Nie vietor, ale plachta určuje smer. Téma: „Fyzika pohybu plachetnice

Predtým, ako sa pozriete na to, ako plachta funguje, je potrebné zvážiť dva krátke, ale dôležité body:
1. Určte, aký vietor ovplyvňuje plachty.
2. Hovorte o špecifickej námornej terminológii spojenej s kurzami vo vzťahu k vetru.

Skutočné a zdanlivé vetry v jachtingu.

Vietor, ktorý pôsobí na pohybujúcu sa loď a všetko na nej, je iný ako ten, ktorý pôsobí na akýkoľvek stacionárny objekt.
Vietor ako atmosférický jav fúkajúci vzhľadom na zem alebo vodu je v skutočnosti to, čo nazývame skutočný vietor.
V jachtingu sa vietor vo vzťahu k pohybujúcej sa jachte nazýva zdanlivý vietor a je súčtom skutočného vetra a prichádzajúceho prúdu vzduchu spôsobeného pohybom plavidla.
Zdanlivý vietor vždy fúka v ostrejšom uhle k lodi ako skutočný vietor.
Zdanlivá rýchlosť vetra môže byť väčšia (ak je skutočný vietor protivietor alebo bočný vietor) alebo nižšia ako skutočný vietor (ak je zo zadného vetra).

Smery vzhľadom na vietor.

Vo vetre znamená zo smeru odkiaľ vietor fúka.
Po vetre- zo smeru, v ktorom fúka vietor.
Tieto výrazy, ako aj odvodeniny z nich, ako „veterný“, „záveterný“, sa používajú veľmi široko, a to nielen v jachtingu.
Keď sa tieto výrazy aplikujú na loď, je zvykom hovoriť aj o náveternej a záveternej strane.
Ak vietor fúka z pravoboku jachty, potom sa táto strana nazýva náveterný, ľavá strana - závetria resp.
Vľavo a pravobok sú dva pojmy priamo súvisiace s predchádzajúcimi: ak vietor fúka na pravobok lode, potom hovoria, že sa plaví na vetre vpravo, ak je vľavo, tak vľavo.
V anglickej námornej terminológii sa to, čo sa spája s pravobokom a ľavobokom, líši od bežnej pravice a ľavice. O pravoboku a všetkom, čo s tým súvisí, hovoria Pravobok a o ľavej strane Lev.

Kurzy vzhľadom na vietor.

Kurzy vo vzťahu k vetru sa líšia v závislosti od uhla medzi smerom zdanlivého vetra a smerom, ktorým sa plavidlo pohybuje. Možno ich rozdeliť na akútne a plné.

Blízko je ostrý kurz vzhľadom na vietor. keď vietor fúka pod uhlom menším ako 80°. Vietor môže byť strmý (do 50°) alebo plný vietor (od 50 do 80°).
Úplné kurzy vzhľadom na vietor sú kurzy, keď vietor fúka pod uhlom 90° alebo viac k smeru, ktorým sa jachta pohybuje.
Tieto kurzy zahŕňajú:
Gulfwind - vietor fúka pod uhlom 80 až 100°.
Backstay - vietor fúka pod uhlom od 100 do 150° (strmá backstay) a od 150 do 170° (plná backstay).
Fordewind - vietor fúka zozadu pod uhlom viac ako 170°.
Ľavicový - vietor je striktne protivietor alebo blízko neho. Keďže sa plachetnica nemôže pohybovať proti takémuto vetru, častejšie sa nazýva nie kurz, ale poloha vzhľadom na vietor.

Manévre vzhľadom na vietor.

Keď jachta pod plachtami zmení svoj kurz tak, že sa uhol medzi vetrom a smerom pohybu zmenšuje, potom sa hovorí, že loď je je dané. Inými slovami, sploštiť znamená ísť pod ostrejším uhlom k vetru.
Ak dôjde k opačnému procesu, t. j. ak jachta zmení kurz smerom k zvýšeniu uhla medzi ňou a vetrom, loď odpadne .
Ujasnime si, že výrazy („vedenie“ a „pád“) sa používajú, keď loď mení smer vzhľadom na vietor v rámci toho istého vetru.
Ak loď zmení smer, potom (a až potom!) sa takýto manéver v jachtingu nazýva obrat.
Existujú dva rôzne spôsoby, ako zmeniť smer, a teda dve zákruty: pripináčika A jube .
Cvak je otočenie sa do vetra. Plavidlo je poháňané, predná časť člna prekročí čiaru vetra, v určitom bode plavidlo prejde ľavou polohou, potom leží na druhom vetre.
Jachting, keď nastáva opačný jav: loď spadne, korma prekročí líniu vetra, plachty sa prenesú na druhú stranu, jachta leží na inom vetre. Najčastejšie ide o obrat z jedného úplného kurzu do druhého.

Prevádzka plachiet počas jachtingu.

Jednou z hlavných výziev pre námorníka pri práci s plachtami je orientovať plachtu v optimálnom uhle voči vetru, aby čo najlepšie poháňal plachtu dopredu. Aby ste to dosiahli, musíte pochopiť, ako plachta interaguje s vetrom.
Práca plachty je v mnohom podobná práci krídla lietadla a prebieha podľa zákonov aerodynamiky. Pre obzvlášť zvedavých jachtárov sa môžete dozvedieť viac o aerodynamike plachty ako krídla v sérii článkov:. Ale je lepšie to urobiť po prečítaní tohto článku, postupne sa presúvať od jednoduchého k zložitejšiemu materiálu. Aj keď, komu to hovorím? Skutoční jachtári sa neboja ťažkostí. A všetko môžete robiť presne naopak.

Hlavný rozdiel medzi plachtou a krídlom lietadla je v tom, že aby sa na plachte objavila aerodynamická sila, je potrebný určitý nenulový uhol medzi ňou a vetrom, tento uhol sa nazýva uhol nábehu. Krídlo lietadla má asymetrický profil a môže normálne fungovať pri nulovom uhle nábehu, ale plachta nie.
Keď vietor obteká plachtu, vzniká aerodynamická sila, ktorá v konečnom dôsledku posúva jachtu dopredu.
Uvažujme o prevádzke plachty v jachtingu v rôznych kurzoch vzhľadom na vietor. Najprv si pre jednoduchosť predstavme, že sťažeň s jednou plachtou je zahĺbený do zeme a vietor môžeme nasmerovať pod rôznymi uhlami na plachtu.

Uhol nábehu 0°. Vietor fúka pozdĺž plachty, plachta vlaje ako vlajka. Na plachtu nepôsobí aerodynamická sila, pôsobí len odporová sila.
Uhol nábehu 7°. Začína sa objavovať aerodynamická sila. Smeruje kolmo na plachtu a je stále malých rozmerov.
Uhol nábehu je asi 20°. Aerodynamická sila dosiahla svoju maximálnu hodnotu a smeruje kolmo na plachtu.
Uhol nábehu 90°. V porovnaní s predchádzajúcim prípadom sa aerodynamická sila výrazne nezmenila ani vo veľkosti, ani v smere.
Vidíme teda, že aerodynamická sila smeruje vždy kolmo na plachtu a jej veľkosť sa v uhlovom rozsahu od 20 do 90° prakticky nemení.
Uhly nábehu väčšie ako 90° nemá zmysel uvažovať, keďže plachty na jachte zvyčajne nie sú nastavené v takých uhloch voči vetru.

Vyššie uvedené závislosti aerodynamickej sily od uhla nábehu sú do značnej miery zjednodušené a spriemerované.
V skutočnosti sa tieto vlastnosti výrazne líšia v závislosti od tvaru plachty. Napríklad dlhá, úzka a dosť plochá hlavná plachta pretekárskych jácht bude mať maximálnu aerodynamickú silu pri uhle nábehu asi 15°, pri vyšších uhloch bude sila o niečo menšia. Ak je plachta hrubšia a nemá príliš veľký pomer strán, potom aerodynamická sila na ňu môže byť maximálna pri uhle nábehu asi 25-30°.

Teraz sa pozrime, ako funguje plachta na jachte.

Pre jednoduchosť si predstavme, že na jachte je len jedna plachta. Nech je to jaskyňa.
Po prvé, stojí za to pozrieť sa na to, ako sa systém jachta + plachta správa pri pohybe na najostrejších kurzoch v porovnaní s vetrom, pretože to zvyčajne vyvoláva najviac otázok.

Povedzme, že jachta je ovplyvnená vetrom pod uhlom 30-35° k trupu. Orientáciou plachty na kurze pod uhlom približne 20° voči vetru získame na ňu dostatočnú aerodynamickú silu A.
Keďže táto sila pôsobí v pravom uhle k plachte, vidíme, že jachtu silno ťahá do strany. Rozložením sily A na dve zložky môžete vidieť, že dopredná tlaková sila T je niekoľkonásobne menšia ako sila, ktorá tlačí loď do strán (D, driftová sila).
Čo v tomto prípade spôsobí, že sa jachta pohne vpred?
Faktom je, že konštrukcia podvodnej časti trupu je taká, že odpor trupu proti pohybu do strany (tzv. bočný odpor) je aj niekoľkonásobne väčší ako odpor pri pohybe vpred. Uľahčuje to kýl (alebo ploutev), kormidlo a samotný tvar trupu.
Bočný odpor však nastáva vtedy, keď je čomu klásť odpor, t.j. aby to začalo fungovať, je potrebný bočný posun tela, takzvaný veterný drift.

K tomuto posunu prirodzene dochádza pôsobením bočnej zložky aerodynamickej sily a ako odozva okamžite vzniká bočná odporová sila S, smerujúca v opačnom smere. Spravidla sa navzájom vyrovnávajú pod uhlom driftu asi 10-15°.
Je teda zrejmé, že bočná zložka aerodynamickej sily, najvýraznejšia na ostrých kurzoch vo vzťahu k vetru, spôsobuje dva nežiaduce javy: unášanie vetra a kolísanie.

Unášanie vetra znamená, že trajektória jachty sa nezhoduje s jej stredovou čiarou (rovina priemeru, alebo DP, je inteligentný termín pre líniu prova-korma). Neustále dochádza k posunu jachty k vetru, pohybuje sa akoby trochu bokom.
Je známe, že pri jachtingu na kurze ostro proti smeru za priemerných poveternostných podmienok je uhol vetra medzi DP a skutočnou trajektóriou približne 10-15°.

Postup proti vetru. Prichytávanie.

Keďže jachting pod plachtami nie je možný striktne proti vetru a môžete sa pohybovať iba pod určitým uhlom, bolo by dobré mať predstavu o tom, ako prudko sa môže jachta pohybovať v stupňoch voči vetru. A čo je teda ten pomalý sektor kurzov vzhľadom na vietor, v ktorom je pohyb proti vetru nemožný.
Skúsenosti ukazujú, že bežná výletná jachta (nie pretekárska) môže efektívne plachtiť pod uhlom 50-55° voči skutočnému vetru.

Ak je teda cieľ, ktorý je potrebné dosiahnuť, umiestnený striktne proti vetru, jachting k nemu nebude prebiehať v priamke, ale v cikcaku, najskôr na jednom pripináčiku, potom na druhom. V tomto prípade sa pri každom vetre, prirodzene, budete musieť pokúsiť plachtiť čo najostrejšie do vetra. Tento proces sa nazýva lepenie.

Uhol medzi trajektóriami jácht na dvoch susedných vetroch pri obrate sa nazýva obrat. Je zrejmé, že pri ostrosti pohybu voči vetru 50-55° bude uhol prichytenia 100-110°.

Veľkosť uhla náklonu nám ukazuje, ako efektívne sa môžeme pohybovať smerom k cieľu, ak je striktne proti vetru. Napríklad pri uhle 110° sa dráha k cieľu zväčší 1,75-krát v porovnaní s pohybom v priamom smere.

Prevádzka plachiet na iných kurzoch vzhľadom na vietor

Je zrejmé, že už na kurze gulfwind ťažná sila T výrazne prevyšuje driftovú silu D, takže drift a rolovanie budú malé.

Ako vidíme, s backstayom sa v porovnaní s kurzom gulfwind veľa nezmenilo. Hlavná plachta je umiestnená v polohe takmer kolmej na DP a táto poloha je pre väčšinu jácht extrémna a je technicky nemožné ju ešte viac rozvinúť.

Poloha hlavnej plachty na kurze jibe sa nelíši od pozície na kurze backstay.
Tu pre jednoduchosť pri zvažovaní fyziky procesu v jachtingu berieme do úvahy len jednu plachtu – hlavnú plachtu. Typicky má jachta dve plachty – hlavnú a pevnú (hlavná plachta). Takže na kurze jibe je výložník (ak je umiestnený na rovnakej strane ako hlavná plachta) vo veternom tieni hlavnej plachty a prakticky nefunguje. To je jeden z niekoľkých dôvodov, prečo nie sú jibe medzi vodákmi obľúbené.

Vetry, ktoré sú v južnej časti Tichý oceán fúka západným smerom. Preto bola naša trasa navrhnutá tak plachetnica„Juliet“ sa presúvajú z východu na západ, teda s vetrom fúkajúcim do chrbta.

Keď sa však pozriete na našu trasu, všimnete si, že často, napríklad pri presune z juhu na sever zo Samoy do Tokelau, sme sa museli pohybovať kolmo na vietor. A niekedy sa úplne zmenil smer vetra a museli sme ísť proti vetru.

Júliina cesta

Čo robiť v tomto prípade?

Plachetnice sa už dlho vedia plaviť proti vetru. Klasik Yakov Perelman o tom už dávno dobre a jednoducho napísal vo svojej druhej knihe zo série „Zábavná fyzika“. Tento kúsok tu uvádzam doslovne aj s obrázkami.

„Plavba proti vetru

Je ťažké si predstaviť, ako môžu plachetnice ísť „proti vetru“ - alebo, ako hovoria námorníci, ísť „na blízko“. Je pravda, že námorník vám povie, že nemôžete plávať priamo proti vetru, ale môžete sa pohybovať iba v ostrom uhle voči smeru vetra. Ale tento uhol je malý - asi štvrtina pravého uhla - a zdá sa, že možno rovnako nepochopiteľné: či plávať priamo proti vetru alebo pod uhlom 22°.

V skutočnosti to však nie je ľahostajné a my si teraz vysvetlíme, ako sa k nemu dá silou vetra pohnúť pod miernym uhlom. Najprv sa pozrime, ako všeobecne pôsobí vietor na plachtu, teda kam plachtu tlačí, keď na ňu fúka. Pravdepodobne si myslíte, že vietor vždy tlačí plachtu smerom, ktorým fúka. Ale nie je to tak: kdekoľvek vietor fúka, tlačí plachtu kolmo na rovinu plachty. Skutočne: nechajte vietor fúkať v smere označenom šípkami na obrázku nižšie; čiara AB predstavuje plachtu.

Vietor vždy tlačí plachtu v pravom uhle k jej rovine.

Keďže vietor tlačí rovnomerne na celú plochu plachty, nahrádzame tlak vetra silou R pôsobiacou na stred plachty. Túto silu rozdelíme na dve: sila Q, kolmá na plachtu, a sila P, smerujúca pozdĺž nej (pozri obrázok vyššie vpravo). Posledná sila nikam netlačí plachtu, keďže trenie vetra o plátno je zanedbateľné. Zostáva sila Q, ktorá k nej tlačí plachtu v pravom uhle.

Keď to vieme, ľahko pochopíme, ako môže plachetnica plávať v ostrom uhle smerom k vetru. Nech čiara KK predstavuje kýlovú čiaru lode.

Ako sa dá plaviť proti vetru?

Vietor fúka v ostrom uhle k tejto čiare v smere označenom sériou šípok. Čiara AB predstavuje plachtu; je umiestnená tak, že jej rovina rozpolí uhol medzi smerom kýlu a smerom vetra. Sledujte rozloženie síl na obrázku. Tlak vetra na plachtu predstavujeme silou Q, ktorá, ako vieme, musí byť kolmá na plachtu. Rozdeľme túto silu na dve: sila R, kolmá na kýl, a sila S, smerujúca dopredu pozdĺž línie kýlu plavidla. Keďže pohyb plavidla v smere R naráža na silný odpor vody (kýl dovnútra plachetnice sa stáva veľmi hlbokým), potom je sila R takmer úplne vyvážená odporom vody. Zostáva len jedna sila S, ktorá, ako vidíte, smeruje dopredu, a preto pohybuje loďou pod uhlom, akoby smerom k vetru. [Je dokázané, že sila S je najväčšia, keď rovina plachty pretína uhol medzi kýlom a smerom vetra.]. Typicky sa tento pohyb vykonáva cikcakom, ako je znázornené na obrázku nižšie. V jazyku námorníkov sa takýto pohyb lode nazýva „prichytávanie“ v prísnom zmysle slova.“

Zvážme teraz všetky možné smery vetra vzhľadom na smer lode.

Schéma kurzu lode vo vzťahu k vetru, to znamená uhol medzi smerom vetra a vektorom od kormy po provu (kurz).

Keď vám vietor fúka do tváre (leventik), plachty visia zo strany na stranu a s plachtou sa nedá pohnúť. Samozrejme, vždy môžete spustiť plachty a zapnúť motor, ale to už nemá nič spoločné s plachtením.

Keď vietor fúka priamo za vami (jibe, zadný vietor), zrýchlené molekuly vzduchu vyvíjajú tlak na plachtu na jednej strane a loď sa pohybuje. V tomto prípade sa loď môže pohybovať len pomalšie, ako je rýchlosť vetra. Funguje tu prirovnanie k jazde na bicykli vo vetre – vietor vám fúka do chrbta a ľahšie sa točí pedálmi.

Pri pohybe proti vetru (naklonený) sa plachta nepohybuje kvôli tlaku molekúl vzduchu na plachtu zozadu, ako je to v prípade jibe, ale kvôli zdvíhacej sile, ktorá vzniká v dôsledku rôznych rýchlostí vzduchu. na oboch stranách pozdĺž plachty. Navyše, kvôli kýlu sa loď nepohybuje v smere kolmom na kurz lode, ale iba dopredu. To znamená, že plachta v tomto prípade nie je dáždnik, ako v prípade plachty s ostro ťahom, ale krídlo lietadla.

Počas našich plavieb sme sa plavili hlavne s backstay a gulfwinds priemernou rýchlosťou 7-8 uzlov s rýchlosťou vetra 15 uzlov. Niekedy sme sa plavili proti vetru, polovetru a ostro. A keď vietor utíchol, zapli motor.

Vo všeobecnosti loď s plachtou idúcou proti vetru nie je zázrak, ale realita.

Najzaujímavejšie je, že lode môžu plávať nielen proti vetru, ale dokonca rýchlejšie ako vietor. To sa stane, keď sa loď vzdiali a vytvorí vlastný vietor.

Loď pod plachtou ovplyvňujú dve prostredia: prúdenie vzduchu pôsobiace na plachtu a nadvodnú časť lode a voda pôsobiaca na podvodnú časť lode.

Vďaka tvaru plachty sa čln môže pohybovať vpred aj v tom najnepriaznivejšom vetre (naklonený).

Plachta pripomína krídlo, ktorého najväčší priehyb je 1/3 - 1/4 šírky plachty smerom od lemu a má hodnotu 8 - 10% šírky plachty (obr. 18).

Ryža. 18. Profil plachty: B - šírka plachty pozdĺž tetivy (podľa I.I. Khomyakova, 1976).

Ak má vietor smer IN(obr. 19, a), na ceste stretne plachtu, obehne ju z oboch strán. Náveterná strana plachty vytvára vyšší tlak (+) ako záveterná strana (-). Výslednica tlakových síl tvorí silu R smerované kolmo na rovinu plachty alebo tetivy prechádzajúcej cez predný lem a predný lem a aplikované na stred plachty CPU(Obrázok 19, b).

Ryža. 19 Sily pôsobiace na plachtu a trup člna (podľa I.I. Khomyakova, 1976):

a je účinok vetra na plachtu; b - vplyv vetra na plachtu a vody na trup lode.

sila R rozkladá sa na ťažnú silu T, smerujúce rovnobežne s diametrálnou rovinou ( DP) lode, čo spôsobí pohyb lode vpred, a sila driftu D, smerujúce kolmo DP, čo spôsobuje, že sa loď unáša a kotúľa.

sila R závisí od rýchlosti a smeru vetra vzhľadom na plachtu. Viac Ðb medzi smerom vetra IN a rovinu plachty PP, tým väčšia sila R. Ak Áb = 90°, sila R dosiahne svoju maximálnu hodnotu.

Právomoci T A D záleží na Ðg medzi DP loď a rovina plachty. S nárastom Ðg sila T zvyšuje a silu D klesá.

Vplyv vody na loď do značnej miery závisí od obrysov jej podvodnej časti.

Obr. 20. Správna poloha plachty v rôznych smeroch vetra (podľa I.I. Khomyakova, 1976): a - ostro proti; b - gulfwind, c - jibe.

Napriek tomu, že v ostro ťahaných vetroch sila driftu D presahuje ťažnú silu T, čln sa pohne dopredu. Tu vstupuje do hry bočný odpor. R 1 podvodná časť trupu, ktorá je mnohonásobne väčšia ako odpor vzduchu R.

sila D, napriek odporu trupu stále odfukuje loď z čiary kurzu. Skompilovaný DP a smer skutočného pohybu člna IPÐ a nazývaný uhol driftu. Čím je uhol medzi nimi ostrejší DP a smer vetra, tým väčší je uhol driftu, pretože pri ostrých uhloch je ťažná sila T je bezvýznamná a loď, ktorá nemá dostatočný pohyb dopredu, je odfúknutá do vetra. Pri prudkom vetre strmšom ako 40-45° sa loď nemôže pohnúť dopredu.

Tak možno najväčší ťah a najmenší drift lode dosiahnuť výberom najpriaznivejšej polohy stredovej roviny lode a roviny plachty vzhľadom na vietor. Zistilo sa, že uhol medzi DP loď a rovina plachty by sa mala rovnať polovici Ð A medzi stredovou rovinou a smerom vetra. Obrázok 20 ukazuje správnu polohu plachty pri vetre ostro (a), polovičnom vetre (b) a sklone (c).

Pri výbere polohy plachty vzhľadom k DP a vietor, vodca člna sa neriadi skutočným, ale zdanlivým (zdanlivým) vetrom, ktorého smer je určený výslednicou rýchlosti člna a rýchlosti skutočného vetra (obr. 21).

Obrázok 21. Zjavný vietor.

b a - skutočný vietor; V w - vietor z pohybu lode;

V in - zdanlivý vietor.

Ryža. 22. Inštalácia výložníka vzhľadom na prednú plachtu (podľa I.I. Khomyakova, 1976):

a - správne; b - nesprávne.

Rameno, ktoré sa nachádza pred prednou plachtou, funguje ako lamela. Prúd vzduchu prechádzajúci medzi výložníkom a prednou plachtou znižuje tlak na záveternú stranu prednej plachty a tým zvyšuje jej silu pätníka. Stáva sa to iba vtedy, ak je uhol medzi výložníkmi a DPčlny sú o niečo väčšie ako uhol medzi prednou plachtou a DP(Obrázok 22, a). Ak je rameno stlačené DP, potom prúd vzduchu narazí na záveternú stranu prednej plachty, zhorší jej tvar a zníži ťažnú silu (obrázok 22, b). Rovnaký efekt vytvára výložník, ktorý je príliš zakrivený.

Pohyb plachetnice vo vetre je v skutočnosti určený jednoduchým tlakom vetra na jej plachtu, ktorý tlačí loď dopredu. Výskum v aerodynamickom tuneli však ukázal, že plachtenie proti vetru vystavuje plachtu zložitejšiemu súboru síl.

Keď prichádzajúci vzduch obteká konkávnu zadnú plochu plachty, rýchlosť vzduchu klesá, zatiaľ čo pri obtekaní konvexnej prednej plochy plachty sa táto rýchlosť zvyšuje. V dôsledku toho sa na zadnom povrchu plachty vytvorí oblasť s vysokým tlakom a na prednom povrchu oblasť s nízkym tlakom. Tlakový rozdiel na dvoch stranách plachty vytvára ťažnú (tlačnú) silu, ktorá posúva jachtu dopredu pod uhlom voči vetru.

Plachetnica umiestnená približne v pravom uhle k vetru (v námornej terminológii je jachta privrátená) sa rýchlo pohybuje vpred. Plachta je vystavená ťahu a bočným silám. Ak plachetnica pláva pod ostrým uhlom voči vetru, jej rýchlosť sa spomalí v dôsledku zníženia ťažnej sily a zvýšenia bočnej sily. Čím viac je plachta otočená smerom k korme, tým pomalšie sa jachta pohybuje dopredu, najmä kvôli veľkej bočnej sile.

Plachetnica nemôže plávať priamo proti vetru, ale môže sa pohybovať vpred vykonaním série krátkych cik-cak pohybov pod uhlom voči vetru, nazývaných cvaky. Ak vietor fúka na ľavú stranu (1), hovorí sa, že jachta pláva na vetre z ľavého boku (2), hovorí sa, že pláva na vetre z pravej strany. Aby prekonal vzdialenosť rýchlejšie, jachtár sa snaží zvýšiť rýchlosť jachty na limit úpravou polohy jej plachty, ako je znázornené na obrázku nižšie vľavo. Aby sa minimalizovala odchýlka na stranu od priamej línie, jachta sa pohybuje a mení kurz z protivetra z pravoboku na ľavý a naopak. Keď jachta zmení kurz, plachta sa prehodí na druhú stranu a keď sa jej rovina zhoduje s veternou čiarou, nejaký čas sa trepe, t.j. je neaktívny (obrázok v strede pod textom). Jachta sa ocitne v takzvanej mŕtvej zóne, stráca rýchlosť, kým vietor opäť nenafúkne plachtu z opačného smeru.

Vplyv vetra na loď je určený jeho smerom a silou, tvarom a veľkosťou plochy plachty lode, umiestnením stredu plachty, hodnotami ponoru, náklonu a trimu.

Pôsobenie vetra v rámci smerových uhlov 0-110° spôsobuje stratu rýchlosti a pri veľkých smerových uhloch a sile vetra nepresahujúcej 3-4 body mierne zvýšenie rýchlosti.

Pôsobenie vetra v rozmedzí 30-120° je sprevádzané driftom a valením.

Pohybujúca sa loď je ovplyvnená relatívnym (zdanlivým) vetrom, ktorý súvisí so skutočným v nasledujúcich vzťahoch (obr. 7.1)(2):

kde Vi je skutočná rýchlosť vetra, m/s;

VK-zdanlivá rýchlosť vetra, m/s;

V0 - rýchlosť lode, m/s;

βo-uhol driftu lode, stupne.

Yk - zdanlivý uhol vetra;

Yi je skutočný uhol vetra.

Špecifický tlak vetra na lodi v kgf/m sa vypočíta pomocou vzorca

Kde W je rýchlosť vetra, m/s.

Ryža. 7.1. Vzťah medzi skutočným a zdanlivým vetrom

Ryža. 7.2. Efekt náklonového momentu

Takže počas hurikánu, keď rýchlosť vetra dosiahne 40-50 m / s, zaťaženie vetrom dosiahne 130-200 kgf / m2.

Celkový tlak vetra na loď sa určí z výrazu P = pΩ, kde je plocha plachty lode.

Veľkosť klopného momentu Mkr (obr. 7.2) v kgf m pre prípad ustáleného pohybu a pôsobenia tlakovej sily vetra P kolmo na DP lode sa určí z výrazu.

kde zn je ordináta stredu plachty, m;

T - priemerný ponor lode, m.

Najvýraznejší vplyv na loď má rozbúrené more. Sprevádza ho pôsobenie výrazných dynamických zaťažení na trup a rolovanie lode. Pri plavbe na rozbúrenom mori sa zvyšuje odolnosť trupu lode a zhoršujú sa podmienky pre spoločnú činnosť vrtúľ, trupu a hlavných motorov.

Ryža. 7.3. Vlnové prvky

V dôsledku toho klesá rýchlosť, zvyšuje sa zaťaženie hlavných motorov, zvyšuje sa spotreba paliva a znižuje sa dosah lode. Tvar a veľkosť vĺn charakterizujú nasledujúce prvky (obr. 7.3):

Výška vlny h - vertikálna vzdialenosť od vrcholu k spodnej časti vlny;

Vlnová dĺžka λ je horizontálna vzdialenosť medzi dvoma susednými hrebeňmi alebo žľabmi;

Perióda vlny t je časový úsek, počas ktorého vlna prejde vzdialenosť rovnajúcu sa jej dĺžke (3);

Rýchlosť vlny C je vzdialenosť, ktorú vlna prejde za jednotku času.

Podľa pôvodu sa vlny delia na veterné, prílivové, anemobarické, zemetrasné (tsunami) a lodné vlny. Najbežnejšie sú veterné vlny. Existujú tri typy vĺn: vietor, vlnenie a zmiešané. Vyvíjajú sa veterné vlny, sú pod priamym vplyvom vetra, na rozdiel od vlnobitia, čo je zotrvačná vlna, alebo vlna spôsobená búrkovým vetrom fúkajúcim v odľahlej oblasti. Profil vlny vetra nie je symetrický. Jeho záveterný sklon je strmší ako náveterný. Na vrcholoch veterných vĺn sa vytvárajú hrebene, ktorých vrcholy sa vplyvom vetra rúcajú, vytvárajú penu (jahňatá) a pri silnom vetre sa odtrhávajú. Smer vetra a smer veterných vĺn na otvorenom mori sa spravidla zhodujú alebo líšia o 30-40 °. Veľkosť veterných vĺn závisí od rýchlosti vetra a dĺžky jeho pôsobenia, dĺžky dráhy prúdenia vetra nad vodnou hladinou a hĺbky oblasti (tabuľka 7.1).

TABUĽKA 7.1. MAXIMÁLNE HODNOTY VLNOVÝCH PRVKOV PRE HĽBNÉ MORE (Н/Λ > 1/2)

Najintenzívnejší rast vlny je pozorovaný pri pomere 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.

Na približné výpočty priemernej výšky vĺn stálych oceánskych vĺn sa používajú tieto vzorce:

S vetrom do 5 bodov

Keď vietor presiahne 5 bodov

Kde B je sila vetra v bodoch na Beaufortovej stupnici (§ 23.3).

V podmienkach rozvinutých vĺn dochádza k interferencii jednotlivých vĺn (do 2 % z celkového počtu a viac), ktoré dosahujú maximálny rozvoj a presahujú priemerná výška máva dvakrát až trikrát. Takéto vlny sú obzvlášť nebezpečné.

Superpozícia jedného vlnového systému na druhý nastáva najintenzívnejšie pri zmene smeru vetra, častého striedania búrkových vetrov a pred frontom tropických cyklón (4).

Energia vĺn rozvinutých vĺn je mimoriadne vysoká. Pre unášanú loď možno dynamický účinok vĺn určiť z výrazu p=0,1 τ², kde τ je skutočná perióda vlny, s.

Takže pre periódy vĺn približne 6-10 s môže hodnota P dosiahnuť pôsobivé hodnoty (3,6-10 t/m²).

Keď sa loď pohybuje proti vlne, dynamický efekt vĺn sa zvýši úmerne druhej mocnine rýchlosti lode, vyjadrenej v metroch za sekundu.

Vlnová dĺžka v metroch, rýchlosť v metroch za sekundu a perióda v sekundách sú vo vzájomnom vzťahu podľa nasledujúcich vzťahov:

Prakticky sa pohybujúca loď nenarazí na skutočnú, ale na relatívnu (zdanlivú) vlnovú periódu τ", ktorá je určená z výrazu

Kde a je uhol sklonu čela hrebeňa vlny, meraný pozdĺž ktorejkoľvek strany.

Plus sa vzťahuje na prípad pohybu proti vlne, mínus - pozdĺž vlny.

Pri zmene kurzu je loď umiestnená vzhľadom na zníženú vlnovú dĺžku λ":

Povaha valenia lode má zložitý vzťah medzi vlnovými prvkami (h, λ, τ a C) a prvkami lode (L, D, T1,2 a δ).

Bezpečnosť lode z hľadiska stability je daná nielen jej konštrukciou a rozložením zaťaženia, ale aj jej kurzom a rýchlosťou. V podmienkach rozvinutých vĺn sa tvar existujúcej vodorysky neustále mení. Podľa toho sa mení tvar ponorenej časti trupu, ramená tvarovej stability a vratné momenty.

Pobyt lode na dne vlny je sprevádzaný nárastom vzpriamovacích momentov. Pobyt lode (najmä dlhý čas) na hrebeni vlny je nebezpečný a môže viesť k prevrhnutiu. Najnebezpečnejšie je rezonančné valcovanie, pri ktorom sa perióda vlastných kmitov lode T1,2 rovná viditeľnej (pozorovanej) perióde vlny?" Charakter palubného rezonančného valenia je znázornený na obr. 7.4. Ako vyplýva z na obrázku je jav rezonancie pozorovaný v pomere 0,7< T1 /τ" < 1,3

Rezonančné kývanie je obzvlášť nebezpečné, keď je loď umiestnená s oneskorením smerom k vlne.
Keď loď sleduje kurz proti vlne, straty rýchlosti sa výrazne zvýšia, čím sa odkryjú konce a dôjde k náhlemu nárastu rýchlosti. Nárazy vĺn v spodnej časti provy (fenomén slamming) môžu viesť k deformácii trupu a vytrhnutiu jednotlivých mechanizmov a zariadení od základov.

Pri sledovaní vlny je loď menej náchylná na nárazy vĺn. Avšak jeho sledovanie pozdĺž vlny rýchlosťou blízkou rýchlosti vlny VK = (0,6--1,4) C (loď „jazdila“ na vlne) vedie k prudkej strate bočná stabilita v dôsledku zmeny tvaru a plochy pôsobiacej vodorysky, čo vedie k vzniku gyroskopického momentu pôsobiaceho v rovine vodorysky a výrazne zhoršuje ovládateľnosť lode.

Ryža. 7.4. Rezonančné pitching

Najnebezpečnejšia plavba malej lode je v priaznivých moriach, keď λ=L lode a VK=C.

Univerzálny diagram rozstupu Yu.V. Remeza

Univerzálny valivý diagram určuje závislosť pozorovaných vlnových prvkov od zmien prvkov pohybu lode.

Diagram sa vypočíta pomocou vzorca

Kde V je rýchlosť lode, uzly.

Diagram určuje vzťah medzi X a V sin a pre rôzne hodnoty m. Je skonštruovaný vzhľadom na prevládajúci vlnový systém, ktorý možno identifikovať na akejkoľvek hladine mora a má najvýznamnejší vplyv na pohyb lode (§ 23.4). Univerzálny diagram je možné použiť len v oblastiach s dostatočne veľkou hĺbkou (viac ako 0,4X vlny).

Použitie univerzálneho diagramu rozstupu vám umožňuje vyriešiť tieto hlavné problémy:
- určiť kurz a rýchlosť, ktorou sa loď môže dostať do polohy rezonančného klopenia (klopenia a strany);

Určite vlnovú dĺžku v oblasti plavby;

Určite sektory kurzu a rozsahy rýchlostí, pri ktorých loď zažije silné rolovanie, takmer rezonančné;

Určite kurzy a rýchlosti, pri ktorých bude loď v najnebezpečnejšom stave zníženej bočnej stability;

Určite kurzy a rýchlosti, pri ktorých loď zažije fenomén „buchnutia“.

(1) Ďalší nárast vetra je sprevádzaný veternými vlnami, ktoré znižujú rýchlosť lode.
(2) Súradnice skutočného vetra sa vzťahujú k Zemi a zdanlivého vetra k lodi.
(3) V praxi sa pohyb vodných častíc vo veterných vlnách vyskytuje na dráhach tvarovo blízkych kružnici alebo elipse. Pohybuje sa len vlnový profil.
(4) O povahe tvorby vĺn a jej súvislosti s veternými prvkami sa podrobne diskutuje v kurze oceánografie.