Tuuli ei määrää suunnan, vaan purje. Aihe: "Purjeveneen liikkeen fysiikka

Ennen kuin tarkastelet purjeen toimintaa, on kaksi lyhyttä mutta tärkeää huomioitavaa:
1. Selvitä, millainen tuuli vaikuttaa purjeisiin.
2.Keskustele erityisistä merenkulun terminologiasta, joka liittyy kurssiin suhteessa tuuleen.

Todelliset ja näennäiset tuulet purjehduksessa.

Tuuli, joka vaikuttaa liikkuvaan laivaan ja kaikkeen siinä on erilainen kuin se, joka vaikuttaa mihin tahansa paikallaan olevaan esineeseen.
Itse asiassa tuulta ilmakehän ilmiönä, joka puhaltaa suhteessa maahan tai veteen, kutsutaan oikeaksi tuuleksi.
Purjehduksessa tuulta suhteessa liikkuvaan jahtiin kutsutaan näennäistuuleksi ja se on todellisen tuulen ja aluksen liikkeen aiheuttaman vastaantulevan ilmavirran summa.
Näennäinen tuuli puhaltaa aina jyrkemmässä kulmassa veneeseen nähden kuin todellinen tuuli.
Näennäinen tuulen nopeus voi olla suurempi (jos todellinen tuuli on vastatuuli tai sivutuuli) tai pienempi kuin todellinen tuuli (jos se tulee myötätuulesta).

Suunta tuuleen nähden.

Tuulessa tarkoittaa suunnasta, josta tuuli puhaltaa.
Myötätuuleen- tuulen suunnasta.
Näitä termejä sekä niiden johdannaisia, kuten "tuuleen", "leeward", käytetään erittäin laajasti, eikä vain purjehduksessa.
Kun näitä termejä sovelletaan laivaan, on tapana puhua myös tuuli- ja tuulenpuoleista.
Jos tuuli puhaltaa jahdin oikealta puolelta, tätä puolta kutsutaan tuulen puolelle, vasen puoli - suojanpuoleinen vastaavasti.
Vasemma ja oikea luovi ovat kaksi termiä, jotka liittyvät suoraan edellisiin: jos tuuli puhaltaa laivan oikealle puolelle, niin sanotaan, että se purjehtii oikealla puolella, jos se on vasemmalla, niin vasemmalla.
Englannin merenkulun terminologiassa oikea ja vasemmalle liittyvät asiat eroavat tavallisesta oikeasta ja vasemmasta. He sanovat oikeasta oikeasta puolelta ja kaikesta siihen liittyvästä ja vasemmasta vasemmasta.

Kurssit suhteessa tuuleen.

Tuuleen suhteutetut kurssit vaihtelevat näennäisen tuulen suunnan ja aluksen liikesuunnan välisen kulman mukaan. Ne voidaan jakaa akuuttiin ja täyteen.

Lähiveto on jyrkkä kurssi tuuleen nähden. kun tuuli puhaltaa alle 80° kulmassa. Voi olla jyrkkä lähituuli (jopa 50°) tai täysi lähituuli (50 - 80°).
Täydet tuuleen suhteutetut kurssit ovat kursseja, joissa tuuli puhaltaa vähintään 90° kulmassa veneen kulkusuuntaan nähden.
Nämä kurssit sisältävät:
Gulfwind - tuuli puhaltaa 80-100° kulmassa.
Backstay - tuuli puhaltaa kulmassa 100 - 150° (jyrkkä backstay) ja 150 - 170° (täysi backstay).
Fordewind - tuuli puhaltaa taaksepäin yli 170° kulmassa.
Vasemmisto - tuuli on tiukasti vastatuulta tai lähellä sitä. Koska purjelaiva ei voi liikkua tällaista tuulta vastaan, sitä ei usein kutsuta kurssiksi, vaan asemaksi suhteessa tuuleen.

Liikkeet tuuleen nähden.

Kun purjeen alla oleva jahti muuttaa kurssiaan siten, että tuulen ja liikesuunnan välinen kulma pienenee, laivan sanotaan olevan on annettu. Toisin sanoen litistäminen tarkoittaa kulkemista terävämmässä kulmassa tuuleen nähden.
Jos tapahtuu käänteinen prosessi, eli jahti muuttaa kurssia kohti sen ja tuulen välisen kulman kasvattamista, alus putoaa pois .
Selvennetään, että termejä ("lyijy" ja "putoaminen") käytetään, kun vene muuttaa kurssia suhteessa tuuleen saman luovin sisällä.
Jos alus vaihtaa luovitusta, niin (ja vain silloin!) tällaista purjehdusliikettä kutsutaan käännökseksi.
On kaksi erilaista tapaa vaihtaa luovuutta ja vastaavasti kaksi kierrosta: takki Ja jibe .
Takki on kääntyminen tuuleen. Alusta ajetaan, veneen keula ylittää tuulilinjan, jossain vaiheessa alus kulkee vasemmanpuoleisen asennon läpi, jonka jälkeen se makaa toisella luolalla.
Purjehdus, kun jibejä tapahtuu päinvastoin: laiva putoaa, perä ylittää tuulilinjan, purjeet siirtyvät toiselle puolelle, jahti makaa toisella luovilla. Useimmiten tämä on käännös täydeltä kurssilta toiselle.

Purjehdus purjehduksen aikana.

Purjehtijan yksi tärkeimmistä haasteista purjeiden kanssa työskennellessä on purjeen suuntaaminen optimaaliseen kulmaan suhteessa tuuleen, jotta purjeet liikkuvat parhaiten eteenpäin. Tätä varten sinun on ymmärrettävä, kuinka purje on vuorovaikutuksessa tuulen kanssa.
Purjeen työ on monella tapaa samanlainen kuin lentokoneen siiven työ ja tapahtuu aerodynamiikan lakien mukaan. Erityisen uteliaat purjehtijat voivat oppia lisää purjeen aerodynamiikasta siivenä artikkelisarjassa:. Mutta on parempi tehdä tämä tämän artikkelin lukemisen jälkeen siirtymällä vähitellen helposta monimutkaisempaan materiaaliin. Tosin kenelle kerron tämän? Todelliset purjehtijat eivät pelkää vaikeuksia. Ja voit tehdä kaiken juuri päinvastoin.

Suurin ero purjeen ja lentokoneen siiven välillä on se, että aerodynaamisen voiman ilmaantumiseen purjeeseen tarvitaan tietty nollasta poikkeava kulma sen ja tuulen välillä; tätä kulmaa kutsutaan hyökkäyskulmaksi. Lentokoneen siiven profiili on epäsymmetrinen ja se voi toimia normaalisti nollakohtauskulmassa, mutta purje ei.
Tuulen kiertäessä purjetta syntyy aerodynaaminen voima, joka lopulta siirtää jahtia eteenpäin.
Tarkastellaan purjeen toimintaa purjehduksessa eri kursseilla suhteessa tuuleen. Ensin yksinkertaisuuden vuoksi kuvitellaan, että yksipurjeinen masto kaivetaan maahan ja voimme suunnata tuulen eri kulmiin purjeeseen nähden.

Kohtautumiskulma 0°. Tuuli puhaltaa pitkin purjetta, purje leijuu kuin lippu. Purjeessa ei ole aerodynaamista voimaa, on vain vastusvoima.
Kohtautumiskulma 7°. Aerodynaaminen voima alkaa ilmaantua. Se on suunnattu kohtisuoraan purjeeseen nähden ja on edelleen pieni.
Iskukulma on noin 20°. Aerodynaaminen voima on saavuttanut maksimiarvonsa ja se on suunnattu kohtisuoraan purjeeseen nähden.
Iskukulma 90°. Edelliseen tapaukseen verrattuna aerodynaaminen voima ei muuttunut merkittävästi suuruuden tai suunnan suhteen.
Näin ollen näemme, että aerodynaaminen voima on aina suunnattu kohtisuoraan purjeeseen nähden ja sen suuruus ei käytännössä muutu kulma-alueella 20 - 90°.
Yli 90°:n kohdistuskulmia ei ole järkevää harkita, koska jahdin purjeet eivät yleensä ole asetettu sellaisiin kulmiin tuuleen nähden.

Edellä mainitut aerodynaamisen voiman riippuvuudet iskukulmasta ovat suurelta osin yksinkertaistettuja ja keskiarvotettuja.
Itse asiassa nämä ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti purjeen muodon mukaan. Esimerkiksi pitkän, kapean ja melko litteän kilpapurjeen suurin aerodynaaminen voima on noin 15°:n kohtauskulmassa, korkeammissa kulmissa voima on hieman pienempi. Jos purje on vatsampi eikä sillä ole kovin suurta kuvasuhdetta, siihen kohdistuva aerodynaaminen voima voi olla suurin noin 25-30°:n kohtauskulmassa.

Katsotaan nyt kuinka purje toimii jahdilla.

Yksinkertaisuuden vuoksi kuvitellaan, että jahdissa on vain yksi purje. Olkoon se luola.
Ensinnäkin kannattaa katsoa, ​​miten jahti + purjejärjestelmä käyttäytyy liikkuessaan tuuleen nähden jyrkimmällä kurssilla, sillä tämä herättää yleensä eniten kysymyksiä.

Oletetaan, että tuuli vaikuttaa veneeseen 30-35° kulmassa runkoon nähden. Suuntaamalla purje kurssille noin 20° kulmassa tuuleen nähden, saadaan siihen riittävä aerodynaaminen voima A.
Koska tämä voima vaikuttaa suorassa kulmassa purjeeseen nähden, näemme, että se vetää jahtia voimakkaasti sivulle. Jakamalla voiman A kahdeksi komponentiksi, voit nähdä, että eteenpäin työntövoima T on useita kertoja pienempi kuin venettä sivuttain työntävä voima (D, drift force).
Mikä saa jahdin liikkumaan eteenpäin tässä tapauksessa?
Tosiasia on, että rungon vedenalaisen osan rakenne on sellainen, että rungon sivuliikenteestä (ns. sivuttaisvastus) on myös useita kertoja suurempi vastus kuin eteenpäinliikkeen vastus. Tätä helpottaa köli (tai keskilevy), peräsin ja rungon muoto.
Sivuttaisvastusta syntyy kuitenkin silloin, kun jotain on vastustettavaa, eli sen käynnistyminen vaatii rungon jonkin verran sivusuunnassa siirtymistä, ns. tuulen ajamista.

Tämä siirtymä tapahtuu luonnollisesti aerodynaamisen voiman sivukomponentin vaikutuksesta, ja vasteena syntyy välittömästi sivuttainen vastusvoima S, joka on suunnattu vastakkaiseen suuntaan. Yleensä ne tasapainottavat toisiaan noin 10-15°:n kulmassa.
On siis selvää, että aerodynaamisen voiman sivuttaiskomponentti, joka on voimakkain jyrkillä kursseilla tuuleen nähden, aiheuttaa kaksi ei-toivottua ilmiötä: tuulen ajautumisen ja kallistumisen.

Tuulen ajautuminen tarkoittaa, että jahdin lentorata ei ole sama kuin sen keskilinja (halkaisijataso tai DP on älykäs termi keula-perälinjalle). Jahti siirtyy jatkuvasti tuuleen, liikkuen kuin hieman sivuttain.
Tiedetään, että purjehtiessa lähiradalla keskimääräisissä sääolosuhteissa tuulen poikkeama kulmana DP:n ja todellisen lentoradan välillä on noin 10-15°.

Etene tuulta vastaan. Tacking.

Koska purjeiden alla purjehdus ei ole mahdollista tiukasti tuulta vastaan ​​ja liikkua voi vain tietyssä kulmassa, olisi hyvä saada käsitys siitä, kuinka jyrkästi jahti voi liikkua asteina tuuleen nähden. Ja mikä on vastaavasti se hidas kurssisektori tuuleen nähden, jossa liikkuminen tuulta vastaan ​​on mahdotonta.
Kokemus on osoittanut, että tavallinen risteilyjahti (ei kilpavene) voi purjehtia tehokkaasti 50-55° kulmassa todelliseen tuuleen nähden.

Siten, jos tavoite, joka on saavutettava, sijaitsee tiukasti tuulta vasten, siihen purjehdus ei tapahdu suorassa linjassa, vaan siksakissa ensin yhdellä luovilla, sitten toisella. Tässä tapauksessa jokaisessa luovissa sinun on luonnollisesti yritettävä purjehtia mahdollisimman jyrkästi tuuleen. Tätä prosessia kutsutaan tackingiksi.

Kahden vierekkäisen luovin jahtien lentoratojen välistä kulmaa luovittaessa kutsutaan luovimiseksi. Ilmeisesti, kun liikkeen terävyys tuuleen on 50-55°, luovikulma on 100-110°.

Luovikulman suuruus osoittaa, kuinka tehokkaasti voimme liikkua kohti kohdetta, jos se on tiukasti tuulta vasten. Esimerkiksi 110°:n kulmassa reitti kohteeseen kasvaa 1,75 kertaa verrattuna suorassa liikkumiseen.

Purjehdus muilla kursseilla suhteessa tuuleen

On selvää, että jo kuilutuulen kurssilla työntövoima T ylittää merkittävästi ryömintävoiman D, joten ryömintä ja kallistus jäävät pieneksi.

Kuten näemme, backstaylla ei ole paljon muuttunut Gulfwind-kurssiin verrattuna. Isopurje on sijoitettu asentoon, joka on lähes kohtisuorassa DP:tä vastaan, ja tämä asento on äärimmäinen useimmille huviveneille, ja sitä on teknisesti mahdotonta siirtää pidemmälle.

Isopurjeen sijainti jibe-radalla ei eroa asennosta backstay-radalla.
Tässä yksinkertaisuuden vuoksi, kun tarkastellaan purjehduksen prosessin fysiikkaa, otamme huomioon vain yhden purjeen - isopurjeen. Tyypillisesti huviveneessä on kaksi purjetta - isopurje ja jääpurje (headsail). Joten jibiradalla puomi (jos se sijaitsee samalla puolella isopurjeen kanssa) on isopurjeen tuulen varjossa eikä käytännössä toimi. Tämä on yksi useista syistä, miksi jibit eivät ole veneilijöiden suosikkeja.

Tuulet, jotka puhaltavat länteen eteläisellä Tyynellämerellä. Siksi reittimme suunniteltiin niin, että purjeveneellä "Juliet" siirrytään idästä länteen, eli niin, että tuuli puhaltaa takaamme.

Mutta jos katsot reittiämme, huomaat, että usein esimerkiksi siirryttäessä etelästä pohjoiseen Samoalta Tokelauhun jouduimme liikkumaan kohtisuoraan tuuleen nähden. Ja joskus tuulen suunta vaihtui täysin ja jouduimme ajamaan vastatuulta.

Julian reitti

Mitä tehdä tässä tapauksessa?

Purjelaivat ovat jo pitkään pystyneet purjehtimaan tuulta vastaan. Klassikko Yakov Perelman kirjoitti tästä kauan sitten hyvin ja yksinkertaisesti toisessa kirjassaan sarjasta "Viihdyttävä fysiikka". Esitän tämän teoksen tässä sanatarkasti kuvien kera.

"Purjehdus tuulta vastaan

On vaikea kuvitella, kuinka purjelaivat voivat kulkea "vastatuulta" - tai, kuten merimiehet sanovat, "lähiveto". Totta, merimies kertoo sinulle, että et voi purjehtia suoraan tuulta vastaan, mutta voit liikkua vain terävässä kulmassa tuulen suuntaan nähden. Mutta tämä kulma on pieni - noin neljännes suorasta kulmasta - ja näyttää ehkä yhtä käsittämättömältä: purjehditaanko suoraan tuulta vastaan ​​vai 22° kulmassa siihen nähden.

Todellisuudessa tämä ei kuitenkaan ole välinpitämätöntä, ja nyt selitämme kuinka sitä kohti on mahdollista liikkua pienessä kulmassa tuulen voimalla. Ensin katsotaan kuinka tuuli yleensä vaikuttaa purjeeseen, eli mihin se työntää purjetta puhaltaessaan siihen. Luultavasti luulet, että tuuli työntää purjetta aina siihen suuntaan, johon se puhaltaa. Mutta näin ei ole: missä tahansa tuuli puhaltaa, se työntää purjetta kohtisuorassa purjeen tasoon nähden. Todellakin: anna tuulen puhaltaa alla olevan kuvan nuolten osoittamaan suuntaan; viiva AB edustaa purjetta.

Tuuli työntää purjetta aina suorassa kulmassa sen tasoon nähden.

Koska tuuli painaa tasaisesti koko purjeen pintaa, korvaamme tuulenpaineen purjeen keskelle kohdistetulla voimalla R. Jaamme tämän voiman kahteen osaan: voima Q, joka on kohtisuorassa purjeeseen nähden, ja voima P, joka suunnataan sitä pitkin (katso kuva yllä, oikealla). Viimeinen voima ei työnnä purjetta mihinkään, koska tuulen kitka kankaalle on merkityksetön. Voima Q pysyy, mikä työntää purjeen suorassa kulmassa siihen nähden.

Tämän tietäen voimme helposti ymmärtää, kuinka purjelaiva voi purjehtia terävässä kulmassa tuulta kohti. Olkoon viiva KK edustava aluksen kölilinjaa.

Kuinka voit purjehtia tuulta vastaan?

Tuuli puhaltaa terävässä kulmassa tähän linjaan nuolien osoittamaan suuntaan. Linja AB edustaa purjetta; se on sijoitettu siten, että sen taso puolittaa kölin suunnan ja tuulen suunnan välisen kulman. Seuraa voimien jakautumista kuvassa. Esitämme tuulen painetta purjeeseen voimalla Q, jonka tiedämme olevan kohtisuorassa purjeeseen nähden. Jaetaan tämä voima kahteen: voimaksi R, joka on kohtisuorassa köliin nähden, ja voimaksi S, joka suuntautuu eteenpäin aluksen kölilinjaa pitkin. Koska laivan liike R-suunnassa kohtaa voimakasta veden vastusta (purjelaivojen köli on hyvin syvä), on voima R lähes täysin tasapainotettu veden vastuksen kanssa. Jäljellä on vain yksi voima S, joka, kuten näet, on suunnattu eteenpäin ja siten liikuttaa alusta kulmassa, ikään kuin tuulta kohti. [Voidaan osoittaa, että voima S on suurin, kun purjeen taso puolittaa kölin ja tuulen suunnan välisen kulman.]. Tyypillisesti tämä liike suoritetaan siksakina, kuten alla olevasta kuvasta näkyy. Merimiesten kielellä tällaista laivan liikettä kutsutaan "luovutukseksi" sanan varsinaisessa merkityksessä."

Otetaan nyt huomioon kaikki mahdolliset tuulen suunnat suhteessa veneen suuntaan.

Kaavio aluksen suunnasta suhteessa tuuleen, eli tuulen suunnan ja perästä keulaan suuntautuvan vektorin välinen kulma (kurssi).

Kun tuuli puhaltaa naamaan (leventik), purjeet roikkuvat sivulta toiselle eikä purjeen mukana pääse liikkumaan. Tietysti aina voi laskea purjeet ja käynnistää moottorin, mutta tällä ei ole enää mitään tekemistä purjehduksen kanssa.

Kun tuuli puhaltaa suoraan takanasi (jibe, myötätuuli), kiihdytetyt ilmamolekyylit painavat purjetta toisella puolella ja vene liikkuu. Tässä tapauksessa alus voi liikkua vain hitaammin kuin tuulen nopeus. Tässä toimii analogia pyörällä ajamisesta tuulessa - tuuli puhaltaa selästäsi ja polkimia on helpompi kääntää.

Vastatuulta liikuttaessa (lähiveto) purje ei liiku purjeeseen takaapäin kohdistuvien ilmamolekyylien paineen vuoksi, kuten jiibin tapauksessa, vaan erilaisten ilmannopeuksien aiheuttaman nostovoiman takia. molemmin puolin purjetta pitkin. Lisäksi kölin takia vene ei liiku kohtisuoraan veneen kurssiin nähden, vaan vain eteenpäin. Eli tässä tapauksessa purje ei ole sateenvarjo, kuten lähipurjeessa, vaan lentokoneen siipi.

Kuljetuksissamme purjehdimme pääosin selkätuilla ja kuilutuulella keskinopeudella 7-8 solmua tuulen nopeudella 15 solmua. Joskus purjehdimme vastatuulessa, puolituulessa ja lähituulessa. Ja kun tuuli tyyntyi, he käynnistivät moottorin.

Yleisesti ottaen vene, jossa on purje vastatuuleen, ei ole ihme, vaan todellisuus.

Mielenkiintoisin asia on, että veneet voivat purjehtia paitsi tuulta vastaan, myös tuulta nopeammin. Tämä tapahtuu, kun vene seisoo taakse luoden oman tuulensa.

Purjeen alla olevaan veneeseen vaikuttaa kaksi ympäristöä: purjeeseen ja veneen vedenpäälliseen osaan vaikuttava ilmavirta sekä veneen vedenalaiseen osaan vaikuttava vesi.

Purjeen muodon ansiosta vene pääsee liikkumaan myös epäsuotuisimmassa tuulessa (lähiveto).

Purje muistuttaa siipeä, jonka suurin taipuma on 1/3 - 1/4 purjeen leveydestä poispäin luffista ja jonka arvo on 8 - 10 % purjeen leveydestä (kuva 18).

Riisi. 18. Purjeprofiili: B - purjeen leveys jännettä pitkin (I.I. Khomyakov, 1976 mukaan).

Jos tuulella on suunta SISÄÄN(Kuva 19, a), kohtaa matkalla purjeen, se kiertää sen molemmilta puolilta. Purjeen tuulenpuoleinen puoli luo suuremman paineen (+) kuin tuulenpuoleinen puoli (-). Painevoimien resultantti muodostaa voiman R, joka on suunnattu kohtisuoraan purjeen tai luffin läpi kulkevan jänteen tasoon nähden ja kiinnitetty purjeen keskelle prosessori(Kuva 19, b).

Riisi. 19 Veneen purjeeseen ja runkoon vaikuttavat voimat (I.I. Khomyakovin mukaan, 1976):

a on tuulen vaikutus purjeeseen; b - tuulen vaikutus purjeeseen ja veden vaikutus veneen runkoon.

Pakottaa R hajoaa vetovoimaksi T, suunnattu samansuuntaisesti diametraalisen tason kanssa ( DP). D, suunnattu kohtisuoraan DP, jolloin vene ajelehtii ja rullaa.

Pakottaa R riippuu tuulen nopeudesta ja suunnasta purjeeseen nähden. Sitä enemmän Ðb tuulen suunnan välillä SISÄÄN ja purjeen kone PP, sitä suurempi teho R. Jos Ðb = 90°, voimaa R saavuttaa maksimiarvonsa.

Voimat T Ja D riippuu Ðg välillä DP vene ja purjeen kone. Lisäyksen kanssa Ðg pakottaa T lisääntyy ja vahvuus D vähenee.

Veden vaikutus veneeseen riippuu pitkälti sen vedenalaisen osan muodoista.

Kuva 20. Purjeen oikea asento eri tuulensuunnissa (I.I. Khomyakov, 1976 mukaan): a - kaukoveto; b - Gulfwind, c - jibe.

Huolimatta siitä, että lähituulessa ajelehtivoima D ylittää vetovoiman T, vene liikkuu eteenpäin. Tässä tulee esiin sivuvastus. R 1 rungon vedenalainen osa, joka on monta kertaa suurempi kuin vastus R.

Pakottaa D, rungon vastustuksesta huolimatta puhaltaa silti veneen pois kurssiviivasta. Käännetty DP ja veneen todellisen liikkeen suunta IPÐ a jota kutsutaan ajokulmaksi. Mitä terävämpi välinen kulma DP ja tuulen suunta, sitä suurempi ryömintäkulma, koska terävissä kulmissa vetovoima T on merkityksetön ja vene, jolla ei ole riittävää liikettä eteenpäin, puhalletaan tuuleen. Lähituulessa, joka on jyrkempi kuin 40-45°, vene ei voi liikkua eteenpäin.

Näin ollen veneen suurin työntövoima ja pienin ryömintä saadaan valitsemalla veneen keskitason ja purjeen tason suotuisin sijainti tuuleen nähden. On todettu, että välinen kulma DP veneen ja purjeen tason tulee olla puolet Ð A keskitason ja tuulen suunnan välillä. Kuvassa 20 on esitetty purjeen oikea asento lähituulessa (a), puolituulessa (b) ja jibe (c) tuulessa.

Kun valitset purjeen asennon suhteessa DP ja tuuli, veneen esimiestä ei ohjaa todellinen, vaan näennäinen (näennäinen) tuuli, jonka suunnan määrää veneen nopeuden ja todellisen tuulen nopeuden resultantti (kuva 21).

Kuva 21. Näennäinen tuuli.

b ja - todellinen tuuli; V w - tuuli veneen liikkeestä;

Ilmeisessä tuulessa.

Riisi. 22. Puomin asennus suhteessa etupurjeeseen (I.I. Khomyakov, 1976 mukaan):

a - oikein; b - väärin.

Etupurjeen edessä sijaitseva puomi toimii säleenä. Puomin ja etupurjeen välissä kulkeva ilmavirta vähentää painetta etupurjeen tuulen puolella ja siten lisää sen pollarivoimaa. Tämä tapahtuu vain, jos puomien välinen kulma ja DP veneet ovat hieman suurempia kuin kulma etupurjeen ja DP(Kuva 22, a). Jos puomi painetaan DP, silloin ilmavirta osuu etupurjeen suojapuolelle, huonontaa sen muotoa ja vähentää vetovoimaa (kuva 22, b). Saman vaikutuksen tuottaa liian kaareva puomi.

Purjeveneen liikkeen tuulessa määrää itse asiassa yksinkertainen tuulen purjeeseen kohdistuva paine, joka työntää alusta eteenpäin. Tuulitunnelitutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että purjehtiminen vastatuulessa altistaa purjeen monimutkaisemmille voimille.

Kun tuleva ilma virtaa purjeen koveran takapinnan ympäri, ilman nopeus pienenee, kun taas purjeen kuperan etupinnan ympärillä virtaamalla tämä nopeus kasvaa. Tämän seurauksena purjeen takapinnalle muodostuu korkeapaineinen alue ja etupinnalle matalapaineinen alue. Purjeen molemmilla puolilla oleva paine-ero luo veto- (työntö)voiman, joka siirtää jahtia eteenpäin kulmassa tuuleen nähden.

Suunnilleen suorassa kulmassa tuuleen nähden (merenkulkuterminologiassa jahti on luovitettu) sijaitseva purjevene liikkuu nopeasti eteenpäin. Purjeeseen kohdistuu veto- ja sivuvoimia. Jos purjevene purjehtii terävässä kulmassa tuuleen nähden, sen nopeus hidastuu vetovoiman vähenemisen ja sivuvoiman lisääntymisen vuoksi. Mitä enemmän purjetta käännetään perää päin, sitä hitaammin jahti etenee erityisesti suuren sivuvoiman vuoksi.

Purjevene ei voi purjehtia suoraan tuuleen, mutta se voi liikkua eteenpäin tekemällä sarjan lyhyitä siksak-liikkeitä kulmassa tuuleen nähden, joita kutsutaan luoviksi. Jos tuuli puhaltaa vasemmalle puolelle (1), jahdin sanotaan purjehtivan vasemmalla luodilla, jos se puhaltaa oikealle (2), sen sanotaan purjehtivan oikealla luodilla. Päästäkseen matkaa nopeammin purjehtija yrittää nostaa jahdin nopeutta äärirajaan säätämällä purjeensa asentoa, kuten alla olevasta kuvasta vasemmalla. Minimoidakseen poikkeaman sivulle suoralta jahti liikkuu ja vaihtaa kurssia tyyrpuurista vasemmalle ja päinvastoin. Kun jahti muuttaa kurssia, purje heitetään toiselle puolelle ja kun sen kone osuu yhteen tuulen linjan kanssa, se leijuu jonkin aikaa, ts. ei ole aktiivinen (keskimmäinen kuva tekstin alla). Huvivene joutuu ns. kuolleelle alueelle, menettäen nopeutta, kunnes tuuli taas täyttää purjeen vastakkaisesta suunnasta.

Tuulen vaikutus laivaan määräytyy sen suunnan ja voimakkuuden, aluksen purjealueen muodon ja koon, purjeen keskipisteen sijainnin sekä syväyksen, kallistuksen ja trimmauksen arvoista.

Tuulen vaikutus suuntakulmissa 0-110° aiheuttaa nopeuden menetystä ja suurilla suuntakulmilla ja tuulen voimakkuudella enintään 3-4 pistettä - lievää nopeuden nousua.

Tuulen toimintaan 30-120° liittyy ajelehtia ja tuulen keinumista.

Liikkuvaan alukseen vaikuttaa suhteellinen (näennäinen) tuuli, joka liittyy todelliseen tuuliin seuraavissa suhteissa (Kuva 7.1)(2):

missä Vi on todellinen tuulen nopeus, m/s;

VK-ilmiötuulen nopeus, m/s;

V0 - laivan nopeus, m/s;

βo-laivan ryömintäkulma, astetta.

Yk - näennäinen tuulen kulma;

Yi on todellinen tuulen kulma.

Aluksen ominaistuulenpaine yksikössä kgf/m lasketaan kaavalla

Missä W on tuulen nopeus, m/s.

Riisi. 7.1. Todellisen ja näennäisen tuulen välinen suhde

Riisi. 7.2. Kallistusmomenttivaikutus

Joten hurrikaanin aikana, kun tuulen nopeus saavuttaa 40-50 m/s, tuulikuorma saavuttaa 130-200 kgf/m2.

Tuulen kokonaispaine alukseen määritetään lausekkeesta P = pΩ, jossa on aluksen purjepinta-ala.

Kallistusmomentin Mkr (kuva 7.2) suuruus kgf m:ssä tasaisen liikkeen tapauksessa ja tuulen painevoiman P vaikutus kohtisuorassa aluksen DP:tä vastaan ​​määritetään lausekkeesta

missä zn on purjeen keskipisteen ordinaatti, m;

T - aluksen keskisyväys, m.

Kovalla merellä on merkittävin vaikutus laivaan. Siihen liittyy merkittävien dynaamisten kuormien vaikutus runkoon ja aluksen vieriminen. Kovalla merellä purjehtiessa laivan rungon vastus kasvaa ja olosuhteet potkurien, rungon ja pääkoneiden yhteistoiminnalle huononevat.

Riisi. 7.3. Aaltoelementtejä

Tämän seurauksena nopeus laskee, pääkoneiden kuormitus kasvaa, polttoaineen kulutus kasvaa ja aluksen matkamatka pienenee. Aaltojen muotoa ja kokoa kuvaavat seuraavat elementit (kuva 7.3):

Aallon korkeus h - pystysuora etäisyys aallon yläosasta alaosaan;

Aallonpituus λ on kahden vierekkäisen harjan tai kourun välinen vaakasuora etäisyys;

Aaltojakso t on ajanjakso, jonka aikana aalto kulkee sen pituutta vastaavan matkan (3);

Aallonnopeus C on aallon kulkema matka aikayksikköä kohti.

Alkuperänsä perusteella aallot jaetaan tuuli-, vuorovesi-, anemobaari-, maanjäristys- (tsunami) ja laiva-aaltoiksi. Yleisimmät ovat tuulen aallot. Aaltoja on kolmen tyyppisiä: tuuli-, aallokko- ja sekaaaltoja. Tuuliaallot kehittyvät, ne ovat tuulen suoran vaikutuksen alaisia, toisin kuin turvotus, joka on inertiaaalto tai syrjäisellä alueella puhaltavan myrskytuulen aiheuttama aalto. Tuulen aaltoprofiili ei ole symmetrinen. Sen tuulenpuoleinen rinne on jyrkempi kuin tuulenpuoleinen. Tuulen aaltojen huipulle muodostuu harjuja, joiden huiput romahtavat tuulen vaikutuksesta muodostaen vaahtoa (lammasta) ja repeytyvät pois voimakkaissa tuuleissa. Tuulen suunta ja tuulen aaltojen suunta avomerellä ovat pääsääntöisesti samat tai eroavat 30-40°. Tuulen aaltojen koko riippuu tuulen nopeudesta ja vaikutuksen kestosta, tuulen vedenpinnan yli kulkevan reitin pituudesta ja alueen syvyydestä (taulukko 7.1).

TAULUKKO 7.1. AALTOELEMENTIEN MAKSIMIARVOT SYVÄMERELLA (Н/Λ > 1/2)

Voimakkain aallonkasvu havaitaan C/W-suhteella< 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.

Tasaisten valtameren aaltojen keskimääräisen aallonkorkeuden likimääräisiin laskelmiin käytetään seuraavia kaavoja:

Tuulilla jopa 5 pistettä

Kun tuuli on yli 5 pistettä

Missä B on tuulen voima pisteinä Beaufort-asteikolla (§ 23.3).

Kehittyneiden aaltojen olosuhteissa häiriöitä esiintyy yksittäisissä aalloissa (jopa 2% kokonaismäärästä tai enemmän), jotka saavuttavat suurimman kehityksen ja ylittävät keskimääräisen aallonkorkeuden kahdesta kolmeen kertaan. Tällaiset aallot ovat erityisen vaarallisia.

Aaltojärjestelmän superpositio toiselle tapahtuu voimakkaimmin tuulen suunnan muuttuessa, myrskytuulien vuorottelussa usein ja ennen trooppisten syklonien eturintamaa (4).

Kehittyneiden aaltojen aaltojen energia on poikkeuksellisen korkea. Laivan ajautuessa aaltojen dynaaminen vaikutus voidaan määrittää lausekkeesta p=0,1 τ², jossa τ on aallon todellinen jakso, s.

Näin ollen noin 6-10 sekunnin aaltojaksoilla P-arvo voi saavuttaa vaikuttavat arvot (3,6-10 t/m²).

Kun alus liikkuu aaltoa vastaan, aaltojen dynaaminen vaikutus kasvaa suhteessa laivan nopeuden neliöön, ilmaistuna metreinä sekunnissa.

Aallonpituus metreinä, nopeus metreinä sekunnissa ja jakso sekunneissa liittyvät toisiinsa seuraavilla suhteilla:

Käytännössä liikkuva alus ei kohtaa todellista, vaan suhteellista (näennäistä) aaltojaksoa τ", joka määritetään lausekkeesta

Missä a on aallonharjan rintaman suuntakulma, mitattuna millä tahansa sivulla.

Plus tarkoittaa liikettä aaltoa vasten, miinus - aaltoa pitkin.

Kun kurssia muutetaan, alus sijoittuu suhteessa pienennettyyn aallonpituuteen λ":

Aluksen vierimisen luonteella on monimutkainen suhde aaltoelementtien (h, λ, τ ja C) ja laivan elementtien (L, D, T1,2 ja δ) välillä.

Aluksen vakavuusturvallisuus määräytyy paitsi sen suunnittelun ja kuorman jakautumisen, myös sen kurssin ja nopeuden perusteella. Kehittyneiden aaltojen olosuhteissa olemassa olevan vesiviivan muoto muuttuu jatkuvasti. Vastaavasti rungon upotetun osan muoto, muodonvakavuusvarret ja palautusmomentit muuttuvat.

Aluksen pysymiseen aallon pohjassa liittyy oikaisuhetkien lisääntyminen. Laivan viipyminen (varsinkin pitkään) aallon harjalla on vaarallista ja voi johtaa kaatumiseen. Vaarallisin on resonanssivierintä, jossa aluksen omien värähtelyjen jakso T1,2 on yhtä suuri kuin aallon näkyvä (havaittu) jakso?" Laivalla resonanssivierityksen luonne on esitetty kuvassa 7.4. kuvassa resonanssiilmiö havaitaan suhteessa 0,7< T1 /τ" < 1,3

Resonoiva keinuminen on erityisen vaarallista, kun alus on sijoitettu viive aaltoon päin.
Kun laiva seuraa kurssia aaltoa vastaan, nopeushäviöt lisääntyvät merkittävästi, päät paljastuvat ja äkillisiä nopeuden nousuja tapahtuu. Aaltoiskut keulan pohjassa (iskuilmiö) voivat johtaa rungon muodonmuutokseen ja yksittäisten mekanismien ja laitteiden repeytymiseen perustuksista.

Aaltoa seurattaessa alus on vähemmän altis aallon iskuille. Kuitenkin sen seuraaminen aaltoa pitkin nopeudella, joka on lähellä aallonnopeutta VK = (0,6--1,4) C (laiva "ratkasi" aallolla) johtaa sivuttaisvakauden voimakkaaseen menettämiseen muodon ja alueen muutoksen vuoksi. olemassa olevasta vesiviivasta, ja tämä johtaa gyroskooppisen momentin syntymiseen, joka vaikuttaa vesiviivan tasossa ja huonontaa merkittävästi aluksen hallittavuutta.

Riisi. 7.4 Resonoiva sävelkorkeus

Pienen aluksen vaarallisin navigointi on suotuisilla merialueilla, kun λ=laivan L ja VK=C.

Yleinen jakokaavio Yu.V. Remeza

Universaali vierintäkaavio määrittää havaittujen aaltoelementtien riippuvuuden aluksen liikkeen elementtien muutoksista.

Kaavio lasketaan kaavalla

Missä V on laivan nopeus, solmuja.

Kaavio määrittää X:n ja V sin a:n välisen suhteen eri m:n arvoille. Se on rakennettu suhteessa vallitsevaan aaltojärjestelmään, joka voidaan tunnistaa millä tahansa merenpinnalla ja jolla on merkittävin vaikutus aluksen liikkeeseen (§ 23.4). Yleisdiagrammia voidaan käyttää vain alueilla, joilla on riittävän suuri syvyys (yli 0,4X aallot).

Universaalin pitch-kaavion avulla voit ratkaista seuraavat pääongelmat:
- määrittää kurssi ja nopeus, jolla alus voi päästä resonanssin kaltevuusasentoon (nousu ja kylki);

Määritä aallonpituus purjehdusalueella;

Määritä kurssisektorit ja nopeusalueet, joilla alus kokee voimakasta, lähellä resonanssia vierimistä;

Määritä kurssit ja nopeudet, joilla alus on vaarallisimmassa tilassa ja sivuttaisvakavuus on heikentynyt;

Määritä kurssit ja nopeudet, joilla alus kokee "slamming"-ilmiön.

(1) Tuulen lisääntymiseen liittyy tuuliaaltoja, jotka vähentävät aluksen nopeutta.
(2) Tosituulen koordinaatit liittyvät maahan ja näennäisen tuulen koordinaatit alukseen.
(3) Käytännössä vesihiukkasten liike tuulen aalloissa tapahtuu muodoltaan lähellä ympyrää tai ellipsiä olevilla kiertoradoilla, vain aaltoprofiili liikkuu.
(4) Merentutkimuskurssilla käsitellään yksityiskohtaisesti aallonmuodostuksen luonnetta ja sen yhteyttä tuulielementteihin.