkodik az oldalán, 1,5 m távolságra a DP-től, akkor az általuk létrehozott billenőnyomaték 4,5-ös ütést ad a jachtnak. ° (vagy csökkentse a tekercset a másik oldalra körülbelül ugyanennyivel ).

Hosszirányú stabilitás. A jacht hosszirányú dőlése során fellépő jelenségek fizikája hasonló a gurulás közbeni jelenségekhez, de a hosszirányú metacentrikus magasság nagyságrendileg összemérhető a jacht hosszával. Ezért a hosszirányú dőlések és trimmek általában kicsik, és nem fokokban, hanem az orr és a tat merülésének változásaiban mérik. És mégis, ha minden képességét kipréseljük egy jachtból, nem lehet mást tenni, mint figyelembe venni azoknak az erőknek a hatását, amelyek a jachtot az orrhoz vágják és a nagyságközéppontot előre mozgatják (lásd 4. ábra). Ez ellensúlyozható a legénység áthelyezésével hátsó fedélzetek.

Az íjat trimmelő erők akkor érik el legnagyobb nagyságukat, amikor a hátsó támaszban hajóznak; ezen a pályán, különösen erős szélben, a legénységet a lehető legtávolabbra kell vinni. Egy közeli pályán a trimmelési nyomaték kicsi, és a legénységnek az a legjobb, ha a hajó középső részéhez közel helyezkednek el, és megdöntik a hajót. Gybe-n a trimmelési nyomaték kisebbnek bizonyul, mint a hátsó támasznál, főleg, ha a jacht spinnakert és bloopert visz, amelyek bizonyos emelőerőt biztosítanak.

A katamaránoknál a hosszirányú metacentrikus magasság a keresztirányú magassághoz hasonlítható, néha kisebb is annál. Ezért a trimmelési momentum hatása, amely egy keeljachton szinte észrevehetetlen, felboríthat egy azonos fő méretű katamaránt.

A baleseti statisztikák olyan eseteket jeleznek, amikor nagy széllel járó katamaránok elhaladnak az orr felett.

1.7. Elsodródási ellenállás

Az Fd oldalirányú erő (lásd 4. ábra) nem csak megdönti a jachtot, hanem oldalsodródást is okoz. megereszkedik. A sodrás erőssége a jacht szélhez viszonyított irányától függ. Ha közeli irányban vitorlázik, háromszor nagyobb, mint a jachtot előre mozgó tolóerő; szakadékszélben a két erő megközelítőleg egyenlő meredek hátsó támasznál (a valódi szél kb. 135°-os a jacht irányához képest), a hajtóerő 2-3-szor nagyobb, mint a sodródó erő, és tiszta jibe-ben ott egyáltalán nincs sodródó erő. Következésképpen ahhoz, hogy a hajó sikeresen haladjon előre egy pályán a közeli vontatásról az öbölszélre, elegendő oldalirányú ellenállással kell rendelkeznie az elsodródással szemben, sokkal nagyobb, mint a víz ellenállása a jacht pálya mentén történő mozgásával szemben.

A sodródással szembeni ellenállás kialakítását a modern jachtokban főként a középső táblák, az uszonyos gerincek és a kormányok látják el.

Mint már említettük, a sodródással szembeni ellenállási erő kialakulásának elengedhetetlen feltétele a jacht mozgása kis szögben a DP-hez képest - a sodródási szög. Nézzük meg, mi történik a vízáramlásban közvetlenül a gerincnél, amely egy vékony szimmetrikus aerodinamikai profil formájú keresztmetszetű szárny (8. ábra).

Ha nincs sodródási szög (8. ábra, a), akkor a víz áramlása, találkozva a gerincprofillal a ponton a, két részre oszlik. Ezen a kritikusnak nevezett ponton az áramlási sebesség O, a maximális nyomás egyenlő a sebességmagassággal, ahol r a víz tömegsűrűsége (édesvíz esetén); v- a jacht sebessége (m/s). Az áramlás felső és alsó része egyidejűleg áramlik körbe a profil felületén, és ismét találkozik a ponton b a kimenő szélen. Nyilvánvaló, hogy az áramláson átirányított erő nem léphet fel a profilon; Csak egy súrlódási ellenállási erő hat, a víz viszkozitása miatt.

Ha a profil egy bizonyos támadási szögben eltér a(yacht gerinc esetén - a sodródási szög), akkor a profil körüli áramlási minta megváltozik (8. ábra, b). Kritikus pont A a profil „orrának” alsó részére fog mozogni. Az út, amelyet a vízrészecskének meg kell haladnia a profil felső felületén, meghosszabbodik, és a pont b 1 ahol az áramlás folytonossági feltételeinek megfelelően a profil felső és alsó felülete körül áramló részecskéknek találkozniuk kell, egyenlő utat haladva, a felső felületre kerülnek. A profil éles kimenő élének megkerülésekor azonban az áramlás alsó része örvényszerűen leszakad a peremről (8. ábra c és d). Ez az örvény, amelyet kiinduló örvénynek neveznek, az óramutató járásával ellentétes irányba forog, és víz kering a profil körül. fordított irány, azaz az óramutató járásával megegyező irányban (8. ábra, d). Ez a viszkózus erők okozta jelenség hasonló egy nagy fogaskerék forgásához (keringés), amelyet egy kis meghajtó fogaskerék (indító örvény) köt össze.

A keringés megtörténte után a kiinduló örvény elszakad a kialakuló éltől, ponttól b 2 közelebb kerül ehhez a szélhez, aminek következtében már nincs különbség az áramlás felső és alsó részének a szárnyból való kilépési sebességében. A szárny körüli keringés az áramláson átirányított Y emelőerő megjelenését idézi elő: a szárny felső felületén a keringés következtében megnő a vízrészecskék sebessége, az alsó felületen a keringésben résztvevő részecskékkel találkozva lelassul. Ennek megfelelően a felső felületen a nyomás a szárny előtti áramlásban lévő nyomáshoz képest csökken, az alsó felületen pedig nő. A nyomáskülönbség emelést ad Y.

Ezenkívül az erő hatni fog a profilra elülső(profil) ellenállás X, amely a profil felületén lévő víz súrlódása és az elülső részének hidrodinamikai nyomása miatt keletkezik.

ábrán. A 9. ábra egy szélcsatornában készült szimmetrikus profil felületén végzett nyomásmérés eredményeit mutatja. Az y tengely az együttható értékét mutatja VEL p, amely a túlnyomás (teljes nyomás mínusz a légköri nyomás) és a sebességmagasság aránya. A profil felső oldalán a nyomás negatív (vákuum), az alsó oldalán pozitív. Így a tetszőleges profilelemre ható emelőerő a rá ható nyomó- és ritkítóerők összege, és általában arányos a profilhúr mentén lévő nyomáseloszlási görbék közé zárt területtel (9. ábra árnyékolva).

ábrán bemutatott adatok. A 9. ábra lehetővé teszi számunkra, hogy számos fontos következtetést vonjunk le a jacht gerincének működéséről. Először is, az oldalirányú erő létrehozásában a fő szerepet a vákuum játssza, amely az uszony felületén a szél felőli oldalról lép fel. Másodszor, a ritkaság csúcsa a gerinc bejövő széle közelében található. Ennek megfelelően a keletkező emelőerő alkalmazási pontja a bordahúr elülső harmadán van. Általában az emelés 15-18°-os támadási szögig növekszik, majd hirtelen leesik.

A ritkítási oldalon kialakuló örvények miatt a szárny körüli egyenletes áramlás megszakad, a ritkítás leesik, az áramlás leáll (erről a jelenségről a vitorláknál részletesebben a 2. fejezetben lesz szó). A támadási szög növekedésével egyidejűleg a légellenállás növekszik a = 90°-nál.

Egy modern jacht sodródása ritkán haladja meg az 5°-ot, így nem kell attól tartani, hogy az áramlás letöri a gerincet. A kritikus támadási szöget azonban figyelembe kell venni a szintén szárnyas elven tervezett és működő jachtkormányoknál.

Tekintsük a jacht gerincek fő paramétereit, amelyek jelentős hatással vannak a sodródásnak ellenálló erő létrehozásában való hatékonyságukra. Ugyanígy az alábbiakban leírtak kiterjeszthetők a kormánylapátokra is, figyelembe véve, hogy lényegesen nagyobb támadási szöggel működnek.

A gerinc vastagsága és keresztmetszeti alakja. A szimmetrikus szárnyszelvények tesztjei kimutatták, hogy a vastagabb szárnyszelvények (nagyobb keresztmetszeti vastagságaránnyal) t az akkordjára b) nagyobb emelőerőt biztosítanak. Ellenállásuk nagyobb, mint a kisebb relatív vastagságú profiloké. Optimális eredményt akkor lehet elérni t/b = 0,09-0,12. Az ilyen profilokon elért emelés mértéke viszonylag kevéssé függ a jacht sebességétől, így a gerincek kellő ellenállást fejlesztenek ki a sodródáshoz még gyenge szélben is.

A maximális profilvastagság helyzete a húrhossz mentén jelentősen befolyásolja a sodródási ellenállási erő nagyságát. A leghatékonyabbak azok a profilok, amelyek maximális vastagsága a húr 40-50% -ának távolsága az „orruktól”. A nagy támadási szögben működő jachtkormányoknál olyan profilokat használnak, amelyek maximális vastagsága valamivel közelebb van az elülső élhez - a húr 30% -áig.

A profil „orrának” alakja – a bejövő él lekerekítési sugara – bizonyos mértékben befolyásolja a gerinc hatékonyságát. Ha az él túl éles, akkor a gerincre áramló áramlás itt nagy gyorsulást kap, és örvények formájában elszakad a profiltól.

Ebben az esetben az emelés csökken, különösen nagy ütési szögek esetén. Ezért a bejövő él ilyen élesítése elfogadhatatlan a kormányok számára.

Aerodinamikai kiterjesztés. A szárny végein a víz a nagynyomású területről a profil hátuljára áramlik. Ennek eredményeként a szárny végeiből örvények válnak ki, amelyek két örvénylő utcát alkotnak. Az energia meglehetősen jelentős részét ezek fenntartására fordítják, kialakítva az ún induktív reaktancia. Ezenkívül a szárny végein kialakuló nyomáskiegyenlítődés következtében helyi felhajtóerő-csökkenés következik be, amint azt a szárny hosszában eloszlási diagramja mutatja. 10.

Minél rövidebb a szárny hossza L akkordjához képest b, azaz minél kisebb a nyúlása L/b, annál nagyobb az emelési veszteség és annál nagyobb az induktív ellenállás. Az aerodinamikában a szárny oldalarányát a képlet segítségével szokás megbecsülni

(ahol 5 a szárny területe), amely bármilyen alakú szárnyra és uszonyra alkalmazható. Téglalap alakú alaknál az aerodinamikai oldalarány megegyezik az aránnyal; delta szárnyra l = 2 Lb.

ábrán. A 10. ábra egy szárnyat mutat, amely két trapéz alakú uszonyos gerincből áll. A jachton a gerincet széles alappal rögzítik az aljára, így itt nem folyik víz a vákuumoldalra, és a hajótest hatására kiegyenlítődik a nyomás mindkét felületen. E befolyás nélkül az aerodinamikai oldalarány kétszerese a gerinc mélységéhez viszonyított arányának. A gyakorlatban ezt az arányt a gerinc méretétől, a jacht körvonalaitól és a dőlésszögtől függően csak 1,2-1,3-szor haladják meg.

A gerinc aerodinamikai megnyúlásának hatása a benne kialakuló sodródási ellenállási erő nagyságára R d egy profillal rendelkező uszony vizsgálati eredményeiből becsülhető NACA 009 (tuberkulózis=9%) és 0,37 m2 területű (11. ábra). Az áramlási sebesség a jacht 3 csomós (1,5 m/s) sebességének felelt meg. Érdekesség a sodródási ellenállási erő változása 4-6°-os támadási szögnél, ami megfelel a jacht közeli pályán lévő sodródási szögének. Ha elfogadod az erőt R d nyúlásnál l = 1 egységenként (6,8 a = 5°-nál), majd l-nek 2-re történő növelésével az elsodródási ellenállás több mint 1,5-szeresére (10,4 kg), l = 3 esetén pedig pontosan megduplázódik (13,6). kg). Ugyanez a grafikon szolgálhat a különböző kiterjesztésű kormányok hatékonyságának minőségi értékelésére, amelyek nagy támadási szögek tartományában működnek.

Így a gerincúszó megnyúlásának növelésével elérhető a szükséges mértékű oldalerő R d kisebb gerincfelülettel, és ezért kisebb nedvesített felülettel és a jacht mozgásával szembeni vízállósággal. A gerinc megnyúlása a modern cirkáló- és versenyjachtokon átlagosan l = 1-3. A kormánytoll, amely nemcsak a hajó irányítását szolgálja, hanem a jacht ellenállásának megteremtésének szerves eleme is, még nagyobb megnyúlással rendelkezik, megközelítve az l-t. = 4.

A gerinc területe és alakja. Leggyakrabban a gerinc méreteit statisztikai adatok határozzák meg, összehasonlítva a tervezett jachtot a jól bevált hajókkal. A gerinctől elválasztott kormányú modern cirkáló- és versenyjachtokon a gerinc és a kormány teljes területe a jacht vitorlafelületének 4,5-6,5%-a, a kormányfelület 20-40%-a. a gerinc területét.

Az optimális nyúlás elérése érdekében a jacht tervezője törekszik a vitorlázási feltételek vagy a mérési szabályok által megengedett maximális merülésre. A gerinc leggyakrabban trapéz alakú, ferde éllel. Amint azt a vizsgálatok kimutatták, az 1:3 oldalarányú jachtgerinceknél a bevezető él és a függőleges közötti szög -8° és 22,5° közötti tartományban gyakorlatilag nincs hatással a gerinc hidrodinamikai jellemzőire. Ha a gerinc (vagy középső deszka) nagyon keskeny és hosszú, akkor az elülső él 15°-nál nagyobb lejtése a függőlegeshez képest a vízáramlási vonalak eltérésével jár a profilon lefelé, az alsó hátsó sarok felé. Ennek eredményeként csökken az emelőerő, és nő a gerinc ellenállása. Ebben az esetben az optimális dőlésszög a függőlegeshez képest 5°.

A gerinc és a kormány által kifejtett emelés mértékét jelentősen befolyásolja felületének minősége, különösen az elülső él, ahol kialakul a profil körüli áramlás. Ezért ajánlatos a gerincet és a kormányt a profilhúrtól legalább 1,5%-os távolságban polírozni.

A jacht sebessége. Bármely szárnyra ható emelőerőt a következő képlet határozza meg:

(11)

Сy - emelési együttható a szárny paramétereitől függően - profil alakja, oldalaránya, alaprajzi körvonala, valamint a támadási szög - a támadási szög növekedésével növekszik;

r- a víz tömegsűrűsége, ;

V- a szárny körül áramló áramlás sebessége, m/s;

S- szárny területe, m2.

Így a sodródással szembeni ellenállás ereje változó érték, arányos a sebesség négyzetével. A jacht mozgásának kezdeti pillanatában, például csúszás után, amikor a hajó elveszti sebességét, vagy amikor a gémtől hátszélbe mozog, a gerincre ható emelőerő kicsi. Az erő érdekében Y megegyezett a sodródó erővel F D a gerincet a szembejövő áramlás felé kell helyezni, nagy támadási szögben. Más szóval, a hajó nagy sodródási szöggel kezd mozogni. A sebesség növekedésével a sodródási szög csökken, amíg el nem éri a normál értékét - 3-5°.

A kapitánynak ezt a körülményt figyelembe kell vennie, elegendő teret biztosítva a hátszélhez a jacht felgyorsításakor vagy új tackóra fordulás után. Nagy kezdeti eltolódási szöget kell alkalmazni, hogy a lapok enyhe húzásával gyorsan növelhető legyen a sebesség. Ez egyébként csökkenti a vitorlák sodródási erejét.

Emlékeztetni kell az emelés keletkezésének mechanikájára is, amely csak a kiinduló örvény szétválása és a stabil keringés kialakulása után jelenik meg a bordán. Egy modern jacht keskeny gerincén a keringés gyorsabban megy végbe, mint egy olyan jacht törzsén, amelynek kormánya a gerincre van szerelve, vagyis egy nagy húrú szárnyon. A második jacht jobban lefelé sodródik, mielőtt a hajótest hatékonyan megakadályozná az elsodródást.

Irányíthatóság

Irányíthatóság az edénynek az a minősége, amely lehetővé teszi egy adott irány követését vagy irányváltását. Csak az a jacht tekinthető irányíthatónak, amely megfelelően reagál a kormány eltolására.

Az irányíthatóság az edény két tulajdonságát egyesíti – az iránystabilitást és a mozgékonyságot.

A pálya stabilitása- ez egy jacht azon képessége, hogy megtartsa az adott egyenes mozgásirányt, amikor különféle külső erők hatnak rá: szél, hullámok stb. A pálya stabilitása nem csak attól függ tervezési jellemzők a jachtról és a külső erők hatásának természetéről, de a kormányos reakciójáról a hajó iránytól való eltérésére, a kormányérzékelésre is.

Térjünk vissza a jacht vitorlájára és hajótestére ható külső erők hatásának diagramjára (lásd 4. ábra). A két erőpár egymáshoz viszonyított helyzete döntő jelentőségű a jacht stabilitása szempontjából. Billenőerő F d és sodródási ellenállási erő R d hajlamosak a jacht orrát a szélbe tolni, míg a második para-tolóerő Tés a mozgással szembeni ellenállás R szélnek hozza a jachtot. Nyilvánvaló, hogy a jacht reakciója a vizsgált erők és vállak nagyságának arányától függ AÉs b, amelyek alapján cselekszenek. A gördülési szög növekedésével a meghajtópár karja b is növekszik. Egy esendő pár válla A függ a vitorla középpontjának (CS) relatív helyzetétől - a keletkező aerodinamikai erők vitorlákra ható pontjától és az oldalirányú ellenállás középpontjától (CLR) - a keletkező hidrodinamikai erők vitorlára gyakorolt ​​hatásának pontjától jacht. Ezeknek a pontoknak a helyzete számos tényezőtől függően változik: a jacht iránya a szélhez képest, a vitorlák alakja és beállítása, a jacht dőlése és trimmje, a gerinc és a kormány alakja és profilja stb.

Ezért a jachtok tervezése és újrafelszerelése során a hagyományos CP-kkel és CB-kkel üzemelnek, figyelembe véve azokat a sík figurák súlypontjaiban, amelyek a jacht középsíkjába állított vitorlák, és a DP víz alatti körvonalaiban. egy gerinc, uszonyok és kormánylapát (12. ábra).

Ismeretes, hogy a háromszög alakú vitorla súlypontja két középpont metszéspontjában, a két vitorla közös súlypontja pedig a két vitorla CP-jét összekötő egyenes szakaszon helyezkedik el, és ezt a szegmenst kettéosztja fordított arányban a területükkel. Általában nem a fúvóka tényleges területét veszik figyelembe, hanem az elülső vitorla háromszögének mért területét.

A központi középpont helyzetét úgy határozhatjuk meg, hogy a DP vékony kartonból kivágott víz alatti részének profilját egy tű hegyére egyensúlyozzuk. Ha a sablon szigorúan vízszintesen van elhelyezve, a tű a középső középpont hagyományos pontján található. Emlékezzünk vissza, hogy a sodródással szembeni ellenállás megteremtésében az uszonyos gerincé és a kormányé a főszerep. A profiljaikon a hidrodinamikai nyomások középpontjai meglehetősen pontosan megtalálhatók, például a relatív vastagságú profiloknál tuberkulózis körülbelül 8%-nál ez a pont az akkord körülbelül 26%-ára van a bevezető éltől. A jacht törzse azonban, bár kismértékben részt vesz az oldalerő létrehozásában, bizonyos változásokat idéz elő a gerinc és a kormány körüli áramlás jellegében, és ez a dőlésszögtől és a trimmtől függően változik, mivel valamint a jacht sebessége. A legtöbb esetben egy közeli pályán a valódi súlypont előremozdul.

A tervezők általában bizonyos távolságra (fejlett) helyezik el a CPU-t a központi idegrendszer előtt. Az ólom általában a hajó hosszának százalékában van megadva a vízvonalnál, és 15-18% Bermuda-sloop esetén. L kvl.

Ha kiderül, hogy a valódi CP túl messze van a CS előtt, a közeli pályán lévő jacht a szélnek esik, és a kormányosnak folyamatosan a szélnek döntve kell tartania a kormányt. Ha a CP a CB mögött van, akkor a jacht hajlamos a szél felé vinni magát; kívánt állandó munkahely kormányt a hajó irányításához.

A jacht elsüllyedésre való hajlama különösen kellemetlen. Kormánybaleset esetén a jachtot nem lehet csak vitorlák segítségével közeli pályára állítani, ráadásul megnövekedett sodródása van. A helyzet az, hogy a jacht gerince közelebb tereli a belőle folyó víz áramlását a hajó DP-jéhez. Ezért, ha a kormány egyenes, akkor észrevehetően kisebb támadási szögben működik, mint a gerinc. Ha a kormánylapát a szél felőli oldalra dől, akkor a rajta keletkező emelőerő a hátszélre irányul - ugyanabban az irányban, mint a vitorlákra ható sodródási erő. Ebben az esetben a gerinc és a kormánylapát különböző irányokba „húzódik”, és a jacht instabil az úton.

A másik dolog a jacht könnyű hajlama vezetni. A szélben kis szögben (3-4°) eltolt kormánylapát ugyanolyan vagy valamivel nagyobb támadási szöggel működik, mint a gerinc, és hatékonyan vesz részt a sodrással szembeni ellenállásban. A kormányon fellépő oldalirányú erő a teljes központi kormányrendszer jelentős elmozdulását okozza a tat felé, ezzel egyidejűleg csökken az elsodródási szög, a jacht stabilan fekszik az úton.

Ha azonban egy közeli pályán a kormányt folyamatosan 3-4°-nál nagyobb mértékben kell eltolni a szél felé, akkor érdemes elgondolkodni a központi kormánykerék és a központi vezérlőegység egymáshoz viszonyított helyzetének beállításán. Egy már megépített jachton ez könnyebben megtehető, ha a CPU-t előre mozgatjuk, az árbocot a sztyeppén az orr szélső helyzetébe szereljük, vagy előre döntjük.

A jacht elsodródásának oka lehet a nagyvitorla is – túlságosan "pocakos" vagy átépített luffal. Ebben az esetben hasznos egy közbülső kitámasztás, mellyel a középső részben (magasságban) előrehajlítható az árboc, és ezzel laposabbá tehető a vitorla, valamint gyengíthető a luff. Lerövidítheti a nagyvitorla hosszát is.

Nehezebb a központi kormányoszlop farba mozgatása, amelyhez a kormány elé kell szerelni egy hátsó bordát, vagy növelni kell a kormánylapát területét.

Korábban már elmondtuk, hogy a gurulás növekedésével a jacht sodródási hajlama is nő. Ez nem csak az összeadó erőpár karjának növekedése miatt következik be - TÉs R. Gördülés közben megnő a hidrodinamikai nyomás az íjhullám területén, ami a központi idegrendszer előretolódásához vezet. Ezért friss szélben, hogy csökkentse a jacht elsodródási hajlamát, mozgassa előre a nagyvitorlát, és: vegyen egy zátonyot a nagyvitorlára, vagy zátonyozzon egy kicsit erre a pályára. Hasznos az is, ha a gerendát kisebbre cseréljük, ami csökkenti a jacht dőlését és trimmét az orrban.

Tapasztalt tervező az előlegérték kiválasztásakor Aáltalában figyelembe veszi a jacht stabilitását, hogy kompenzálja a dőlés közbeni vezetési nyomaték növekedését: kisebb stabilitású jachtnál nagy előrelépési értéket állítanak be, stabilabb hajóknál minimálisnak veszik az előrelépést.

A jól központosított jachtok gyakran megnövelik a lehajlást a hátsó pályán, amikor a fedélzetre húzott fővitorla hajlamos arra, hogy a jacht orrával a szél felé fordítsa. Ezt segíti a tatból a DP-hez képest szögben érkező magas hullám is. A jacht pályán tartásához keményen kell dolgozni a kormányrúddal, kritikus szögbe terelni, amikor a hátszél felőli felületéről lehetséges az áramlás (ez általában 15-20°-os támadási szögben történik). Ezt a jelenséget a kormány felhajtóerejének és ennek következtében a jacht irányíthatóságának elvesztése kíséri. A jacht hirtelen élesen beleveti magát a szélbe és nagy listát kaphat, a kormánylapát mélyülésének csökkenése miatt pedig a víz felszínéről levegő áttörhet a ritkító oldalra.

A jelenség elleni küzdelem ún broching, erők a kormánytoll területének növelésére és meghosszabbítására, a kormány elé uszony felszerelésére, amelynek területe körülbelül a toll területének negyede. A kormány előtti uszonynak köszönhetően irányított vízáramlás szerveződik, megnőnek a kormány kritikus támadási szögei, megakadályozzák a levegő áttörését, és csökken a kormányrúdra ható erő. A hátsó támaszban vitorlázva a legénységnek törekednie kell arra, hogy a spinnaker tolóereje lehetőleg előre irányuljon, és ne oldalra, hogy elkerülje a túlzott dőlést. Az is fontos, hogy megakadályozzuk az orron lévő díszítések megjelenését, amelyek csökkenthetik a kormánykerék mélységét. Az öblítést a jacht gurulása is megkönnyíti, ami a spinnaker légáramlásának megszakadása következtében jelenik meg.

A menetstabilitást a külső erők figyelembe vett hatásán és alkalmazási pontjaik egymáshoz viszonyított helyzetén kívül a DP víz alatti részének konfigurációja is meghatározza. Korábban a hosszú utakatÁltal nyílt víz a hosszú gerincvonallal rendelkező jachtokat részesítik előnyben, mivel nagyobb az ellenállásuk a fordulással szemben, és ennek megfelelően a stabilitásuk az úton. Ennek a hajótípusnak azonban jelentős hátrányai vannak, mint például a nagy nedves felület és a rossz manőverezőképesség. Ezenkívül kiderült, hogy az iránystabilitás nem annyira a DP oldalirányú vetületének nagyságától függ, hanem a kormánykerék helyzetétől a központi kormányrendszerhez viszonyítva, vagyis attól a „kartól”, amelyen a kormányzás történik. kerék működik. Meg kell jegyezni, hogy ha ez a távolság kisebb, mint 25% L kvl , akkor a jacht ferde lesz, és rosszul reagál a kormánylapát elhajlására. at l=40-45% L kvl (ld. 12. ábra) az edényt adott irányban tartani nem nehéz.

Agilitás- a hajó azon képessége, hogy a kormány és a vitorlák hatására megváltoztassa a mozgás irányát és leírja a röppályát. A kormány működése a hidrodinamikus szárny ugyanazon az elvén alapul, mint a jacht gerincénél. Ha a kormánykereket egy bizonyos szögbe eltoljuk, hidrodinamikai erő lép fel R, amelynek egyik összetevője N a jacht farát a kormánylapát elhelyezésével ellentétes irányba tolja (13. ábra). Hatása alatt a hajó ívelt pályán kezd mozogni. Ugyanakkor erőt R megadja a Q komponenst – a húzóerőt, amely lassítja a jacht haladását.

Ha egy helyzetben rögzíti a kormányt, a hajó megközelítőleg egy körben mozog, amelyet keringésnek neveznek. A keringés átmérője vagy sugara az ér elfordulási képességének mértéke: minél nagyobb a keringési sugár, annál rosszabb az elfordulási képesség. Csak a jacht súlypontja mozog a keringésben; Ugyanakkor a hajó sodródást tapasztal, amelyet a centrifugális erő részben pedig erőszakkal N a kormányon.

A keringési sugár függ a jacht sebességétől és tömegétől, a tehetetlenségi nyomatéktól a CG-n áthaladó függőleges tengelyhez képest, a kormány hatékonyságától - az erő nagyságától Nés a válla a CG-hez képest adott kormányelhajlás esetén. Minél nagyobb a jacht sebessége és vízkiszorítása, annál több nehéz tömeg (motor, horgonyok, felszerelési részek) található a hajó végein, annál nagyobb a keringési sugár. Jellemzően a jacht tengeri próbái során meghatározott keringési sugarat a hajótest hosszában fejezik ki.

A mozgékonyság annál jobb, minél rövidebb a hajó víz alatti része, és minél közelebb van a hajó közepéhez a fő területe. Például a hosszú gerincvonallal rendelkező hajók (például haditengerészeti csónakok) gyenge fordulási képességgel rendelkeznek, és fordítva, jó fordulási képességgel rendelkeznek - keskeny, mély középső deszkával rendelkező gumicsónakok.

A kormány hatékonysága függ a toll területétől és alakjától, a keresztmetszeti profiltól, az aerodinamikai méretaránytól, a beépítés típusától (a faroszlopra, a gerinctől külön vagy az uszonyra), valamint a támasztól való távolságától. a központi kormányoszlop. A legelterjedtebbek az aerodinamikus keresztmetszetű profilú szárny alakú kormányok. A maximális profilvastagság általában a húr 10-12%-án belül van, és a húr 1/3-án helyezkedik el a bevezető éltől. A kormányfelület általában a jacht DP víz alatti részének területének 9,5-11%-a.

A nagy oldalarányú kormánylapát (a kormánymélység négyzetének aránya a területéhez képest) kis támadási szögeknél nagy oldalerőt fejleszt ki, aminek köszönhetően hatékonyan részt vesz az elsodródás elleni oldalerő biztosításában. Amint azonban az ábrán látható. A 11. ábrán látható, hogy a különböző oldalarányú profilok bizonyos támadási szögeinél az áramlás elválik a ritkító felülettől, ami után a profilra ható emelőerő jelentősen csökken. Például mikor l= 6 kritikus kormányszög 15°; at l=2- 30°. Kompromisszumként kiterjesztett kormányt használnak l = 4-5 (a téglalap alakú kormánykerék oldalaránya 2-2,5), és a kritikus váltási szög növelése érdekében a kormánykerék elé egy bordát szerelnek fel. A nagy oldalarányú kormánylapát gyorsabban reagál az eltolásra, mivel az emelőerőt meghatározó áramlási keringés gyorsabban fejlődik egy kis húrú profil körül, mint a hajótest teljes víz alatti részén a faroszlopra szerelt kormánylapáttal.

A kormánykerék felső élének ±30°-os működési eltéréssel szorosan a testhez kell illeszkednie, hogy megakadályozza a víz átfolyását; ellenkező esetben a kormányzási teljesítmény romlik. Néha a kormányrúdon, ha az a keresztszárnyra van felszerelve, egy aerodinamikus alátét van rögzítve széles lemez formájában a vízvonal közelében.

A gerincek formájával kapcsolatban elmondottak a kormánylapátokra is érvényesek: a trapéz alakú négyszögletes vagy enyhén lekerekített alsó éllel rendelkező formát tartják optimálisnak. A kormányrúdra ható erők csökkentése érdekében a kormánykerék néha kiegyensúlyozó típusú, és a forgástengely a profil „orrától” mért húr 1/4-1/5-ében található.

A jacht kormányzásakor figyelembe kell venni a kormánykerék sajátosságait különböző körülmények között, és mindenekelőtt a hátulról történő áramlás megzavarását. Egy kanyar elején nem lehet hirtelen oldalra tolni a kormánykereket, az áramlás elakad, oldalirányú erő lép fel. N a kormánykeréken leesik, de az ellenállási erő gyorsan megnő R. A jacht lassan és nagy sebességveszteséggel lép be a keringésbe. A kanyart úgy kell elindítani, hogy a kormányt kis szögbe állítjuk, de amint a far kifelé gördül, és a kormány támadási szöge csökkenni kezd, a jacht DP-jéhez képest nagyobb szögbe kell tolni.

Emlékeztetni kell arra, hogy a kormányra ható oldalirányú erő gyorsan növekszik a jacht sebességének növekedésével. Enyhe szélben hiába próbáljuk a jachtot gyorsan elfordítani a kormány nagy szögbe tolásával (mellesleg a kritikus szög értéke a sebességtől függ: kisebb sebességnél kisebb szögben áramlási szétválás következik be. támadás).

A kormány ellenállása a jacht irányváltoztatása esetén alakjától, kialakításától és elhelyezkedésétől függően a jacht teljes ellenállásának 10-40%-a. Ezért nagyon komolyan kell venni a kormánykerék kormányzásának technikáját (és a jacht központosítását, amitől a pálya stabilitása múlik), és nem szabad hagyni, hogy a kormánykerék a szükségesnél nagyobb szögben eltérjen.

Eladási arány

Eladási arány arra utal, hogy a jacht képes elérni egy bizonyos sebességet, miközben hatékonyan használja a szélenergiát.

A jacht sebessége elsősorban a szél sebességétől függ, mivel a vitorlákra ható összes aerodinamikai erő. beleértve a tolóerőt is, a látszólagos szélsebesség négyzetével arányos növekedés. Ezenkívül ez a hajó energiaellátásától is függ - a vitorla területének és méreteinek arányától. Az energia rendelkezésre állás jellemzőjeként leggyakrabban használt arányszám S" 1/2 /V 1/3(ahol S a szélfelület, m2; V- teljes elmozdulás, m 3) vagy S/W (itt W a hajótest nedvesített felülete, beleértve a gerincet és a kormányt).

A tolóerőt, és így a jacht sebességét az is meghatározza, hogy a vitorlás szerelvény képes-e elegendő tolóerőt kifejteni a szél irányához képest különböző pályákon.

A felsorolt ​​tényezők a jacht hajtóvitorláira vonatkoznak, amelyek a szélenergiát mozgatóerővé alakítják T.ábrán látható módon. A 4. ábra szerint ennek az erőnek a jacht egyenletes mozgása során egyenlőnek és ellentétesnek kell lennie a mozgással szembeni ellenállás erejével R. Ez utóbbi a test nedvesített felületére ható összes hidrodinamikai erő kivetítése a mozgás irányába.

A hidrodinamikai erőknek két típusa van: a test felületére merőleges nyomóerők és az erre a felületre érintőlegesen ható viszkózus erők. A viszkózus erők eredője adja az erőt súrlódási ellenállás.

A nyomóerőket az okozza, hogy a jacht mozgása során hullámok képződnek a víz felszínén, így a keletkező erejük hullám ellenállás.

A hajótest felületének nagy görbületével a hátsó részen a határréteg leválhat a bőrről, és örvények keletkezhetnek, amelyek elnyelik a hajtóerő energiájának egy részét. Ez létrehozza a jacht mozgásával szembeni ellenállás másik összetevőjét - forma ellenállás.

Két további ellenállási típus jelenik meg annak köszönhetően, hogy a jacht nem egyenesen halad a DP mentén, hanem bizonyos sodródási szöggel és gurulással. Ez induktív és sarok ellenállás. Az induktív ellenállás jelentős részét a kiálló részek - a gerinc és a kormány - ellenállása foglalja el.

Végül a jacht előremozgásának is ellenáll a hajótestet mosó levegő, a legénység, valamint a kötélzeti kábelek és vitorlák rendszerének fejlesztése. Ezt az ellenállási darabot ún levegő.

Súrlódási ellenállás. Amikor a jacht mozog, úgy tűnik, hogy a hajótest bőrével közvetlenül szomszédos vízrészecskék hozzátapadnak, és a hajóval együtt szállítják őket. Ezeknek a részecskéknek a testhez viszonyított sebessége nulla (14. ábra). A következő részecskeréteg, amely átcsúszik az elsőre, már kissé lemarad a hajótest megfelelő pontjai mögött, és a hajótesttől bizonyos távolságban a víz általában mozdulatlan marad, vagy a hajótesthez viszonyított sebessége megegyezik a jacht sebességével. v. Ezt a vízréteget, amelyben viszkózus erők hatnak, és a vízrészecskék mozgási sebessége a hajótesthez képest 0-ról a hajó sebességére nő, határrétegnek nevezzük. Vastagsága viszonylag kicsi, a hajótest hosszának 1-2%-a a vízvonal mentén, azonban a benne lévő vízrészecskék jellege vagy mozgásmódja jelentős hatással van a súrlódási ellenállás mértékére.

Megállapítást nyert, hogy a chasgitz mozgási módja a hajó sebességétől és nedvesített felületének hosszától függően változik. A hidrodinamikában ezt a függést a Reynolds-szám fejezi ki:

n a víz kinematikai viszkozitásának együtthatója (édesvíz esetén n = 1,15-10 -6 m 2 /s);

L- nedvesített felület hossza, m;

v- jacht sebessége, m/s.

Viszonylag kis szám Re = 10 6 esetén a határrétegben lévő vízrészecskék rétegenként mozognak, így kialakul lemezes folyik. Energiája nem elegendő a részecskék keresztirányú mozgását akadályozó viszkózus erők leküzdésére. A legnagyobb sebességkülönbség a részecskerétegek között közvetlenül a ház felületén jelentkezik; Ennek megfelelően itt a legnagyobbak a súrlódási erők.

A Reynolds-szám a határrétegben növekszik, ahogy a vízrészecskék távolodnak a szártól (a nedvesített hossz növekedésével). 2 m/s sebességgel például már kb 2 m távolságra tőle Re eléri azt a kritikus értéket, amelynél az áramlási rezsim a határrétegben örvénylővé, azaz turbulenssé válik és a határrétegen átirányul. A rétegek közötti kinetikus energiacsere következtében a részecskék sebessége a ház felülete közelében nagyobb mértékben növekszik, mint lamináris áramlás esetén. Sebesség különbség Dv itt a súrlódási ellenállás ennek megfelelően nő. A vízrészecskék keresztirányú mozgása miatt a határréteg vastagsága megnő, a súrlódási ellenállás pedig meredeken növekszik.

A lamináris áramlási rendszer a jacht hajótestének csak kis részét fedi le az orrrészben, és csak kis sebességnél. Kritikus érték Re, ahol turbulens áramlás lép fel a test körül, az 5-10 5-6-10 6 tartományba esik, és nagyban függ a felület alakjától és simaságától. A sebesség növekedésével a lamináris határréteg turbulensbe való átmeneti pontja az orr felé mozdul el és kellően nagy sebességgel eljöhet az a pillanat, amikor a hajótest teljes nedvesített felületét turbulens áramlás borítja. Igaz, közvetlenül a bőr közelében, ahol az áramlási sebesség közel nulla, egy vékony réteg lamináris rendszerrel – egy lamináris alréteg – továbbra is megmarad.

A súrlódási ellenállás kiszámítása a következő képlettel történik:

(13)

R tr - súrlódási ellenállás, kg;

ztr - súrlódási ellenállási együttható;

a víz r-tömegsűrűsége;

édesvízhez:

v- jacht sebessége, m/s;

W-nedvesített felület, m2.

A súrlódási ellenállási együttható a határrétegben lévő áramlás természetétől és a test hosszától függően változó érték. L kvl a sebesség v és a test felületi érdessége.

ábrán. A 15. ábra a ztr súrlódási ellenállási együttható számtól való függését mutatja Reés a ház felületi érdessége. Az érdes felület ellenállásának növekedése a sima felülethez képest könnyen magyarázható a lamináris alréteg jelenlétével a turbulens határrétegben. Ha a felületen lévő gumók teljesen belemerülnek a lamináris alrétegbe, akkor nem okoznak jelentős változást az alréteg lamináris áramlásának jellegében. Ha az egyenetlenségek meghaladják az alréteg vastagságát és fölé nyúlnak, akkor a vízrészecskék mozgásának turbulizálása következik be a határréteg teljes vastagságában, és ennek megfelelően nő a súrlódási tényező.

Rizs. A 15. ábra lehetővé teszi számunkra, hogy értékeljük a jacht fenekének befejezésének fontosságát a súrlódási ellenállás csökkentése érdekében. Például, ha egy 7,5 m hosszú jacht a vízvonal mentén nagy sebességgel mozog v= 6 csomó (3,1 m/s), majd a megfelelő számot

Tételezzük fel, hogy a jacht alja érdes (az egyenetlenségek átlagos magassága) k== 0,2 mm, ami a relatív érdességnek felel meg

L/k = 7500/0,2 = 3,75 10 4. Adott érdességre és számra R e a súrlódási együttható egyenlő z tr = 0,0038 (pont G).

Vizsgáljuk meg, hogy ebben az esetben lehetséges-e műszakilag simához közeli alsó felületet elérni. at R e = 2-10 7 egy ilyen felület a relatív érdességnek felel meg L/k= 3 10 5 vagy abszolút érdesség k=7500/3 105 = 0,025 mm. A tapasztalatok azt mutatják, hogy ezt úgy érhetjük el, hogy az alját finom csiszolópapírral óvatosan lecsiszoljuk, majd lakkozzuk. Megéri az erőfeszítés? A grafikonon látható, hogy a súrlódási légellenállási együttható z tr = 0,0028-ra (D pont), vagyis 30%-ra csökken, amit természetesen nem hagyhat figyelmen kívül a versenyzésben sikerre számító legénység.

A B sor lehetővé teszi, hogy megbecsülje a különböző méretű és különböző sebességű jachtok megengedett alsó egyenetlenségét. Látható, hogy a vízvonal hosszának és sebességének növekedésével nőnek a felületminőségi követelmények.

A tájékozódás érdekében bemutatjuk az érdesség értékeit (mm-ben) különböző felületekre:

fa, gondosan lakkozott és polírozott - 0,003-0,005;

fa, festett és csiszolt - 0,02-0,03;

szabadalmaztatott bevonattal festve - 0,04-0,C6;

fa, vörös ólommal festve - 0,15;

normál tábla - 0,5;

kagylókkal benőtt alja - 4,0-ig.

Korábban már említettük, hogy a jacht hosszának egy részén, a szártól kiindulva, egy lamináris határréteg tartható fenn, kivéve, ha a túlzott durvaság hozzájárul az áramlás turbulenciájához. Ezért különösen fontos, hogy gondosan feldolgozzuk a hajótest orrát, a gerinc összes bejövő szélét, az uszonyokat és a kormányokat. Kis keresztirányú méretekhez - húrokhoz - a gerinc és a kormány teljes felületét köszörülni kell. A hajótest hátsó részén, ahol a határoló réteg vastagsága megnövekszik, némileg csökkenthető a felületkezeléssel kapcsolatos követelmények.

A súrlódási ellenállásra különösen erős hatással van a fenék elszennyeződése algákkal és kagylókkal. Ha nem tisztítja rendszeresen az állandóan vízben lévő jachtok fenekét, akkor két-három hónap elteltével a súrlódási ellenállás 50-80%-kal nőhet, ami egy átlagos 15-25-ös szél esetén sebességvesztéssel egyenlő. %.

Forma ellenállás. Még egy jól áramvonalas hajótestnél is mozgás közben észlelhető egy ébrenlét, amelyben a víz örvénymozgásokat végez. Ez annak a következménye, hogy a határréteg elválik a testtől egy bizonyos ponton (B a 14. ábrán). A pont helyzete a test hosszában bekövetkező felületi görbület változásának természetétől függ. Minél simábbak a tatvég körvonalai, annál távolabb a tat felé történik a határréteg elválasztása, és annál kevesebb örvényképződés következik be.

A testhossz és a szélesség normál aránya mellett az alakellenállás alacsony. A növekedés oka lehet az éles arccsontok, a törött hajótest vonalak, a helytelenül profilozott gerincek, a kormányok és más kiálló részek. Az alakellenállás a zóna kiterjedésének, a lamináris határréteg csökkenésével nő, ezért szükséges a festéklerakódások eltávolítása, az érdesség csökkentése, a bőr mélyedéseinek lezárása, a kiálló csövekre burkolat elhelyezése stb.

Hullámellenállás. A hullámok megjelenését a hajótest közelében annak mozgása során a folyadék gravitációja okozza a víz és a levegő határfelületén. Az orr végén, ahol a hajótest találkozik a vízzel, a nyomás erősen megemelkedik, és a víz egy bizonyos magasságig emelkedik. Közelebb a középső szakaszhoz, ahol a hajó testének tágulása miatt az áramlás sebessége nő, a nyomás benne a Bernoulli-törvény szerint csökken, a vízszint pedig csökken. A hátsó részen, ahol a nyomás ismét megemelkedik, egy második hullámcsúcs alakul ki. A vízrészecskék a test közelében oszcillálni kezdenek, ami a vízfelszín másodlagos oszcillációit okozza.

Az orr- és a tathullámok összetett rendszere keletkezik, amely bármilyen méretű hajó esetében azonos jellegű (16. ábra). Alacsony sebességnél jól láthatóak a hajó orrából és farából kiinduló, széttartó hullámok. Bordáik a középsíkkal 36-40°-os szöget zárnak be. Nagyobb sebességnél keresztirányú hullámok szabadulnak fel, amelyek gerince nem nyúlik túl a szektán/korszakon, és 18-20°-os szögben korlátozza a hajó DP-jéhez képest. A keresztirányú hullámok orr- és tatrendszere kölcsönhatásba lép egymással, ami a hajó fara mögötti teljes hullám magasságának növekedését és csökkenését egyaránt eredményezheti. Ahogy távolodnak a hajótól, a hullámok energiáját a közeg elnyeli, és fokozatosan gyengülnek.

A hullámellenállás mértéke a jacht sebességétől függően változik. A rezgéselméletből ismert, hogy a hullámok terjedési sebessége a hosszukkal függ össze l hányados

Ahol p = 3,14; v- jacht sebessége, m/s; g = 9,81 m/s 2 - gravitációs gyorsulás.

Mivel a hullámrendszer a jachttal együtt mozog, a hullámterjedés sebessége megegyezik a jacht sebességével.

Ha például egy jachtról beszélünk, amelynek hossza a vízvonal mentén 8 m, akkor 4 csomós sebességgel körülbelül három keresztirányú hullám lesz a hajótest hossza mentén, és 6 csomó sebességgel - másfél. Az Lkvl hosszúságú test által létrehozott X keresztirányú hullámhossz összefüggése! sebességgel halad v, nagyban meghatározza a hullámellenállás értékét.

SZÉLVEZETŐ ERŐ

A NASA weboldala nagyon érdekes anyagokat közölt a repülőgépszárnyak felhajtóerejét befolyásoló különböző tényezőkről. Vannak olyan interaktív grafikus modellek is, amelyek bemutatják, hogy az áramlás eltérítése miatt egy szimmetrikus szárny is képes emelést generálni.

A vitorla a légáramláshoz képest szöget zárva eltéríti azt (1d. ábra). A vitorla „felső”, hátszél oldalán áthaladva a légáramlás hosszabb utat tesz meg, és az áramlás folytonossági elvének megfelelően gyorsabban halad, mint a szél felőli, „alsó” oldalról. Az eredmény az, hogy a vitorla hátsó oldalán kisebb a nyomás, mint a szél felőli oldalon.

Jibe-en vitorlázva, amikor a vitorla a szél irányára merőlegesen van beállítva, a szél felőli oldalon a nyomásnövekedés mértéke nagyobb, mint a hátszél oldali nyomáscsökkenés mértéke, vagyis a szél tolja a jacht többet, mint amennyit húz. Ahogy a jacht élesebbre fordul a szélbe, ez az arány megváltozik. Így, ha a szél a jacht irányára merőlegesen fúj, a szél felőli oldalon a vitorlára nehezedő nyomás növelése kisebb hatással van a sebességre, mint a nyomás csökkentése a széloldali oldalon. Más szóval, a vitorla jobban húzza a jachtot, mint tolja.

A jacht mozgása annak a ténynek köszönhető, hogy a szél kölcsönhatásba lép a vitorlával. Ennek a kölcsönhatásnak az elemzése sok kezdő számára váratlan eredményekhez vezet. Kiderült, hogy a maximális sebességet egyáltalán nem éri el, ha a szél közvetlenül hátulról fúj, és a „tisztességes szél” vágya teljesen váratlan jelentéssel bír.

Mind a vitorla, mind a gerinc a levegő, illetve a víz áramlásával kölcsönhatásba lépve emelést hoz létre, ezért működésük optimalizálására a szárnyelmélet alkalmazható.

SZÉLVEZETŐ ERŐ

A légáramlás mozgási energiával rendelkezik, és a vitorlákkal kölcsönhatásba lépve képes mozgatni a jachtot. Mind a vitorla, mind a repülőgép szárnyának munkáját Bernoulli törvénye írja le, amely szerint az áramlási sebesség növekedése a nyomás csökkenéséhez vezet. Amikor költözik ide levegő környezet, a szárny osztja az áramlást. Egy része felülről, egy része alulról körbejárja a szárnyat. A repülőgép szárnyát úgy tervezték, hogy a szárny teteje feletti légáramlás gyorsabban mozog, mint a szárny alja alatti légáramlás. Az eredmény az, hogy a nyomás a szárny felett sokkal alacsonyabb, mint alatta. A nyomáskülönbség a szárny emelőereje (1a. ábra). Összetett formájának köszönhetően a szárny a szárny síkjával párhuzamosan mozgó áramláson átvágva is képes emelést generálni.

A vitorla csak akkor tudja mozgatni a jachtot, ha bizonyos szöget zár be az áramlással és eltéríti azt. Továbbra is vitatható, hogy az emelés mekkora része a Bernoulli-effektusnak és mennyi az áramlás eltérítésének az eredménye. A klasszikus szárnyelmélet szerint az emelés kizárólag az aszimmetrikus szárny feletti és alatti áramlási sebességek különbségéből adódik. Ugyanakkor köztudott, hogy egy szimmetrikus szárny képes felhajtóerőt létrehozni, ha az áramláshoz képest bizonyos szögben van felszerelve (1b. ábra). Mindkét esetben a szárny első és hátsó pontját összekötő vonal és az áramlás iránya közötti szöget támadási szögnek nevezzük.

Az emelés a támadási szög növekedésével növekszik, de ez a kapcsolat csak kis szög esetén működik. Amint a támadási szög túllép egy bizonyos kritikus szintet, és az áramlás leáll, számos örvény keletkezik a szárny felső felületén, és az emelőerő meredeken csökken (1c. ábra).

A vitorlásosok tudják, hogy a jibe nem a leggyorsabb pálya. Ha az irányhoz képest 90 fokos szögben fúj az azonos erősségű szél, akkor a jacht sokkal gyorsabban halad. Jibe pályán az erő, amellyel a szél a vitorlát nyomja, a jacht sebességétől függ. A szél maximális erővel rányomja a mozdulatlanul álló jacht vitorláját (2a. ábra). A sebesség növekedésével a vitorlára nehezedő nyomás csökken, és minimális lesz, amikor a jacht eléri a maximális sebességet (2b. ábra). A jibe pályán a maximális sebesség mindig kisebb, mint a szélsebesség. Ennek több oka is van: egyrészt a súrlódás minden mozgás során az energia egy részét a mozgást akadályozó erők leküzdésére fordítják. De a lényeg az, hogy az az erő, amellyel a szél a vitorlát nyomja, arányos a látszó szél sebességének négyzetével, és a látszó szél sebessége jibe-pályán egyenlő a vitorla sebessége közötti különbséggel. az igazi szél és a jacht sebessége.

Gulfwind pályával (a széllel szemben 90°-ban) a vitorlás jachtok gyorsabban tudnak mozogni, mint a szél. Ebben a cikkben nem foglalkozunk a látszólagos szél jellemzőivel, csak azt jegyezzük meg, hogy öbölszél esetén az erő, amellyel a szél a vitorlákat nyomja, kisebb mértékben függ a jacht sebességétől (2c. ábra); ).

A sebesség növekedését megakadályozó fő tényező a súrlódás. Ezért a mozgással szemben csekély ellenállású vitorlások képesek elérni a szél sebességénél sokkal nagyobb sebességet, de nem jibe-pályán. Például egy hajó, mivel a korcsolyák csúszási ellenállása elhanyagolható, 150 km/h sebességre képes felgyorsulni 50 km/h vagy még ennél is kisebb szélsebességgel.

A vitorlázás fizikája magyarázatként: Bevezetés

ISBN 1574091700, 9781574091700


A hajótest ellenállásánál nem kevésbé fontos a vitorlák által kifejlesztett vonóerő. A vitorlák munkájának pontosabb elképzeléséhez ismerkedjünk meg a vitorlaelmélet alapfogalmaival.

A hátszélben (jibed course) és a szembeszélben (szélirány mögött) vitorlázó jacht vitorláin ható főbb erőkről már volt szó. Megállapítottuk, hogy a vitorlákra ható erő felbontható arra az erőre, amely a jacht gurulását és lefelé sodródását okozza, sodródási erőre és vonóerőre (lásd 2. és 3. ábra).

Most nézzük meg, hogyan határozzák meg a vitorlákra ható szélnyomás teljes erejét, és mitől függenek a toló- és sodródási erők.

Ahhoz, hogy elképzeljük a vitorla működését éles pályákon, célszerű először egy lapos vitorlát figyelembe venni (94. ábra), amely bizonyos támadási szögben szélnyomást tapasztal. Ilyenkor a vitorla mögött örvények jönnek létre, a szél felőli oldalon nyomóerők, a hátszél oldalon pedig ritkító erők keletkeznek. Az eredményül kapott R a vitorla síkjára körülbelül merőlegesen irányul. A vitorla működésének megfelelő megértéséhez célszerű elképzelni, hogy két komponens erő eredménye: a légáramlással (szél) párhuzamosan X, és arra merőlegesen Y.

A légárammal párhuzamos X erőt vonóerőnek nevezzük; Ezt a vitorláson kívül a jacht hajóteste, kötélzete, lábai és legénysége is létrehozza.

A légáramlásra merőleges Y erőt emelésnek nevezzük az aerodinamikában. Ez az, amely éles pályákon tolóerőt hoz létre a jacht mozgásának irányába.

Ha a vitorla X azonos ellenállása mellett (95. ábra) az emelőerő például Y1 értékre nő, akkor az ábrán látható módon az emelőerő és a légellenállás eredője R-vel, ill. , ennek megfelelően a T tolóerő T1-re nő.

Egy ilyen felépítéssel könnyen ellenőrizhető, hogy az X ellenállás növekedésével (ugyanolyan emelőerő mellett) a T tolóerő csökken.

Így kétféleképpen lehet növelni a vonóerőt, és így a sebességet éles pályákon: növelni a vitorla emelő erejét, illetve csökkenteni a vitorla és a jacht ellenállását.

Modernben vitorlázás a vitorla emelőerejét növeljük, ha homorú formát adunk neki némi „hasassággal” (96. ábra): a méret az árboctól a legnagyobbig. mély hely A "has" általában a vitorla szélességének 0,3-0,4, a "has" mélysége pedig a szélesség 6-10%-a. Egy ilyen vitorla emelőereje 20-25%-kal nagyobb, mint egy teljesen sík vitorláé, közel azonos ellenállással. Igaz, egy lapos vitorlájú jacht kicsit meredekebben vitorlázik a szélbe. A pocakos vitorláknál azonban a nagyobb tolóerő miatt nagyobb sebességgel halad a tackba.


Rizs. 96. Vitorla profil

Vegye figyelembe, hogy a pocakos vitorláknál nemcsak a tolóerő növekszik, hanem a sodródási erő is, ami azt jelenti, hogy a pocakos vitorlákkal rendelkező jachtok gurulása és sodródása nagyobb, mint a viszonylag lapos vitorláké. Ezért a 6-7% -ot meghaladó vitorla „kidudorodás” erős szélben veszteséges, mivel a dőlés és a sodródás növekedése a hajótest ellenállásának jelentős növekedéséhez és a vitorlák hatékonyságának csökkenéséhez vezet, amelyek „felfalnak”. a növekvő tolóerő hatása. Gyenge szélben a 9-10%-os „hasú” vitorlák jobban húznak, mivel a vitorlát érő összes szélnyomás miatt kicsi a sarok.

Minden 15-20°-nál nagyobb támadási szögű vitorla, azaz amikor a jacht 40-50°-os vagy nagyobb szögben halad a szél felé, csökkentheti az emelést és növelheti a légellenállást, mivel jelentős turbulencia alakul ki a hátszél oldalon. És mivel az emelőerő nagy részét a vitorla hátulsó oldala körüli sima, turbulensmentes áramlás hozza létre, ezeknek az örvényeknek a megsemmisítésének nagy hatást kell kifejtenie.

A nagyvitorla mögött kialakuló turbulenciát az orrvitorla beállításával megsemmisítjük (97. ábra). A nagyvitorla és a gerenda közötti résbe belépő légáram növeli a sebességét (ún. fúvóka-effektus), és a gerenda helyes beállításával „lenyalja” a nagyvitorla örvényeit.


Rizs. 97. Gömbös munka

A puha vitorla profilját nehéz állandóan tartani különböző támadási szögekben. Korábban a gumicsónakokon átmenő lécek futottak át az egész vitorlát – a „hason” belül vékonyabbra, a luff felé pedig vastagabbra tették, ahol a vitorla sokkal laposabb. Manapság az átmenő léceket főleg jéghajókra és katamaránokra szerelik fel, ahol különösen fontos a vitorla profiljának és merevségének megőrzése kis ütési szögek esetén, amikor egy rendes vitorla már a luff mentén húzódik.

Ha csak a vitorla a felhajtóerő forrása, akkor a légellenállást minden olyan dolog hozza létre, ami a jacht körül áramló légáramba kerül. Ezért a vitorla tapadási tulajdonságainak javítása a jacht törzsének, árbocának, kötélzetének és legénységének ellenállásának csökkentésével is elérhető. Erre a célra különféle típusú burkolatokat használnak a száron és a kötélzeten.

A vitorlás ellenállás mértéke az alakjától függ. Az aerodinamika törvényei szerint egy repülőgép szárnyának légellenállása kisebb, minél keskenyebb és hosszabb ugyanarra a területre. Ezért igyekeznek magasra és keskenyre tenni a (lényegében azonos szárnyú, de függőlegesen elhelyezett) vitorlát. Ez lehetővé teszi a felső szél használatát is.

A vitorla ellenállása nagymértékben függ a vezetőél állapotától. Az összes vitorla fülét szorosan le kell fedni, hogy elkerüljük a vibráció lehetőségét.

Meg kell említeni még egy nagyon fontos körülményt - a vitorlák úgynevezett központosítását.

A mechanikából ismert, hogy minden erőt annak nagysága, iránya és alkalmazási pontja határoz meg. Eddig csak a vitorlára ható erők nagyságáról és irányáról beszéltünk. Mint a későbbiekben látni fogjuk, a vitorlák működésének megértéséhez nagy jelentősége van az alkalmazási pontok ismerete.

A szélnyomás egyenetlenül oszlik el a vitorla felületén (az elülső része nagyobb nyomást gyakorol), azonban az összehasonlító számítások egyszerűsítése érdekében feltételezzük, hogy egyenletesen oszlik el. A hozzávetőleges számításokhoz a vitorlákra ható szélnyomás eredő erejét egy pontra kell alkalmazni; a vitorlák felszínének súlypontja akkora, mint amikor a jacht középsíkjában helyezkednek el. Ezt a pontot a vitorla középpontjának (CS) nevezik.

Koncentráljunk a CPU helyzetének meghatározásának legegyszerűbb grafikus módszerére (98. ábra). Rajzolja meg a jacht vitorlafelületét a kívánt léptékben. Ezután a mediánok - a háromszög csúcsait az ellenkező oldalak felezőpontjaival összekötő vonalak - metszéspontjában megtaláljuk az egyes vitorlák középpontját. Miután így a rajzon megkaptuk a fővitorlát és a gémszárnyat alkotó két háromszög O és O1 középpontját, húzzunk két párhuzamos OA és O1B vonalat ezeken a középpontokon, és fektessük rájuk ellentétes irányban tetszőleges, de ugyanabban a léptékben, mint sok lineáris. egységek négyzetméterben a háromszögben; a fúvóka területét a nagyvitorla közepétől, a nagyvitorla területét pedig a fúvóka közepétől ábrázoljuk. Az A és B végpontokat AB egyenes köti össze. Egy másik egyenes vonal - O1O köti össze a háromszögek középpontját. Az A B és O1O egyenesek metszéspontjában közös középpont lesz.


Rizs. 98. Grafikus módszer a vitorla középpontjának megtalálására

Mint már említettük, a sodródási erőt (a vitorla közepén alkalmazzuk) a jacht testének oldalirányú ellenállási ereje ellensúlyozza. Az oldalirányú ellenállási erőt az oldalirányú ellenállás (CLR) középpontjában kell alkalmazni. Az oldalirányú ellenállás középpontja a jacht víz alatti részének a középsíkra való vetületének súlypontja.

Az oldalirányú ellenállás középpontját úgy találhatja meg, hogy vastag papírból kivágja a jacht víz alatti részének körvonalát, és ezt a modellt egy késre helyezi. Amikor a modell kiegyensúlyozott, enyhén nyomja meg, majd forgassa el 90°-kal és ismét egyensúlyozza ki. Ezen vonalak metszéspontja adja az oldalirányú ellenállás középpontját.

Amikor a jacht dőlés nélkül vitorlázik, a CP-nek a CB-vel azonos függőleges egyenes vonalon kell feküdnie (99. ábra). Ha a CP a központi állomás előtt fekszik (99. ábra, b), akkor az oldalirányú ellenállás erejéhez képest előretolt sodródási erő a hajó orrát szélbe fordítja - a jacht elesik. Ha a CPU a központi állomás mögött van, a jacht a szél felé fordítja az orrát, vagy hajtják (99. ábra, c).


Rizs. 99. Yacht beállítás

Mind a szélhez való túlzott igazodás, mind pedig különösen az elakadás (nem megfelelő központosítás) káros a jacht vitorlázására, mivel arra kényszerítik a kormányost, hogy folyamatosan dolgozza a kormányt az egyenesség megőrzése érdekében, ami növeli a hajótest ellenállását és csökkenti a hajó sebességét. Ezenkívül a helytelen beállítás az irányíthatóság romlásához, egyes esetekben annak teljes elvesztéséhez vezet.

Ha a jachtot az ábra szerint középre állítjuk. 99, vagyis a CPU és a központi állomás egy függőlegesen lesz, akkor a hajót nagyon erősen hajtják, és nagyon nehéz lesz irányítani. mi a baj? Ennek két fő oka van. Először is, a CPU és a központi idegrendszer valós elhelyezkedése nem esik egybe az elméletivel (mindkét központ előretolódik, de nem egyformán).

Másodszor, és ez a fő dolog, dőléskor a vitorlák vonóereje és a hajótest hosszirányú ellenállási ereje eltérő. függőleges síkok(100. ábra), olyan, mint egy kar, amely a jacht vezetésére kényszeríti. Minél nagyobb a tekercs, annál hajlamosabb az edény a dőlésre.

Az ilyen addukció kiküszöbölésére a CP-t a központi idegrendszer elé helyezik. A vonóerő és a hosszirányú ellenállás nyomatéka, amely a gurulással fellép, és a jachtot vezetésre kényszeríti, kompenzálja a sodródási erők befogónyomatéka és az oldalirányú ellenállás, amikor a CP elöl van. A jó központosítás érdekében a CP-t a CB elé kell helyezni a jacht hosszának 10-18%-ának megfelelő távolságra a vízvonal mentén. Minél kevésbé stabil a jacht, és minél magasabbra van emelve a CPU a központi állomás fölé, annál inkább az orrba kell mozgatni.

Úgy, hogy a jachtnak van jó lépés, középre kell helyezni, azaz a CPU-t és a központi kormányrendszert olyan helyzetbe hozni, hogy a hajót enyhe szélben közeli pályán a vitorlák teljesen kiegyensúlyozzák, vagyis stabilan álljon a pályán. a DP-ben eldobott vagy rögzített kormánykormánnyal (nagyon gyenge szél esetén enyhe leesési hajlam), erősebb szélben pedig sodródásra hajlamos. Minden kormányosnak képesnek kell lennie a jacht helyes központosítására. A legtöbb jachton a gurulási hajlam fokozódik, ha a hátsó vitorlákat felújítják, és az első vitorlák meglazulnak. Ha az első vitorlákat felújítják és a hátsó vitorlák megsérülnek, a hajó elsüllyed. A nagyvitorla „hasának” növekedésével, valamint a rosszul elhelyezett vitorlákkal a jachtot nagyobb mértékben hajtják.


Rizs. 100. A sarok hatása a jacht szélbe hozására

A vitorlás jacht szélben való mozgását valójában a szél egyszerű nyomása határozza meg a vitorlájára, ami előretolja a hajót. A szélcsatorna-kutatások azonban kimutatták, hogy a széllel szembeni vitorlázás összetettebb erőhatásoknak teszi ki a vitorlát.

Amikor a beáramló levegő a vitorla homorú hátsó felülete körül áramlik, a levegő sebessége csökken, míg a vitorla domború elülső felülete körül áramolva ez a sebesség nő. Ennek eredményeként a vitorla hátsó felületén nagy nyomású terület, az elülső felületen pedig alacsony nyomású terület képződik. A vitorla két oldalán kialakuló nyomáskülönbség húzó (toló) erőt hoz létre, amely a jachtot a széllel szögben előre mozgatja.

A szélre megközelítőleg derékszögben elhelyezkedő vitorlás (a hajózási terminológiában a jacht ragadt) gyorsan halad előre. A vitorla húzó- és oldalirányú erőknek van kitéve. Ha egy vitorlás jacht a széllel éles szögben vitorlázik, sebessége lelassul a húzóerő csökkenése és az oldalerő növekedése miatt. Minél jobban el van fordítva a vitorla a far felé, annál lassabban halad előre a jacht, különösen a nagy oldalirányú erő miatt.

A vitorlás jacht nem vitorlázhat közvetlenül a szélbe, de előrehaladhat rövid cikcakk mozdulatok sorozatával, amelyeket a széllel szögben hajtanak végre. Ha a szél a bal oldalra fúj (1), akkor azt mondják, hogy a jacht balra vitorlázik, ha jobbra fúj (2), akkor azt mondják, hogy jobbra vitorlázik. A táv gyorsabb megtétele érdekében a vitorlás a vitorlája helyzetének beállításával próbálja a vitorla sebességét a határértékre növelni, ahogy az a bal oldali ábrán látható. Az egyenes vonaltól való oldalirányú eltérés minimálisra csökkentése érdekében a jacht mozog, és irányt változtat jobb oldalról balra és fordítva. Amikor a jacht irányt változtat, a vitorla a másik oldalra esik, és amikor síkja egybeesik a szélvonallal, egy ideig csapkod, i.e. inaktív (középső kép a szöveg alatt). A jacht az úgynevezett holt zónában találja magát, és addig veszít sebességéből, amíg a szél az ellenkező irányból ismét felfújja a vitorlát.

Nehéz elképzelni, hogy a vitorlás hajók hogyan tudnak „szemben menni a széllel” – vagy ahogy a tengerészek mondják, „közeli vontatással”. Igaz, a tengerész azt fogja mondani, hogy nem vitorlázhatsz közvetlenül a széllel szemben, de csak a szél irányával éles szögben mozoghatsz. De ez a szög kicsi - körülbelül negyed derékszög -, és talán ugyanolyan érthetetlennek tűnik: közvetlenül a széllel szemben kell-e vitorlázni, vagy 22°-os szögben.

A valóságban azonban ez nem közömbös, és most elmagyarázzuk, hogyan lehet a szél erejével enyhe szögben haladni felé. Először nézzük meg, hogy a szél általában hogyan hat a vitorlára, vagyis hova tolja a vitorlát, amikor ráfúj. Valószínűleg azt gondolod, hogy a szél mindig abba az irányba tolja a vitorlát, amerre fúj. De ez nem így van: amerre fúj a szél, merőlegesen tolja a vitorlát a vitorla síkjára. Valóban: fújjon a szél az alábbi ábrán a nyilak által jelzett irányba; vonal AB vitorlát jelöl.


A szél mindig merőlegesen nyomja a vitorlát a síkjára.

Mivel a szél egyenletesen nyomja a vitorla teljes felületét, a szélnyomást a vitorla közepére kifejtett R erővel helyettesítjük. Bontsuk ezt az erőt két részre: erő K, merőleges a vitorlára, és a rajta ható P erő (lásd a fenti ábrát, jobbra). Az utolsó erő sehol sem löki a vitorlát, hiszen a szél súrlódása a vásznon elenyésző. Az erő megmarad K, amely merőlegesen tolja magára a vitorlát.

Ennek ismeretében könnyen megérthetjük, hogyan tud egy vitorlás a szél felé hegyesszögben vitorlázni. Hagyja a sort QC a hajó gerincvonalát ábrázolja.


Hogyan tudsz széllel szemben vitorlázni?

A szél hegyesszögben fúj ehhez a vonalhoz a nyíllal jelzett irányba. Vonal AB vitorlát ábrázol; úgy van elhelyezve, hogy síkja felezi a gerinc iránya és a szél iránya közötti szöget. Kövesse az erők eloszlását az ábrán. A szél erejét képviseljük a vitorlán K, amiről tudjuk, hogy merőlegesnek kell lennie a vitorlára. Bontsuk ezt az erőt két részre: erő R, merőleges a gerincre, és az erő S, előre irányítva, a hajó gerincvonala mentén. Mivel a hajó mozgása az irányba R erős vízállósággal találkozik (becsapódás vitorlás hajók nagyon mély lesz), akkor az erő R szinte teljesen egyensúlyban van a vízállósággal. Csak az erő marad S, amely, mint láthatja, előre van irányítva, és ezért ferdén mozgatja a hajót, mintha a szél felé haladná. [Bizonyítható, hogy az erő S akkor kapja a legnagyobb értéket, ha a vitorla síkja felezi a gerinc és a szélirány közötti szöget.].Általában ezt a mozgást cikkcakkokban hajtják végre, amint az az alábbi ábrán látható. A tengerészek nyelvén a hajó ilyen mozgását a szó szoros értelmében „tacking”-nek nevezik.

 

Hasznos lehet elolvasni: