Înainte de a vă scufunda în performanța velei, există două puncte scurte, dar importante de luat în considerare:
1. Stabiliți ce vânt afectează pânzele.
2. Explicați terminologia nautică specifică asociată cursurilor vântului.
Vânt adevărat și fanion în yachting.
Vântul care acționează asupra unui vas în mișcare și tot ce se află pe acesta este diferit de cel care acționează asupra oricărui obiect staționar.
Vântul însuși ca fenomen atmosferic care sufla în raport cu pământul sau cu apa, numim vântul adevărat.
În yachting, vântul în raport cu iahtul în mișcare se numește vânt aparent și este suma vântului real și a fluxului de aer care se apropie cauzat de mișcarea navei.
Vântul fanionului suflă întotdeauna într-un unghi mai ascuțit față de barcă decât vântul adevărat.
Viteza aparentă a vântului poate fi mai mare (dacă vântul adevărat este frontal sau lateral) sau mai mică decât cea adevărată (dacă este din următoarele direcții).
Direcții în raport cu vântul.
In vantînseamnă din partea din care bate vântul.
Sub vânt- pe partea unde bate vantul.
Acești termeni, precum și derivații din aceștia, cum ar fi „vint”, „sub vânt”, sunt folosiți pe scară largă și nu numai în yachting.
Atunci când acești termeni sunt aplicați unei nave, se obișnuiește, de asemenea, să se vorbească despre părțile sub vânt și sub vânt.
Dacă vântul suflă din partea tribord a iahtului, atunci această parte se numește în sus, partea stanga - sub vânt respectiv.
Vira babord și tribord sunt doi termeni direct legați de cei anteriori: dacă vântul bate spre tribord a navei, atunci ei spun că merge virament tribord, dacă în babord este lăsat.
În terminologia nautică engleză, ceea ce este asociat cu tribord și babord este diferit de dreapta și stânga obișnuite. Despre partea tribord și tot ceea ce are legătură cu ea, se spune Tribord, despre partea stângă - Babord.
Cursuri de vânt.
Îndreptarea peste vânt variază în funcție de unghiul dintre direcția vântului aparent și direcția bărcii. Ele pot fi împărțite în ascuțite și pline.
Beidewin este un curs ascuțit în raport cu vântul. când vântul bate la un unghi mai mic de 80 °. Poate fi vânt lateral abrupt (până la 50 °) și plin (de la 50 la 80 °).
Direcțiile complete în raport cu vântul sunt curse când vântul bate la un unghi de 90 ° sau mai mult față de direcția de deplasare a iahtului.
Aceste cursuri includ:
Gulfwind - vântul suflă la un unghi de 80 până la 100 °.
Backstay - vântul bate la un unghi de 100 până la 150 ° (backstay abrupt) și de la 150 la 170 ° (backstay complet).
Fordewind - vântul bate în pupa la un unghi de peste 170 °.
Leventic - vântul este strict frontal sau aproape de asta. Deoarece o navă cu pânze nu se poate mișca împotriva unui astfel de vânt, mai des este numită nu un curs, ci o poziție relativă la vânt.
Manevre legate de vânt.
Când un iaht sub vele își schimbă cursul astfel încât unghiul dintre vânt și direcția de deplasare scade, se spune că nava este dată... Cu alte cuvinte, aterizarea înseamnă a merge într-un unghi mai ascuțit față de vânt.
Dacă are loc procesul opus, adică iahtul își schimbă cursul spre o creștere a unghiului dintre el și vânt, nava se rostogolește .
Să lămurim că termenii ("plumb" și "rula departe" sunt folosiți atunci când barca își schimbă cursul în raport cu vântul în cadrul aceleiași viraje.
Dacă nava își schimbă vira, atunci (și numai atunci!) O astfel de manevră în yachting se numește viraj.
Există două moduri diferite de a schimba virajul și, prin urmare, două ture: overstagși forwind .
Un overstag este o întoarcere împotriva vântului. Barca este condusă, prova bărcii traversează linia vântului, la un moment dat barca trece prin poziția leventik, după care se așează pe o altă viraje.
Navigarea cu yachting la viraj înaintea vântului are loc în sens invers: nava se rostogolește, pupa traversează linia vântului, pânzele sunt transferate pe cealaltă parte, iahtul se află pe o altă viraje. Cel mai adesea este o trecere de la un curs complet la altul.
Munca velei atunci când navighează cu yachting.
Una dintre preocupările principale pentru marinar atunci când lucrează cu pânze este orientarea velei la unghiul optim în raport cu vântul pentru a propulsa cel mai bine înainte. Pentru a face acest lucru, trebuie să înțelegeți cum interacționează vela cu vântul.
Munca velei este în multe privințe similară cu munca unei aripi de avion și are loc în conformitate cu legile aerodinamicii. Pentru iahtistii deosebit de curioși, puteți afla mai multe despre aerodinamica unei pânze ca aripă într-o serie de articole:. Dar este mai bine să faceți acest lucru după ce ați citit acest articol, trecând treptat de la un material ușor la un material mai complex. Deși, cui spun asta? Iahtistii adevarati nu se tem de dificultati. Și poți face totul exact invers.
Principala diferență dintre o velă și o aripă de avion este că pentru apariția forței aerodinamice pe velă, este necesar un anumit unghi non-zero între aceasta și vânt, acest unghi se numește unghi de atac. Aripa aeronavei are un profil asimetric și poate funcționa normal la unghi zero de atac, vela nu.
În procesul vântului care curge în jurul pânzei, apare o forță aerodinamică, care în cele din urmă propulsează iahtul înainte.
Luați în considerare funcționarea velei în yachting la diferite cursuri în raport cu vânt. În primul rând, de dragul simplității, să ne imaginăm că un catarg cu o vela este săpat în pământ și putem direcționa vântul în unghiuri diferite față de vela.
Unghiul de atac este de 0 °. Vântul bate de-a lungul pânzei, vela clapă ca un steag. Nu există nicio forță aerodinamică pe velă, există doar forță de tracțiune.
Unghi de atac 7 °. Forța aerodinamică începe să apară. Este îndreptată perpendicular pe vela și este încă de dimensiuni mici.
Unghiul de atac este de aproximativ 20 °. Forța aerodinamică și-a atins valoarea maximă în mărime, îndreptată perpendicular pe vela.
Unghiul de atac este de 90 °. În raport cu cazul precedent, forța aerodinamică nu s-a schimbat semnificativ nici ca mărime, nici ca direcție.
Astfel, vedem că forța aerodinamică este întotdeauna direcționată perpendicular pe vela și amploarea ei practic nu se modifică în intervalul de unghiuri de la 20 la 90 °.
Unghiurile de atac mai mari de 90 ° nu au sens de luat în considerare, deoarece pânzele de pe un iaht nu sunt de obicei fixate la astfel de unghiuri în raport cu vântul.
Dependențele de mai sus ale forței aerodinamice de unghiul de atac sunt în mare măsură simplificate și mediate.
De fapt, aceste proprietăți variază semnificativ în funcție de forma pânzei. De exemplu, o vela mare lungă, îngustă și destul de plată a iahturilor de curse va avea o forță aerodinamică maximă la un unghi de atac de aproximativ 15 °, la unghiuri mai mari forța va fi puțin mai mică. Dacă vela este mai curbată și nu are o alungire foarte mare, atunci forța aerodinamică asupra acesteia poate fi maximă la un unghi de atac de aproximativ 25-30 °.
Acum să ne uităm la munca velei pe un iaht.
Pentru simplitate, să ne imaginăm că pe un iaht există o singură velă. Să fie o grotă.
În primul rând, merită să vă uitați la modul în care sistemul iaht + vele se comportă atunci când se deplasează pe cursurile cele mai ascuțite în raport cu vânt, deoarece acest lucru ridică de obicei cele mai multe întrebări.
Să presupunem că vântul acționează asupra unui iaht la un unghi de 30-35 ° față de carenă. Orientând vela pe un curs la un unghi de aproximativ 20° față de vânt, vom obține pe ea o forță aerodinamică suficientă A.
Deoarece această forță acționează în unghi drept față de vela, putem vedea că trage puternic iahtul în lateral. Extinderea forței A în două componente, puteți vedea că împingerea înainte T este de câteva ori mai mică decât forța care împinge barca în lateral (D, forța de deriva).
Cum, atunci, înaintează iahtul?
Faptul este că proiectarea părții subacvatice a carenei este astfel încât rezistența carenei la mișcare în lateral (așa-numita rezistență laterală) este, de asemenea, de câteva ori mai mare decât rezistența la mișcarea înainte. Acest lucru este facilitat de chila (sau bordul central), cârma și însăși forma carenei.
Cu toate acestea, rezistența laterală apare atunci când există ceva de rezistat, adică pentru ca acesta să înceapă să funcționeze, este necesară o anumită deplasare a corpului în lateral, așa-numita derivă a vântului.
Această deplasare se produce în mod natural sub acțiunea componentei laterale a forței aerodinamice și, ca răspuns, ia naștere imediat forța de rezistență laterală S, îndreptată în sens opus. De regulă, se echilibrează reciproc la un unghi de deriva de aproximativ 10-15 °.
Deci, este evident că componenta laterală a forței aerodinamice, care este cel mai pronunțată pe cursele ascuțite în raport cu vânt, provoacă două fenomene nedorite: deriva vântului și ruliu.
Deriva vântului înseamnă că traiectoria iahtului nu coincide cu linia centrală (linea centrală, sau DP, este un termen inteligent pentru o linie prua-pupa). Există o schimbare constantă a iahtului în vânt, mișcarea pare să fie puțin laterală.
Se știe că atunci când navighează pe un curs de vânt lateral în condiții meteorologice medii, deriva vântului ca unghi între DP și traiectoria reală de mișcare este de aproximativ 10-15 °.
Progres împotriva vântului. Viraj.
Deoarece navigarea sub vele este imposibilă strict împotriva vântului, dar vă puteți mișca doar într-un anumit unghi, ar fi bine să aveți o idee despre cât de ascuțit se poate mișca iahtul spre vânt în grade. Și ceea ce, în consecință, este acel sector nemișcat de cursuri în raport cu vânt, în care mișcarea împotriva vântului este imposibilă.
Experiența arată că un iaht de croazieră obișnuit (nu un iaht de curse) poate naviga efectiv 50-55 ° față de vântul adevărat.
Astfel, dacă scopul care trebuie atins este strict împotriva vântului, atunci deplasarea cu yachting la acesta se va desfășura nu în linie dreaptă, ci în zig-zag, cu o viradă, apoi alta. În acest caz, pe fiecare viraj, în mod natural, va trebui să încercați să mergeți cât mai brusc posibil spre vânt. Acest proces se numește lipire.
Unghiul dintre traiectoriile iahturilor pe două viraje adiacente la virare se numește viraj. Evident, cu o claritate a mișcării la vânt de 50-55 °, unghiul de virare va fi de 100-110 °.
Valoarea unghiului de aderență ne arată cât de eficient ne putem deplasa către țintă dacă aceasta este situată strict împotriva vântului. Pentru un unghi de 110 °, de exemplu, calea către țintă este mărită cu un factor de 1,75 în comparație cu deplasarea în linie dreaptă.
Operarea velelor pe diferite cursuri de vânt
Evident, deja pe cursul Gulfwind, forța T depășește semnificativ forța de deriva D, astfel încât deriva și ruliu vor fi mici.
Cu backstay, după cum putem vedea, în comparație cu cursul Gulfwind, nu s-au schimbat atât de multe. Pânza mare este plasată într-o poziție aproape perpendiculară pe DP, iar această poziție este cea mai bună pentru majoritatea iahturilor, fiind imposibil din punct de vedere tehnic să o desfășori și mai departe.
Poziția velei mari pe cursul vântului înainte nu este diferită de poziția pe cursul spatelui.
Aici, pentru simplitate, atunci când luăm în considerare fizica procesului în yachting, luăm în considerare doar o vela - vela mare. De obicei, iahtul are două pânze - vela mare și vela de sus (vela de cap). Așadar, pe direcția vântului din față, vela de trinș (dacă este situată pe aceeași parte cu vela mare) se află în umbra vântului de la vela mare și practic nu funcționează. Acesta este unul dintre motivele pentru care cursul fordewind nu este agreat de marinari.
FORTA MOTORIZATA VENTULUI
Site-ul NASA a publicat materiale foarte interesante despre diverși factori care influențează formarea liftului de către aripa unei aeronave. Există, de asemenea, modele grafice interactive care demonstrează că portanța poate fi generată și de o aripă simetrică din cauza deviației fluxului.
Vela, fiind în unghi față de fluxul de aer, o deviază (Fig. 1d). Venind prin partea „în sus”, sub vânt, fluxul de aer parcurge o cale mai lungă și, în conformitate cu principiul continuității fluxului, se mișcă mai repede decât din partea „în jos” a vântului. Rezultatul este o presiune mai mică pe partea sub vânt a velei decât pe partea în sus.
Când navigați pe o direcție înaintea vântului, cu vela așezată perpendicular pe direcția vântului, rata de creștere a presiunii în sensul vântului este mai mare decât rata de scădere a presiunii pe partea sub vânt, cu alte cuvinte, vântul împinge iahtul mai mult decât el. trage. Pe măsură ce barca se întoarce mai ascuțită spre vânt, acest raport se va schimba. Astfel, dacă vântul bate perpendicular pe cursul iahtului, o creștere a presiunii asupra pânzei dinspre vânt are un efect mai mic asupra vitezei decât o scădere a presiunii din partea sub vânt. Cu alte cuvinte, vela trage iahtul mai mult decât împinge.
Mișcarea iahtului se datorează faptului că vântul interacționează cu vela. Analiza acestei interacțiuni duce la rezultate neașteptate, pentru mulți nou-veniți. Se dovedește că viteza maximă este atinsă nu atunci când vântul suflă exact din spate, ci dorința unui „vânt în coadă” are o semnificație complet neașteptată.
Atât vela, cât și chila, atunci când interacționează cu fluxul, respectiv, de aer sau apă, creează o portanță, prin urmare, teoria aripii poate fi aplicată pentru optimizarea performanței acestora.
FORTA MOTORIZATA VENTULUI
Fluxul de aer are energie cinetică și, interacționând cu pânzele, este capabil să propulseze iahtul. Funcționarea atât a pânzelor, cât și a aripii unui avion este descrisă de legea lui Bernoulli, conform căreia o creștere a vitezei de curgere duce la o scădere a presiunii. Când se deplasează în aer, aripa desparte fluxul. O parte din ea ocolește aripa de sus, o parte de jos. O aripă de avion este proiectată astfel încât fluxul de aer peste partea de sus a aripii să fie mai rapid decât fluxul de sub partea inferioară a aripii. Rezultatul este o presiune semnificativ mai mică deasupra aripii decât dedesubt. Diferența de presiune este portanța aripii (Fig. 1a). Datorită formei sale complexe, aripa este capabilă să genereze portanță chiar și atunci când întrerupe un flux care se mișcă paralel cu planul aripii.
Vela poate mișca iahtul numai dacă se află într-un anumit unghi față de râu și îl deviază. Întrebarea cât de multă ridicare este asociată cu efectul Bernoulli și cât de mult este rezultatul devierii fluxului rămâne controversată. Conform teoriei clasice a aripii, portanța apare numai din diferența de debite deasupra și sub aripa asimetrică. În același timp, este bine cunoscut faptul că o aripă simetrică este, de asemenea, capabilă să creeze o suspensie dacă este instalată la un anumit unghi față de flux (Fig. 1b). În ambele cazuri, unghiul dintre linia care leagă punctele din față și din spate ale aripii și direcția curgerii se numește unghi de atac.
Forța de ridicare crește odată cu creșterea unghiului de atac, dar această relație funcționează doar la valori mici ale acestui unghi. De îndată ce unghiul de atac depășește un anumit nivel critic și fluxul se întrerupe, pe suprafața superioară a aripii se formează numeroase vârtejuri, iar forța de susținere scade brusc (Fig. 1c).
Iahtistii stiu ca vantul din fata este departe de cel mai rapid curs. Dacă vântul de aceeași putere bate la un unghi de 90 de grade față de curs, barca se va mișca mult mai repede. Pe o cursă înaintea vântului, forța cu care vântul împinge vela depinde de viteza iahtului. Cu forță maximă, vântul apasă pe vela iahtului staționar (Fig. 2a). Pe măsură ce viteza crește, presiunea asupra pânzei scade și devine minimă atunci când iahtul atinge viteza maximă (Fig. 2b). Viteza maximă pe un curs înaintea vântului este întotdeauna mai mică decât viteza vântului. Există mai multe motive pentru aceasta: în primul rând, frecarea, în orice mișcare, o parte din energie este cheltuită pentru depășirea diferitelor forțe care împiedică mișcarea. Dar principalul lucru este că forța cu care vântul apasă pe vela este proporțională cu pătratul vitezei aparente a vântului, iar viteza aparentă a vântului pe cursul vântului din față este egală cu diferența dintre viteza adevărată a vântului și viteza iahtului. .
Iahturile cu vele care se îndreaptă spre Golf (90º față de vânt) sunt capabile să se miște mai repede decât vântul. În cadrul acestui articol, nu vom discuta caracteristicile vântului aparent, observăm doar că pe cursul vântului din golf, forța cu care vântul apasă pe pânze este mai puțin dependentă de viteza iahtului (Fig. 2c).
Frecarea este principalul factor care previne creșterea vitezei. Prin urmare, bărcile cu pânze cu rezistență redusă la mișcare sunt capabile să atingă viteze mult mai mari decât viteza vântului, dar nu pe un curs înaintea vântului. De exemplu, o patină, datorită faptului că patinele au o rezistență neglijabilă la alunecare, este capabilă să accelereze la o viteză de 150 km/h la o viteză a vântului de 50 km/h sau chiar mai puțin.
Fizica navigației explicată: o introducere
ISBN 1574091700, 9781574091700
La fel de importantă ca rezistența carenei este și forța produsă de pânze. Pentru a ne face o idee mai clară despre cum funcționează pânzele, să ne familiarizăm cu conceptele de bază ale teoriei velei.
Am vorbit deja despre principalele forțe care acționează asupra pânzelor unui iaht care navighează cu vânt în spate (direcționare față de vânt) și cu vânt în față (direcționare față). Am aflat că forța care acționează asupra pânzelor poate fi descompusă în forța care face ca iahtul să se rostogolească și să se deplaseze în vânt, forța de deriva și forța de împingere (vezi Fig. 2 și 3).
Acum să vedem cum este determinată forța totală a presiunii vântului asupra pânzelor și de ce depind forțele de tracțiune și de deriva.
Pentru a vizualiza funcționarea pânzei pe cursuri ascuțite, este convenabil să luați în considerare mai întâi o pânză plată (Fig. 94), care experimentează presiunea vântului la un anumit unghi de atac. În acest caz, se formează vârtejuri în spatele pânzei, forțele de presiune apar pe partea de vânt a acesteia și forțe de rarefacție pe partea sub vânt. R rezultatul lor este aproximativ perpendicular pe planul pânzei. Pentru o înțelegere corectă a muncii velei, este convenabil să o reprezentăm sub forma rezultantei a două componente ale forțelor: X-direcționat paralel cu fluxul de aer (vânt) și Y-perpendicular pe acesta.
Forța X paralelă cu fluxul de aer se numește forță de tracțiune; este creat, pe lângă vela, și de carenă, tachelaj, spate și echipajul iahtului.
Forța Y direcționată perpendicular pe fluxul de aer se numește portanță în aerodinamică. Ea este cea care, pe curse ascuțite, creează tracțiune în direcția de mișcare a iahtului.
Dacă, cu aceeași rezistență a pânzei X (Fig. 95), portanța crește, de exemplu, la valoarea Y1, atunci, așa cum se arată în figură, rezultanta portanței și rezistenței se va modifica cu R și, în consecință, împingerea T va crește până la T1.
O astfel de construcție facilitează verificarea că odată cu creșterea rezistenței X (cu aceeași forță de ridicare), forța T scade.
Astfel, există două modalități de a crește forța de tracțiune și, în consecință, viteza cursului pe curse ascuțite: creșterea portanței velei și reducerea rezistenței la vele și a iahtului.
În navigația modernă, forța de ridicare a pânzei este mărită dându-i o formă concavă cu o anumită „pânză” (Fig. 96): dimensiunea de la catarg până la locul cel mai adânc al „burtei” este de obicei de 0,3-0,4 de lățimea velei, iar adâncimea „burtei” -aproximativ 6-10% din lățime. Forța de ridicare a unei astfel de pânze este cu 20-25% mai mare decât cea a unei pânze complet plat, cu aproape aceeași rezistență. Adevărat, un iaht cu pânze plate merge puțin mai abrupt spre vânt. Cu toate acestea, cu pânze „cu burtă”, viteza de virare este mai mare datorită împingerii mai mari.
Orez. 96. Profil Sail
Rețineți că la velele cu burtă, nu numai forța crește, ci și forța de derivă, ceea ce înseamnă că ruliu și deriva iahturilor cu pânze cu burtă este mai mare decât cu velele relativ plate. Prin urmare, „pantacul” al pânzei este mai mare de 6-7% în vânturi puternice, deoarece o creștere a călcâiului și a derivei duce la o creștere semnificativă a rezistenței carenei și la o scădere a eficienței pânzelor, care „mănâncă” efectul de creștere a forței. În vânturi slabe, pânzele cu o „burtă” de 9-10% trag mai bine, deoarece ruliu este mic din cauza presiunii totale scăzute a vântului asupra velei.
Orice velă cu unghiuri de atac mai mari de 15-20 °, adică atunci când iahtul se îndreaptă cu 40-50 ° față de vânt și mai mult, vă permite să reduceți forța de ridicare și să creșteți rezistența, deoarece se formează vârtejuri semnificative pe partea sub vânt. Și, deoarece partea principală a liftului este creată de un flux neted, fără vârtejuri, în jurul părții sub vânt a pânzei, distrugerea acestor vârtejuri ar trebui să aibă un efect mare.
Vârleiurile formate în spatele velei mari sunt distruse prin așezarea velei de trinș (Fig. 97). Fluxul de aer care intră în decalajul dintre vela mare și vela mare își mărește viteza (așa-numitul efect de duză) și, când vela este reglată corect, „linge” vârtejurile din vela mare.
Orez. 97. Lucrarea velei de stanga
Profilul pânzei moale este dificil de menținut consistent în diferite unghiuri de atac. Anterior, pe bărci se puneau prin sipci, trecând prin toată vela - se făceau mai subțiri în „burtă” și mai groase spre lipitoare, unde vela este mult mai plată. În zilele noastre, prin șipci sunt instalate în principal pe rigole și catamarane, unde este deosebit de important să se mențină profilul și rigiditatea pânzei la unghiuri mici de atac, atunci când o velă obișnuită vâslește deja la fluier.
Dacă doar vela este sursa de susținere, atunci tracțiunea creează tot ce se află în fluxul de aer din jurul iahtului. Prin urmare, o îmbunătățire a proprietăților de tracțiune ale velei poate fi realizată și prin reducerea rezistenței la rezistență a carenei iahtului, a barelor, a tachetului și a echipajului. În acest scop, se folosesc diverse tipuri de carene pe lonjere și tachelaj.
Dragul pânzei depinde de forma acesteia. Conform legilor aerodinamicii, cu cât rezistența aripii unui avion este mai îngustă și mai lungă, cu atât este mai mică pentru aceeași zonă. De aceea vela (în esență aceeași aripă, dar așezată vertical) se încearcă să fie făcută înaltă și îngustă. Acest lucru permite, de asemenea, utilizarea unui vânt din amonte.
Dragul unei pânze depinde în mare măsură de starea muchiei sale de atac. Pânzele tuturor pânzelor trebuie să fie strânse pentru a preveni vibrațiile.
Este necesar să menționăm încă o circumstanță foarte importantă - așa-numita centrare a pânzelor.
Din mecanică se știe că orice forță este determinată de mărimea, direcția și punctul ei de aplicare. Până acum am vorbit doar despre amploarea și direcția forțelor aplicate pânzei. După cum vom vedea mai târziu, cunoașterea punctelor de aplicare este esențială pentru a înțelege cum funcționează pânzele.
Presiunea vântului este distribuită neuniform pe suprafața pânzei (partea din față suferă mai multă presiune), totuși, pentru a simplifica calculele comparative, se consideră că este distribuită uniform. Pentru calcule aproximative, se presupune că forța rezultantă a presiunii vântului asupra pânzelor este aplicată într-un punct; se consideră a fi centrul de greutate al suprafeței pânzelor atunci când acestea sunt plasate în planul central al iahtului. Acest punct se numește centrul velei (CP).
Să ne oprim pe cea mai simplă metodă grafică pentru determinarea poziției CPU (Fig. 98). Desenați vela iahtului pe scara dreaptă. Apoi, la intersecția medianelor - liniile care leagă vârfurile triunghiului cu punctele medii ale laturilor opuse - se găsește centrul fiecărei pânze. După ce au obținut astfel în desen centrele O și O1 ale celor două triunghiuri care alcătuiesc vela mare și triunghiul, prin aceste centre se trasează două linii paralele OA și O1B și pe ele sunt așezate în direcții opuse în orice, dar la aceeași scară. , atâtea unități liniare câte metri pătrați în triunghi; din centrul pânzei mari se așează zona brațului, iar din centrul pânzei - zona brațului. Punctele de capăt A și B sunt legate printr-o dreaptă AB. O altă linie dreaptă - O1O conectează centrele triunghiurilor. La intersecția liniilor A B și O1O va exista un centru comun.
Orez. 98. Mod grafic de a găsi centrul velei
După cum am spus deja, forța de deriva (o vom considera aplicată în centrul pânzei) este contracarată de forța de tracțiune laterală a carenei iahtului. Forța de rezistență laterală este considerată a fi aplicată la centrul rezistenței laterale (CLS). Centrul de rezistență laterală este centrul de greutate al proiecției părții subacvatice a iahtului pe planul central.
Centrul de rezistență laterală poate fi găsit decupând conturul părții subacvatice a iahtului din hârtie groasă și plasând acest model pe lama unui cuțit. Când modelul este echilibrat, împingeți-l ușor, apoi rotiți-l la 90 ° și contrabalansați-l din nou. Intersecția acestor linii ne oferă centrul rezistenței laterale.
Când barca navighează fără călcâi, CPU ar trebui să fie pe aceeași linie verticală cu CLS (figura 99). Dacă CP se află în fața CLS (Fig. 99, b), atunci forța de derivă, deplasată înainte față de forța de rezistență laterală, transformă prova navei în vânt - iahtul se rostogolește. Dacă CPU se află în spatele CLS, iahtul se va întoarce cu prova în fața vântului sau va fi adus (Fig. 99, c).
Orez. 99. Centrarea iahtului
Aruncarea excesivă a vântului și, în special, rostogolirea (alinierea greșită) sunt dăunătoare pentru progresul iahtului, deoarece îl obligă pe cârmaci să lucreze tot timpul la cârmă pentru a menține dreptatea mișcării, iar acest lucru crește rezistența carenei și reduce viteza ambarcațiunii. În plus, nealinierea duce la o deteriorare a controlabilității și, în unele cazuri, la pierderea completă a acesteia.
Dacă centrem iahtul așa cum se arată în fig. 99, dar, adică CPU și CLS vor fi pe aceeași verticală, apoi nava va fi condusă foarte puternic și va deveni foarte greu să o controlezi. Ce s-a întâmplat? Există două motive principale aici. În primul rând, adevărata locație a CPU și CLS nu coincide cu cea teoretică (ambele centre sunt deplasate înainte, dar nu la fel).
În al doilea rând, și acesta este principalul lucru, când călcâiul, forța de împingere a pânzelor și forța de rezistență longitudinală a carenei se află în diferite planuri verticale (Fig. 100), se dovedește, parcă, o pârghie care obligă iahtul să fi condus. Cu cât călcâiul este mai mare, cu atât este mai mare înclinația bărcii de a fi condusă.
Pentru a elimina această distribuție, procesorul este plasat în fața CLS. Momentul forței de împingere și al forței longitudinale care apar odată cu rostogolirea, forțând iahtul să conducă, este compensat de momentul de captare a forțelor de deriva și de tracțiune laterală în poziția înainte a CPU. Pentru o centrare bună, CPU trebuie să fie plasat în fața CLS la o distanță egală cu 10-18% din lungimea liniei de plutire a iahtului. Cu cât iahtul este mai puțin stabil și cu cât CPU este ridicat deasupra CLS, cu atât mai mult trebuie să fie mutat în prova.
Pentru ca iahtul să aibă un curs bun, acesta trebuie să fie centrat, adică CPU-ul și CLS-ul trebuie așezate într-o astfel de poziție în care nava pe cursul trasat lateral într-un vânt slab să fie complet echilibrată de pânze. , cu alte cuvinte, era stabil pe traseu cu cârma aruncată sau fixată în volan (permitea o ușoară tendință de deplasare la vânturi foarte slabe), iar la vânturi mai puternice avea tendința de a fi condus. Fiecare timonier trebuie să fie capabil să centreze corect iahtul. Pe majoritatea iahturilor, tendința de a zbura crește atunci când pânzele din spate sunt deplasate și cele din față sunt coborâte. Dacă pânzele din față sunt mutate și cele din spate sunt supragravate, nava se va deplasa. Odată cu o creștere a „burdei de oală” a pânzei mari, precum și a pânzelor prost în picioare, iahtul tinde să fie condus într-o măsură mai mare.
Orez. 100. Influența ruliului asupra aducerii iahtului în vânt
Este greu de imaginat cum navele cu pânze pot merge „împotriva vântului” – sau, în cuvintele marinarilor, pot merge „în vânt”. Adevărat, marinarul vă va spune că nu puteți merge direct împotriva vântului sub pânze, ci vă puteți deplasa doar într-un unghi ascuțit față de direcția vântului. Dar acest unghi este mic - aproximativ un sfert din unghiul drept - și pare, poate, la fel de neînțeles: dacă să navighezi direct împotriva vântului sau la un unghi de 22 ° față de el.
În realitate, însă, acest lucru nu este indiferent și acum vom explica cum forța vântului se poate îndrepta spre ea într-un unghi ușor. În primul rând, luați în considerare modul în care vântul acționează asupra vela în general, adică unde împinge vela atunci când suflă pe ea. Probabil crezi că vântul împinge întotdeauna vela în direcția în care bate. Dar nu este așa: oriunde bate vântul, împinge vela perpendicular pe planul velei. Într-adevăr: lăsați vântul să bată în direcția indicată de săgețile din figura de mai jos; linia AB denotă o velă.
Vântul împinge întotdeauna vela în unghi drept față de planul său.
Deoarece vântul apasă uniform pe toată suprafața velei, înlocuim presiunea vântului cu forța R aplicată la mijlocul velei. Descompunem această forță în două: forța Q perpendicular pe pânză și forța P direcționată de-a lungul acesteia (vezi figura de mai sus, dreapta). Ultima forță împinge vela nicăieri, deoarece frecarea vântului împotriva pânzei este neglijabilă. Rămâne puternic Q care împinge vela în unghi drept față de ea.
Știind acest lucru, putem înțelege cu ușurință cum o navă cu pânze poate merge într-un unghi ascuțit față de vânt. Lasă linia QC ilustrează linia chilei navei.
Cum poți naviga împotriva vântului.
Vântul bate într-un unghi ascuțit față de această linie în direcția indicată de rândul de săgeți. Linia ABînfățișează o velă; este plasat astfel încât planul său să traverseze unghiul dintre direcția chilei și direcția vântului. Urmăriți descompunerea forțelor din figură. Reprezentăm presiunea vântului asupra velei prin forță Q despre care știm că trebuie să fie perpendicular pe vela. Vom descompune această forță în două: forța R perpendicular pe chilă și forța Sînainte de-a lungul liniei de chilă a navei. Din moment ce mişcarea vasului în direcţie Rîntâlnește rezistență puternică la apă (chila navelor cu pânze devine foarte adâncă), apoi forța R aproape complet echilibrat de rezistența la apă. Rămâne doar puterea S, care, după cum puteți vedea, este îndreptată înainte și, prin urmare, mișcă nava într-un unghi, parcă spre vânt. [Se poate dovedi că puterea S este mai mare atunci când planul pânzei înjumătăţeşte unghiul dintre direcţiile chilei şi vântului.]. De obicei, această mișcare este efectuată în zig-zag, așa cum se arată în figura de mai jos. În limbajul marinarilor, această mișcare a navei se numește „virura” în sensul restrâns al cuvântului.
Vânturi care bat spre vest în Pacificul de Sud. De aceea traseul nostru a fost conceput astfel încât iahtul cu vele „Juliet” să se deplaseze de la est la vest, adică să bată vântul în spate.
Cu toate acestea, dacă vă uitați la traseul nostru, veți observa că adesea, de exemplu, atunci când ne deplasăm de la sud la nord de la Samoa la Tokelau, a trebuit să ne deplasăm perpendicular pe vânt. Și uneori direcția vântului se schimba cu totul și trebuia să meargă împotriva vântului.
traseul Julietei
Ce să faci în acest caz?
Navele cu pânze au putut de mult să navigheze împotriva vântului. Clasicul Yakov Perelman a scris despre asta mult timp bine și simplu în a doua sa carte din ciclul de fizică distractivă. Citez această piesă aici textual cu imagini.
„Navigare împotriva vântului
Este greu de imaginat cum navele cu pânze pot merge „împotriva vântului” – sau, în cuvintele marinarilor, pot merge „în vânt”. Adevărat, marinarul vă va spune că nu puteți merge direct împotriva vântului sub pânze, ci vă puteți deplasa doar într-un unghi ascuțit față de direcția vântului. Dar acest unghi este mic - aproximativ un sfert din unghiul drept - și pare, poate, la fel de neînțeles: dacă să înoți direct împotriva vântului sau la un unghi de 22 ° față de acesta.
În realitate, însă, acest lucru nu este indiferent și acum vom explica cum forța vântului se poate îndrepta spre ea într-un unghi ușor. În primul rând, luați în considerare modul în care vântul acționează asupra vela în general, adică unde împinge vela atunci când suflă pe ea. Probabil crezi că vântul împinge întotdeauna vela în direcția în care bate. Dar nu este așa: oriunde bate vântul, împinge vela perpendicular pe planul velei. Într-adevăr: lăsați vântul să bată în direcția indicată de săgețile din figura de mai jos; linia AB reprezintă vela.
Vântul împinge întotdeauna vela în unghi drept față de planul său.
Deoarece vântul apasă uniform pe toată suprafața velei, înlocuim presiunea vântului cu forța R aplicată la mijlocul velei. Descompunem această forță în două: forța Q, perpendiculară pe vela și forța P, îndreptată de-a lungul acesteia (vezi figura de mai sus, din dreapta). Ultima forță împinge vela nicăieri, deoarece frecarea vântului împotriva pânzei este neglijabilă. Forța Q rămâne, care împinge vela în unghi drept față de ea.
Știind acest lucru, putem înțelege cu ușurință cum o navă cu pânze poate merge într-un unghi ascuțit față de vânt. Fie ca linia KK să reprezinte linia chilei navei.
Cum poți naviga împotriva vântului.
Vântul bate într-un unghi ascuțit față de această linie în direcția indicată de rândul de săgeți. Linia AB reprezintă vela; este plasat astfel încât planul său să traverseze unghiul dintre direcția chilei și direcția vântului. Urmăriți descompunerea forțelor din figură. Reprezentăm presiunea vântului asupra velei prin forța Q, care, știm, trebuie să fie perpendiculară pe vela. Descompunem această forță în două: forța R, perpendiculară pe chilă și forța S, îndreptată înainte, de-a lungul liniei de chilă a navei. Deoarece mișcarea navei în direcția R întâmpină o rezistență puternică la apă (chila navelor cu vele devine foarte adâncă), forța lui R este aproape complet echilibrată de rezistența la apă. Există o singură forță S, care, după cum puteți vedea, este îndreptată înainte și, prin urmare, mișcă nava într-un unghi, parcă spre vânt. [Forța S poate fi dovedită a fi cea mai mare atunci când planul pânzei înjumătățește unghiul dintre direcțiile chilei și vântului.]. De obicei, această mișcare este efectuată în zig-zag, așa cum se arată în figura de mai jos. În limbajul marinarilor, această mișcare a navei se numește „viraj” în sensul restrâns al cuvântului. "
Să luăm acum în considerare toate direcțiile posibile ale vântului în raport cu cursul bărcii.
Diagrama cursului navei în raport cu vânt, adică unghiul dintre direcția vântului și vectorul de la pupa la prova (direcție). 
Când vântul bate în față (leventik), pânzele atârnă dintr-o parte în alta și este imposibil să te miști cu vela. Desigur, puteți oricând să coborâți pânzele și să porniți motorul, dar acest lucru nu are nimic de-a face cu navigarea.
Când vântul bate chiar în spate (vânt înainte, vântul din spate), moleculele de aer dispersate pun presiune pe vela dintr-o parte și barca se mișcă. În acest caz, nava se poate mișca doar mai lent decât viteza vântului. Aici funcționează analogia ciclismului în vânt - vântul bate în spate și este mai ușor să pedalezi.
Când se deplasează împotriva vântului (din spate), vela nu se mișcă din cauza presiunii moleculelor de aer asupra velei din spate, ca în cazul vântului din față, ci din cauza portanței care se creează datorită vitezelor diferite ale aerului din ambele laturi de-a lungul pânzei. În același timp, datorită chilei, barca se deplasează nu în direcția perpendiculară pe cursul ambarcațiunii, ci doar înainte. Adică, vela în acest caz nu este o umbrelă, ca în cazul unui transport lateral, ci o aripă de avion.
În timpul traversărilor noastre, am mers în principal pe spate și vânt din golf cu o viteză medie de 7-8 noduri, cu o viteză a vântului de 15 noduri. Uneori mergeam împotriva vântului, Gulfwind și Beydewind. Și când vântul s-a stins, au pornit motorul.
În general, o barcă cu vela care merge împotriva vântului nu este un miracol, ci o realitate.
Cel mai interesant lucru este că bărcile pot merge nu numai împotriva vântului, ci chiar mai repede decât vântul. Acest lucru se întâmplă atunci când barca se află în spate, creându-și „propriul vânt”.
