Yelkanli qayiqlar qanday qilib shamolga qarshi suzib yurishadi? Yaxtaning korpusi va yelkanlarida harakat qiluvchi kuchlar Yelkanli qayiqlar shamolga qarshi qanday suzadi.
Janubda esayotgan shamollar tinch okeani g'arbiy yo'nalishda esadi. Shuning uchun bizning marshrutimiz shunday tuzilgan yelkanli yaxta"Juliet" sharqdan g'arbga, ya'ni shamol orqada esayotgani uchun harakat qiladi.
Ammo, agar siz bizning marshrutimizga qarasangiz, ko'pincha, masalan, janubdan shimolga Samoadan Tokelauga o'tayotganda, biz shamolga perpendikulyar harakat qilishimiz kerakligini payqadingiz. Va ba'zida shamol yo'nalishi butunlay o'zgarib ketdi va siz shamolga qarshi borishingiz kerak edi.
Julietning marshruti
Bu holatda nima qilish kerak?
Yelkanli kemalar qadimdan shamolga qarshi suzib yura olgan. Klassik Yakov Perelman bu haqda uzoq vaqt davomida yaxshi va oddiygina "Ko'ngilochar fizika" seriyasidagi ikkinchi kitobida yozgan. Bu asarni rasmlar bilan so'zma-so'z keltiraman.
"Shamolga qarshi suzish
Yelkanli kemalar qanday qilib "shamolga qarshi" ketishini yoki dengizchilarning so'zlariga ko'ra, "tashib" ketishini tasavvur qilish qiyin. To'g'ri, dengizchi sizga to'g'ridan-to'g'ri shamolga suzib keta olmasligingizni aytadi, lekin siz faqat shamol yo'nalishiga o'tkir burchak ostida harakat qilishingiz mumkin. Ammo bu burchak kichik - to'g'ri burchakning to'rtdan bir qismi - va u xuddi shunday tushunarsiz ko'rinadi: to'g'ridan-to'g'ri shamolga qarshi yoki unga 22 ° burchak ostida suzib yurish kerakmi.
Biroq, aslida, bu befarq emas va biz endi shamol kuchi bilan qanday qilib engil burchak ostida unga qarab harakat qilish mumkinligini tushuntiramiz. Keling, avvalambor, shamolning yelkanda qanday ta'sir qilishini, ya'ni yelkanni esganda qayerga surishini ko'rib chiqaylik. Siz shamol doimo yelkanni o'zi esayotgan tomonga suradi deb o'ylayotgandirsiz. Ammo bu unday emas: shamol qayerga essa, yelkanni yelkan tekisligiga perpendikulyar suradi. Haqiqatan ham: shamol quyidagi rasmdagi o'qlar bilan ko'rsatilgan yo'nalishda essin; AB chizig'i yelkanni ifodalaydi.
Shamol yelkanni har doim tekisligiga to'g'ri burchak ostida itaradi.
Shamol yelkanning butun yuzasi bo'ylab bir tekis surilganligi sababli, biz shamol bosimini yelkanning o'rtasiga qo'llaniladigan R kuchi bilan almashtiramiz. Biz bu kuchni ikkiga ajratamiz: yelkanga perpendikulyar bo'lgan Q kuchi va uning bo'ylab yo'naltirilgan P kuchi (o'ngdagi yuqoridagi rasmga qarang). Oxirgi kuch yelkanni hech qaerga surmaydi, chunki tuvaldagi shamolning ishqalanishi ahamiyatsiz. Yelkani unga to'g'ri burchak ostida itaruvchi Q kuchi qoladi.
Buni bilib, biz yelkanli kemaning shamolga o'tkir burchak ostida qanday borishini osongina tushunishimiz mumkin. KK chizig'i kemaning kiel chizig'ini ifodalasin.
Qanday qilib shamolga qarshi suzishingiz mumkin.
Shamol bu chiziqqa o'tkir burchak ostida o'qlar qatori bilan ko'rsatilgan yo'nalishda esadi. AB chizig'i yelkanni ifodalaydi; uning tekisligi keel yo'nalishi va shamol yo'nalishi orasidagi burchakni ikkiga bo'ladigan tarzda joylashtiriladi. Kuchlarni taqsimlash diagrammasiga amal qiling. Biz yelkandagi shamol bosimini Q kuchi bilan ifodalaymiz, biz bilamizki, yelkanga perpendikulyar bo'lishi kerak. Biz bu kuchni ikkiga ajratamiz: kilga perpendikulyar bo'lgan R kuchi va kemaning kiel chizig'i bo'ylab oldinga yo'naltirilgan S kuch. Idishning R yo'nalishi bo'yicha harakati kuchli suvga chidamliligiga duch kelganligi sababli (keel yelkanli kemalar juda chuqur bo'ladi), keyin R kuchi suvning qarshiligi bilan deyarli to'liq muvozanatlanadi. Faqat S kuchi qoladi, siz ko'rib turganingizdek, oldinga yo'naltirilgan va shuning uchun kemani shamolga qarab burchak ostida harakatlantiradi. [Yelkan tekisligi kiel va shamol yo'nalishlari orasidagi burchakni ikkiga bo'lganida S kuchi eng katta ekanligini ko'rsatish mumkin.]. Odatda bu harakat quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, zigzaglarda amalga oshiriladi. Dengizchilar tilida kemaning bunday harakati so'zning tor ma'nosida "tacking" deb ataladi.
Endi hamma narsani ko'rib chiqaylik mumkin bo'lgan yo'nalishlar qayiq kursiga nisbatan shamol.
Shamolga nisbatan kema yo'nalishlarining diagrammasi, ya'ni shamol yo'nalishi va vektor o'rtasidagi burchak (kurs). 
Shamol yuzga (bosh shamol) esganda, yelkanlar u yoqdan-bu yoqqa osilib turadi va yelkan bilan harakat qilish mumkin emas. Albatta, siz har doim yelkanlarni pastga tushirishingiz va dvigatelni yoqishingiz mumkin, ammo bu endi suzib yurishga tegishli emas.
Shamol aynan orqa tomondan (jibe, tailwind) esganda dispers havo molekulalari yelkanga bir tomondan bosim o'tkazadi va qayiq harakatlanadi. Bunday holda, kema faqat shamol tezligidan sekinroq harakat qilishi mumkin. Velosipedni shamolda haydashning o'xshashligi bu erda ishlaydi - shamol orqada esadi va pedalda yurish osonroq.
Yelkan shamolga qarshi harakatlanayotganda (tortib olinganda) yelkandagi havo molekulalarining yelkandagi kabi orqadan bosimi tufayli emas, balki ikkala tomonda ham har xil havo tezligi tufayli yuzaga keladigan ko'taruvchi kuch tufayli harakatlanadi. yelkan bo'ylab tomonlar. Shu bilan birga, keel tufayli, qayiq qayiqning yo'nalishiga perpendikulyar yo'nalishda emas, balki faqat oldinga siljiydi. Ya'ni, bu holda yelkan shamolda bo'lgani kabi soyabon emas, balki samolyot qanotidir.
Bizning o'tishlarimiz davomida biz asosan o'rtacha 7-8 tugun tezligida 15 knot tezlikda orqa va ko'rfaz shamollari bilan suzib yurdik. Ba'zan biz shamolga qarshi, yarim shamol va yaqin masofada bordik. Va shamol to'xtagach, ular dvigatelni yoqishdi.
Umuman olganda, shamolga qarshi yelkanli qayiq mo''jiza emas, balki haqiqatdir.
Eng qizig'i shundaki, qayiqlar nafaqat shamolga qarshi, balki shamoldan ham tezroq harakatlana oladi. Bu qayiq orqaga o'tib, o'z shamolini yaratganda sodir bo'ladi.
"Odil shamol!" - barcha dengizchilarni tilayman va mutlaqo behuda: shamol qattiq tomondan esganda, yaxta maksimal tezlikni rivojlantira olmaydi. Men ushbu diagrammani yaratishga yordam berdim. Vadim Jdan, professional skipper, poygachi, yaxta regatalarining tashkilotchisi va boshlovchisi. Buni bilish uchun diagrammadagi maslahatlarni o'qing.
2. Yelkanning surish kuchi ikki omilga bog‘liq. Birinchidan, shamol shunchaki yelkanlarni bosadi. Ikkinchidan, ko'pgina zamonaviy yaxtalarda o'rnatilgan qiya yelkanlar havo bilan aylanib yurganda, samolyot qanoti kabi ishlaydi va faqat u yuqoriga emas, balki oldinga yo'naltiriladi. Aerodinamika tufayli havo yelkanning qavariq tomonida botiq tomoniga qaraganda tezroq harakat qiladi va yelkanning tashqi tomonidagi bosim ichki qismga qaraganda kamroq.
3. Yelkan tomonidan yaratilgan to'liq quvvat tuvalga perpendikulyar yo'naltiriladi. Vektor qo'shish qoidasiga ko'ra, undagi siljish kuchini (qizil o'q) va surish kuchini (yashil o'q) farqlash mumkin.
5. Shamolga qat'iy qarshi borish uchun, yaxta tacks: bir yoki boshqa tomoni bilan shamolga buriladi, segmentlarda oldinga siljiydi - tirgaklar. To'siqlar qancha uzun bo'lishi kerak va shamolga qaysi burchak ostida borish kerak - skipper taktikasining muhim savollari.
9. ko'rfaz shamoli- shamol harakat yo'nalishiga perpendikulyar esmoqda.
11. jibe- orqa tomondan xuddi shunday quyruq shamoli esmoqda. Kutilgandan farqli o'laroq, eng tez kurs emas: bu erda yelkanning ko'tarilishi ishlatilmaydi va nazariy tezlik chegarasi shamol tezligidan oshmaydi. Tajribali skipper xuddi shu tarzda ko'rinmas havo oqimlarini bashorat qilishi mumkin
Yelkanning ishlashini ko'rib chiqishdan oldin ikkita qisqa, ammo muhim nuqtaga to'xtalib o'tish kerak:
1. Yelkanlarga qanday shamol ta'sir qilishini aniqlang.
2. Shamolga nisbatan kurslar bilan bog'liq maxsus dengiz terminologiyasi haqida gapirib bering.
Yaxtachilikda haqiqiy va shamollar.
Harakatlanuvchi kemada va undagi hamma narsada harakat qiladigan shamol har qanday harakatsiz ob'ektga ta'sir qiladigan shamoldan farq qiladi.
Haqiqatan ham shamol erga yoki suvga nisbatan esadigan atmosfera hodisasi sifatida biz haqiqiy shamol deb ataymiz.
Yaxtachilikda harakatlanayotgan yaxtaga nisbatan shamol pennant shamoli deb ataladi va yig'indi hisoblanadi haqiqiy shamol va idishning harakati natijasida kelib chiqadigan havo oqimi.
Ko'rinadigan shamol har doim qayiqqa haqiqiy shamoldan ko'ra keskinroq burchak ostida esadi.
Ko'rinadigan shamol tezligi kattaroq bo'lishi mumkin (agar haqiqiy shamol teskari yoki yon shamol bo'lsa) yoki haqiqiy shamoldan kamroq (agar u to'g'ri yo'nalishda bo'lsa).
Shamolga nisbatan yo'nalishlar.
shamolda shamol esadigan tomondan degan ma'noni anglatadi.
shamol ostida shamol esayotgan tomonda.
Bu atamalar, shuningdek, ulardan "shamol", "leeward" kabi hosilalar nafaqat yaxtada, balki juda keng qo'llaniladi.
Ushbu atamalar kemaga nisbatan qo'llanilganda, shamol va suzuvchi tomonlar haqida ham gapirish odatiy holdir.
Agar shamol yaxtaning o'ng tomonidan essa, bu tomon deyiladi shamol tomon, chap tomoni - leeward mos ravishda.
Chap va o'ng tack avvalgilariga to'g'ridan-to'g'ri bog'liq ikkita atamadir: agar shamol kemaning o'ng tomoniga essa, ular o'ng tomonda, agar chap tomonda bo'lsa, chap tomonda deyishadi.
Ingliz dengiz terminologiyasida o'ng va port tomoni bilan bog'liq bo'lgan narsa odatdagi o'ng va chapdan farq qiladi. O'ng tomon va u bilan bog'liq bo'lgan barcha narsalar haqida ular Starbort, chap tomonda - Port deyishadi.
Shamol kurslari.
Shamolning yo'nalishi ko'rinadigan shamol yo'nalishi va kema yo'nalishi o'rtasidagi burchakka qarab farqlanadi. Ular o'tkir va to'liq bo'linishi mumkin.
Badewind - shamolga nisbatan keskin yo'nalish. shamol 80° dan kam burchak ostida esganda. U yaqindan (50° gacha) va toʻliq (50 dan 80° gacha) boʻlishi mumkin.
To'liq shamol yo'nalishi - shamol qayiq yo'nalishi bo'yicha 90 ° yoki undan ortiq burchak ostida esganda.
Ushbu kurslarga quyidagilar kiradi:
Gulfshamol - shamol 80 dan 100 ° gacha burchak ostida esadi.
Backstay - shamol 100 dan 150 ° gacha (tik orqada) va 150 dan 170 ° gacha (to'liq orqada) burchak ostida esadi.
jibe - shamol 170 ° dan ortiq burchak ostida esadi.
Leventik - shamol qat'iy yaqinlashib kelayotgan yoki unga yaqin. Yelkanli kema bunday shamolga qarshi harakat qila olmasligi sababli, u ko'pincha yo'nalish emas, balki shamolga nisbatan pozitsiya deb ataladi.
Shamol manevrlari.
Yelkan ostidagi yaxta shamol va yoʻnalish oʻrtasidagi burchak pasayishi uchun yoʻnalishini oʻzgartirganda, kema deyiladi. beriladi. Boshqacha qilib aytganda, sarlavha shamolga nisbatan keskinroq burchak ostida borishni anglatadi.
Agar teskari jarayon sodir bo'lsa, ya'ni yaxta u bilan shamol o'rtasidagi burchakni oshirish yo'nalishi bo'yicha yo'nalishini o'zgartirsa, kema olib ketadi .
Aniqlik kiritamizki, ("haydash" va "haydash" atamalari qayiq shamolga nisbatan bir xil tutashuvda yo'nalishini o'zgartirganda ishlatiladi.
Agar kema yopishqoqlikni o'zgartirsa, u holda (va faqat keyin!) Yaxtachilikda bunday manevr burilish deb ataladi.
To'siqni va shunga mos ravishda ikkita burilishni o'zgartirishning ikki xil usuli mavjud: yopish va jibe .
Tack - bu shamolga qarshi burilish. Idish haydaladi, qayiqning yoyi shamol chizig'ini kesib o'tadi, bir nuqtada kema portning pozitsiyasidan o'tadi, shundan so'ng u boshqa tackda yotadi.
Jibing teskari yo'l bilan sodir bo'lganda yaxtada yurish: kema aylanib ketadi, orqa tomoni shamol chizig'ini kesib o'tadi, yelkanlar boshqa tomonga o'tadi, yaxta boshqa tayoqda yotadi. Ko'pincha bu bir to'liq kursdan ikkinchisiga burilishdir.
Yaxtada suzish.
Yelkanlar bilan ishlashda dengizchining asosiy vazifalaridan biri eng yaxshi oldinga siljish uchun yelkanni shamolga nisbatan optimal burchakka yo'naltirishdir. Buni amalga oshirish uchun yelkanning shamol bilan qanday ta'sir qilishini tushunishingiz kerak.
Yelkanning ishi ko'p jihatdan samolyot qanotining ishiga o'xshaydi va aerodinamika qonunlariga muvofiq sodir bo'ladi. Ayniqsa, qiziquvchan yaxtachilar uchun siz bir qator maqolalarda qanot sifatida yelkanning aerodinamikasi haqida ko'proq bilib olishingiz mumkin:. Ammo bu maqolani o'qib chiqqandan so'ng, asta-sekin oson materialdan murakkabroq materialga o'tish yaxshiroqdir. Lekin men buni kimga aytyapman? Haqiqiy yaxtachilar qiyinchiliklardan qo'rqmaydilar. Va siz hamma narsani aksincha qilishingiz mumkin.
Yelkan va samolyot qanotining asosiy farqi shundaki, yelkanda aerodinamik kuch paydo bo'lishi uchun u bilan shamol o'rtasida ma'lum bir nolga teng bo'lmagan burchak kerak, bu burchak hujum burchagi deb ataladi. Samolyotning qanoti assimetrik profilga ega va hujumning nol burchagida normal ishlashi mumkin, yelkan esa yo'q.
Yelkan atrofida shamol oqimi jarayonida aerodinamik kuch paydo bo'ladi, bu oxir-oqibat yaxtani oldinga siljitadi.
Shamolga nisbatan turli yo'nalishlarda yaxtada yelkanning ishini ko'rib chiqing. Birinchidan, soddalik uchun, bitta yelkanli mast erga qazilganini tasavvur qiling va biz shamolni turli burchaklardagi yelkanga yo'naltira olamiz.
Hujum burchagi 0°. Yelkan bo'ylab shamol esadi, yelkan bayroq kabi suzadi. Yelkanda aerodinamik kuch yo'q, faqat tortish kuchi mavjud.
Hujum burchagi 7°. Aerodinamik kuch paydo bo'la boshlaydi. U yelkanga perpendikulyar yo'naltirilgan va hali ham kichik o'lchamda.
Hujum burchagi taxminan 20 °. Aerodinamik kuch yelkanga perpendikulyar yo'naltirilgan kattalikdagi maksimal qiymatga yetdi.
Hujum burchagi 90 °. Oldingi holatga nisbatan, aerodinamik kuch ham kattalikda, na yo'nalishda sezilarli darajada o'zgarmadi.
Shunday qilib, biz aerodinamik kuch har doim yelkanga perpendikulyar yo'naltirilganligini va uning qiymati 20 dan 90 ° gacha bo'lgan burchaklar oralig'ida amalda o'zgarmasligini ko'ramiz.
90 ° dan ortiq hujum burchaklari mantiqiy emas, chunki yaxtadagi yelkanlar odatda shamolga nisbatan bunday burchaklarga o'rnatilmaydi.
Yuqorida keltirilgan aerodinamik kuchning hujum burchagiga bog'liqligi soddalashtirilgan va katta darajada o'rtacha hisoblanadi.
Aslida, bu xususiyatlar yelkanning shakliga qarab sezilarli darajada farqlanadi. Misol uchun, poyga yaxtalarining uzun, tor va ancha tekis asosiy yelkanlari taxminan 15 ° hujum burchagida maksimal aerodinamik kuchga ega bo'ladi, yuqori burchaklarda esa kuch biroz kamroq bo'ladi. Agar yelkan ko'proq qozonli bo'lsa va juda katta cho'zilishga ega bo'lmasa, unda aerodinamik kuch taxminan 25-30 ° hujum burchagida maksimal bo'lishi mumkin.
Endi yaxtada yelkanning ishlashini ko'rib chiqing.
Oddiylik uchun, yaxtada faqat bitta yelkan borligini tasavvur qilaylik. Bu grotto bo'lsin.
E'tibor berish kerak bo'lgan birinchi narsa - bu shamolga nisbatan eng keskin yo'nalishlarda suzib ketayotganda yaxta + yelkan tizimi o'zini qanday tutadi, chunki bu odatda eng ko'p savollarni keltirib chiqaradi.
Aytaylik, shamol yaxtada korpusga 30-35 ° burchak ostida harakat qiladi. Yelkanni shamolga taxminan 20 ° burchak ostida yo'naltirish orqali biz unga etarli aerodinamik kuch A ni olamiz.
Bu kuch yelkanga to'g'ri burchak ostida ta'sir qilgani uchun biz yaxtani yon tomonga kuchli tortib olishini ko'ramiz. A kuchini ikki komponentga ajratib, siz oldinga surish kuchi T qayiqni yon tomonga surish kuchidan (D, siljish kuchi) bir necha marta kam ekanligini ko'rishingiz mumkin.
Nima tufayli, bu holda, yaxta oldinga siljiydi?
Gap shundaki, korpusning suv osti qismining dizayni shundayki, korpusning yon tomonga harakatlanishiga qarshiligi (lateral qarshilik deb ataladigan narsa) ham oldinga siljish qarshiligidan bir necha baravar yuqori. Bunga o'q (yoki markaziy taxta), rul va korpusning shakli yordam beradi.
Biroq, lateral qarshilik qarshilik ko'rsatadigan narsa mavjud bo'lganda paydo bo'ladi, ya'ni u ishlay boshlashi uchun tananing bir oz yon tomonga siljishi kerak bo'ladi, ya'ni shamol drifti deb ataladi.
Bu siljish tabiiy ravishda aerodinamik kuchning lateral komponenti ta'sirida yuzaga keladi va javob sifatida qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan lateral tortish kuchi S darhol paydo bo'ladi. Qoida tariqasida, ular taxminan 10-15 ° burilish burchagida bir-birlarini muvozanatlashadi.
Shunday qilib, aerodinamik kuchning shamolga nisbatan keskin yo'nalishlarda eng aniq namoyon bo'ladigan lateral komponenti ikkita nomaqbul hodisani keltirib chiqarishi aniq: shamolning siljishi va dumalab ketishi.
Shamolning siljishi yaxtaning traektoriyasi uning diametrik tekisligiga to'g'ri kelmasligini bildiradi (diametrli tekislik yoki DP - kamonning orqa chizig'i uchun "aqlli" atama). Shamol ostida yaxtaning doimiy siljishi bor, harakat go'yo bir oz yon tomonga.
Ma'lumki, yaxtada sayohat qilishda o'rtacha ob-havo sharoiti DP va haqiqiy traektoriya o'rtasidagi burchak sifatida shamolning siljishi taxminan 10-15 ° ni tashkil qiladi.
Shamolga qarshi harakat. Tikish.
Yelkanlar ostida yaxtada yurish mutlaqo shamolda mumkin emas va siz faqat ma'lum bir burchak ostida harakat qilishingiz mumkinligi sababli, yaxtaning shamolga qanchalik keskin harakatlanishi haqida tasavvurga ega bo'lish yaxshi bo'lar edi. Shunga ko'ra, shamolga nisbatan harakatlanmaydigan kurslar sektori nima, bunda shamolga qarshi harakat qilish mumkin emas.
Tajriba shuni ko'rsatdiki, oddiy kruiz yaxtasi (poygachi yaxta emas) haqiqiy shamolga nisbatan 50-55 ° burchak ostida samarali suzib yurishi mumkin.
Shunday qilib, agar erishish kerak bo'lgan maqsadga qat'iy ravishda shamolga qarshi bo'lsa, unda yaxtada yurish to'g'ri chiziqda emas, balki zigzagda, keyin bitta teg, keyin boshqasi bo'ladi. Shu bilan birga, har bir tackda, albatta, siz shamolga imkon qadar keskin o'tishga harakat qilishingiz kerak bo'ladi. Ushbu jarayon laminatsiya deb ataladi.
Ikki qo'shni tirgak ustidagi yaxtalarning traektoriyalari orasidagi burchakka bog'lash deyiladi. Ko'rinib turibdiki, shamolga nisbatan harakatning keskinligi 50-55 ° bo'lganida, yopishtirish burchagi 100-110 ° bo'ladi.
Qattiq burchakning qiymati, agar u to'g'ridan-to'g'ri shamolga qarshi bo'lsa, nishonga qanchalik samarali harakat qilishimiz mumkinligini ko'rsatadi. 110 ° burchak uchun, masalan, to'g'ri chiziq bo'ylab harakatlanish bilan solishtirganda maqsadga yo'l 1,75 barobar ortadi.
Shamolga nisbatan boshqa kurslarda suzib yurish
Shubhasiz, Gulfwind yo'nalishida T surish kuchi D drift kuchidan sezilarli darajada oshadi, shuning uchun drift va rulon kichik bo'ladi.
Ko'rib turganimizdek, orqada turish bilan Gulfwind yo'nalishi bilan solishtirganda unchalik o'zgarmadi. Magistral yelkan deyarli DP ga perpendikulyar holatda joylashtirilgan va bu pozitsiya ko'pchilik yaxtalar uchun chegara hisoblanadi, texnik jihatdan uni yanada ko'proq joylashtirish mumkin emas.
Yelkanning jibe kursidagi holati orqa tarafdagi kursdagi holatidan farq qilmaydi.
Bu erda, soddalik uchun, yaxtachilikdagi jarayon fizikasini ko'rib chiqayotganda, biz faqat bitta yelkanni - asosiy yelkanni hisobga olamiz. Odatda, yaxta ikkita yelkanga ega - asosiy yelkan va yelkan (old yelkan). Shunday qilib, jib yo'nalishida yelkan (agar u asosiy yelkan bilan bir tomonda joylashgan bo'lsa) asosiy yelkandan shamol soyasida va amalda ishlamaydi. Bu jibe yaxtachilarga yoqmasligining bir qancha sabablaridan biridir.
SHAMOL HAYDATGAN KUCH
NASA veb-saytida samolyot qanoti tomonidan liftning shakllanishiga ta'sir qiluvchi turli omillar haqida juda qiziqarli materiallar chop etildi. Shuningdek, interaktiv grafik modellar mavjud bo'lib, ular oqimning og'ishi tufayli ko'tarilish simmetrik qanot tomonidan ham paydo bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.
Yelkanlar havo oqimiga burchak ostida bo'lib, uni burishadi (1d-rasm). Yelkanning "yuqori", qirrali tomoni orqali o'tib, havo oqimi uzoqroq yo'lni bosib o'tadi va oqimning uzluksizligi printsipiga muvofiq, shamoldan, "pastki" tomondan qaraganda tezroq harakat qiladi. Natijada yelkanning suzuvchi tomonida shamol tomoniga qaraganda kamroq bosim paydo bo'ladi.
Gybeing paytida yelkan shamol yo'nalishiga perpendikulyar o'rnatilganda, shamol tomonidagi bosimning oshishi suzuvchi tomondagi bosimning pasayishidan kattaroqdir, boshqacha aytganda, shamol yaxtani tortganidan ko'ra ko'proq itaradi. Qayiq shamolga keskin aylanganda, bu nisbat o'zgaradi. Shunday qilib, agar shamol qayiqning yo'nalishiga perpendikulyar bo'lsa, yelkan bosimining shamolga ortishi tezlikka pastroq bosimning pasayishiga qaraganda kamroq ta'sir qiladi. Boshqacha qilib aytganda, yelkan yaxtani itarganidan ko'ra ko'proq tortadi.
Yaxtaning harakati shamolning yelkan bilan o'zaro ta'siri tufayli sodir bo'ladi. Ushbu o'zaro ta'sirni tahlil qilish ko'plab yangi boshlanuvchilar uchun kutilmagan natijalarga olib keladi. Ma'lum bo'lishicha, maksimal tezlik shamol to'liq orqada esganda emas, balki "quyruq shamol" istagi mutlaqo kutilmagan ma'noga ega.
Yelkan ham, yelkan ham, mos ravishda havo yoki suv oqimi bilan o'zaro ta'sirlashganda, ko'tarish kuchini yaratadi, shuning uchun ularning ishini optimallashtirish uchun qanot nazariyasi qo'llanilishi mumkin.
SHAMOL HAYDATGAN KUCH
Havo oqimi kinetik energiyaga ega va yelkanlar bilan o'zaro ta'sirlashib, yaxtani harakatga keltira oladi. Samolyot yelkanining ham, qanotining ham ishi Bernulli qonuni bilan tavsiflanadi, unga ko'ra oqim tezligining oshishi bosimning pasayishiga olib keladi. Havoda harakatlanayotganda, qanot oqimni ajratib turadi. Uning bir qismi qanotni yuqoridan, bir qismi pastdan chetlab o'tadi. Samolyot qanoti qanotning yuqori qismidagi havo oqimi qanotning pastki qismidagi havo oqimidan tezroq harakatlanishi uchun yaratilgan. Natijada qanot ustidagi bosim pastdan ancha past bo'ladi. Bosim farqi qanotning ko'tarish kuchidir (1a-rasm). Murakkab shakli tufayli qanot qanot tekisligiga parallel ravishda harakatlanadigan oqimni kesib o'tganda ham ko'tarish qobiliyatiga ega.
Yelkan yaxtani faqat oqimga ma'lum burchak ostida bo'lsa va uni burilsa, harakatga keltirishi mumkin. Bernulli effekti bilan ko'taruvchi kuchning qaysi qismi bog'liq, qaysi biri oqimning egilishi natijasi degan savol qoladi. Qanotning klassik nazariyasiga ko'ra, ko'tarish kuchi faqat assimetrik qanot ustidagi va pastdagi oqim tezligining farqi natijasida paydo bo'ladi. Shu bilan birga, ma'lumki, nosimmetrik qanot oqimga ma'lum bir burchak ostida o'rnatilgan bo'lsa, liftni ham yaratishga qodir (1b-rasm). Ikkala holatda ham qanotning old va orqa nuqtalarini bog'laydigan chiziq va havo oqimining yo'nalishi orasidagi burchak hujum burchagi deb ataladi.
Ko'tarish kuchi hujum burchagi bilan ortadi, ammo bu qaramlik faqat ushbu burchakning kichik qiymatlari uchun ishlaydi. Hujum burchagi ma'lum bir kritik darajadan oshib ketishi va oqim to'xtashi sodir bo'lishi bilanoq, qanotning yuqori yuzasida ko'p sonli vortekslar hosil bo'ladi va ko'tarish kuchi keskin kamayadi (1c-rasm).
Qayiqchilar jibe eng tezkor kurs emasligini bilishadi. Agar bir xil kuchdagi shamol yo'nalishga 90 graduslik burchak ostida esayotgan bo'lsa, qayiq tezroq harakat qiladi. Jibda shamolning yelkanga qarshi itarish kuchi yaxta tezligiga bog'liq. Maksimal kuch bilan shamol tik turgan yaxtaning yelkanini bosadi (2a-rasm). Tezlik oshgani sayin, yelkandagi bosim pasayadi va yaxta maksimal tezligiga yetganda minimal bo'ladi (2b-rasm). Maksimal tezlik kursdagi jibe har doim shamol tezligidan kamroq. Buning bir qancha sabablari bor: birinchidan, ishqalanish, har qanday harakatda energiyaning bir qismi harakatga xalaqit beradigan turli kuchlarni yengish uchun sarflanadi. Ammo asosiysi shundaki, shamolning yelkanni bosadigan kuchi shamolning ko'rinadigan tezligining kvadratiga proportsionaldir va jibdagi ko'rinadigan shamol tezligi haqiqiy shamol tezligi va tezlik o'rtasidagi farqga teng. yaxtaning.
Ko'rfaz shamoli yo'nalishida (shamolga 90º da) yelkanli yaxtalar shamoldan tezroq harakatlana oladi. Ushbu maqola doirasida biz vimpel shamolining xususiyatlarini muhokama qilmaymiz, faqat ko'rfaz shamoli yo'nalishida shamolning yelkanlarni bosish kuchi kamroq darajada yaxta tezligiga bog'liqligini ta'kidlaymiz ( 2c-rasm).
Tezlikning oshishiga to'sqinlik qiluvchi asosiy omil ishqalanishdir. Shuning uchun, ozgina tortishish kuchiga ega yelkanli qayiqlar shamoldan tezroq tezlikka erisha oladi, lekin gybeda emas. Masalan, skeytlarning sirpanish qarshiligi ahamiyatsiz bo'lganligi sababli, buer, shamol tezligi 50 km / soat yoki undan ham kamroq bo'lsa, 150 km / soat tezlikka tezlashishi mumkin.
Yelkanlar fizikasi tushuntirildi: Kirish
ISBN 1574091700, 9781574091700
Yelkanlar tomonidan ishlab chiqilgan tortish kuchi korpusning qarshiligidan kam emas. Yelkanlar ishini aniqroq tasavvur qilish uchun keling, yelkanlar nazariyasining asosiy tushunchalari bilan tanishamiz.
Yaxtaning yelkanlarida harakat qiluvchi asosiy kuchlar haqida biz yuqorida aytib o'tgan edik dumli shamol (gybe) va old shamol (uzish) bilan. Yelkanlar ustida taʼsir etuvchi kuch yaxtaning dumalab tushishiga va shamoldan pastga siljishiga olib keladigan kuchga, siljish kuchiga va surish kuchiga parchalanishi mumkinligi aniqlandi (2 va 3-rasmlarga qarang).
Endi u qanday aniqlanganini ko'rib chiqaylik to'liq quvvat yelkanlardagi shamol bosimi va tortish va siljish kuchlari nimaga bog'liq.
Yelkanning o'tkir yo'nalishlarda ishini tasavvur qilish uchun, avvalambor, ma'lum bir hujum burchagida shamol bosimini boshdan kechiradigan tekis yelkanni (94-rasm) ko'rib chiqish qulay. Bunday holda, yelkan orqasida girdoblar hosil bo'ladi, uning shamol tomonida bosim kuchlari paydo bo'ladi va teskari tomonda siyraklashuvchi kuchlar paydo bo'ladi. Ularning hosil bo'lgan R yelkan tekisligiga taxminan perpendikulyar yo'naltirilgan. Yelkanning ishlashini to'g'ri tushunish uchun uni ikki kuch komponentining natijasi sifatida ko'rsatish qulay: X-havo oqimiga (shamol) parallel ravishda yo'naltirilgan va Y- unga perpendikulyar.
Havo oqimiga parallel ravishda yo'naltirilgan X kuch, tortishish kuchi deb ataladi; u yelkandan tashqari, yaxta korpusi, armatura, shpal va ekipaj tomonidan ham yaratilgan.
Havo oqimiga perpendikulyar yo'naltirilgan Y kuchi aerodinamikada ko'tarilish deb ataladi. Aynan u o'tkir kurslarda yaxtaning harakat yo'nalishi bo'yicha turtki yaratadi.
Agar X yelkanining bir xil tortishish kuchi bilan (95-rasm) ko'tarish kuchi, masalan, Y1 qiymatiga oshsa, rasmda ko'rsatilganidek, natijada ko'tarilish va tortishish R ga o'zgaradi va shunga mos ravishda, surish kuchi T T1 ga oshadi.
Bunday konstruktsiya X tortishishning ortishi bilan (bir xil ko'tarish kuchi uchun) T surishning kamayishini tekshirishni osonlashtiradi.
Shunday qilib, tortishish kuchini va, demak, o'tkir kurslarda tezlikni oshirishning ikki yo'li mavjud: yelkanning ko'tarish kuchining oshishi va yelkan va yaxtaning tortishish kuchining pasayishi.
Zamonaviy suzib yurishda yelkanning ko'tarish kuchi unga bir oz "qorin qorli" bo'lgan konkav shaklini berish orqali oshiriladi (96-rasm): ustundan eng kattagacha bo'lgan o'lcham. chuqur joy"Qorni" odatda yelkan kengligidan 0,3-0,4, "qorin" chuqurligi esa kenglikning taxminan 6-10% ni tashkil qiladi. Bunday yelkanning ko'tarish kuchi deyarli bir xil tortishish bilan butunlay tekis yelkandan 20-25% ko'proq. To'g'ri, yelkanlari tekis bo'lgan yaxta shamol tomon bir oz tikroq ketadi. Biroq, "qorin-qorinli" yelkanlarda, kattaroq surish tufayli to'qnashuvga o'tish tezligi kattaroq bo'ladi.
Guruch. 96. Yelkan profili
E'tibor bering, qozonli yelkanlar uchun nafaqat tortishish, balki siljish kuchi ham ortadi, ya'ni qozonli yelkanli yaxtalarning aylanasi va drifti nisbatan tekis bo'lganlarga qaraganda kattaroqdir. Shu sababli, kuchli shamollarda 6-7% dan ortiq "qorinli" yelkan foydasizdir, chunki dumalab va siljishning ko'payishi korpus qarshiligining sezilarli darajada oshishiga va "yeydigan" yelkanlarning samaradorligini pasayishiga olib keladi. yuqoriga” kuchaygan surish ta'siri. Yengil shamollarda "qorin" 9-10% bo'lgan yelkanlar yaxshiroq tortiladi, chunki yelkandagi umumiy shamol bosimi pastligi sababli rulon kichikdir.
15-20 ° dan yuqori hujum burchaklarida, ya'ni shamolga 40-50 ° va undan ko'p bo'lgan yaxta kurslarida har qanday suzib yurish, ko'tarilishni kamaytirishga va tortishish darajasini oshirishga imkon beradi, chunki yo'l tomonida sezilarli turbulentliklar hosil bo'ladi. Va ko'taruvchi kuchning asosiy qismi yelkanning past tomoni atrofida silliq, turbulentliksiz oqim tomonidan yaratilganligi sababli, bu turbulentliklarni yo'q qilish katta ta'sir ko'rsatishi kerak.
Ular asosiy yelkan orqasida hosil bo'ladigan turbulentliklarni yelkanni o'rnatish orqali yo'q qiladi (97-rasm). Asosiy yelkan va yelkan orasidagi bo'shliqqa kiradigan havo oqimi uning tezligini oshiradi (ko'krak effekti deb ataladi) va yelkanni to'g'ri sozlash bilan asosiy yelkandan bo'ronlarni "yalaydi".
Guruch. 97. Staysail ish
Yumshoq yelkanning profilini hujumning turli burchaklarida bir xil saqlash qiyin. Ilgari qayiqlar butun yelkan bo'ylab o'tadigan zirhlar bilan jihozlangan - ular "qorin" ichida ingichka va yelkan ancha tekisroq bo'lgan zuluk tomon qalinroq qilingan. Endi zirh orqali asosan muzqayiqlar va katamaranlarga o'rnatiladi, bu erda oddiy yelkan allaqachon yelkan bo'ylab chayqalayotganda, hujumning past burchaklarida yelkanning profili va qattiqligini saqlab qolish ayniqsa muhimdir.
Agar faqat yelkan ko'tarilish manbai bo'lsa, unda yaxta atrofidagi havo oqimida sodir bo'ladigan barcha narsalar tomonidan tortishish hosil bo'ladi. Shu sababli, yelkanning tortishish xususiyatlarini yaxshilashga yaxta korpusi, shpallar, tayanchlar va ekipajning tortishishini kamaytirish orqali ham erishish mumkin. Shu maqsadda nayzalar va armaturalarda har xil turdagi yarmarkalar qo'llaniladi.
Yelkandagi tortishish miqdori uning shakliga bog'liq. Aerodinamika qonunlariga ko'ra, samolyot qanotining tortishish kuchi bir xil maydon bilan qanchalik kichikroq, torroq va uzunroq bo'lsa. Shuning uchun yelkan (aslida bir xil qanot, lekin vertikal ravishda o'rnatiladi) baland va tor qilib ko'rsatishga harakat qiladi. Bu sizga minadigan shamoldan ham foydalanish imkonini beradi.
Yelkanning tortishish kuchi ko'p jihatdan uning oldingi chetining holatiga bog'liq. Barcha yelkanlarning yelkanlari tebranish ehtimolini oldini olish uchun mahkam o'ralgan bo'lishi kerak.
Yana bir muhim holatni eslatib o'tish kerak - yelkanlarni markazlashtirish deb ataladigan narsa.
Mexanikadan ma'lumki, har qanday kuch uning kattaligi, yo'nalishi va qo'llanish nuqtasi bilan belgilanadi. Hozircha biz faqat yelkanga tatbiq etilgan kuchlarning kattaligi va yo'nalishi haqida gapirdik. Keyinchalik ko'rib chiqamiz, yelkanlar qanday ishlashini tushunish uchun dastur nuqtalarini bilish juda muhimdir.
Shamol bosimi yelkan yuzasida notekis taqsimlangan (uning old qismi ko'proq bosimga duchor bo'ladi), ammo qiyosiy hisob-kitoblarni soddalashtirish uchun u bir tekis taqsimlangan deb hisoblanadi. Taxminiy hisob-kitoblar uchun yelkanlardagi shamol bosimining natijaviy kuchi bir nuqtaga tatbiq etilgan deb hisoblanadi; yelkanlar yuzasining og'irlik markazi sifatida ular yaxtaning diametrik tekisligiga joylashtirilganda olinadi. Bu nuqta shamolning markazi (CP) deb ataladi.
CPU o'rnini aniqlashning eng oddiy grafik usuliga to'xtalib o'tamiz (98-rasm). Yaxtaning yelkanini to'g'ri masshtabda chizing. Keyin, medianlarning kesishmasida - uchburchakning uchlarini qarama-qarshi tomonlarning o'rta nuqtalari bilan bog'laydigan chiziqlar - har bir yelkanning markazini toping. Shunday qilib, chizmada asosiy yelkan va yelkanni tashkil etuvchi ikkita uchburchakning O va O1 markazlarini olgandan so'ng, bu markazlar orqali ikkita parallel OA va O1B chiziqlar o'tkaziladi va ular bir xil masshtabda qarama-qarshi yo'nalishda yotadi. uchburchakda kvadrat metr sifatida birliklar; grotto o'rtasidan yelkan maydoni va yelkan markazidan - grotto maydoni yotqizilgan. A va B oxirgi nuqtalari AB to'g'ri chiziq bilan bog'langan. Yana bir to'g'ri chiziq - O1O uchburchaklar markazlarini bog'laydi. A B va O1O chiziqlar kesishmasida umumiy markaz bo'ladi.
Guruch. 98. Shamol markazini topishning grafik usuli
Yuqorida aytib o'tganimizdek, siljish kuchi (biz uni shamolning markazida qo'llaniladigan deb hisoblaymiz) yaxta korpusining lateral qarshiligi kuchi bilan ta'sir qiladi. Yanal qarshilik kuchi lateral qarshilik markazida (CLC) qo'llaniladi. Yanal qarshilik markazi yaxtaning suv osti qismining diametrik tekislikdagi proektsiyasining og'irlik markazidir.
Yon qarshilik markazini qalin qog'ozdan yaxtaning suv osti qismining konturini kesib, bu modelni pichoq pichog'iga joylashtirish orqali topish mumkin. Model muvozanatlashganda, uni engil bosing, keyin uni 90 ° ga aylantiring va yana muvozanatlashtiring. Ushbu chiziqlarning kesishishi bizga lateral qarshilik markazini beradi.
Yaxta rulonsiz ketayotganda, CPU CBS bilan bir xil vertikal chiziqda yotishi kerak (99-rasm). Agar protsessor CBS dan oldinda bo'lsa (99-rasm, b), u holda lateral qarshilik kuchiga nisbatan oldinga siljigan drift kuchi kemaning kamonini shamolga aylantiradi - yaxta uzoqlashadi. Agar protsessor CBS orqasida bo'lsa, yaxta yoyi bilan shamolga buriladi yoki boshqariladi (99-rasm, c).
Guruch. 99. Yaxtani tekislash
Shamolga haddan tashqari ko'tarilish, xususan, ko'tarilish (noto'g'ri markazlashtirish) yaxtaning borishiga zararli, chunki ular harakatning to'g'riligini saqlash uchun rul boshqaruvchisini doimo rulda ishlashga majbur qiladi va bu korpusning qarshiligini oshiradi va kema tezligini pasaytiradi. Bundan tashqari, noto'g'ri markazlashtirish nazorat qilish qobiliyatining yomonlashishiga va ba'zi hollarda uning to'liq yo'qolishiga olib keladi.
Yaxtani rasmda ko'rsatilgandek markazga qo'ysak. 99, a, ya'ni CPU va CBS bir xil vertikalda bo'ladi, keyin kema juda kuchli boshqariladi va uni boshqarish juda qiyin bo'ladi. Nima gap? Bu erda ikkita asosiy sabab bor. Birinchidan, protsessor va CLS ning haqiqiy joylashuvi nazariyaga to'g'ri kelmaydi (ikkala markaz oldinga siljiydi, lekin teng emas).
Ikkinchidan, va bu asosiy narsa, egilayotganda yelkanlarning tortish kuchi va korpusning bo'ylama qarshiligining kuchi har xil bo'ladi. vertikal tekisliklar(100-rasm), yaxtani haydashga majbur qiladigan tutqich bo'lib chiqdi. Ro'yxat qanchalik katta bo'lsa, kemaning harakatga moyilligi shunchalik katta bo'ladi.
Bunday quymani yo'q qilish uchun CPU CBS oldiga joylashtiriladi. Yaxtaning harakatlanishiga olib keladigan rulon bilan yuzaga keladigan surish kuchi va bo'ylama qarshilik momenti siljish kuchlarining ushlab turish momenti va protsessorning oldinga joylashishi bilan lateral qarshilik bilan qoplanadi. Yaxshi markazlashtirish uchun markaziy protsessor CLS dan oldinda, suv chizig'i bo'ylab yaxta uzunligining 10-18% ga teng masofada joylashtirilishi kerak. Yaxta qanchalik barqaror bo'lmasa va protsessor CBS dan qanchalik baland bo'lsa, uni oldinga siljitish kerak bo'ladi.
Yaxtaning yaxshi harakatlanishi uchun u markazlashtirilgan bo'lishi kerak, ya'ni protsessor va CLS ni shunday holatga qo'yingki, engil shamolda olib ketilayotgan kema yelkanlari bilan to'liq muvozanatlangan bo'ladi. , u rulni tashlangan yoki DPga o'rnatilgani bilan kursda barqaror edi (juda kuchsiz shamolda ozgina moyillikka yo'l qo'yiladi), kuchliroq shamol bilan esa u aylanish tendentsiyasiga ega edi. Har bir rul boshqaruvchisi yaxtani to'g'ri markazlashtira olishi kerak. Aksariyat yaxtalarda orqa yelkanlar tortilsa va oldingi yelkanlar tushirilsa, luffga moyillik kuchayadi. Agar oldinga yelkanlar va orqa yelkanlar oshib ketgan bo'lsa, kema ko'tariladi. "Kornili" asosiy yelkanning ko'payishi bilan, shuningdek, yomon turuvchi yelkanlar bilan yaxta ko'proq haydashga moyil bo'ladi.
Guruch. 100. Yaxtani shamolga keltirishda rulonning ta'siri
