Jak se daří plachetnicím plout proti větru? Síly působící na trup a plachty jachty Jak plavou plachetnice proti větru.

Větry, které jsou v jižní části Tichý oceán fouká západním směrem. Proto byl náš itinerář navržen tak, aby plachetní jachta"Julie" se pohybují z východu na západ, tedy tak, aby vítr foukal do zad.

Když se však podíváte na naši trasu, všimnete si, že často, například při přesunu z jihu na sever ze Samoy do Tokelau, jsme se museli pohybovat kolmo na vítr. A někdy se směr větru úplně změnil a člověk musel jít proti větru.

Juliina cesta

Co dělat v tomto případě?

Plachetnice již dávno mohly plout proti větru. Dlouho dobře a jednoduše o tom psal klasik Yakov Perelman ve své Druhé knize ze série Zábavná fyzika. Tento kousek zde cituji doslovně s obrázky.

„Plavba proti větru

Je těžké si představit, jak mohou plachetnice jet "proti větru" - nebo, slovy námořníků, "táhnout". Je pravda, že námořník vám řekne, že nemůžete plout přímo proti větru, ale můžete se pohybovat pouze v ostrém úhlu ke směru větru. Ale tento úhel je malý - asi čtvrtina pravého úhlu - a zdá se možná stejně nepochopitelné: zda plout přímo proti větru nebo pod úhlem 22 ° k němu.

Ve skutečnosti to ale není lhostejné a my si nyní vysvětlíme, jak je možné se k němu pod mírným úhlem posunout silou větru. Uvažujme nejprve, jak vítr působí na plachtu obecně, tedy kam plachtu tlačí, když na ni fouká. Pravděpodobně si myslíte, že vítr vždy tlačí plachtu směrem, kterým fouká. Ale není tomu tak: kamkoli vítr fouká, tlačí plachtu kolmo k rovině plachty. Skutečně: nechte vítr vanout ve směru, který ukazují šipky na obrázku níže; čára AB představuje plachtu.

Vítr tlačí plachtu vždy v pravém úhlu k její rovině.

Protože vítr tlačí rovnoměrně po celé ploše plachty, nahradíme tlak větru silou R působící na střed plachty. Tuto sílu rozložíme na dvě: sílu Q, kolmou k plachtě, a sílu P, směřující podél ní (viz obrázek nahoře vpravo). Poslední síla plachtu nikam netlačí, protože tření větru o plátno je zanedbatelné. Zůstává zde síla Q, která k ní tlačí plachtu v pravém úhlu.

Když to víme, snadno pochopíme, jak může plachetnice jet v ostrém úhlu proti větru. Nechť čára KK představuje kýlovou linii lodi.

Jak můžeš plout proti větru.

Vítr vane pod ostrým úhlem k této čáře ve směru označeném řadou šipek. Čára AB představuje plachtu; je umístěn tak, že jeho rovina půlí úhel mezi směrem kýlu a směrem větru. Pro rozložení sil postupujte podle diagramu. Tlak větru na plachtu znázorňujeme silou Q, která, jak víme, by měla být kolmá na plachtu. Tuto sílu rozložíme na dvě: sílu R, kolmou ke kýlu, a sílu S, směřující dopředu podél kýlové linie lodi. Protože pohyb plavidla ve směru R naráží na silný odpor vody (kýl dovnitř plachetnice se stává velmi hlubokou), pak je síla R téměř zcela vyvážena odporem vody. Zůstává pouze síla S, která, jak vidíte, směřuje dopředu, a proto pohybuje lodí pod úhlem, jakoby proti větru. [Lze ukázat, že síla S je největší, když rovina plachty půlí úhel mezi směry kýlu a větru.]. Obvykle se tento pohyb provádí klikatě, jak je znázorněno na obrázku níže. V řeči námořníků se takovému pohybu plavidla říká „tacking“ v užším slova smyslu.

Pojďme se nyní na vše podívat možné směry větru vzhledem ke směru lodi.

Diagram kurzů lodi vzhledem k větru, tedy úhlu mezi směrem větru a vektorem od zádi k přídi (kurzu).

Když vítr fouká do obličeje (protivítr), plachty visí ze strany na stranu a není možné s plachtou hýbat. Samozřejmě můžete vždy spustit plachty a zapnout motor, ale to už není pro plachtění aktuální.

Když vítr fouká přesně zezadu (jibe, zadní vítr), rozptýlené molekuly vzduchu vyvíjejí tlak na plachtu z jedné strany a loď se pohybuje. V tomto případě se loď může pohybovat pouze pomaleji, než je rychlost větru. Funguje zde obdoba jízdy na kole ve větru – vítr fouká do zad a lépe se šlape.

Plachta se při pohybu proti větru (vytahování) nepohybuje tlakem molekul vzduchu na plachtu zezadu, jako v případě jibe, ale vztlakovou silou, která vzniká v důsledku různých rychlostí vzduchu na obou. strany podél plachty. Loď se přitom kvůli kýlu nepohybuje ve směru kolmém na kurz lodi, ale pouze vpřed. To znamená, že plachta v tomto případě není deštník jako v případě badewindu, ale křídlo letadla.

Při našich průjezdech jsme většinou pluli s backstay a gulfwinds průměrnou rychlostí 7-8 uzlů při rychlosti větru 15 uzlů. Někdy jsme šli proti větru, polovětru a ostře. A když vítr utichl, zapnuli motor.

Obecně platí, že loď s plachtou jedoucí proti větru není zázrak, ale realita.

Nejzajímavější je, že lodě mohou jet nejen proti větru, ale dokonce rychleji než vítr. To se stane, když se loď vzdálí a vytvoří svůj vlastní vítr.

"Spravedlivý vítr!" - přejeme všem námořníkům a zcela marně: když fouká vítr ze zádi, jachta není schopna vyvinout maximální rychlost. Pomohl jsem vytvořit toto schéma. Vadim Ždan, profesionální kapitán, závodník, organizátor a hostitel jachtařských regat. Přečtěte si popisky na diagramu, abyste to zjistili.

2. Tah plachty je způsoben dvěma faktory. Za prvé, vítr prostě tlačí na plachty. Za druhé, šikmé plachty, instalované na většině moderních jachet, fungují při obtékání vzduchem jako křídlo letadla, a jen ten nesměřuje nahoru, ale dopředu. Díky aerodynamice se vzduch na konvexní straně plachty pohybuje rychleji než na konkávní straně a tlak na vnější stranu plachty je menší než na vnitřní.

3. Plná síla generovaná plachtou směřuje kolmo k plátnu. Podle pravidla vektorového sčítání je možné v něm rozlišit driftovou sílu (červená šipka) a přítlačnou sílu (zelená šipka).

5. Aby jachta šla přísně proti větru, obrací se: obrací se proti větru jednou nebo druhou stranou a pohybuje se vpřed po segmentech - cvocích. Jak dlouhé by měly být směry a pod jakým úhlem proti větru jít – důležité otázky taktiky kapitánů.

9. Gulfwind– vítr fouká kolmo ke směru jízdy.

11. jibe– stejný zadní vítr vanoucí ze zádi. Na rozdíl od očekávání nejde o nejrychlejší kurz: zde se nepoužívá zdvih plachty a teoretický limit rychlosti nepřekračuje rychlost větru. Zkušený skipper dokáže stejným způsobem předvídat neviditelné vzdušné proudy

Než přistoupíme k úvahám o fungování plachty, je nutné se zastavit u dvou krátkých, ale důležitých bodů:
1. Určete, jaký druh větru ovlivňuje plachty.
2. Povězte o specifické námořní terminologii spojené s kursy ve vztahu k větru.

Pravé a praporové větry v jachtingu.

Vítr, který působí na pohybující se loď a vše na ní, se liší od větru, který působí na jakýkoli stacionární objekt.
Ve skutečnosti vítr jako atmosférický jev vanoucí vzhledem k zemi nebo vodě nazýváme skutečný vítr.
V jachtingu se vítr ve vztahu k pohybující se jachtě nazývá vlajkový vítr a je součtem pravý vítr a přicházející proud vzduchu způsobený pohybem plavidla.
Zdánlivý vítr vždy vane pod ostřejším úhlem k lodi než skutečný vítr.
Rychlost zdánlivého větru může být větší (pokud je skutečný vítr protivítr nebo boční vítr), nebo nižší než skutečný vítr (pokud je ze správných směrů).

Směry vzhledem k větru.

ve větru znamená ze směru větru.
pod větrem na straně, ze které fouká vítr.
Tyto výrazy, stejně jako jejich odvozeniny, jako „návětrný“, „závětrný“, se používají velmi široce, a to nejen v jachtingu.
Když se tyto termíny použijí na loď, je také obvyklé mluvit o návětrných a závětrných stranách.
Pokud vítr fouká z pravoboku jachty, pak se tato strana nazývá návětrný, levá strana - závětří resp.
Levý a pravý směr větru jsou dva pojmy, které přímo souvisejí s předchozími: pokud vítr fouká na pravý bok plavidla, pak říkají, že je na pravém větru, pokud na levém, tak na levém.
V anglické námořní terminologii se to, co je spojeno s pravobokem a levobokem, liší od obvyklého Right and Left. O pravoboku a všem, co s tím souvisí, se říká pravobok, o levé straně - přístav.

Větrné kurzy.

Kurzy větru se liší v závislosti na úhlu mezi směrem zdánlivého větru a směrem lodi. Lze je rozdělit na ostré a plné.

Badewind - ostrý kurz vzhledem k větru. když vítr vane pod úhlem menším než 80°. Může být tažený (až 50°) a plný (50 až 80°).
Kurzy plného větru jsou kurzy, kdy vítr fouká pod úhlem 90° nebo větším ke směru lodi.
Tyto kurzy zahrnují:
Gulfwind - vítr vane pod úhlem 80 až 100°.
Backstay - vítr fouká pod úhlem 100 až 150° (strmá backstay) a 150 až 170° (plná backstay).
jibe - vítr fouká dozadu pod úhlem větším než 170°.
Leventik - vítr se blíží nebo je blízko něj. Vzhledem k tomu, že se plachetnice nemůže pohybovat proti takovému větru, nazývá se častěji ne kurz, ale poloha vzhledem k větru.

Větrné manévry.

Když jachta pod plachtami změní svůj kurz tak, že se úhel mezi větrem a směrem zmenšuje, říká se, že loď je je dáno. Jinými slovy, směr znamená jít pod ostřejším úhlem vůči větru.
Pokud dojde k opačnému procesu, tj. jachta změní kurz ve směru zvětšování úhlu mezi ní a větrem, loď nese pryč .
Ujasněme si, že výrazy („drive“ a „odskočit“ se používají, když loď mění směr vzhledem k větru na stejném větru.
Pokud loď změní směr, pak (a teprve tehdy!) se takovému manévru v jachtingu říká obrat.
Existují dva různé způsoby, jak změnit směr, a tedy dvě zatáčky: připínáček a jibe .
Tack je obrat proti větru. Plavidlo je řízeno, příď člunu překročí linii větru, v určitém okamžiku plavidlo projde postavením přístavu, za nímž leží na druhém větru.
Jachting při jibingu probíhá opačně: loď se odvalí, záď překročí čáru větru, plachty se přemístí na druhou stranu, jachta leží na druhém větru. Nejčastěji se jedná o obrat z jednoho úplného kurzu do druhého.

Plachtění v jachtingu.

Jedním z hlavních úkolů námořníka při práci s plachtami je orientovat plachtu pod optimálním úhlem vůči větru, aby se dostala co nejlépe vpřed. Chcete-li to provést, musíte pochopit, jak plachta interaguje s větrem.
Práce plachty je v mnoha ohledech podobná práci křídla letadla a probíhá podle zákonů aerodynamiky. Pro zvláště zvídavé jachtaře se můžete dozvědět více o aerodynamice plachty jako křídla v sérii článků:. Ale je lepší to udělat po přečtení tohoto článku a postupně přejít od snadného ke složitějšímu materiálu. Ale komu to říkám? Skuteční jachtaři se obtíží nebojí. A všechno můžete dělat přesně naopak.

Hlavní rozdíl mezi plachtou a křídlem letadla je ten, že pro vznik aerodynamické síly na plachtě je potřeba určitý nenulový úhel mezi ní a větrem, tento úhel se nazývá úhel náběhu. Křídlo letadla má asymetrický profil a může normálně fungovat při nulovém úhlu náběhu, ale plachta nikoli.
V procesu proudění větru kolem plachty vzniká aerodynamická síla, která nakonec pohne jachtu vpřed.
Zvažte práci plachty v jachtingu v různých kurzech vzhledem k větru. Nejprve si pro jednoduchost představme, že stěžeň s jednou plachtou je zarytý do země a můžeme směrovat vítr pod různými úhly na plachtu.

Úhel náběhu 0°. Vítr fouká podél plachty, plachta mává jako vlajka. Na plachtu nepůsobí aerodynamická síla, působí pouze odporová síla.
Úhel náběhu 7°. Začíná se objevovat aerodynamická síla. Směřuje kolmo k plachtě a je stále malých rozměrů.
Úhel náběhu je asi 20°. Aerodynamická síla dosáhla maximální hodnoty ve velikosti, směřující kolmo k plachtě.
Úhel náběhu 90°. Ve srovnání s předchozím případem se aerodynamická síla výrazně nezměnila ani ve velikosti, ani ve směru.
Vidíme tedy, že aerodynamická síla směřuje vždy kolmo k plachtě a její hodnota se v rozsahu úhlů od 20 do 90° prakticky nemění.
Úhly náběhu větší než 90° nedávají smysl, protože plachty na jachtě nejsou obvykle nastaveny v takových úhlech vůči větru.

Výše uvedené závislosti aerodynamické síly na úhlu náběhu jsou do značné míry zjednodušeny a zprůměrovány.
Ve skutečnosti se tyto vlastnosti výrazně liší v závislosti na tvaru plachty. Například dlouhá, úzká a spíše plochá hlavní plachta závodních jachet bude mít maximální aerodynamickou sílu při úhlu náběhu cca 15°, při vyšších úhlech bude síla poněkud menší. Pokud je plachta více břichatá a nemá příliš velké prodloužení, pak aerodynamická síla na ní může být maximální při úhlu náběhu cca 25-30°.

Nyní zvažte fungování plachty na jachtě.

Pro zjednodušení si představme, že na jachtě je pouze jedna plachta. Ať je to jeskyně.
První věc, na kterou je třeba se podívat, je, jak se systém jachta+plachta chová při plavbě v nejostřejších kurzech vzhledem k větru, protože to obvykle vyvolává nejvíce otázek.

Řekněme, že vítr působí na jachtu pod úhlem 30-35° k trupu. Orientací plachty na kurzu pod úhlem přibližně 20° k větru na ní získáme dostatečnou aerodynamickou sílu A.
Jelikož tato síla působí v pravém úhlu k plachtě, vidíme, že táhne jachtu silně do strany. Rozložením síly A na dvě složky můžete vidět, že dopředná přítlačná síla T je několikrát menší než síla tlačící loď do strany (D, driftová síla).
Kvůli čemu se v tomto případě jachta posouvá vpřed?
Faktem je, že konstrukce podvodní části trupu je taková, že odpor trupu proti pohybu do strany (tzv. boční odpor) je také mnohonásobně větší než odpor proti pohybu vpřed. Tomu napomáhá kýl (nebo středová deska), kormidlo a samotný tvar trupu.
K bočnímu odporu však dochází, když je čemu vzdorovat, tedy aby to začalo fungovat, je nutný určitý posun těla do strany, tzv. snos větru.

Toto posunutí přirozeně vzniká působením boční složky aerodynamické síly a jako odezva okamžitě vzniká boční odporová síla S, směřující v opačném směru. Zpravidla se vzájemně vyrovnávají pod úhlem snosu asi 10-15°.
Je tedy zřejmé, že boční složka aerodynamické síly, která je nejvýraznější na ostrých tratích vůči větru, způsobuje dva nežádoucí jevy: unášení a převalování větru.

Unášení větru znamená, že trajektorie jachty se neshoduje s její diametrální rovinou (diametrální rovina, nebo DP, je „chytrý“ termín pro linii přídě-záď). Dochází k neustálému posunu jachty pod větrem, pohyb je jakoby trochu bokem.
Je známo, že při jachtingu na taženém kurzu s průměrem povětrnostní podmínky snos větru jako úhel mezi DP a skutečnou trajektorií je asi 10-15°.

Pohybující se proti větru. Tacking.

Vzhledem k tomu, že jachting pod plachtami není možný striktně proti větru a můžete se pohybovat pouze pod určitým úhlem, bylo by dobré mít představu o tom, jak ostře se může jachta pohybovat po větru ve stupních. A co je tedy ten nepohyblivý sektor kurzů vzhledem k větru, ve kterém je pohyb proti větru nemožný.
Zkušenosti ukázaly, že běžná cestovní jachta (nikoli závodní jachta) může efektivně plout pod úhlem 50-55° vůči skutečnému větru.

Pokud je tedy cíl, kterého má být dosaženo, přísně proti větru, jachting k němu nebude probíhat po přímce, ale v cikcaku, pak jeden směr, pak druhý. Zároveň se samozřejmě na každém cvaku budete muset snažit jít co nejostřeji proti větru. Tento proces se nazývá laminace.

Úhel mezi trajektoriemi jachet na dvou sousedních obratech během obratu se nazývá obrat. Je zřejmé, že když je ostrost pohybu vůči větru 50-55°, úhel náklonu bude 100-110°.

Hodnota úhlu náklonu nám ukazuje, jak efektivně se můžeme pohybovat směrem k cíli, pokud je přímo proti větru. Například pro úhel 110° se dráha k cíli zvětší 1,75krát ve srovnání s pohybem po přímce.

Výkon plachty na jiných kurzech vzhledem k větru

Je zřejmé, že již na kurzu Gulfwind tahová síla T výrazně převyšuje driftovou sílu D, takže drift a náklon budou malé.

S backstay, jak vidíme, se oproti kurzu Gulfwind tolik nezměnilo. Hlavní plachta je umístěna v poloze téměř kolmé na DP a tato poloha je u většiny jachet limitní, nasadit ji ještě dále je technicky nemožné.

Poloha hlavní plachty na kurzu jibe se neliší od pozice na kurzu backstay.
Zde pro jednoduchost, při zvažování fyziky procesu v jachtingu, bereme v úvahu pouze jednu plachtu - hlavní plachtu. Typicky má jachta dvě plachty - hlavní plachtu a pevnou plachtu (přední plachta). Takže na kurzu jibe je staysail (pokud je umístěna na stejné straně jako hlavní plachta) ve větrném stínu od hlavní plachty a prakticky nefunguje. To je jeden z několika důvodů, proč jibe jachtaři nemají rádi.

HNACÍ SÍLA VĚTRU

Na stránkách NASA byly zveřejněny velmi zajímavé materiály o různých faktorech ovlivňujících vznik vztlaku křídlem letadla. Existují také interaktivní grafické modely, které demonstrují, že vztlak může být generován také symetrickým křídlem v důsledku vychýlení proudění.

Plachta, která je vůči proudu vzduchu pod úhlem, ji vychyluje (obr. 1d). Při průchodu „horní“, závětrnou stranou plachty, proudí vzduch delší dráhou a v souladu s principem plynulosti proudění se pohybuje rychleji než z návětrné, „spodní“ strany. Výsledkem je menší tlak na závětrné straně plachty než na návětrné straně.

Při přehazování, s plachtou nastavenou kolmo ke směru větru, je nárůst tlaku na návětrné straně větší než pokles tlaku na závětrné straně, jinými slovy, vítr jachtu více tlačí, než táhne. Jak se loď ostřeji otočí do větru, tento poměr se změní. Pokud tedy vítr fouká kolmo ke směru lodi, zvýšení tlaku v plachtě směrem k větru má menší vliv na rychlost než snížení tlaku v závětří. Jinými slovy, plachta jachtu více táhne, než tlačí.

Pohyb jachty nastává kvůli skutečnosti, že vítr interaguje s plachtou. Analýza této interakce vede k neočekávaným, pro mnoho začátečníků, výsledkům. Ukazuje se, že maximální rychlosti je dosaženo, vůbec ne, když vítr fouká přesně zezadu, ale přání „zadního větru“ má zcela nečekaný význam.

Plachta i kýl při interakci s prouděním vzduchu nebo vody vytvářejí vztlakovou sílu, a proto lze pro optimalizaci jejich práce použít teorii křídel.

HNACÍ SÍLA VĚTRU

Proud vzduchu má kinetickou energii a díky interakci s plachtami je schopen pohybovat jachtou. Práci plachty i křídla letadla popisuje Bernoulliho zákon, podle kterého zvýšení rychlosti proudění vede k poklesu tlaku. Při pohybu ve vzduchu křídlo odděluje proudění. Část obchází křídlo shora, část zespodu. Křídlo letadla je navrženo tak, že proudění vzduchu nad horní částí křídla se pohybuje rychleji než proudění vzduchu pod spodní stranou křídla. Výsledkem je, že tlak nad křídlem je mnohem nižší než pod. Rozdíl tlaků je vztlaková síla křídla (obr. 1a). Díky složitému tvaru je křídlo schopno generovat vztlak i při proříznutí proudění, které se pohybuje rovnoběžně s rovinou křídla.

Plachta může jachtou pohybovat pouze tehdy, je-li pod určitým úhlem vůči proudu a vychyluje jej. Otázkou zůstává, která část zdvihové síly je spojena s Bernoulliho efektem a která je výsledkem vychýlení proudění. Podle klasické teorie křídla vztlaková síla vzniká výhradně jako výsledek rozdílu rychlostí proudění nad a pod asymetrickým křídlem. Zároveň je dobře známo, že symetrické křídlo je také schopno vytvářet vztlak, pokud je instalováno pod určitým úhlem k proudění (obr. 1b). V obou případech se úhel mezi čárou spojující přední a zadní bod křídla a směrem proudění vzduchu nazývá úhel náběhu.

Vztlaková síla roste s úhlem náběhu, tato závislost však funguje pouze pro malé hodnoty tohoto úhlu. Jakmile úhel náběhu překročí určitou kritickou úroveň a dojde k zastavení proudění, vytvoří se na horní ploše křídla četné víry a vztlaková síla prudce klesá (obr. 1c).

Vodáci vědí, že jibe není nejrychlejší kurz. Pokud vítr stejné síly fouká pod úhlem 90 stupňů vůči kurzu, loď se pohybuje mnohem rychleji. Na poklonu závisí síla, kterou vítr tlačí na plachtu, na rychlosti jachty. Vítr maximální silou tlačí na plachtu stojící jachty (obr. 2a). S rostoucí rychlostí tlak na plachtu klesá a stává se minimální, když jachta dosáhne své maximální rychlosti (obr. 2b). maximální rychlost jibe na kurzu je vždy menší než rychlost větru. Existuje pro to několik důvodů: za prvé, tření, při jakémkoli pohybu je část energie vynaložena na překonání různých sil, které brání pohybu. Ale hlavní věc je, že síla, kterou vítr tlačí na plachtu, je úměrná druhé mocnině zdánlivé rychlosti větru a zdánlivá rychlost větru na výložníku se rovná rozdílu mezi rychlostí skutečného větru a rychlostí. jachty.

Na gulfwind kurzu (v úhlu 90º k větru) se plachetní jachty mohou pohybovat rychleji než vítr. V rámci tohoto článku nebudeme diskutovat o vlastnostech praporkového větru, pouze poznamenáme, že na kurzu Gulfwind závisí síla, kterou vítr tlačí na plachty, v menší míře na rychlosti jachty ( Obr. 2c).

Hlavním faktorem, který brání zvýšení rychlosti, je tření. Plachetnice s malým odporem proto mohou dosáhnout rychlosti mnohem vyšší než vítr, ale ne na přehazování. Například buer, vzhledem k tomu, že brusle mají zanedbatelnou odolnost proti skluzu, může zrychlit na rychlost 150 km / h při rychlosti větru 50 km / h nebo dokonce méně.

Vysvětlení fyziky plachtění: Úvod

ISBN 1574091700, 9781574091700

Neméně důležitá než odpor trupu je tažná síla vyvinutá plachtami. Abychom si práci plachet lépe představili, seznamme se se základními pojmy teorie plachet.

O hlavních silách působících na plachty jachty plující se zadním větrem (gybe) a s protivětrem (haul) jsme již hovořili. Bylo zjištěno, že síla působící na plachty se dá rozložit na sílu, která způsobuje převalování a snášení jachty po větru, sílu snášení a sílu tahu (viz obr. 2 a 3).

Nyní se podívejme, jak se to určuje plnou sílu tlak větru na plachty a na čem závisí tahové síly a drift.

Pro představu fungování plachty na ostrých kurzech je vhodné nejprve uvažovat plochou plachtu (obr. 94), na kterou působí tlak větru pod určitým úhlem náběhu. V tomto případě se za plachtou tvoří víry, na její návětrné straně vznikají tlakové síly a na závětrné straně se objevují síly redukce. Jejich výsledné R směřuje přibližně kolmo k rovině plachty. Pro správné pochopení fungování plachty je vhodné ji znázornit jako výslednici dvou složek sil: X-směrované rovnoběžně s prouděním vzduchu (vítr) a Y-kolmo k němu.

Síla X, směřující rovnoběžně s prouděním vzduchu, se nazývá odporová síla; tvoří ji kromě plachty také trup, takeláž, ráhna a posádka jachty.

Síla Y, směřující kolmo k proudění vzduchu, se v aerodynamice nazývá vztlak. Je to ona, kdo na ostrých kurzech vytváří tah ve směru pohybu jachty.

Jestliže se při stejném odporu plachty X (obr. 95) vztlaková síla zvýší např. na hodnotu Y1, pak, jak je znázorněno na obrázku, se výsledný vztlak a odpor změní o R a podle toho se přítlačná síla T se zvýší na T1.

Taková konstrukce umožňuje snadno ověřit, že se zvýšením odporu X (při stejné zvedací síle) klesá tah T.

Existují tedy dva způsoby, jak zvýšit tažnou sílu, a tedy i rychlost na ostrých kurzech: zvýšení zvedací síly plachty a snížení odporu plachty a jachty.

V moderním jachtingu se zvedací síla plachty zvyšuje tím, že jí dává konkávní tvar s určitým „břichem“ (obr. 96): velikost od stěžně po největší hluboké místo"Břicho" je obvykle 0,3-0,4 šířky plachty a hloubka "břicha" je asi 6-10% šířky. Vztlaková síla takové plachty je o 20-25% větší než u zcela ploché plachty s téměř stejným odporem. Pravda, jachta s plochými plachtami jede trochu strměji proti větru. U plachet typu „pot-bellied“ je však rychlost postupu do větru větší díky většímu tahu.

Rýže. 96. Profil plachty

Všimněte si, že u plachet s kulatým břichem se zvyšuje nejen trakce, ale také síla driftu, což znamená, že náklon a drift u jachet s kulatými plachtami je větší než u relativně plochých. Plachta „pot-bellied“ o více než 6–7 % v silném větru je proto nerentabilní, protože zvýšení náklonu a driftu vede k výraznému zvýšení odporu trupu a snížení účinnosti plachet, které „jíst nahoru“ efekt zvýšeného tahu. Při slabém větru jsou plachty s „břichem“ 9-10 % taženy lépe, protože díky nízkému celkovému tlaku větru na plachtu je náklon malý.

Jakákoli plachta pod úhlem náběhu větším než 15-20 °, to znamená při kursech jachet 40-50 ° vůči větru a více, vám umožňuje snížit vztlak a zvýšit odpor, protože na závětrné straně se tvoří výrazné turbulence. A protože hlavní část vztlakové síly je tvořena plynulým, bez turbulencí, obtékáním závětrné strany plachty, mělo by mít zničení těchto turbulencí velký efekt.

Zničí turbulence, které se tvoří za hlavní plachtou nastavením stabilizační plachty (obr. 97). Proud vzduchu vstupující do mezery mezi hlavní a lodní plachtou zvyšuje svou rychlost (tzv. tryskový efekt) a při správném nastavení plachty „olizuje“ víry z hlavní plachty.

Rýže. 97. Staysail práce

Profil měkké plachty je obtížné udržet stejný při různých úhlech náběhu. Dříve byly čluny vybaveny průchozím pancířem procházejícím celou plachtou - byly vyrobeny tenčí v „břichu“ a tlustší směrem k pijavici, kde je plachta mnohem plošší. Nyní se through armor instaluje především na ledové čluny a katamarany, kde je zvláště důležité zachovat profil a tuhost plachty při nízkých úhlech náběhu, kdy se běžná plachta již máchá podél předního lemu.

Pokud je zdrojem vztlaku pouze plachta, pak odpor vzniká vším, co se děje v proudu vzduchu kolem jachty. Zlepšení trakčních vlastností plachty lze proto dosáhnout také snížením odporu trupu jachty, nosníků, takeláže a posádky. K tomuto účelu se na nosníky a takeláž používají různé druhy aerodynamických krytů.

Velikost odporu na plachtě závisí na jejím tvaru. Podle zákonů aerodynamiky je odpor křídla letadla tím menší, čím je užší a delší při stejné ploše. Proto se plachta (v podstatě stejné křídlo, ale nasazená vertikálně) snaží být vysoká a úzká. To také umožňuje využít jízdní vítr.

Odpor plachty závisí do značné míry na stavu její náběžné hrany. Přední lemy všech plachet musí být pevně zabaleny, aby se zabránilo možnosti vibrací.

Je potřeba zmínit ještě jednu velmi důležitou okolnost - tzv. centrování plachet.

Z mechaniky je známo, že jakákoli síla je určena její velikostí, směrem a místem působení. Zatím jsme mluvili pouze o velikosti a směru sil působících na plachtu. Jak uvidíme později, znalost aplikačních bodů je nezbytná pro pochopení toho, jak plachty fungují.

Tlak větru je po povrchu plachty rozložen nerovnoměrně (na její přední část působí větší tlak), avšak pro zjednodušení srovnávacích výpočtů se uvažuje, že je rozložen rovnoměrně. Pro přibližné výpočty se předpokládá, že výsledná síla tlaku větru na plachty působí na jeden bod; bere se jako těžiště povrchu plachet, když jsou umístěny v diametrální rovině jachty. Tento bod se nazývá střed větru (CP).

Zastavme se u nejjednoduššího grafického způsobu určení polohy CPU (obr. 98). Nakreslete plachtu jachty ve správném měřítku. Potom na průsečíku střednic - čar spojujících vrcholy trojúhelníku se středy protilehlých stran - najděte střed každé plachty. Po získání středů O a O1 na výkrese dvou trojúhelníků, které tvoří hlavní plachtu a výztužnou plachtu, jsou těmito středy nakresleny dvě rovnoběžné čáry OA a O1B a položeny v opačných směrech v libovolném, ale stejném měřítku jako mnoho lineárních jednotek. jako čtvereční metry v trojúhelníku; od středu jeskyně leží oblast kotvící plachty a od středu kotvící plachty - oblast jeskyně. Koncové body A a B jsou spojeny přímkou ​​AB. Další přímka - O1O spojuje středy trojúhelníků. Na křižovatce linek A B a O1O bude společný střed.

Rýže. 98. Grafický způsob zjištění středu větru

Jak jsme již řekli, driftové síle (budeme ji uvažovat aplikovanou ve středu větru) působí síla bočního odporu trupu jachty. Síla bočního odporu se považuje za působící ve středu bočního odporu (CLC). Středem bočního odporu je těžiště průmětu podvodní části jachty na diametrální rovinu.

Střed bočního odporu lze nalézt vyříznutím obrysu podvodní části jachty ze silného papíru a umístěním tohoto modelu na čepel nože. Když je model vyvážený, lehce jej zatlačte, poté otočte o 90° a znovu vyvažte. Průsečík těchto čar nám udává střed bočního odporu.

Když jachta jede bez náklonu, CPU by mělo ležet na stejné vertikální čáře s CBS (obr. 99). Pokud CPU leží před CBS (obr. 99, b), pak driftová síla, posunutá dopředu vzhledem k boční odporové síle, otočí příď plavidla proti větru - jachta odletí. Pokud je CPU za CBS, jachta se otočí přídí proti větru nebo bude řízena (obr. 99, c).

Rýže. 99. Zarovnání jachet

Jak přílišné naklonění proti větru, tak zejména odklonění (nesprávné vystředění) škodí chodu jachty, protože nutí kormidelníka neustále makat volantem, aby byla zachována přímost pohybu, a to zvyšuje odpor trupu a snižuje rychlost plavidla. Nesprávné vycentrování navíc vede ke zhoršení ovladatelnosti, v některých případech až k její úplné ztrátě.

Pokud vycentrujeme jachtu, jak je znázorněno na obr. 99, a, to znamená, že CPU a CBS budou ve stejné vertikále, pak bude loď poháněna velmi silně a bude velmi obtížné ji ovládat. Co se děje? Jsou zde dva hlavní důvody. Za prvé, skutečné umístění CPU a CLS se neshoduje s teoretickým (oba středy jsou posunuty dopředu, ale ne stejně).

Za druhé, a to je hlavní, při náklonu se ukazuje, že tažná síla plachet a síla podélného odporu trupu leží v různých vertikální roviny(obr. 100), ukazuje se jako páka, která nutí jachtu řídit. Čím větší je seznam, tím větší je sklon plavidla k řízení.

Pro odstranění takového obsazení je CPU umístěno před CBS. Moment tažné síly a podélného odporu vznikající při náklonu, který způsobuje jízdu jachty, je kompenzován záchytným momentem driftových sil a bočním odporem s předním umístěním CPU. Pro dobré vystředění musí být CPU umístěn před CLS ve vzdálenosti rovnající se 10-18 % délky jachty podél vodorysky. Čím méně je jachta stabilní a čím výše je CPU zvednuté nad CBS, tím více je třeba ji posunout dopředu.

Aby se jachta dobře pohybovala, musí být vycentrovaná, to znamená dát CPU a CLS do takové polohy, ve které byla loď na taženém kurzu v mírném větru zcela vyvážena plachtami, jinými slovy , byla stabilní na kurzu s kormidlem nahozeným nebo zafixovaným v DP (při velmi slabém větru je povolena mírná tendence k odklonu) a při silnějším větru měla tendenci se kutálet. Každý kormidelník musí umět jachtu správně vycentrovat. U většiny jachet se tendence k vyostření zvyšuje, pokud jsou zadní plachty přetaženy a přední plachty spuštěny. Pokud jsou přední plachty přetaženy a zadní plachty přetaženy, loď odpluje. S nárůstem "pot-bellied" hlavní plachty, stejně jako špatně stojící plachty, bývá jachta řízena ve větší míře.

Rýže. 100. Vliv náklonu na navádění jachty proti větru