Kuidas purjejahil vastutuult sõita? Purjejahi liikumise füüsika Kuidas puri vastu tuult töötab.

"Mõnus tuul!" - soovivad nad kõigile meremeestele ja see on täiesti asjata: kui tuul ahtrist puhub, ei suuda jaht arendada maksimaalset kiirust. Seda skeemi aitas juhtida professionaalne kapten, võidusõitja, jahtregattide korraldaja ja võõrustaja Vadim Zhdan. Selle selgitamiseks lugege diagrammil olevaid näpunäiteid.

2. Purje tõukejõud on tingitud kahest tegurist. Esiteks pressib tuul lihtsalt purjeid. Teiseks, enamikule kaasaegsetele jahtidele paigaldatud kaldus purjed töötavad õhuga liikudes nagu lennukitiib ja ainult see pole suunatud ülespoole, vaid edasi. Aerodünaamika tõttu liigub purje kumeral küljel õhk kiiremini kui nõgusal poolel ja surve purje välisküljele on väiksem kui seestpoolt.

3. Purje tekitatud kogu jõud on purjega risti. Vektori liitmise reegli kohaselt on selles võimalik eristada triivi jõudu (punane nool) ja tõukejõudu (roheline nool).

5. Rangelt vastu tuult purjetamiseks manööverdab jaht: pöördub ühe või teise küljega tuule poole, liigub segmentide kaupa edasi - tacks. Kui pikk takistus peaks olema ja millise nurga all tuule poole minema, on kipri taktika olulised küsimused.

9. Lahetuul- tuul puhub risti sõidusuunaga.

11. Fordewind- sama taganttuul puhub ahtrist. Vastupidiselt ootustele mitte kiireim rada: siin ei kasutata purje tõstmist ja teoreetiline kiirusepiirang ei ületa tuule kiirust. Kogenud kapten teab nähtamatuid õhuvoole ennustada samamoodi nagu

Liikumine purjejaht allatuule määrab tegelikult tema purje lihtne tuulesurve, mis lükkab laeva edasi. Kuid tuuletunneli uuringud on näidanud, et vastutuult purjetades satub puri keerukamate jõudude hulka.

Kui sissetulev õhk voolab ümber purje nõgusa tagapinna, väheneb õhu kiirus, samal ajal kui purje kumera esipinna ümber voolates see kiirus suureneb. Selle tulemusena moodustub purje tagumisele pinnale suurenenud rõhu ala ja esipinnale madalrõhuala. Surve erinevus purje mõlemal küljel tekitab tõmbe (tõuke) jõu, mis liigutab jahi tuule suhtes nurga all edasi.

Purjejaht, mis asub tuule suhtes ligikaudu täisnurga all (merelises terminoloogias jaht tiirutab), liigub kiiresti edasi. Purjele mõjuvad tõmbe- ja külgjõud. Kui purjejaht sõidab tuule suhtes terava nurga all, aeglustub tema kiirus tõmbejõu vähenemise ja külgjõu suurenemise tõttu. Mida rohkem puri ahtri poole pöörata, seda aeglasemalt jaht edasi liigub, eriti suure külgjõu tõttu.

Purjejaht ei saa sõita otse vastutuult, kuid suudab liikuda edasi mitme lühikese siksakilise liigutuse korral tuule suhtes nurga all, mida nimetatakse takkideks. Kui tuul puhub sadamapoolsele küljele (1), purjetatakse jaht väidetavalt sadamakäigul, kui parempoolsele küljele (2) - paremale. Distantsi kiiremaks läbimiseks üritab jahtmees paadi kiirust piirini tõsta, reguleerides oma purje asendit, nagu on näidatud alloleval joonisel vasakul. Sirgejoonest kõrvalekaldumise minimeerimiseks liigub jaht, muutes kurssi parempoolsest sadamasse ja vastupidi. Kui jaht suunda muudab, visatakse puri teisele poole ja kui selle lennuk langeb kokku tuulejoonega, tormab ta mõnda aega, s.t. on passiivne (keskmine joonis teksti all). Jaht langeb nn surnud tsooni, kaotades kiirust, kuni tuul puhub purje uuesti vastasküljelt täis.

4.4. Tuuletegevus purje peal

Purje all olevat paati mõjutavad kaks keskkonda: purjele ja paadi pinnale mõjuv õhuvool ning paadi veealusele osale mõjuv vesi.

Tänu purje kujule saab paat isegi kõige ebasoodsamate tuulte korral (külgtuul) edasi liikuda. Purje meenutab tiiba, mille suurim läbipaine on 1 / 3-1 / 4 purjelaiusest kaanest ja selle väärtus on 8-10% purje laiusest (joonis 44).

Kui tuul, millel on suund B (joonis 45, a), kohtub teel purjega, paindub see selle ümber mõlemalt poolt. Purje ülestuule pool on survestatud kõrgemale (+) kui allatuul (-). Survejõudude tulemus moodustab jõu P, mis on suunatud risti purje tasapinnaga või luffi ja kaanet läbiva akordiga ning rakendub CP purje keskpunktile (joonis 45, b).

Riis. 44. Purjeprofiil:
B - purje laius piki akordi

Riis. 45. Paadi purjele ja kerele mõjuvad jõud:
a - tuule mõju purjele; b - tuule mõju purjele ja vesi paadi kerele

Riis. 46. ​​Purje õige asend erinevates tuule suundades: a - beydewind; b - tuuleiil; c - tuul

Jõud P laguneb tõukejõuks T, mis on suunatud paralleelselt paadi kesktasandiga (DP), sundides paati edasi liikuma, ja triivimisjõuks D, mis on suunatud risti DP -ga, põhjustades paadi triivi ja veeremist .

Jõud P sõltub tuule kiirusest ja suunast purje suhtes. Rohkem
Kui
Vee mõju paadile sõltub suuresti selle veealuse osa kontuuridest.

Hoolimata asjaolust, et külgveoga tuule korral ületab triivijõud D tõukejõu T, on paadil edasiliikumine. Seda mõjutab kere veealuse osa külgtakistus R 1, mis on mitu korda suurem kui eesmine takistus R.

Riis. 47. Vimpli tuul:
B Ja - tõeline tuul; В Ш - tuul paadi liikumisest; В В - ilmne tuul

Force D, vaatamata kere vastuseisule, puhub paadi ikkagi rajajoonelt välja. Koostatud DP ja tõelise IP paadi liikumise suuna järgi
Seega saab paadi suurima tõukejõu ja väikseima triivi saada, valides paadi kesktasandi ja purje tasapinna kõige soodsama asendi tuule suhtes. On kindlaks tehtud, et nurk paadi DP ja purje tasapinna vahel peaks olema võrdne poolega
Purje asendi valimisel paadi ja tuule suhtes ei juhindu paadi töödejuhataja mitte tõelisest, vaid näilisest (näilisest) tuulest, mille suuna määrab paadi kiiruse ja tõeline tuule kiirus (joonis 47).

Lõikur, mis asub ettenägelikkuse ees, toimib liistuna. Õhuvool noole ja esipaneeli vahel vähendab survet esipaneeli tuuleküljel ja suurendab seetõttu selle tõmbejõudu. See juhtub ainult tingimusel, et nurk paadi ja kummipaadi vahel on veidi suurem kui esiosa ja kummipaadi vaheline nurk (joonis 48, a).

Enne purjetamisvõimalustesse sukeldumist tuleb arvestada kahe lühikese, kuid olulise punktiga:
1. Tehke kindlaks, milline tuul purjeid mõjutab.
2. Selgitage tuulekursustega seotud spetsiifilist merendusterminoloogiat.

Tõeline ja vimpeltuul jahtimisel.

Tuul, mis mõjub liikuvale alusele ja kõik sellel olev, erineb sellest, mis mõjub mis tahes paigalseisule.
Tuult ise kui atmosfääri nähtust, mis puhub maa või vee suhtes, nimetame tõeliseks tuuleks.
Jahtimisel nimetatakse tuult liikuva jahi suhtes näivaks tuuleks ning see on tegeliku tuule ja laeva liikumisest tingitud vastassuunalise õhuvoolu summa.
Vimpeltuul puhub paadi suhtes alati teravama nurga all kui tõeline tuul.
Kiirus ilmne tuul võib olla rohkem (kui tõeline tuul on pea või külg) või väiksem kui tõsi (kui see on samast suunast).

Suunad tuule suhtes.

Tuule käes tähendab küljelt, kust tuul puhub.
Tuule all- küljel, kus tuul puhub.
Neid mõisteid ja nendest tuletatud termineid, nagu "tuulepealne", "tuulepealne", kasutatakse väga laialdaselt ja mitte ainult purjetamises.
Kui neid tingimusi kohaldatakse laevale, on tavaks rääkida ka tuule- ja tuulepealsetest külgedest.
Kui tuul puhub jahi parempoolsest küljest, siis nimetatakse seda külge vastutuult, vasak pool - tuuleiil vastavalt.
Sadam ja parempoolne takistus on kaks mõistet, mis on otseselt seotud eelmistega: kui tuul puhub laeva paremale küljele, siis öeldakse, et see läheb paremale, kui vasakule.
Inglise merendusterminoloogia puhul erineb parempoolset ja vasakpoolset seostav parem- ja vasakpoolsusega. Tüüripoole ja kõige sellega seonduva kohta räägivad nad parempoolsest, vasakpoolsest - Port.

Tuulekursused.

Tuulesuund varieerub sõltuvalt nähtava tuule ja paadi suuna vahelisest nurgast. Neid saab jagada teravateks ja täis.

Beidewind - terav kurss tuule suhtes. kui tuul puhub alla 80 ° nurga all. See võib olla järsk (kuni 50 °) ja täis (50 kuni 80 °).
Täielikud tuulepealkirjad on kursid, kui tuul puhub jahi liikumissuuna suhtes 90 ° või suurema nurga all.
Need kursused hõlmavad järgmist:
Lahetuul - tuul puhub 80–100 ° nurga all.
Seljatugi - tuul puhub nurga all 100–150 ° (järsk seljatugi) ja 150–170 ° (täielik seljatugi).
Fordewind - tuul puhub tahapoole üle 170 ° nurga all.
Leventiline - tuul on rangelt pea ees või selle lähedal. Kuna purjelaev ei saa sellise tuule vastu liikuda, nimetatakse seda sagedamini mitte kursiks, vaid asendiks tuule suhtes.

Tuulega seotud manöövrid.

Kui purje all olev jaht muudab kurssi nii, et tuule ja sõidusuuna vaheline nurk väheneb, öeldakse, et laev on antud... Teisisõnu tähendab maandumine tuule suhtes teravama nurga all liikumist.
Kui toimub vastupidine protsess, st jaht muudab kurssi selle ja tuule vahelise nurga suurenemise suunas, laev veereb minema .
Selgitame, et termineid ("plii" ja "veerema") kasutatakse siis, kui paat muudab sama taktis tuule suhtes kurssi.
Kui laev muudab takti, siis (ja alles siis!) Sellist manöövrit jahtimisel nimetatakse pöördeks.
Takistuse muutmiseks on kaks erinevat võimalust ja seega kaks pööret: ületähistamine ja tuule eest .
Ületunnistus on pööre vastu tuult. Paadiga sõidetakse, paadi vöör ületab tuulejoone, mingil hetkel läbib paat leventaalse asendi, misjärel laseb teisele takjale.
Jahtimine vastutuult keerates toimub vastupidisel viisil: laev veereb eemale, ahtririst ületab tuulejoone, purjed kantakse teisele poole, jaht asub teisel takistusel. Enamasti on see pööre ühelt kursuselt teisele.

Purje töö jahtimisel.

Purjedega töötamisel on üks purjetaja põhiülesandeid purje orienteerimine tuule suhtes optimaalse nurga all, et kõige paremini edasi liikuda. Selleks peate mõistma, kuidas puri suhtleb tuulega.
Purje töö on paljuski sarnane lennuki tiiva tööga ja toimub vastavalt aerodünaamika seadustele. Eriti uudishimulike purjetajate jaoks saate rohkem teada purje kui tiiva aerodünaamikast artiklite seeriast :. Kuid parem on seda teha pärast selle artikli lugemist, liikudes järk -järgult lihtsast materjalist keerulisemaks. Kuigi, kellele ma seda ütlen? Tõelised jahtmehed ei karda raskusi. Ja saate teha kõike täpselt vastupidi.

Peamine erinevus purje ja lennuki tiiva vahel on see, et aerodünaamilise jõu ilmumiseks purjele on selle ja tuule vahel vaja teatavat nullist erinevat nurka, seda nurka nimetatakse ründenurgaks. Lennuki tiival on asümmeetriline profiil ja see võib normaalselt töötada nullnurga all, puri mitte.
Purje ümber voolava tuule käigus tekib aerodünaamiline jõud, mis ajab jahi lõpuks edasi.
Mõelge purje toimimisele jahtimisel erinevatel tuule suhtes. Esiteks, lihtsuse mõttes, kujutame ette, et ühe purjega mast on maasse kaevatud ja saame tuule eri nurkade all purjele suunata.

Rünnakunurk on 0 °. Tuul puhub mööda purje, puri klapib nagu lipp. Purje peal puudub aerodünaamiline jõud, on ainult tõmbejõud.
Rünnakunurk 7 °. Aerodünaamiline jõud hakkab ilmnema. See on suunatud purjega risti ja on endiselt väikese suurusega.
Rünnakunurk on umbes 20 °. Aerodünaamiline jõud on saavutanud oma suurima väärtuse, mis on suunatud purjega risti.
Rünnakunurk on 90 °. Võrreldes eelmise juhtumiga ei muutunud aerodünaamiline jõud oluliselt ei suuruse ega suuna osas.
Seega näeme, et aerodünaamiline jõud on alati suunatud purjega risti ja selle suurus praktiliselt ei muutu nurkade vahemikus 20–90 °.
Rünnakunurki, mis on suurem kui 90 °, ei ole mõtet kaaluda, kuna jahi purjed ei ole tavaliselt tuule suhtes selliste nurkade all.

Ülaltoodud aerodünaamilise jõu sõltuvused ründenurgast on suures osas lihtsustatud ja keskmistatud.
Tegelikult varieeruvad need omadused märgatavalt sõltuvalt purje kujust. Näiteks võidusõidujahtide pika, kitsa ja üsna tasase peapurje maksimaalne aerodünaamiline jõud on umbes 15 ° rünnakunurga korral, kõrgemate nurkade korral on jõud veidi väiksem. Kui puri on kõhulihasem ja sellel ei ole väga suurt venitust, siis võib sellele avalduv aerodünaamiline jõud olla maksimaalne umbes 25-30 ° ründenurga all.

Nüüd vaatame purje tööd jahil.

Kujutame lihtsuse mõttes ette, et jahtil on ainult üks puri. Las see olla grott.
Kõigepealt tasub vaadata, kuidas käitub jaht + purjesüsteem tuule suhtes kõige teravamatel kursidel liikudes, kuna see tekitab tavaliselt kõige rohkem küsimusi.

Oletame, et tuul mõjub jahile laevakere suhtes 30-35 ° nurga all. Suunates purje kursile tuule suhtes ligikaudu 20 ° nurga all, saavutame sellel piisava aerodünaamilise jõu A.
Kuna see jõud mõjub purje suhtes täisnurga all, näeme, et see tõmbab jahi tugevalt küljele. Laiendades jõudu A kaheks komponendiks, näeme, et eesmine tõukejõud T on mitu korda väiksem kui paati külili suruv jõud (D, triivi jõud).
Kuidas siis jaht edasi liigub?
Fakt on see, et kere veealuse osa konstruktsioon on selline, et kere vastupidavus küljele liikumisele (nn külgtakistus) on samuti mitu korda suurem kui vastupidavus edasiliikumisele. Sellele aitavad kaasa kiil (või kesklaud), rool ja kere kuju.
Külgtakistus tekib aga siis, kui on midagi vastu panna, st et see hakkaks tööle, on vajalik keha teatud nihutamine küljele, nn tuule triiv.

See nihe toimub loomulikult aerodünaamilise jõu külgkomponendi mõjul ja vastusena tekib kohe vastassuunas suunatud külgjõud S. Reeglina tasakaalustavad nad üksteist umbes 10-15 ° nurga all.
Niisiis, on ilmne, et aerodünaamilise jõu külgmine komponent, mis on tuule suhtes kõige tugevam teravatel kursidel, põhjustab kahte soovimatut nähtust: tuule triiv ja rull.

Tuule triiv tähendab, et jahi trajektoor ei lange kokku selle keskjoonega (keskjoon ehk DP on nutikas termin vööri-ahtri joone jaoks). Jaht toimub pidevas tuulenihkes, liikumine tundub olevat veidi külili.
On teada, et jahtides külgtuule kursil keskmisega ilmastikutingimused tuule triiv, kuna nurk DP ja tegeliku liikumistrajektoori vahel on ligikaudu 10-15 °.

Edusammud vastu tuult. Tackimine.

Kuna purjede all purjetamine on rangelt vastu tuult võimatu ja liikuda saab ainult teatud nurga all, oleks hea omada aimu, kui järsult jaht kraadides tuule poole liigub. Ja mis see järelikult on see tuule suhtes liikuv kursuste sektor, kus tuulega liikumine on võimatu.
Kogemus näitab, et tavaline kruiisijaht (mitte võidusõidujaht) suudab tõhusalt sõita 50-55 ° nurga all tõelise tuule suhtes.

Seega, kui eesmärk, mis tuleb saavutada, on rangelt vastu tuult, siis jahtimine sellele ei toimu sirgjooneliselt, vaid siksakiliselt ühe, seejärel teise takerdusega. Sellisel juhul peate loomulikult igal püüdmisel proovima võimalikult järsult tuule poole minna. Seda protsessi nimetatakse liimimiseks.

Jahtide trajektooride vahelist nurka kahel kõrvuti asetseval haakel nimetatakse nakkamiseks. Ilmselgelt on tuule liikumise teravusega 50–55 ° haardenurk 100–110 °.

Haardenurga väärtus näitab meile, kui tõhusalt suudame sihtmärgi poole liikuda, kui see asub rangelt vastu tuult. Näiteks 110 ° nurga korral suurendatakse teed sihtmärgini 1,75 korda võrreldes sirgjoonelise liikumisega.

Purjetamine teistel tuuleteedel

Ilmselgelt ületab juba Gulfwind kursil tõukejõud T oluliselt triivimisjõudu D, nii et triiv ja rull jääb väikeseks.

Seljatoega, nagu näeme, pole Gulfwindi kursiga võrreldes palju muutunud. Peapurje on paigutatud peaaegu risti DP -ga ja see positsioon on enamiku jahtide jaoks ülim, seda on tehniliselt võimatu veelgi kaugemale paigutada.

Peapurje asukoht tuulejooksu rajal ei erine positsioonist backstay rajal.
Siin võtame lihtsuse huvides jahtimisega seotud füüsika kaalumisel arvesse ainult ühte purje - peapurje. Tavaliselt on jahtil kaks purje - peapurje ja jääpurje (peapurje). Niisiis, tuulepealsuunal on jääpurje (kui see asub peapurjega samal küljel) põhipurje tuulevarjus ja praktiliselt ei tööta. See on üks paljudest põhjustest, miks meremehed ei meeldi tagasituule kursile.

Raske on ette kujutada, kuidas purjelaevad võivad minna "vastu tuult" - või meremeeste sõnadega "külgtuule poole". Tõsi, meremees ütleb teile, et te ei saa purjede all otse vastu tuult minna, kuid võite liikuda ainult terava nurga all tuule suuna suhtes. Kuid see nurk on väike - umbes veerand täisnurgast - ja tundub ehk sama arusaamatu: kas sõita otse vastu tuult või 22 ° nurga all.

Tegelikkuses pole see aga ükskõikne ja selgitame nüüd, kuidas võib tuule jõud kerge nurga all selle poole liikuda. Kõigepealt kaalume, kuidas tuul purjele üldiselt mõjub, s.t kuhu see purje peale lükates surub. Tõenäoliselt arvate, et tuul lükkab purje alati selles suunas, kuhu see puhub. Kuid see pole nii: kõikjal, kus tuul puhub, surub see purje purje tasapinnaga risti. Tõepoolest: las tuul puhub alloleval joonisel olevate nooltega näidatud suunas; rida AB tähistab purje.

Tuul lükkab purje alati oma tasapinna suhtes täisnurga all.

Kuna tuul surub ühtlaselt kogu purje pinnale, asendame tuulesurve purje keskele rakendatava jõuga R. Me lagundame selle jõu kaheks: jõud Q purjega risti ja mööda seda suunatud jõud P (vt joonist ülal, paremal). Viimane jõud ei lükka purje kuhugi, kuna tuule hõõrdumine lõuendile on tühine. Võimsus jääb Q mis surub purje selle suhtes täisnurga all.

Seda teades saame hõlpsasti aru, kuidas purjelaev võib minna terava nurga all tuule poole. Lase joonel QC kujutab laeva kiilijoont.

Kuidas saab vastu tuult sõita.

Tuul puhub selle joone suhtes terava nurga all nooleribaga näidatud suunas. Rida AB kujutab purje; see on paigutatud nii, et selle tasapind poolitab nurga kiilu suuna ja tuule suuna vahel. Jälgige joonisel olevate jõudude lagunemist. Esitame tuule survet purjele jõuga Q mis meie teada peavad olema purjega risti. Me lagundame selle jõu kaheks: jõuks R kiiliga risti ja jõud S edasi mööda laeva kiilijoont. Kuna laeva liikumine suunas R vastab tugevale veekindlusele (kiil sisse purjelaevad muutub väga sügavaks), siis võimsus R peaaegu täielikult tasakaalustatud veekindluse tõttu. Jääb vaid jõud S, mis, nagu näete, on suunatud ettepoole ja seetõttu liigutab laeva nurga all, justkui tuule poole. [Võib tõestada, et tugevus S on suurim, kui purje tasapind poolitab kiilu ja tuule suuna vahelise nurga poole.]. Tavaliselt tehakse see liigutus siksakidena, nagu on näidatud alloleval joonisel. Meremeeste keeles nimetatakse seda laeva liikumist selle sõna kitsamas tähenduses "tackinguks".