Колко силен е вятърът, за да вдигне платната. Принципът на движение на ветроходен кораб

Трудно е да си представим как ветроходните кораби могат да вървят "срещу вятъра" - или, по думите на моряците, да вървят "теглени". Вярно е, че един моряк ще ви каже, че не можете да плавате директно във вятъра, а можете да се движите само под остър ъгъл спрямо посоката на вятъра. Но този ъгъл е малък - около една четвърт от прав ъгъл - и изглежда, може би, също толкова неразбираем: дали да плавате директно срещу вятъра или под ъгъл от 22 ° спрямо него.

Всъщност обаче това не е безразлично и сега ще обясним как е възможно да се придвижите към него под лек ъгъл от силата на вятъра. Нека първо разгледаме как вятърът действа върху платното като цяло, тоест къде избутва платното, когато духа върху него. Сигурно си мислите, че вятърът винаги бута платното в посоката, в която духа. Но това не е така: навсякъде, където духа вятърът, той бута платното перпендикулярно на равнината на платното. Наистина: нека вятърът духа в посоката, посочена от стрелките на фигурата по-долу; линия АБозначава плаване.

Вятърът бута платното винаги под прав ъгъл спрямо неговата равнина.

Тъй като вятърът тласка равномерно по цялата повърхност на платното, ние заместваме налягането на вятъра със силата R, приложена към средата на платното. Нека да разложим тази сила на две: силата В, перпендикулярно на платното, и силата P, насочена по него (виж фигурата по-горе, вдясно). Последната сила не избутва платното никъде, тъй като триенето на вятъра върху платното е незначително. Силата остава В, което избутва платното под прав ъгъл към него.

Знаейки това, лесно можем да разберем как ветроходен кораб може да отиде под остър ъгъл към вятъра. Нека линията QCизобразява киловата линия на кораба.

Как можеш да плаваш срещу вятъра.

Вятърът духа под остър ъгъл към тази линия в посоката, посочена от редицата стрелки. линия АБизобразява платно; той е поставен така, че равнината му да разполовява ъгъла между посоката на кила и посоката на вятъра. Следвайте диаграмата за разпределение на силите. Изобразяваме натиска на вятъра върху платното със сила В, което знаем, че трябва да е перпендикулярно на платното. Нека разложим тази сила на две: силата Р, перпендикулярно на кила, и силата Ссочещи напред по линията на кила на кораба. Тъй като движението на плавателния съд в направление Ротговаря на силна водоустойчивост (навътре ветроходни корабистава много дълбоко), тогава силата Рпочти напълно балансиран от водоустойчивостта. Остава само властта С, който, както виждате, е насочен напред и следователно движи кораба под ъгъл, сякаш към вятъра. [Може да се докаже, че силата Сполучава най-голяма стойност, когато равнината на платното разполовява ъгъла между посоките на кила и вятъра.].Обикновено това движение се извършва на зигзаг, както е показано на фигурата по-долу. На езика на моряците подобно движение на плавателния съд се нарича "таксиране" в тесния смисъл на думата.

Ветровете, които са в южната част Тихи океандуха в западна посока. Ето защо нашият маршрут беше начертан така, че на ветроходната яхта „Жулиета“ да се движим от изток на запад, тоест така, че вятърът да духа в гръб.

Ако обаче погледнете нашия маршрут, ще забележите, че често, например, когато се движим от юг на север от Самоа до Токелау, трябваше да се движим перпендикулярно на вятъра. А понякога посоката на вятъра се променяше напълно и трябваше да вървиш срещу вятъра.

Маршрутът на Жулиета

Какво да направите в този случай?

Ветроходните кораби отдавна могат да плават срещу вятъра. Класикът Яков Перелман пише за това дълго време добре и просто във Втората си книга от поредицата „Забавна физика“. Това парче цитирам тук дословно със снимки.

„Плаване срещу вятъра

Всъщност обаче това не е безразлично и сега ще обясним как е възможно да се придвижите към него под лек ъгъл от силата на вятъра. Нека първо разгледаме как вятърът действа върху платното като цяло, тоест къде избутва платното, когато духа върху него. Сигурно си мислите, че вятърът винаги бута платното в посоката, в която духа. Но това не е така: навсякъде, където духа вятърът, той избутва платното перпендикулярно на равнината на платното. Наистина: нека вятърът духа в посоката, посочена от стрелките на фигурата по-долу; линията AB представлява платното.

Вятърът бута платното винаги под прав ъгъл спрямо неговата равнина.

Тъй като вятърът тласка равномерно по цялата повърхност на платното, ние заместваме налягането на вятъра със силата R, приложена към средата на платното. Разлагаме тази сила на две: силата Q, перпендикулярна на платното, и силата P, насочена по него (виж фигурата по-горе, вдясно). Последната сила не избутва платното никъде, тъй като триенето на вятъра върху платното е незначително. Остава сила Q, която избутва платното под прав ъгъл към него.

Знаейки това, лесно можем да разберем как ветроходен кораб може да отиде под остър ъгъл към вятъра. Нека линията KK представлява линията на кила на кораба.

Как можеш да плаваш срещу вятъра.

Вятърът духа под остър ъгъл към тази линия в посоката, посочена от редицата стрелки. Линията AB представлява платното; той е поставен така, че равнината му да разполовява ъгъла между посоката на кила и посоката на вятъра. Следвайте диаграмата за разпределение на силите. Представяме налягането на вятъра върху платното чрез силата Q, която, както знаем, трябва да бъде перпендикулярна на платното. Разлагаме тази сила на две: силата R, перпендикулярна на кила, и силата S, насочена напред по линията на кила на кораба. Тъй като движението на плавателния съд в посока R среща силно водно съпротивление (килът при ветроходните кораби е много дълбок), силата R е почти напълно балансирана от водосъпротивлението. Остава само силата S, която, както виждате, е насочена напред и следователно движи кораба под ъгъл, сякаш към вятъра. [Може да се покаже, че силата S е най-голяма, когато равнината на платното разполовява ъгъла между посоките на кила и вятъра.]. Обикновено това движение се извършва на зигзаг, както е показано на фигурата по-долу. На езика на моряците подобно движение на плавателния съд се нарича "таксиране" в тесния смисъл на думата.

Нека сега разгледаме всички възможни посоки на вятъра спрямо курса на лодката.

Диаграма на курсовете на кораба спрямо вятъра, тоест ъгълът между посоката на вятъра и вектора от кърмата до носа (курс).

Когато вятърът духа в лицето (попътен вятър), платната висят от едната към другата страна и е невъзможно да се движат с платното. Разбира се, винаги можете да спуснете платната и да включите двигателя, но това вече не е от значение за плаване.

Когато вятърът духа точно отзад (хиби, опашен вятър), разпръснатите въздушни молекули оказват натиск върху платното от едната страна и лодката се движи. В този случай корабът може да се движи само по-бавно от скоростта на вятъра. Тук работи аналогията с карането на колело по вятъра – вятърът духа отзад и е по-лесно да се педали.

Когато се движи срещу вятъра (теглено), платното се движи не поради натиска на въздушните молекули върху платното отзад, както в случая на наклона, а поради повдигащата сила, която се създава поради различни скорости на въздуха и на двете страни покрай платното. В същото време, поради кила, лодката не се движи в посока, перпендикулярна на хода на лодката, а само напред. Тоест, платното в този случай не е чадър, както в случая на badewind, а крило на самолет.

По време на нашите пасажи плавахме предимно със задни щанги и заливни ветрове със средна скорост 7-8 възела при скорост на вятъра 15 възла. Понякога вървяхме срещу вятъра, полувятър и наблизо. И когато вятърът утихна, запалиха двигателя.

Като цяло лодка с платно, движещо се срещу вятъра, не е чудо, а реалност.

Най-интересното е, че лодките могат да вървят не само срещу вятъра, но дори и по-бързо от вятъра. Това се случва, когато лодката тръгва назад, създавайки собствен вятър.

§ 61. Използване на платно.

Има много примери в практиката за управление на малки моторни плавателни съдове по море и река, когато дори и най-примитивното платно, направено от наличните на кораба „импровизирани” средства, позволяваше малък самоходен кораб, който е загубил способността си. да се движи самостоятелно, да завърши успешно пътуването без външна помощ.

Любителят на лодката трябва да знае добре как работи едно платно и как да изработи просто ветроходно оборудване в случай, че механичният двигател на кораба откаже, извънбордовият мотор падне от гориво или зад борда, а също и в случай, че витлото е повредено или изгубено.

Свързването на ветроходното оборудване с мотора повишава туристическите възможности на плавателния съд. С помощта на платно авариен кораб може да бъде докаран до базата или до най-близкото населено място.

1. Действие на платното.

Налягането на въздушния поток върху повърхността на платното задвижва кораба. Посоката на това движение зависи от положението на платното спрямо посоката на вятъра. Точката на приложение на резултантната на всички сили на вятъра върху платното се нарича център на наклона - ПРОЦЕСОР.

Ориз. 137.Сили, действащи върху платното и кораба на вятъра от ъглите на носа

Ако платното беше опънато по диаметралната равнина на кораба, тогава силата на налягането на вятъра НО(Фиг. 137) ще търкаля кораба, но не го премести напред. Но ако равнината на платното е поставена под определен ъгъл спрямо посоката на вятъра, тогава силата НОможе да се раздели на два компонента Би AT.Първият "работи", а вторият се "плъзга" по платното (виж фиг. 137, а и 138, а).

Всеки съд има способността да устои на странично срязване във водата - той има така нареченото странично съпротивление и неговия център - CBS- обикновено се намира близо до средата на кораба в подводната му част и приблизително на същия отвес с процесор(фиг. 139). Прехвърляне на мощност Бв CBS,пренебрегване на ролката и броене CBSфиксирана точка, може да бъде разложена Бна два компонента ти Д.Първият дърпа кораба напред по диаметралната равнина, а вторият се стреми да премести кораба встрани, създавайки за него дрейф (виж фиг. 137, б). Размерът на отклонението зависи от формата на подводната част на кораба и ъгъла между посоките на централната линия DPкораб и вятър. Това може да се провери чрез начертаване на силовата диаграма за няколко позиции. Колкото по-малък е ъгълът между DPи посоката на вятъра, толкова по-голяма е силата НОи по-малко мощност т(виж фиг. 138, аи б).

Ориз. 138.Сили, действащи върху платното и кораба при вятъра от ъглите на кърмата

Ако корабът има силно развити надлъжни равнини под вода (страни, ъглови скули, кил, кормило), тогава изместването на кораба встрани е незначително. Ако съдът е с плоско дъно, ненатоварен и широк, тогава неговият BSнезначителен и дрейфът е голям. Следователно, кораби от първия вид, например яхти или лодки с кил, могат да се движат напред под ъгъл до 40-30 ° спрямо посоката на вятъра, като се брои от носа, и лодки и лодки с плоско дъно само при вятър от кърмата, т.е. при ъгли на вятъра най-малко 120° спрямо диаметралната равнина.

Ориз. 139.Позицията на центъра на наклона спрямо центъра на страничното съпротивление

Най-изгодната позиция на платното във всяка посока на вятъра е тази, при която равнината на платното разполовява ъгъла между DPи вятър (виж фиг. 137, а, 138а). На практика платното трябва да бъде настроено така, че ъгълът I да е малко по-малък от ъгъла II.

Ако процесорвертикално подравнени с CBS,лодката се движи напред без помощта на кормило. Въпреки това, в движение CBSлеко се измества напред или назад и следователно плаващият кораб винаги ще се отклонява от курса с носа към вятъра или надолу. Обикновено се смята, че ветроходен кораб, под влияние на шквал или без управление на руля, трябва сам, под действието на платното, да се „покаже“ или „да дойде на вятъра“, тоест да обърне носа си срещу него . Тогава наклонното действие на вятъра ще спре от само себе си. Следователно мачтата и платното на кораба са поставени така, че процесорвинаги е бил донякъде отзад (вертикално). CBS.Това се постига при изчисляване на чертеж или емпирично върху вода (виж фиг. 139). Въпреки това, за кораби, които могат да плават само при попътен вятър, процесортрябва да се намира в носа от CBS.Тогава, по време на шквал, корабът сам ще се отдалечи от него, т.е. ще се стреми да се „търколи на вятъра“. Това е по-безопасно и улеснява в случай на силен вятър бързото прибиране на платното, дори ако за това е хвърлено управление на руля.

2. Основни термини.

В зависимост от посоката на вятъра спрямо DPи страните на кораба, се приемат следните условия на правилата за плаване на кораб.

Страната, обърната към вятъра, се нарича наветрена. Страната, обърната далеч от вятъра, се нарича подветрена страна. Крачейки с духащия вятър десен борд, наречен десен халс, към левия борд - ляв халс. Прав участък от пътя под платното се нарича халс.

За да се придвижите към наветрена цел, разположена от страната, от която духа вятърът, трябва да се издигне; придвижете се към подветрената цел - спуснете се; ветроходният кораб не може да върви направо срещу вятъра, той трябва да върви на зигзаг, като лежи ту отдясно, после на левия халс. Това движение се нарича притискане.

Вятърът, който духа от наклоните на носа в сектор 0-85°, се нарича близко теглене; казват: „Корабът плава в лош вятър“ (десен или ляв халс). Вятърът, който духа встрани (85-95 °), се нарича Gulfwind; те казват: „Корабът плава при заливски вятър или наполовина“ (дясно или на левия халс). Вятърът, който духа от ъглите на курса на кърмата (95-170 °), се нарича гръб; те казват: „Корабът се връща на гръб“ (десен или ляв халс). Вятър, който духа директно в кърмата (175° ляв - 175° десен борд), се нарича gybe; кажи: "Корабът ще се смее." Халс не е маркиран. Колкото по-голям е ъгълът между посоката на вятъра и dp,колкото „по-пълен” става вятърът, толкова по-малко, толкова „по-стръмен” е вятърът и курсът.

3. Поставяне на платна и управление на ветроходен кораб.

Настройката на платната трябва да е съобразена с посоката на вятъра. По правило се повдигат наклонени платна, поставяйки кораба с носа си срещу вятъра („към вятъра“, „към вятъра“). Право платно се вдига чрез поставяне на кораба срещу вятъра. Ако вятърът попречи на плаване близо до брега, трябва да обърнете кораба или да се отдалечите от брега. Първо се поставя гротът, като се разхлабва чаршафа. Когато фалът е опънат до мястото, те затягат покрива и започват да управляват, като лягат на желания курс. След това поставят ветрилото и монтират подветрената му покривка.

Гротът и стабилизаторът под действието на вятъра оказват натиск върху съответния край на плавателния съд. Ако тези сили са неравни, тогава корабът има тенденция да се върти около него CBS,ръмжене или гърчене. Когато се движите по прав курс със страничен вятър, е необходимо да регулирате и двете платна, като издърпате чаршафите, така че корабът да върви направо с прав кормил. Ако все още има желание да се оттегли или zarysknut, но е необходимо да се изравни кораба по курса с руля. Възможно е обаче да се постигне баланс в действието на платната чрез придвижване на стоки или хора по лодката. Ако носът върви надолу по вятъра, натоварете носа, ако отиде на вятъра, натоварете кърмата.

Не можете да стоите в лодката, докато плавате. Всички трябва да седят на седалките от наветрената страна, а при силен вятър - на дъното с лице към платното (т.е. от наветрената страна). Когато плава, навигатор-любител трябва да поддържа дисциплина на кораба и само по негова команда е разрешено да се движи на кораба или да извършва тази или онази работа. Съоръженията не трябва да бъдат разпръснати в безпорядък вътре в кораба, те трябва да бъдат поставени в заливи. Листовете трябва да бъдат чисто изправени; главният плат и чаршафът трябва да се държат на ръка; забранено е увиването им припокриващи се върху патици.

В екстремни случаи се правят едно или две завъртания и бягащият край се държи в ръцете им.

Товарите, инструментите и други неща трябва да бъдат прибрани така, че при търкаляне на кораба да не могат да се движат и да не пречат на плаване, наблюдение напред и изпомпване на вода. Фаловете трябва да бъдат увити, за да могат в случай на силен шквал да бъдат незабавно освободени.

Ако корабът се накланя силно от вятъра, тогава с вятъра отстрани или от носа, ламарините трябва да бъдат облекчени и след това „доведени на вятъра“, за което корабът трябва да бъде поставен с руля почти срещу вятър, дърпащ ламарините. Когато плавате с попътен вятър, „воденето на вятъра“ при силен шквал е опасно, така че е по-добре да премахнете грота и да продължите да се движите под осталото. След това е необходимо да вземете основния лист и леко да облекчите покривалото. Въпреки това, не трябва да позволявате на платната да се „изплакват“ (пляскат) от вятъра.

Както вече споменахме, ъгълът между вятъра и DPтрябва да разделим платното наполовина. След като поставите кораба на курс и съответно позиционирате платното, трябва леко да вдигнете основния лист, така че лафът му да започне да трепери. Това означава, че платното работи добре. Прекомерното покритие само сваля кораба, забавяйки скоростта и увеличавайки дрейфа (дрифт по вятъра). Колкото по-стръмно към вятърът си отивакораб, толкова по-малък е курсът и толкова по-голям е дрейфът. При преминаване към задната част практически няма дрейф, а на джибето той напълно липсва.

Управлението на джиба е най-трудно. Корабът е склонен да се обръща странично към вятъра и може да се хвърли на всеки халс. Платното стои напречно на кораба и външният му ръб през цялото време има риск да бъде издухан от подветрената страна, тоест от носа, когато вятърът утихне след порив. Тогава платното може бързо да бъде хвърлено от една страна на друга с остър удар, кожухите, чаршафите да бъдат разкъсани или корабът да се преобърне.

Ето защо, като тръгвате на хиб, трябва да натоварите по- кърма и за да избегнете хвърляне на грот на друг халс, е полезно да разпънете греблото на платното с тънък прът (кука, гребло). За да направите това, тънкият край на прът се вкарва в клиновете на платното, а дебелият край опира върху нещо вътре в съда - отстрани, килсън. Човек трябва да седне на дистанционния стълб и да го държи с ръце.

Ако все пак платното се втурна от другата страна, тогава трябва да вземете хлабината на чаршафа с ръцете си възможно най-бързо и да натиснете румпела с тялото си и да доведете кораба до курса на задната стойка на халса по който се втурна платното. В противен случай прехвърлянето може да се повтори. Това означава, че ако, например, платното е било на левия халс (то е било изхвърлено от десния борд) и е било хвърлено на десния халс, тогава когато платното отиде на левия борд, корабът трябва да бъде доведен до пълния гръб на десния халс (заемете надясно) и така управлявайте.

Ако по време на замах със силен вятър вълнението започне да наводнява кораба от кърмата и по някаква причина е невъзможно да промените курса, тогава не можете да натоварите кърмата, за да подобрите управлението; вместо това трябва да освободите от кърмата в силен край 5-8 дълги мплъзнете (плъзнете). Драгата може да бъде здрав кош, вързан наоколо, натоварен така, че едва да плува, както и куп всякакви предмети, които имат минимална плаваемост и предлагат значителна устойчивост. На плитко място можете да спуснете малък гладък баласт от кърмата, влачейки по земята зад кораба.

Правото платно, както вече споменахме, не е подходящо за халс, но все пак може да работи със странични ветрове. Съгласно общите правила той се обръща в необходимото положение с скоби и чаршафи и корабът се задържа на желания курс или възможно най-близо до него от руля. В тези случаи наветреният чаршаф и дворното момче се изнасят напред, а подветрените - отзад.

4. Завои.

Под платно се правят два вида завои за промяна на халса: завъртането на халса се извършва чрез привеждане на кораба към вятъра и преместване на носа през вятърната линия; наклон се прави чрез накланяне на носа на кораба към вятъра и пресичане на линията на вятъра отзад.

Фигура 140.халс

Халсването (фиг. 140) е по-удобно и по-безопасно от махата, тъй като корабът не ускорява, а, напротив, почти спира, преминавайки линията на вятъра с носа си. Преди завоя се дава командата: „Пригответе се за халс за завоя“, вземат го малко по-пълно, за да увеличат скоростта, след това вдигат основния лист, поставят руля във вятъра и отравят платното на стада . Корабът ще тръгне с носа си към вятъра, подвижното платно ще се изплакне. В момента, когато корабът обърна носа си към вятъра и изплакне грота, е полезно да вземете отново купчина сел-лист, така че да помогне да се пресече линията на вятъра, за това те командват: „Останете с платно към вятъра " След това основният лист се отравя, скобата се прехвърля на нов халс с листове, като се заповядва: „Сталото е от дясната (или лявата) страна“ и под неговото действие на кораба се оставя да се отдалечи на вятъра на нов прихват, след което основният лист се избира и се полага върху желания курс.

Ориз. 141.насмешка

За да се улесни залепването, е полезно да се трансплантират един или двама души в носа, преди да се започне. Може да се случи корабът, дошъл с носа си към вятъра, да спре и да тръгне на заден ход. Трябва да следвате това и незабавно да преместите волана. След това, на заден ход, воланът може да завърти кърмата в правилната посока и завоят ще успее. Ако завоят изобщо не е бил успешен, трябва бързо да легнете върху предишния халс и да повторите маневрата.

Наклон (фиг. 141) се прави, когато се изисква от формата на фарватера или когато времето и терена са благоприятни. Този завой изисква място, тъй като корабът се движи много. За да се обърнат през махата, след предупредителна команда, те започват да се отправят към вятъра, като постепенно облекчават основния лист. Пристигайки до задната стойка, те постепенно поставят руля още повече под вятъра, като в същото време бързо избират основния лист, така че когато платното бъде хвърлено, то ще бъде избрано и платното ще бъде изтеглено в средата на корабът.

Тогава преходът на грота към другата страна ще се случи без шут. Корабът ще пресече линията на вятъра отзад, платната ще сменят халса и ще „вдигнат“ вятъра. Листът на стрелата е гравиран, така че да не пречи на кораба да плава с носа си към вятъра. Веднага след като корабът пристигне на нов халс, главният плат и кормилото се извеждат на необходимия курс и се управляват чрез вдигане съответно на стабилизатора и платното на грот.

При силен вятър махът се прави чрез премахване на грот или захващането му за мачтата.

Въздействието на вятъра върху кораба се определя от посоката и силата му, формата и размера на площта на корабното платно, местоположението на центъра на платното, стойностите на газене, наклон и диференциране.

Действието на вятъра в рамките на курсови ъгли от 0-110° причинява загуба на скорост, а при големи ъгли на курс и сила на вятъра не повече от 3-4 точки - част от неговото увеличение.

Действието на вятъра в рамките на 30-120° е придружено от дрейф и наклон на вятъра.

Движещ се кораб се влияе от относителен (привиден) вятър, което е свързано с верните следните зависимости (фиг. 7.1) (2):

където Vi е истинската скорост на вятъра, m/s;

VK - видима скорост на вятъра, m/s;

V0 - скорост на кораба, m/s;

βo-ъгъл на дрейф на кораба, град.

Yk - видим ъгъл на вятъра;

Yi е ъгълът на истинския вятър.

Специфичното налягане на вятъра върху кораба в kgf / m се изчислява по формулата

Където W - скорост на вятъра, m/s.

Ориз. 7.1. Зависимост на истинския и привидния вятър

Ориз. 7.2. действие на наклонен момент

Така по време на ураган, когато скоростта на вятъра достигне 40-50 m/s, величината на ветровото натоварване достига 130-200 kgf/m2.

Общото налягане на вятъра върху кораба се определя от израза P = pΩ, където е площта на платното на кораба.

Стойността на наклонния момент Mkr (фиг. 7.2) в kgf m за случай на равномерно движение и действието на силата на натиск на вятъра P, перпендикулярна на DP на кораба, се определя от израза

Където zn е ордината на центъра на платното, m;

Т - средна тягакораб, м.

Върху кораба най-значително се отразява вълнението на морето. То е придружено от действието върху корпуса на значителни динамични натоварвания и накланянето на кораба. При плаване на вълни съпротивлението на корпуса на кораба се увеличава и условията за съвместна работа на витлата, корпуса и главните двигатели се влошават.

Ориз. 7.3. Вълнови елементи

В резултат на това скоростта намалява, натоварването на основните машини се увеличава, разходът на гориво се увеличава и обхватът на плаване на кораба намалява. Формата и размерът на вълните се характеризират със следните елементи (фиг. 7.3):

Височина на вълната h - вертикално разстояние от върха до дъното на вълната;

Дължината на вълната λ е хоризонталното разстояние между два съседни гребена или подметки;

Периодът на вълната t е интервалът от време, през който вълната изминава разстояние, равно на нейната дължина (3);

Скоростта на вълната C е разстоянието, изминато от вълната за единица време.

По произход вълните се делят на ветрови, приливни, анебарични, земетресения (цунами) и корабни вълни. Най-често срещаните са ветровите вълни. Има три вида вълни: вятър, набъбване и смесени. Развиват се ветрови вълни, те са под прякото влияние на вятъра, за разлика от вълната, която е инерционна вълна или вълна, причинена от бурен вятър, който духа в отдалечен район. Профилът на ветровата вълна не е симетричен. Подветрената му страна е по-стръмна от наветрената. По върховете на ветровите вълни се образуват гребени, чиито върхове се срутват под действието на вятъра, образувайки пяна (агнета) и се откъсват при силен вятър. Посоката на вятъра и посоката на вятърните вълни в открито море, като правило, съвпадат или се различават с 30-40 °. Размерите на ветровите вълни зависят от скоростта на вятъра и продължителността на неговото въздействие, дължината на пътя на ветровите потоци над водната повърхност и дълбочината на дадената площ (табл. 7.1).

ТАБЛИЦА 7.1. МАКСИМАЛНИ СТОЙНОСТИ НА ВЪЛНОВИТЕ ЕЛЕМЕНТИ ЗА ДЪЛБОКОТО МОРЕ (H/Λ > 1/2)

Най-интензивен растеж на вълната се наблюдава при съотношението C/W< 0,4-0,5. Дальнейшее увеличение этого отношения сопровождается уменьшением роста волн. Поэтому волны опасны не в момент наибольшего ветра, а при последующем его ослаблении.

За приблизителни изчисления на средната височина на вълната на стабилна океанска вълна се използват следните формули:

С вятър до 5 точки

При вятър над 5

Където B е силата на вятъра в точки по скалата на Бофорт (§ 23.3).

При условия на развити вълни има интерференция на отделни вълни (до 2% от общия брой или повече), които достигат максималното си развитие и надвишават средната височина на вълната два до три пъти. Такива вълни са особено опасни.

Суперпозицията на една вълнова система върху друга протича най-интензивно при промяна на посоката на вятъра, често редуване на бурните ветрове и преди фронта на тропическите циклони (4).

Енергията на развитите вълни е изключително висока. За кораб, лежащ в дрейф, динамичният ефект на вълните може да се определи от израза p=0,1 τ², където τ е истинският период на вълната, s.

Така че, за периоди на вълни от около 6-10 s, стойността на P може да достигне впечатляващи стойности (3,6-10 t/m²).

Когато корабът се насочва срещу вълната, динамичният ефект на вълните ще се увеличи пропорционално на квадрата на скоростта на кораба, изразена в метри в секунда.

Дължината на вълната в метри, скоростта в метри в секунда и периодът в секунди са свързани със следните връзки:

Практически движещ се кораб среща не истинския, а относителния (привидния) период на вълната τ", който се определя от израза

Където a е ъгълът на предната част на гребена на вълната, измерен по всяка страна.

Плюс се отнася до случай на движение срещу вълната, минус - по дължината на вълната.

При промяна на курса корабът се намира спрямо намалената дължина на вълната λ ":

Характерът на търкалянето на кораба има сложна връзка между елементите на вълните (h, λ, τ и C) и елементите на кораба (L, D, T1,2 и δ).

Безопасността на кораба по отношение на устойчивостта се определя не само от неговата конструкция и разпределение на товара, но и от неговия курс и скорост. При условия на развити вълни, формата на действащата водна линия непрекъснато се променя. Съответно се променят формата на потопената част на корпуса, раменете за стабилност на формата и моментите на възстановяване.

Престоят на кораба на дъното на вълната е придружен от увеличаване на възстановителните моменти. Оставането на кораб (особено за дълго време) на гребена на вълната е опасно и може да доведе до преобръщане. Най-опасно е резонансното търкаляне, при което периодът на собствените трептения на кораба T1,2 е равен на видимия (наблюдаван) период на вълната?“ Естеството на страничното резонансно търкаляне е показано на фиг. 7.4.< T1 /τ" < 1,3

Резонансното накланяне е особено опасно, когато корабът е позициониран с изоставане спрямо вълната.
Когато корабът следва курса срещу вълната, загубите на скорост се увеличават значително, крайниците са оголени и оборотите рязко скачат. Ударите на вълните в дъното на носа (феноменът "слеминг") могат да доведат до деформация на корпуса и отказ на отделни механизми и устройства от основите.

Когато следва вълна, корабът е по-малко податлив на вълни. Въпреки това, следването му по вълната със скорост, близка до скоростта на вълната VK = (0,6--1,4) C (корабът "оседла" вълната) води до рязка загуба странична стабилностпоради промяна във формата и площта на активната водна линия и това води до появата на жироскопичен момент, който действа в равнината на водната линия и значително влошава управляемостта на кораба.

Ориз. 7.4. резонансна ролка

Най-опасно е плаването на малък кораб по чисто море, когато λ=L на кораба, а VK=C.

Ю.В. Ремеза

Диаграмата на универсалната ролка определя зависимостта на наблюдаваните елементи на вълните от промените в елементите на движението на кораба.

Диаграмата се изчислява по формулата

Където V е скоростта на кораба, възела.

Диаграмата определя връзката между X и V sin a за различни стойности на m ". Тя е изградена по отношение на преобладаващата вълнова система, която може да се различи във всяка вълна и има най-значителен ефект върху търкалянето на кораба (§ 23.4). Универсалната диаграма може да се използва само в райони с достатъчно големи дълбочини (повече от 0,4X вълни).

Използването на универсална диаграма на наклон ви позволява да решите следните основни задачи:
- определя курса и скоростта, с които корабът може да влезе в положение на резонансно търкаляне (кил и борд);

Определете дължината на вълната в навигационната област;

Определете секторите на курса и диапазоните на скоростта, при които корабът ще изпита силно търкаляне, близко до резонансно;

Определете курсовете и скоростите, при които корабът ще бъде в състояние на най-опасно намалена странична стабилност;

Определете курсовете и скоростите, при които корабът ще преживее феномена "затръшване".

(1) По-нататъшното усилване на вятъра е придружено от ветрови вълни, които намаляват скоростта на кораба.
(2) Координатите на истинския вятър се свързват със земята, а привидния вятър с кораба.
(3) На практика движението на водните частици от ветровите вълни става по орбити, близки по форма до кръг или елипса, като се движи само вълновият профил.
(4) Естеството на образуването на вълни и връзката им с ветровите елементи се обсъждат подробно в хода на океанографията.

Вимпел вятър

Нека се опитаме да разберем поради какви сили и въз основа на какви принципи движението на ветроходен кораб става под въздействието на вятъра. Помислете само за наклонените платна, като най-често срещаните в момента. Наклоненият такелаж тип Бермуди е основният такелаж на повечето съвременни едномачтови и двумачтови кораби. Всички спортни и круизни едномачтови яхти също са въоръжени с Бермудски шлюп.

Тази платформа предоставя максимални възможности за избор на курс спрямо посоката на вятъра и изисква значително по-малък екипаж за управление на платната и не изисква толкова високо ниво на умения, както при използване на директна платформа.

Забележителна характеристика на наклоненото платно е способността му да създава сцепление на курсове до 30-40 градуса спрямо посоката на вятъра.

В този случай трябва да се има предвид, че ветроходният кораб се движи спрямо привидния или привидния вятър, а не спрямо истинския или метеорологичния вятър.

Когато всеки обект се движи във въздуха, възниква поток от входящ въздух, чиято скорост се определя от скоростта на обекта. Съответно, дори и при липса на вятър (тишина), наблюдателят на кораба ще усети вятър, равен на скоростта на кораба - курсов вятър, който ще бъде равен по величина на скоростта на кораба и противоположен по посока към посоката на кораба. По този начин ветроходният кораб, по време на своето движение, изпитва действието на два въздушни потока:

Действието на потока, причинено от наличието на истински вятър;

Действието на потока, причинено от движението на плавателния съд - курсовият вятър.

За да се определи резултантният въздушен поток, усетен от наблюдател, разположен върху движещ се обект, е необходимо да се извърши векторна сума от потоците. Полученият вектор ще бъде, по отношение на скоростта и посоката, усещаният или привидният вятър, който се нарича привиден вятър. Този вятър ще се разглежда като вятър, действащ върху платната на кораба по време на неговото движение (фиг. 1).

Този вятър е единственият вятър, с който взаимодействат платната и неговото разлагане до истински вятър и вятър е резултат от анализа на първоначалните въздушни потоци.

Привидният вятър е променлива стойност, дори ако истинският вятър е стабилен по скорост и посока, тъй като скоростта и посоката му зависят от скоростта и посоката на кораба. За простота, разгледайте случая, в който фиг. един.

истинският вятър е насочен под прав ъгъл спрямо посоката на движение на кораба, а истинската скорост на вятъра е равна на скоростта на кораба (фиг. 2). От фигурата се вижда, че когато се движи под ъгъл от 90 градуса спрямо истинския вятър, корабът се движи под ъгъл от 45 градуса спрямо видимия вятър.

true В съответствие с горното, можете

вятър видим вятър твърдят, че два кораба се движат еднакво

него и същия курс, със същия вятър

условия, но с различни скорости спрямо водата ще се движат под различни ъгли спрямо видимия вятър. Съд, движещ се с по-висока скорост, ще плава по-рязко към видимия вятър, като същевременно поддържа същия курс спрямо истинския вятър. В същото време ще намерят индикатори за вятър за горната част на мачтите на тези съдове

курсов вятър под различни ъгли спрямо DP на кораба, фиксиращ посоката

ориз. 2 видим вятър на всеки от съдовете (фиг. 3).

кораб 1 кораб 2

От фигурата се вижда, че кораб, който се движи с по-висока скорост, се движи под по-малък ъгъл спрямо видимия вятър. От това можем да заключим, че с увеличаване на скоростта на кораба привидният вятър настъпва (ъгълът между посоката на движение на кораба и привидния вятър намалява). С по-нататъшно увеличаване на скоростта на кораба (по-добри контури, по-малко триене, платната работят по-ефективно, различен дизайн на корпуса на кораба), ъгълът между посоката на движение на кораба и видимия вятър ще стане по-малък от минималния ъгъл на придвижване (минималният ъгъл между посоката на движение на кораба и видимия вятър, при който е възможно да работи ефективно платното). След това корабът, който има висока скорост, ще бъде принуден да се отдалечи (увеличи ъгъла между посоката на движение на кораба и посоката на видимия вятър), докато се възстанови минималният ъгъл на придвижване. Това обяснява различните наветрени ъгли (ъгълът между посоката на истинския вятър и посоката на движение на кораба). В същото време наветрената скорост (скоростта на приближаване до точката на пристигане, разположена върху вятъра) може да бъде по-голяма за кораб с голям наветрен ъгъл, но и по-висока скорост. Като пример разгледайте скоростта на вятъра на килова яхта, спортна лодка и катамаран (фиг. 4).

По-рязка към вятъра е киловата яхта, която има най-малкия от тези съдове, скоростта на движение. Следва спортна лодка, а най-малко остър към истинския вятър е спортен катамаран. Всеки от тези кораби плава под същия ъгъл спрямо видимия вятър, но под различни ъгли спрямо истинския вятър. Но в същото време спортният катамаран ще има най-висока скорост на вятъра. От разглеждането на триъгълника на скоростта става ясно, че възможността се свежда до истинския вятър при пориви на вятъра (краткосрочно ускоряване на вятъра). При порив скоростта на истинския вятър се увеличава, но скоростта на кораба остава за известно време същата. Привидният вятър се отдръпва и става възможно да се въведе и възстанови ъгълът на прихващане спрямо видимия вятър (фиг. 5)

ориз. 4

Килова яхта

гумена лодка

Катамаран

След известно време скоростта на кораба ще се увеличи и той ще бъде принуден да продължи към предишния си курс спрямо истинския вятър, като поддържа ъгъла спрямо видимия вятър. Въпреки това е възможно увеличаване на скоростта на кораба, докато се достигне максималната скорост за движение на кораба в режим на водоизместване (скоростта на кораба в режим на водоизместване, изразена в възли, не може да надвишава дължината на кораба, изразена в метри ). Следователно, с по-нататъшно увеличаване на скоростта на вятъра, скоростта на кораба няма да се увеличи и курсът на кораба спрямо истинския вятър може да бъде по-рязък.

Наличието на течения в района на плаване на кораба е много важно по отношение на поведението на видимия вятър. При плаване по течението скоростта на кораба се добавя векторно към скоростта на течението. В резултат на това абсолютната скорост на кораба се променя и скоростта и посоката на видимия вятър се променят. Когато се движи с опашно течение, вимпелият вятър заляга, а когато се движи с противоток, той си тръгва. Следователно при справедливо течение ъгълът на прихващане се увеличава, а при попътен вятър намалява. В същото време скоростта на излизане на яхтата към вятъра остава практически непроменена. Когато течението е насочено по посока или срещу посоката на истинския вятър, скоростта на истинския вятър се променя. При еднопосочен вятър и течение, вимпелът влиза, а при многопосочен вятър напуска, поради увеличаване на скоростта на истинския вятър. Взаимодействието на вятъра и течението ще промени ъглите на придвижване на кораба спрямо истинския вятър.

Съвременното навигационно оборудване позволява да се получи информация не само за посоката и силата на видимия вятър, но и за силата и посоката на истинския вятър, чрез преизчисляване на скоростния триъгълник (фиг. 1). GPS предоставя информация за скоростта и посоката на плавателния съд, а анеморумбометър за скоростта и посоката на видимия вятър. Чрез преизчисляване на триъгълника на скоростта системата получава информация за скоростта и посоката на истинския вятър.

Разбирането на видимото поведение на вятъра е ключово за планирането на маршрута на кораба, като се има предвид посоката и скоростта на истинския вятър и действителната скорост на ветроходния кораб.

При нискоскоростните плавателни съдове обаче ъгълът между посоката на истинския и привидния вятър е незначителен и с известна степен на точност може да се твърди, че този ъгъл е в рамките на 10-20 градуса.