Směr neurčuje vítr, ale plachta. Téma: „Fyzika pohybu plachetní jachty

Než se podíváte na to, jak plachta funguje, je třeba zvážit dva krátké, ale důležité body:
1. Určete, jaký druh větru ovlivňuje plachty.
2. Promluvte si o specifické námořní terminologii spojené s kurzy ve vztahu k větru.

Skutečné a zdánlivé větry v jachtingu.

Vítr, který působí na pohybující se loď a vše na ní, se liší od toho, který působí na jakýkoli stacionární objekt.
Ve skutečnosti vítr jako atmosférický jev vanoucí vzhledem k zemi nebo vodě je to, co nazýváme skutečným větrem.
V jachtingu se vítr vztažený k pohybující se jachtě nazývá zdánlivý vítr a je součtem skutečného větru a přibližujícího se proudění vzduchu způsobeného pohybem plavidla.
Zdánlivý vítr vždy vane pod ostřejším úhlem k lodi než skutečný vítr.
Zdánlivá rychlost větru může být větší (pokud je skutečný vítr protivítr nebo boční vítr), nebo menší než skutečný vítr (pokud je ze zadního větru).

Směry vzhledem k větru.

Ve větru znamená ze směru, odkud vítr vane.
Po větru- ze směru větru.
Tyto výrazy, stejně jako jejich odvozeniny, jako „návětrný“, „závětrný“, se používají velmi široce, a to nejen v jachtingu.
Když se tyto termíny použijí na loď, je obvyklé mluvit také o návětrné a závětrné straně.
Pokud vítr fouká z pravoboku jachty, pak se tato strana nazývá návětrný, levá strana - závětří respektive.
Levý a pravý vítr jsou dva pojmy, které přímo souvisejí s předchozími: pokud vítr fouká na pravý bok lodi, pak říkají, že pluje na větru zprava, pokud je vlevo, tak vlevo.
V anglické námořní terminologii se to, co je spojeno s pravobokem a levobokem, liší od obvyklého Right and Left. Říká se Pravoboček o pravoboku a všem, co s tím souvisí, a Lev o levé straně.

Kurzy vzhledem k větru.

Kurzy vzhledem k větru se mění v závislosti na úhlu mezi směrem zdánlivého větru a směrem, kterým se plavidlo pohybuje. Lze je rozdělit na akutní a plné.

Ostře proti větru je ostrý kurz. když vítr vane pod úhlem menším než 80°. Může být strmý vítr z blízka (až 50°) nebo plný vítr z blízka (od 50 do 80°).
Úplné kurzy vzhledem k větru jsou kurzy, kdy vítr fouká pod úhlem 90° nebo více ke směru, kterým se jachta pohybuje.
Tyto kurzy zahrnují:
Gulfwind - vítr vane pod úhlem 80 až 100°.
Backstay - vítr fouká pod úhlem od 100 do 150° (strmá backstay) a od 150 do 170° (plná backstay).
Fordewind - vítr fouká zezadu pod úhlem větším než 170°.
Levák - vítr je přísně protivítr nebo blízko něj. Vzhledem k tomu, že se plachetnice nemůže pohybovat proti takovému větru, nazývá se častěji ne kurz, ale poloha vzhledem k větru.

Manévry vzhledem k větru.

Když jachta pod plachtami změní svůj kurz tak, že se úhel mezi větrem a směrem pohybu zmenšuje, říká se, že loď je je dáno. Jinými slovy, zploštit znamená jít pod ostřejším úhlem vůči větru.
Pokud dojde k opačnému procesu, tj. jachta změní kurz směrem ke zvětšení úhlu mezi ní a větrem, plavidlo odpadne .
Ujasněme si, že výrazy („vedení“ a „pád“) se používají, když loď mění směr vzhledem k větru v rámci stejného větru.
Pokud loď změní směr, pak (a teprve tehdy!) se takovému manévru v jachtingu říká obrat.
Existují dva různé způsoby, jak změnit směr, a tedy dvě zatáčky: připínáček A jibe .
Tack je obrat do větru. Plavidlo je řízeno, příď lodi překročí linii větru, v určitém okamžiku plavidlo projde levou polohou, poté leží na druhém větru.
Jachting, kdy jibes nastává opačným způsobem: loď spadne, záď překročí čáru větru, plachty se přenesou na druhou stranu, jachta leží na jiném větru. Nejčastěji se jedná o obrat z jednoho úplného kurzu do druhého.

Provoz plachty při jachtingu.

Jednou z hlavních výzev pro námořníka při práci s plachtami je orientovat plachtu pod optimálním úhlem vůči větru, aby plachtu co nejlépe poháněla vpřed. Chcete-li to provést, musíte pochopit, jak plachta interaguje s větrem.
Práce plachty je v mnoha ohledech podobná práci křídla letadla a probíhá podle zákonů aerodynamiky. Pro zvláště zvědavé jachtaře se můžete dozvědět více o aerodynamice plachty jako křídla v sérii článků:. Ale je lepší to udělat po přečtení tohoto článku a postupně přejít od snadného ke složitějšímu materiálu. I když, komu to říkám? Skuteční jachtaři se nebojí obtíží. A všechno můžete dělat přesně naopak.

Hlavní rozdíl mezi plachtou a křídlem letadla je v tom, že aby se na plachtě objevila aerodynamická síla, je potřeba mezi ní a větrem určitý nenulový úhel, tento úhel se nazývá úhel náběhu. Křídlo letounu má asymetrický profil a může normálně fungovat při nulovém úhlu náběhu, ale plachta nikoli.
Jak vítr obtéká plachtu, vzniká aerodynamická síla, která nakonec pohne jachtu vpřed.
Podívejme se na provoz plachty v jachtingu v různých kurzech vzhledem k větru. Nejprve si pro jednoduchost představme, že stěžeň s jednou plachtou je zarytý do země a můžeme směrovat vítr pod různými úhly na plachtu.

Úhel náběhu 0°. Vítr fouká podél plachty, plachta vlaje jako vlajka. Na plachtu nepůsobí aerodynamická síla, působí pouze odporová síla.
Úhel náběhu 7°. Začíná se objevovat aerodynamická síla. Směřuje kolmo k plachtě a je stále malých rozměrů.
Úhel náběhu je asi 20°. Aerodynamická síla dosáhla maximální hodnoty a směřuje kolmo k plachtě.
Úhel náběhu 90°. Ve srovnání s předchozím případem se aerodynamická síla výrazně nezměnila ani ve velikosti, ani ve směru.
Vidíme tedy, že aerodynamická síla směřuje vždy kolmo k plachtě a její velikost se v rozsahu úhlů od 20 do 90° prakticky nemění.
Úhly náběhu větší než 90° nemá smysl uvažovat, protože plachty na jachtě obvykle nejsou nastaveny v takových úhlech vůči větru.

Výše uvedené závislosti aerodynamické síly na úhlu náběhu jsou do značné míry zjednodušeny a zprůměrovány.
Ve skutečnosti se tyto vlastnosti výrazně liší v závislosti na tvaru plachty. Například dlouhá, úzká a poměrně plochá hlavní plachta závodních jachet bude mít maximální aerodynamickou sílu při úhlu náběhu asi 15°, při vyšších úhlech bude síla o něco menší. Pokud je plachta více zavalená a nemá příliš velký poměr stran, pak aerodynamická síla na ní může být maximální při úhlu náběhu cca 25-30°.

Nyní se podíváme, jak funguje plachta na jachtě.

Pro zjednodušení si představme, že na jachtě je pouze jedna plachta. Ať je to jeskyně.
Za prvé, stojí za to se podívat na to, jak se systém jachta + plachta chová při pohybu na nejostřejších kurzech vzhledem k větru, protože to obvykle vyvolává nejvíce otázek.

Řekněme, že na jachtu působí vítr pod úhlem 30-35° k trupu. Orientací plachty na kurzu pod úhlem přibližně 20° vůči větru získáme dostatečnou aerodynamickou sílu A na ni.
Jelikož tato síla působí v pravém úhlu k plachtě, vidíme, že táhne jachtu silně do strany. Rozložením síly A na dvě složky můžete vidět, že dopředná přítlačná síla T je několikrát menší než síla tlačící loď do strany (D, driftová síla).
Co v tomto případě způsobuje, že se jachta pohne vpřed?
Faktem je, že konstrukce podvodní části trupu je taková, že odpor trupu proti pohybu do strany (tzv. boční odpor) je také několikanásobně větší než odpor proti pohybu vpřed. Tomu napomáhá kýl (nebo ploutev), kormidlo a samotný tvar trupu.
K bočnímu odporu však dochází, když je čemu vzdorovat, tedy aby to mohlo začít fungovat, je potřeba nějaké boční posunutí těla, takzvaný snos větru.

K tomuto posunu přirozeně dochází působením boční složky aerodynamické síly a jako odezva okamžitě vzniká boční odporová síla S, směřující v opačném směru. Zpravidla se vzájemně vyrovnávají pod úhlem snosu asi 10-15°.
Je tedy zřejmé, že boční složka aerodynamické síly, nejvýraznější na ostrých tratích vůči větru, způsobuje dva nežádoucí jevy: unášení a převalování větru.

Snos větru znamená, že trajektorie jachty se neshoduje s její středovou linií (rovina průměru nebo DP je chytrý termín pro linii přídě-záď). Dochází k neustálému posunu jachty po větru, pohybuje se jakoby trochu bokem.
Je známo, že při jachtingu na ostře taženém kurzu za průměrných povětrnostních podmínek je unášení větru jako úhel mezi DP a skutečnou trajektorií přibližně 10-15°.

Postup proti větru. Tacking.

Vzhledem k tomu, že jachting pod plachtami není možný striktně proti větru a můžete se pohybovat pouze pod určitým úhlem, bylo by dobré mít představu, jak ostře se může jachta pohybovat ve stupních vůči větru. A co je tedy tím pomalým sektorem kurzů vzhledem k větru, ve kterém je pohyb proti větru nemožný.
Zkušenosti ukazují, že běžná cestovní jachta (nikoli závodní jachta) může efektivně plout pod úhlem 50-55° vůči skutečnému větru.

Pokud je tedy cíl, kterého je třeba dosáhnout, umístěn přesně proti větru, nebude jachting k němu probíhat po přímce, ale klikatě, nejprve na jednom směru, pak na druhém. V tomto případě se na každém směru přirozeně budete muset pokusit plout co nejostřeji proti větru. Tento proces se nazývá tacking.

Úhel mezi trajektoriemi jachet na dvou sousedních obratech při obratu se nazývá obrat. Je zřejmé, že při ostrosti pohybu vůči větru 50-55° bude úhel připevňování 100-110°.

Velikost úhlu náklonu nám ukazuje, jak efektivně se můžeme pohybovat směrem k cíli, pokud je přísně proti větru. Například pro úhel 110° se dráha k cíli zvětší 1,75krát oproti pohybu po přímce.

Provoz plachty na jiných kurzech vzhledem k větru

Je zřejmé, že již na kurzu gulfwind tahová síla T výrazně převyšuje driftovou sílu D, takže drift a náklon budou malé.

S backstay, jak vidíme, se oproti gulfwind kurzu moc nezměnilo. Hlavní plachta je umístěna v poloze téměř kolmé k DP a tato poloha je u většiny jachet extrémní, dále je technicky nemožné ji nasadit.

Poloha hlavní plachty na kurzu jibe se neliší od pozice na kurzu backstay.
Zde pro jednoduchost při úvahách o fyzice procesu v jachtingu bereme v úvahu pouze jednu plachtu – hlavní plachtu. Typicky má jachta dvě plachty - hlavní plachtu a pevnou plachtu (hlavní plachta). Takže na jibe kurzu je jib (pokud je umístěn na stejné straně jako hlavní plachta) ve větrném stínu hlavní plachty a prakticky nefunguje. To je jeden z několika důvodů, proč jibes nejsou mezi vodáky oblíbený.

Větry, které vanou západním směrem v jižním Pacifiku. Proto byla naše trasa navržena tak, že se na plachetnici „Juliet“ pohybujeme z východu na západ, tedy tak, aby nám foukal vítr do zad.

Když se však podíváte na naši trasu, všimnete si, že často, například při přesunu z jihu na sever ze Samoy do Tokelau, jsme se museli pohybovat kolmo na vítr. A někdy se úplně změnil směr větru a museli jsme jet proti větru.

Juliina cesta

Co dělat v tomto případě?

Plachetnice už dávno mohly plout proti větru. Klasik Jakov Perelman o tom už dávno dobře a jednoduše psal ve své druhé knize ze série „Zábavná fyzika“. Tento kousek zde uvádím doslovně s obrázky.

„Plavba proti větru

Je těžké si představit, jak mohou plachetnice jít „proti větru“ - nebo, jak říkají námořníci, jít „na blízko“. Je pravda, že námořník vám řekne, že nemůžete plout přímo proti větru, ale můžete se pohybovat pouze v ostrém úhlu ke směru větru. Ale tento úhel je malý - asi čtvrtina pravého úhlu - a zdá se možná stejně nepochopitelné: zda plout přímo proti větru nebo pod úhlem 22°.

Ve skutečnosti to ale není lhostejné a my si nyní vysvětlíme, jak je možné se k němu pod mírným úhlem pohybovat silou větru. Nejprve se podívejme, jak vítr obecně působí na plachtu, tedy kam plachtu tlačí, když na ni fouká. Pravděpodobně si myslíte, že vítr vždy tlačí plachtu směrem, kterým fouká. Ale není tomu tak: kamkoli vítr fouká, tlačí plachtu kolmo k rovině plachty. Skutečně: nechte vítr foukat ve směru, který ukazují šipky na obrázku níže; čára AB představuje plachtu.

Vítr vždy tlačí plachtu v pravém úhlu k její rovině.

Protože vítr tlačí rovnoměrně na celou plochu plachty, nahradíme tlak větru silou R působící na střed plachty. Tuto sílu rozdělíme na dvě: sílu Q, kolmou k plachtě, a sílu P, směřující podél ní (viz obrázek nahoře vpravo). Poslední síla nikam netlačí plachtu, protože tření větru o plátno je nepatrné. Zůstává síla Q, která k ní tlačí plachtu v pravém úhlu.

Když to víme, snadno pochopíme, jak může plachetnice plout pod ostrým úhlem vůči větru. Nechť čára KK představuje kýlovou linii lodi.

Jak můžete plout proti větru?

Vítr vane pod ostrým úhlem k této čáře ve směru označeném řadou šipek. Čára AB představuje plachtu; je umístěn tak, že jeho rovina půlí úhel mezi směrem kýlu a směrem větru. Sledujte rozložení sil na obrázku. Tlak větru na plachtu znázorňujeme silou Q, která, jak víme, musí být kolmá k plachtě. Rozdělme tuto sílu na dvě: sílu R, kolmou ke kýlu, a sílu S, směřující dopředu podél linie kýlu plavidla. Protože pohyb lodi ve směru R naráží na silný odpor vody (kýl u plachetnic je velmi hluboký), je síla R téměř zcela vyvážena odporem vody. Zůstává pouze jedna síla S, která, jak vidíte, směřuje dopředu, a proto pohybuje lodí pod úhlem, jako by byla proti větru. [Je možné dokázat, že síla S je největší, když rovina plachty půlí úhel mezi kýlem a směrem větru.]. Typicky se tento pohyb provádí klikatě, jak je znázorněno na obrázku níže. V jazyce námořníků se takový pohyb lodi nazývá „přitahování“ v přísném slova smyslu."

Podívejme se nyní na všechny možné směry větru vzhledem ke směru lodi.

Schéma kurzu lodi vzhledem k větru, tedy úhlu mezi směrem větru a vektorem od zádi k přídi (kurzu).

Když vám vítr fouká do obličeje (leventik), plachty visí ze strany na stranu a není možné s plachtou hýbat. Samozřejmě můžete vždy stáhnout plachty a zapnout motor, ale to už s plachtěním nemá nic společného.

Když vítr fouká přímo za vámi (jibe, zadní vítr), urychlené molekuly vzduchu vyvíjejí tlak na plachtu na jedné straně a loď se pohybuje. V tomto případě se loď může pohybovat pouze pomaleji, než je rychlost větru. Funguje zde obdoba jízdy na kole ve větru – vítr vám fouká do zad a snáze se točí pedály.

Při pohybu proti větru (nakloněný) se plachta nepohybuje kvůli tlaku molekul vzduchu na plachtu zezadu, jako v případě jibe, ale kvůli vztlakové síle, která vzniká v důsledku různých rychlostí vzduchu. na obou stranách podél plachty. Navíc se loď kvůli kýlu nepohybuje ve směru kolmém na kurz lodi, ale pouze dopředu. To znamená, že plachta v tomto případě není deštník, jako v případě plachty s ostře taženou plachtou, ale křídlo letadla.

Při našich průjezdech jsme pluli převážně s backstay a gulfwind průměrnou rychlostí 7-8 uzlů při rychlosti větru 15 uzlů. Někdy jsme pluli proti větru, polovětru a ostře proti větru. A když vítr utichl, zapnuli motor.

Obecně platí, že loď s plachtou jedoucí proti větru není zázrak, ale realita.

Nejzajímavější je, že lodě mohou plout nejen proti větru, ale dokonce rychleji než vítr. To se stane, když se loď vzdálí a vytvoří svůj vlastní vítr.

Loď pod plachtou je ovlivňována dvěma prostředími: prouděním vzduchu působícím na plachtu a nadvodní část lodě a vodou působící na podvodní část lodě.

Díky tvaru plachty se člun může pohybovat vpřed i v tom nejnepříznivějším větru (nakloněný).

Plachta připomíná křídlo, jehož největší výchylka je 1/3 - 1/4 šířky plachty směrem od předního lemu a má hodnotu 8 - 10 % šířky plachty (obr. 18).

Rýže. 18. Profil plachty: B - šířka plachty podél tětivy (podle I.I. Khomyakova, 1976).

Má-li vítr směr V(obr. 19, a), potká na cestě plachtu, obejde ji z obou stran. Návětrná strana plachty vytváří vyšší tlak (+) než závětrná strana (-). Výslednice tlakových sil tvoří sílu R, směřující kolmo k rovině plachty nebo tětivy procházející předním lemem a předním lemem a přiložené ke středu plachty procesor(Obrázek 19, b).

Rýže. 19 Síly působící na plachtu a trup lodi (podle I.I. Khomyakova, 1976):

a je účinek větru na plachtu; b - vliv větru na plachtu a vody na trup lodi.

Platnost R se rozkládá na tažnou sílu T, směřující rovnoběžně s diametrální rovinou ( DP) člunu, což způsobí pohyb člunu vpřed, a sílu driftu D, směřující kolmo DP, což způsobí, že se loď bude unášet a kutálet.

Platnost R závisí na rychlosti a směru větru vzhledem k plachtě. Více Ðb mezi směrem větru V a rovinu plachty PP, tím větší síla R. Li Áb = 90°, platnost R dosáhne své maximální hodnoty.

Síly T A D záleží na Ðg mezi DP loď a rovina plachty. S nárůstem Ðg platnost T zvyšuje a sílu D klesá.

Vliv vody na loď do značné míry závisí na obrysech její podvodní části.

obr. 20. Správná poloha plachty v různých směrech větru (podle I.I. Khomyakova, 1976): a - ostře tažená; b - gulfwind, c - jibe.

Nehledě na to, že v ostře vlečených větrech síla driftu D překračuje tažnou sílu T, loď se pohybuje vpřed. Zde vstupuje do hry boční odpor. R 1 podvodní část trupu, která je mnohonásobně větší než odpor R.

Platnost D, i přes odpor trupu, stále odfoukne loď z čáry kurzu. Sestaven DP a směr skutečného pohybu lodi IPÐ A nazývaný úhel driftu. Čím ostřejší je úhel mezi DP a směr větru, tím větší je úhel snosu, protože při ostrých úhlech tažná síla T je nepatrná a loď, která nemá dostatečný pohyb vpřed, je odfouknuta do větru. Při prudkém větru strmějším než 40-45° se loď nemůže pohnout dopředu.

Největšího tahu a nejmenšího snosu lodi lze tedy dosáhnout volbou nejvýhodnější polohy střední roviny lodi a roviny plachty vzhledem k větru. Bylo zjištěno, že úhel mezi DP loď a rovina plachty by se měla rovnat polovině Ð A mezi středovou rovinou a směrem větru. Obrázek 20 ukazuje správnou polohu plachty při větru ostře taženém (a), polovičním větru (b) a sklonu (c).

Při výběru polohy plachty vzhledem k DP a větru se lodník neřídí pravým, ale zdánlivým (zdánlivým) větrem, jehož směr je určen výslednicí rychlosti člunu a rychlosti skutečného větru (obr. 21).

Obrázek 21. Zdánlivý vítr.

b a - skutečný vítr; V w - vítr z pohybu lodi;

V dovnitř - zdánlivý vítr.

Rýže. 22. Instalace výložníku vzhledem k přední plachetce (podle I.I. Khomyakova, 1976):

a - správně; b - nesprávné.

Výložník umístěný před přední plachtou funguje jako lamela. Proud vzduchu procházející mezi výložníkem a přední plachtou snižuje tlak na závětrné straně přední plachty, a tím zvyšuje její patníkovou sílu. To se stane pouze v případě, že úhel mezi výložníky a DPčluny jsou o něco větší než úhel mezi přední plachtou a DP(Obrázek 22, a). Pokud je výložník přitlačen DP, pak proud vzduchu narazí na závětrnou stranu přední plachty, zhorší její tvar a sníží tažnou sílu (obrázek 22, b). Stejný efekt vyvolává příliš zakřivený výložník.

Pohyb plachetnice ve větru je ve skutečnosti určen prostým tlakem větru na její plachtu, který tlačí loď vpřed. Výzkum v aerodynamickém tunelu však ukázal, že plachtění proti větru vystavuje plachtu složitějšímu souboru sil.

Když přiváděný vzduch obtéká konkávní zadní plochu plachty, rychlost vzduchu klesá, zatímco při obtékání konvexní přední plochy plachty se tato rychlost zvyšuje. V důsledku toho se na zadním povrchu plachty vytvoří oblast vysokého tlaku a na předním povrchu oblast nízkého tlaku. Rozdíl tlaků na obou stranách plachty vytváří tažnou (tlačnou) sílu, která posouvá jachtu vpřed pod úhlem vůči větru.

Plachetní jachta umístěná přibližně v pravém úhlu k větru (v námořní terminologii je jachta obrácená) se rychle pohybuje vpřed. Plachta je vystavena tahu a bočním silám. Pokud plachetní jachta pluje pod ostrým úhlem vůči větru, její rychlost se zpomaluje v důsledku snížení tažné síly a zvýšení boční síly. Čím více je plachta natočena směrem k zádi, tím pomaleji se jachta pohybuje vpřed, zejména kvůli velké boční síle.

Plachetní jachta nemůže plout přímo proti větru, ale může se pohybovat vpřed provedením série krátkých klikatých pohybů pod úhlem vůči větru, nazývaných cvočky. Pokud vítr fouká na levou stranu (1), říká se, že jachta pluje na větru zleva, pokud fouká na pravoboku (2), říká se, že pluje na větru zprava. Aby jachtař urazil vzdálenost rychleji, snaží se zvýšit rychlost jachty na limit úpravou polohy její plachty, jak je znázorněno na obrázku níže vlevo. Aby se minimalizovala odchylka na stranu od přímky, jachta se pohybuje a mění kurs z větru zprava na levoboček a naopak. Když jachta změní kurz, plachta se přehodí na druhou stranu a když se její rovina shoduje s čárou větru, nějakou dobu vlaje, tzn. je neaktivní (obrázek uprostřed pod textem). Jachta se ocitá v tzv. mrtvé zóně, ztrácí rychlost, dokud vítr opět nenafoukne plachtu z opačného směru.

Vliv větru na loď je dán jeho směrem a silou, tvarem a velikostí plochy plachty lodi, umístěním středu plachty, hodnotami ponoru, náklonu a trimu.

Působení větru v úhlech kurzu 0-110° způsobuje ztrátu rychlosti a při velkých úhlech kurzu a síle větru nepřesahující 3-4 body mírné zvýšení rychlosti.

Působení větru v rozmezí 30-120° je doprovázeno snosem a valením.

Pohybující se loď je ovlivňována relativním (zdánlivým) větrem, který souvisí se skutečným v následujících vztazích (obr. 7.1)(2):

Kde Vi je skutečná rychlost větru, m/s;

VK-zdánlivá rychlost větru, m/s;

V0 - rychlost lodi, m/s;

Úhel snosu lodi βo, stupně.

Yk - zdánlivý úhel větru;

Yi je skutečný úhel větru.

Specifický tlak větru na loď v kgf/m se vypočítá pomocí vzorce

Kde W je rychlost větru, m/s.

Rýže. 7.1. Vztah mezi skutečným a zdánlivým větrem

Rýže. 7.2. Efekt náklonového momentu

Takže během hurikánu, když rychlost větru dosáhne 40-50 m/s, zatížení větrem dosáhne 130-200 kgf/m2.

Celkový tlak větru na loď se určí z výrazu P = pΩ, kde je plocha plachty lodi.

Velikost klopného momentu Mkr (obr. 7.2) v kgf m pro případ ustáleného pohybu a působení tlakové síly větru P kolmo na DP lodi se určí z výrazu.

Kde zn je ordináta středu plachty, m;

T - průměrný ponor lodi, m.

Nejvýraznější vliv na loď má rozbouřené moře. Je doprovázena působením výrazných dynamických zatížení na trup a rolováním lodi. Při plavbě na rozbouřeném moři se zvyšuje odolnost lodního trupu a zhoršují se podmínky pro společný chod lodních šroubů, trupu a hlavních motorů.

Rýže. 7.3. Vlnové prvky

V důsledku toho klesá rychlost, zvyšuje se zatížení hlavních motorů, zvyšuje se spotřeba paliva a snižuje se dojezd lodi. Tvar a velikost vln charakterizují následující prvky (obr. 7.3):

Výška vlny h - vertikální vzdálenost od vrcholu ke spodní části vlny;

Vlnová délka λ je vodorovná vzdálenost mezi dvěma sousedními hřebeny nebo prohlubněmi;

Perioda vlny t je časový úsek, během kterého vlna urazí vzdálenost rovnou její délce (3);

Rychlost vlny C je vzdálenost, kterou vlna urazí za jednotku času.

Podle původu se vlny dělí na vlny větrné, přílivové, anemobarické, zemětřesné (tsunami) a vlny lodní. Nejběžnější jsou větrné vlny. Existují tři typy vln: větrné, vlnité a smíšené. Vlny větru se rozvíjejí, jsou pod přímým vlivem větru, na rozdíl od vlnobití, což je inerciální vlna, nebo vlny způsobené bouřkovým větrem vanoucím v odlehlé oblasti. Profil vlny větru není symetrický. Jeho závětrný sklon je strmější než ten návětrný. Na vrcholcích větrných vln se tvoří vyvýšeniny, jejichž vrcholy se vlivem větru bortí, tvoří pěnu (beránky) a při silném větru se odtrhávají. Směr větru a směr větrných vln na otevřeném moři se zpravidla shodují nebo liší o 30-40 °. Velikost větrných vln závisí na rychlosti větru a době jeho působení, délce dráhy proudění větru nad vodní hladinou a hloubce oblasti (tab. 7.1).

TABULKA 7.1. MAXIMÁLNÍ HODNOTY VLNOVÝCH PRVKŮ PRO HLUBNÉ MOŘE (Н/Λ > 1/2)

Nejintenzivnější růst vln je pozorován u poměru C/W< 0,4-0,5. Дальнейшее увеличение этого отношения сопровождается уменьшением роста волн. По­этому волны опасны не в момент наибольшего ветра, а при последующем его ослаблении.

Pro přibližné výpočty průměrné výšky vlny ustálených vln oceánu se používají následující vzorce:

S větrem do 5 bodů

Když je vítr nad 5 bodů

Kde B je síla větru v bodech na Beaufortově stupnici (§ 23.3).

V podmínkách rozvinutých vln dochází k interferenci jednotlivých vln (do 2 % z celkového počtu i více), které dosahují maximálního rozvoje a překračují průměrnou výšku vln dvakrát až třikrát. Takové vlny jsou obzvláště nebezpečné.

K superpozici jednoho vlnového systému na druhý dochází nejintenzivněji při změně směru větru, častém střídání bouřkových větrů a před frontou tropických cyklón (4).

Energie vln rozvinutých vln je výjimečně vysoká. Pro unášení lodi lze dynamický účinek vln určit z výrazu p=0,1 τ², kde τ je skutečná perioda vlny, s.

Pro periody vlny asi 6-10 s může tedy hodnota P dosáhnout působivých hodnot (3,6-10 t/m²).

Když se loď pohybuje proti vlně, dynamický účinek vln se zvýší úměrně druhé mocnině rychlosti lodi, vyjádřené v metrech za sekundu.

Vlnová délka v metrech, rychlost v metrech za sekundu a perioda v sekundách spolu souvisí následujícími vztahy:

Prakticky se pohybující loď nenarazí na skutečnou, ale relativní (zdánlivou) vlnovou periodu τ", která je určena z výrazu

Kde a je úhel sklonu čela hřebene vlny, měřený podél kterékoli strany.

Plus se týká případu pohybu proti vlně, mínus - podél vlny.

Při změně kurzu je loď umístěna vzhledem ke snížené vlnové délce λ":

Povaha valení lodi má komplexní vztah mezi vlnovými prvky (h, λ, τ a C) a lodními prvky (L, D, T1,2 a δ).

Bezpečnost lodi z hlediska stability je dána nejen její konstrukcí a rozložením zatížení, ale také jejím kurzem a rychlostí. V podmínkách rozvinutých vln se tvar stávající vodorysky průběžně mění. Podle toho se mění tvar ponořené části trupu, ramena tvarové stability a vratné momenty.

Pobyt lodi na dně vlny je doprovázen nárůstem vzpřimovacích momentů. Zůstat lodi (zejména po dlouhou dobu) na hřebeni vlny je nebezpečné a může vést k převrácení. Nejnebezpečnější je rezonanční odvalování, při kterém je perioda vlastních kmitů lodi T1,2 rovna viditelné (pozorované) periodě vlny?" Charakter palubního rezonančního valení je znázorněn na obr. 7.4. Jak vyplývá z Obr. na obrázku je jev rezonance pozorován v poměru 0,7< T1 /τ" < 1,3

Rezonanční kývání je zvláště nebezpečné, když je loď umístěna se zpožděním směrem k vlně.
Když loď sleduje kurs proti vlně, výrazně se zvyšují ztráty rychlosti, odhalují se konce a dochází k náhlým nárůstům rychlosti. Vlnové dopady na spodek přídě (fenomén slamming) mohou vést k deformaci trupu a vytržení jednotlivých mechanismů a zařízení od základů.

Při sledování vlny je loď méně náchylná k nárazům vln. Jeho následování po vlně rychlostí blízkou rychlosti vlny VK = (0,6--1,4) C (loď „jela“ na vlně) vede k prudké ztrátě boční stability v důsledku změny tvaru a plochy. stávající vodorysky, a to vede ke vzniku gyroskopického momentu působícího v rovině vodorysky a výrazně zhoršuje ovladatelnost lodi.

Rýže. 7.4. Rezonanční pitching

Nejnebezpečnější plavba malé lodi je v příznivém moři, kdy λ=L lodi a VK=C.

Univerzální schéma rozteče Yu.V. Remeza

Univerzální rolovací diagram určuje závislost pozorovaných vlnových prvků na změnách prvků pohybu lodi.

Diagram se vypočítá pomocí vzorce

Kde V je rychlost lodi, uzly.

Diagram určuje vztah mezi X a V sin a pro různé hodnoty m. Je konstruován vzhledem k převládajícímu vlnovému systému, který lze identifikovat na jakékoli úrovni moře a má nejvýznamnější vliv na pohyb lodi (§ 23.4 Univerzální diagram lze použít pouze v oblastech s dostatečně velkou hloubkou (více než 0,4X vlny).

Použití univerzálního pitching diagramu umožňuje vyřešit následující hlavní problémy:
- určit kurz a rychlost, kterou se loď může dostat do polohy rezonančního náklonu (náklonu a bočního);

Určete vlnovou délku v oblasti plachtění;

Určete sektory kurzu a rozsahy rychlostí, ve kterých loď zažije silné převalování, blízké rezonanci;

Určete kurzy a rychlosti, při kterých bude loď v nejnebezpečnějším stavu snížené boční stability;

Určete kursy a rychlosti, při kterých loď zažije fenomén „bouchnutí“.

(1) Další nárůst větru je doprovázen větrnými vlnami, které snižují rychlost lodi.
(2) Souřadnice skutečného větru se vztahují k Zemi a zdánlivý vítr k lodi.
(3) V praxi k pohybu vodních částic ve vlnách větru dochází na drahách tvarově blízkých kružnici nebo elipse, pohybuje se pouze vlnový profil.
(4) Povaha vzniku vln a její souvislost s větrnými prvky jsou podrobně probrány v kurzu oceánografie.