Kaip plaukti prieš vėją burine jachta? Burinės jachtos judėjimo fizika Kaip veikia burė prieš vėją.

- Smagus vėjas! - jie linki visiems buriuotojams, ir tai visiškai veltui: kai vėjas pučia iš laivagalio, jachta nesugeba išvystyti maksimalaus greičio. Šiai schemai padėjo Vadimas Ždanas, profesionalus kapitonas, lenktynininkas, jachtų regatų organizatorius ir vedėjas. Perskaitykite diagramos įrankių patarimus, kad tai išsiaiškintumėte.

2. Burės trauką lemia du veiksniai. Pirma, vėjas tiesiog spaudžia bures. Antra, įstrižos burės, sumontuotos daugumoje šiuolaikinių jachtų, tekėdamos oru, veikia kaip lėktuvo sparnas ir tik jos nukreiptos ne į viršų, o į priekį. Dėl aerodinamikos oras išgaubtoje burės pusėje juda greičiau nei įgaubtoje pusėje, o spaudimas burės išorėje yra mažesnis nei viduje.

3. Visa burės sukuriama jėga yra statmena buriai. Pagal vektoriaus pridėjimo taisyklę galima atskirti dreifo jėgą (raudona rodyklė) ir traukos jėgą (žalia rodyklė).

5. Norėdami plaukti griežtai prieš vėją, jachta manevruoja: viena ar kita puse pasuka į vėją, juda į priekį segmentais - takai. Svarbus kapitono taktikos klausimas yra tai, koks turi būti smūgis ir kokiu kampu nuo vėjo.

9. Įlankos vėjas- vėjas pučia statmenai važiavimo krypčiai.

11. „Fordewind“- tas pats galinis vėjas pučia iš laivagalio. Priešingai lūkesčiams, ne pati greičiausia trasa: burės keltuvas čia nenaudojamas, o teorinis leistinas greitis neviršija vėjo greičio. Patyręs kapitonas žino, kaip numatyti nematomas oro sroves taip pat, kaip ir

Judėjimas burinė jachta pavėjui iš tikrųjų lemia paprastas vėjo spaudimas ant jos burės, stumiantis laivą į priekį. Tačiau vėjo tunelio tyrimai parodė, kad plaukiant prieš vėją burė susiduria su sudėtingesnėmis jėgomis.

Kai įeinantis oras teka aplink įgaubtą galinį burės paviršių, oro greitis mažėja, tuo tarpu tekant aplink išgaubtą burės priekinį paviršių šis greitis didėja. Dėl to ant burės galinio paviršiaus susidaro padidėjusio slėgio sritis, o priekiniame - žemo slėgio sritis. Slėgio skirtumas abiejose burės pusėse sukuria traukiančią (stumiančią) jėgą, kuri jachtą stumia į priekį kampu į vėją.

Burinė jachta, esanti maždaug stačiu kampu prieš vėją (jūrine terminija, jachta klūpi), greitai juda į priekį. Burė patiria traukimo ir šonines jėgas. Jei burinė jachta plaukia aštriu kampu į vėją, jos greitis sulėtės, nes sumažės traukimo jėga ir padidės šoninė jėga. Kuo labiau burė pasukama laivagalio link, tuo lėčiau jachta juda į priekį, ypač dėl didelės šoninės jėgos.

Burinė jachta negali plaukti tiesiai prieš vėją, tačiau ji gali judėti į priekį keliais trumpais zigzago judesiais, nukreiptais kampu į vėją, vadinamomis takais. Jei vėjas pučia į uosto pusę (1), sakoma, kad jachta plaukia uosto laivu, jei į dešinįjį (2) - dešinio borto. Siekdama greičiau įveikti atstumą, buriuotoja bando padidinti valties greitį iki ribos, sureguliuodama savo burės padėtį, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Siekdama sumažinti nukrypimą nuo tiesios, jachta juda, keisdama kursą iš dešinio į uostą ir atvirkščiai. Kai jachta keičia kursą, burė metama į kitą pusę, o kai jos plokštuma sutampa su vėjo linija, ji kurį laiką skuba, t.y. yra neaktyvus (vidurinis paveikslėlis po tekstu). Jachta patenka į vadinamąją negyvą zoną, prarasdama greitį, kol vėjas vėl pripūs burę iš priešingos pusės.

4.4. Vėjo veiksmas burėje

Valtis po burėmis veikia dvi terpės: oro srautas, veikiantis burę ir valties paviršių, ir vanduo, veikiantis povandeninę valties dalį.

Dėl burės formos, net esant nepalankiausiam vėjui (šoninis vėjas), valtis gali judėti į priekį. Burė primena sparną, kurio didžiausias nukrypimas yra 1 / 3-1 / 4 burės pločio nuo dėlės ir yra 8-10% burės pločio vertės (44 pav.).

Jei vėjas, turėdamas kryptį B (45 pav., A), pakeliui sutinka burę, jis iš abiejų pusių apsilenkia aplink ją. Vėjo pusėje burė yra spaudžiama aukščiau (+) nei pavėjui (-). Slėgio jėgų rezultatas sukuria jėgą P, nukreiptą statmenai burės plokštumai arba akordui, einančiam per lufą ir dėlę, ir pritaikomą CP burės centrui (45 pav., B).

Ryžiai. 44. Burės profilis:
B - burės plotis išilgai akordo

Ryžiai. 45. Jėgos, veikiančios valties burę ir korpusą:
a - vėjo poveikis burėms; b - vėjo poveikis burėms ir vandens poveikis valties korpusui

Ryžiai. 46. ​​Teisinga burės padėtis skirtingomis vėjo kryptimis: a - beydewind; b - vėjuotas vėjas; c - vėjas

Jėga P suskaidoma į traukos jėgą T, nukreiptą lygiagrečiai valties vidurio plokštumai (DP), priverčiant valtį judėti į priekį, ir dreifo jėgą D, nukreiptą statmenai DP, todėl valtis dreifuoja ir rieda .

Jėga P priklauso nuo vėjo greičio ir krypties burės atžvilgiu. Daugiau
Jei
Vandens poveikis valčiai labai priklauso nuo jo povandeninės dalies kontūrų.

Nepaisant to, kad esant šoniniam vėjui, dreifo jėga D viršija traukos jėgą T, valtis turi smūgį į priekį. Tam turi įtakos korpuso povandeninės dalies šoninis pasipriešinimas R 1, kuris yra daug kartų didesnis už priekinį pasipriešinimą R.

Ryžiai. 47. Veltinis vėjas:
B Ir - tikras vėjas; В Ш - vėjas nuo valties judėjimo; В В - akivaizdus vėjas

„Force D“, nepaisant korpuso prieštaravimo, vis tiek pučia valtį nuo kurso linijos. Sudarė DP ir tikro IP valties judėjimo kryptis
Taigi didžiausią valties trauką ir mažiausią dreifą galima pasiekti pasirinkus palankiausią valties vidurio plokštumos ir burės plokštumos padėtį vėjo atžvilgiu. Nustatyta, kad kampas tarp valties DP ir burės plokštumos turi būti lygus pusei
Renkantis burės padėtį valties ir vėjo atžvilgiu, valties meistras vadovaujasi ne tikru, o tariamu (tariamu) vėju, kurio kryptį lemia laivo greičio ir tikrąjį vėjo greitį (47 pav.).

Skaldiklis, esantis prieš numatymą, veikia kaip lentjuostė. Oro srautas tarp strėlės ir priekinio kranto sumažina slėgį pavėsinėje priekinės pusės pusėje ir todėl padidina jo traukimo jėgą. Tai atsitinka tik su sąlyga, kad kampas tarp strėlės ir valties yra šiek tiek didesnis nei kampas tarp priekinės dalies ir nardymo (48 pav., A).

Prieš pasineriant į burių pasirodymą, reikia atsižvelgti į du trumpus, bet svarbius dalykus:
1. Nustatykite, kuris vėjas veikia bures.
2. Paaiškinkite konkrečią jūrinę terminiją, susijusią su vėjo kursais.

Tikras ir žvarbus vėjas jachtose.

Vėjas, veikiantis judantį indą ir viską, kas jame yra, skiriasi nuo to, kuris veikia bet kurį nejudantį objektą.
Pats vėjas kaip atmosferos reiškinys, pučiantis žemės ar vandens atžvilgiu, mes vadiname tikruoju vėju.
Jachtose vėjas judančios jachtos atžvilgiu vadinamas tariamu vėju ir yra tikrojo vėjo ir artėjančio oro srauto, kurį sukelia laivo judėjimas, suma.
Veltinis vėjas visada pučia aštresniu kampu į valtį nei tikras vėjas.
Greitis akivaizdus vėjas gali būti daugiau (jei tikras vėjas yra galinis ar šoninis) arba mažesnis nei tikras (jei jis yra tos pačios krypties).

Kryptys vėjo atžvilgiu.

Vėjyje reiškia iš tos pusės, iš kurios pučia vėjas.
Po vėju- toje pusėje, kur pučia vėjas.
Šie terminai, taip pat jų vediniai, tokie kaip „prieš vėją“, „pavėjui“, yra naudojami labai plačiai ir ne tik plaukiant jachtomis.
Kai šie terminai taikomi laivui, taip pat įprasta kalbėti apie priešvėjinę ir pavėjinę puses.
Jei vėjas pučia iš jachtos dešiniojo šono, vadinama ši pusė prieš vėją, kairė pusė - pavėjui atitinkamai.
„Porto“ ir „dešiniojo“ taktas yra dvi sąvokos, tiesiogiai susijusios su ankstesnėmis: jei vėjas pučia į dešinę laivo pusę, tada sakoma, kad jis plaukia dešiniuoju strypu, jei - prie uosto.
Anglų jūrininkystės terminologijoje tai, kas siejama su dešiniu ir dešiniu bortu, skiriasi nuo įprastos dešinės ir kairės. Apie dešinįjį ir viską, kas su juo susiję, jie sako „Starboard“, apie kairę - „Port“.

Vėjo kursai.

Vėjo kryptis kinta priklausomai nuo kampo tarp tariamo vėjo ir valties krypties. Jie gali būti suskirstyti į aštrius ir pilnus.

„Beidewind“ yra aštrus kursas, palyginti su vėju. kai vėjas pučia mažesniu kaip 80 ° kampu. Jis gali būti stačias (iki 50 °) ir pilnas (nuo 50 iki 80 °).
Visos vėjo kryptys yra kursai, kai vėjas pučia 90 ° ar didesniu kampu jachtos važiavimo kryptimi.
Šie kursai apima:
Įlankos vėjas - vėjas pučia nuo 80 iki 100 ° kampu.
Backstay - vėjas pučia nuo 100 iki 150 ° kampu (stačias backstay) ir nuo 150 iki 170 ° (visas backstay).
„Fordewind“ - vėjas pučia į priekį daugiau nei 170 ° kampu.
Leventinis - vėjas yra griežtai galinis arba artimas tam. Kadangi burinis laivas negali judėti prieš tokį vėją, jis dažniau vadinamas ne kursu, o padėtimi vėjo atžvilgiu.

Manevrai, susiję su vėju.

Kai jachta po burėmis keičia kursą taip, kad sumažėja kampas tarp vėjo ir kelionės krypties, sakoma, kad laivas yra duotas... Kitaip tariant, nusileisti reiškia eiti aštresniu kampu į vėją.
Jei vyksta priešingas procesas, t. Y. Jachta keičia kursą, didindama kampą tarp jos ir vėjo, laivas rieda tolyn .
Paaiškinkime, kad terminai („švinas“ ir „riedėjimas“) yra naudojami, kai valtis keičia kryptį, palyginti su vėju per tą patį sukibimą.
Jei laivas keičia taktą, tada (ir tik tada!) Toks manevras jachtose vadinamas posūkiu.
Yra du skirtingi keitimo būdai, todėl du posūkiai: peržymėti ir vėjui .
Perteklinė žyma yra posūkis prieš vėją. Valtis vairuojama, valties lankas kerta vėjo liniją, tam tikru momentu valtis praeina per leventinę padėtį, po kurios ji atsigula ant kito smūgio.
Plaukimas jachta, kai sukasi vėjas, vyksta priešingai: laivas nurieda, laivagalis kerta vėjo liniją, burės perkeliamos į kitą pusę, jachta guli ant kito. Dažniausiai tai yra posūkis iš vieno kurso į kitą.

Burės darbas jachtomis.

Vienas iš pagrindinių buriuotojo uždavinių dirbant su burėmis yra nukreipti burę optimaliu kampu vėjo atžvilgiu, kad būtų galima geriausiai judėti į priekį. Norėdami tai padaryti, turite suprasti, kaip burė sąveikauja su vėju.
Burės darbas daugeliu atžvilgių yra panašus į lėktuvo sparno darbą ir vyksta pagal aerodinamikos įstatymus. Ypač smalsiems buriuotojams daugiau apie burės, kaip sparno, aerodinamiką galite sužinoti straipsnių serijoje :. Bet geriau tai padaryti perskaičius šį straipsnį, palaipsniui pereinant nuo lengvos prie sudėtingesnės medžiagos. Nors kam aš tai sakau? Tikri buriuotojai nebijo sunkumų. Ir jūs galite padaryti viską visiškai priešingai.

Pagrindinis skirtumas tarp burės ir lėktuvo sparno yra tas, kad tam, kad ant burės atsirastų aerodinaminė jėga, reikalingas tam tikras nulinis kampas tarp jos ir vėjo, šis kampas vadinamas atakos kampu. Lėktuvo sparnas turi asimetrišką profilį ir gali normaliai veikti nuliniu atakos kampu, burė to nedaro.
Vėjo, tekančio aplink burę, metu atsiranda aerodinaminė jėga, kuri galiausiai išstumia jachtą į priekį.
Apsvarstykite burės veikimą jachtomis skirtingais kursais, palyginti su vėju. Pirmiausia, kad būtų paprasčiau, įsivaizduokime, kad stiebas su viena burė yra įkasamas į žemę ir mes galime nukreipti vėją skirtingais kampais į burę.

Atakos kampas yra 0 °. Vėjas pučia išilgai burės, burė sklendžia kaip vėliava. Burėje nėra aerodinaminės jėgos, yra tik tempimo jėga.
Atakos kampas 7 °. Pradeda atsirasti aerodinaminė jėga. Jis nukreiptas statmenai buriai ir vis dar yra mažo dydžio.
Atakos kampas yra apie 20 °. Aerodinaminė jėga pasiekė didžiausią dydį, nukreipta statmenai buriai.
Atakos kampas yra 90 °. Palyginti su ankstesniu atveju, aerodinaminė jėga reikšmingai nepasikeitė nei dydžiu, nei kryptimi.
Taigi matome, kad aerodinaminė jėga visada nukreipta statmenai buriai ir jos dydis praktiškai nesikeičia kampų diapazone nuo 20 iki 90 °.
Atakos kampų, didesnių nei 90 °, apsvarstyti nėra prasmės, nes jachtos burės paprastai nėra nustatytos tokiais kampais vėjo atžvilgiu.

Pirmiau minėtos aerodinaminės jėgos priklausomybės nuo atakos kampo iš esmės supaprastinamos ir apskaičiuojamos vidurkiai.
Tiesą sakant, šios savybės labai skiriasi priklausomai nuo burės formos. Pavyzdžiui, ilga, siaura ir gana plokščia lenktyninių jachtų pagrindinė burė turės didžiausią aerodinaminę jėgą maždaug 15 ° atakos kampu, didesniais kampais jėga bus šiek tiek mažesnė. Jei burė yra pilvesnė ir neturi labai didelio pailgėjimo, tada aerodinaminė jėga ant jos gali būti didžiausia maždaug 25–30 ° atakos kampu.

Dabar pažvelkime į burės darbą jachtoje.

Kad būtų paprasčiau, įsivaizduokime, kad jachtoje yra tik viena burė. Tegul tai būna grota.
Pirmiausia verta pažvelgti į tai, kaip elgiasi jachta + burė, judėdama aštriausiuose kursuose, palyginti su vėju, nes tai dažniausiai kelia daugiausiai klausimų.

Tarkime, vėjas veikia jachtą 30-35 ° kampu į korpusą. Nukreipę burę kursu maždaug 20 ° kampu prieš vėją, mes gausime ant jo pakankamą aerodinaminę jėgą A.
Kadangi ši jėga veikia stačiu kampu į burę, matome, kad ji stipriai traukia jachtą į šoną. Išplėsdami jėgą A į du komponentus, matome, kad priekinė trauka T yra kelis kartus mažesnė už jėgą, stumiančią valtį į šoną (D, dreifo jėga).
Kaip tada jachta juda į priekį?
Faktas yra tas, kad povandeninė korpuso dalis yra tokia, kad korpuso atsparumas judėjimui į šoną (vadinamasis šoninis pasipriešinimas) taip pat yra kelis kartus didesnis nei pasipriešinimas judėjimui į priekį. Tai palengvina kilis (arba vidurinė lenta), vairas ir pati korpuso forma.
Tačiau šoninis pasipriešinimas atsiranda tada, kai yra kam atsispirti, tai yra, kad jis pradėtų veikti, būtinas tam tikras kūno poslinkis į šoną, vadinamasis vėjo dreifas.

Šis poslinkis natūraliai atsiranda veikiant šoninei aerodinaminės jėgos sudedamajai daliai, ir kaip atsakas iš karto atsiranda šoninė pasipriešinimo jėga S, nukreipta priešinga kryptimi. Paprastai jie subalansuoja vienas kitą maždaug 10–15 ° poslinkio kampu.
Taigi akivaizdu, kad šoninis aerodinaminės jėgos komponentas, kuris labiausiai išryškėja aštriuose kursuose, palyginti su vėju, sukelia du nepageidaujamus reiškinius: vėjo dreifą ir riedėjimą.

Vėjo dreifas reiškia, kad jachtos trajektorija nesutampa su jos vidurio linija (vidurio linija arba DP yra protingas lankas laivagalyje). Jachta nuolat juda į vėją, atrodo, kad judėjimas yra šiek tiek į šoną.
Yra žinoma, kad plaukiant jachtomis šoninio vėjo trasoje su vid oro sąlygos vėjo dreifas, nes kampas tarp DP ir tikrosios judėjimo trajektorijos yra maždaug 10-15 °.

Pažanga prieš vėją. Tacking.

Kadangi plaukiojimas burėmis po burėmis yra neįmanomas griežtai prieš vėją, tačiau judėti galima tik tam tikru kampu, būtų gerai įsivaizduoti, kaip aštriai jachta gali judėti vėjo kryptimi laipsniais. Ir atitinkamai, kas yra tas nejudantis kursų sektorius, susijęs su vėju, kuriame judėjimas prieš vėją neįmanomas.
Patirtis rodo, kad įprasta kreiserinė jachta (ne lenktyninė jachta) gali efektyviai plaukti 50–55 ° kampu tikram vėjui.

Taigi, jei tikslas, kurį reikia pasiekti, yra griežtai prieš vėją, tada plaukimas jachta į jį vyks ne tiesia linija, o zigzagu su vienu smūgiu, paskui kitu. Tokiu atveju, natūraliai, kiekvienu smūgiu turėsite stengtis kuo aštriau eiti į vėją. Šis procesas vadinamas pririšimu.

Kampas tarp jachtų trajektorijų dviejuose gretimuose takuose, kai įstumiamas, vadinamas tacking. Akivaizdu, kad judėjimo aštrumu iki 50–55 ° vėjo, sukimo kampas bus 100–110 °.

Sukibimo kampo vertė parodo, kaip efektyviai galime judėti tikslo link, jei jis yra griežtai prieš vėją. Pavyzdžiui, esant 110 ° kampui, kelias į taikinį padidinamas 1,75 karto, palyginti su judėjimu tiesia linija.

Buriavimas įvairiais vėjo trasomis

Akivaizdu, kad jau „Gulfwind“ kryptyje trauka T gerokai viršija dreifo jėgą D, todėl dreifas ir riedėjimas bus nedideli.

Su backstay, kaip matome, nedaug pasikeitė, palyginti su Gulfwind kursu. Pagrindinė burė pastatyta beveik statmenai DP, ir ši daugumos jachtų padėtis yra galutinė, techniškai neįmanoma jos išplėsti dar toliau.

Pagrindinės burės padėtis vėjuotoje trasoje niekuo nesiskiria nuo padėties backstay trasoje.
Čia, paprastumo dėlei, svarstydami jachtų proceso fiziką, atsižvelgiame tik į vieną burę - pagrindinę burę. Paprastai jachta turi dvi bures - pagrindinę ir buratinę (galinė burė). Taigi, nukreipiant į vėją, nuolatinė burė (jei ji yra toje pačioje pusėje kaip ir pagrindinė burė) yra vėjo šešėlyje nuo pagrindinės burės ir praktiškai neveikia. Tai viena iš kelių priežasčių, kodėl jūrininkai nemėgsta vėjuoto kurso.

Sunku įsivaizduoti, kaip burlaiviai gali plaukti „prieš vėją“ - arba, buriuotojų žodžiais tariant, „į šoną“. Tiesa, jūreivis jums pasakys, kad po burėmis negalima eiti tiesiai prieš vėją, tačiau judėti galima tik aštriu kampu į vėjo kryptį. Tačiau šis kampas yra mažas - maždaug ketvirtadalis stačiojo kampo - ir atrodo, galbūt, taip pat nesuprantama: ar plaukti tiesiai prieš vėją, ar 22 ° kampu į jį.

Tačiau iš tikrųjų tai nėra abejinga, ir dabar paaiškinsime, kaip vėjo jėga gali šiek tiek pakreipti jo link. Pirmiausia pagalvokite, kaip vėjas paprastai veikia burę, t. Y. Kur jis stumia burę, kai jis pučia. Tikriausiai manote, kad vėjas visada stumia burę ta kryptimi, kuria pučia. Tačiau taip nėra: visur, kur pučia vėjas, burė stumiama statmenai burės plokštumai. Iš tiesų: tegul vėjas pučia kryptimi, kurią rodo rodyklės žemiau esančiame paveikslėlyje; linija ABžymi burę.

Vėjas visada stumia burę stačiu kampu į jos plokštumą.

Kadangi vėjas tolygiai spaudžia visą burės paviršių, vėjo slėgį pakeičiame burės viduriui pritaikyta jėga R. Mes suskaidome šią jėgą į dvi: jėgą Q statmena buriai, o jėga P nukreipta išilgai jos (žr. paveikslėlį aukščiau, dešinėje). Paskutinė jėga niekur stumia burę, nes vėjo trintis prie drobės yra nereikšminga. Galia lieka Q kad stumia burę stačiu kampu į ją.

Žinodami tai, galime lengvai suprasti, kaip burlaivis gali aštriu kampu pasisukti prieš vėją. Tegul linija QC vaizduoja laivo kilio liniją.

Kaip galima plaukti prieš vėją.

Vėjas pučia aštriu kampu į šią liniją rodyklių eilės nurodyta kryptimi. Linija AB vaizduoja burę; jis išdėstytas taip, kad jo plokštuma padalintų kampą tarp kilio krypties ir vėjo krypties. Sekite jėgų irimą paveiksle. Mes vaizduojame vėjo spaudimą burėms jėga Q kurios, kaip žinome, turi būti statmenos burėms. Mes padalinsime šią jėgą į dvi: jėgą R statmena kiliui, ir jėga S pirmyn išilgai laivo kilio linijos. Kadangi laivo judėjimas kryptimi R atitinka stiprų atsparumą vandeniui (įeina į vidų burlaiviai tampa labai gilus), tada galia R beveik visiškai subalansuotas atsparumu vandeniui. Liko tik jėgos S, kuris, kaip matote, yra nukreiptas į priekį ir todėl juda laivu kampu, tarsi vėjo link. [Galima įrodyti, kad jėga S yra didžiausias, kai burės plokštuma perpus sumažina kampą tarp kilio ir vėjo krypčių.]. Paprastai šis judesys atliekamas zigzagais, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Jūrininkų kalba šis laivo judėjimas vadinamas „tacking“ siaurąja to žodžio prasme.