Pohyb katamaránu po proudu proti větru. Jak plout proti větru na plachetnici? Skutečný a praporkový vítr v jachtingu

Cvočky, Celé kurzy, Tacking, Vlajka a ...

Tack - směr pohybu vzhledem k větru, když úhel svíraný se směrem větru je větší než nula.

V souladu s tím je pravý směr větru pravou nohou nebo rukou vpředu, to znamená, že vždy stojíte zády k větru a pohyb vpravo je směr zprava, vlevo je směr zleva. V závislosti na velikosti tohoto úhlu může být kurz nad čárou větru ostrý nebo plný.

• Leventic (le vent)- poloha plavidla vzhledem k větru, když je úhel k linii větru přibližně nulový. Protože plachetnice nemůže plout tímto směrem, obvykle neříkají „kurz“, ale „poloha v čele“.
• Beydewind (bij de wind)- Ostrý kurz vzhledem k linii větru, když vítr fouká pod úhlem 0 až 80°. Může být strmý boční vítr (až 50°) a plný (od 50 do 80°).

Kompletní kurzy se berou v úvahu, když vítr fouká pod úhlem blízkým 90° nebo v tupém úhlu ke směru jízdy. Tyto kurzy zahrnují:

• Poloviční vítr, neboli polovítr - vítr vane pod úhlem 80° až 100°.
• Backstag- vítr fouká pod úhlem 100 až 150° (strmá zadní vzpěra) a od 150° do 170° (úplná zadní vzpěra).
• Fordewind- stejný "zadní vítr", jaký si námořníci přejí, i když v plachtění není tento kurz v žádném případě nejrychlejší, jak by se dalo očekávat. Vítr fouká zezadu pod úhlem 170° na jedné straně a 170° na straně druhé.

Tacking.
Nemůžete jít přímo proti větru. Je-li potřeba dostat se do jakéhokoli bodu umístěného výše po větru, pak se použije obrat, pohyb k cíli po směru větru - s proměnlivými obraty. Chcete-li změnit směr, musíte zatočit. Pamatujte také na to, že u jakéhokoli kurzu se snášíte (slučujete) trochu po větru, takže nemůžete jasně nastavit směr pohybu do bodu, měli byste vždy jet kurz trochu výše proti větru, tedy s rezervou.

Určení směrů větru vzhledem k vám.

• Návětrná strana- když stojíte zády k větru, záda budou návětrná strana, respektive - návětrná strana prkna je tam, kde jsou paty.
• Závětrná strana- naopak je to vše, co je před vámi (po větru), když stojíte zády k větru. Závětrná strana je místo, kde máte na desce ponožky.

Zdánlivý vítr.
Zdánlivá rychlost větru je geometrický součet skutečných rychlostí větru a větru způsobených pohybem jachty (přední vítr). Pokud je rychlost pohybu na vodě 1 m/s, pak rychlost indukovaného větru je 1 m/s směrem k přídi. Čím rychleji se sportovec pohybuje, tím silnější je indukovaný vítr a tím silnější je vlajkový vítr. Zesiluje také, pokud jdete ve skutečném větru (proti větru).

Dnes se zaměříme na následující skutečnost: Jachta se bez ohledu na směr větru pohybuje tam, kam ji vede kapitán a jeho posádka. To se děje, i když vítr fouká opačným směrem. Proč se tohle děje? Jaké je tajemství tohoto fenoménu?

Plachetnice se objevila dlouho před příchodem letadel. Ale princip fungování plachet a křídel je stejný. Základem práce je zdvihací síla. Ale pouze v případě, že zvednutí křídla, řezání větru, tlačí auto nahoru, pak plachta umístěná svisle tlačí jachtu dopředu.

Protivítr dopadající na plachtu vytváří tlačnou sílu. Tajemství je v tom, že z návětrné strany, té, která je uvnitř, je rychlost větru menší než ze závětrné strany. Vzniká proto vakuum a plachta je doslova nasávána vzduchem. To vše je možné díky zvláštnostem struktury plachty. Jinými slovy, můžeme říci následující: nezáleží na tom, jak je plachta na lodi umístěna, protože přeměňuje pouze energii větru. Proto je jachta schopna plout proti proudu větru.

Ani ve chvílích, kdy se oku diváka zdá, že plachta musí jachtu jistě zpomalit, protože do ní fouká vítr zvenčí, se tak neděje. A to se neděje také proto, že centrum působení sil je umístěno na přídi lodi a vítr snadno zajišťuje „tlačný“ pohyb.

Ale zeptejme se skutečných jachtařů, jak a proč se jachta pohybuje a je pravda, že se dá plout proti větru?

Andrey Volkhov má značné zkušenosti s řízením jachet, a proto mu můžete bezpodmínečně věřit. „Ve skutečnosti se jachta nebude moci pohybovat proti silnému větru. Pokud to dáte kolmo na proudění větru. Můžete se pohybovat pouze pod určitým úhlem. Ovládání plachty je stejné jako u křídla letadla. Vztlak generovaný větrem tlačí loď dopředu."

Ale není to jen zvedací síla, která vzniká při zatížení větrem. Roll je dalším fenoménem, ​​který je třeba vzít v úvahu při ovládání lodi. Tento jev nejen zpomaluje jachtu, ale je také velmi nebezpečný pro celou posádku. V případech, kdy se loď nakloní, musí posádka co nejrychleji vytvořit protizávaží.

Podívejme se blíže na příklad sportovní jachty.

• Možnost jedna – vítr fouká stejným směrem. Vše je zde jasné a jednoduché. Jachta se bez potíží pohybuje vpřed a posádka není zatížena výraznými akcemi.

Plachta má několik tvarů. Arabská forma je, když má plachta „šikmý“ vzhled. Tato forma je účinná s bočním větrem, stejně jako s proudy v blízkosti protijedoucích. Určitě to však bude za rovnou plachtou při slušném větru. V tomto případě by se k hlavní plachtě (hlavní plachtě) přidala "staysail" - dodatečná plachta. Tyto dvě plachty jsou schopny zrychlit lehkou jachtu až na 30 km/h.

• Situace dvě – proudění větru padá na bok plavidla. Nyní se posádka vzchopila a rozvine plachtu. Důležitou součástí ráhna (tuhé vybavení jachty) je ráhno. Lanové náčiní se nazývá lanoví. To vše slouží k ovládání stožáru. Posouvat loď vpřed je umění jachtařů. Hlavním úkolem posádky je včas natočit plachtu do požadovaného úhlu. Posádka tak sleduje jeden cíl – získat maximum energie z větru.
• Další situace - vítr fouká pod úhlem 20 stupňů, a to je proti pohybu lodi. Beydewind – nazývá tah proti větru. Tak to nazývali zkušení námořníci v dávných dobách. V tomto případě je tým maximálně napjatý, protože potřebuje chytit vítr. A po chvíli se to podaří a jachta se opět rozjede vpřed. Tajemství tohoto jevu jsme již prozkoumali. Ale na jachtě je další plachta! Je neviditelný!

Mnozí již uhodli, že tato plachta je pod dnem lodi. Říká se tomu kýl. Námořníci tomu obvykle říkají středová deska. Tento prvek je nezbytný k tomu, aby odolal patě a také k omezení síly větru dopadajícího na plachtu. Další schopností středové desky je přeměnit náklonovou sílu na energii pohonu. Fyzikální zákony fungují v jachtařských sportech co nejpřesněji.

A posádka je samozřejmě bezvládná, když vůbec nefouká vítr. I když ... mnoho jachet je vybaveno motory, jen pro případ "klidu". Nemusíte se proto bát „nečekané smrti“ větru.

Je těžké si představit, jak mohou plachetnice jet "proti větru" - nebo, slovy námořníků, "na boční vítr". Pravda, námořník vám řekne, že pod plachtami nemůžete jít přímo proti větru, ale můžete se pohybovat pouze v ostrém úhlu ke směru větru 3. Ale tento úhel je malý - asi čtvrtina pravého úhlu - a zdá se možná stejně nepochopitelné: zda plavat přímo proti větru nebo pod úhlem 22 ° k němu.

3 (Je možné využívat pouze větrnou energii a pohybovat se striktně proti větru, pokud je plachta nahrazena větrnou turbínou, jako je větrný mlýn, který roztáčí lodní šroub. O takovém na první pohled neobvyklém plavidle je dokonce známý problém P. L. Kapitsy (viz též časopis: Katera i Yachty, 1981, č. 1, s. 25).)

Ve skutečnosti to ale není lhostejné a my si nyní vysvětlíme, jak k němu může jít síla větru pod mírným úhlem. Nejprve zvažte, jak vítr působí na plachtu obecně, tedy kam plachtu tlačí, když na ni fouká. Pravděpodobně si myslíte, že vítr vždy tlačí plachtu směrem, kterým fouká. Ale není tomu tak: kamkoli vítr fouká, tlačí plachtu kolmo k rovině plachty.

Vskutku. Nechte vítr vanout ve směru naznačeném šipkami na obr. 17, řádek AB znázorňuje plachtu.

Jelikož vítr tlačí rovnoměrně na celou plochu plachty, nahrazujeme sílu tlaku větru silou R připevněný ke středu plachty. Tuto sílu rozložíme na dvě: sílu Q kolmo na plachtu a sílu R směřoval podél něj dopředu. Napájení R plachtu nikde netlačí, jelikož tření větrem o plátno je zanedbatelné. Zůstává silný Q který k ní tlačí plachtu v pravém úhlu.

Když to víme, snadno pochopíme, jak může plachetnice plout pod ostrým úhlem proti větru. Nechť čára KK (obr. 18) představuje kýlovou linii nádoby. Vítr vane pod ostrým úhlem k této čáře ve směru naznačeném šipkami. Čára AB představuje plachtu; je umístěn tak, že jeho rovina půlí úhel mezi směrem kýlu a směrem větru. Viz obrázek 18. za rozpadem sil. Tlak větru na plachtu znázorňujeme silou Q, která, jak víme, musí být kolmá na plachtu. Tuto sílu rozložíme na dvě: sílu B, kolmou ke kýlu, a sílu S, směřující dopředu, podél linie kýlu plavidla. Protože pohyb lodi ve směru B naráží na silný odpor vody (kýl u plachetnic se stává velmi hlubokým), je síla B téměř zcela vyvážena odporem vody. Zůstane pouze síla S, která, jak vidíte, směřuje dopředu, a proto pohybuje lodí pod úhlem, jakoby proti větru *. Obvykle se tento pohyb provádí klikatě, jak je znázorněno na obrázku 19. V jazyce námořníků se takový pohyb plavidla nazývá „připínáček“ v plném smyslu slova 4.

* (Lze ukázat, že síla S nabývá největší hodnoty, když rovina plachty zmenší na polovinu úhel mezi kýlem a směrem větru.)

4 (V plachtění je řada otázek, které jsou zajímavé z pohledu fyzika. Více o tomto sportu a některých technických problémech plavby pod plachtami se můžete dozvědět například z knih: V. Glovatsky Fascinující svět plachet: Essays on the History of Sailing Sports - M .: Progress, 1979; Proctor J. Sailing. Vítr, vzrušení a proud), Leningrad: Gidrometeoizdat, 1981.)

Myslím, že mnozí z nás by využili šance ponořit se do propasti v nějakém podvodním dopravním prostředku, ale přesto by většina dala přednost plavbě po moři na plachetnici. Když nebyla letadla ani vlaky, byly jen plachetnice. Svět byl bez nich, nestal se takovým.

Plachetnice s rovnými plachtami přivezly Evropany do Ameriky. Jejich stabilní paluby a prostorné podpalubí přivedly muže a zásoby k vybudování Nového světa. Ale i tyto starověké lodě měly svá omezení. Šli pomalu a prakticky stejným směrem po větru. Od té doby se mnohé změnilo. Dnes používají zcela odlišné principy řízení energie větru a vln. Pokud tedy chcete jezdit na moderně, musíte se naučit nějakou fyziku.

Moderní plachtění není jen jízda po větru, je to něco, co ovlivňuje plachtu a díky níž létají jako křídlo. A toto neviditelné „něco“ se nazývá vztlak, což vědci nazývají boční síla.

Pozorný pozorovatel si nemohl nevšimnout, že ať fouká vítr odkudkoli, plachetnice se vždy pohybuje tam, kam kapitán potřebuje – i když je vítr čelní. Jaké je tajemství tak úžasné kombinace tvrdohlavosti a poslušnosti.

Mnozí si ani neuvědomují, že plachta je křídlo a princip fungování křídla a plachty je stejný. Vychází ze vztlakové síly, pouze pokud vztlaková síla křídla letadla pomocí protivětru tlačí letadlo nahoru, pak vertikálně umístěná plachta směřuje plachetnici dopředu. Chcete-li to vědecky vysvětlit, musíte se vrátit k základům – jak plachta funguje.

Podívejte se na simulovaný proces, který ukazuje, jak vzduch působí na rovinu plachty. Zde vidíte, že více zakřivené proudy vzduchu pod modelem se ohýbají, aby model obešly. V tomto případě se musí proudění trochu zrychlit. V důsledku toho se objeví oblast nízkého tlaku - to generuje vztlak. Nízký tlak na spodní straně stahuje plachtu dolů.

Jinými slovy, oblast vysokého tlaku se snaží pohybovat směrem k oblasti nízkého tlaku a vyvíjí tlak na plachtu. Vzniká tlakový rozdíl, který vytváří zvedací sílu. Díky tvaru plachty je rychlost větru na vnitřní návětrné straně nižší než na závětrné. Na vnější straně se vytvoří vakuum. Plachta doslova nasává vzduch, který žene plachetnici dopředu.

Ve skutečnosti je tento princip docela jednoduchý na pochopení, stačí se blíže podívat na jakoukoli plachetnici. Trik je zde v tom, že plachta, ať je umístěna jakkoli, přenáší větrnou energii na loď a i když se vizuálně zdá, že by plachta měla jachtu zpomalit, těžiště působení sil je blíže k přídi plachetnice. a síla větru zajišťuje translační pohyb.

Ale to je teorie, ale v praxi je všechno trochu jinak. Plachetní jachta ve skutečnosti nemůže jet proti větru - pohybuje se k němu pod určitým úhlem, tzv. cvočky.

Plachetnice se pohybuje v důsledku rovnováhy sil. Plachty fungují jako křídla. Většina zdvihu, který generují, směřuje do strany a jen malá část dopředu. Tajemství je však v tomto nádherném jevu v takzvané „neviditelné“ plachtě, která se nachází pod dnem jachty. To je kýl nebo v námořním jazyce - středová deska. Zdvih středové desky také produkuje vztlak, který rovněž směřuje primárně do strany. Kýl je protilehlý k patě a opačné síle na plachtu.

Kromě zvedací síly existuje také rolování - jev škodlivý pro pohyb vpřed a nebezpečný pro posádku lodi. Ale právě proto je na jachtě tým, který slouží jako živá protiváha neúprosných fyzikálních zákonů.

U moderní plachetnice spolupracují kýl i plachta, aby nasměrovaly plachetnici vpřed. Ale jak každý začínající námořník v praxi potvrdí, vše je mnohem složitější než teoreticky. Zkušený námořník ví, že i sebemenší změna ohybu plachty umožňuje získat větší vztlak a ovládat její směr. Změnou zakřivení plachty ovládá zkušený námořník velikost a polohu oblasti produkující vztlak. Hluboký předklon může vytvořit velkou tlakovou zónu, ale pokud je ohyb příliš velký nebo náběžná hrana příliš strmá, proudění molekul vzduchu kolem něj již nebude ohyb sledovat. Jinými slovy, pokud má předmět ostré rohy, částice proudění se nemohou otočit – impuls pohybu je příliš silný, tento jev se nazývá „oddělený proud“. Výsledkem tohoto efektu je, že plachta "vloček" ztrácí vítr.

Zde je několik dalších praktických tipů pro využití větrné energie. Optimální kurz protivětru (závodní boční vítr). Námořníci tomu říkají „plavba proti větru“. Vlajkový vítr, který má rychlost 17 uzlů, je znatelně rychlejší než skutečný vítr, který vytváří vlnový systém. Rozdíl v jejich směrech je 12°. Směr na zdánlivý vítr - 33°, na skutečný vítr - 45°.

Kurz plavidla vůči větru je úhel mezi směrem větru a diametrální rovinou plavidla, to znamená úhel kurzu k bodu horizontu, odkud vítr vane, vyjádřený v úhlových stupních popř. body.

V závislosti na hodnotě tohoto úhlu mají kurzy vzhledem k větru svá vlastní jména:

1 - strmý boční vítr (30 ° - 45 °);

2 - plný boční vítr (45 ° - 75 °);

3 - galfwind (asi 90 °);

4 - zadní opěra (110 ° - 160 °);

5 - přední vítr (160 ° - 200 °);

6 - leventik (30 ° na každé straně)

Leventic (fr. Le vent) - kurz, který svírá se směrem větru úhel blízký 180 stupňům, to znamená, že vítr ve vztahu k lodi fouká téměř přesně vpředu. Protože plachetnice nemůže plout tímto směrem, obvykle neříkají „kurz“, ale „poloha v čele“.

Beydewind (nizozemsky bij de wind) je kurz, při kterém je úhel mezi směrem větru a směrem pohybu plavidla větší než 100 stupňů (méně než 8 bodů). Přidělte plný (od 100 do 120 stupňů) a strmý (více než 120 stupňů) boční vítr. Tah plachty je zcela určen její zvedací silou, s rostoucím odporem se tahová síla snižuje, ale driftová síla se zvyšuje. Na tomto kurzu tedy plachta, nastavená v minimálním úhlu náběhu ke zdánlivému větru (5-10°), působí jako aerodynamické křídlo.

Nejlepší plachetnice plují pod úhlem 30-35° ke směru skutečného větru. V důsledku sečtení vektorů rychlosti větru a přibližujícího se proudění vzduchu se zdánlivá rychlost větru na kurzu taženém bočním tahem ukáže jako maximální, stejně jako aerodynamická síla na plachtu, která je úměrná čtverci rychlost větru. Síla driftu také dosahuje své maximální hodnoty. Pokusíte-li se jet pod ostřejším úhlem vůči větru, rychlost plavidla se sníží, plachta se začne splachovat, aerodynamická síla se sníží a nakonec přijde okamžik, kdy odpor plachty a odpor vody vůči pohybu člunu značně převýší tah. Loď zařadí zpátečku.

Poloviční vítr (holandský poloviční vítr), neboli poloviční vítr - kurz, při kterém je úhel mezi směrem větru a směrem pohybu plavidla cca. 8 bodů (od 80 do 100 stupňů). Na tomto kurzu vítr fouká kolmo k DP a zdánlivý vítr směřuje z přídě pod ostrým úhlem k DP. V souladu s tím je plachta nastavena pod menším úhlem náběhu, její tah se rovná vztlaku a síla driftu se rovná odporu plachty. na tomto kurzu by plachta měla zhruba zmenšit úhel mezi WF a zdánlivým směrem větru.

Backstag (holandský bakstag) - kurz, který svírá úhel se směrem větru o více než 8, ale méně než 16 bodů (více než deset a méně než osmdesát stupňů), to znamená, že vítr fouká ze zadní strany na loď; hřiště se vyznačuje úplným backstagem, při kterém úhel není větší než dvacet stupňů, to znamená, že se blíží k předvětru; plachta je nasazena šikmo k větru ze závětrné strany. Obvykle na tomto kurzu plachetnice dosahuje nejvyšší rychlosti. Na zadní vzpěře plachta pracuje pod vysokým úhlem náběhu, při kterém odpor hraje hlavní roli při vytváření tahu plachty. Prakticky neexistuje žádná driftová síla.

Fordewind (nizozemsky voor de wind) - kurz, při kterém vítr směřuje k zádi lodi.

Fordewind je „zadní vítr“, který si námořníci přejí, i když v plachtění není tento kurz v žádném případě nejrychlejší, jak by se dalo očekávat. Kromě toho vyžaduje pozornost řízení a zvládnutí přídavných plachet (obvykle spinakr). Plachta je přitom nastavena kolmo na směr větru, tah na ni vzniká díky čelnímu odporu. Slabý vítr na tomto kurzu prakticky není cítit, protože zdánlivá rychlost větru se rovná rozdílu mezi skutečnou rychlostí větru a rychlostí přicházejícího proudu vzduchu.

Přední vítr je jedna ze dvou zatáček (otočka - změna směru) plachetnice, při které směr větru v okamžiku obratu prochází zádí. Na rozdíl od obratu „overstag“ je obrat vpředu obtížnější a místy nebezpečný, vyžaduje přesné jednání týmu při práci s plachtami. Ne náhodou je povel dán s upřesněním: "Připravte se na zatáčku vpřed!"

Tacking

Obracení plachetnice. α - úhel náběhu

Plachetnice nemůže jet přímo proti větru. Je-li nutné dostat se do libovolného bodu nacházejícího se ze směru větru, použije se obracení - pohyb k cíli v kurzu s bočním tažením s proměnnými směry. Chcete-li změnit směr, musíte zatočit.

Pokud při udržení směru musíte jet pod ostřejším úhlem ke směru větru, pak říkají, že musíte „přivést k větru“. Pokud je naopak nutné zvětšit úhel mezi směrem větru a DP lodi, pak říkají, že je nutné „spadnout do větru“. (Je však třeba pamatovat na to, že "vítr fouká do kompasu", to znamená, že jeho směry jsou dány nikoli tím, odkud vítr vane, ale odkud. To znamená, že pokud je kurz lodi např. sever resp. vítr ze severu, nefouká po cestě, ale směrem k lodi.)

Aby se plachta při těchto manévrech nastavila do optimálního úhlu náběhu, je nutné ji přitáhnout k DP - „vybrat“, nebo uvolnit – „otočit“. Tyto termíny používají jachtaři pro veškeré manipulace s náčiním - prostěradla, kotevní dráty atd.

V závislosti na straně, ze které vítr fouká, směr vzhledem k větru může být pravý a levý.

S úhlem směrového větru rovným 26 bodům byl pravý boční vítr v plachetní flotile někdy nazýván pravobokem a levý směr větru (úhel směru větru 6 bodů) byl nazýván zadním bokem. Pro upřesnění kurzu s ohledem na vítr byly použity následující výrazy: „loď pluje na větru zprava 7 bodů proti větru“ (tj. za větrem při směru větru 78°); „Loď pluje na větru zprava 10 bodů“ (to znamená, že úhel směru větru je 112°); "Loď pluje pravobokem více než 6 bodů" (to znamená zadní opěra pod úhlem kurzu 12 bodů neboli 135°). Používá se také koncept „strmého bočního větru“ jako nejostřejšího kurzu vzhledem k větru, při kterém může plachetnice jít vpřed (pohybuje se od 3 do 6 bodů 33,3 / 4 ° až 67,1 / 2 °); strmá a plná backstay (až 12 bodů a více než 12 rublů nebo až 135 ° a více než 135 °).

Výpočet dráhy lodi pomocí známých hodnot kompasu. směr větru, kurz vzhledem k větru, kompas a korekce snosu jsou volány. v plachetní flotile korekcí ložisek.