Kaj povzroča premikanje jahte. Zakaj lahko jadrnica pluje proti vetru? Zdaj pa poglejmo, kako deluje jadro na jahti.

Tečaji vetra. Sodobne jahte in jadrnice so v večini primerov opremljene z poševno jadra. Njihova posebnost je, da se glavni del jadra ali vse nahaja za jamborom oziroma opornikom. Zaradi dejstva, da je sprednji rob jadra napet vzdolž jambora (ali samega sebe), jadro teče okoli zračnega toka brez izpiranja, ko se nahaja pod dokaj ostrim kotom proti vetru. Zahvaljujoč temu (in z ustreznimi obrisi trupa) ladja pridobi sposobnost premikanja pod ostrim kotom v smeri vetra.

Na sl. 190 prikazuje položaj jadrnice pri različnih smereh glede na veter. Navadna jadrnica ne more iti neposredno proti vetru – v tem primeru jadro ne ustvarja vlečne sile, ki bi lahko premagala upor vode in zraka. Najboljše dirkalne jahte v srednjem vetru lahko plujejo pod kotom 35-40° glede na smer vetra; običajno ta kot ni manjši od 45°. Zato je jadrnica prisiljena priti do cilja, ki se nahaja neposredno proti vetru lepljenje- izmenično desno in levo lepljenje. Imenuje se kot med ladijskimi poteki na obeh tirih kot oprijema in položaj ladje s premcem neposredno v veter - leventik. Sposobnost plovila, da se prilega in se premika z največjo hitrostjo v smeri neposredno proti vetru, je ena glavnih lastnosti jadrnice.

Tečaji od bližnjega do zalivskega vetra, ko je veter pod kotom 90° na DP ladje, se imenujejo ostro; od gulfwind do jibe (veter, ki piha naravnost v krmo) - dokončan. Razlikovati strma(potek čez veter 90-135°) in poln(135-180°), kot tudi vlečni veter (40-60° oziroma 60-80° na veter).

riž. 190. Poteki jadrnice glede na veter.

1 - strm bočni veter; 2 - polni izvlek; 3 - zalivski veter; 4 - naslonjalo; 5 - jibe; 6 - leventik.

Veter z zastavico. Pretok zraka, ki teče okoli jader jahte, se ne ujema s smerjo pravi veter(glede na zemljo). Če se ladja premika, se pojavi nasprotni tok zraka, katerega hitrost je enaka hitrosti ladje. Ob prisotnosti vetra se njegova smer glede na plovilo zaradi prihajajočega zračnega toka na določen način odstopa; spreminja se tudi hitrost. Tako je skupni pretok, imenovan zastavica veter. Njegovo smer in hitrost lahko dobimo s seštevanjem vektorjev pravega vetra in nasprotnega toka (slika 191).

riž. 191. Navidezni veter pri različnih smereh jahte glede na veter.

1 - badewind; 2 - zalivski veter; 3 - naslonjalo; 4 - posmeh.

v- hitrost jahte; v in - dejanska hitrost vetra; v v - hitrost vetra zastavic.

Očitno ima na vlečenem tečaju največjo vrednost hitrost vijačnice, na jibeu pa najmanjšo, saj sta v slednjem primeru hitrosti obeh tokov usmerjeni v neposredno nasprotni smeri.

Jadra na jahti so vedno nastavljena, osredotočena na smer vetra. Upoštevajte, da se hitrost jahte ne poveča neposredno sorazmerno s hitrostjo vetra, ampak veliko počasneje. Ko se veter poveča, se kot med smerjo pravega in navideznega vetra zmanjša, pri šibkem vetru pa se hitrost in smer navideznega vetra opazneje razlikujeta od prave.

Ker sile, ki delujejo na jadro kot na krilo, rastejo sorazmerno s kvadratom hitrosti kroženja, lahko jadrnice z minimalnim uporom gibanju doživijo "samopospešek", pri katerem njihova hitrost presega hitrost vetra. Te vrste jadrnic vključujejo ledene jahte - čolne na ledu, jahte na hidrogliserih, jahte na kolesih (za plažo) in proa - ozka enotrupna plovila s plovcem. Nekatere od teh vrst plovil so zabeležile hitrost do trikrat večjo od hitrosti vetra. Tako je naš državni hitrostni rekord na boji 140 km/h, postavljen pa je bil pri hitrosti vetra, ki ni presegel 50 km/h. Mimogrede ugotavljamo, da je absolutni hitrostni rekord pod jadrom na vodi bistveno nižji: postavljen je bil leta 1981 na posebej zgrajenem katamaranu z dvema jamboroma Crossbau-II in je enak 67,3 km / h.

Običajne jadrnice, če niso zasnovane za skobljanje, v redkih primerih presežejo omejitev hitrosti za plovbo z izpodrivanjem, enako v = 5,6 √L km/h (glej poglavje I).

Sile, ki delujejo na jadrnico. Med sistemom zunanjih sil, ki delujejo na jadrnico, in ladjo, ki jo poganja mehanski motor, je bistvena razlika. Na motornem plovilu v podvodnem delu, ki se nahaja v diametralni ravnini in na majhni navpični razdalji drug od drugega, delujeta potisk propelerja - propelerja ali vodnega curka - in sila vodnega upora za njegovo gibanje.

Na jadrnici je pogonska sila uporabljena visoko nad vodno gladino in torej nad črto delovanja vlečne sile. Če se ladja giblje pod kotom v smeri vetra - v slabem vetru, potem njena jadra delujejo na principu aerodinamičnega krila, o katerem govorimo v poglavju II. Ko jadro teče okoli jadra s tokom zraka, se na njegovi zavetrni (konveksni) strani ustvari vakuum, na privetrni strani pa povečan pritisk. Vsoto teh pritiskov je mogoče zmanjšati na nastalo aerodinamično silo A(glej sliko 192), usmerjeno približno pravokotno na tetivo profila jadra in nameščeno v središču jadra (CPU) visoko nad vodno gladino.

riž. 192. Sile, ki delujejo na trup in jadra.

Po tretjem zakonu mehanike pri enakomernem gibanju telesa v ravni črti vsaka sila deluje na telo (v tem primeru na jadra, povezana s trupom jahte skozi jambor, stoječa oprema in pločevine), mora nasprotovati enaka in nasprotno usmerjena sila. Na jadrnici je ta sila rezultantna hidrodinamična sila H nanesena na podvodni del trupa (slika 192). Torej med silami A in H je znana razdalja - rama, zaradi katere nastane moment para sil, ki se nagibajo k zasuku plovila okoli osi, usmerjene na določen način v prostoru.

Za poenostavitev pojavov, ki se pojavijo med gibanjem jadrnice, hidro- in aerodinamične sile ter njihovi momenti se razgradijo na komponente, vzporedne z glavnimi koordinatnimi osmi. V skladu z Newtonovim tretjim zakonom lahko v parih zapišemo vse komponente teh sil in momentov:

A	- aerodinamična rezultantna sila;
T	- sila jader, ki vlečejo ladjo naprej:
D	- sila nagiba ali sila odnašanja;
A v	- navpična (obrezovanje na nosu) sila;
P	- masna sila (premik) plovila;
M d	- moment obrezovanja;
M kr	- nagibni moment;
M P	- trenutek, ki vodi proti vetru;
H	- hidrodinamična nastala sila;
R	- sila vodnega upora proti gibanju plovila;
R d	- stranska sila ali uporna sila odnašanja;
H v	- vertikalna hidrodinamična sila;
γ· V	- sila vzgona;
M l	- moment upora proti trimu;
M v	- obnovitveni trenutek;
M pri	- ponižujoč trenutek.

Da lahko ladja vztrajno usmerja svojo smer, morata biti vsak par sil in vsak par momentov enak drugemu. Na primer sila premikanja D in uporno silo drifta R d ustvarite nagibni trenutek M cr, ki mora biti uravnotežen z obnovitvenim momentom M v ali trenutku bočne stabilnosti. Ta trenutek nastane zaradi delovanja masnih sil P in plovnost ladje γ V ki delujejo na rami l. Enake sile tvorijo moment upora proti trimu ali moment vzdolžne stabilnosti M l, ki je enaka po velikosti in nasprotuje momentu obrezovanja M e. Izrazi slednjega so momenti parov sil T - R in A v - H v .

Tako je gibanje jadrnice v poševni smeri proti vetru povezano z zasukom in trimom ter bočno silo D, poleg roll, povzroča tudi drift - bočni drift, zato se vsako jadrnico ne premika strogo v smeri DP, kot plovilo z mehanskim motorjem, ampak z majhnim kotom odnašanja β. Trup jadrnice, njena kobilica in krmilo postanejo hidrogliser, ki ga napade nasproti vodni tok pod napadnim kotom, ki je enak kotu odnašanja. Prav ta okoliščina povzroča nastanek sile odpornosti na drift na kobilici jahte. R d, ki je komponenta dvižne sile.

Stabilnost gibanja in centriranje jadrnice. Zaradi pete, vlečne sile jader T in uporna sila R zdi se, da delujejo v različnih navpičnih ravninah. Sestavljajo par sil, ki ladjo pripeljejo v veter in jo zbijejo z ravne smeri, ki ji sledi. To prepreči trenutek drugega para sil – nagiba D in uporne sile drsenja R d, pa tudi majhna sila N na krmilu, ki ga je treba uporabiti za korekcijo gibanja jahte na progi.

Očitno je reakcija plovila na delovanje vseh teh sil odvisna tako od njihove velikosti kot od razmerja ramen a in b na katerega delujejo. S povečanjem roll, rama vozniškega para b prav tako se poveča, in vrednost finančnega vzvoda zaostajajočega para a odvisno od relativnega položaja center za jadranje(CP - točke uporabe nastalih aerodinamičnih sil na jadra) in središče bočnega upora(CBS - točke uporabe nastalih hidrodinamičnih sil na trup jahte).

Natančna določitev položaja teh točk je precej težka naloga, sploh če upoštevamo, da se razlikuje glede na številne dejavnike: smer plovila glede na veter, kroj in nastavitev jader, nagib in trim jahte, oblika in profil kobilice in krmila itd.

Pri načrtovanju in preopremanju jaht delujejo s pogojnim CPU in CBS, upoštevajoč, da se nahajajo v težiščih ravnih figur, ki so jadra, postavljena v DP, in obrisi podvodnega dela DP s kobilico, plavuti in krmilo (slika 193). Težišče trikotnega jadra, na primer, se nahaja na presečišču dveh median, skupno težišče obeh jader pa se nahaja na ravni črti, ki povezuje CPE obeh jader, in ta segment deli inverzno sorazmerno z njihovo površino. Če ima jadro štirikotno obliko, potem je njegovo območje razdeljeno z diagonalo na dva trikotnika in CPU dobimo kot skupno središče teh trikotnikov.

riž. 193. Določitev pogojnega središča plovbe jahte.

Položaj CBS je mogoče določiti z uravnoteženjem šablone podvodnega profila DP, izrezane iz tankega kartona, na konici igle. Ko je predloga vodoravna, bo igla na točki pogojnega CBS. Vendar pa je ta metoda bolj ali manj uporabna za plovila z veliko površino podvodnega dela DP - za tradicionalne jahte z dolgo kobilico, ladijske čolne itd. Na sodobnih jahtah, katerih obrisi so zasnovano na podlagi teorije kril, glavno vlogo pri ustvarjanju drsenja sile upora igrata kobilica plavuti in krmilo, ki sta običajno nameščena ločeno od kobilice. Dokaj natančno je mogoče najti središča hidrodinamičnih pritiskov na njihovih profilih. Na primer, za profile z relativno debelino δ/ b približno 8 % ta točka je približno 26 % tetive b od vodilnega roba.

Vendar trup jahte na določen način vpliva na naravo toka okoli kobilice in krmila, ta vpliv pa je odvisen od nagiba, trima in hitrosti plovila. V večini primerov se pri ostrih smereh proti vetru pravi CLS premakne naprej glede na središče pritiska, ki je določeno za kobilico in krmilo kot za izolirane profile. Zaradi negotovosti pri izračunu položaja CPU in CBS imajo projektanti pri razvoju projekta za jadrnice CPU na določeni razdalji a- napreduje - pred CBS. Višina predplačila je določena statistično, iz primerjave z uveljavljenimi jahtami, ki imajo blizu projektnih obrisov podvodnega dela, stabilnost in jadralno opremo. Predplačilo je običajno določeno kot odstotek dolžine plovila vzdolž vodne črte, za plovilo, opremljeno z bermudsko sloop, pa 15-18 % L. Nižja kot je stabilnost jahte, večji je nagib, ki ga bo prejela pod vplivom vetra in večja je potreba po vodenju CPU pred CBS.

Natančna nastavitev relativnega položaja CPU in CLS je možna pri testiranju jahte na poti. Če se plovilo nagiba proti vetru, zlasti pri srednjem in svežem vetru, je to velika napaka pri centriranju. Dejstvo je, da kobilica odklanja tok vode, ki teče iz nje, bližje DP plovila. Torej, če je krmilo naravnost, potem njegov profil deluje z opazno manjšim napadnim kotom kot kobilica. Če je treba krmilo premakniti proti vetru, da bi izravnali nagnjenost jahte proti vetru, se izkaže, da je dvižna sila, ki nastane na njem, usmerjena v zavetrno stran - v isti smeri kot odnašanje sila D na jadrih. Posledično bo ladja imela povečan drift.

Druga stvar je lahka nagnjenost jahte k vožnji. Krmilo, pomaknjeno za 3-4° v zavetrno stran, deluje z enakim ali nekoliko višjim vpadnim kotom kot kobilica in učinkovito sodeluje pri odpornosti na drift. Strižna sila H, ki nastane na krmilu, povzroči pomemben premik celotnega CLS na krmo in hkrati zmanjša kot zanašanja. Če pa morate, da bi jahto obdržali na smeri badewind, nenehno premikati krmilo v zavetrno stran pod kotom, večjim od 2-3 °, morate CPU premakniti naprej ali premakniti CLS nazaj, kar je težje.

Na vgrajeni jahti lahko CPE premaknete naprej tako, da nagnete jambor naprej, ga premaknete naprej (če to omogoča zasnova stopnic), skrajšate glavno jadro vzdolž luffa, povečate površino glavnega jadra. Če želite CLS premakniti nazaj, morate namestiti plavut pred volan ali povečati velikost krmila.

Da bi odpravili nagnjenost jahte k umiku, je treba uporabiti nasprotne ukrepe: premakniti CPU nazaj ali premakniti CLS naprej.

Vloga komponent aerodinamične sile pri ustvarjanju potiska in odnašanja. Sodobna teorija dela poševnega jadra temelji na določbah o aerodinamiki krila, katere elemente smo obravnavali v poglavju II. Ko jadro, postavljeno pod kotom napada α na veter zastavic, teče okoli jadra, se na njem ustvari aerodinamična sila A, ki ga lahko predstavimo kot dve komponenti: dvižna sila Y, usmerjen pravokotno na zračni tok (veter zastavice), in povlecite X- projekcije sile A v smeri zračnega toka. Te sile se uporabljajo pri upoštevanju značilnosti jadra in celotne jadralne naprave kot celote.

Hkrati sila A lahko predstavimo v obliki dveh drugih komponent: potisne sile T, usmerjen vzdolž osi gibanja jahte, in sila odnašanja, pravokotna nanjo D. Spomnimo se, da se smer gibanja jadrnice (ali poti) razlikuje od njenega poteka za vrednost kota odnašanja β, vendar je ta kot pri nadaljnji analizi mogoče zanemariti.

Če je na smeri badewind mogoče dvigniti jadro na vrednost Y 1, čelni upor pa ostane nespremenjen, nato pa sile Y 1 in X, dodani po pravilu vektorskega seštevanja, tvorijo novo aerodinamično silo A 1 (slika 194, ampak). Glede na njegove nove komponente T 1 in D 1, je razvidno, da se v tem primeru s povečanjem dvižne sile povečata tako sila potiska kot sila odnašanja.

riž. 194. Vloga dviga in upora pri ustvarjanju gonilne sile.

Pri podobni konstrukciji je razvidno, da se s povečanjem upora na vlečenem tečaju vlečna sila zmanjša, sila odnašanja pa poveča. Tako ima pri jadranju v tesnem vetru dvižna sila jadra odločilno vlogo pri ustvarjanju potiska jader; čelni upor mora biti minimalen.

Upoštevajte, da ima na vlečni smeri veter najvišjo hitrost, tako da obe komponenti aerodinamične sile Y in X so dovolj velike.

Na smeri Gulfwind (slika 194, b) dvižna sila je sila potiska, sila upora pa sila odnašanja. Povečanje upora jadra ne vpliva na velikost potisne sile: poveča se le sila odnašanja. Ker pa je hitrost vetra v zalivskem vetru zmanjšana v primerjavi z vlečenim vetrom, drift v manjši meri vpliva na vozne zmogljivosti ladje.

Na hrbtnem tečaju (slika 194, v) jadro deluje pri velikih napadnih kotih, pri katerih je dvižna sila veliko manjša od upora. Če povečate upor, se bosta povečala tudi sila potiska in odnašanja. S povečanjem dvižne sile se potisk poveča, drsna sila pa zmanjša (slika 194, G). Posledično na smeri naslona povečanje dviga in (ali) upora poveča oprijem.

Na jibeju je vpadni kot jadra blizu 90°, tako da je dvižna sila na jadro nič, upor pa je usmerjen vzdolž osi gibanja plovila in je sila potiska. Sila drsenja je nič. Zato je na tečaju jibe, da bi povečali potisk jader, zaželeno povečati njihov upor. Na dirkalnih jahtah se to naredi z nastavitvijo dodatnih jader - spinakerja in blooperja, ki imata veliko površino in slabo poenostavljeno obliko. Treba je opozoriti, da na jibe tečaju na jadra jahte vpliva močan veter minimalne hitrosti, ki povzroča razmeroma zmerne sile na jadra.

odpornost na premik. Kot je prikazano zgoraj, je moč drifta odvisna od smeri jahte glede na veter. Pri jadranju na tesnem vleku je približno trikrat večji potisk T, premikanje ladje naprej; pri zalivskem vetru sta obe sili približno enaki; na strmem naslonu je vleka jadra 2-3 krat večja od sile odnašanja, na čisti gibi pa sila odnašanja sploh ni. Zato mora imeti jadrnica, da se lahko uspešno premika naprej po smereh od vlečenega do zalivskega vetra (pod kotom 40-90 ° proti vetru), zadosten bočni upor proti zanašanju, veliko večji od odpornosti vode proti gibanju. jahte ob progi.

Funkcijo ustvarjanja sile odpornosti na drift na sodobnih jadrnicah opravljajo predvsem kobilice plavuti ali sredinske deske in krmila. Mehanika pojava dviga na krilu s simetričnim profilom, ki so kobilice, nabodala in krmila, je bila obravnavana v II. poglavju (gl. str. 67). Treba je opozoriti, da vrednost kota zasuka sodobnih jaht - vpadni kot kobilice ali profila središčne plošče - redko presega 5 °, zato je treba pri načrtovanju kobilice ali središčne plošče izbrati njene optimalne dimenzije, obliko. in profil prečnega prereza, da se doseže največja dvižna sila z minimalnim uporom, in sicer pri nizkih napadalnih kotih.

Preizkusi aerodinamičnih simetričnih zračnih profilov so pokazali, da debelejša krila (z večjim razmerjem debeline preseka t na njegov akord b) dajejo več dviga kot tanke. Vendar imajo takšni profili pri nizkih hitrostih večji upor. Optimalne rezultate na jadrnicah je mogoče doseči z debelino kobilice t/b= 0,09÷0,12, saj je dvižna sila na takih profilih malo odvisna od hitrosti ladje.

Največja debelina profila mora biti nameščena na razdalji 30 do 40 % tetive od sprednjega roba profila kobilice. Dobre lastnosti ima tudi profil NACA 664‑0 z največjo debelino, ki se nahaja na razdalji 50 % tetive od nosu (slika 195).

riž. 195. Profilirana kobilica jahte.

Ordinate priporočenih profilov profilov za jahtne kobilice in bodale

	oddaljenost od nosu x, % b
	2,5	5	10	20	30	40
	ordinate y, % b
NACA-66; δ = 0,05	2,18	2,96	3,90	4,78	5,00	4,83
	2,00	2,60	3,50	4,20	4,40	4,26
	-	3,40	5,23	8,72	10,74	11,85
Profil; relativna debelina δ	oddaljenost od nosu x, % b
	50	60	70	80	90	100
	ordinate y, % b
NACA-66; δ = 0,05	4,41	3,80	3,05	2,19	1,21	0,11
Profil za bodala; δ=0,04	3,88	3,34	2,68	1,92	1,06	0,10
Kobilica jahte NACA 664-0; δ = 0,12	12,00	10,94	8,35	4,99	2,59	0

Za lahke dirkalne gumenjake, ki lahko skobljajo in dosežejo visoke hitrosti, se uporabljajo bodala in krmila s tanjšim profilom ( t/b= 0,044÷0,05) in geometrijski raztezek (razmerje poglobitve d do srednjega akorda b sredo) do 4.

Kobilica podaljšek moderne jahte s kobilico se giblje od 1 do 3, krmila - do 4. Najpogosteje ima kobilica obliko trapeza z nagnjenim sprednjim robom, nagibni kot pa ima določen vpliv na količino dviga in upora kobilice. Pri podaljšanju kobilice približno λ = 0,6 je dovoljen naklon sprednjega roba do 50°; pri λ = 1 - približno 20°; pri λ > 1,5 je kobilica z navpičnim sprednjim robom optimalna.

Skupna površina kobilice in krmila za učinkovito preprečevanje odnašanja je običajno enaka od 1/25 do 1/17 površine glavnih jader.

“Prav veter!” - želim vsem mornarjem in popolnoma zaman: ko veter piha s krme, jahta ne more razviti največje hitrosti. Pri tej shemi je pomagal Vadim Zhdan, profesionalni skiper, dirkač, organizator in gostitelj jahtnih regat. Če želite izvedeti, preberite nasvete o orodjih na diagramu.

2. Potisk jadra je posledica dveh dejavnikov. Prvič, veter preprosto pritiska na jadra. Drugič, poševna jadra, nameščena na večini sodobnih jaht, ko tečejo z zrakom, delujejo kot krilo letala, le da ni usmerjeno navzgor, ampak naprej. Zaradi aerodinamike se zrak na konveksni strani jadra giblje hitreje kot na konkavni strani, pritisk na zunanji strani jadra pa je manjši kot na notranji.

3. Celotna sila, ki jo ustvarja jadro, je usmerjena pravokotno na platno. Po pravilu vektorskega seštevanja je v njem mogoče razlikovati silo odmika (rdeča puščica) in silo potiska (zelena puščica).

5. Da bi šla strogo proti vetru, se jahta zvija: z eno ali drugo stranjo se obrne proti vetru in se po segmentih premika naprej – klešče. Kako dolgi naj bodo čepi in pod kakšnim kotom proti vetru naj gredo – pomembna vprašanja skiperske taktike.

9. gulfwind- veter piha pravokotno na smer vožnje.

11. zafrkavati– isti zadnji veter, ki piha s krme. V nasprotju s pričakovanji ne najhitrejša smer: tu se dvigalo jadra ne uporablja, teoretična omejitev hitrosti pa ne presega hitrosti vetra. Izkušen skiper lahko na enak način predvidi nevidne zračne tokove

Mislim, da bi marsikdo izmed nas izkoristil priložnost, da se potopi v morsko brezno s kakšnim podvodnim vozilom, a kljub temu bi večina raje potovala po morju z jadrnico. Ko ni bilo letal ali vlakov, so bile samo jadrnice. Brez njih svet ni bil enak.

Jadrnice z ravnimi jadri so pripeljale Evropejce v Ameriko. Njihove stabilne palube in prostorna skladišča so prinašali ljudi in zaloge za gradnjo Novega sveta. Toda te starodavne ladje so imele tudi svoje omejitve. Gibali so se počasi in v skoraj isti smeri proti vetru. Od takrat se je marsikaj spremenilo. Danes se uporabljajo povsem drugačna načela obvladovanja sile vetra in valov. Torej, če želite voziti sodobnega, se boste morali naučiti fizike.

Sodobno jadranje ni samo premikanje z vetrom, je nekaj, kar vpliva na jadro in ga naredi, da leti kot krilo. In to nevidno "nekaj" se imenuje dvižna sila, ki jo znanstveniki imenujejo bočna sila.

Pozorni opazovalec ni mogel opaziti, da ne glede na to, v katero smer piha veter, se jadrnica vedno premika tja, kjer kapitan potrebuje – tudi če veter piha. Kakšna je skrivnost tako neverjetne kombinacije trme in poslušnosti.

Mnogi se niti ne zavedajo, da je jadro krilo, princip delovanja krila in jadra pa je enak. Temelji na dvigu le, če se krilo dviga letalo, z uporabo čelnega vetra potisne letalo navzgor, nato pa navpično postavljeno jadro usmeri jadrnico naprej. Da bi to razložili z znanstvenega vidika, se je treba vrniti k osnovam – kako jadro deluje.

Poglejte si simulirani postopek, ki prikazuje, kako zrak deluje na ravnino jadra. Tukaj lahko vidite, da se zračni tokovi pod modelom, ki imajo večjo ukrivljenost, upognejo, da ga obkrožijo. V tem primeru se mora tok nekoliko pospešiti. Posledično nastane območje nizkega tlaka - to ustvarja dvig. Nizek pritisk na spodnjo stran potegne jadro navzdol.

Z drugimi besedami, območje visokega tlaka se poskuša premakniti proti območju nizkega tlaka s pritiskom na jadro. Obstaja razlika v tlaku, ki ustvarja dvig. Zaradi oblike jadra je na notranji privetrni strani hitrost vetra manjša kot na zavetrni strani. Na zunanji strani nastane vakuum. Zrak se dobesedno posrka v jadro, kar jadrnico potisne naprej.

Pravzaprav je to načelo precej preprosto razumeti, samo poglejte katero koli jadrnico. Trik je v tem, da jadro, ne glede na to, kako se nahaja, prenaša energijo vetra na plovilo, in tudi če se vizualno zdi, da bi jadro moralo upočasniti jahto, je središče uporabe sil bližje premcu jadrnico, sila vetra pa zagotavlja translacijsko gibanje.

Ampak to je teorija, v praksi pa je vse malo drugače. Pravzaprav jadrnica ne more iti proti vetru - premika se pod določenim kotom nanj, tako imenovanimi zadrgo.

Jadrnica se premika zaradi ravnotežja sil. Jadra delujejo kot krila. Večina dviga, ki ga proizvedejo, je usmerjena v stran, le majhna količina pa je usmerjena naprej. Vendar je skrivnost v tem čudovitem fenomenu v tako imenovanem "nevidnem" jadru, ki se nahaja pod dnom jahte. To je kobilica ali v morskem jeziku - sredinska deska. Dvig središčne plošče povzroča tudi dvig, ki je prav tako usmerjen predvsem v stran. Kobilica se upira prevračanju in nasprotni sili, ki deluje na jadro.

Poleg dvižne sile obstaja tudi roll – pojav, ki je škodljiv za premikanje naprej in nevaren za posadko plovila. Toda za to je na jahti ekipa, ki služi kot živa protiutež neizprosnim fizičnim zakonom.

V sodobni jadrnici tako kobilica kot jadro skupaj vodita jadrnico naprej. A kot bo potrdil vsak jadralec začetnik, je v praksi vse veliko bolj zapleteno kot v teoriji. Izkušen jadralec ve, da že najmanjša sprememba nagiba jadra omogoča večji dvig in nadzor nad njegovo smerjo. S spreminjanjem premca jadra izučen jadralec nadzoruje velikost in lokacijo območja, ki povzroča dvig. Globok zavoj naprej lahko ustvari veliko tlačno cono, vendar če je ovinek prevelik ali je sprednji rob prestrm, molekule zraka ne bodo več sledile ovinku. Z drugimi besedami, če ima predmet ostre vogale, se delci toka ne morejo zasukati - impulz gibanja je premočan, ta pojav se imenuje "ločeni tok". Rezultat tega učinka je, da se bo jadro "pralo" in izgubilo veter.

In tukaj je še nekaj praktični nasveti uporaba vetrne energije. Optimalna smer proti vetru (dirke na tesnem vleku). Mornarji temu pravijo "gre proti vetru". Navidezni veter, ki ima hitrost 17 vozlov, je opazno hitrejši od pravega vetra, ki ustvarja valovni sistem. Razlika v njunih smereh je 12°. Potek do navideznega vetra je 33°, do pravega vetra - 45°.

GONILNA SILA VETRA

Na spletni strani Nase so objavljena zelo zanimiva gradiva o različnih dejavnikih, ki vplivajo na nastanek vzgona letalskega krila. Obstajajo tudi interaktivni grafični modeli, ki kažejo, da lahko dviganje ustvari tudi simetrično krilo zaradi odklona toka.

Jadro, ki je pod kotom na zračni tok, ga odklanja (slika 1d). Ko gre skozi »zgornjo«, zavetrno stran jadra, zračni tok prepotuje daljšo pot in se v skladu z načelom kontinuitete toka premika hitreje kot z zavetrne, »spodnje« strani. Rezultat je manjši pritisk na zavetrno stran jadra kot na privetrno stran.

Pri vrtenju z jadrom, nastavljenim pravokotno na smer vetra, je porast tlaka na privetrni strani večji kot padec tlaka na zavetrni strani, z drugimi besedami, veter jahto bolj potiska kot vleče. Ko se čoln ostreje zavije v veter, se to razmerje spremeni. Torej, če veter piha pravokotno na smer čolna, ima povečanje pritiska jadra proti vetru manjši učinek na hitrost kot zmanjšanje tlaka v zavetrni smeri. Z drugimi besedami, jadro vleče jahto bolj kot potiska.

Gibanje jahte nastane zaradi dejstva, da veter sodeluje z jadrom. Analiza te interakcije vodi do nepričakovanih, za mnoge začetnike, rezultatov. Izkazalo se je, da je največja hitrost dosežena, sploh ne takrat, ko veter piha točno zadaj, ampak želja " pravi veter” nosi povsem nepričakovan pomen.

Tako jadro kot kobilica pri interakciji s tokom zraka oziroma vode ustvarjata dvižno silo, zato je za optimizacijo svojega dela mogoče uporabiti teorijo krila.

GONILNA SILA VETRA

Zračni tok ima kinetično energijo in v interakciji z jadri lahko premika jahto. Delo tako jadra kot krila letala opisuje Bernoullijev zakon, po katerem povečanje hitrosti toka vodi do zmanjšanja tlaka. Pri premikanju v zraku krilo loči tok. Del zaobide krilo od zgoraj, del od spodaj. Letalsko krilo je zasnovano tako, da se zračni tok nad zgornjim delom krila premika hitreje kot zračni tok pod spodnjo stranjo krila. Posledica tega je, da je tlak nad krilom precej nižji kot pod njim. Razlika v tlaku je dvižna sila krila (slika 1a). Zaradi zapletene oblike lahko krilo ustvari dvig, tudi ko prereže tok, ki se premika vzporedno z ravnino krila.

Jadro lahko premika jahto le, če je pod določenim kotom na tok in ga odklanja. Ostaja vprašanje, kateri del dvižne sile je povezan z Bernoullijevim učinkom in kateri je posledica odklona toka. V skladu s klasično teorijo krila nastane dvižna sila izključno kot posledica razlike v hitrostih pretoka nad in pod asimetričnim krilom. Hkrati je dobro znano, da je simetrično krilo sposobno ustvarjati tudi dvig, če je nameščeno pod določenim kotom glede na tok (slika 1b). V obeh primerih se kot med črto, ki povezuje sprednjo in zadnjo točko krila, in smerjo zračnega toka imenuje napadni kot.

Dvižna sila narašča z napadnim kotom, vendar ta odvisnost deluje le pri majhnih vrednostih tega kota. Takoj, ko vpadni kot preseže določeno kritično raven in pride do zastoja toka, se na zgornji površini krila tvorijo številni vrtinci, vžična sila pa se močno zmanjša (slika 1c).

Čolnarji vedo, da jibe ni najhitrejša proga. Če veter enake moči piha pod kotom 90 stopinj na smer, se čoln premika veliko hitreje. Na jibe je sila, s katero veter pritiska na jadra, odvisna od hitrosti jahte. Veter z največjo močjo pritiska na jadro stoječe jahte (slika 2a). Z naraščanjem hitrosti pritisk na jadra pade in postane minimalen, ko jahta doseže največjo hitrost (slika 2b). Največja hitrost na jibe je vedno manjša od hitrosti vetra. Razlogov za to je več: prvič, trenje, pri vsakem gibanju se nekaj energije porabi za premagovanje različnih sil, ki ovirajo gibanje. Toda glavna stvar je, da je sila, s katero veter pritiska na jadro, sorazmerna s kvadratom hitrosti navideznega vetra, hitrost navideznega vetra na jibe pa je enaka razliki med hitrostjo resničnega vetra. veter in hitrost jahte.

Gulfwind tečaj (pri 90º proti vetru) jadrnice lahko se premika hitreje od vetra. V okviru tega članka ne bomo razpravljali o značilnostih vetra zastavic, omenili bomo le, da je na tečaju Gulfwind sila, s katero veter pritiska na jadra, v manjši meri odvisna od hitrosti jahte ( Slika 2c).

Glavni dejavnik, ki preprečuje povečanje hitrosti, je trenje. Zato lahko jadrnice z majhnim uporom dosežejo hitrosti veliko hitreje kot veter, vendar ne na gibi. Na primer, buer lahko zaradi dejstva, da imajo drsalke zanemarljiv odpornost proti zdrsu, pospeši do hitrosti 150 km / h s hitrostjo vetra 50 km / h ali celo manj.

Razložena fizika jadranja: Uvod

ISBN 1574091700, 9781574091700

Preden nadaljujemo z obravnavo delovanja jadra, se je treba ustaviti na dveh kratkih, a pomembnih točkah:
1. Ugotovite, kakšen veter vpliva na jadra.
2. Povejte o posebni pomorski terminologiji, povezani s tečaji glede vetra.

Pravi in ​​močni vetrovi v jahtanju.

Veter, ki deluje na premikajočo se ladjo in vse na njej, je drugačen od tistega, ki deluje na kateri koli mirujoči predmet.
Pravzaprav veter kot atmosferski pojav, ki piha glede na zemljo ali vodo, imenujemo pravi veter.
V jahtanju se veter glede na premikajočo se jahto imenuje veter zastavic in je vsota pravega vetra in prihajajočega zračnega toka, ki ga povzroča gibanje plovila.
Navidezni veter vedno piha pod ostrejšim kotom na čoln kot pravi veter.
Hitrost navideznega vetra je lahko večja (če je pravi veter čelni ali bočni veter) ali manjša od pravega vetra (če je iz pravih smeri).

Smer glede na veter.

v vetru pomeni iz smeri vetra.
pod vetrom na strani, kjer piha veter.
Ti izrazi, pa tudi izpeljanke iz njih, kot so "windward", "leeward", se uporabljajo zelo široko, in ne samo v jahtanju.
Ko se ti izrazi uporabljajo za ladjo, je običajno govoriti tudi o privetrnih in zavetrnih straneh.
Če veter piha z desne strani jahte, se ta stran imenuje privetrna, leva stran - zavetrno oz.
Levi in ​​desni čep sta dva pojma, ki sta neposredno povezana s prejšnjima: če veter piha na desni bok plovila, potem pravijo, da je na desni, če na levi, potem na levi.
V angleški pomorski terminologiji se tisto, kar je povezano z desnim in levim bokom, razlikuje od običajne desne in leve strani. O desni strani in vsem, kar je z njo povezano, pravijo Desni, o levi strani - Port.

Tečaji vetra.

Tokovi skozi veter se razlikujejo glede na kot med smerjo navideznega vetra in smerjo ladje. Lahko jih razdelimo na ostre in polne.

Badewind - oster tečaj glede na veter. ko veter piha pod kotom manj kot 80°. Lahko je na tesno (do 50°) in polno vleko (50 do 80°).
Polni vetrovi so tečaji, ko veter piha pod kotom 90° ali več glede na smer čolna.
Ti tečaji vključujejo:
Gulfwind - veter piha pod kotom od 80 do 100°.
Zadnje ograje - veter piha pod kotom od 100 do 150° (strm opornik) in 150 do 170° (popolna zapora).
jibe - veter piha na krmi pod kotom več kot 170 °.
Leventik - veter je strogo nasproti ali blizu njega. Ker se jadrnica ne more premikati proti takemu vetru, se pogosteje imenuje ne smer, ampak položaj glede na veter.

Vetrni manevri.

Ko jahta pod jadrom spremeni svojo smer tako, da se kot med vetrom in smerjo zmanjša, naj bi ladja je podan. Z drugimi besedami, smer pomeni gibanje pod ostrejšim kotom proti vetru.
Če pride do obratnega procesa, tj. jahta spremeni smer v smeri povečanja kota med njo in vetrom, ladja odnese stran .
Naj pojasnimo, da se izraza ("voziti" in "odnesti") uporabljata, ko čoln spremeni smer glede na veter znotraj istega tala.
Če ladja spremeni tap, potem (in šele takrat!) Takšen manever pri jadranju imenujemo zavoj.
Obstajata dva različna načina za spremembo oprijema in s tem dva zavoja: lepljivost in zafrkavati .
Tack je obrat proti vetru. Plovilo se poganja, premec čolna prečka črto vetra, v nekem trenutku plovilo preide skozi položaj pristanišča, nato pa se uleže na drugi tap.
Jahtanje pri obračanju jibe poteka v nasprotni smeri: ladja se umakne, krma prečka mejo vetra, jadra se prestavijo na drugo stran, jahta leži na drugem pasu. Najpogosteje je to obrat iz enega polni tečaj drugega.

Jadranje v jadranju.

Ena od glavnih nalog jadralca pri delu z jadri je orientacija jadra pod optimalnim kotom glede na veter, da se kar najbolje poda naprej. Če želite to narediti, morate razumeti, kako jadro vpliva na veter.
Delo jadra je v marsičem podobno delu krila letala in poteka po zakonih aerodinamike. Za posebej radovedne jahte lahko izveste več o aerodinamiki jadra kot krila v seriji člankov:. Toda bolje je, da to storite po branju tega članka, postopoma se premikate od enostavnega k bolj zapletenemu gradivu. Toda komu to govorim? Pravi jadrnarji se ne bojijo težav. In vse lahko storite ravno nasprotno.

Glavna razlika med jadrom in letalskim krilom je v tem, da je za pojav aerodinamične sile na jadru potreben določen kot, ki ni nič, med njim in vetrom, temu kotu pravimo napadni kot. Letalsko krilo ima asimetričen profil in lahko normalno deluje pri ničelnem napadnem kotu, jadro pa ne.
V procesu pretoka vetra okoli jadra nastane aerodinamična sila, ki na koncu premakne jahto naprej.
Razmislite o delovanju jadra pri jadranju pod različnimi smeri glede na veter. Najprej si zaradi preprostosti predstavljamo, da je jambor z enim jadrom vkopan v zemljo in veter lahko usmerimo pod različnimi koti na jadro.

Vpadni kot 0°. Po jadru piha veter, jadro zavihta kot zastava. Na jadro ni aerodinamične sile, obstaja le uporna sila.
Vpadni kot 7°. Začne se pojavljati aerodinamična sila. Usmerjen je pravokotno na jadro in je še vedno majhen.
Napadni kot je približno 20°. Aerodinamična sila je dosegla največjo vrednost v velikosti, usmerjeno pravokotno na jadro.
Vpadni kot 90°. V primerjavi s prejšnjim primerom se aerodinamična sila ni bistveno spremenila niti po velikosti niti po smeri.
Tako vidimo, da je aerodinamična sila vedno usmerjena pravokotno na jadro in se njena velikost praktično ne spreminja v območju kotov od 20 do 90°.
Napadni koti, večji od 90°, niso smiselni, saj jadra na jahti običajno niso nastavljena pod takšnimi koti glede na veter.

Zgoraj podane odvisnosti aerodinamične sile od vpadnega kota so poenostavljene in v veliki meri povprečne.
Pravzaprav se te lastnosti močno razlikujejo glede na obliko jadra. Na primer, dolgo, ozko in precej ravno glavno jadro tekmovalnih jaht bo imelo največjo aerodinamično silo pri napadnem kotu približno 15°, pri višjih kotih bo sila nekoliko manjša. Če je jadro bolj trebušasto in nima zelo velikega raztezka, je lahko aerodinamična sila na njem največja pri vpadnem kotu približno 25-30 °.

Zdaj razmislite o delovanju jadra na jahti.

Za preprostost si predstavljajmo, da je na jahti samo eno jadro. Naj bo jama.
Najprej je treba pogledati, kako se obnese sistem jahta+jadro pri jadranju v najostrejših smereh glede na veter, saj to običajno poraja največ vprašanj.

Recimo, da veter deluje na jahto pod kotom 30-35 ° glede na trup. Z orientacijo jadra na smeri pod kotom približno 20° na veter bomo na njem pridobili zadostno aerodinamično silo A.
Ker ta sila deluje pravokotno na jadro, vidimo, da jahto močno vleče v stran. Če silo A razstavimo na dve komponenti, lahko vidimo, da je sila potiska naprej T nekajkrat manjša od sile, ki potiska čoln vstran (D, sila odnašanja).
Zaradi česa se v tem primeru jahta premika naprej?
Dejstvo je, da je zasnova podvodnega dela trupa taka, da je odpornost trupa na premik v bok (t.i. bočni upor) tudi večkrat večja od upora proti premikanju naprej. To olajšajo kobilica (ali sredinska deska), krmilo in sama oblika trupa.
Bočni upor pa nastane takrat, ko se je treba čemu upreti, torej da bi začelo delovati, je potreben nekaj premikanja telesa v stran, tako imenovani odnašanje vetra.

Ta premik naravno nastane pod delovanjem bočne komponente aerodinamične sile, kot odziv pa takoj nastane bočna uporna sila S, usmerjena v nasprotno smer. Praviloma se med seboj uravnotežijo pod kotom odnašanja približno 10-15°.
Tako je očitno, da bočna komponenta aerodinamične sile, ki je najbolj izrazita na ostrih smereh glede na veter, povzroča dva neželena pojava: odnašanje in rollanje vetra.

Zanašanje vetra pomeni, da trajektorija jahte ne sovpada z njeno diametralno ravnino (ravnina premera ali DP je "pameten" izraz za črto premca). Pod vetrom je nenehno premikanje jahte, gibanje je tako rekoč malo bočno.
Znano je, da pri jadranju po vleki s povprečjem vremenske razmere odnašanje vetra kot kot med DP in realno trajektorijo je približno 10-15°.

Gibanje proti vetru. Lepljenje.

Ker je jahtanje pod jadri nemogoče strogo v veter in se lahko premikate le pod določenim kotom, bi bilo lepo imeti predstavo o tem, kako močno se lahko jahta premika proti vetru v stopinjah. In kaj je temu primerno tisti nepremični sektor smeri glede na veter, v katerem je gibanje proti vetru nemogoče.
Izkušnje so pokazale, da lahko običajna jahta za križarjenje (ne dirkalna jahta) učinkovito pluje pod kotom 50-55° na pravi veter.

Torej, če je cilj, ki ga je treba doseči, strogo proti vetru, potem jahtanje do njega ne bo potekalo v ravni črti, ampak v cikcak, nato po enem, nato drugem. Hkrati pa se boste morali na vsakem koraku seveda potruditi čim bolj ostro proti vetru. Ta postopek se imenuje laminacija.

Kot med trajektorijami jaht na dveh sosednjih žepih med pripenjanjem imenujemo pripenjanje. Očitno je, da ko je ostrina gibanja proti vetru 50-55°, bo kot zvijanja 100-110°.

Vrednost kota zavijanja nam pokaže, kako učinkovito se lahko premikamo proti cilju, če je ta neposredno proti vetru. Za kot 110° se na primer pot do cilja poveča za 1,75-krat v primerjavi s premikanjem po ravni črti.

Uspešnost jadra na drugih smereh glede na veter

Očitno že na tečaju Gulfwind potisna sila T bistveno presega silo odnašanja D, tako da bo drift in roll majhna.

Pri backstay se, kot vidimo, ni tako veliko spremenilo v primerjavi s smerjo Gulfwind. Glavno jadro je postavljeno v položaj skoraj pravokotno na DP in ta položaj je za večino jaht meja, še dlje ga je tehnično nemogoče razmestiti.

Položaj glavnega jadra na smeri jibe se ne razlikuje od položaja na smeri zadaj.
Tu zaradi preprostosti pri obravnavanju fizike procesa v jadrnici upoštevamo samo eno jadro – glavno jadro. Običajno ima jahta dve jadri - glavno jadro in stojalo (prednje jadro). Torej je na jibe tečaju stajno jadro (če se nahaja na isti strani kot glavno jadro) v senci vetra od glavnega jadra in praktično ne deluje. To je eden od več razlogov, zakaj jibe ne marajo jahtarjev.