Ոչ թե քամին, այլ առագաստն է որոշում ուղղությունը։ Թեմա՝ «Առագաստանավային զբոսանավի շարժման ֆիզիկա

Նախքան առագաստը աշխատելը տեսնելը, պետք է հաշվի առնել երկու կարճ, բայց կարևոր կետ.
1. Որոշեք, թե ինչպիսի քամին է ազդում առագաստների վրա:
2. Խոսեք հատուկ ծովային տերմինաբանության մասին՝ կապված քամու հետ կապված դասընթացների հետ:

Իրական և ակնհայտ քամիները զբոսանավում.

Քամին, որը գործում է շարժվող նավի վրա և դրա վրա եղած ամեն ինչ, տարբերվում է ցանկացած անշարժ առարկայի վրա գործող քամուց։
Փաստորեն, քամին որպես մթնոլորտային երևույթ, որը փչում է ցամաքի կամ ջրի համեմատ, այն է, ինչ մենք անվանում ենք իսկական քամի:
Զբոսանավում շարժվող զբոսանավի հետ կապված քամին կոչվում է ակնհայտ քամի և հանդիսանում է իրական քամու և նավի շարժման հետևանքով առաջացող օդի հոսքի գումարը:
Ակնհայտ քամին միշտ ավելի սուր անկյան տակ է փչում նավի նկատմամբ, քան իրական քամին:
Ակնհայտ քամու արագությունը կարող է լինել ավելի մեծ (եթե իրական քամին հակառակ կամ կողային է), կամ ավելի փոքր, քան իրական քամին (եթե այն պոչամբարից է):

Ուղղություններ քամու համեմատ:

Քամու մեջնշանակում է այն ուղղությունից, որտեղից փչում է քամին:
Քամին վար- քամու փչող ուղղությամբ:
Այս տերմինները, ինչպես նաև դրանցից ածանցյալները, ինչպիսիք են «հողմուղի», «թունոտ», օգտագործվում են շատ լայնորեն և ոչ միայն զբոսանավերում:
Երբ այս տերմինները կիրառվում են նավի նկատմամբ, ընդունված է խոսել նաև հողմային և թեքող կողմերի մասին:
Եթե ​​քամին փչում է զբոսանավի աջակողմյան կողմից, ապա այս կողմը կոչվում է հողմային, ձախ կողմ - թեքվածհամապատասխանաբար.
Նավահանգիստը և աջակողմյան տախտակները երկու տերմիններ են, որոնք ուղղակիորեն կապված են նախորդների հետ. եթե քամին փչում է նավի աջ կողմը, ապա ասում են, որ այն նավարկում է աջակողմյան ափով, եթե ձախ կողմում է, ապա ձախ կողմում:
Անգլերեն ծովային տերմինաբանության մեջ այն, ինչ կապված է աջ տախտակի և պորտի հետ, տարբերվում է սովորական աջից և ձախից: Ասում են Starboard աջ կողմի և դրա հետ կապված ամեն ինչի մասին, իսկ Պորտը՝ ձախ կողմի մասին։

Դասընթացներ քամու հետ կապված.

Քամու հետ կապված հոսքերը տարբերվում են՝ կախված ակնհայտ քամու ուղղության և նավի շարժման ուղղության անկյանց: Դրանք կարելի է բաժանել սուր և լրիվ:

Քամին հարաբերական կտրուկ ընթացք է: երբ քամին փչում է 80°-ից պակաս անկյան տակ։ Կարող է լինել զառիթափ մոտիկ քամի (մինչև 50°) կամ լրիվ մոտ քամի (50-ից մինչև 80°):
Քամու հետ կապված ամբողջական երթուղիներն այն ընթացքներն են, երբ քամին փչում է 90° կամ ավելի անկյան տակ զբոսանավի շարժման ուղղությամբ:
Այս դասընթացները ներառում են.
Ծոցի քամի - քամին փչում է 80-ից 100° անկյան տակ:
Հետնամաս - քամին փչում է 100-ից 150° անկյան տակ (կտրուկ հետնամաս) և 150-ից մինչև 170° (ամբողջական հետնամասում):
Fordewind - քամին փչում է դեպի կողմը 170°-ից ավելի անկյան տակ:
Ձախ - քամին խիստ հակառակ է կամ մոտ է դրան: Քանի որ առագաստանավը չի կարող շարժվել նման քամու դեմ, այն ավելի հաճախ կոչվում է ոչ թե ընթացք, այլ քամու հետ կապված դիրք:

Զորավարժություններ քամու համեմատ:

Երբ առագաստի տակ գտնվող զբոսանավը փոխում է իր ուղին այնպես, որ քամու և շարժման ուղղության անկյունը նվազում է, ապա նավը կոչվում է. տրված է. Այսինքն՝ տափակել՝ նշանակում է գնալ ավելի սուր անկյան տակ դեպի քամին։
Եթե ​​հակառակ պրոցեսը տեղի ունենա, այսինքն՝ զբոսանավը փոխում է ընթացքը՝ մեծացնելով իր և քամու միջև անկյունը, նավը հեռանում է .
Հստակեցնենք, որ («կապար» և «անկում») տերմիններն օգտագործվում են, երբ նավը փոխում է ուղղությունը՝ համեմատած քամու հետ, նույն նավը:
Եթե ​​նավը փոխում է ուղղությունը, ապա (և միայն այն ժամանակ) զբոսանավերում նման մանևրը կոչվում է շրջադարձ:
Գոյություն ունեն երկու տարբեր եղանակներ փոխելու տողերը և, համապատասխանաբար, երկու շրջադարձեր. կպցնելԵվ ջիբե .
Թեքը քամու շրջադարձն է: Նավը քշվում է, նավակի աղեղը անցնում է քամու գիծը, ինչ-որ պահի նավն անցնում է ձախակողմյան դիրքով, որից հետո պառկում է մյուս թևի վրա։
Զբոսանավը, երբ զբոսանավը տեղի է ունենում հակառակ ձևով. նավը ընկնում է, ետնամասը հատում է քամու գիծը, առագաստները տեղափոխվում են մյուս կողմ, զբոսանավը պառկած է այլ ճանապարհի վրա: Ամենից հաճախ սա շրջադարձ է մեկ ամբողջական դասընթացից մյուսը:

Առագաստանավերի շահագործում զբոսանավերի ժամանակ.

Առագաստների հետ աշխատելիս նավաստիների գլխավոր մարտահրավերներից մեկն առագաստը քամու համեմատ օպտիմալ անկյան տակ կողմնորոշելն է՝ առագաստը լավագույնս առաջ մղելու համար: Դա անելու համար դուք պետք է հասկանաք, թե ինչպես է առագաստը փոխազդում քամու հետ:
Առագաստի աշխատանքը շատ առումներով նման է ինքնաթիռի թևի աշխատանքին և տեղի է ունենում ըստ աերոդինամիկայի օրենքների: Հատկապես հետաքրքրասեր զբոսանավերի համար դուք կարող եք ավելին իմանալ առագաստի որպես թևի աերոդինամիկայի մասին մի շարք հոդվածներում. Բայց ավելի լավ է դա անել այս հոդվածը կարդալուց հետո՝ աստիճանաբար հեշտից անցնելով ավելի բարդ նյութի: Չնայած, ո՞ւմ եմ սա ասում։ Իսկական զբոսանավերը չեն վախենում դժվարություններից. Եվ դուք կարող եք ամեն ինչ անել ճիշտ հակառակը:

Առագաստի և օդանավի թևի հիմնական տարբերությունն այն է, որ առագաստի վրա աերոդինամիկ ուժի առաջացման համար անհրաժեշտ է որոշակի ոչ զրոյական անկյուն նրա և քամու միջև, այս անկյունը կոչվում է հարձակման անկյուն: Ինքնաթիռի թեւն ունի ասիմետրիկ պրոֆիլ և կարող է նորմալ գործել հարձակման զրոյական անկյան տակ, իսկ առագաստը՝ ոչ:
Երբ քամին հոսում է առագաստի շուրջը, առաջանում է աերոդինամիկ ուժ, որը, ի վերջո, առաջ է տանում զբոսանավը:
Դիտարկենք առագաստի շահագործումը զբոսանավերի ժամանակ տարբեր ուղղություններով քամու համեմատ: Նախ, պարզության համար, եկեք պատկերացնենք, որ մեկ առագաստով կայմը փորված է գետնի մեջ, և մենք կարող ենք քամին տարբեր անկյուններով ուղղել առագաստին:

Հարձակման անկյուն 0°: Քամին փչում է առագաստով, առագաստը ծածանվում է դրոշի պես։ Առագաստի վրա աերոդինամիկ ուժ չկա, կա միայն քաշելու ուժ։
Հարձակման անկյուն 7°: Աերոդինամիկ ուժը սկսում է ի հայտ գալ։ Այն ուղղված է առագաստին ուղղահայաց և դեռ փոքր է չափերով։
Հարձակման անկյունը մոտ 20° է։ Աերոդինամիկ ուժը հասել է իր առավելագույն արժեքին և ուղղված է առագաստին ուղղահայաց։
Հարձակման անկյուն 90°: Նախորդ դեպքի համեմատ աերոդինամիկ ուժը էականորեն չի փոխվել ո՛չ մեծության, ո՛չ ուղղությամբ։
Այսպիսով, մենք տեսնում ենք, որ աերոդինամիկական ուժը միշտ ուղղված է առագաստին ուղղահայաց, և դրա մեծությունը գործնականում չի փոխվում 20-ից 90° անկյան միջակայքում:
90°-ից ավելի հարձակման անկյունները իմաստ չունի հաշվի առնել, քանի որ զբոսանավի առագաստները սովորաբար քամու համեմատ նման անկյուններում չեն դրված:

Աերոդինամիկական ուժի վերը նշված կախվածությունները հարձակման անկյան վրա հիմնականում պարզեցված և միջինացված են:
Իրականում, այս հատկությունները զգալիորեն տարբերվում են՝ կախված առագաստի ձևից: Օրինակ, մրցարշավային զբոսանավերի երկար, նեղ և բավականին հարթ առագաստը կունենա առավելագույն աերոդինամիկ ուժ հարձակման անկյան տակ մոտ 15°, իսկ ավելի բարձր անկյուններում ուժը մի փոքր ավելի քիչ կլինի: Եթե ​​առագաստն ավելի խճճված է և չունի չափի մեծ հարաբերակցություն, ապա դրա վրա աերոդինամիկական ուժը կարող է առավելագույն լինել մոտ 25-30° հարձակման անկյան տակ:

Հիմա եկեք տեսնենք, թե ինչպես է առագաստը աշխատում զբոսանավի վրա:

Պարզության համար եկեք պատկերացնենք, որ զբոսանավի վրա կա միայն մեկ առագաստ։ Թող դա լինի գրոտո:
Նախ, արժե նայել, թե ինչպես է վարվում զբոսանավ + առագաստային համակարգը քամու համեմատ ամենասուր ուղիներով շարժվելիս, քանի որ դա սովորաբար ամենաշատ հարցերն է առաջացնում:

Ենթադրենք, զբոսանավը ենթարկվում է քամու ազդեցությանը 30-35° դեպի կորպուսի անկյան տակ: Առագաստը հունի վրա կողմնորոշվելով քամու նկատմամբ մոտավորապես 20° անկյան տակ, մենք դրա վրա ստանում ենք բավարար աերոդինամիկ ուժ A:
Քանի որ այս ուժը գործում է առագաստի նկատմամբ ուղիղ անկյան տակ, մենք տեսնում ենք, որ այն ուժեղորեն քաշում է զբոսանավը դեպի կողմը։ A ուժը երկու բաղադրիչի տարրալուծելով՝ դուք կարող եք տեսնել, որ առաջ մղման ուժը T մի քանի անգամ փոքր է նավակը կողք մղող ուժից (D, դրեյֆ ուժ)։
Ի՞նչն է ստիպում այս դեպքում զբոսանավն առաջ շարժվել:
Բանն այն է, որ կորպուսի ստորջրյա հատվածի ձևավորումն այնպիսին է, որ կողքի շարժման նկատմամբ կորպուսի դիմադրությունը (այսպես կոչված՝ կողային դիմադրությունը) նույնպես մի քանի անգամ ավելի մեծ է, քան առաջ շարժվելու դիմադրությունը։ Դրան նպաստում են կիլիան (կամ կենտրոնական տախտակը), ղեկը և կորպուսի ձևը:
Այնուամենայնիվ, կողային դիմադրությունը տեղի է ունենում, երբ ինչ-որ բան կա դիմակայելու, այսինքն, որպեսզի այն սկսի աշխատել, անհրաժեշտ է մարմնի որոշ կողային տեղաշարժ, այսպես կոչված, քամու շեղում:

Այս տեղաշարժը, բնականաբար, տեղի է ունենում աերոդինամիկական ուժի կողային բաղադրիչի ազդեցության ներքո, և որպես պատասխան անմիջապես առաջանում է կողային ձգող ուժ S՝ ուղղված հակառակ ուղղությամբ։ Որպես կանոն, նրանք հավասարակշռում են միմյանց մոտ 10-15° շեղման անկյան տակ։
Այսպիսով, ակնհայտ է, որ աերոդինամիկական ուժի կողային բաղադրիչը, որն առավել արտահայտված է քամու հետ կապված սուր հոսքերի վրա, առաջացնում է երկու անցանկալի երևույթ՝ քամու շեղում և գլորում:

Քամու շեղումը նշանակում է, որ զբոսանավի հետագիծը չի համընկնում նրա կենտրոնական գծի հետ (տրամագծի հարթությունը կամ DP-ն խելացի տերմին է աղեղից դեպի ծայր գծի համար): Զբոսանավի անընդհատ տեղաշարժ կա դեպի քամին, շարժվում է կարծես մի փոքր կողքի։
Հայտնի է, որ միջին եղանակային պայմաններում փակ ճանապարհով զբոսանավի ժամանակ քամու տեղաշարժը, քանի որ DP-ի և իրական հետագծի միջև անկյունը մոտավորապես 10-15° է:

Առաջխաղացեք քամու դեմ: Թեքինգ.

Քանի որ առագաստների տակ զբոսանավը հնարավոր չէ խստորեն ընդդեմ քամու, և դուք կարող եք շարժվել միայն որոշակի անկյան տակ, լավ կլինի պատկերացում կազմել, թե որքան կտրուկ կարող է զբոսանավը աստիճաններով շարժվել դեպի քամին: Եվ ինչն է, համապատասխանաբար, քամու համեմատ ընթացքի դանդաղ հատվածը, որում անհնար է քամու հակառակ շարժումը:
Փորձը ցույց է տալիս, որ սովորական զբոսանավը (ոչ մրցարշավային զբոսանավ) կարող է արդյունավետորեն նավարկել իրական քամու նկատմամբ 50-55° անկյան տակ:

Այսպիսով, եթե նպատակը, որին պետք է հասնել, գտնվում է խստորեն ընդդեմ քամու, ապա զբոսանավը դեպի այն տեղի չի ունենա ուղիղ գծով, այլ զիգզագով, նախ՝ մի ոտքի վրա, ապա մյուսի վրա: Այս դեպքում, բնականաբար, յուրաքանչյուր ոտքի վրա դուք պետք է փորձեք հնարավորինս կտրուկ նավարկել դեպի քամին: Այս գործընթացը կոչվում է tacking:

Զբոսանավերի հետագծերի միջև ընկած անկյունը երկու հարևան պտույտների վրա, երբ հարվածում է, կոչվում է թակում: Ակնհայտ է, որ քամու նկատմամբ շարժման սրությամբ 50-55°, կպման անկյունը կլինի 100-110°:

Հակման անկյան մեծությունը ցույց է տալիս, թե որքան արդյունավետ կարող ենք շարժվել դեպի թիրախը, եթե այն խիստ հակառակ է քամուն: 110° անկյան դեպքում, օրինակ, դեպի թիրախ ուղին ուղիղ գծով շարժվելու համեմատ ավելանում է 1,75 անգամ։

Առագաստանավերի շահագործում քամու հետ կապված այլ ուղղություններով

Ակնհայտ է, որ արդեն ծոցի քամու վրա մղման ուժը T զգալիորեն գերազանցում է դրեյֆ ուժը D, ուստի շեղումը և գլորումը փոքր կլինեն:

Հետնամասում, ինչպես տեսնում ենք, շատ բան չի փոխվել՝ համեմատած ծոցի քամու ընթացքի հետ: Հիմնական առագաստը տեղադրված է DP-ին գրեթե ուղղահայաց դիրքում, և այս դիրքը ծայրահեղ է զբոսանավերի մեծ մասի համար, տեխնիկապես անհնար է այն տեղակայել ավելի հեռու:

Հիմնական առագաստի դիրքը ջիբի ընթացքի վրա ոչնչով չի տարբերվում հետնամասի կուրսի դիրքից:
Այստեղ, պարզության համար, զբոսանավում գործընթացի ֆիզիկան դիտարկելիս հաշվի ենք առնում միայն մեկ առագաստը՝ մայր առագաստը։ Որպես կանոն, զբոսանավն ունի երկու առագաստ՝ հիմնական առագաստ և առագաստ (գլխավոր առագաստ): Այսպիսով, ջիբի ընթացքի վրա ժայբը (եթե այն գտնվում է հիմնական առագաստի հետ նույն կողմում) գտնվում է հիմնական առագաստի քամու ստվերում և գործնականում չի աշխատում: Սա մի քանի պատճառներից մեկն է, թե ինչու ջիբները սիրված չեն նավավարների շրջանում:

Քամիները, որոնք հարավային մասում են խաղաղ Օվկիանոսփչում է արևմտյան ուղղությամբ. Դրա համար էլ մեր երթուղին այնպես է նախագծվել առագաստանավային զբոսանավ«Ջուլիետը» շարժվում է արևելքից արևմուտք, այսինքն այնպես, որ քամին փչի թիկունքում։

Այնուամենայնիվ, եթե նայեք մեր երթուղուն, կնկատեք, որ հաճախ, օրինակ, Սամոայից Տոկելաու հարավից հյուսիս շարժվելիս մենք ստիպված էինք շարժվել քամուն ուղղահայաց։ Իսկ երբեմն քամու ուղղությունը լրիվ փոխվում էր, ու ստիպված էինք քամուն հակառակ գնալ։

Ջուլիետայի երթուղին

Ի՞նչ անել այս դեպքում:

Առագաստանավերը վաղուց կարողանում էին քամուն հակառակ նավարկել։ Դասական Յակով Պերելմանը վաղուց լավ և պարզապես գրել է այս մասին «Զվարճալի ֆիզիկա» շարքից իր երկրորդ գրքում: Այս կտորը ներկայացնում եմ այստեղ բառացի՝ նկարներով։

«Նավարկում քամուն հակառակ

Դժվար է պատկերացնել, թե ինչպես կարող են առագաստանավերը գնալ «քամու դեմ» կամ, ինչպես ասում են նավաստիները, գնալ «մոտ քաշված»: Ճիշտ է, նավաստիը ձեզ կասի, որ դուք չեք կարող նավարկել ուղղակիորեն քամու դեմ, բայց կարող եք շարժվել միայն քամու ուղղությամբ սուր անկյան տակ: Բայց այս անկյունը փոքր է` ուղիղ անկյան մոտ քառորդը, և, հավանաբար, նույնքան անհասկանալի է թվում` նավարկե՞լ ուղիղ քամու դեմ, թե՞ նրա նկատմամբ 22° անկյան տակ:

Իրականում, սակայն, դա անտարբեր չէ, և մենք հիմա կբացատրենք, թե ինչպես է հնարավոր քամու ուժով մի փոքր անկյան տակ շարժվել դեպի այն։ Նախ, եկեք տեսնենք, թե ինչպես է քամին ընդհանրապես գործում առագաստի վրա, այսինքն՝ որտեղ է այն հրում առագաստը, երբ այն փչում է նրա վրա։ Հավանաբար կարծում եք, որ քամին միշտ հրում է առագաստը այն ուղղությամբ, որով նա փչում է։ Բայց դա այդպես չէ. քամին որտեղ էլ որ փչում է, առագաստը հրում է առագաստի հարթությանը ուղղահայաց։ Իրոք. թող քամին փչի ստորև նկարում նշված սլաքներով. AB տողը ներկայացնում է առագաստը:

Քամին առագաստը միշտ ուղիղ անկյան տակ է հրում իր հարթությանը:

Քանի որ քամին հավասարաչափ սեղմում է առագաստի ամբողջ մակերեսին, մենք քամու ճնշումը փոխարինում ենք առագաստի կեսին կիրառվող R ուժով: Մենք այս ուժը կբաժանենք երկու մասի՝ Q ուժ՝ առագաստին ուղղահայաց և P ուժ՝ ուղղված դրա երկայնքով (տե՛ս նկարը վերևում, աջ): Վերջին ուժը ոչ մի տեղ չի մղում առագաստը, քանի որ կտավի վրա քամու շփումը աննշան է: Մնում է Q ուժը, որն առագաստը դեպի նրան ուղիղ անկյան տակ է մղում։

Իմանալով դա՝ մենք հեշտությամբ կարող ենք հասկանալ, թե ինչպես կարող է առագաստանավը սուր անկյան տակ նավարկել դեպի քամին: Թող KK տողը ներկայացնի նավի գիծը:

Ինչպե՞ս կարող ես նավարկել քամուն հակառակ:

Քամին փչում է այս գծի սուր անկյան տակ մի շարք նետերով նշված ուղղությամբ: AB գիծը ներկայացնում է առագաստ; այն տեղադրված է այնպես, որ նրա հարթությունը կիսում է կիլի ուղղության և քամու ուղղության միջև ընկած անկյունը: Հետևեք նկարի ուժերի բաշխմանը: Առագաստի վրա քամու ճնշումը ներկայացնում ենք Q ուժով, որը, գիտենք, պետք է ուղղահայաց լինի առագաստին։ Եկեք բաժանենք այս ուժը երկուսի՝ ուժ R՝ կիլիին ուղղահայաց և ուժ S՝ ուղղված նավի կիլի գծի երկայնքով առաջ։ Քանի որ նավի շարժումը R ուղղությամբ բախվում է ջրի ուժեղ դիմադրության (քիլ ներս առագաստանավերդառնում է շատ խորը), ապա R ուժը գրեթե ամբողջությամբ հավասարակշռված է ջրի դիմադրությամբ։ Մնում է միայն մեկ ուժ S, որը, ինչպես տեսնում եք, ուղղված է առաջ և, հետևաբար, նավը շարժում է անկյան տակ, կարծես դեպի քամին։ [Կարելի է ապացուցել, որ S ուժը ամենամեծն է, երբ առագաստի հարթությունը կիսում է կիլի և քամու ուղղությունների միջև ընկած անկյունը։]։ Սովորաբար այս շարժումը կատարվում է զիգզագներով, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում: Նավաստիների լեզվով նավի նման շարժումը կոչվում է «tacking» բառի խիստ իմաստով»:

Այժմ դիտարկենք քամու բոլոր հնարավոր ուղղությունները՝ կապված նավակի շարժման հետ:

Նավի ընթացքի սխեման քամու նկատմամբ, այսինքն՝ քամու ուղղության և վեկտորի միջև եղած անկյունը ետևից մինչև աղեղ (ընթացք):

Երբ քամին փչում է երեսիդ (լեվենտիկ), առագաստները կախվում են կողքից այն կողմ, և առագաստով հնարավոր չէ շարժվել։ Իհարկե, դուք միշտ կարող եք իջեցնել առագաստները և միացնել շարժիչը, բայց դա այլևս կապ չունի առագաստանավի հետ։

Երբ քամին փչում է ուղիղ ձեր հետևից (ջիբե, պոչային քամի), արագացված օդի մոլեկուլները մի կողմից ճնշում են առագաստին, և նավը շարժվում է։ Այս դեպքում նավը կարող է միայն ավելի դանդաղ շարժվել, քան քամու արագությունը: Այստեղ գործում է քամու մեջ հեծանիվ վարելու անալոգիան՝ քամին փչում է մեջքիդ, և ավելի հեշտ է պտտել ոտնակները։

Քամուն հակառակ շարժվելիս առագաստը շարժվում է ոչ թե ետևից առագաստի վրա օդի մոլեկուլների ճնշման պատճառով, ինչպես ժայփի դեպքում, այլ օդի տարբեր արագությունների պատճառով առաջացող բարձրացնող ուժի պատճառով։ երկու կողմից առագաստի երկայնքով: Ավելին, կիլի պատճառով նավակը ոչ թե շարժվում է նավակի ընթացքին ուղղահայաց ուղղությամբ, այլ միայն առաջ։ Այսինքն՝ առագաստն այս դեպքում հովանոց չէ, ինչպես մոտ առագաստի դեպքում, այլ ինքնաթիռի թեւ։

Մեր անցումների ժամանակ մենք հիմնականում նավարկում էինք հետնամասերով և ծոցի քամիներով՝ միջինը 7-8 հանգույց արագությամբ՝ 15 հանգույց քամու արագությամբ։ Երբեմն մենք նավարկում էինք քամուն հակառակ՝ կիսաքամին և մոտ բեռնված: Եվ երբ քամին մարեց, նրանք միացրին շարժիչը։

Ընդհանրապես, քամուն հակառակ առագաստով նավակը հրաշք չէ, այլ իրականություն։

Ամենահետաքրքիրն այն է, որ նավակները կարող են նավարկել ոչ միայն քամուն հակառակ, այլ նույնիսկ ավելի արագ, քան քամին։ Դա տեղի է ունենում, երբ նավը հետ է կանգնում, ստեղծելով իր սեփական քամին:

Առագաստի տակ գտնվող նավակի վրա ազդում են երկու միջավայրեր՝ օդի հոսքը, որը գործում է առագաստի և նավի վերջրյա մասի վրա, և ջուրը, որը գործում է նավի ստորջրյա մասի վրա։

Առագաստի ձևի շնորհիվ, նույնիսկ ամենաանբարենպաստ քամու ժամանակ (մոտ քաշված), նավը կարող է առաջ շարժվել:

Առագաստը նման է թևի, որի ամենամեծ շեղումը առագաստի լայնության 1/3 - 1/4-ն է հեռու լաֆից և ունի առագաստի լայնության 8 - 10% արժեք (նկ. 18):

Բրինձ. 18. Առագաստի պրոֆիլ՝ B - առագաստի լայնությունը ակորդի երկայնքով (ըստ Ի.Ի. Խոմյակովի, 1976 թ.):

Եթե ​​քամին ունի ուղղություն IN(նկ. 19, ա), ճանապարհին հանդիպում է առագաստի, այն պտտվում է երկու կողմից։ Առագաստի հողմային կողմն ավելի մեծ ճնշում է ստեղծում (+), քան թեքած կողմը (-): Ճնշման ուժերի արդյունքը կազմում է ուժ Ռ, ուղղահայաց ուղղահայաց առագաստի հարթությանը կամ լարին, որն անցնում է լաֆով և լաֆով և կիրառվում է առագաստի կենտրոնի վրա CPU(Նկար 19, բ):

Բրինձ. 19 Նավի առագաստի և կորպուսի վրա գործող ուժեր (ըստ Ի.Ի. Խոմյակովի, 1976 թ.).

ա-ն առագաստի վրա քամու ազդեցությունն է. բ - քամու ազդեցությունը առագաստի և ջրի վրա նավակի կորպուսի վրա.

Ուժ Ռքայքայվում է ձգողական ուժի Տ, ուղղված տրամագծային հարթությանը զուգահեռ ( DP) նավակի վրա, որի պատճառով նավը առաջ է շարժվում, և շարժման ուժը Դ, ուղղահայաց ուղղահայաց DP, ինչի հետևանքով նավակը շեղվել և գլորվել է:

Ուժ Ռկախված է առագաստի նկատմամբ քամու արագությունից և ուղղությունից: Որքան ավելի շատ Ðbքամու ուղղության միջև INև առագաստի ինքնաթիռը PP, այնքան մեծ է ուժը Ռ. Եթե Ðb=90°, ուժ Ռհասնում է իր առավելագույն արժեքին.

Լիազորություններ ՏԵվ Դկախված Ðgմիջեւ DPնավը և առագաստի ինքնաթիռը. Բարձրացումով Ðgուժ Տավելանում է և ուժ Դնվազում է.

Նավակի վրա ջրի ազդեցությունը մեծապես կախված է նրա ստորջրյա մասի ուրվագծերից։

Նկ. 20. Առագաստի ճիշտ դիրքը քամու տարբեր ուղղություններով (ըստ Ի.Ի. Խոմյակովի, 1976 թ.). բ - ծոցի քամի, գ - ջիբ:

Չնայած այն հանգամանքին, որ մոտ քամիների ժամանակ դրեյֆ ուժը Դգերազանցում է ձգողական ուժը Տ, նավը առաջ է շարժվում։ Սա այն վայրն է, որտեղ կողային դիմադրությունը հայտնվում է խաղի մեջ: Ռ 1կորպուսի ստորջրյա հատվածը, որը շատ անգամ ավելի մեծ է, քան քաշելը Ռ.

Ուժ Դ, չնայած կորպուսի դիմադրությանը, այնուամենայնիվ նավակը դուրս է մղում ընթացքի գծից: Կազմվել է DPև նավակի իրական շարժման ուղղությունը IPÐ ակոչվում է շեղման անկյուն: Որքան ավելի սուր է անկյունը միջև DPիսկ քամու ուղղությունը, այնքան մեծ է շեղման անկյունը, քանի որ սուր անկյուններում ձգողական ուժը Տաննշան է, և նավը, չունենալով բավականաչափ առաջ շարժ, քամու մեջ է ընկնում: 40-45°-ից ավելի կտրուկ քամու դեպքում նավը չի կարող առաջ շարժվել:

Այսպիսով, նավակի ամենամեծ մղումը և նվազագույն շեղումը կարելի է ստանալ՝ ընտրելով նավակի կենտրոնական հարթության և առագաստի հարթության առավել բարենպաստ դիրքը քամու նկատմամբ: Սահմանվել է, որ անկյունը միջեւ DPնավը և առագաստի հարթությունը պետք է հավասար լինի Ð կեսին Ակենտրոնական հարթության և քամու ուղղության միջև: Գծապատկեր 20-ը ցույց է տալիս առագաստի ճիշտ դիրքը փակ (ա), կիսաքամ (b) և ժայբ (գ) քամիների դեպքում:

Առագաստի դիրքն ընտրելիս համեմատ DPև քամին, նավակի վարպետը առաջնորդվում է ոչ թե ճշմարիտ, այլ ակնհայտ (թվացյալ) քամով, որի ուղղությունը որոշվում է նավակի արագության և իրական քամու արագության արդյունքով (նկ. 21):

Նկար 21. Տեսանելի քամի:

բ և - իսկական քամի; V w - քամի նավակի շարժումից;

Ներս - ակնհայտ քամի:

Բրինձ. 22. Առջևի առագաստին հարաբերական ջիբի տեղադրում (ըստ Ի.Ի. Խոմյակովի, 1976 թ.):

ա - ճիշտ; բ - սխալ:

Առագաստի առջևում գտնվող ժայբը գործում է որպես սալաքար: Օդի հոսքը, որն անցնում է առագաստի և առջևի առագաստի միջև, նվազեցնում է ճնշումը առագաստի թիկունքային կողմի վրա և, հետևաբար, մեծացնում է դրա սյունակի ուժը: Դա տեղի է ունենում միայն այն դեպքում, եթե անկյունը միջեւ ընկած եւ DPնավակները մի փոքր ավելի մեծ են, քան առագաստանավի և առագաստանավի միջև եղած անկյունը DP(Նկար 22, ա): Եթե ​​ծայրը սեղմված է դեպի DP, այնուհետև օդի հոսքը կհարվածի առագաստի թեքված կողմին, կվատթարացնի նրա ձևը և կնվազեցնի ձգողական ուժը (Նկար 22, բ): Նույն էֆեկտն արտադրվում է չափազանց կորացած լարով:

Առագաստանավային զբոսանավի շարժումը քամու մեջ իրականում որոշվում է նրա առագաստի վրա քամու պարզ ճնշմամբ՝ նավը առաջ մղելով: Այնուամենայնիվ, քամու թունելի հետազոտությունը ցույց է տվել, որ քամու ուղղությամբ նավարկելը առագաստը ենթարկում է ավելի բարդ ուժերի:

Երբ ներգնա օդը հոսում է առագաստի գոգավոր հետևի մակերևույթի շուրջը, օդի արագությունը նվազում է, մինչդեռ առագաստի ուռուցիկ առջևի մակերևույթի շուրջը հոսելիս այդ արագությունը մեծանում է։ Արդյունքում առագաստի հետևի մակերեսին ձևավորվում է բարձր ճնշման տարածք, իսկ առջևի վրա՝ ցածր ճնշման տարածք: Առագաստի երկու կողմերում ճնշման տարբերությունը ստեղծում է ձգող (հրում) ուժ, որը զբոսանավը առաջ է տանում քամու անկյան տակ։

Առագաստանավը, որը գտնվում է քամու նկատմամբ մոտավորապես ուղիղ անկյան տակ (ծովային տերմինաբանությամբ՝ զբոսանավը կցված է) արագ առաջ է շարժվում։ Առագաստը ենթակա է ձգողական և կողային ուժերի: Եթե ​​առագաստանավը քամու նկատմամբ սուր անկյան տակ է նավարկում, ապա նրա արագությունը դանդաղում է ձգող ուժի նվազման և կողային ուժի ավելացման պատճառով։ Ինչքան առագաստը շրջվում է դեպի ծայրը, այնքան զբոսանավն ավելի դանդաղ է շարժվում առաջ, մասնավորապես կողային մեծ ուժի պատճառով։

Առագաստանավային զբոսանավը չի կարող նավարկել անմիջապես քամու մեջ, բայց այն կարող է առաջ շարժվել՝ կատարելով մի շարք կարճ զիգզագային շարժումներ քամու անկյան տակ, որոնք կոչվում են թակ: Եթե ​​քամին փչում է ձախ կողմում (1), ապա ասում են, որ զբոսանավը նավարկում է նավահանգստի տակով, եթե այն փչում է դեպի աջ կողմը (2), ապա ասում են, որ այն նավարկում է աջ կողմում: Հեռավորությունն ավելի արագ անցնելու համար զբոսանավը փորձում է առավելագույնը հասցնել զբոսանավի արագությունը՝ կարգավորելով նրա առագաստի դիրքը, ինչպես ցույց է տրված ներքևի ձախ նկարում։ Ուղիղ գծից դեպի կողք շեղումը նվազագույնի հասցնելու համար զբոսանավը շարժվում է՝ փոխելով ընթացքը աջ ափից դեպի նավահանգիստ և հակառակը: Երբ զբոսանավը փոխում է ընթացքը, առագաստը նետվում է մյուս կողմ, իսկ երբ նրա հարթությունը համընկնում է քամու գծի հետ, այն որոշ ժամանակ թռչում է, այսինքն. անգործուն է (տեքստի տակ գտնվող միջին նկարը): Զբոսանավը հայտնվում է այսպես կոչված մեռած գոտում՝ կորցնելով արագությունը, քանի դեռ քամին հակառակ ուղղությամբ կրկին փչում է առագաստը։

Նավի վրա քամու ազդեցությունը որոշվում է նրա ուղղությունից և ուժգնությունից, նավի առագաստի տարածքի ձևից և չափից, առագաստի կենտրոնի գտնվելու վայրից, քաշքշուկի, գլանվածքի և հարդարման արժեքներից:

0-110° ուղղության անկյուններում քամու գործողությունը հանգեցնում է արագության կորստի, իսկ մեծ ուղղության անկյուններում և 3-4 բալից չգերազանցող քամու ուժգնության դեպքում՝ արագության մի փոքր աճ:

Քամու գործողությունը 30-120°-ի սահմաններում ուղեկցվում է դրեյֆով և քամու գլորումով։

Շարժվող նավի վրա ազդում է հարաբերական (ակնհայտ) քամին, որը կապված է իրականի հետ հետևյալ հարաբերություններում (նկ. 7.1)(2).

Որտեղ Vi-ն իրական քամու արագությունն է, մ/վ;

VK - քամու ակնհայտ արագություն, մ / վ;

V0 - նավի արագություն, մ / վ;

βo-նավային դրեյֆի անկյուն, աստիճաններ:

Yk - քամու ակնհայտ անկյուն;

Yi-ն իրական քամու անկյունն է:

Նավի վրա քամու հատուկ ճնշումը կգ/մ-ով հաշվարկվում է բանաձևով

Որտեղ W-ը քամու արագությունն է, մ/վ:

Բրինձ. 7.1. Իրական և ակնհայտ քամու փոխհարաբերությունները

Բրինձ. 7.2. Կրունկի պահի էֆեկտ

Այսպիսով, փոթորիկի ժամանակ, երբ քամու արագությունը հասնում է 40-50 մ/վրկ-ի, քամու ծանրաբեռնվածությունը հասնում է 130-200 կգ/մ2-ի։

Նավի վրա քամու ընդհանուր ճնշումը որոշվում է P = pΩ արտահայտությունից, որտեղ գտնվում է նավի առագաստի տարածքը:

Մկրտման մոմենտի մեծությունը Mkr (նկ. 7.2) kgf m-ով կայուն շարժման և քամու ճնշման ուժի P գործողության դեպքում, որը ուղղահայաց է նավի DP-ին, որոշվում է արտահայտությունից.

Որտեղ zn-ն առագաստի կենտրոնի օրդինատն է, m;

T - նավի միջին նախագիծ, մ.

Խառնած ծովերը նավի վրա ամենակարևոր ազդեցությունն են ունենում: Այն ուղեկցվում է կորպուսի վրա զգալի դինամիկ բեռների ազդեցությամբ և նավի գլորմամբ։ Խառնաշփոթ ծովերում նավարկելիս նավի կորպուսի դիմադրությունը մեծանում է, և պտուտակների, կորպուսի և հիմնական շարժիչների համատեղ աշխատանքի պայմանները վատանում են։

Բրինձ. 7.3. Ալիքային տարրեր

Արդյունքում արագությունը նվազում է, հիմնական շարժիչների բեռը մեծանում է, վառելիքի սպառումը մեծանում է, և նավի նավարկության միջակայքը նվազում է։ Ալիքների ձևն ու չափը բնութագրվում են հետևյալ տարրերով (նկ. 7.3).

Ալիքի բարձրությունը h - ալիքի վերևից մինչև ներքև ուղղահայաց հեռավորություն;

Ալիքի երկարությունը λ-ն հորիզոնական հեռավորությունն է երկու հարակից գագաթների կամ տախտակների միջև.

Ալիքի ժամանակաշրջան t-ն այն ժամանակաշրջանն է, որի ընթացքում ալիքը անցնում է իր երկարությանը հավասար հեռավորություն (3);

Ալիքի արագությունը C-ն ալիքի անցած հեռավորությունն է մեկ միավոր ժամանակում:

Ըստ իրենց ծագման՝ ալիքները բաժանվում են քամու, մակընթացային, անեմոբարիկ, երկրաշարժի (ցունամի) և նավի ալիքների։ Ամենատարածվածը քամու ալիքներն են: Գոյություն ունեն երեք տեսակի ալիքներ՝ քամու, փքված և խառը: Քամու ալիքները զարգանում են, դրանք գտնվում են քամու անմիջական ազդեցության տակ՝ ի տարբերություն ուռչի, որը իներցիոն ալիք է կամ հեռավոր տարածքում փչող փոթորիկ քամու հետևանքով առաջացած ալիքի։ Քամու ալիքի պրոֆիլը սիմետրիկ չէ: Նրա թեքության թեքությունն ավելի զառիթափ է, քան հողմայինը։ Քամու ալիքների գագաթներում առաջանում են գագաթներ, որոնց գագաթները քամու ազդեցությամբ փլուզվում են՝ առաջացնելով փրփուր (գառներ), ուժեղ քամիների ժամանակ պոկվում են։ Բաց ծովում քամու ուղղությունը և քամու ալիքների ուղղությունը, որպես կանոն, համընկնում են կամ տարբերվում 30-40°-ով։ Քամու ալիքների չափը կախված է քամու արագությունից և դրա ազդեցության տևողությունից, ջրի մակերեսի վրայով քամու հոսող ուղու երկարությունից և տարածքի խորությունից (Աղյուսակ 7.1):

ԱՂՅՈՒՍԱԿ 7.1. ԱԼԻՔԱՅԻՆ ՏԱՐՐԵՐԻ ԱՌԱՎԵԼԱԳՈՒՅՆ ԱՐԺԵՔՆԵՐԸ ԽՈՐ ԾՈՎԻ ՀԱՄԱՐ (Н/Л > 1/2)

Ամենաինտենսիվ ալիքի աճը դիտվում է C/W հարաբերակցությամբ< 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.

Օվկիանոսի կայուն ալիքների միջին ալիքի բարձրության մոտավոր հաշվարկների համար օգտագործվում են հետևյալ բանաձևերը.

Քամին՝ մինչև 5 բալ

Երբ քամին 5 բալից ավելի է

Որտեղ B-ն քամու ուժն է Բոֆորի սանդղակի կետերում (§ 23.3):

Զարգացած ալիքների պայմաններում առկա են առանձին ալիքների միջամտություն (ընդհանուր թվի մինչև 2% և ավելի), որոնք հասնում են առավելագույն զարգացման և գերազանցում են. Միջին բարձրությունըալիքներ երկու-երեք անգամ: Նման ալիքները հատկապես վտանգավոր են։

Մի ալիքային համակարգի սուպերպոզիցիան մյուսի վրա առավել ինտենսիվ է տեղի ունենում, երբ փոխվում է քամու ուղղությունը, տեղի է ունենում փոթորկի քամիների հաճախակի փոփոխություն և արևադարձային ցիկլոնների առջևից առաջ (4):

Զարգացած ալիքների ալիքների էներգիան բացառիկ բարձր է։ Նավի շարժման դեպքում ալիքների դինամիկ ազդեցությունը կարող է որոշվել p=0.1 τ² արտահայտությունից, որտեղ τ-ն ալիքի իրական ժամանակաշրջանն է՝ s:

Այսպիսով, մոտ 6-10 վրկ ալիքային ժամանակահատվածների համար P արժեքը կարող է հասնել տպավորիչ արժեքների (3,6-10 տ/մ²):

Երբ նավը շարժվում է ալիքի դեմ, ալիքների դինամիկ ազդեցությունը կավելանա նավի արագության քառակուսու համամասնությամբ՝ արտահայտված վայրկյանում մետրերով:

Ալիքի երկարությունը մետրերով, արագությունը մետր վայրկյանում և պարբերությունը վայրկյաններով փոխկապակցված են միմյանց հետ հետևյալ հարաբերություններով.

Գործնականում շարժվող նավը հանդիպում է ոչ թե իրական, այլ հարաբերական (ակնհայտ) ալիքի ժամանակաշրջանին τ», որը որոշվում է արտահայտությունից.

Որտեղ a-ն ալիքի գագաթի ճակատի ուղղության անկյունն է՝ չափված ցանկացած կողմի երկայնքով:

Պլյուսը վերաբերում է ալիքի դեմ շարժման դեպքին, մինուս - ալիքի երկայնքով:

Ընթացքը փոխելիս նավը դիրքավորվում է ալիքի կրճատված λ» երկարության համեմատ.

Նավի շարժման բնույթը բարդ կապ ունի ալիքային տարրերի (h, λ, τ և C) և նավի տարրերի (L, D, T1,2 և δ) միջև:

Նավի անվտանգությունը կայունության առումով որոշվում է ոչ միայն նրա դիզայնով և բեռի բաշխմամբ, այլև նրա ընթացքով և արագությամբ: Զարգացած ալիքների պայմաններում գոյություն ունեցող ջրագծի ձևը շարունակաբար փոխվում է։ Համապատասխանաբար փոխվում են կորպուսի ընկղմված մասի ձևը, ձևի կայունության թեւերը և վերականգնող պահերը։

Նավի մնալը ալիքի հատակին ուղեկցվում է շտկման պահերի ավելացմամբ։ Ալիքի գագաթին նավի (հատկապես երկար) մնալը վտանգավոր է և կարող է հանգեցնել շրջվելու: Ամենավտանգավորը ռեզոնանսային գլորումն է, որի ժամանակ նավի սեփական տատանումների ժամանակաշրջանը T1,2 հավասար է ալիքի տեսանելի (դիտարկվող) ժամանակաշրջանին»: Բորտային ռեզոնանսային գլորման բնույթը ցույց է տրված Նկար 7.4-ում: Ինչպես հետևում է. ցուցանիշը, ռեզոնանսի երեւույթը դիտվում է 0,7 հարաբերակցությամբ< T1 /τ" < 1,3

Ռեզոնանսային ճոճումը հատկապես վտանգավոր է, երբ նավը դիրքավորվում է դեպի ալիքի ուշացումով:
Երբ նավը հետևում է ալիքին հակառակ ընթացքին, արագության կորուստները զգալիորեն մեծանում են, ծայրերը բացվում են և արագության հանկարծակի բարձրացումներ են տեղի ունենում: Աղեղի ստորին մասում ալիքների հարվածները (խփման երևույթը) կարող են հանգեցնել կորպուսի դեֆորմացման և առանձին մեխանիզմների և սարքերի հիմքերից պոկվելու:

Ալիքին հետևելիս նավը ավելի քիչ ենթակա է ալիքի հարվածներին: Այնուամենայնիվ, ալիքի երկայնքով դրան հետևելը VK = (0.6--1.4) C ալիքի արագությանը մոտ արագությամբ (նավը «հեծել է» ալիքը) հանգեցնում է կտրուկ կորստի: կողային կայունությունգործող ջրագծի ձևի և տարածքի փոփոխության պատճառով, և դա հանգեցնում է գիրոսկոպիկ պահի առաջացմանը, որը գործում է ջրագծի հարթությունում և զգալիորեն վատթարանում է նավի կառավարելիությունը:

Բրինձ. 7.4. Ռեզոնանսային բարձրացում

Փոքր նավի ամենավտանգավոր նավարկությունը բարենպաստ ծովերում է, երբ նավի λ=L, իսկ VK=C։

Ունիվերսալ փչման դիագրամ Յու.Վ. Ռեմեզա

Ունիվերսալ շարժակազմի դիագրամը որոշում է դիտարկվող ալիքային տարրերի կախվածությունը նավի շարժման տարրերի փոփոխություններից։

Դիագրամը հաշվարկվում է բանաձևով

Որտեղ V-ը նավի արագությունն է, հանգույցները:

Դիագրամը որոշում է X-ի և V sin a-ի միջև կապը մ-ի տարբեր արժեքների համար: Այն կառուցված է գերակշռող ալիքային համակարգի համեմատ, որը կարող է ճանաչվել ցանկացած ծովի մակարդակում և ունի ամենակարևոր ազդեցությունը նավի շարժման վրա (§ 23.4): Ունիվերսալ դիագրամը կարող է օգտագործվել միայն բավական մեծ խորություններ ունեցող տարածքներում (ավելի քան 0,4X ալիքներ):

Համընդհանուր թռիչքային դիագրամի օգտագործումը թույլ է տալիս լուծել հետևյալ հիմնական խնդիրները.
- որոշել այն ընթացքը և արագությունը, որով նավը կարող է հայտնվել ռեզոնանսային թռիչքի դիրքի մեջ (թռիչք և կողային);

Որոշեք ալիքի երկարությունը ծովագնացության տարածքում;

Որոշեք ընթացքի հատվածները և արագության միջակայքերը, որոնց դեպքում նավը կզգա ուժեղ գլորում, մոտ ռեզոնանսային;

Որոշեք երթուղիներն ու արագությունները, որոնցով նավը կհայտնվի կողային կայունության նվազեցման ամենավտանգավոր վիճակում.

Որոշեք, թե որ երթուղիներն ու արագությունները, որոնցով նավը կզգա «խփելու» երևույթը:

(1) Քամու հետագա աճն ուղեկցվում է քամու ալիքներով, որոնք նվազեցնում են նավի արագությունը։
(2) Ճշմարիտ քամու կոորդինատները կապված են երկրի հետ, իսկ ակնհայտ քամին նավի հետ:
(3) Գործնականում քամու ալիքներում ջրի մասնիկների շարժումը տեղի է ունենում շրջանագծին կամ էլիպսին մոտ գտնվող ուղեծրերում: Միայն ալիքի պրոֆիլն է շարժվում:
(4) Ալիքի առաջացման բնույթը և դրա կապը քամու տարրերի հետ մանրամասն քննարկվում են օվկիանոսագիտության դասընթացում։