Ni veter, ampak jadro, ki določa smer. Tema: “Fizika gibanja jadrnice

Preden pogledamo, kako deluje jadro, je treba upoštevati dve kratki, a pomembni točki:
1. Ugotovite, kakšen veter vpliva na jadra.
2. Pogovorite se o specifični morski terminologiji, povezani s tečaji v zvezi z vetrom.

Pravi in ​​navidezni vetrovi v jadranju.

Veter, ki deluje na premikajočo se ladjo in vse, kar je na njej, je drugačen od tistega, ki deluje na kateri koli mirujoči predmet.
Pravzaprav veter kot atmosferski pojav, ki piha glede na kopno ali vodo, imenujemo pravi veter.
Pri jahtanju se veter glede na premikajočo se jahto imenuje navidezni veter in je vsota pravega vetra in prihajajočega zračnega toka, ki ga povzroča gibanje plovila.
Navidezni veter vedno piha pod ostrejšim kotom glede na čoln kot pravi veter.
Navidezna hitrost vetra je lahko večja (če je pravi veter čelni ali bočni) ali manjša od pravega vetra (če prihaja iz hrbtnega vetra).

Smeri glede na veter.

V vetru pomeni iz smeri, iz katere piha veter.
Po vetru- iz smeri pihanja vetra.
Ti izrazi, kot tudi izpeljanke iz njih, kot so "privetren", "zavetren", se uporabljajo zelo široko in ne samo v jahti.
Ko se ti izrazi uporabljajo za ladjo, je običajno govoriti tudi o privetrni in zavetrni strani.
Če veter piha z desne strani jahte, potem se imenuje ta stran privetren, leva stran - zavetrje oz.
Leva in desna ladja sta dva izraza, ki sta neposredno povezana s prejšnjima: če veter piha na desno stran ladje, potem pravijo, da pluje na desni ladji, če je na levi, pa na levi.
V angleški navtični terminologiji se tisto, kar je povezano z desno in levo stran, razlikuje od običajnega desnega in levega. Starboard pravijo za desno stran in vse, kar je povezano z njo, Port pa za levo stran.

Tečaji glede na veter.

Tečaji glede na veter se razlikujejo glede na kot med smerjo navideznega vetra in smerjo gibanja plovila. Lahko jih razdelimo na akutne in polne.

Bližnje vlečenje je ostra smer glede na veter. ko veter piha pod kotom, manjšim od 80°. Lahko je močan strm veter (do 50°) ali polni veter (od 50 do 80°).
Polni tečaji glede na veter so tečaji, ko veter piha pod kotom 90° ali več glede na smer gibanja jahte.
Ti tečaji vključujejo:
Gulfwind - veter piha pod kotom od 80 do 100°.
Backstay - veter piha pod kotom od 100 do 150° (strmi backstay) in od 150 do 170° (polni backstay).
Prednji veter - veter piha v krmo pod kotom več kot 170°.
Levi - veter je strogo čelni veter ali blizu njega. Ker se jadrnica ne more premikati proti takemu vetru, se pogosteje imenuje ne tečaj, ampak položaj glede na veter.

Manevri glede na veter.

Ko jadrnica pod jadrom spremeni svojo smer tako, da se kot med vetrom in smerjo gibanja zmanjša, potem pravimo, da je ladja je podan. Z drugimi besedami, sploščiti pomeni iti pod ostrejšim kotom proti vetru.
Če pride do obratnega procesa, tj. jahta spremeni smer v smeri povečanja kota med njo in vetrom, ladja odpade .
Naj pojasnimo, da se izraza (»lead« in »fall«) uporabljata, ko jadrnica spremeni smer glede na veter znotraj istega letala.
Če ladja spremeni smer, potem (in samo takrat!) se takšen manever v jahti imenuje obrat.
Obstajata dva različna načina za spremembo takta in s tem dva zavoja: tack in jibe .
Tack je obrat v veter. Plovilo je gnano, premec čolna prečka vetrovno linijo, na neki točki plovilo prečka levi položaj, nakar leži na drugem kljusu.
Jahtanje pri jibesih poteka v nasprotni smeri: ladja odpade, krma prečka vetrovno linijo, jadra se prestavijo na drugo stran, jahta leži na drugem kljusu. Najpogosteje je to prehod iz enega polnega tečaja v drugega.

Delovanje jadra med plovbo.

Eden od glavnih izzivov za jadralca pri delu z jadri je usmeriti jadro pod optimalnim kotom glede na veter, da ga kar najbolje požene naprej. Če želite to narediti, morate razumeti, kako jadro vpliva na veter.
Delo jadra je v marsičem podobno delu letalskega krila in poteka po zakonih aerodinamike. Za posebej radovedne navtike lahko več o aerodinamiki jadra kot krila izveste v seriji člankov:. Vendar je bolje, da to storite po branju tega članka in se postopoma premikate od preprostega k bolj zapletenemu gradivu. Čeprav, komu to govorim? Pravi jadralci se ne bojijo težav. In vse lahko storite ravno nasprotno.

Glavna razlika med jadrom in krilom letala je v tem, da je za nastanek aerodinamične sile na jadru potreben določen neničelni kot med njim in vetrom; ta kot imenujemo vpadni kot. Krilo letala ima asimetričen profil in lahko deluje normalno pri ničelnem vpadnem kotu, jadro pa ne.
Ko veter teče okoli jadra, se pojavi aerodinamična sila, ki na koncu premakne jahto naprej.
Oglejmo si delovanje jadra pri jahti na različnih tečajih glede na veter. Najprej si za poenostavitev predstavljajmo, da je jambor z enim jadrom vkopan v zemljo in lahko veter usmerimo pod različnimi koti na jadro.

Vpadni kot 0°. Veter piha ob jadru, jadro plapola kot zastava. Na jadru ni aerodinamične sile, obstaja le sila upora.
Vpadni kot 7°. Pojavljati se začne aerodinamična sila. Usmerjen je pravokotno na jadro in je še vedno majhen.
Vpadni kot je približno 20°. Aerodinamična sila je dosegla največjo vrednost in je usmerjena pravokotno na jadro.
Vpadni kot 90°. V primerjavi s prejšnjim primerom se aerodinamična sila ni bistveno spremenila ne po velikosti ne po smeri.
Tako vidimo, da je aerodinamična sila vedno usmerjena pravokotno na jadro in se njena velikost praktično ne spreminja v območju kota od 20 do 90°.
Vpadnih kotov večjih od 90° ni smiselno upoštevati, saj jadra na jahti običajno niso nastavljena pod takšnimi koti glede na veter.

Zgornje odvisnosti aerodinamične sile od vpadnega kota so v veliki meri poenostavljene in povprečene.
Pravzaprav se te lastnosti močno razlikujejo glede na obliko jadra. Na primer, dolgo, ozko in dokaj ravno glavno jadro tekmovalnih jaht bo imelo največjo aerodinamično silo pri vpadnem kotu približno 15°, pri višjih kotih bo sila nekoliko manjša. Če je jadro bolj trbušasto in nima zelo velikega presečnega razmerja, potem je lahko aerodinamična sila na njem največja pri vpadnem kotu okoli 25-30°.

Zdaj pa poglejmo, kako deluje jadro na jahti.

Za poenostavitev si predstavljajmo, da je na jahti samo eno jadro. Naj bo jama.
Najprej je vredno pogledati, kako se sistem jahta + jadro obnaša pri premikanju po najostrejših tečajih glede na veter, saj to običajno sproža največ vprašanj.

Recimo, da na jahto piha veter pod kotom 30-35° glede na trup. Če jadro usmerimo na smer pod kotom približno 20° glede na veter, dobimo nanj zadostno aerodinamično silo A.
Ker ta sila deluje pravokotno na jadro, vidimo, da jahto močno vleče v stran. Če silo A razčlenimo na dve komponenti, lahko ugotovimo, da je potisna sila naprej T nekajkrat manjša od sile, ki potisne čoln vstran (D, sila odnašanja).
Kaj povzroči, da se jahta v tem primeru premika naprej?
Dejstvo je, da je konstrukcija podvodnega dela trupa takšna, da je tudi upor trupa pri premikanju v bok (ti bočni upor) nekajkrat večji od upora pri premikanju naprej. K temu pripomorejo kobilica (oz. sredina), krmilo in sama oblika trupa.
Bočni upor pa nastane takrat, ko se je treba čemu upreti, torej da začne delovati, je potreben nek bočni odmik telesa, tako imenovani wind drift.

Ta premik se naravno pojavi pod delovanjem bočne komponente aerodinamične sile, kot odgovor pa takoj nastane bočna sila upora S, usmerjena v nasprotno smer. Praviloma se medsebojno uravnotežijo pod kotom odnašanja približno 10-15°.
Očitno je torej, da bočna komponenta aerodinamične sile, ki je najbolj izrazita na ostrih smereh glede na veter, povzroča dva nezaželena pojava: zanašanje vetra in zavijanje.

Zanašanje vetra pomeni, da trajektorija jahte ne sovpada z njeno središčnico (ravnina premera ali DP je pameten izraz za linijo premec-krma). Jahta se nenehno premika proti vetru, premika se kot malo vstran.
Znano je, da je pri jahtanju na progi z majhno vleko v povprečnih vremenskih razmerah odnašanje vetra kot kot med DP in dejansko trajektorijo približno 10-15°.

Napredujte proti vetru. Tacking.

Ker vožnja pod jadri ni mogoča strogo proti vetru in se lahko premikate le pod določenim kotom, bi bilo dobro imeti predstavo o tem, kako močno se lahko jahta premakne v stopinjah proti vetru. In kaj je torej tisti počasen sektor tečajev glede na veter, v katerem je gibanje proti vetru nemogoče.
Izkušnje kažejo, da navadna potovalna jahta (ne tekmovalna) lahko učinkovito jadra pod kotom 50-55° glede na pravi veter.

Torej, če je cilj, ki ga je treba doseči, postavljen strogo proti vetru, potem jahta do njega ne bo potekala v ravni črti, ampak v cikcaku, najprej na eni stopnici, nato na drugi. V tem primeru boste morali na vsakem pristanišču seveda poskušati pluti čim bolj ostro v veter. Ta postopek se imenuje tacking.

Kot med trajektorijami jaht na dveh sosednjih stopnicah pri tackingu se imenuje tacking. Očitno je, da bo z ostrino gibanja proti vetru 50-55 °, kot naklona 100-110 °.

Velikost kota hvatanja nam pokaže, kako učinkovito se lahko premikamo proti cilju, če je ta strogo proti vetru. Pri kotu 110° se na primer pot do cilja poveča za 1,75-krat v primerjavi z gibanjem po ravni liniji.

Delovanje jadra na drugih tečajih glede na veter

Očitno je, da že na tečaju zalivskega vetra potisna sila T bistveno presega odnašajočo silo D, zato bosta zanašanje in zavijanje majhna.

Pri backstayu se, kot vidimo, ni veliko spremenilo v primerjavi z gulfwind tečajem. Glavno jadro je postavljeno skoraj pravokotno na DP in ta položaj je pri večini jaht ekstremen, še dlje ga je tehnično nemogoče razviti.

Položaj glavnega jadra na tečaju jibe se ne razlikuje od položaja na tečaju backstay.
Tukaj zaradi poenostavitve, ko obravnavamo fiziko procesa v jahti, upoštevamo samo eno jadro - glavno jadro. Običajno ima jahta dve jadri - glavno jadro in zaporno jadro (glavno jadro). Torej, na tečaju jibe je flok (če se nahaja na isti strani kot glavno jadro) v senci vetra glavnega jadra in praktično ne deluje. To je eden od več razlogov, zakaj jibe niso priljubljene med čolnarji.

Vetrovi, ki pihajo v zahodni smeri v južnem Pacifiku. Zato je bila naša pot zasnovana tako, da se na jadrnici »Juliet« premikamo od vzhoda proti zahodu, torej tako, da nam veter piha v hrbet.

Če pa pogledate našo pot, boste opazili, da smo se morali pogosto, na primer pri premikanju z juga proti severu s Samoe na Tokelau, premikati pravokotno na veter. In včasih se je smer vetra popolnoma spremenila in smo morali proti vetru.

Julijina pot

Kaj storiti v tem primeru?

Jadrnice že dolgo znajo pluti proti vetru. Klasik Yakov Perelman je že zdavnaj dobro in preprosto pisal o tem v svoji drugi knjigi iz serije "Zabavna fizika". Ta del predstavljam tukaj dobesedno s slikami.

"Jadranje proti vetru

Težko si je predstavljati, kako lahko jadrnice gredo "proti vetru" - ali, kot pravijo mornarji, gredo "na tesno". Res je, jadralec vam bo povedal, da ne morete jadrati neposredno proti vetru, ampak se lahko premikate le pod ostrim kotom na smer vetra. Toda ta kot je majhen - približno četrtina pravega kota - in zdi se morda enako nerazumljiv: ali pluti neposredno proti vetru ali pod kotom 22°.

V resnici pa to ni brezbrižno in zdaj bomo razložili, kako se je mogoče s silo vetra premakniti proti njej pod rahlim kotom. Najprej poglejmo, kako veter na splošno deluje na jadro, torej kam potiska jadro, ko piha nanj. Verjetno mislite, da veter vedno potiska jadro v smer, v katero piha. Vendar ni tako: kamor koli piha veter, potiska jadro pravokotno na ravnino jadra. Dejansko: veter naj piha v smeri, ki jo kažejo puščice na spodnji sliki; črta AB predstavlja jadro.

Veter vedno potiska jadro pravokotno na njegovo ravnino.

Ker veter enakomerno pritiska na celotno površino jadra, nadomestimo pritisk vetra s silo R, ki deluje na sredino jadra. To silo bomo razdelili na dve: silo Q, pravokotno na jadro, in silo P, usmerjeno vzdolž jadra (glej sliko zgoraj, desno). Zadnja sila ne potisne jadra nikamor, saj je trenje vetra na platnu zanemarljivo. Ostane sila Q, ki potisne jadro pravokotno nanj.

Če to vemo, zlahka razumemo, kako lahko jadrnica pluje pod ostrim kotom proti vetru. Naj črta KK predstavlja linijo kobilice ladje.

Kako lahko jadraš proti vetru?

Veter piha pod ostrim kotom na to črto v smeri, ki jo označuje niz puščic. Črta AB predstavlja jadro; postavljena je tako, da njena ravnina razpolavlja kot med smerjo kobilice in smerjo vetra. Sledi razporeditvi sil na sliki. Pritisk vetra na jadro predstavljamo s silo Q, ki mora biti, kot vemo, pravokotna na jadro. To silo razdelimo na dvoje: silo R, pravokotno na kobilico, in silo S, usmerjeno naprej vzdolž črte kobilice plovila. Ker gibanje ladje v smeri R naleti na močan odpor vode (kobilica pri jadrnicah je zelo globoka), je sila R skoraj popolnoma uravnotežena z uporom vode. Ostaja samo ena sila S, ki je, kot vidite, usmerjena naprej in zato premika ladjo pod kotom, kot proti vetru. [Lahko je dokazati, da je sila S največja, ko ravnina jadra prepolovi kot med kobilico in smerjo vetra.]. Običajno se to gibanje izvaja v cik-cak, kot je prikazano na spodnji sliki. V jeziku mornarjev se takšno gibanje ladje imenuje "laviranje" v ožjem pomenu besede."

Poglejmo zdaj vse možne smeri vetra glede na smer čolna.

Diagram smeri ladje glede na veter, to je kot med smerjo vetra in vektorjem od krme proti premcu (kurz).

Ko veter piha v obraz (leventik), jadra bingljajo z ene strani na drugo in se z jadrom ni mogoče premikati. Seveda lahko vedno spustiš jadra in prižgeš motor, ampak to nima več veze z jadranjem.

Ko veter piha neposredno za vami (jibe, tailwind), pospešene molekule zraka pritiskajo na jadro na eni strani in čoln se premakne. V tem primeru se lahko ladja premika le počasneje od hitrosti vetra. Tukaj deluje analogija vožnje s kolesom v vetru – veter ti piha v hrbet in lažje vrtiš pedala.

Pri gibanju proti vetru (vleka na tesno) se jadro ne premika zaradi pritiska zračnih molekul na jadro od zadaj, kot pri jibeu, temveč zaradi dvižne sile, ki nastane zaradi različnih hitrosti zraka. na obeh straneh vzdolž jadra. Poleg tega se čoln zaradi kobilice ne premika pravokotno na smer čolna, ampak samo naprej. To pomeni, da jadro v tem primeru ni dežnik, kot v primeru jadra z bližnjo vleko, ampak krilo letala.

Med našimi prehodi smo večinoma jadrali z backstays in gulfwind s povprečno hitrostjo 7-8 vozlov ob hitrosti vetra 15 vozlov. Včasih smo jadrali proti vetru, polveterju in z nizko vleko. In ko je veter pojenjal, so prižgali motor.

Na splošno čoln z jadrom, ki gre proti vetru, ni čudež, ampak resničnost.

Najbolj zanimivo pa je, da lahko čolni plujejo ne samo proti vetru, ampak celo hitreje od vetra. To se zgodi, ko se čoln umakne in ustvari lasten veter.

Na plovilo pod jadri vplivata dve okolji: zračni tok, ki deluje na jadro in nadvodni del plovila, ter voda, ki deluje na podvodni del plovila.

Zahvaljujoč obliki jadra se lahko tudi v najbolj neugodnem vetru (blizu vleke) plovilo premika naprej.

Jadro spominja na krilo, katerega največji odklon je 1/3 - 1/4 širine jadra stran od prednje strani in ima vrednost 8 - 10% širine jadra (slika 18).

riž. 18. Profil jadra: B - širina jadra vzdolž tetive (po I.I. Khomyakovu, 1976).

Če veter ima smer IN(Sl. 19, a), na poti sreča jadro, ga obkroži z obeh strani. Privetrna stran jadra ustvarja večji pritisk (+) kot privetrna stran (-). Rezultanta tlačnih sil tvori silo R, usmerjena pravokotno na ravnino jadra ali tetive, ki poteka skozi prednji del in prednji del in se nanaša na sredino jadra procesor(Slika 19, b).

riž. 19 Sile, ki delujejo na jadro in trup čolna (po I.I. Khomyakovu, 1976):

a je vpliv vetra na jadro; b - vpliv vetra na jadro in vode na trup čolna.

Sila R razgradi na vlečno silo T, usmerjena vzporedno z diametralno ravnino ( DP) čolna, zaradi česar se čoln premika naprej, in sila odnašanja D, usmerjen pravokotno DP, kar povzroči, da čoln zanese in se prevrne.

Sila R odvisno od hitrosti in smeri vetra glede na jadro. Bolj Ðb med smerjo vetra IN in ravnino jadra PP, večja je moč R. če Ðb=90°, sila R doseže največjo vrednost.

Pooblastila T in D odvisno od Ðg med DPčoln in ravnina jadra. S povečanjem Ðg sila T poveča in moč D zmanjša.

Vpliv vode na čoln je v veliki meri odvisen od kontur njegovega podvodnega dela.

Sl. 20. Pravilna lega jadra v različnih smereh vetra (po I.I. Khomyakovu, 1976): a - tesna vleka; b - gulfwind, c - jibe.

Kljub dejstvu, da v vetru na bližino odnaša sila D presega vlečno silo T, se čoln premika naprej. Tu nastopi stranski upor. R 1 podvodni del trupa, ki je mnogokrat večji od upora R.

Sila D, kljub uporu trupa, še vedno odpihne čoln s črte tečaja. Sestavljeno DP in smer pravega gibanja čolna IPÐ a imenovan kot odnašanja. Čim ostrejši je kot med DP in smeri vetra, večji je kot zanašanja, saj je pri ostrih kotih vlečna sila T je nepomemben in čoln, ki nima zadostnega premika naprej, odnese v veter. Pri vetru na bližino, strmejšem od 40-45°, se jadrnica ne more premakniti naprej.

Tako lahko največji potisk in najmanjši zanos jadrnice dosežemo z izbiro najugodnejše lege srednje ravnine jadrnice in ravnine jadra glede na veter. Ugotovljeno je bilo, da je kot med DPčoln in ravnina jadra morata biti enaka polovici Ð A med srednjo ravnino in smerjo vetra. Slika 20 prikazuje pravilno pozicijo jadra v vetru na kratko (a), polveter (b) in floks (c).

Pri izbiri položaja jadra glede na DP in veter, vodjo čolna ne vodi pravi, temveč navidezni (navidezni) veter, katerega smer določa rezultanta hitrosti čolna in hitrosti pravega vetra (slika 21).

Slika 21. Navidezni veter.

b in - pravi veter; V w - veter zaradi gibanja čolna;

In - navidezni veter.

riž. 22. Namestitev kraka glede na prednje jadro (po I.I. Khomyakovu, 1976):

a - pravilno; b - nepravilno.

Flok, ki se nahaja pred prednjim jadrom, deluje kot letvica. Zračni tok, ki poteka med flokom in prednjim jadrom, zmanjša pritisk na zavetrni strani prednjega jadra in s tem poveča njegovo silo na stebru. To se zgodi le, če je kot med kraki in DPčolni so nekoliko večji od kota med prednjim jadrom in DP(Slika 22, a). Če je krak pritisnjen na DP, potem bo zračni tok udaril v zavetrno stran prednjega jadra, poslabšal njegovo obliko in zmanjšal vlečno silo (slika 22, b). Enak učinek povzroči preveč ukrivljen krak.

Gibanje jadrnice v vetru pravzaprav določa preprost pritisk vetra na njeno jadro, ki ladjo potiska naprej. Vendar pa so raziskave v vetrovniku pokazale, da jadranje proti vetru izpostavi jadro kompleksnejšemu nizu sil.

Ko vstopni zrak teče okrog konkavne zadnje ploskve jadra, se hitrost zraka zmanjša, pri obtoku okoli konveksne sprednje ploskve jadra pa se ta hitrost poveča. Posledično se na zadnji površini jadra oblikuje območje visokega tlaka, na sprednji površini pa območje nizkega tlaka. Razlika v tlaku na obeh straneh jadra ustvarja vlečno (potisno) silo, ki premika jahto naprej pod kotom proti vetru.

Jadrnica, ki se nahaja približno pravokotno na veter (v navtični terminologiji jahta je pritrjena), se hitro premika naprej. Jadro je izpostavljeno vlečnim in bočnim silam. Če jadrnica pluje pod ostrim kotom proti vetru, se njena hitrost upočasni zaradi zmanjšanja vlečne sile in povečanja bočne sile. Bolj kot je jadro obrnjeno proti krmi, počasneje se jahta premika naprej, predvsem zaradi velike bočne sile.

Jadrnica ne more pluti neposredno v veter, lahko pa se premakne naprej z zaporedjem kratkih cik-cak gibov pod kotom proti vetru, imenovanih tacks. Če veter piha v levi bok (1), pravimo, da jahta pluje na levi bok, če piha v desno (2), pa pravimo, da pluje na desni bok. Da bi jadralec hitreje premagal razdaljo, skuša jadrnico povečati do skrajne hitrosti s prilagajanjem položaja jadra, kot je prikazano na sliki spodaj levo. Da bi čim bolj zmanjšali odstopanje v stran od ravne črte, se jahta premika in spreminja smer z desnega na levo in obratno. Ko jahta spremeni smer, jadro vrže na drugo stran in ko njegova ravnina sovpada s črto vetra, nekaj časa plapola, tj. je neaktiven (srednja slika pod besedilom). Jahta se znajde v tako imenovani mrtvi coni in izgublja hitrost, dokler veter ponovno ne napihne jadra iz nasprotne smeri.

Vpliv vetra na ladjo je določen z njegovo smerjo in močjo, obliko in velikostjo jadralne površine ladje, lokacijo središča jadra, vrednostmi ugreza, nagiba in trima.

Delovanje vetra v kotih smeri 0-110 ° povzroči izgubo hitrosti, pri velikih kotih smeri in moči vetra, ki ne presega 3-4 točk, pa se hitrost rahlo poveča.

Delovanje vetra v območju 30-120° spremlja zanašanje in val vetra.

Na premikajočo se ladjo vpliva relativni (navidezni) veter, ki je povezan z resničnim v naslednjih razmerjih (slika 7.1)(2):

Kjer je Vi prava hitrost vetra, m/s;

VK-navidezna hitrost vetra, m/s;

V0 - hitrost ladje, m/s;

kot zanašanja ladje βo, stopinje.

Yk - navidezni kot vetra;

Yi je pravi kot vetra.

Specifični pritisk vetra na ladjo v kgf/m se izračuna po formuli

Kjer je W hitrost vetra, m/s.

riž. 7.1. Razmerje med pravim in navideznim vetrom

riž. 7.2. Učinek nagibnega momenta

Torej, med orkanom, ko hitrost vetra doseže 40-50 m / s, obremenitev vetra doseže 130-200 kgf / m2.

Skupni pritisk vetra na ladjo se določi iz izraza P = pΩ, kjer je površina jader ladje.

Velikost nagibnega momenta Mkr (slika 7.2) v kgf m za primer enakomernega gibanja in delovanja sile vetrnega tlaka P pravokotno na DP ladje se določi iz izraza

kjer je zn ordinata središča jadra, m;

T - povprečni ugrez ladje, m.

Razburkano morje najbolj vpliva na ladjo. Spremlja ga delovanje znatnih dinamičnih obremenitev na trupu in kotaljenje ladje. Pri plovbi v razburkanem morju se poveča upor ladijskega trupa in poslabšajo pogoji za skupno delovanje propelerjev, trupa in glavnih motorjev.

riž. 7.3. Valoviti elementi

Posledično se zmanjša hitrost, poveča se obremenitev glavnih motorjev, poveča se poraba goriva in zmanjša domet križarjenja ladje. Za obliko in velikost valov so značilni naslednji elementi (slika 7.3):

Višina valov h - navpična razdalja od vrha do dna vala;

Valovna dolžina λ je vodoravna razdalja med dvema sosednjima vrhovoma ali vdolbinama;

Valovno obdobje t je časovno obdobje, v katerem val prepotuje razdaljo, ki je enaka njegovi dolžini (3);

Hitrost valovanja C je razdalja, ki jo val prepotuje na časovno enoto.

Glede na izvor delimo valove na vetrne, plimske, anemobarične, potresne (cunamije) in ladijske valove. Najpogostejši so vetrni valovi. Obstajajo tri vrste valov: vetrni, valoviti in mešani. Vetrni valovi se razvijajo, so pod neposrednim vplivom vetra, v nasprotju s swellom, ki je inercijski val, ali pa val, ki ga povzroča nevihtni veter, ki piha v oddaljenem območju. Profil vetrovnega vala ni simetričen. Njeno zavetrno pobočje je bolj strmo kot privetrno. Na vrhovih vetrovnih valov se oblikujejo grebeni, katerih vrhovi se pod vplivom vetra zrušijo in tvorijo pene (jagnjeta), v močnem vetru pa se odtrgajo. Smer vetra in smer vetrnih valov na odprtem morju praviloma sovpadata ali se razlikujeta za 30-40°. Velikost vetrovnih valov je odvisna od hitrosti vetra in trajanja njegovega vpliva, dolžine poti vetrnih tokov čez vodno gladino in globine območja (tabela 7.1).

TABELA 7.1. NAJVEČJE VREDNOSTI VALOVNIH ELEMENTOV ZA GLOBOKO MORJE (Н/Λ > 1/2)

Najbolj intenzivno rast valov opazimo pri razmerju 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.

Za približne izračune povprečne višine valov stabilnih oceanskih valov se uporabljajo naslednje formule:

Z vetrom do 5 točk

Ko je veter nad 5 točk

Kjer je B sila vetra v točkah na Beaufortovi lestvici (§ 23.3).

V razmerah razvitega valovanja prihaja do interference posameznih valov (do 2% celotnega števila ali več), ki dosežejo največji razvoj in dvakrat do trikrat presegajo povprečno višino valov. Takšni valovi so še posebej nevarni.

Superpozicija enega valovnega sistema na drugega se najintenzivneje pojavi ob spremembi smeri vetra, pogostem menjavanju nevihtnih vetrov in pred fronto tropskih ciklonov (4).

Energija valovanja razvitih valov je izjemno visoka. Za plavajočo ladjo lahko dinamični učinek valov določimo iz izraza p=0,1 τ², kjer je τ prava perioda valovanja, s.

Tako lahko za valovna obdobja približno 6-10 s vrednost P doseže impresivne vrednosti (3,6-10 t/m²).

Ko se ladja premika proti valovom, se bo dinamični učinek valov povečal sorazmerno s kvadratom hitrosti ladje, izraženo v metrih na sekundo.

Valovna dolžina v metrih, hitrost v metrih na sekundo in perioda v sekundah so med seboj povezane z naslednjimi razmerji:

Praktično premikajoča se ladja ne sreča z resnično, temveč z relativno (navidezno) valovno periodo τ", ki je določena z izrazom

Kjer je a smerni kot sprednje strani grebena vala, merjen vzdolž katere koli strani.

Plus se nanaša na primer gibanja proti valu, minus - vzdolž vala.

Pri spreminjanju smeri se ladja postavi glede na zmanjšano valovno dolžino λ":

Narava valjanja ladje ima zapleten odnos med elementi valov (h, λ, τ in C) in elementi ladje (L, D, T1,2 in δ).

Varnost ladje v smislu stabilnosti ni določena le z njeno zasnovo in porazdelitvijo obremenitve, temveč tudi s smerjo in hitrostjo. V razmerah razvitega valovanja se oblika obstoječe vodne črte nenehno spreminja. V skladu s tem se spremeni oblika potopljenega dela trupa, kraki stabilnosti oblike in obnovitveni momenti.

Bivanje ladje na dnu vala spremlja povečanje vzravnalnih trenutkov. Zadrževanje ladje (zlasti dolgo) na grebenu vala je nevarno in lahko povzroči prevrnitev. Najbolj nevarno je resonančno kotaljenje, pri katerem je obdobje lastnih nihanj ladje T1,2 enako vidni (opazovani) periodi valovanja?" Narava resonančnega kotaljenja na krovu je prikazana na sliki 7.4. Kot izhaja iz na sliki je pojav resonance opazen pri razmerju 0,7< T1 /τ" < 1,3

Resonančno zibanje je še posebej nevarno, če je ladja postavljena z zamikom proti valu.
Ko ladja sledi poti proti valovom, se izgube hitrosti znatno povečajo, razkrijejo se konci in pride do nenadnih skokov hitrosti. Udarci valov v spodnji del premca (pojav loputanja) lahko povzročijo deformacijo trupa in odtrganje posameznih mehanizmov in naprav iz temeljev.

Ko sledi valu, je ladja manj dovzetna za udarce valov. Vendar pa sledenje vzdolž vala s hitrostjo, ki je blizu hitrosti valovanja VK = (0,6--1,4) C (ladja je "jahala" val) vodi do močne izgube bočne stabilnosti zaradi spremembe oblike in površine obstoječe vodne črte, kar vodi do nastanka žiroskopskega momenta, ki deluje v ravnini vodne črte in bistveno poslabša vodljivost ladje.

riž. 7.4. Resonančno nagibanje

Najnevarnejša plovba majhne ladje je v ugodnem morju, ko je λ=L ladje, VK=C.

Univerzalni diagram nagiba Yu.V. Remeza

Univerzalni kotalni diagram določa odvisnost opazovanih valovnih elementov od sprememb elementov gibanja ladje.

Diagram se izračuna po formuli

Kjer je V hitrost ladje, vozli.

Diagram določa razmerje med X in V sin a za različne vrednosti m. Konstruiran je glede na prevladujoči valovni sistem, ki ga je mogoče prepoznati na kateri koli gladini morja in ima najpomembnejši učinek na gibanje ladje (§ 23.4 Univerzalni diagram se lahko uporablja le na območjih z dovolj velikimi globinami (več kot 0,4X valovi).

Uporaba univerzalnega diagrama naklona vam omogoča, da rešite naslednje glavne težave:
- določi smer in hitrost, s katero lahko ladja pride v položaj resonančnega nagiba (naklon in bok);

Določite valovno dolžino v območju plovbe;

Določite sektorje smeri in razpone hitrosti, pri katerih bo ladja doživela močno kotaljenje, skoraj resonančno;

Določite tečaje in hitrosti, pri katerih bo ladja v najbolj nevarnem stanju zmanjšane bočne stabilnosti;

Določite tečaje in hitrosti, pri katerih bo ladja doživela pojav "loputanja".

(1) Nadaljnjo krepitev vetra spremljajo vetrni valovi, ki zmanjšujejo hitrost ladje.
(2) Koordinate pravega vetra so povezane z zemljo, navideznega vetra pa z ladjo.
(3) Gibanje vodnih delcev v vetrovnih valovih poteka v praksi po orbitah, ki so po obliki blizu kroga ali elipse, giblje se le valovni profil.
(4) Narava nastajanja valov in njihova povezava z elementi vetra sta podrobno obravnavani pri predmetu oceanografija.