كيف تبحر عكس اتجاه الريح على متن يخت شراعي؟ القوى المؤثرة على بدن اليخت وأشرعته الآن دعونا نفكر في عمل الشراع على اليخت

قبل الغوص في أداء الشراع ، هناك نقطتان قصيرتان لكن مهمتان يجب مراعاتهما:
1. تحديد الرياح التي تؤثر على الأشرعة.
2. شرح المصطلحات البحرية المحددة المرتبطة بدورات الرياح.

الريح الحقيقية والراية في اليخوت.

الريح التي تعمل على سفينة متحركة وكل شيء عليها يختلف عن الذي يعمل على أي جسم ثابت.
الرياح نفسها كظاهرة جوية تهب نسبة إلى الأرض أو الماء ، نسميها الريح الحقيقية.
في اليخوت ، تسمى الرياح بالنسبة لليخت المتحرك بالرياح الظاهرة وهي مجموع الرياح الحقيقية وتدفق الهواء القادم الناجم عن حركة السفينة.
تهب الرياح المتساقطة دائمًا على القارب بزاوية أكثر حدة من الرياح الحقيقية.
يمكن أن تكون سرعة الرياح الظاهرة أعلى (إذا كانت الرياح الحقيقية وجهاً لوجه أو جانبية) ، أو أقل من السرعة الحقيقية (إذا كانت من الاتجاهات التالية).

الاتجاهات المتعلقة بالرياح.

في مهب الريحيعني من الجانب الذي تهب منه الريح.
تحت الريح- على الجانب الذي تهب فيه الرياح.
هذه المصطلحات ، بالإضافة إلى المشتقات منها ، مثل "windward" ، "leeward" ، تُستخدم على نطاق واسع جدًا ، وليس فقط في اليخوت.
عندما يتم تطبيق هذه الشروط على السفينة ، فمن المعتاد أيضًا التحدث عن جوانب الريح والرياح.
إذا هبت الرياح من الجانب الأيمن لليخت ، فسيتم استدعاء هذا الجانب عكس اتجاه الريح، الجهه اليسرى - المواجه للريحعلى التوالى.
Port and يمين بوردك هما مصطلحان مرتبطان ارتباطًا مباشرًا بالمصطلحات السابقة: إذا هبت الرياح إلى الجانب الأيمن من السفينة ، فيقولون أنه يسير يمينًا ، إذا تم تركه إلى المنفذ.
في المصطلحات البحرية الإنجليزية ، يختلف ما يرتبط بالميمن والميناء عن اليمين واليسار المعتاد. حول الجانب الأيمن وكل ما يتعلق به ، يقولون Starboard ، حول الجانب الأيسر - Port.

دورات الرياح.

يختلف الاتجاه فوق الريح تبعًا للزاوية بين اتجاه الرياح الظاهرة واتجاه القارب. يمكن تصنيفها على أنها حارة أو ممتلئة الجسم.

الريح الجارحة هي مسار حاد بالنسبة للريح. عندما تهب الرياح بزاوية أقل من 80 درجة. يمكن أن تكون شديدة الانحدار (حتى 50 درجة) وممتلئة (من 50 إلى 80 درجة).
العناوين الكاملة فيما يتعلق بالرياح هي دورات عندما تهب الرياح بزاوية 90 درجة أو أكثر في اتجاه حركة اليخت.
تشمل هذه الدورات:
Gulfwind - تهب الرياح بزاوية 80 إلى 100 درجة.
Backstay - تهب الرياح بزاوية 100 إلى 150 درجة (دعامة خلفية شديدة الانحدار) ومن 150 إلى 170 درجة (دعامة كاملة).
Fordewind - تهب الرياح في المؤخرة بزاوية تزيد عن 170 درجة.
ليفينتيك - الريح متقاربة أو قريبة من ذلك. نظرًا لأن السفينة الشراعية لا يمكنها التحرك ضد مثل هذه الرياح ، فغالبًا ما يطلق عليها ليس مسارًا ، بل موقعًا متعلقًا بالرياح.

المناورات المتعلقة بالرياح.

عندما يغير يخت تحت الشراع مساره بحيث تقل الزاوية بين الرياح واتجاه السفر ، يُقال أن السفينة معطى... بمعنى آخر ، يعني الهبوط الذهاب بزاوية أكثر حدة مع الريح.
إذا حدثت العملية المعاكسة ، أي أن اليخت يغير مساره باتجاه زيادة في الزاوية بينه وبين الريح ، السفينة يتدحرج بعيدا .
دعنا نوضح أن المصطلحين ("الرصاص" و "التدحرج بعيدًا" يستخدمان عندما يغير القارب مساره بالنسبة إلى الريح في نفس المسار.
إذا غيرت السفينة مسارها ، فعندئذ (وعندها فقط!) تسمى هذه المناورة في اليخوت بالدوران.
هناك طريقتان مختلفتان لتغيير المسار ، وبالتالي هناك منعطفان: المبالغةو الريح .
التجاوز هو انعطاف ضد الريح. يتم دفع القارب ، ويعبر قوس القارب خط الرياح ، وفي مرحلة ما يمر القارب عبر موقع ليفينتيك ، وبعد ذلك يتم وضعه على مسار آخر.
يحدث اليخوت عند الانعطاف إلى الأمام في الاتجاه المعاكس: تتدحرج السفينة بعيدًا ، ويعبر المؤخرة خط الرياح ، ويتم نقل الأشرعة إلى الجانب الآخر ، ويقع اليخت على مسار آخر. غالبًا ما يكون التحول من دورة كاملة إلى أخرى.

عمل الشراع عند اليخوت.

أحد الاهتمامات الأساسية للبحار عند العمل بالأشرعة هو توجيه الشراع بالزاوية المثلى فيما يتعلق بالرياح من أجل دفع أفضل للأمام. للقيام بذلك ، تحتاج إلى فهم كيفية تفاعل الشراع مع الريح.
يشبه عمل الشراع في نواح كثيرة عمل جناح الطائرة ويتم وفقًا لقوانين الديناميكا الهوائية. لرجال اليخوت الفضوليين بشكل خاص ، يمكنك معرفة المزيد عن الديناميكا الهوائية للشراع كجناح في سلسلة من المقالات:. لكن من الأفضل القيام بذلك بعد قراءة هذا المقال ، والانتقال تدريجياً من المواد السهلة إلى المواد الأكثر تعقيدًا. على الرغم من من أقول هذا؟ أصحاب اليخوت الحقيقيين لا يخافون من الصعوبات. ويمكنك أن تفعل كل شيء عكس ذلك تمامًا.

الفرق الرئيسي بين الشراع وجناح الطائرة هو أنه لظهور القوة الهوائية على الشراع ، يلزم وجود زاوية معينة غير صفرية بينه وبين الريح ، وتسمى هذه الزاوية بزاوية الهجوم. جناح الطائرة له شكل جانبي غير متماثل ويمكن أن يعمل بشكل طبيعي بزاوية صفر للهجوم ، بينما الشراع لا يعمل.
في عملية تدفق الرياح حول الشراع ، تنشأ قوة ديناميكية هوائية تدفع اليخت في النهاية إلى الأمام.
ضع في اعتبارك تشغيل الشراع في اليخوت في دورات مختلفة بالنسبة للرياح. أولاً ، من أجل التبسيط ، دعنا نتخيل أن صاريًا بشراع واحد قد تم حفره في الأرض ويمكننا توجيه الريح بزوايا مختلفة إلى الشراع.

زاوية الهجوم 0 درجة. تهب الرياح على طول الشراع ، والشراع يرفرف مثل العلم. لا توجد قوة ديناميكية هوائية على الشراع ، يوجد فقط قوة سحب.
زاوية الهجوم 7 درجات. تبدأ القوة الديناميكية الهوائية في الظهور. يتم توجيهه بشكل عمودي على الشراع ولا يزال صغير الحجم.
زاوية الهجوم حوالي 20 درجة. وصلت القوة الديناميكية الهوائية إلى أقصى قيمتها من حيث الحجم ، موجهة بشكل عمودي على الشراع.
زاوية الهجوم 90 درجة. فيما يتعلق بالحالة السابقة ، لم تتغير القوة الديناميكية الهوائية بشكل كبير سواء في الحجم أو في الاتجاه.
وهكذا ، نرى أن القوة الديناميكية الهوائية يتم توجيهها دائمًا بشكل عمودي على الشراع وأن حجمها لا يتغير عمليًا في نطاق الزوايا من 20 إلى 90 درجة.
زوايا الهجوم التي تزيد عن 90 درجة لا معنى لها ، لأن الأشرعة على اليخت لا يتم وضعها عادة في مثل هذه الزوايا فيما يتعلق بالرياح.

إن التبعيات المذكورة أعلاه للقوة الديناميكية الهوائية على زاوية الهجوم مبسطة ومتوسطة إلى حد كبير.
في الواقع ، تختلف هذه الخصائص بشكل ملحوظ اعتمادًا على شكل الشراع. على سبيل المثال ، سيكون للشراع الرئيسي الطويل والضيق والمسطح من يخوت السباق أقصى قوة ديناميكية هوائية بزاوية هجوم تبلغ حوالي 15 درجة ، وعند الزوايا الأعلى تكون القوة أقل قليلاً. إذا كان الشراع أكثر بطنًا ولا يحتوي على استطالة كبيرة جدًا ، فيمكن أن تكون القوة الديناميكية الهوائية عليه بحد أقصى بزاوية هجوم تبلغ حوالي 25-30 درجة.

الآن دعونا نلقي نظرة على عمل الشراع على متن يخت.

من أجل التبسيط ، دعنا نتخيل أن هناك شراعًا واحدًا فقط على متن يخت. فليكن مغارة.
أولاً ، يجدر النظر في كيفية تصرف نظام اليخوت + الشراع عند التحرك في أكثر الدورات حدة بالنسبة للرياح ، حيث يثير هذا عادةً معظم الأسئلة.

لنفترض أن الرياح تعمل على يخت بزاوية 30-35 درجة على بدنه. من خلال توجيه الشراع في مسار بزاوية 20 درجة تقريبًا مع الريح ، سنحصل عليه من القوة الديناميكية الهوائية الكافية أ.
نظرًا لأن هذه القوة تعمل بزاوية قائمة على الشراع ، يمكننا أن نرى أنها تسحب اليخت بقوة إلى الجانب. بتوسيع القوة A إلى مكونين ، يمكنك أن ترى أن الدفع الأمامي T أقل عدة مرات من القوة التي تدفع القارب جانبياً (D ، قوة الانجراف).
كيف إذن يتقدم اليخت؟
والحقيقة هي أن تصميم الجزء الموجود تحت الماء من الهيكل يجعل مقاومة الهيكل للحركة إلى الجانب (ما يسمى بالمقاومة الجانبية) أكبر بعدة مرات من مقاومة الحركة إلى الأمام. يتم تسهيل ذلك من خلال العارضة (أو اللوح المركزي) والدفة وشكل الهيكل.
ومع ذلك ، تنشأ المقاومة الجانبية عندما يكون هناك شيء ما يجب مقاومته ، أي لكي تبدأ في العمل ، فإن إزاحة معينة للجسم إلى الجانب ضرورية ، ما يسمى بانجراف الريح.

يحدث هذا الإزاحة بشكل طبيعي تحت تأثير المكون الجانبي للقوة الديناميكية الهوائية ، وكاستجابة ، تظهر قوة المقاومة الجانبية S ، الموجهة في الاتجاه المعاكس ، على الفور. كقاعدة ، يوازنون بعضهم البعض بزاوية انجراف تبلغ حوالي 10-15 درجة.
لذلك ، من الواضح أن المكون الجانبي للقوة الديناميكية الهوائية ، والذي يكون أكثر وضوحًا في الدورات الحادة بالنسبة للرياح ، يسبب ظاهرتين غير مرغوب فيهما: انجراف الرياح وانحرافها.

يعني انجراف الرياح أن مسار اليخت لا يتطابق مع خط الوسط (خط الوسط ، أو DP ، هو مصطلح ذكي لخط القوس والمؤخرة). هناك تحول مستمر لليخت في اتجاه الريح ، والحركة تبدو جانبية قليلاً.
من المعروف أنه عند ركوب اليخوت في مسار جانبي في ظل ظروف مناخية متوسطة ، فإن انحراف الرياح كزاوية بين DP والمسار الحقيقي للحركة تبلغ حوالي 10-15 درجة.

تقدم ضد الريح. العبث.

نظرًا لأن ركوب اليخوت تحت الأشرعة مستحيل تمامًا في مواجهة الريح ، ولكن لا يمكنك التحرك إلا بزاوية معينة ، سيكون من الجيد أن يكون لديك فكرة عن مدى حدة تحرك اليخت نحو الريح بالدرجات. وبالتالي ، فإن هذا القطاع غير المتحرك من الدورات بالنسبة للريح ، حيث تكون الحركة ضد الريح مستحيلة.
تُظهر التجربة أن اليخت المبحر المنتظم (وليس يخت سباقات) يمكنه الإبحار بفعالية 50-55 درجة في اتجاه الريح الحقيقية.

وبالتالي ، إذا كان الهدف الذي يجب تحقيقه هو مواجهة الريح بشكل صارم ، فإن اليخوت إليه لن يتم في خط مستقيم ، ولكن في خط متعرج مع مسار واحد ، ثم آخر. في هذه الحالة ، في كل مسار ، بطبيعة الحال ، سوف تحتاج إلى محاولة السير بأقصى حد ممكن نحو الريح. هذه العملية تسمى المعالجة.

تسمى الزاوية بين مسارات اليخوت على مسامير متجاورة عند التطرق. من الواضح ، مع حدة الحركة للريح من 50-55 درجة ، ستكون زاوية التدرج 100-110 درجة.

توضح لنا قيمة زاوية الالتحام مدى فعالية التحرك نحو الهدف إذا تم تحديد موقعه بشكل صارم في مواجهة الريح. بالنسبة لزاوية 110 درجة ، على سبيل المثال ، يتم زيادة المسار إلى الهدف بمعامل 1.75 مقارنة بالتحرك في خط مستقيم.

عمليات الإبحار في دورات الرياح المختلفة

من الواضح ، بالفعل ، في مسار Gulfwind ، أن الدفع T يتجاوز بشكل كبير قوة الانجراف D ، بحيث يكون الانجراف واللف صغيرًا.

مع الدعامة الخلفية ، كما نرى ، بالمقارنة مع مسار Gulfwind ، لم يتغير الكثير. يتم وضع الشراع الرئيسي في وضع عمودي تقريبًا على DP ، وهذا الوضع هو الأفضل بالنسبة لمعظم اليخوت ، ومن المستحيل تقنيًا نشره إلى أبعد من ذلك.

لا يختلف موضع الشراع الرئيسي في مسار الريح الأمامي عن موضعه في مسار الركيزة الخلفية.
هنا ، من أجل التبسيط ، عند النظر في فيزياء العملية في اليخوت ، نأخذ في الاعتبار شراعًا واحدًا فقط - الشراع الرئيسي. عادةً ما يكون لليخت شراعان - الشراع الرئيسي وشراع الإقامة (الشراع الرئيسي). لذلك ، في اتجاه الريح الأمامي ، يكون الشراع (إذا كان موجودًا على نفس جانب الشراع الرئيسي) في ظل الريح من الشراع الرئيسي ولا يعمل عمليًا. هذا هو أحد الأسباب العديدة لعدم إعجاب البحارة بالدورة التدريبية الأمامية.

القوة الدافعة للرياح

نشر موقع ناسا على الإنترنت مواد مثيرة للاهتمام للغاية حول العوامل المختلفة التي تؤثر على تشكيل المصعد بواسطة جناح الطائرة. هناك أيضًا نماذج رسومية تفاعلية تُظهر أنه يمكن أيضًا إنشاء الرفع بواسطة جناح متماثل بسبب انحراف التدفق.

الشراع ، بزاوية مع تدفق الهواء ، يحرفه (الشكل 1 د). من خلال الجانب "الصاعد" المتجه للريح من الشراع ، يسافر تدفق الهواء في مسار أطول ، ووفقًا لمبدأ استمرارية التدفق ، فإنه يتحرك أسرع من اتجاه اتجاه الريح والجانب "السفلي". والنتيجة هي ضغط أقل على الجانب المواجه للريح من الشراع مقارنة بالجانب المقابل للريح.

عند الإبحار في اتجاه الريح الأمامي مع ضبط الشراع بشكل عمودي على اتجاه الريح ، يكون معدل الزيادة في ضغط اتجاه الريح أكبر من معدل انخفاض الضغط على الجانب المواجه للريح ، أي أن الرياح تدفع اليخت أكثر منه تسحب. عندما يصبح القارب أكثر حدة في اتجاه الريح ، ستتغير هذه النسبة. وبالتالي ، إذا كانت الرياح تهب بشكل عمودي على مسار اليخت ، فإن زيادة الضغط على الشراع من جانب الريح يكون لها تأثير أقل على السرعة من انخفاض الضغط من جانب الريح. بمعنى آخر ، الشراع يسحب اليخت أكثر مما يدفع.

تعود حركة اليخت إلى حقيقة أن الرياح تتفاعل مع الشراع. يؤدي تحليل هذا التفاعل إلى نتائج غير متوقعة للعديد من الوافدين الجدد. اتضح أن السرعة القصوى لا تتحقق عندما تهب الرياح من الخلف تمامًا ، ولكن الرغبة في "ريح خلفية" تحمل معنى غير متوقع تمامًا.

كل من الشراع والعارضة ، عند التفاعل مع تدفق الهواء أو الماء ، على التوالي ، يخلقان مصعدًا ، وبالتالي ، يمكن تطبيق نظرية الجناح لتحسين أدائهم.

القوة الدافعة للرياح

يحتوي تدفق الهواء على طاقة حركية ، وبالتفاعل مع الأشرعة ، يمكنه دفع اليخت. يوصف قانون برنولي تشغيل كل من الأشرعة وجناح الطائرة ، حيث تؤدي زيادة سرعة التدفق إلى انخفاض الضغط. عند التحرك في الهواء ، يقسم الجناح التدفق. جزء منه يلتف حول الجناح من الأعلى ، وجزء من الأسفل. تم تصميم جناح الطائرة بحيث يكون تدفق الهواء فوق الجزء العلوي من الجناح أسرع من التدفق أسفل الجزء السفلي من الجناح. والنتيجة هي ضغط أقل بكثير فوق الجناح عن الأسفل. الفرق في الضغط هو رفع الجناح (الشكل 1 أ). نظرًا لشكله المعقد ، يمكن للجناح أن يولد قوة رفع حتى عندما يقطع تيارًا يتحرك بالتوازي مع مستوى الجناح.

لا يمكن للشراع تحريك اليخت إلا إذا كان بزاوية معينة من التيار ويؤدي إلى انحرافه. لا تزال مسألة مقدار المصعد المرتبط بتأثير برنولي ومقدار نتيجة انحراف التدفق مثيرة للجدل. وفقًا لنظرية الجناح الكلاسيكية ، ينشأ الرفع فقط من الاختلاف في معدلات التدفق فوق وتحت الجناح غير المتماثل. في الوقت نفسه ، من المعروف جيدًا أن الجناح المتماثل قادر أيضًا على إنشاء مصعد إذا تم تثبيته بزاوية معينة للتدفق (الشكل 1 ب). في كلتا الحالتين ، تسمى الزاوية بين الخط الذي يربط بين النقاط الأمامية والخلفية للجناح واتجاه التدفق بزاوية الهجوم.

تزداد قوة الرفع مع زيادة زاوية الهجوم ، لكن هذه العلاقة تعمل فقط عند القيم الصغيرة لهذه الزاوية. بمجرد أن تتجاوز زاوية الهجوم مستوى حرجًا معينًا وينكسر التدفق ، تتشكل دوامات عديدة على السطح العلوي للجناح ، وتنخفض قوة الرفع بشكل حاد (الشكل 1 ج).

يعرف صيادو اليخوت أن الريح بعيدة كل البعد عن أسرع مسار. إذا كانت الرياح من نفس القوة تهب بزاوية 90 درجة على المسار ، فسوف يتحرك القارب بشكل أسرع. في مسار الريح ، تعتمد القوة التي تدفع بها الرياح ضد الشراع على سرعة اليخت. بأقصى قوة ، تضغط الرياح على شراع اليخت الثابت (الشكل 2 أ). مع زيادة السرعة ، ينخفض الضغط على الشراع ويصبح عند أدنى حد عندما يصل اليخت إلى السرعة القصوى (الشكل 2 ب). دائمًا ما تكون السرعة القصوى في مسار الريح أقل من سرعة الرياح. هناك عدة أسباب لذلك: أولاً ، الاحتكاك ، في أي حركة ، يتم إنفاق جزء من الطاقة على التغلب على القوى المختلفة التي تعيق الحركة. لكن الشيء الرئيسي هو أن القوة التي تضغط بها الرياح على الشراع تتناسب مع مربع سرعة الرياح الظاهرة ، وسرعة الرياح الظاهرة على مسار الرياح الأمامية تساوي الفرق بين سرعة الرياح الحقيقية وسرعة اليخت. .

تتجه اليخوت الشراعية المتجهة إلى الريح الخليجية (90 درجة مئوية إلى الريح) فهي قادرة على التحرك أسرع من الريح. في إطار هذا المقال ، لن نناقش ميزات الريح الظاهرة ، نلاحظ فقط أنه في مسار الرياح الخليجية ، تكون القوة التي تضغط بها الرياح على الأشرعة أقل اعتمادًا على سرعة اليخت (الشكل 2 ج).

الاحتكاك هو العامل الرئيسي الذي يمنع زيادة السرعة. لذلك ، فإن المراكب الشراعية ذات المقاومة المحدودة للحركة قادرة على الوصول إلى سرعات أعلى بكثير من سرعة الرياح ، ولكن ليس في مسار الريح. على سبيل المثال ، يمكن للتزلج ، نظرًا لحقيقة أن الزلاجات تتمتع بمقاومة انزلاق ضئيلة ، أن تتسارع إلى سرعة 150 كم / ساعة بسرعة رياح تبلغ 50 كم / ساعة أو حتى أقل.

شرح فيزياء الإبحار: مقدمة

ردمك 1574091700 ، 9781574091700

لا تقل أهمية قوة سحب الهيكل عن قوة الدفع التي تنتجها الأشرعة. للحصول على فكرة أوضح عن كيفية عمل الأشرعة ، دعنا نتعرف على المفاهيم الأساسية لنظرية الشراع.

لقد تحدثنا بالفعل عن القوى الرئيسية التي تعمل على أشرعة اليخت مع الرياح الخلفية (اتجاه الريح الأمامية) والرياح المعاكسة (اتجاه الرياح المعاكسة). لقد وجد أن القوة المؤثرة على الأشرعة يمكن أن تتحلل إلى القوة التي تجعل اليخت يتدحرج وينجرف في اتجاه الريح ، وقوة الانجراف وقوة الدفع (انظر الشكل 2 و 3).

الآن دعونا نرى كيف يتم تحديد القوة الكلية لضغط الرياح على الأشرعة ، وما تعتمد عليه قوى الدفع والانجراف.

لتصور عمل الشراع في مسارات حادة ، من الملائم التفكير أولاً في الشراع المسطح (الشكل 94) ، الذي يتعرض لضغط الرياح عند زاوية معينة للهجوم. في هذه الحالة ، تتشكل الدوامات خلف الشراع ، وتظهر قوى الضغط على الجانب المواجه للريح منه ، وقوى الخلخلة على الجانب المواجه للريح. يكون R الناتج عموديًا تقريبًا على مستوى الشراع. لفهم عمل الشراع بشكل صحيح ، من الملائم تمثيله في شكل ناتج مكونين من القوة: موجه X موازٍ لتدفق الهواء (الرياح) و Y- عمودي عليه.

تسمى القوة X الموازية لتدفق الهواء بقوة السحب ؛ تم إنشاؤه ، بالإضافة إلى الشراع ، أيضًا بواسطة بدن اليخت والتزوير والساريات وطاقم اليخت.

تسمى القوة Y الموجهة عموديًا على تدفق الهواء قوة الرفع في الديناميكا الهوائية. هي التي ، في مسارات حادة ، تخلق قوة دفع في اتجاه حركة اليخت.

إذا ، مع نفس السحب للشراع X (الشكل 95) ، زاد الرفع ، على سبيل المثال ، إلى القيمة Y1 ، ثم ، كما هو موضح في الشكل ، سيتغير ناتج الرفع والسحب بمقدار R ، وبالتالي ، سوف يزيد الدفع T إلى T1.

مثل هذا البناء يجعل من السهل التحقق من أنه مع زيادة السحب X (بنفس قوة الرفع) ، يتناقص الدفع T.

وبالتالي ، هناك طريقتان لزيادة قوة الجر ، وبالتالي سرعة المسار في المسارات الحادة: زيادة رفع الشراع وتقليل سحب الشراع واليخت.

في الإبحار الحديث ، تزداد قوة رفع الشراع بإعطائه شكلًا مقعرًا مع "ثقب" معين (الشكل 96): الحجم من الصاري إلى أعمق مكان في "البطن" عادة ما يكون 0.3-0.4 من عرض الشراع وعمق "البطن" حوالي 6-10٪ من العرض. قوة الرفع لمثل هذا الشراع أعلى بنسبة 20-25٪ من قوة الرفع لشراع مسطح تمامًا بنفس قوة السحب تقريبًا. صحيح أن اليخت ذو الأشرعة المسطحة ينحدر قليلاً نحو الريح. ومع ذلك ، مع الأشرعة "ذات البطون" ، تكون سرعة المناورة أكبر بسبب قوة الدفع الأكبر.

أرز. 96. ملف تعريف الشراع

لاحظ أنه في الأشرعة ذات الوعاء ، لا يزداد الدفع فحسب ، بل يزداد أيضًا قوة الانجراف ، مما يعني أن لفة وانجراف اليخوت ذات الأشرعة ذات البطانات أكبر من الأشرعة المسطحة نسبيًا. لذلك ، فإن "كثافة البطون" للشراع تزيد عن 6-7٪ في حالة الرياح القوية ، حيث تؤدي زيادة الكعب والانجراف إلى زيادة كبيرة في مقاومة الهيكل وانخفاض كفاءة الأشرعة ، التي "تلتهم" تأثير زيادة قوة الدفع. في الرياح الخفيفة ، يتم سحب الأشرعة ذات "البطن" بنسبة 9-10٪ بشكل أفضل ، نظرًا لأن الأسطوانة صغيرة بسبب انخفاض ضغط الرياح الكلي على الشراع.

أي شراع بزوايا هجوم تزيد عن 15-20 درجة ، أي عندما يتجه اليخت 40-50 درجة مع الريح وأكثر ، يسمح لك بتقليل الرفع وزيادة السحب ، حيث تتشكل دوامات كبيرة على جانب الريح. ونظرًا لأن الجزء الرئيسي من المصعد يتم إنشاؤه بواسطة تدفق سلس ، بدون دوامات ، حول الجانب المواجه للريح من الشراع ، فإن تدمير هذه الدوامات يجب أن يكون له تأثير كبير.

يتم تدمير الدوامات المتكونة خلف الشراع الرئيسي عن طريق تثبيت الشراع (الشكل 97). تدفق الهواء الداخل إلى الفجوة بين الشراع الرئيسي والشراع الثابت يزيد من سرعته (ما يسمى بتأثير الفوهة) ، وعندما يتم ضبط شراع البقاء بشكل صحيح ، "يلعق" الدوامات من الشراع الرئيسي.

أرز. 97. عمل staysail

من الصعب الحفاظ على شكل الشراع الناعم متسقًا عبر زوايا مختلفة للهجوم. في السابق ، كانوا يجرون على القوارب الشراعية التي تمر عبر الشراع بأكمله - فقد أصبحوا أرق داخل "البطن" وأكثر سمكًا باتجاه العلقة ، حيث يكون الشراع أكثر انبساطًا. في الوقت الحاضر ، يتم تثبيت العوارض الخشبية بشكل أساسي على الأخاديد والقوارب ، حيث من المهم بشكل خاص الحفاظ على المظهر الجانبي والصلابة للشراع عند زوايا منخفضة للهجوم ، عندما يكون الشراع العادي قد تم تجديفه بالفعل.

إذا كان الشراع هو مصدر الرفع فقط ، فإن السحب يخلق كل ما هو موجود في تدفق الهواء حول اليخت. لذلك ، يمكن أيضًا تحقيق تحسين في خصائص الجر للشراع عن طريق تقليل سحب بدن اليخت ، وقطع الصواميل ، والتزوير والطاقم. لهذا الغرض ، يتم استخدام أنواع مختلفة من fairings على الساريات والتزوير.

يعتمد سحب الشراع على شكله. وفقًا لقوانين الديناميكا الهوائية ، كلما كان سحب جناح الطائرة أضيق وأطول ، قل ذلك في نفس المنطقة. هذا هو السبب وراء محاولة جعل الشراع (نفس الجناح بشكل أساسي ، ولكن يتم وضعه بشكل عمودي) مرتفعًا وضيقًا. يسمح هذا أيضًا باستخدام رياح المنبع.

يعتمد سحب الشراع إلى حد كبير على حالة حافته الأمامية. يجب أن تكون كفوف الأشرعة ضيقة لمنع الاهتزازات.

من الضروري ذكر ظرف آخر مهم للغاية - ما يسمى بتوسيط الأشرعة.

من المعروف من الميكانيكا أن أي قوة يتم تحديدها من خلال حجمها واتجاهها ونقطة التطبيق. حتى الآن ، تحدثنا فقط عن حجم واتجاه القوى المطبقة على الشراع. كما سنرى لاحقًا ، فإن معرفة نقاط التطبيق أمر ضروري لفهم كيفية عمل الأشرعة.

يتم توزيع ضغط الرياح بشكل غير متساو على سطح الشراع (يتعرض الجزء الأمامي لمزيد من الضغط) ، ومع ذلك ، لتبسيط الحسابات المقارنة ، يُعتبر أنه موزع بالتساوي. بالنسبة للحسابات التقريبية ، يُفترض تطبيق القوة الناتجة لضغط الرياح على الأشرعة على نقطة واحدة ؛ يعتبر مركز الثقل على سطح الأشرعة عند وضعها في المستوى المركزي لليخت. هذه النقطة تسمى مركز الشراع (CP).

دعنا نتحدث عن أبسط طريقة رسومية لتحديد موضع وحدة المعالجة المركزية (الشكل 98). ارسم شراع اليخت بالمقياس الصحيح. بعد ذلك ، عند تقاطع المتوسطات - الخطوط التي تربط رؤوس المثلث بنقاط المنتصف في الجوانب المتقابلة - تم العثور على مركز كل شراع. بعد الحصول على هذا النحو في الرسم ، يتم رسم المركزين O و O1 للمثلثين اللذين يشكلان الشراع الرئيسي والإقامة ، يتم رسم خطين متوازيين OA و O1B من خلال هذه المراكز ويتم وضعهما في اتجاهين متعاكسين في أي منهما ، ولكن نفس المقياس ، عدد الوحدات الخطية بالمتر المربع في المثلث ؛ من مركز الشراع الرئيسي تقع منطقة الجيب ، ومن وسط الذراع - منطقة الشراع الرئيسي. نقطتا النهاية A و B متصلتان بخط مستقيم AB. خط مستقيم آخر - O1O يربط بين مراكز المثلثات. عند تقاطع الخطين A B و O1O سيكون هناك مركز مشترك.

أرز. 98. طريقة رسومية لإيجاد مركز الشراع

كما قلنا من قبل ، فإن قوة الانجراف (التي نعتبرها مطبقة في مركز الشراع) يتم مواجهتها بقوة السحب الجانبي لهيكل اليخت. تعتبر قوة المقاومة الجانبية مطبقة في مركز المقاومة الجانبية (CLS). مركز المقاومة الجانبية هو مركز الثقل لإسقاط الجزء الموجود تحت الماء من اليخت على المستوى المركزي.

يمكن العثور على مركز المقاومة الجانبية عن طريق قطع الخطوط العريضة للجزء الموجود تحت الماء من اليخت من الورق السميك ووضع هذا النموذج على نصل السكين. عندما يكون النموذج متوازنًا ، ادفعه برفق ، ثم قم بتدويره بزاوية 90 درجة وقم بموازنته مرة أخرى. يمنحنا تقاطع هذه الخطوط مركز المقاومة الجانبية.

عندما يبحر القارب بدون كعب ، يجب أن تكون وحدة المعالجة المركزية على نفس الخط الرأسي مع CLS (الشكل 99). إذا كان CP أمام CLS (الشكل 99 ، ب) ، فإن قوة الانجراف ، التي تم إزاحتها للأمام بالنسبة لقوة المقاومة الجانبية ، تحول قوس السفينة إلى الريح - يتدحرج اليخت بعيدًا. إذا كانت وحدة المعالجة المركزية خلف CLS ، فسوف يستدير اليخت مع انحناءة للريح ، أو يتم إحضاره (الشكل 99 ، ج).

أرز. 99. توسيط اليخت

إن الرمي المفرط للرياح وخاصة التدحرج (اختلال المحاذاة) يضر بتقدم اليخت ، حيث يجبر قائد الدفة على العمل في الدفة طوال الوقت من أجل الحفاظ على استقامة الحركة ، وهذا يزيد من مقاومة الهيكل ويقلل من سرعة القارب. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي عدم المحاذاة إلى تدهور القدرة على التحكم ، وفي بعض الحالات - إلى فقدانها التام.

إذا قمنا بتوسيط اليخت كما هو موضح في الشكل. 99 ، ولكن ، أي أن وحدة المعالجة المركزية و CLS ستكونان على نفس الوضع الرأسي ، ثم ستتم قيادة السفينة بقوة كبيرة وسيصبح من الصعب للغاية التحكم فيها. ماذا جرى؟ هناك سببان رئيسيان هنا. أولاً ، لا يتطابق الموقع الحقيقي لوحدة المعالجة المركزية (CPU) و CLS مع الموقع النظري (يتم تحويل كلا المركزين إلى الأمام ، ولكن ليس نفس الشيء).

ثانيًا ، وهذا هو الشيء الرئيسي ، عندما يكون الكعب وقوة الدفع للأشرعة وقوة المقاومة الطولية للبدن مستلقية في مستويات رأسية مختلفة (الشكل 100) ، فقد اتضح ، كما كان ، رافعة تجبر اليخت على أن تكون مدفوعة. كلما زاد الكعب ، زاد ميل القارب للقيادة.

للقضاء على هذا الزهر ، يتم وضع وحدة المعالجة المركزية أمام CLS. يتم تعويض لحظة قوة الدفع والسحب الطولي الناشئ عن اللفة ، مما يجبر اليخت على القيادة ، من خلال لحظة التقاط قوى الانجراف والسحب الجانبي في الموضع الأمامي لوحدة المعالجة المركزية. للتمركز بشكل جيد ، يجب وضع وحدة المعالجة المركزية أمام CLS على مسافة تساوي 10-18٪ من طول خط الماء لليخت. كلما كان اليخت أقل استقرارًا وكلما ارتفعت وحدة المعالجة المركزية فوق CLS ، زادت الحاجة إلى نقلها إلى القوس.

من أجل أن يكون لليخت مسارًا جيدًا ، يجب أن يتم توسيطه ، أي ، يجب وضع وحدة المعالجة المركزية و CLS في مثل هذا الوضع الذي تكون فيه السفينة على المسار الجانبي في رياح ضعيفة متوازنة تمامًا بواسطة الأشرعة بعبارة أخرى ، كان ثابتًا على المسار مع الدفة التي تم إلقاؤها أو تثبيتها في عجلة القيادة (مما سمح بميل طفيف للانحراف بعيدًا في رياح ضعيفة جدًا) ، وفي الرياح القوية كان هناك ميل للقيادة. يجب أن يكون كل قائد دفة قادرًا على توسيط اليخت بشكل صحيح. في معظم اليخوت ، يزداد الميل إلى الطيران عندما يتم تحريك الأشرعة الخلفية ويتم إنزال الأشرعة الأمامية. إذا تم تحريك الأشرعة الأمامية وكانت الأشرعة الخلفية محفورة أكثر من اللازم ، فسوف تتدحرج السفينة بعيدًا. مع زيادة "البطون" للشراع الرئيسي ، وكذلك الأشرعة السيئة الوقوف ، يميل اليخت إلى القيادة إلى حد أكبر.

أرز. 100. تأثير التدحرج على إحضار اليخت في مهب الريح

من الصعب أن نتخيل كيف يمكن للسفن الشراعية أن تسير "عكس اتجاه الريح" - أو ، على حد تعبير البحارة ، "انحرفت". صحيح أن البحار سيخبرك أنه لا يمكنك مواجهة الريح مباشرة تحت الأشرعة ، لكن لا يمكنك التحرك إلا بزاوية حادة مع اتجاه الريح. لكن هذه الزاوية صغيرة - حوالي ربع الزاوية القائمة - ويبدو ، ربما ، غير مفهوم بنفس القدر: هل يجب الإبحار مباشرة عكس الريح أم بزاوية 22 درجة.

في الواقع ، هذا ليس غير مبال ، وسنشرح الآن كيف يمكن لقوة الريح أن تتجه نحوها بزاوية طفيفة. أولاً ، ضع في اعتبارك كيفية تأثير الرياح على الشراع بشكل عام ، أي أين تدفع الشراع عندما ينفخ عليه. ربما تعتقد أن الرياح تدفع الشراع دائمًا في اتجاه هبوبه. لكن الأمر ليس كذلك: فأينما تهب الرياح ، تدفع الشراع بشكل عمودي على مستوى الشراع. في الواقع: دع الرياح تهب في الاتجاه المشار إليه بواسطة الأسهم في الشكل أدناه ؛ خط ABيدل على شراع.

تدفع الرياح دائمًا الشراع بزوايا قائمة على مستواه.

نظرًا لأن الرياح تضغط بالتساوي على كامل سطح الشراع ، فإننا نستبدل ضغط الرياح بالقوة R المطبقة على منتصف الشراع. نحلل هذه القوة إلى قسمين: القوة سعمودي على الشراع ، والقوة P موجهة على طوله (انظر الشكل أعلاه ، إلى اليمين). القوة الأخيرة تدفع الشراع إلى أي مكان ، لأن احتكاك الريح باللوحة لا يكاد يذكر. لا يزال قويا سيدفع الشراع بزوايا قائمة عليه.

بمعرفة ذلك ، يمكننا أن نفهم بسهولة كيف يمكن للسفينة الشراعية أن تتحرك بزاوية حادة تجاه الريح. دع الخط مراقبة الجودةيصور خط عارضة السفينة.

كيف يمكنك أن تبحر عكس الريح.

تهب الرياح بزاوية حادة لهذا الخط في الاتجاه الذي يشير إليه صف الأسهم. خط ABيصور شراعًا يتم وضعها بحيث تقسم مستواها الزاوية بين اتجاه العارضة واتجاه الريح. اتبع تحلل القوى في الشكل. نحن نمثل ضغط الريح على الشراع بالقوة سالذي نعلم أنه يجب أن يكون عموديًا على الشراع. سنحلل هذه القوة إلى قسمين: القوة صعمودي على العارضة والقوة سإلى الأمام على طول خط عارضة السفينة. منذ تحرك السفينة في الاتجاه صيفي بمقاومة قوية للماء (العارضة في السفن الشراعية تصبح عميقة جدًا) ، ثم القوة صمتوازنة بالكامل تقريبًا بواسطة مقاومة الماء. فقط القوة تبقى سوالتي ، كما ترى ، موجهة للأمام ، وبالتالي ، تحرك السفينة بزاوية ، كما لو كانت باتجاه الريح. [يمكن إثبات أن القوة سيكون أعظم عندما يقسم مستوى الشراع الزاوية بين العارضة واتجاه الريح إلى النصف.].عادة ، يتم تنفيذ هذه الحركة في شكل متعرج ، كما هو موضح في الشكل أدناه. في لغة البحارة ، تسمى هذه الحركة للسفينة "التزحلق" بالمعنى الضيق للكلمة.

الرياح التي تهب باتجاه الغرب في جنوب المحيط الهادئ. ولهذا تم تصميم مسارنا بحيث يتحرك اليخت الشراعي "جولييت" من الشرق إلى الغرب ، أي بحيث تهب الرياح في الخلف.

ومع ذلك ، إذا نظرت إلى طريقنا ، ستلاحظ أنه في كثير من الأحيان ، على سبيل المثال ، عند الانتقال من الجنوب إلى الشمال من ساموا إلى توكيلاو ، كان علينا التحرك بشكل عمودي مع الريح. وأحيانًا يتغير اتجاه الريح تمامًا واضطررت إلى السير عكس اتجاه الريح.

طريق جولييت

ماذا تفعل في هذه الحالة؟

لطالما تمكنت السفن الشراعية من الإبحار عكس الريح. كتب ياكوف بيرلمان الكلاسيكي عن هذا لفترة طويلة وببساطة في كتابه الثاني من دورة الفيزياء الترفيهية. أقتبس هذه القطعة هنا حرفيًا بالصور.

"الإبحار عكس الريح

من الصعب أن نتخيل كيف يمكن للسفن الشراعية أن تسير "عكس اتجاه الريح" - أو ، على حد تعبير البحارة ، "انحرفت". صحيح أن البحار سيخبرك أنه لا يمكنك مواجهة الريح مباشرة تحت الأشرعة ، لكن لا يمكنك التحرك إلا بزاوية حادة مع اتجاه الريح. لكن هذه الزاوية صغيرة - حوالي ربع الزاوية القائمة - ويبدو ، ربما ، غير مفهوم بنفس القدر: سواء السباحة مباشرة عكس الريح أو بزاوية 22 درجة.

تدفع الرياح دائمًا الشراع بزوايا قائمة على مستواه.

نظرًا لأن الرياح تضغط بالتساوي على كامل سطح الشراع ، فإننا نستبدل ضغط الرياح بالقوة R المطبقة على منتصف الشراع. نحلل هذه القوة إلى قسمين: القوة Q ، العمودية على الشراع ، والقوة P ، الموجهة على طولها (انظر الشكل أعلاه ، على اليمين). القوة الأخيرة تدفع الشراع إلى أي مكان ، لأن احتكاك الريح باللوحة لا يكاد يذكر. تبقى القوة Q ، والتي تدفع الشراع بزوايا قائمة عليه.

بمعرفة ذلك ، يمكننا أن نفهم بسهولة كيف يمكن للسفينة الشراعية أن تتحرك بزاوية حادة تجاه الريح. دع خط KK يمثل خط عارضة السفينة.

كيف يمكنك أن تبحر عكس الريح.

تهب الرياح بزاوية حادة لهذا الخط في الاتجاه الذي يشير إليه صف الأسهم. يمثل الخط AB الشراع ؛ يتم وضعها بحيث تقسم مستواها الزاوية بين اتجاه العارضة واتجاه الريح. اتبع تحلل القوى في الشكل. نحن نمثل ضغط الرياح على الشراع بالقوة Q ، والتي ، كما نعلم ، يجب أن تكون عمودية على الشراع. نحلل هذه القوة إلى قسمين: القوة R ، العمودية على العارضة ، والقوة S الموجهة للأمام ، على طول خط عارضة السفينة. نظرًا لأن حركة السفينة في اتجاه R تواجه مقاومة قوية للماء (تصبح العارضة في السفن الشراعية عميقة جدًا) ، فإن قوة R تكون متوازنة تمامًا تقريبًا بواسطة مقاومة الماء. هناك قوة واحدة فقط S ، والتي ، كما ترى ، موجهة للأمام ، وبالتالي ، تحرك السفينة بزاوية ، كما لو كانت في اتجاه الريح. [يمكن إظهار القوة S على أنها أكبر عندما يقسم مستوى الشراع الزاوية بين العارضة واتجاه الرياح إلى النصف.]. عادة ، يتم تنفيذ هذه الحركة في شكل متعرج ، كما هو موضح في الشكل أدناه. في لغة البحارة ، تسمى هذه الحركة للسفينة "التوغل" بالمعنى الضيق للكلمة ".

دعنا الآن نفكر في جميع اتجاهات الرياح المحتملة المتعلقة بمسار القارب.

رسم تخطيطي لمسار السفينة بالنسبة للرياح ، أي الزاوية بين اتجاه الريح والمتجه من المؤخرة إلى القوس (الاتجاه).

عندما تهب الرياح في الوجه (leventik) ، تتدلى الأشرعة من جانب إلى آخر ومن المستحيل التحرك مع الشراع. بالطبع ، يمكنك دائمًا خفض الأشرعة وتشغيل المحرك ، لكن هذا لا علاقة له بالإبحار.

عندما تهب الرياح من الخلف (الريح الأمامية ، الرياح الخلفية) ، تضغط جزيئات الهواء المشتتة على الشراع من جانب واحد ويتحرك القارب. في هذه الحالة ، لا يمكن للسفينة أن تتحرك إلا بسرعة أبطأ من سرعة الرياح. تشبيه ركوب الدراجات في مهب الريح يعمل هنا - تهب الرياح في الخلف ومن السهل أن تقوم بالدواسة.

عند التحرك عكس اتجاه الريح (الرياح الخلفية) ، لا يتحرك الشراع بسبب ضغط جزيئات الهواء على الشراع من الخلف ، كما في حالة الرياح الأمامية ، ولكن بسبب الرفع الناتج عن اختلاف سرعات الهواء عن كليهما. الجانبين على طول الشراع. في الوقت نفسه ، بسبب العارضة ، لا يتحرك القارب في الاتجاه العمودي على مسار القارب ، بل يتحرك للأمام فقط. أي أن الشراع في هذه الحالة ليس مظلة ، كما في حالة الجر الجانبي ، ولكنه جناح طائرة.

خلال معابرنا ، مشينا بشكل أساسي في الركائز الخلفية ورياح الخليج بسرعة متوسطة 7-8 عقدة مع سرعة رياح 15 عقدة. أحيانًا كنا نسير عكس الريح ، الرياح الخليجية والرياح البايديوية. وعندما خمدت الريح ، قاموا بتشغيل المحرك.

بشكل عام ، القارب ذو الشراع المعاكس للريح ليس معجزة ، ولكنه حقيقة واقعة.

الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن القوارب لا يمكنها المشي عكس الريح فحسب ، بل حتى أسرع من الريح. يحدث هذا عندما يتراجع القارب ، ويخلق "رياحه الخاصة".