Pokret jedrilica niz vjetar je zapravo određen jednostavnim pritiskom vjetra na njeno jedro, gurajući brod naprijed. Međutim, istraživanje u aerotunelu pokazalo je da plovidba uz vjetar izlaže jedro složenijem skupu sila.
Kada dolazni zrak struji oko konkavne stražnje površine jedra, brzina zraka se smanjuje, dok se pri strujanju oko konveksne prednje površine jedra ta brzina povećava. Kao rezultat, na stražnjoj površini jedra formira se područje visokog pritiska, a na prednjoj površini niskog pritiska. Razlika pritiska na dvije strane jedra stvara vučnu (gurajuću) silu koja pomiče jahtu naprijed pod uglom u odnosu na vjetar.
Jedrilica smještena približno pod pravim uglom u odnosu na vjetar (nautičkom terminologijom - jahta dolazi tack), brzo se kreće naprijed. Jedro je podložno vučnim i bočnim silama. Ako jedrilica plovi pod oštrim kutom prema vjetru, njena brzina se usporava zbog smanjenja vučne sile i povećanja bočne sile. Što je jedro više okrenuto prema krmi, jahta se sporije kreće naprijed, posebno zbog velike bočne sile.
Jedrilica ne može ploviti direktno u vjetar, ali se može kretati naprijed tako što pravi niz kratkih cik-cak pokreta pod uglom u odnosu na vjetar, koji se nazivaju zavojima. Ako vjetar puše na lijevu stranu (1), za jahtu se kaže da plovi na lijevoj strani, a ako puše udesno (2), kaže se da plovi na desnom boku. Kako bi brže prešao udaljenost, jahtaš pokušava povećati brzinu jahte do granice prilagođavanjem položaja njenog jedra, kao što je prikazano na slici ispod lijevo. Da bi se minimiziralo odstupanje u stranu od ravne linije, jahta se kreće, mijenjajući kurs s desne strane na lijevo i obrnuto. Kada jahta promijeni kurs, jedro se baca na drugu stranu, a kada se njena ravnina poklopi sa linijom vjetra, neko vrijeme vijori, tj. je neaktivan (srednja slika ispod teksta). Jahta se nalazi u takozvanoj mrtvoj zoni, gubi brzinu dok vjetar ponovo ne napuhne jedro iz suprotnog smjera.
Do sada smo razmatrali učinak samo dvije sile na jahtu – sile uzgona i sile težine, uz pretpostavku da je u ravnoteži u mirovanju.Ali pošto jahta koristi jedra za kretanje naprijed, složen sistem sila djeluje na jahtu. plovilo. Šematski je prikazano na Sl. 4, gdje je razmotren najtipičniji slučaj jahte koja se kreće na blizinu.
Kada zračni tok - vjetar - struji oko jedara, na njima se stvara rezultirajući efekat. aerodinamička sila A (vidi Poglavlje 2), usmjeren približno okomito na površinu jedra i primijenjen na centar jedra (CS) visoko iznad površine vode. Prema trećem zakonu mehanike, za vrijeme ravnomjernog pravolinijskog kretanja tijela, svaka sila koja djeluje na tijelo, u ovom slučaju na jedra povezana s trupom jahte preko jarbola, stajaće oplate i limova, mora biti kojoj se suprotstavlja sila jednaka po veličini i suprotno usmjerena. Na jahti, ovo je rezultirajuća hidrodinamička sila H koja se primjenjuje na podvodni dio trupa. Dakle, između ovih sila postoji poznati krak udaljenosti, kao rezultat kojeg se formira moment para sila.
Pokazalo se da su i aero- i hidrodinamičke sile orijentirane ne u ravnini, već u prostoru, pa se pri proučavanju mehanike kretanja jahte razmatraju projekcije tih sila na glavne koordinatne ravnine. Imajući u vidu spomenuti treći Newtonov zakon, ispisujemo u parovima sve komponente aerodinamičke sile i odgovarajuće hidrodinamičke reakcije:
Da bi jahta održala stabilan kurs, svaki par sila i svaki par momenata sila moraju biti međusobno jednaki. Na primjer, sila pomaka Fd i sila otpora drifta Rd stvaraju moment nagiba Mkr, koji mora biti uravnotežen momentom uspravljanja Mv ili momentom bočne stabilnosti. MV nastaje djelovanjem sila težine D i uzgona jahte gV koja djeluje na rame l. Iste sile težine i uzgona formiraju moment otpora trimu ili moment uzdužne stabilnosti M l, jednake veličine i suprotstavljenog momentu trimovanja Md. Uvjeti potonjeg su momenti parova snage T-R i Fv-Nv.
Na dati dijagram djelovanja snaga, posebno na lakim jahtama, izvršene su značajne izmjene i dopune od strane posade. Krećući se prema vjetrovitoj strani ili duž dužine jahte, posada svojom težinom efektivno naginje brod ili suprotstavlja njegov trim prema pramcu. U stvaranju zastojnog momenta Md, odlučujuću ulogu igra odgovarajući otklon upravljanja.
Aerodinamička bočna sila Fd, osim kotrljanja, uzrokuje i bočni drift-drift, pa se jahta ne kreće striktno duž DP, već sa malim uglom zanošenja l. Upravo ta okolnost uzrokuje stvaranje sile otpora zanošenja Rd na kobilici jahte, koja je po prirodi slična sili uzgona koja nastaje na krilu aviona koji se nalazi pod kutom napada prema nadolazećem toku. Slično krilu, jedro za blizinu radi na kursu, za koji je napadni ugao ugao između tetive jedra i smjera prividnog vjetra. Dakle, u modernoj teoriji brodova, jedrilica se posmatra kao simbioza dvaju krila: trupa koji se kreće u vodi i jedra na koje djeluje prividni vjetar.
Stabilnost
Kao što smo već rekli, jahta je podložna silama i momentima sile koji je naginju u poprečnom i uzdužnom smjeru. Sposobnost broda da izdrži djelovanje ovih sila i vrati se u uspravan položaj nakon što njihovo djelovanje prestane naziva se stabilnost. Najvažnija stvar za jahtu je bočna stabilnost.
Kada jahta pluta bez nagiba, sile gravitacije i uzgona, primijenjene u CG i CV, djeluju duž iste vertikale. Ako se za vrijeme prevrtanja posada ili druge komponente tereta mase ne pomjeraju, tada za bilo koje odstupanje CG zadržava svoj prvobitni položaj u DP (tačka G na sl. 5), rotirajući sa brodom. Istovremeno, zbog promijenjenog oblika podvodnog dijela trupa, CV se pomiče iz tačke C o prema petnoj strani u položaj C 1. Zahvaljujući tome nastaje trenutak par sila D i g V s rame l, jednako horizontalnoj udaljenosti između CG i novog CG jahte. Ovaj trenutak ima tendenciju da vrati jahtu u uspravan položaj i stoga se naziva vraćanjem.
Prilikom kotrljanja, CV se kreće duž zakrivljene putanje C 0 C 1, polumjer zakrivljenosti G koji se zove transverzalno metacentrično radijus, r odgovarajući centar zakrivljenosti M -transverzalni metacentar. Vrijednost poluprečnika r i, shodno tome, oblik krive C 0 C 1 zavise od kontura tijela. Općenito, kako se peta povećava, metacentrični radijus se smanjuje, jer je njegova vrijednost proporcionalna četvrtom stepenu širine vodene linije.
Očigledno, krak momenta vraćanja ovisi o udaljenosti GM- elevacija metacentra iznad centra gravitacije: što je manji, odgovarajuće je manje rame l tokom kotrljanja. U samoj početnoj fazi nagiba magnitude GM ili h smatra se od strane brodograditelja mjerom stabilnosti broda i naziva se početna poprečna metacentrična visina. Više h,što je veća sila nagiba potrebna za naginjanje jahte pod bilo kojim specifičnim kutom nagiba, to je plovilo stabilnije. Na jahtama za krstarenje i trkaćim jahtama, metacentrična visina je obično 0,75-1,2 m; na gumenjacima za krstarenje - 0,6-0,8 m.
Koristeći GMN trokut, lako je odrediti da je rame za restauraciju . Moment vraćanja, uzimajući u obzir jednakost gV i D, jednak je:
Dakle, unatoč činjenici da metacentrična visina varira u prilično uskim granicama za jahte različitih veličina, veličina momenta ispravljanja je direktno proporcionalna pomaku jahte, stoga je teže plovilo u stanju izdržati veći moment nagiba.
Rame za ispravljanje se može predstaviti kao razlika između dva rastojanja (vidi sliku 5): l f - rame stabilnosti oblika i l b - rame stabilnosti težine. Nije teško ustanoviti fizičko značenje ovih veličina, budući da je l in određen odstupanjem pri kotrljanju linije djelovanja sile utega od početnog položaja tačno iznad C 0, a l in je pomak u zavjetrinu strana centra vrijednosti uronjenog volumena trupa. S obzirom na djelovanje sila D i gV u odnosu na Co, može se primijetiti da sila težine D još više naginje jahtu, a sila gV, naprotiv, teži da ispravi plovilo.
Po trouglu CoGK može se naći da je , gdje je CoC elevacija CG iznad CB u uspravnom položaju jahte. Dakle, kako bi se smanjio negativan učinak sila težine, potrebno je po mogućnosti sniziti CG jahte. U idealnom slučaju, CG bi trebao biti smješten ispod CV-a, tada ruka stabilnosti težine postaje pozitivna i masa jahte pomaže joj da se odupre djelovanju momenta nagiba. Međutim, samo nekoliko jahti ima ovu karakteristiku: produbljivanje CG ispod CV-a povezano je s korištenjem vrlo teškog balasta, koji prelazi 60% deplasmana jahte, te prekomjernim olakšanjem trupa, nosača i opute. Efekat sličan smanjenju CG postiže se pomjeranjem posade na vjetrobransku stranu. Ako je riječ o laganom gumenjaku, onda posada uspijeva pomjeriti opći CG toliko da linija djelovanja sile D seče sa DP značajno ispod CV-a i ispostavilo se da je ruka stabilnosti težine pozitivna.
U čamcu s kobilicom, zahvaljujući kobilici s teškim balastom, težište je prilično nisko (najčešće ispod vodene linije ili malo iznad nje). Stabilnost jahte je uvijek pozitivna i dostiže svoj maksimum na nagibu od oko 90°, kada jahta leži s jedrima na vodi. Naravno, takav spisak može se postići samo na jahti sa sigurno zatvorenim otvorima na palubi i kokpitom koji se sam ispušta. Jahta s otvorenim kokpitom može se poplaviti vodom pod mnogo nižim uglom nagiba (jahta klase Dragon, na primjer, pod 52°) i otići do dna bez vremena da se ispravi.
Kod jahti sposobnih za plovidbu, položaj nestabilne ravnoteže javlja se na listi od oko 130°, kada je jarbol već pod vodom, usmjeren prema dolje pod uglom od 40° prema površini. Daljnjim povećanjem kotrljanja, krak stabilnosti postaje negativan, moment prevrtanja pomaže u postizanju druge pozicije nestabilne ravnoteže sa prevrtanjem od 180° (kobilica gore), kada se ispostavi da je centar gravitacije smješten visoko iznad težište dovoljno malog talasa da brod ponovo zauzme normalan položaj - kobilica dole. Mnogo je slučajeva u kojima su jahte napravile punu rotaciju od 360° i zadržale svoju sposobnost za plovidbu.
Upoređujući stabilnost jahte s kobilicom i gumenjaka, vidi se da glavnu ulogu u stvaranju momenta ispravljanja gumenjaka ima stabilnost oblika i za jahtu s kobicom - stabilnost težine. Zato je tako primjetna razlika u konturama njihovih trupova: gumenjaci imaju široke trupove sa L/B = 2,6-3,2, sa bradom malog radijusa i velikom punoćom vodene linije. U još većoj mjeri, oblik trupa određuje stabilnost katamarana, kod kojih je zapreminski pomak jednako podijeljen između dva trupa. Čak i uz blago prevrtanje, pomak između trupova se oštro preraspoređuje, povećavajući silu uzgona trupa uronjenog u vodu (slika 6). Kada drugi trup napusti vodu (na listi od 8-15°), krak stabilnosti dostiže svoju maksimalnu vrijednost - to je nešto manje od polovine udaljenosti između DP-ova trupa. Uz daljnje povećanje kotrljanja, katamaran se ponaša kao gumenjak čija posada visi na trapezu. Kada je kotrljanje 50-60°, nastupa trenutak nestabilne ravnoteže, nakon čega stabilnost katamarana postaje negativna.
Dijagram statičke stabilnosti. Očigledno, potpuna karakteristika stabilnosti jahte može biti kriva promjene momenta ispravljanja Mv ovisno o kutu kotrljanja ili dijagramu statičke stabilnosti (slika 7). Na dijagramu se jasno razlikuju momenti maksimalne stabilnosti (W) i maksimalni ugao prevrtanja pri kojem se brod, prepušten sam sebi, prevrće (3-ugao zalaska sunca na dijagramu statičke stabilnosti).
Koristeći dijagram, kapetan broda ima priliku da procijeni, na primjer, sposobnost jahte da nosi određeni pad vjetra na vjetru određene jačine. Da bi se to postiglo, krivulje promjene momenta nagiba Mkr ovisno o kutu kotrljanja su ucrtane na dijagram stabilnosti. Tačka B presjeka obje krivulje označava ugao nagiba koji će jahta primiti pod statičkim djelovanjem vjetra s glatkim povećanjem. Na sl. 7, jahta će dobiti listu koja odgovara tački D - oko 29°. Za plovila s jasno definiranim granama dijagrama stabilnosti prema dolje (gumeci, kompromisi i katamarani), plovidba se može dozvoliti samo pod uglovima nagiba koji ne prelaze maksimalnu točku na dijagramu stabilnosti.
 |
| Rice. 7. Dijagram statičke stabilnosti jahte za krstarenje |
U praksi se posade jahti često suočavaju s dinamičkim djelovanjem vanjskih sila, pri čemu moment nagiba dostiže značajnu vrijednost u relativno kratkom vremenskom periodu. Ovo se dešava kada je kiša ili val udario u bradu na vjetru. U ovim slučajevima nije važna samo veličina momenta nagiba, već i kinetička energija koja se prenosi na plovilo i apsorbira u radu momenta uspravljanja.
Na dijagramu statičke stabilnosti rad oba momenta može se prikazati u obliku površina zatvorenih između odgovarajućih krivulja i ordinatnih osa. Uslov za ravnotežu jahte pod dinamičkim uticajem spoljnih sila biće jednakost površina OABVE (rad Mkr) i OBGVE (rad Mv). S obzirom da su oblasti OBVE zajedničke, možemo smatrati jednakost površina OAB i BGV. Na sl. 7 vidi se da je u slučaju dinamičkog djelovanja vjetra, ugao kotrljanja (tačka E, oko 62°) primjetno veći od kotrljanja vjetra iste jačine za vrijeme njegovog statičkog djelovanja.
Iz dijagrama statičke stabilnosti to se može odrediti maksimalno dinamično naginjanje trenutak koji prevrne gumenjak ili ugrozi sigurnost jahte s otvorenim kokpitom. Očigledno, učinak povratnog momenta može se razmatrati samo do ugla zalijevanja kokpita ili do početne točke smanjenja u dijagramu statičke stabilnosti.
Općenito je prihvaćeno da se jahte s kobilicama opremljene teškim balastom praktički mogu prevrnuti. Međutim, u već spomenutoj Fastnet utrci 1979. godine, 77 jahti se prevrnulo pod uglom nagiba većim od 90°, a neke su ostale na površini neko vrijeme (od 30 sekundi do 5 minuta) s podignutom kobilicom, a nekoliko jahti zatim su se podigli na svoju normalnu poziciju kroz drugu ploču. Najveća šteta je gubitak jarbola (na 12 jahti), baterija, teških kuhinja i druge opreme koja je ispala iz utičnica. Dolazak vode u zgrade također je doveo do neželjenih posljedica. To se dogodilo pod dinamičkim uticajem strmog talasa od 9-10 metara, čiji je profil naglo puknuo prilikom prelaska iz okeana u plitko Irsko more, sa brzinom vetra od 25-30 m/s.
Faktori koji utiču na bočnu stabilnost. Dakle, možemo izvući određene zaključke o utjecaju različitih elemenata dizajna jahte na njenu stabilnost. Pri niskim uglovima pete, glavnu ulogu u stvaranju momenta ispravljanja igra širina jahte i koeficijent punoće površine vodene linije. Što je jahta šira i što je njena vodena linija punija, što se dalje od DP-a pomiče centar gravitacije kada se plovilo kotrlja, to je krak stabilnosti oblika veći. Dijagram statičke stabilnosti prilično široke jahte ima strmiju uzlaznu granu od uske - do = 60-80°.
Što je niže težište jahte, to je ona stabilnija, a utjecaj dubokog gaza i velikog balasta utiče na gotovo cijeli dijagram stabilnosti jahte. Prilikom modernizacije jahte, korisno je zapamtiti jednostavno pravilo: svaki kilogram ispod vodene linije poboljšava stabilnost, a svaki kilogram iznad vodene linije je pogoršava. Teški špalir i oprema posebno su uočljivi za stabilnost.
Sa istom lokacijom težišta, jahta sa viškom nadvodnog boka ima i veću stabilnost pri uglovima nagiba većim od 30-35°, kada na plovilu normalne bočne visine paluba počinje da ulazi u vodu. Jahta sa visokim bokom ima veliki maksimalni moment ispravljanja. Ova kvaliteta je također svojstvena jahtama koje imaju vodootporne palube dovoljno velike zapremine.
Posebnu pažnju treba obratiti na uticaj vode u skladištu i tečnosti u rezervoarima. Nije u pitanju samo pomeranje masa tečnosti prema strani sa petom; Glavnu ulogu igra prisustvo slobodne površine tekućine koja se prelijeva, odnosno njenog momenta inercije u odnosu na uzdužnu os. Ako, na primjer, površina vode u skladištu ima dužinu od / i širinu od b, tada se metacentrična visina smanjuje za iznos
, m. (9)
Posebno je opasna voda u skladištu, čija slobodna površina ima veliku širinu. Stoga se prilikom plovidbe po olujnim uvjetima voda iz skladišta mora na vrijeme ukloniti.
Da bi se smanjio utjecaj slobodne površine tekućina, u rezervoare se ugrađuju uzdužne pregrade blatobrana, koje su po širini podijeljene na nekoliko dijelova. U pregradama su napravljene rupe za slobodan protok tečnosti.
Bočna stabilnost i pogon jahte. Kako se kotrljanje povećava preko 10-12°, otpor vode kretanju jahte primjetno raste, što dovodi do gubitka brzine. Stoga je važno da kada se vjetar pojača, jahta može duže održavati efektivno jedro bez pretjeranog nagiba. Često, čak i na relativno velikim jahtama, za vrijeme utrke posada se postavlja na vjetrobransku stranu, pokušavajući smanjiti listu.
Koliko je efikasno pomeranje tereta (posade) na jednu stranu lako je zamisliti koristeći najjednostavniju formulu, koja važi za male uglove (unutar 0-10°) kotrljanja;
, (10)
M o-moment, naginjanje jahte za 1°;
D- deplasman jahte, t;
h- početna poprečna metacentrična visina, m.
Poznavajući masu tereta koji se pomiče i udaljenost njegove nove lokacije od DP-a, moguće je odrediti moment nagiba i podijeliti ga sa Mo, dobiti ugao kotrljanja u stepenima. Na primjer, ako se na jahti deplasmana od 7 tona i A = 1 m pet ljudi nalazi sa strane na udaljenosti od 1,5 m od DP-a, tada će moment nagiba koji stvore dati jahti roll od 4,5 ° (ili smanjite rolnu na drugu stranu za otprilike isto toliko).
Uzdužna stabilnost. Fizika pojava koje se dešavaju tokom uzdužnog nagiba jahte slična je pojavama tokom kotrljanja, ali je uzdužna metacentrična visina uporediva po veličini sa dužinom jahte. Stoga su uzdužni nagibi i trim obično mali i mjere se ne u stepenima, već promjenama u gazu pramca i krme. Pa ipak, ako su sve njene mogućnosti istisnute iz jahte, ne može se a da se ne uzme u obzir djelovanje sila koje jahtu dotjeraju do pramca i pomjeraju centar magnitude naprijed (vidi sliku 4). Ovo se može suprotstaviti premještanjem posade na krmenu palubu.
Snage koje podrezuju pramac dostižu najveću veličinu kada se plovi u zadnju; na ovom kursu, posebno pri jakom vjetru, posadu treba pomaknuti što je dalje moguće u krmu. Na kursu za blizinu, trenutak trima je mali i najbolje je da se posada pozicionira blizu sredine broda, naginjući brod. Na jibe-u, moment trima se ispostavlja manjim nego na backstay-u, pogotovo ako jahta nosi spinaker i blooper, koji obezbjeđuju određeno podizanje.
Kod katamarana, uzdužna metacentrična visina je usporediva s poprečnom visinom, ponekad manja. Stoga, učinak trim momenta, gotovo neprimjetan na jahti s kobicom, može prevrnuti katamaran istih glavnih dimenzija.
Statistike nesreća ukazuju na slučajeve prevrtanja preko pramca na prolaznim stazama katamarana za krstarenje sa visokim nagibom.
1.7. Otpornost na zanošenje
Bočna sila Fd (vidi sliku 4) ne samo da nagiba jahtu, već uzrokuje i bočni zanos sag. Jačina zanošenja zavisi od kursa jahte u odnosu na vetar. Prilikom plovidbe u smjeru blizine, ona je tri puta veća od sile potiska koja pomiče jahtu naprijed; u zaljevskom vjetru obje su sile približno jednake strmom naslonu ( pravi vetar oko 135° u odnosu na kurs jahte), ispostavlja se da je pokretačka sila 2-3 puta veća od sile zanošenja, a u čistom šibu sile zanošenja uopšte nema. Slijedom toga, da bi se plovilo uspješno kretalo na kursu od bliskog do zaljevskog vjetra, mora imati dovoljan bočni otpor na zanošenje, mnogo veći od otpora vode na kretanje jahte duž kursa.
Funkciju stvaranja otpornosti na drift u modernim jahtama obavljaju uglavnom centralne ploče, peraje kobilice i kormila.
Kao što smo već rekli, neophodan uslov za nastanak sile otpora zanosu je kretanje jahte pod malim uglom u odnosu na DP - ugao zanošenja. Pogledajmo šta se dešava u vodenom toku direktno na kobilici, koja je krilo poprečnog presjeka u obliku tankog simetričnog aerodinamičkog profila (slika 8).
Ako ne postoji ugao zanošenja (Sl. 8, a), tada se tok vode susreće sa profilom kobilice u tački a, podijeljen je na dva dijela. U ovoj tački, koja se naziva kritična tačka, brzina protoka je jednaka O, pritisak je maksimalan, jednak visini brzine, gdje je r gustina mase vode (za slatku vodu); v- brzina jahte (m/s). I gornji i donji dio toka istovremeno teku oko površine profila i ponovo se susreću u tački b na izlaznoj ivici. Očigledno, nikakva sila usmjerena preko strujanja ne može nastati na profilu; Djelovat će samo jedna sila otpora trenja, zbog viskoznosti vode.
Ako je profil odstupio za određeni napadni ugao a(u slučaju kobilice jahte - ugao zanošenja), tada će se promijeniti obrazac strujanja oko profila (Sl. 8, b). Kritična tačka A premjestit će se na donji dio „nosa“ profila. Put koji čestica vode mora proći duž gornje površine profila produžit će se, a tačka b 1 gdje bi se, prema uslovima kontinuiteta strujanja, trebale sresti čestice koje teku oko gornje i donje površine profila, prošavši jednaku putanju, završavaju na gornjoj površini. Međutim, pri obilasku oštrog izlaznog ruba profila donji dio toka se odvaja od ruba u obliku vrtloga (sl. 8, c i d). Ovaj vrtlog, koji se naziva početni vrtlog, koji se okreće suprotno od kazaljke na satu, uzrokuje da voda cirkulira oko profila u suprotnom smjeru, tj. u smjeru kazaljke na satu (slika 8, d). Ova pojava, uzrokovana viskoznim silama, slična je rotaciji velikog zupčanika (cirkulacije) koji je povezan s malim pogonskim zupčanikom (početni vrtlog).
Nakon što dođe do cirkulacije, početni vrtlog se odvaja od ivice koja se pojavljuje, tačke b 2 pomiče bliže ovoj ivici, usled čega više nema razlike u brzinama kojima gornji i donji delovi toka napuštaju krilo. Cirkulacija oko krila uzrokuje pojavu sile dizanja Y, usmjerene preko strujanja: na gornjoj površini krila se povećava brzina čestica vode zbog cirkulacije, na donjoj površini, kada naiđe na čestice uključene u cirkulaciju, ona usporava. Shodno tome, na gornjoj površini pritisak opada u odnosu na pritisak u strujanju ispred krila, a na donjoj površini raste. Razlika pritiska daje podizanje Y.
Osim toga, sila će djelovati na profil frontalni(profil) otpor X, nastaje zbog trenja vode o površini profila i hidrodinamičkog pritiska na njegovom prednjem dijelu.
Na sl. Na slici 9 prikazani su rezultati mjerenja tlaka na površini simetričnog profila izrađenog u aerotunelu. Y-osa prikazuje vrijednost koeficijenta WITH p, što je odnos viška pritiska (ukupni pritisak minus atmosferski pritisak) prema brzini. Na gornjoj strani profila pritisak je negativan (vakuum), na donjoj strani je pozitivan. Dakle, sila dizanja koja djeluje na bilo koji element profila je zbir sila pritiska i razrjeđivanja koje djeluju na njega, i općenito je proporcionalna površini koja je zatvorena između krivulja raspodjele tlaka duž tetive profila (zasjenjena na slici 9).
Podaci predstavljeni na sl. 9 nam omogućavaju da izvučemo niz važnih zaključaka o radu kobilice jahte. Prvo, glavnu ulogu u stvaranju bočne sile igra vakuum koji se javlja na površini peraje sa strane vjetra. Drugo, vrh razrjeđivanja nalazi se blizu ulaznog ruba kobilice. Prema tome, tačka primjene rezultirajuće sile podizanja je na prednjoj trećini tetive peraja. Općenito, podizanje se povećava do napadnog ugla od 15-18°, nakon čega naglo opada.
Zbog stvaranja vrtloga na strani razrjeđivanja, poremećen je glatki tok oko krila, opada razrjeđivanje i tok se zaustavlja (o ovoj pojavi detaljnije se govori u poglavlju 2 za jedra). Istovremeno sa povećanjem napadnog ugla raste otpor i dostiže maksimum na a = 90°.
Zanos moderne jahte rijetko prelazi 5°, tako da nema potrebe za brigom da će tok otkinuti kobilicu. Međutim, kod kormila za jahte, koji su također dizajnirani i rade na principu krila, mora se uzeti u obzir kritični ugao napada.
Razmotrimo glavne parametre kobilica za jahte, koji imaju značajan utjecaj na njihovu učinkovitost u stvaranju sile za otpor zanosu. Jednako tako, ono što je navedeno u nastavku može se proširiti i na kormila, uzimajući u obzir činjenicu da djeluju sa znatno većim napadnim uglom.
Debljina i oblik poprečnog presjeka kobilice. Ispitivanja simetričnih aeroprofila su pokazala da deblji aeroprofili (sa većim omjerom debljine poprečnog presjeka t na njegov akord b) daju veću silu dizanja. Njihov otpor je veći nego kod profila sa manjom relativnom debljinom. Optimalni rezultati se mogu postići kada t/b = 0,09-0,12. Količina podizanja na takvim profilima relativno malo ovisi o brzini jahte, tako da kobilice razvijaju dovoljnu otpornost za zanošenje čak i pri slabom vjetru.
Položaj maksimalne debljine profila duž dužine tetive ima značajan utjecaj na veličinu sile otpora drifta. Najefikasniji su profili čija se maksimalna debljina nalazi na udaljenosti od 40-50% tetive od njihovog "nosa". Za kormila jahti koja rade pod velikim napadnim uglovima, profili sa maksimalna debljina, koji se nalazi nešto bliže prednjoj ivici - do 30% akorda.
Oblik "nosa" profila - radijus zaobljenja ulazne ivice - ima određeni utjecaj na efikasnost kobilice. Ako je rub previše oštar, tada tok koji teče na kobilicu ovdje dobiva veliko ubrzanje i odvaja se od profila u obliku vrtloga.
U tom slučaju dolazi do pada uzgona, posebno značajnog pri velikim napadnim uglovima. Stoga je takvo izoštravanje dolazeće ivice neprihvatljivo za kormila.
Aerodinamičko proširenje. Na krajevima krila voda teče iz područja visokog pritiska prema stražnjoj strani profila. Kao rezultat toga, vrtlozi se izbacuju sa krajeva krila, formirajući dvije vrtložne ulice. Prilično značajan dio energije troši se na njihovo održavanje, formirajući tzv induktivna reaktansa. Osim toga, zbog izjednačavanja tlaka na krajevima krila dolazi do lokalnog pada uzgona, kao što je prikazano na dijagramu njegove distribucije po dužini krila na Sl. 10.
Što je dužina krila kraća L u odnosu na njen akord b, odnosno što je njeno izduženje manje L/b, relativno je veći gubitak podizanja i veći je induktivni otpor. U aerodinamici je uobičajeno procijeniti omjer krila pomoću formule
(gdje je 5 površina krila), koja se može primijeniti na krila i peraje bilo kojeg oblika. Kod pravougaonog oblika, aerodinamički omjer je jednak omjeru; za delta krilo l = 2Llb.
Na sl. 10 prikazuje krilo sastavljeno od dvije kobilice trapezoidne peraje. Na jahti je kobilica širokom bazom pričvršćena za dno, tako da ovdje nema strujanja vode na vakuumsku stranu i pod utjecajem trupa se pritisak na obje površine izjednačava. Bez ovog utjecaja, aerodinamički omjer širine i visine bi se mogao smatrati dvostrukim omjerom dubine kobilice i njenog gaza. U praksi se ovaj omjer, ovisno o veličini kobilice, konturama jahte i kutu nagiba, premašuje samo 1,2-1,3 puta.
Utjecaj aerodinamičkog izduženja kobilice na veličinu sile otpora zanošenja koju razvija R d se može procijeniti na osnovu rezultata ispitivanja peraje koja ima profil NACA 009 (t/b=9%) i površine 0,37 m2 (Sl. 11). Brzina toka odgovara brzini jahte od 3 čvora (1,5 m/s). Zanimljiva je promjena sile otpora zanosu pri napadnom kutu od 4-6°, što odgovara kutu zanošenja jahte na kursu za blizinu. Ako prihvatite silu R d sa izduženjem l = 1 po jedinici (6,8 pri a = 5°), zatim sa povećanjem l na 2, otpor zanošenja raste za više od 1,5 puta (10,4 kg), a sa l = 3 - tačno udvostručen (13,6 kg). Isti grafikon može poslužiti za kvalitativnu procjenu efikasnosti kormila različitih produžetaka, koji djeluju u području velikih napadnih uglova.
Dakle, povećanjem izduženja peraje kobilice moguće je dobiti potrebnu količinu bočne sile R d sa manjom površinom kobilice, a samim tim i manjom vlažnom površinom i vodootpornošću na kretanje jahte. Dužina kobilice na modernim jahtama za krstarenje i trkaće je u prosjeku l = 1-3. Pero kormila, koje služi ne samo za upravljanje plovilom, već je i sastavni element u stvaranju otpora jahte, ima još veće izduženje, približavajući se l. = 4.
Površina i oblik kobilice. Najčešće se dimenzije kobilice određuju statističkim podacima, upoređujući dizajniranu jahtu s dobro dokazanim plovilima. Na modernim krstarećim i trkaćim jahtama sa kormilom odvojenim od kobilice, ukupna površina kobilice i kormila kreće se od 4,5 do 6,5% površine jedra jahte, a površina kormila je 20-40% područje kobilice.
Da bi se postiglo optimalno izduženje, dizajner jahte nastoji usvojiti maksimalni gaz dozvoljen uvjetima plovidbe ili pravilima mjerenja. Najčešće, kobilica ima oblik trapeza sa nagnutom prednjom ivicom. Kako su studije pokazale, za kobilice jahti s omjerom širine i visine od 1 do 3, kut između prednje ivice i vertikale u rasponu od -8° do 22,5° praktički nema utjecaja na hidrodinamičke karakteristike kobilice. Ako je kobilica (ili središnja ploča) vrlo uska i duga, tada je nagib prednjeg ruba veći od 15° prema vertikali praćen odstupanjem linija toka vode niz profil, prema donjem stražnjem uglu. Kao rezultat, sila podizanja se smanjuje, a otpor kobilice se povećava. U ovom slučaju, optimalni ugao nagiba je 5° u odnosu na vertikalu.
Na količinu podizanja koju razvijaju kobilica i kormilo značajno utječe kvalitet njegove površine, posebno prednje ivice, gdje se formira strujanje oko profila. Stoga se preporučuje poliranje kobilice i kormila na udaljenosti od najmanje 1,5% tetive profila.
Brzina jahte. Podizna sila na bilo kojem krilu određena je formulom:
(11)
Sy - koeficijent uzgona, u zavisnosti od parametara krila - oblika profila, odnosa širine i visine, obrisa plana, kao i od napadnog ugla - povećava se sa povećanjem napadnog ugla;
r- masena gustina vode, ;
V- brzina strujanja oko krila, m/s;
S- površina krila, m2.
Dakle, sila otpora zanosu je promjenjiva vrijednost proporcionalna kvadratu brzine. U početnom trenutku kretanja jahte, na primjer nakon kvačenja, kada brod gubi brzinu, ili kada se odmakne od grane prema vjetru, sila dizanja na kobilici je mala. U cilju snage Y jednaka sili drifta F D kobilica treba biti postavljena prema nadolazećem toku pod velikim napadnim uglom. Drugim riječima, brod počinje da se kreće pod velikim uglom zanošenja. Kako se brzina povećava, ugao zanošenja se smanjuje dok ne dostigne normalnu vrijednost - 3-5°.
Kapetan mora uzeti u obzir ovu okolnost, obezbjeđujući dovoljno prostora za zavjetrinu prilikom ubrzavanja jahte ili nakon skretanja na novu traku. Mora se koristiti veliki početni ugao zanošenja za brzo postizanje brzine laganim povlačenjem listova. Usput, to smanjuje silu zanošenja na jedra.
Također je potrebno zapamtiti mehaniku generiranja uzgona, koji se pojavljuje na peraju tek nakon odvajanja startnog vrtloga i razvoja stabilne cirkulacije. Na uskoj kobilici moderne jahte cirkulacija se odvija brže nego na trupu jahte s kormilom postavljenim na kobilicu, odnosno na krilu s velikom tetivom. Druga jahta će više plutati niz vjetar prije nego što trup postane efikasan u sprječavanju zanošenja.
Upravljivost
Upravljivost je kvaliteta plovila koja mu omogućava da prati zadani kurs ili promijeni smjer. Samo jahta koja adekvatno reaguje na pomeranje kormila može se smatrati upravljivom.
Upravljivost kombinuje dva svojstva plovila - stabilnost i agilnost.
Stabilnost kursa- to je sposobnost jahte da održi zadati pravi smjer kretanja kada na nju djeluju razne vanjske sile: vjetar, valovi itd. Stabilnost na kursu ne ovisi samo o karakteristike dizajna jahti i prirodi djelovanja vanjskih sila, ali i o reakciji kormilara na skretanje plovila sa kursa, njegovom osjećaju za kormilo.
Vratimo se ponovo dijagramu djelovanja vanjskih sila na jedra i trup jahte (vidi sl. 4). Relativni položaj dva para sila je od odlučujućeg značaja za stabilnost jahte na kursu. Sila nagiba F d i sila otpora drifta R d imaju tendenciju da guraju pramac jahte u vjetar, dok drugi para-potisak sile T i otpor kretanju R dovodi jahtu na vjetar. Očigledno je da reakcija jahte ovisi o omjeru veličine sila i ramena koji se razmatra A I b, na koje deluju. Kako se kut kotrljanja povećava, krak pogonskog para b takođe povećava. Rame para koji pada A zavisi od relativnog položaja centra jedra (CS) - tačka primene rezultujućih aerodinamičkih sila na jedra i centra bočnog otpora (CLR) - tačka primene rezultujućih hidrodinamičkih sila na trup broda jahta. Položaj ovih tačaka se mijenja u zavisnosti od mnogih faktora: kursa jahte u odnosu na vjetar, oblika i položaja jedara, lista i trima jahte, oblika i profila kobilice i kormila itd.
Stoga pri projektovanju i preopremanju jahti rade sa konvencionalnim CP i CB s obzirom da se nalaze u težištima ravnih figura, a to su jedra postavljena u središnju ravninu jahte, a podvodni obrisi DP-a sa kobilicu, peraje i kormilo (Sl. 12).
Poznato je da se težište trokutastog jedra nalazi na sjecištu dvije medijane, a zajedničko težište dva jedra nalazi se na pravocrtnom segmentu koji spaja CP oba jedra, i dijeli ovaj segment na obrnuto proporcionalno njihovoj površini. Obično se ne uzima u obzir stvarna površina floka, već izmjerena površina prednjeg trokuta jedra.
Položaj središnjeg centra može se odrediti balansiranjem profila podvodnog dijela DP-a, izrezanog od tankog kartona, na vrhu igle. Kada je šablon postavljen striktno horizontalno, igla se nalazi na konvencionalnoj točki središnjeg centra. Podsjetimo da u stvaranju sile otpora zanosu glavnu ulogu imaju kobilica peraja i kormilo. Centri hidrodinamičkih pritisaka na njihovim profilima mogu se naći prilično precizno, na primjer, za profile s relativnom debljinom t/b na oko 8% ova tačka je oko 26% akorda udaljena od prednje ivice. Međutim, trup jahte, iako u maloj mjeri sudjeluje u stvaranju bočne sile, čini određene promjene u prirodi strujanja oko kobilice i kormila, a mijenja se u zavisnosti od kuta nagiba i trima, tj. kao i brzina jahte. U većini slučajeva, na kursu za blizinu, pravi centar gravitacije se pomiče naprijed.
Dizajneri, po pravilu, postavljaju CPU na određenoj udaljenosti (napredno) ispred centralnog nervnog sistema. Tipično, olovo je navedeno kao postotak dužine plovila na vodnoj liniji i iznosi 15-18% za bermudsku papuču. L kvl.
Ako se pokaže da je pravi CP lociran predaleko ispred CS-a, jahta na kursu za blizinu pada u vjetar i kormilar mora stalno držati kormilo nagnuto prema vjetru. Ako je CP iza CB, onda jahta teži da se nosi prema vjetru; potrebno je stalno upravljanje da bi čamac bio pod kontrolom.
Posebno je neugodna sklonost jahte da tone. U slučaju nesreće s kormilom, jahta se ne može izvesti na blizinu samo uz pomoć jedara, osim toga ima pojačan zanos. Činjenica je da kobilica jahte odbija tok vode koja teče iz nje bliže DP plovila. Stoga, ako je kormilo ravno, radi pod znatno manjim napadnim uglom od kobilice. Ako nagnete kormilo u smjeru vjetra, tada se sila dizanja stvorena na njemu ispostavi da je usmjerena u zavjetrinu - u istom smjeru kao i sila zanošenja na jedra. U ovom slučaju, kobilica i kormilo se „povlače“ u različitim smjerovima i jahta je nestabilna na kursu.
Druga stvar je laka sklonost jahte da se vozi. Kormilo, pomaknuto pod malim uglom (3-4°) niz vetar, radi sa istim ili malo većim napadnim uglom kao i kobilica, i efikasno učestvuje u otporu zanosu. Bočna sila koja nastaje na kormilu uzrokuje značajan pomak cjelokupnog središnjeg upravljačkog sistema prema krmi, istovremeno se smanjuje ugao zanošenja, jahta stabilno leži na kursu.
Međutim, ako se na kursu za blisku vožnju kormilo mora stalno pomjerati prema vjetru za veći ugao od 3-4°, treba razmisliti o prilagođavanju relativnog položaja središnjeg upravljača i centralne upravljačke jedinice. Na već izgrađenoj jahti to je lakše učiniti pomicanjem CPU-a naprijed, postavljanjem jarbola u stepu do krajnjeg pramčanog položaja ili naginjanjem naprijed.
Razlog zanošenja jahte može biti i glavno jedro - previše "trbušasto" ili sa prepravljenom lufom. U ovom slučaju je koristan međudržač, kojim možete saviti jarbol u srednjem dijelu (po visini) naprijed i time učiniti jedro ravnijim, kao i oslabiti luf. Također možete skratiti dužinu kraka glavnog jedra.
Teže je premjestiti središnji stup upravljača na krmu, za što je potrebno ugraditi krmeno peraje ispred kormila ili povećati površinu lopatice kormila.
Već smo rekli da kako se kotrljanje povećava, tako se povećava i tendencija jahte da se kotrlja. To se događa ne samo zbog povećanja kraka adukcionog para sila - T I R. Tokom kotrljanja povećava se hidrodinamički pritisak u području pramčanog vala, što dovodi do pomaka centralnog nervnog sistema naprijed. Stoga, na svježem vjetru, kako biste smanjili sklonost jahte da zanosi, pomaknite glavno jedro naprijed i: uzmite greben na glavno jedro ili ga malo zabrišite za ovaj kurs. Također je korisno promijeniti flok u manji, čime se smanjuje lista i trim jahte na pramcu.
Iskusan dizajner pri odabiru avansne vrijednosti A obično uzima u obzir stabilnost jahte kako bi se kompenziralo povećanje momenta vožnje tijekom nagiba: za jahtu sa manje stabilnosti postavlja se velika vrijednost unaprijed, za stabilnije brodove predujam se uzima minimalnim.
Jahte s dobrom centrom često imaju povećano skretanje na stražnjoj stazi, kada glavno jedro povučeno na palubu teži da okrene jahtu svojim pramcem prema vjetru. Tome pomaže i visoki val koji dolazi sa krme pod uglom prema DP. Da bi jahta ostala na kursu, morate naporno raditi na kormilu, skretajući ga do kritičnog ugla, kada je tok s njegove zavjetrinske površine moguć (to se obično događa pri napadnim uglovima od 15-20°). Ovaj fenomen je praćen gubitkom podizanja na kormilu i, posljedično, upravljivosti jahte. Jahta se može iznenada naglo baciti u vjetar i dobiti veliku listu, a zbog smanjenja udubljenja lopatice kormila, zrak s površine vode može probiti na stranu razrjeđivanja.
Borba protiv ovog fenomena tzv broširanje, sile za povećanje površine pera kormila i njegovo produženje, za postavljanje peraje ispred kormila, čija je površina oko četvrtine površine pera. Zahvaljujući prisutnosti peraje ispred kormila, organiziran je usmjeren tok vode, povećani su kritični kutovi napada kormila, spriječen je prodor zraka do njega i smanjena sila na kormilo. Prilikom jedrenja u naslonu, posada treba nastojati osigurati da potisak spinakera bude usmjeren što je više moguće naprijed, a ne u stranu, kako bi se izbjeglo pretjerano naginjanje. Također je važno spriječiti pojavu ukrasa na nosu, koji bi mogli smanjiti dubinu volana. Provlačenje je olakšano i kotrljanjem jahte, koje nastaje kao rezultat prekida strujanja zraka iz spinakera.
Stabilnost na kursu, pored razmatranog uticaja spoljnih sila i relativnog položaja njihovih tačaka primene, određena je konfiguracijom podvodnog dela DP. Ranije su za duga putovanja na otvorenom moru prednost davale jahte s dugačkom linijom kobilice, jer su imale veći otpor na okretanje i, shodno tome, stabilnost na kursu. Međutim, ova vrsta plovila ima značajne nedostatke, kao što su velika vlažna površina i loša upravljivost. Osim toga, pokazalo se da stabilnost kursa ne zavisi toliko od veličine bočne projekcije DP-a, koliko od položaja volana u odnosu na centralni upravljački sistem, odnosno od „poluge“ na kojoj se upravlja točak radi. Napominje se da ako je ova udaljenost manja od 25% L kvl , tada jahta postaje krivudava i slabo reaguje na otklon kormila. At l=40-45% L kvl (vidi sliku 12) držanje plovila na datom kursu nije teško.
Agility- sposobnost plovila da pod utjecajem kormila i jedara mijenja smjer kretanja i opisuje putanju. Djelovanje kormila temelji se na istom principu hidrodinamičkog krila koji se smatrao za kobilicu jahte. Kada se volan pomakne pod određenim kutom, javlja se hidrodinamička sila R, jedna od komponenti kojih N gura krmu jahte u smjeru suprotnom od onog u kojem je postavljeno kormilo (Sl. 13). Pod njegovim utjecajem, brod se počinje kretati po zakrivljenoj putanji. Istovremeno snaga R daje komponentu Q - sila otpora koja usporava napredovanje jahte.
Ako fiksirate kormilo u jednom položaju, brod će se kretati otprilike u krugu koji se naziva cirkulacija. Prečnik ili radijus cirkulacije je mjera okretne sposobnosti posude: što je veći radijus cirkulacije, to je lošija sposobnost okretanja. Samo težište jahte kreće se kroz cirkulaciju, krma se izvodi. U isto vrijeme, brod doživljava zanošenje uzrokovano centrifugalnom silom, a dijelom i silom N na volanu.
Radijus cirkulacije zavisi od brzine i mase jahte, njenog momenta inercije u odnosu na vertikalnu osu koja prolazi kroz CG, od efikasnosti kormila - veličine sile N i njegovo rame u odnosu na CG za dati otklon kormila. Što je veća brzina i deplasman jahte, što se više teških masa (motor, sidra, dijelovi opreme) nalaze na krajevima plovila, to je veći radijus cirkulacije. Obično se radijus cirkulacije, određen tokom plovidbenih ispitivanja jahte, izražava u dužinama trupa.
Agilnost je bolja što je kraći podvodni dio plovila i što je bliže sredini broda koncentrisano njegovo glavno područje. Na primjer, plovila s dugačkom linijom kobilice (kao što su pomorski čamci) imaju slabu sposobnost okretanja i, obrnuto, dobru sposobnost okretanja - gumenjaci s uskim, dubokim središnjim daskama.
Učinkovitost kormila ovisi o površini i obliku pera, profilu poprečnog presjeka, aerodinamičkom odnosu širine i visine, vrsti ugradnje (na krmenom stupu, odvojeno od kobilice ili na peraju), kao i udaljenosti kundaka od centralni stub volana. Najrasprostranjenija su kormila dizajnirana u obliku krila s profilom aerodinamičkog poprečnog presjeka. Maksimalna debljina profila obično se uzima unutar 10-12% tetive i nalazi se 1/3 tetive od prednje ivice. Površina kormila obično iznosi 9,5-11% površine potopljenog dijela DP-a jahte.
Kormilo s velikim omjerom širine i visine (omjer kvadrata dubine kormila i njegove površine) razvija veliku bočnu silu pri malim napadnim uglovima, zbog čega efikasno sudjeluje u pružanju bočnog otpora zanosu. Međutim, kao što je prikazano na sl. 11, pri određenim napadnim uglovima profila različitih omjera širine tok se odvaja od površine razrjeđivanja, nakon čega sila dizanja na profilu značajno opada. Na primjer, kada l= 6 kritični ugao kormila je 15°; at l=2- 30°. Kao kompromis, koriste se upravljači sa ekstenzijama l = 4-5 (omjer stranica pravougaonog upravljača je 2-2,5), a za povećanje kritičnog kuta pomaka, ispred volana se postavlja skeg peraje. Kormilo s velikim omjerom širine i visine brže reagira na pomicanje, jer se cirkulacija, koja određuje silu dizanja, brže razvija oko profila s malom tetivom nego oko cijelog podvodnog dijela trupa s kormilom postavljenim na krmenom stupu.
Gornja ivica volana mora čvrsto da prianja uz telo u okviru radnih odstupanja od ±30° kako bi se sprečilo da voda teče kroz njega; u suprotnom, performanse upravljanja će se pogoršati. Ponekad je na šipki kormila, ako je postavljena na krmenu gredu, pričvršćena aerodinamička podloška u obliku široke ploče u blizini vodene linije.
Ono što je rečeno o obliku kobilica vrijedi i za kormila: optimalnim se smatra trapezoidni oblik s pravokutnim ili blago zaobljenim donjim rubom. Da bi se smanjile sile na kormilo, volan je ponekad napravljen od balansirajućeg tipa, sa osom rotacije koja se nalazi 1/4-1/5 tetive od "nosa" profila.
Prilikom upravljanja jahtom potrebno je voditi računa o specifičnostima volana u različitim uslovima, a prije svega o poremećaju toka sa njegovog stražnjeg dijela. Ne možete napraviti iznenadne pomake volana na brodu na početku skretanja; protok će zastati, doći će do bočne sile. N na volanu će pasti, ali će se sila otpora brzo povećati R. Jahta će u cirkulaciju ulaziti polako i sa velikim gubitkom brzine. Zaokret je potrebno započeti pomicanjem kormila pod manjim kutom, ali čim se krma otkotrlja prema van i napadni kut kormila počne opadati, treba ga pomaknuti na veći kut u odnosu na DP jahte.
Treba imati na umu da se bočna sila na kormilu brzo povećava kako se povećava brzina jahte. Na slabom vjetru, beskorisno je pokušavati brzo okretati jahtu pomicanjem kormila pod velikim uglom (usput, vrijednost kritičnog ugla ovisi o brzini: pri manjim brzinama dolazi do razdvajanja toka pri manjim uglovima od napad).
Otpor kormila pri promjeni kursa jahte, ovisno o obliku, dizajnu i lokaciji, kreće se od 10 do 40% ukupnog otpora jahte. Stoga se tehnika upravljanja kormilom (i centriranje jahte od kojeg ovisi stabilnost na kursu) mora shvatiti vrlo ozbiljno i ne smije se dozvoliti da kormilo odstupi pod većim uglom nego što je potrebno.
Stopa prodaje
Stopa prodaje odnosi se na sposobnost jahte da postigne određenu brzinu uz efikasno korištenje energije vjetra.
Brzina koju jahta može postići ovisi prvenstveno o brzini vjetra, budući da sve aerodinamičke sile djeluju na jedra. uključujući vučnu silu, povećanje proporcionalno kvadratu prividne brzine vjetra. Osim toga, ovisi i o napajanju plovila - omjeru površine jedra i njegovih dimenzija. Omjer koji se najčešće koristi kao karakteristika dostupnosti energije je S" 1/2 /V 1/3(gdje je S površina vjetra, m2; V- ukupni deplasman, m 3) ili S/W (ovdje je W navlažena površina trupa, uključujući kobilicu i kormilo).
Vučna sila, a time i brzina jahte, također je određena sposobnošću oprema za jedrenje razviti dovoljan potisak na različitim kursevima u odnosu na smjer vjetra.
Navedeni faktori odnose se na pogonska jedra jahte koja energiju vjetra pretvaraju u pogonsku snagu T. Kao što je prikazano na sl. 4, ova sila pri ravnomjernom kretanju jahte mora biti jednaka i suprotna sili otpora kretanju R. Potonji je projekcija svih rezultirajućih hidrodinamičkih sila koje djeluju na vlažnu površinu tijela na smjer kretanja.
Postoje dvije vrste hidrodinamičkih sila: sile pritiska usmjerene okomito na površinu tijela i viskozne sile koje djeluju tangencijalno na ovu površinu. Rezultanta viskoznih sila daje silu otpor trenja.
Sile pritiska uzrokovane su stvaranjem valova na površini vode kada se jahta kreće, pa njihova rezultirajuća sila daje talasni otpor.
Uz veliku zakrivljenost površine trupa u krmenom dijelu, granični sloj se može odvojiti od kože i mogu se formirati vrtlozi koji apsorbiraju dio energije pogonske sile. Ovo stvara još jednu komponentu otpora na kretanje jahte - otpornost na oblik.
Pojavljuju se još dvije vrste otpora zbog činjenice da se jahta ne kreće ravno duž DP-a, već pod određenim kutom zanošenja i kotrljanja. Ovo induktivna i peta otpor. Značajan udio u induktivnom otporu zauzima otpor izbočenih dijelova - kobilice i kormila.
Konačno, kretanju jahte prema naprijed opiru se i zrak koji pere trup, posadu i razvoj sistema užadi i jedara. Ovaj komad otpora se zove zrak.
Otpor na trenje. Kada se jahta kreće, čini se da se čestice vode neposredno uz kožu trupa lijepe za nju i nose se zajedno s brodom. Brzina ovih čestica u odnosu na tijelo je nula (slika 14). Sljedeći sloj čestica, koji klizi preko prvog, već malo zaostaje za odgovarajućim točkama trupa, a na određenoj udaljenosti od trupa voda uglavnom ostaje nepomična ili ima brzinu u odnosu na trup jednaku brzini jahte. v. Ovaj sloj vode, u kojem djeluju viskozne sile, a brzina kretanja čestica vode u odnosu na trup povećava se od 0 do brzine broda, naziva se granični sloj. Njegova debljina je relativno mala i kreće se od 1 do 2% dužine trupa duž vodene linije, međutim, priroda ili način kretanja čestica vode u njemu ima značajan utjecaj na količinu otpora trenja.
Utvrđeno je da način kretanja šagita varira u zavisnosti od brzine plovila i dužine njegove vlažne površine. U hidrodinamici, ova zavisnost se izražava Reynoldsovim brojem:
n je koeficijent kinematičke viskoznosti vode (za slatku vodu n = 1,15-10 -6 m 2 /s);
L- dužina vlažne površine, m;
v- brzina jahte, m/s.
Sa relativno malim brojem Re = 10 6, čestice vode u graničnom sloju kreću se u slojevima, formirajući laminarni protok. Njegova energija nije dovoljna da savlada viskozne sile koje sprečavaju poprečna kretanja čestica. Najveća razlika u brzini između slojeva čestica javlja se direktno na površini kućišta; U skladu s tim, sile trenja su ovdje najveće.
Reynoldsov broj u graničnom sloju raste kako se čestice vode udaljavaju od stabljike (sa povećanjem vlažne dužine). Brzinom od 2 m/s, na primjer, već na udaljenosti od oko 2 m od njega Re dostići kritičnu vrijednost pri kojoj režim strujanja u graničnom sloju postaje vrtložan, odnosno turbulentan i usmjeren preko graničnog sloja. Zbog nastale razmjene kinetičke energije između slojeva, brzina čestica blizu površine kućišta raste u većoj mjeri nego kod laminarnog strujanja. Razlika u brzini Dv ovdje se otpor trenja u skladu s tim povećava. Zbog poprečnih kretanja čestica vode povećava se debljina graničnog sloja, a otpor trenja naglo raste.
Režim laminarnog toka pokriva samo manji dio trupa jahte u pramčanom dijelu i to samo pri malim brzinama. Kritična vrijednost Re, pri kojem dolazi do turbulentnog strujanja oko tijela, nalazi se u rasponu od 5-10 5-6-10 6 i u velikoj mjeri zavisi od oblika i glatkoće njegove površine. Kako se brzina povećava, točka prijelaza laminarnog graničnog sloja u turbulentni pomiče se prema nosu i pri dovoljno velikoj brzini može doći trenutak kada će cijela vlažna površina trupa biti prekrivena turbulentnim strujanjem. Istina, direktno u blizini kože, gdje je brzina protoka blizu nule, i dalje ostaje tanak film s laminarnim režimom - laminarni podsloj.
Otpor trenja se izračunava pomoću formule:
(13)
R tr - otpor trenja, kg;
ztr - koeficijent otpora trenja;
r-masena gustina vode;
za slatku vodu:
v- brzina jahte, m/s;
W-vlažna površina, m2.
Koeficijent otpora trenja je promjenjiva vrijednost ovisno o prirodi strujanja u graničnom sloju i dužini tijela L kvl brzine v i hrapavost površine kućišta.
Na sl. Na slici 15 prikazana je ovisnost koeficijenta otpora trenja ztr o broju Re i hrapavost površine kućišta. Povećanje otpora hrapave površine u odnosu na glatku lako se može objasniti prisustvom laminarnog podsloja u turbulentnom graničnom sloju. Ako su tuberkuli na površini potpuno uronjeni u laminarni podsloj, onda ne unose značajne promjene u prirodu laminarnog toka podsloja. Ako nepravilnosti prelaze debljinu podsloja i strše iznad njega, dolazi do turbulizacije kretanja čestica vode u cijeloj debljini graničnog sloja, a koeficijent trenja se shodno tome povećava.
Rice. 15 nam omogućava da shvatimo važnost dorade dna jahte kako bismo smanjili njen otpor trenja. Na primjer, ako se jahta dužine 7,5 m duž vodene linije kreće brzinom v= 6 čvorova (3,1 m/s), zatim odgovarajući broj
Pretpostavimo da dno jahte ima hrapavost (prosječna visina neravnina) k== 0,2 mm, što odgovara relativnoj hrapavosti
L/k = 7500/0,2 = 3,75 10 4. Za datu hrapavost i broj R e koeficijent trenja je jednak z tr = 0,0038 (tačka G).
Procijenimo da li je u ovom slučaju moguće dobiti površinu dna koja je blizu tehnički glatke. At R e = 2-10 7 takva površina odgovara relativnoj hrapavosti L/k= 3 10 5 ili apsolutna hrapavost k=7500/3 10 5 = 0,025 mm. Iskustvo pokazuje da se to može postići pažljivim brušenjem dna finim brusnim papirom i zatim lakiranjem. Hoće li trud biti vrijedan toga? Grafik pokazuje da će se koeficijent otpora trenja smanjiti na z tr = 0,0028 (tačka D), odnosno za 30%, što, naravno, ne može zanemariti posada koja računa na uspjeh u utrkama.
Linija B omogućava procjenu dopuštene hrapavosti dna za jahte različitih veličina i različitih brzina. Može se vidjeti da se povećanjem dužine i brzine vodene linije povećavaju zahtjevi za kvalitetom površine.
Za orijentaciju predstavljamo vrijednosti hrapavosti (u mm) za različite površine:
drvene, pažljivo lakirane i polirane - 0,003-0,005;
drveni, farbani i brušeni - 0,02-0,03;
obojen patentiranim premazom - 0,04-0,C6;
drveni, farbani crvenim olovom - 0,15;
obična tabla - 0,5;
dno obraslo školjkama - do 4,0.
Već smo rekli da se duž dijela dužine jahte, počevši od stabla, može održavati laminarni granični sloj, osim ako pretjerana hrapavost ne doprinosi turbulentnosti toka. Stoga je posebno važno pažljivo obraditi pramac trupa, sve ulazne ivice kobilice, peraje i kormila. Za male poprečne dimenzije - tetive - cijelu površinu kobilice i kormila treba brušiti. U krmenom dijelu trupa, gdje se povećava debljina graničnog sloja, zahtjevi za završnom obradom površine mogu se donekle smanjiti.
Zaprljanost dna algama i školjkama ima posebno snažan učinak na otpor trenja. Ako povremeno ne čistite dno jahti koje su stalno u vodi, onda nakon dva do tri mjeseca otpor trenja može porasti za 50-80%, što je ekvivalentno gubitku brzine na prosječnom vjetru od 15-25 %.
Otpornost oblika.Čak i sa dobro oblikovanim trupom, dok se krećete, možete otkriti budni tok u kojem voda čini vrtložne pokrete. Ovo je posljedica odvajanja graničnog sloja od tijela u određenoj tački (B na sl. 14). Položaj točke ovisi o prirodi promjene zakrivljenosti površine duž dužine tijela. Što su konture krmenog kraja glatkije, to je dalje od krme dolazi do odvajanja graničnog sloja i dolazi do manjeg formiranja vrtloga.
Uz normalne omjere dužine tijela i širine, otpornost na oblik je niska. Njegovo povećanje može biti posljedica prisutnosti oštrih jagodica, slomljenih linija trupa, nepravilno profiliranih kobilica, kormila i drugih izbočenih dijelova. Otpornost oblika raste sa smanjenjem opsega zone, laminarnog graničnog sloja, pa je potrebno ukloniti naslage boje, smanjiti hrapavost, zabrtviti udubljenja u koži, postaviti obloge na izbočene cijevi itd.
Talasni otpor. Pojava talasa u blizini trupa broda tokom njegovog kretanja uzrokovana je dejstvom gravitacije tečnosti na granici između vode i vazduha. Na pramčanom kraju, gdje se trup spaja s vodom, pritisak naglo raste i voda se diže do određene visine. Bliže središnjem dijelu, gdje se, zbog širenja trupa broda, povećava brzina toka, pritisak u njemu, prema Bernoullijevom zakonu, opada i nivo vode opada. U stražnjem dijelu, gdje pritisak ponovo raste, formira se drugi talasni vrh. Čestice vode počinju da osciliraju u blizini tijela, što uzrokuje sekundarne oscilacije površine vode.
Nastaje složen sistem pramčanih i krmenih valova, koji je po prirodi isti za brodove bilo koje veličine (Sl. 16). Pri malim brzinama jasno su vidljivi divergentni valovi koji potiču iz pramca i krme broda. Njihovi grebeni se nalaze pod uglom od 36-40° u odnosu na središnju ravninu. Pri većim brzinama oslobađaju se poprečni valovi čiji se vrhovi ne protežu izvan sekte/ere, ograničeni kutom od 18-20° u odnosu na DP plovila. Pramčani i krmeni sustavi poprečnih valova međusobno djeluju, što može rezultirati kako povećanjem visine ukupnog vala iza krme plovila, tako i njegovim smanjenjem. Kako se udaljavaju od broda, medij apsorbira energiju valova i oni postepeno slabe.
Količina otpora valova varira ovisno o brzini jahte. Iz teorije oscilacija je poznato da je brzina prostiranja talasa povezana sa njihovom dužinom l odnos
Gdje str = 3,14; v- brzina jahte, m/s; g = 9,81 m/s 2 - ubrzanje zbog gravitacije.
Kako se talasni sistem kreće sa jahtom, brzina širenja talasa jednaka je brzini jahte.
Ako govorimo, na primjer, o jahti s dužinom duž vodene linije od 8 m, tada će pri brzini od 4 čvora biti oko tri poprečna vala duž dužine trupa, a pri brzini od 6 čvorova - jedan i po. Odnos između poprečne valne dužine X koju stvara tijelo dužine Lkvl! krećući se brzinom v, u velikoj mjeri određuje vrijednost valnog otpora.
Kursevi u odnosu na vjetar. Moderne jahte i jedrilice su u većini slučajeva opremljene koso jedra. Njihova posebnost je u tome što se glavni dio jedra ili sve nalazi iza jarbola ili šatora. Zbog činjenice da je prednja ivica jedra čvrsto povučena uz jarbol (ili samo po sebi), jedro teče oko strujanja zraka bez ispiranja kada je postavljeno pod prilično oštrim kutom prema vjetru. Zahvaljujući tome (i uz odgovarajuće konture trupa), brod stječe sposobnost kretanja pod oštrim kutom u smjeru vjetra.
Na sl. 190 prikazuje položaj jedrilice na različitim kursevima u odnosu na vjetar. Obična jedrilica ne može ploviti direktno protiv vjetra - jedro u ovom slučaju ne stvara vučnu silu sposobnu savladati otpor vode i zraka. Najbolje trkaće jahte na srednjim vjetrovima mogu ploviti na blizinu pod uglom od 35-40° u odnosu na smjer vjetra; Obično ovaj ugao nije manji od 45°. Stoga je jedrilica prisiljena doći do cilja koji se nalazi direktno protiv vjetra. tacking- naizmjenično desno i lijevo. Ugao između kurseva broda na jednom i drugom traku naziva se tacking angle, a položaj plovila sa pramcem direktno prema vjetru je ljevičar. Sposobnost broda da se kreće i kreće se maksimalnom brzinom direktno u vjetar jedna je od glavnih odlika jedrilice.
Kursevi od bliskog do pola vjetra, kada vjetar duva pod uglom od 90° prema brodskoj luci, nazivaju se oštar; od gulfwind do jibe (vjetar puše direktno sa krme) - pun. Razlikovati strm(kurs u odnosu na vjetar 90-135°) i pun(135-180°), kao i bliski (40-60° i 60-80° prema vjetru, respektivno).
Rice. 190. Kurs jedrenjaka u odnosu na vjetar.
1 - strm blizak; 2 - potpuno zatvoreno; 3 - zaljevski vjetar; 4 - backstay; 5 - jibe; 6 - levičar.
Prividni vjetar. Protok zraka koji struji oko jedara jahte ne poklapa se sa smjerom pravi vetar(u odnosu na suši). Ako se brod kreće, tada se pojavljuje suprotno strujanje zraka čija je brzina jednaka brzini broda. Kada je vjetar, njegov smjer u odnosu na brod se na određeni način odstupa zbog nadolazećeg strujanja zraka; veličina brzine se takođe menja. Dakle, ukupni protok, tzv prividni vjetar. Njegov smjer i brzina se mogu dobiti dodavanjem vektora pravog vjetra i nadolazećeg toka (Sl. 191).
Rice. 191. Prividni vjetar na različitim kursevima jahte u odnosu na vjetar.
1 - bliski; 2 - zaljevski vjetar; 3 - backstay; 4 - zezanje.
v- brzina jahte; v i - prava brzina vjetra; v in - prividna brzina vjetra.
Očigledno je da je na kursu za blizinu prividna brzina vjetra najveća, a na jibe najmanja, jer su u potonjem slučaju brzine oba toka usmjerene u potpuno suprotnim smjerovima.
Jedra na jahti su uvijek postavljena u smjeru prividnog vjetra. Imajte na umu da brzina jahte ne raste direktno proporcionalno brzini vjetra, već mnogo sporije. Dakle, kada se vjetar pojača, kut između smjera pravog i prividnog vjetra se smanjuje, a kod slabih vjetrova brzina i smjer prividnog vjetra se uočljivije razlikuju od pravog.
Budući da sile koje djeluju na jedro kao na krilo rastu proporcionalno kvadratu brzine strujanja, jedrilice s minimalnim otporom kretanju mogu doživjeti fenomen "samoubrzanja", u kojem njihova brzina premašuje brzinu vjetra. . U ove vrste jedrilica spadaju jahte na ledu - čamci na ledu, jahte na hidrogliserima, jahte na kotačima (plažni) i proa - uska jednotrupna plovila s plovkom na podnožju. Neki od ovih tipova plovila bilježe brzine do tri puta veće od brzine vjetra. Dakle, naš nacionalni rekord brzine je 140 km/h, a postavljen je na vjetru čija brzina nije prelazila 50 km/h. Napominjemo to usput apsolutni rekord Brzine plovidbe na vodi su znatno manje: postavljen je 1981. godine na posebno izgrađen katamaran s dva jarbola „Crossbau-II” i iznosi 67,3 km/h.
Konvencionalni jedrenjaci, osim ako nisu projektovani za rendisanje, rijetko prelaze ograničenje brzine deplasmana od v = 5,6 √L km/h (vidi Poglavlje I).
Snage koje djeluju na jedrenjak. Postoji suštinska razlika između sistema vanjskih sila koje djeluju na jedrenjak i plovila koje pokreće mehanički motor. Na motornom plovilu, potisak propelera - propelera ili vodenog mlaza - i sila otpora vode na njegovo kretanje djeluju u podvodnom dijelu, smještenom u središnjoj ravnini i na maloj udaljenosti jedan od drugog okomito.
Na jedrilici, pokretačka sila se primjenjuje visoko iznad površine vode i, prema tome, iznad linije djelovanja sile otpora. Ako se brod kreće pod uglom u odnosu na smjer vjetra - bliski, tada njegova jedra rade po principu aerodinamičkog krila, o čemu se govori u poglavlju II. Kada zrak struji oko jedra, na njegovoj zavjetrinoj (konveksnoj) strani se stvara vakuum, a na vjetrovitoj strani stvara se povećani pritisak. Zbir ovih pritisaka može se svesti na rezultujuću aerodinamičku silu A(vidi sl. 192), usmjeren približno okomito na tetivu profila jedra i primijenjen na centar jedra (CS) visoko iznad površine vode.
Rice. 192. Sile koje djeluju na trup i jedra.
Prema trećem zakonu mehanike, prilikom ravnomjernog pravolinijskog kretanja tijela, svaka sila primijenjena na tijelo (u ovom slučaju na jedra povezana s trupom jahte preko jarbola, stojećeg oplate i limova) mora biti suprotstavljena sila jednake veličine i suprotno usmjerena. Na jedrilici ova sila je rezultujuća hidrodinamička sila H, pričvršćen za podvodni dio trupa (sl. 192). Dakle, između sila A I H postoji poznata udaljenost - rame, zbog čega se formira moment para sila koje nastoje zarotirati brod u odnosu na os orijentiranu na određeni način u prostoru.
Da se pojednostave pojave koje se javljaju tokom kretanja jedrenjaci, hidro- i aerodinamičke sile i njihovi momenti se razlažu na komponente paralelne sa glavnim koordinatnim osa. Vođeni trećim Newtonovim zakonom, možemo u parovima ispisati sve komponente ovih sila i momenata:
| A | - aerodinamička rezultantna sila; |
| T | - sila potiska jedara koja pomiču brod naprijed: |
| D | - sila nagiba ili sila zanošenja; |
| A v | - vertikalna (podrezivanje do nosa) sila; |
| P | - sila mase (pomjeranja) plovila; |
| M d | - moment trimovanja; |
| M cr | - moment nagiba; |
| M P | - trenutak koji vodi ka vjetru; |
| H | - hidrodinamička rezultantna sila; |
| R | - sila otpora vode na kretanje plovila; |
| R d | - bočna sila ili otpor zanosu; |
| H v | - vertikalna hidrodinamička sila; |
| γ· V | - sila uzgona; |
| M l | - moment otpora trimu; |
| M V | - obnavljajući trenutak; |
| M at | - trenutak potonuća. |
Da bi se brod mogao stabilno kretati svojim kursom, svaki par sila i svaki par momenata moraju biti međusobno jednaki. Na primjer, sila drifta D i sila otpora drifta R d stvoriti trenutak za navijanje M kr, koji mora biti uravnotežen momentom vraćanja M u ili trenutku bočne stabilnosti. Ovaj moment nastaje djelovanjem sila mase P i uzgona plovila γ· V, djelujući na ramenu l. Iste sile formiraju moment otpora trimu ili moment uzdužne stabilnosti M l, jednake veličine i suprotne momentu rezanja M d) Termini potonjeg su momenti parova sila T - R I A v - H v .
Dakle, kretanje jedrenjaka po kosom kursu prema vjetru povezano je s kotrljanjem i trimom, te bočnom silom D, osim kotrljanja, uzrokuje i drift - bočni drift, pa se bilo koji jedrenjak ne kreće striktno u smjeru DP, kao brod s mehaničkim motorom, već sa malim uglom zanošenja β. Trup jedrilice, njegova kobilica i kormilo postaju hidrogliser, na koji se nadolazeći tok vode slijeva pod napadnim kutom jednakim kutu zanošenja. Upravo ta okolnost određuje formiranje sile otpora zanosu na kobilici jahte R d, što je komponenta sile podizanja.
Stabilnost kretanja i centriranje jedrilice. Zbog pete, sile potiska jedara T i sila otpora R izgleda da rade u različitim vertikalnim ravnima. Oni formiraju par sila koje brod dovode prema vjetru - izbacujući ga s pravog kursa kojim ide. To je spriječeno momentom drugog para sila - nagiba D i sile otpora drifta R d, kao i mala sila N na volanu, koji se mora postaviti kako bi se ispravilo kretanje jahte duž kursa.
Očigledno je da reakcija plovila na djelovanje svih ovih sila ovisi i o njihovoj veličini i o odnosu krakova. a I b na koje deluju. Sa povećanjem kotrljanja, ruka pogonskog para b takođe raste, a poluga pada para a zavisi od relativnog položaja centar jedra(CP - tačke primjene rezultirajućih aerodinamičkih sila na jedra) i centar bočnog otpora(CBS - tačke primjene nastalih hidrodinamičkih sila na trup jahte).
Precizno određivanje položaja ovih tačaka prilično je težak zadatak, pogotovo ako se uzme u obzir da se mijenja ovisno o mnogim faktorima: kurs broda u odnosu na vjetar, rez i podešavanje jedara, lista i trim jahte, oblik i profil kobilice i kormila itd.
Pri projektovanju i preopremanju jahti rade sa konvencionalnim CP i CB, s obzirom da se nalaze u težištima ravnih figura, koje predstavljaju jedra postavljena u DP, a obrisi podvodnog dela DP sa kobilicom, peraje i kormilo (Sl. 193). Težište trokutastog jedra, na primjer, nalazi se na sjecištu dvije medijane, a zajedničko težište dva jedra nalazi se na pravocrtnom segmentu koji spaja CP oba jedra, i dijeli ovaj segment na obrnuto proporcionalno njihovoj površini. Ako jedro ima četverokutni oblik, tada se njegovo područje dijeli dijagonalno na dva trokuta i CP se dobiva kao zajedničko središte ovih trokuta.
Rice. 193. Određivanje uslovnog centra jedra jahte.
Položaj središnjeg centra može se odrediti balansiranjem šablona podvodnog profila DP, izrezanog od tankog kartona, na vrhu igle. Kada je šablon postavljen horizontalno, igla će biti u uslovnoj središnjoj tački. Međutim, ova metoda je manje-više primjenjiva za brodove s velikom površinom podvodnog dijela krila - za tradicionalne jahte sa dugačkom linijom kobilice, brodske čamce itd. Na modernim jahtama čije su konture dizajnirane na osnovu u teoriji krila, glavnu ulogu u stvaranju drifta sile otpora imaju kobilica peraja i kormilo, koji se obično ugrađuje odvojeno od kobilice. Centri hidrodinamičkih pritisaka na njihovim profilima mogu se naći prilično precizno. Na primjer, za profile s relativnom debljinom δ/ b oko 8% ova tačka je na udaljenosti od oko 26% tetive b od dolazeće ivice.
Međutim, trup jahte na određeni način utječe na prirodu strujanja oko kobilice i kormila, a taj utjecaj varira ovisno o nagibu, trimu i brzini plovila. U većini slučajeva, na oštrim kursevima prema vjetru, pravi centar gravitacije se pomiče naprijed u odnosu na centar pritiska koji je određen za kobilicu i kormilo kao i za izolirane profile. Zbog nesigurnosti u proračunu položaja CP i središnjeg centra, pri izradi projekta jedrenjaka, projektanti postavljaju CP na određeno rastojanje. a- ispred - ispred Centralne banke. Visina avansa se utvrđuje statistički, iz poređenja sa dobro dokazanim jahtama koje imaju podvodne konture, stabilnost i jedrenje bliske dizajnu. Olovo se obično postavlja kao postotak dužine plovila na vodnoj liniji i iznosi 15-18% za plovilo opremljeno bermudskom šljunkom. L. Što je jahta manja, to će se više kotrljati pod utjecajem vjetra i potrebno je veće napredovanje CPU-a ispred centralnog upravljačkog sistema.
Precizno podešavanje relativne pozicije CP i CB moguće je prilikom testiranja jahte u toku. Ako brod ima tendenciju da padne u vjetar, posebno pri srednjem i svježem vjetru, onda je to veliki nedostatak poravnanja. Činjenica je da kobilica odbija tok vode koja teče iz nje bliže DP plovila. Stoga, ako je kormilo ravno, tada njegov profil radi s primjetno manjim napadnim kutom od kobilice. Ako se, da bi se nadoknadila sklonost jahte potonuću, kormilo mora pomaknuti prema vjetru, tada se sila podizanja koja se stvara na njemu ispostavlja da je usmjerena u zavjetrini - u istom smjeru kao i sila zanošenja D na jedrima. Shodno tome, brod će imati povećan drift.
Druga stvar je laka sklonost jahte da se vozi. Kormilo, pomaknuto za 3-4° u zavjetrinu, radi pod istim ili nešto većim napadnim uglom kao kobilica, i efikasno sudjeluje u otporu zanosu. Bočna sila H, koji se javlja na kormilu, uzrokuje značajan pomak općeg centra gravitacije prema krmi uz istovremeno smanjenje ugla zanošenja. Međutim, ako da biste zadržali jahtu na bliskom kursu morate stalno pomicati kormilo u zavjetrinu pod uglom većim od 2-3°, potrebno je pomaknuti CPU naprijed ili pomaknuti centralni upravljački sistem nazad, što je teže.
Na dovršenoj jahti možete pomaknuti CPU naprijed naginjanjem jarbola naprijed, pomicanjem naprijed (ako to dopušta dizajn koraka), skraćivanjem glavnog jedra duž luffa i povećanjem površine glavnog floka. Za pomicanje središnjeg upravljača unatrag, potrebno je ugraditi pero ispred volana ili povećati veličinu lopatice upravljača.
Da bi se eliminirala sklonost jahte da tone, potrebno je primijeniti suprotne mjere: pomaknuti CPU unazad ili pomaknuti središnji centar naprijed.
Uloga komponenti aerodinamičke sile u stvaranju potiska i zanošenja. Moderna teorija rada kosog jedra temelji se na odredbama aerodinamike krila, čiji su elementi razmatrani u poglavlju II. Kada strujanje zraka struji oko jedra postavljenog pod uglom napada α prema prividnom vjetru, na njemu se stvara aerodinamička sila A, koji se može predstaviti u obliku dvije komponente: lift Y, usmjeren okomito na strujanje zraka (prividni vjetar), i otpor X- projekcije sile A na smer strujanja vazduha. Ove sile se koriste kada se razmatraju karakteristike jedra i opreme za jedrenje općenito.
Istovremeno sila A može se predstaviti u obliku dvije druge komponente: vučne sile T, usmjerena duž ose kretanja jahte, a sila zanošenja okomita na nju D. Podsjetimo da se smjer kretanja jedrilice (ili putanje) razlikuje od njenog kursa za vrijednost ugla zanošenja β, međutim, u daljnjoj analizi ovaj kut se može zanemariti.
Ako je na kursu za blisku vuču moguće je povećati silu dizanja na jedru do vrijednosti Y 1, a frontalni otpor ostaje nepromijenjen, zatim sile Y 1 i X, dodani prema pravilu vektorskog sabiranja, formiraju novu aerodinamičku silu A 1 (Sl. 194, A). S obzirom na njegove nove komponente T 1 i D 1, može se primijetiti da se u ovom slučaju, s povećanjem uzgona, povećavaju i sila potiska i sila zanošenja.
Rice. 194. Uloga podizanja i otpora u stvaranju pokretačke snage.
Sa sličnom konstrukcijom, može se uvjeriti da s povećanjem otpora na kursu za blizinu, sila potiska opada, a sila zanošenja raste. Dakle, kada se plovi usko vuče, sila podizanja jedra igra odlučujuću ulogu u stvaranju potiska jedra; otpor bi trebao biti minimalan.
Imajte na umu da na kursu za blisku vožnju prividni vjetar ima najveću brzinu, tako da obje komponente aerodinamičke sile Y I X su prilično velike.
Na kursu Gulfwind (Sl. 194, b) podizanje je vučna sila, a otpor je sila zanošenja. Povećanje otpora jedra ne utječe na količinu vučne sile: povećava se samo sila zanošenja. Međutim, budući da je prividna brzina vjetra u zaljevskom vjetru smanjena u usporedbi s vjetrom na bliskom putu, drift utječe na performanse broda u manjoj mjeri.
Uporište na kursu (Sl. 194, V) jedro radi pod velikim napadnim uglovima, pri čemu je sila dizanja znatno manja od otpora. Ako povećate otpor, povećat će se i potisak i sila zanošenja. Kako raste sila dizanja, potisak se povećava, a sila zanošenja opada (Sl. 194, G). Posljedično, na kursu zaleđa, povećanje i uzgona i (ili) otpora povećava potisak.
U toku žibe kursa napadni ugao jedra je blizu 90°, tako da je sila dizanja na jedro nula, a otpor je usmjeren duž osi kretanja plovila i vučna je sila. Sila drifta je nula. Stoga, na jibe kursu, da bi se povećao potisak jedara, preporučljivo je povećati njihov otpor. Na trkaćim jahtama to se radi postavljanjem dodatnih jedara - spinakera i bloopera, koji imaju veliku površinu i slabo aerodinamičan oblik. Imajte na umu da na jibe kursu na jedra jahte djeluje prividni vjetar minimalne brzine, što uzrokuje relativno umjerene sile na jedra.
Otpornost na zanošenje. Kao što je gore prikazano, sila zanošenja ovisi o kursu jahte u odnosu na vjetar. Kada se plovi na blizinu, to je otprilike tri puta veća sila potiska T, pomicanje broda naprijed; na zaljevskom vjetru obje sile su približno jednake; na strmom zadnju, potisak jedra ispada 2-3 puta veći od sile zanošenja, a na čistom šibu sile zanošenja uopće nema. Shodno tome, da bi jedrilica mogla uspješno kretati naprijed na kursevima od bliske do zaljevskog vjetra (pod uglom od 40-90° prema vjetru), mora imati dovoljan bočni otpor na zanošenje, mnogo veći od otpora vode na kretanje jahte duž staze.
Funkciju stvaranja otpornosti na drift na modernim jedrenjacima uglavnom obavljaju peraje kobilice ili centralne ploče i kormila. Mehanika generisanja uzgona na krilu sa simetričnim profilom, kao što su kobilice, centralna daska i kormila, razmatrana je u poglavlju II (vidi stranu 67). Imajte na umu da ugao zanošenja modernih jahti - napadni ugao kobilice ili profila središnje ploče - rijetko prelazi 5°, stoga je prilikom projektiranja kobilice ili središnje ploče potrebno odabrati njene optimalne dimenzije, oblik i profil poprečnog presjeka u kako bi se postigla maksimalna sila dizanja sa minimalnim otporom pri malim napadnim uglovima.
Ispitivanja aerodinamičkih simetričnih aeroprofila su pokazala da deblji aeroprofili (sa većim omjerom debljine poprečnog presjeka t na njegov akord b) pružaju veću silu dizanja od tankih. Međutim, pri malim brzinama takvi profili imaju veći otpor. Optimalni rezultati na jedrilicama mogu se postići debljinom kobilice t/b= 0,09÷0,12, jer sila dizanja na takvim profilima malo ovisi o brzini plovila.
Maksimalna debljina profila treba biti locirana na udaljenosti od 30 do 40% tetive od prednjeg ruba profila kobilice. Profil NACA 664‑0 također ima dobre kvalitete s maksimalnom debljinom koja se nalazi na udaljenosti od 50% tetive od nosa (Sl. 195).
Rice. 195. Profilisana kobilica jahte.
| Udaljenost od izljeva x, % b | ||||||
| 2,5 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| Ordinate y, % b | ||||||
| NACA-66; δ = 0,05 | 2,18 | 2,96 | 3,90 | 4,78 | 5,00 | 4,83 |
| 2,00 | 2,60 | 3,50 | 4,20 | 4,40 | 4,26 | |
| - | 3,40 | 5,23 | 8,72 | 10,74 | 11,85 | |
| Profil; relativna debljina δ | Udaljenost od izljeva x, % b | |||||
| 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | |
| Ordinate y, % b | ||||||
| NACA-66; δ = 0,05 | 4,41 | 3,80 | 3,05 | 2,19 | 1,21 | 0,11 |
| Profil za središnje ploče; δ = 0,04 | 3,88 | 3,34 | 2,68 | 1,92 | 1,06 | 0,10 |
| Kobilica jahte NACA 664-0; δ = 0,12 | 12,00 | 10,94 | 8,35 | 4,99 | 2,59 | 0 |
Za lake trkaće gumenjake sposobne za blanjanje i postizanje velikih brzina, koriste se središnja daska i kormila tanjeg profila ( t/b= 0,044÷0,05) i geometrijsko izduženje (omjer produbljivanja d do srednjeg akorda b sre) do 4.
Izduženje kobilica modernih jahti s kobilicama kreće se od 1 do 3, kormila - do 4. Najčešće, kobilica ima oblik trapeza sa nagnutom prednjom ivicom, a kut nagiba ima određeni utjecaj na iznos podizanja i otpora kobilice. Prilikom proširenja kobilice oko λ = 0,6, može se dozvoliti nagib prednje ivice do 50°; pri λ = 1 - oko 20°; za λ > 1,5 optimalna je kobilica sa vertikalnom prednjom ivicom.
Ukupna površina kobilice i kormila za efikasno suprotstavljanje zanosu obično se uzima od 1/25 do 1/17 površine glavnih jedara.
Prije nego što pogledate kako funkcionira jedro, treba uzeti u obzir dvije kratke, ali važne točke:
1. Odredite kakav vjetar djeluje na jedra.
2. Razgovarajte o specifičnoj pomorskoj terminologiji povezanoj sa kursevima koji se odnose na vjetar.
Pravi i prividni vjetrovi u jahtanju.
Vjetar koji djeluje na brod koji se kreće i sve na njemu razlikuje se od onog koji djeluje na bilo koji nepokretni objekt.
Zapravo, vjetar kao atmosferski fenomen koji duva u odnosu na kopno ili vodu je ono što nazivamo pravim vjetrom.
U jahtanju, vjetar u odnosu na jahtu u pokretu naziva se prividni vjetar i zbir je pravog vjetra i nadolazećeg strujanja zraka uzrokovanog kretanjem plovila.
Prividni vjetar uvijek duva pod oštrijim uglom u odnosu na čamac nego pravi vjetar.
Prividna brzina vjetra može biti veća (ako je pravi vjetar čeoni ili bočni) ili manja od pravog vjetra (ako je vjetar u leđa).
Smjerovi u odnosu na vjetar.
Na vjetru znači iz smjera iz kojeg vjetar duva.
Downwind- iz pravca vjetra.
Ovi pojmovi, kao i izvedenice od njih, kao što su “vjetar”, “zavjetrina”, koriste se vrlo široko, i to ne samo u jahtanju.
Kada se ovi pojmovi primjenjuju na brod, uobičajeno je da se govori i o privjetrinoj i zavjetrinoj strani.
Ako vjetar puše s desne strane jahte, onda se ova strana zove vjetrovito, lijeva strana - zavjetrina respektivno.
Levi i desni konac dva su pojma koja su direktno povezana s prethodnim: ako vjetar puše na desnu stranu broda, onda kažu da plovi na desnom boku, ako je na lijevoj strani, onda na lijevoj strani.
U engleskoj nautičkoj terminologiji, ono što se povezuje sa desnim i lijevim bokom razlikuje se od uobičajenog desnog i lijevog. Za desnu stranu i sve što je u vezi s tim kažu desni, a za lijevu lijevu stranu.
Kursevi u odnosu na vjetar.
Kursevi u odnosu na vjetar variraju ovisno o kutu između smjera prividnog vjetra i smjera kretanja plovila. Mogu se podijeliti na akutne i pune.
Bliski put je oštar kurs u odnosu na vjetar. kada vjetar duva pod uglom manjim od 80°. Može biti strmog bliskog vjetra (do 50°) ili punog bliskog vjetra (od 50 do 80°).
Puni kursevi u odnosu na vjetar su kursevi kada vjetar duva pod uglom od 90° ili više u smjeru kretanja jahte.
Ovi kursevi uključuju:
Gulfwind - vjetar duva pod uglom od 80 do 100°.
Stražnji držač - vjetar duva pod uglom od 100 do 150° (strmi kočnici) i od 150 do 170° (puni naslon).
Fordewind - vjetar duva u smjeru krme pod uglom većim od 170°.
Lijevi - vjetar je striktno čeoni ili blizu njega. Budući da se jedrenjak ne može kretati protiv takvog vjetra, češće se naziva ne kursom, već položajem u odnosu na vjetar.
Manevri u odnosu na vetar.
Kada jahta pod jedrima promijeni kurs tako da se ugao između vjetra i smjera kretanja smanji, tada se kaže da je brod je dato. Drugim riječima, spljoštiti znači ići pod oštrijim uglom prema vjetru.
Ako se dogodi obrnuti proces, tj. jahta promijeni kurs prema povećanju ugla između nje i vjetra, plovilo otpada .
Pojasnimo da se termini (“olovo” i “padanje”) koriste kada čamac promijeni kurs u odnosu na vjetar unutar istog trena.
Ako brod promijeni kurs, tada (i samo tada!) takav manevar u jahtanju naziva se okretanje.
Postoje dva različita načina za promjenu staze i, shodno tome, dva okreta: tack I jibe .
Trak je skretanje u vjetar. Plovilo je vođeno, pramac čamca prelazi liniju vjetra, u nekom trenutku plovilo prolazi kroz lijevi položaj, nakon čega leži na drugom papu.
Jahtanje kada se jibes odvija na suprotan način: brod pada, krma prelazi liniju vjetra, jedra se prebacuju na drugu stranu, jahta leži na drugom travu. Najčešće je to skretanje s jednog punog kursa na drugi.
Rad jedra za vrijeme jedrenja.
Jedan od glavnih izazova za nautičara pri radu s jedrima je da orijentira jedro pod optimalnim kutom u odnosu na vjetar kako bi jedro najbolje pokrenulo naprijed. Da biste to učinili, morate razumjeti kako jedro komunicira s vjetrom.
Rad jedra u mnogome je sličan radu krila aviona i odvija se prema zakonima aerodinamike. Za posebno znatiželjne jedriličare, možete saznati više o aerodinamici jedra kao krila u nizu članaka:. Ali bolje je to učiniti nakon čitanja ovog članka, postupno prelazeći s lakšeg na složeniji materijal. Mada, kome ja ovo govorim? Pravi nautičari se ne boje poteškoća. A sve možete učiniti upravo suprotno.
Glavna razlika između jedra i krila aviona je u tome što je za pojavu aerodinamičke sile na jedru potreban određeni ugao različit od nule između njega i vjetra; ovaj kut se naziva napadnim kutom. Krilo aviona ima asimetričan profil i može normalno raditi pri nultom napadnom kutu, ali jedro ne radi.
Kako vjetar struji oko jedra, javlja se aerodinamička sila koja na kraju pomiče jahtu naprijed.
Razmotrimo rad jedra u jahtanju na različitim kursevima u odnosu na vjetar. Prvo, radi jednostavnosti, zamislimo da je jarbol s jednim jedrom ukopan u zemlju i vjetar možemo usmjeravati pod različitim uglovima na jedro.
Napadni ugao 0°. Vjetar duva uz jedro, jedro se vijori kao zastava. Na jedro nema aerodinamičke sile, postoji samo sila otpora.
Napadni ugao 7°. Počinje da se javlja aerodinamička sila. Usmjeren je okomito na jedro i još uvijek je male veličine.
Napadni ugao je oko 20°. Aerodinamička sila je dostigla svoju maksimalnu vrijednost i usmjerena je okomito na jedro.
Napadni ugao 90°. U poređenju sa prethodnim slučajem, aerodinamička sila se nije značajno promenila ni po veličini ni po pravcu.
Dakle, vidimo da je aerodinamička sila uvijek usmjerena okomito na jedro i da se njena veličina praktički ne mijenja u rasponu kutova od 20 do 90°.
Napadne uglove veće od 90° nema smisla razmatrati, jer jedra na jahti obično nisu postavljena pod takvim uglovima u odnosu na vjetar.
Gore navedene ovisnosti aerodinamičke sile o napadnom kutu su u velikoj mjeri pojednostavljene i usrednjene.
Zapravo, ova svojstva značajno variraju ovisno o obliku jedra. Na primjer, dugo, usko i prilično ravno glavno jedro trkaćih jahti imat će maksimalnu aerodinamičku silu pri napadnom kutu od oko 15°; pri većim uglovima sila će biti nešto manja. Ako je jedro trbušasto i nema jako veliki omjer širine i visine, tada aerodinamička sila na njemu može biti maksimalna pri napadnom kutu od oko 25-30°.
Pogledajmo sada kako radi jedro na jahti.
Radi jednostavnosti, zamislimo da na jahti postoji samo jedno jedro. Neka to bude pećina.
Prvo, vrijedi pogledati kako se sistem jahta + jedro ponaša kada se kreće na najoštrijim kursevima u odnosu na vjetar, jer to obično izaziva najviše pitanja.
Recimo da je jahta pod utjecajem vjetra pod uglom od 30-35° prema trupu. Orijentacijom jedra na kursu pod uglom od približno 20° u odnosu na vjetar, dobivamo dovoljnu aerodinamičku silu A na njega.
Kako ova sila djeluje pod pravim uglom na jedro, vidimo da snažno vuče jahtu u stranu. Razlaganjem sile A na dvije komponente, možete vidjeti da je sila potiska T prema naprijed nekoliko puta manja od sile koja gura čamac u stranu (D, sila zanošenja).
Šta uzrokuje da se jahta kreće naprijed u ovom slučaju?
Činjenica je da je konstrukcija podvodnog dijela trupa takva da je otpor trupa na pomicanje u stranu (tzv. bočni otpor) također nekoliko puta veći od otpora prema naprijed. To olakšava kobilica (ili središnja daska), kormilo i sam oblik trupa.
Međutim, bočni otpor nastaje kada se ima nečemu oduprijeti, odnosno da bi to počelo raditi, potrebno je neko bočno pomicanje tijela, tzv. zanošenje vjetra.
Ovo pomicanje prirodno nastaje pod djelovanjem bočne komponente aerodinamičke sile, a kao odgovor odmah nastaje sila bočnog otpora S usmjerena u suprotnom smjeru. U pravilu se međusobno balansiraju pod uglom od oko 10-15°.
Dakle, očigledno je da bočna komponenta aerodinamičke sile, najizraženija na oštrim kursevima u odnosu na vjetar, uzrokuje dvije nepoželjne pojave: zanošenje vjetra i kotrljanje.
Zanošenje vjetra znači da se putanja jahte ne poklapa sa središnjom linijom (ravan prečnika, ili DP, je pametan izraz za liniju pramca krme). Dolazi do stalnog pomjeranja jahte prema vjetru, krećući se kao malo postrance.
Poznato je da pri jahtanju na stazi za blisku vožnju u prosječnim vremenskim uvjetima, zanos vjetra kao ugao između DP i stvarne putanje iznosi približno 10-15°.
Napredujte protiv vjetra. Tacking.
Budući da jedrenje pod jedrima nije moguće strogo protiv vjetra, a možete se kretati samo pod određenim uglom, bilo bi dobro imati ideju koliko se jahta može kretati u stepenima u odnosu na vjetar. I šta je, shodno tome, taj spori sektor kurseva u odnosu na vetar, u kome je kretanje protiv vetra nemoguće.
Iskustvo pokazuje da obična jahta za krstarenje (a ne trkaća jahta) može efikasno ploviti pod uglom od 50-55° u odnosu na pravi vjetar.
Dakle, ako je cilj koji treba postići lociran striktno protiv vjetra, tada se jahtanje do njega neće odvijati pravolinijski, već cik-cak, prvo na jednom, a zatim na drugom. U ovom slučaju, na svakom tacku, naravno, morat ćete pokušati zaploviti što je oštrije moguće u vjetar. Ovaj proces se zove tacking.
Ugao između putanja jahti na dva susedna tava pri hvatanju naziva se hvatanje. Očigledno, uz oštrinu kretanja prema vjetru od 50-55°, ugao hvatanja će biti 100-110°.
Veličina ugla privlačenja pokazuje nam koliko efikasno se možemo kretati prema meti ako je striktno protiv vjetra. Za ugao od 110°, na primer, putanja do cilja se povećava za 1,75 puta u poređenju sa kretanjem po pravoj liniji.
Rad jedra na drugim kursevima u odnosu na vjetar
Očigledno je da već na gulfwind kursu sila potiska T znatno premašuje silu zanošenja D, pa će zanošenje i kotrljanje biti mali.
Sa backstayom, kao što vidimo, nije se mnogo promijenilo u odnosu na gulfwind kurs. Glavno jedro je postavljeno u položaj gotovo okomito na DP, a ovaj položaj je ekstreman za većinu jahti, tehnički ga je nemoguće razmaknuti dalje.
Položaj glavnog jedra na jibe kursu se ne razlikuje od položaja na kursu za leđa.
Ovdje, radi jednostavnosti, kada se razmatra fizika procesa u jahtanju, uzimamo u obzir samo jedno jedro - glavno jedro. Tipično, jahta ima dva jedra - glavno jedro i bočno jedro (prednje jedro). Dakle, na jibe kursu, flok (ako se nalazi na istoj strani kao i glavno jedro) je u sjeni vjetra glavnog jedra i praktički ne radi. Ovo je jedan od nekoliko razloga zašto džibovi nisu omiljeni među nautičarima.
Volio je ruskog pjesnika Mihaila Jurijeviča Ljermontova more i često ga je spominjao u svojim radovima. Napisao je divnu pjesmu o izbjeljivanju ploviti, koji juri među valovima u dalekim morskim prostranstvima. Vjerovatno vam je poznata Lermontovljeva pjesma, jer su ovo najpoznatiji stihovi poezije o jedrenjacima. Čitajući ih, možete zamisliti bijesno more i prekrasne brodove među njegovim valovima. Vjetar puni jedra. I, zahvaljujući snazi vjetra, brodovi se kreću naprijed. Ali kako jedrilice uspijevaju ploviti protiv vjetra?
Da biste odgovorili na ovo pitanje, prvo ćete morati naučiti nepoznatu riječ "tack".Galsom Smjer kretanja broda u odnosu na vjetar naziva se. Traka može biti lijevo kada vjetar duva s lijeve strane ili desno kada vjetar duva s desne strane. Važno je znati drugo značenje riječi "tack" - to je dio puta, odnosno njegov dio koji jedrilica prolazi kada se kreće protiv vjetra. Sjećaš se?
Sada, da bismo razumjeli kako jedrilice uspijevaju ploviti protiv vjetra, pogledajmo jedra. Dolaze u različitim oblicima i veličinama na jedrilici - pravo i koso. I svako radi svoj posao. Kada puše čeoni vjetar, brodom se upravlja pomoću kosih jedara, koja se okreću prvo u jednu, a zatim u drugu stranu.
Prateći ih, brod se okreće u jednom ili drugom smjeru. Okreće se i ide naprijed. Mornari ovaj pokret zovu - krećući se naizmjenično. Njegova suština je da vjetar pritiska kosa jedra i lagano raznosi brod u stranu i naprijed. Kormilo jedrilice ne dozvoljava joj da se potpuno okrene, a vješti mornari na vrijeme pokreću jedra, mijenjajući njihov položaj. Dakle, u malim cik-cak, kreće se naprijed.
Naravno, kretanje naizmjeničnim trakama je vrlo težak zadatak za cijelu posadu jedrilice. Ali mornari su iskusni momci. Ne boje se teškoća i jako vole more.
