Seperti perahu layar yang melawan angin. Gaya yang bekerja pada lambung dan layar kapal pesiar. Angin yang benar dan panji dalam hal berperahu pesiar

Tidak kalah pentingnya dari ketahanan lambung adalah gaya traksi yang dikembangkan oleh layar. Agar lebih jelas membayangkan pekerjaan layar, mari berkenalan dengan konsep dasar teori layar.

Kami telah berbicara tentang kekuatan utama yang bekerja pada layar kapal pesiar yang berlayar dengan penarik (gybe) dan dengan angin sakal (haul). Ditemukan bahwa gaya yang bekerja pada layar dapat diuraikan menjadi gaya yang menyebabkan kapal pesiar berguling dan hanyut melawan arah angin, gaya hanyut dan gaya dorong (lihat Gambar 2 dan 3).

Sekarang mari kita lihat bagaimana gaya total tekanan angin pada layar ditentukan dan bergantung pada gaya traksi dan drift.

Untuk membayangkan pekerjaan layar di jalur yang tajam, akan lebih mudah untuk mempertimbangkan layar datar terlebih dahulu (Gbr. 94), yang mengalami tekanan angin pada sudut serang tertentu. Dalam hal ini, vortisitas terbentuk di belakang layar, gaya tekanan muncul di sisi angin, dan gaya penghalusan muncul di sisi bawah angin. R yang dihasilkan diarahkan kira-kira tegak lurus terhadap bidang layar. Untuk pemahaman yang benar tentang pengoperasian layar, akan lebih mudah untuk menggambarkannya sebagai resultan dari dua komponen gaya: sejajar dengan arah-X terhadap aliran udara (angin) dan Y-tegak lurus terhadapnya.

Gaya X, diarahkan sejajar dengan aliran udara, disebut gaya hambat; itu dibuat, selain layar, juga oleh lambung, tali-temali, tiang dan awak kapal pesiar.

Gaya Y, yang diarahkan tegak lurus terhadap aliran udara, disebut gaya angkat dalam aerodinamika. Dialah yang, di jalur yang tajam, menciptakan daya dorong ke arah pergerakan kapal pesiar.

Jika, dengan gaya hambat yang sama pada layar X (Gbr. 95), gaya angkat meningkat, misalnya, ke nilai Y1, maka, seperti yang ditunjukkan pada gambar, gaya angkat dan gaya hambat yang dihasilkan akan berubah sebesar R dan, dengan demikian, gaya dorong T akan meningkat menjadi T1.

Konstruksi seperti itu memudahkan untuk memverifikasi bahwa dengan peningkatan gaya hambat X (untuk gaya angkat yang sama), gaya dorong T berkurang.

Jadi, ada dua cara untuk meningkatkan gaya traksi, dan karenanya kecepatan pada jalur yang tajam: peningkatan gaya angkat layar dan penurunan hambatan layar dan kapal pesiar.

Dalam pelayaran modern, gaya angkat layar ditingkatkan dengan memberinya bentuk cekung dengan beberapa "perut buncit" (Gbr. 96): ukuran dari tiang ke tempat terdalam "perut" biasanya 0,3-0,4 lebar layar, dan kedalaman "perut" - sekitar 6-10% dari lebar. Gaya angkat layar seperti itu 20-25% lebih besar daripada layar yang benar-benar datar dengan gaya hambat yang hampir sama. Benar, kapal pesiar dengan layar datar berjalan sedikit lebih curam ke arah angin. Namun, dengan layar "perut buncit", kecepatan maju ke paku lebih besar karena daya dorong yang lebih besar.

Beras. 96. Profil layar

Perhatikan bahwa untuk layar berperut buncit, tidak hanya traksi yang meningkat, tetapi juga gaya hanyut, yang berarti bahwa gulungan dan penyimpangan kapal pesiar dengan layar berperut buncit lebih besar daripada yang relatif datar. Oleh karena itu, layar "perut buncit" lebih dari 6-7% dalam angin kencang tidak menguntungkan, karena peningkatan gulungan dan penyimpangan mengarah pada peningkatan yang signifikan dalam ketahanan lambung dan penurunan efisiensi layar, yang "memakan up" efek dari peningkatan dorong. Dalam angin sepoi-sepoi, layar dengan "perut" 9-10% ditarik lebih baik, karena karena tekanan angin total yang rendah pada layar, gulungannya kecil.

Layar apa pun dengan sudut serang lebih besar dari 15-20 °, yaitu, pada jalur kapal pesiar 40-50 ° terhadap angin dan lebih banyak lagi, memungkinkan Anda untuk mengurangi daya angkat dan meningkatkan hambatan, karena turbulensi yang signifikan terbentuk di sisi bawah angin. Dan karena bagian utama dari gaya angkat diciptakan oleh aliran halus, tanpa turbulensi, di sekitar sisi kiri layar, penghancuran turbulensi ini akan memiliki efek yang besar.

Mereka menghancurkan turbulensi yang terbentuk di belakang layar utama dengan mengatur layar tetap (Gbr. 97). Aliran udara yang memasuki celah antara layar utama dan layar tetap meningkatkan kecepatannya (yang disebut efek nosel) dan, dengan penyesuaian layar utama yang benar, "menjilat" angin puyuh dari layar utama.

Beras. 97. Pekerjaan Staysail

Profil layar lembut sulit untuk tetap sama pada sudut serangan yang berbeda. Sebelumnya, sampan dilengkapi dengan pelindung tembus yang melewati seluruh layar - mereka dibuat lebih tipis di dalam "perut" dan lebih tebal ke arah lintah, di mana layarnya jauh lebih rata. Sekarang melalui baju besi dipasang terutama pada kapal es dan katamaran, di mana sangat penting untuk menjaga profil dan kekakuan layar pada sudut serangan yang rendah, ketika layar biasa sudah dibilas di sepanjang luff.

Jika hanya layar yang menjadi sumber gaya angkat, maka gaya hambat diciptakan oleh segala sesuatu yang terjadi di aliran udara di sekitar kapal pesiar. Oleh karena itu, peningkatan sifat traksi layar juga dapat dicapai dengan mengurangi hambatan lambung kapal, spar, tali-temali dan awak kapal. Untuk tujuan ini, berbagai jenis fairing digunakan pada spar dan tali-temali.

Besarnya gaya hambat pada layar tergantung pada bentuknya. Menurut hukum aerodinamika, gaya hambat sayap pesawat terbang semakin kecil, semakin sempit, dan semakin panjang dengan luas yang sama. Itu sebabnya layar (pada dasarnya sayap yang sama, tetapi diatur secara vertikal) dicoba dibuat tinggi dan sempit. Ini juga memungkinkan Anda untuk menggunakan angin berkuda.

Tarikan layar sangat bergantung pada kondisi tepi terdepannya. Luff semua layar harus dibungkus rapat untuk mencegah kemungkinan getaran.

Perlu disebutkan satu lagi keadaan yang sangat penting - yang disebut pemusatan layar.

Dari mekanika diketahui bahwa setiap gaya ditentukan oleh besarnya, arah, dan titik penerapannya. Sejauh ini, kita hanya berbicara tentang besar dan arah gaya yang diterapkan pada layar. Seperti yang akan kita lihat nanti, mengetahui poin aplikasi sangat penting untuk memahami cara kerja layar.

Tekanan angin tidak merata di atas permukaan layar (bagian depannya mengalami tekanan lebih), namun, untuk menyederhanakan perhitungan perbandingan, dianggap didistribusikan secara merata. Untuk perkiraan perhitungan, gaya resultan tekanan angin pada layar diasumsikan diterapkan pada satu titik; itu diambil sebagai pusat gravitasi permukaan layar ketika mereka ditempatkan di bidang diametris kapal pesiar. Titik ini disebut center of windage (CP).

Mari kita membahas metode grafis paling sederhana untuk menentukan posisi CPU (Gbr. 98). Gambarlah layar kapal pesiar dalam skala yang tepat. Kemudian, di persimpangan median - garis yang menghubungkan simpul segitiga dengan titik tengah sisi yang berlawanan - temukan pusat setiap layar. Dengan demikian diperoleh dalam menggambar pusat O dan O1 dari dua segitiga yang membentuk layar utama dan layar tetap, dua garis paralel OA dan O1B ditarik melalui pusat-pusat ini dan mereka terletak di arah yang berlawanan dalam skala yang sama seperti banyak garis lurus. satuan meter persegi dalam segitiga; dari tengah gua terletak area staysail, dan dari tengah staysail - area gua. Titik ujung A dan B dihubungkan oleh garis lurus AB. Garis lurus lainnya - O1O menghubungkan pusat segitiga. Pada perpotongan garis A B dan O1O akan ada pusat bersama.

Beras. 98. Cara grafis untuk menemukan pusat windage

Seperti yang telah kami katakan, gaya drift (kami akan menganggapnya diterapkan di tengah windage) dilawan oleh gaya resistensi lateral lambung kapal pesiar. Gaya resistensi lateral dianggap diterapkan di pusat resistensi lateral (CLC). Pusat resistensi lateral adalah pusat gravitasi proyeksi bagian bawah air kapal pesiar pada bidang diametris.

Pusat resistensi lateral dapat ditemukan dengan memotong garis luar bagian bawah air kapal pesiar dari kertas tebal dan menempatkan model ini pada bilah pisau. Saat model seimbang, tekan ringan, lalu putar 90 ° dan seimbangkan lagi. Perpotongan garis-garis ini memberi kita pusat perlawanan lateral.

Saat yacht berjalan tanpa roll, CPU harus berada pada garis vertikal yang sama dengan CBS (Gbr. 99). Jika CPU terletak di depan CBS (Gbr. 99, b), maka gaya melayang, yang bergeser ke depan relatif terhadap gaya hambatan lateral, mengubah haluan kapal menjadi angin - kapal pesiar menjauh. Jika CPU berada di belakang CBS, yacht akan berputar dengan busurnya mengikuti angin, atau didorong (Gbr. 99, c).

Beras. 99. Penyelarasan kapal pesiar

Keduanya membawa angin yang berlebihan, dan khususnya bantalan jauh (pemusatan yang tidak tepat) berbahaya bagi jalannya kapal pesiar, karena memaksa juru mudi untuk menggerakkan roda kemudi sepanjang waktu untuk menjaga kelurusan gerakan, dan ini meningkatkan resistensi lambung dan mengurangi kecepatan kapal. Selain itu, pemusatan yang salah menyebabkan penurunan kemampuan pengendalian, dan dalam beberapa kasus kehilangan totalnya.

Jika kita memusatkan kapal pesiar seperti yang ditunjukkan pada gambar. 99, a, yaitu CPU dan CBS akan berada pada vertikal yang sama, maka kapal akan didorong dengan sangat kuat dan akan menjadi sangat sulit untuk mengendalikannya. Apa masalahnya? Ada dua alasan utama di sini. Pertama, lokasi sebenarnya dari CPU dan CLS tidak sesuai dengan yang teoretis (kedua pusat digeser ke depan, tetapi tidak sama).

Kedua, dan ini adalah hal utama, ketika tumit, kekuatan traksi layar dan kekuatan resistensi longitudinal lambung ternyata terletak pada bidang vertikal yang berbeda (Gbr. 100), ternyata, seolah-olah, tuas yang memaksa kapal pesiar untuk digerakkan. Semakin besar daftarnya, semakin besar kecenderungan kapal untuk digerakkan.

Untuk menghilangkan gips seperti itu, CPU ditempatkan di depan CBS. Momen gaya dorong dan hambatan longitudinal yang timbul dengan gulungan, yang menyebabkan kapal pesiar digerakkan, dikompensasikan oleh momen perangkap gaya melayang dan hambatan lateral dengan lokasi depan CPU. Untuk pemusatan yang baik, CPU harus ditempatkan di depan CLS pada jarak yang sama dengan 10-18% dari panjang kapal pesiar di sepanjang garis air. Semakin tidak stabil kapal pesiar dan semakin tinggi CPU dinaikkan di atas CBS, semakin perlu untuk dipindahkan ke depan.

Agar kapal pesiar memiliki gerakan yang baik, itu harus dipusatkan, yaitu menempatkan CPU dan CLS pada posisi di mana kapal di jalur yang diangkut dalam angin sepoi-sepoi benar-benar seimbang dengan layar, dengan kata lain , itu stabil di lapangan dengan kemudi dilempar atau diperbaiki di DP (diizinkan sedikit kecenderungan untuk menahan angin yang sangat lemah), dan dengan angin yang lebih kuat itu memiliki kecenderungan untuk berguling. Setiap juru mudi harus mampu memusatkan kapal pesiar dengan benar. Pada sebagian besar yacht, kecenderungan untuk melakukan luff meningkat jika layar belakang ditarik dan layar depan diturunkan. Jika layar depan ditarik berlebihan dan layar belakang ditarik berlebihan, kapal akan mundur. Dengan peningkatan layar utama "perut buncit", serta layar yang berdiri dengan buruk, kapal pesiar cenderung didorong ke tingkat yang lebih besar.

Beras. 100. Pengaruh gulungan pada membawa kapal pesiar ke angin

Sejauh ini, kita telah mempertimbangkan aksi di kapal pesiar hanya dua kekuatan - kekuatan daya apung dan kekuatan berat, dengan asumsi bahwa itu berada dalam keseimbangan saat istirahat.Tetapi karena layar digunakan untuk menggerakkan kapal pesiar ke depan, sistem kompleks gaya bekerja di kapal. Ini ditunjukkan secara skematis pada Gambar. 4, yang mempertimbangkan kasus paling umum dari kapal pesiar yang bergerak dalam jarak dekat.

Ketika layar mengalir di sekitar aliran udara - angin - mereka menciptakan hasil kekuatan aerodinamis A (lihat Bab 2), diarahkan kira-kira tegak lurus terhadap permukaan layar dan diterapkan di tengah layar (CP) tinggi di atas permukaan air. Menurut hukum mekanika ketiga, dalam gerakan tetap tubuh dalam garis lurus, setiap gaya yang diterapkan pada tubuh, dalam hal ini, ke layar yang terhubung ke lambung kapal pesiar melalui tiang, tali-temali berdiri dan lembaran, harus dilawan oleh gaya yang sama besar dan berlawanan arah. Di kapal pesiar, ini adalah gaya hidrodinamika yang dihasilkan H yang diterapkan pada bagian bawah air lambung kapal. Jadi, di antara gaya-gaya ini ada jarak-bahu yang diketahui, sebagai akibatnya momen sepasang gaya terbentuk.

Baik gaya aero- dan hidrodinamik ternyata tidak berorientasi pada bidang, tetapi di ruang angkasa, oleh karena itu, ketika mempelajari mekanisme pergerakan kapal pesiar, proyeksi gaya-gaya ini pada bidang koordinat utama dipertimbangkan. Mengingat hukum ketiga Newton yang disebutkan, kami menulis berpasangan semua komponen gaya aerodinamis dan reaksi hidrodinamik yang sesuai dengannya:

Agar kapal pesiar dapat mengarahkan dengan mantap pada suatu jalur, setiap pasangan gaya dan setiap pasangan momen gaya harus sama satu sama lain. Sebagai contoh, gaya drift Fd dan gaya tahanan drift Rd menciptakan momen kemiringan Mcr, yang harus diseimbangkan dengan momen pemulih Mv atau momen stabilitas transversal. MW terbentuk karena aksi gaya berat D dan daya apung kapal pesiar gV ​​yang bekerja di bahu aku. Gaya berat dan gaya apung yang sama membentuk momen resistensi terhadap trim atau momen stabilitas longitudinal M aku, sama besarnya dan melawan momen trim Md. Suku-suku terakhir adalah momen dari pasangan gaya -R dan Fв-Нв.

Dalam skema aksi kekuatan di atas, perubahan signifikan dibuat, terutama di kapal pesiar ringan, oleh kru. Pindah ke sisi angin atau sepanjang kapal pesiar, awak dengan berat badan mereka secara efektif memiringkan kapal atau melawan trim di haluan. Dalam menciptakan momen terhormat Md, peran yang menentukan dimiliki oleh defleksi kemudi yang sesuai.

Gaya lateral aerodinamis Fd, selain gulungan, menyebabkan drift-drift lateral, sehingga yacht tidak bergerak secara ketat sepanjang DP, tetapi dengan sudut drift kecil l. Keadaan inilah yang menyebabkan terbentuknya gaya tahanan hanyut Rd pada lunas kapal pesiar, yang sifatnya mirip dengan gaya angkat yang terjadi pada sayap pesawat yang terletak pada sudut serang terhadap arus yang datang. Sama halnya dengan sayap, layar bekerja pada lintasan yang diangkut, yang sudut serangnya adalah sudut antara tali layar dan arah angin panji. Jadi, dalam teori kapal modern, kapal pesiar yang berlayar dianggap sebagai simbiosis dua sayap: lambung yang bergerak di air dan layar yang dipengaruhi oleh angin panji.

Stabilitas

Seperti yang telah kami katakan, kapal pesiar tunduk pada aksi gaya dan momen gaya yang cenderung memiringkannya ke arah melintang dan membujur. Kemampuan kapal untuk menahan aksi gaya-gaya tersebut dan kembali ke posisi lurus setelah penghentian aksi mereka disebut stabilitas. Yang paling penting untuk kapal pesiar adalah stabilitas melintang.

Ketika kapal pesiar mengapung tanpa daftar, maka gaya gravitasi dan daya apung, masing-masing diterapkan di CG dan CG, bertindak sepanjang vertikal yang sama. Jika selama berguling kru atau komponen lain dari beban massa tidak bergerak, maka dengan penyimpangan apa pun CG mempertahankan posisi semula di DP (titik G dalam gambar. 5), berputar dengan kapal. Pada saat yang sama, karena perubahan bentuk bagian bawah air lambung, CV dipindahkan dari titik C o ke arah sisi tumit ke posisi C 1 . Karena ini, momen sepasang kekuatan muncul D dan g V s bahu l, sama dengan jarak horizontal antara CG dan CG baru kapal pesiar. Momen ini cenderung mengembalikan kapal pesiar ke posisi lurus dan oleh karena itu disebut momen pemulihan.

Dengan gulungan, CV bergerak sepanjang lintasan melengkung C 0 C 1 , jari-jari kelengkungan G yang disebut metasentrik melintang jari-jari, r sesuai dengan pusat kelengkungannya M -metacenter melintang. Nilai jari-jari r dan, karenanya, bentuk kurva C 0 C 1 bergantung pada kontur lambung kapal. Secara umum, dengan bertambahnya gulungan, jari-jari metasentrik berkurang, karena nilainya sebanding dengan pangkat empat lebar garis air.

Jelas, lengan momen pemulihan tergantung pada jarak GM- ketinggian metacenter di atas pusat gravitasi: semakin kecil, semakin kecil, masing-masing, dengan gulungan dan bahu l. Pada tahap awal kemiringan kuantitas GM atau H dianggap oleh pembuat kapal sebagai ukuran stabilitas kapal dan disebut tinggi metasentrik transversal awal. Lebih H, semakin besar gaya heeling yang dibutuhkan untuk memiringkan yacht ke sudut tertentu dari tumit, semakin stabil kapal. Pada kapal pesiar jelajah dan balap, ketinggian metasentrik biasanya 0,75-1,2 m; pada sampan jelajah - 0,6-0,8 m.

Dengan menggunakan segitiga GMN, mudah untuk menentukan bahwa bahu pemulih adalah . Momen pemulihan, dengan persamaan gV dan D, sama dengan:

Jadi, meskipun ketinggian metasentrik bervariasi dalam batas yang cukup sempit untuk kapal pesiar dengan ukuran berbeda, besarnya momen penopang berbanding lurus dengan perpindahan kapal pesiar, oleh karena itu, kapal yang lebih berat mampu menahan momen heeling yang lebih besar.

Bahu pemulih dapat direpresentasikan sebagai perbedaan antara dua jarak (lihat Gambar 5): l f - bahu stabilitas bentuk dan l v - bahu stabilitas berat. Mudah untuk menetapkan arti fisis dari besaran-besaran ini, karena l in ditentukan oleh deviasi selama gulungan garis aksi gaya berat dari posisi awal tepat di atas C 0, dan l in adalah perpindahan pusat besarnya volume lambung kapal yang terbenam ke sisi bawah angin. Mempertimbangkan aksi gaya D dan gV relatif terhadap Co, orang dapat melihat bahwa gaya berat D cenderung lebih menggelindingkan kapal pesiar, dan gaya gV, sebaliknya, meluruskan kapal.

Dengan segitiga CoGK dapat ditemukan bahwa , di mana adalah elevasi CG di atas CB pada posisi lurus kapal pesiar. Jadi, untuk mengurangi efek negatif dari gaya berat, perlu untuk menurunkan CG kapal pesiar sebanyak mungkin. Idealnya, CG harus di bawah CG, kemudian lengan stabilitas berat menjadi positif dan massa perahu membantunya menahan momen heeling. Namun, hanya beberapa kapal pesiar yang memiliki karakteristik ini: pendalaman CG di bawah CG dikaitkan dengan penggunaan pemberat yang sangat berat, melebihi 60% perpindahan kapal pesiar, penerangan berlebihan pada struktur lambung, tiang penyangga dan tali-temali. Efek yang mirip dengan pengurangan CG diberikan oleh pergerakan kru ke sisi angin. Jika kita berbicara tentang sampan ringan, maka kru berhasil menggeser CG umum sedemikian rupa sehingga garis aksi gaya D berpotongan dengan DP secara signifikan di bawah CV dan lengan stabilitas berat adalah positif.

Di kapal pesiar lunas, karena lunas palsu pemberat yang berat, pusat gravitasinya cukup rendah (paling sering, di bawah garis air atau sedikit di atasnya). Stabilitas kapal pesiar selalu positif dan mencapai maksimum pada daftar sekitar 90 °, ketika kapal pesiar berlayar di atas air. Tentu saja, daftar seperti itu hanya dapat dicapai di kapal pesiar dengan bukaan dek yang tertutup rapat dan kokpit yang dapat mengalir sendiri. Kapal pesiar dengan kokpit terbuka dapat dibanjiri air pada sudut tumit yang jauh lebih kecil (kapal pesiar kelas Naga, misalnya, pada 52 °) dan turun ke bawah tanpa sempat meluruskan.

Di kapal pesiar yang layak laut, posisi keseimbangan yang tidak stabil terjadi pada daftar sekitar 130 °, ketika tiang sudah berada di bawah air, diarahkan ke bawah pada sudut 40 ° ke permukaan. Dengan semakin bertambahnya gulungan, lengan stabilitas menjadi negatif, momen terbalik berkontribusi pada pencapaian posisi kedua keseimbangan tidak stabil pada gulungan 180 ° (naik dengan lunas), ketika CG terletak tinggi di atas CV gelombang yang cukup kecil untuk kapal untuk mengambil posisi normal lagi - turun dengan lunas. Ada banyak kasus ketika kapal pesiar berbelok 360 ° dan mempertahankan kelayakannya.

Membandingkan stabilitas kapal pesiar lunas dan sampan, dapat dilihat bahwa peran utama dalam menciptakan momen pemulihan untuk sampan dimainkan oleh stabilitas bentuk, sedangkan kapal pesiar lunas - stabilitas berat. Oleh karena itu, ada perbedaan mencolok dalam kontur lambungnya: sampan memiliki lambung lebar dengan L/B= 2.6-3.2, dengan chine radius kecil dan kepenuhan garis air yang besar. Untuk tingkat yang lebih besar, bentuk lambung menentukan stabilitas katamaran, di mana perpindahan volumetrik dibagi rata antara dua lambung. Bahkan dengan sedikit tumit, perpindahan antara lambung secara tajam didistribusikan kembali, meningkatkan gaya apung lambung yang direndam dalam air (Gbr. 6). Ketika lambung lainnya meninggalkan air (dengan daftar 8-15°), tuas stabilitas mencapai nilai maksimumnya - sedikit kurang dari setengah jarak antara DP lambung. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam gulungan, katamaran berperilaku seperti sampan, yang krunya tergantung pada trapeze. Dengan gulungan 50-60 °, momen keseimbangan tidak stabil terjadi, setelah itu stabilitas katamaran menjadi negatif.

Diagram stabilitas statis. Jelas, karakteristik penuh dari stabilitas kapal pesiar dapat menjadi kurva perubahan momen pemulihan MV tergantung pada sudut tumit atau diagram stabilitas statis (Gbr. 7). Diagram dengan jelas membedakan momen stabilitas maksimum (W) dan sudut batas tumit di mana kapal, dibiarkan sendiri, terbalik (3-sudut matahari terbenam dari diagram stabilitas statis).

Dengan bantuan diagram, kapten kapal memiliki kemampuan untuk mengevaluasi, misalnya, kemampuan kapal pesiar untuk membawa satu atau beberapa angin dalam angin dengan kekuatan tertentu. Untuk melakukan ini, kurva perubahan momen tumit Mkr tergantung pada sudut tumit diterapkan pada diagram stabilitas. Titik B dari perpotongan kedua kurva menunjukkan sudut tumit yang akan diterima kapal pesiar di bawah statis, dengan peningkatan halus dalam aksi angin. pada gambar. 7 kapal pesiar akan menerima daftar yang sesuai dengan titik D, - sekitar 29 °. Untuk kapal dengan cabang menurun yang jelas dari diagram stabilitas (sampan, kompromi dan katamaran), navigasi hanya diperbolehkan pada sudut tumit yang tidak melebihi titik maksimum pada diagram stabilitas.

Beras. 7. Bagan stabilitas statis kapal pesiar jelajah dan balap

Dalam praktiknya, awak kapal pesiar sering kali harus berurusan dengan aksi dinamis kekuatan eksternal, di mana momen heeling mencapai nilai yang signifikan dalam waktu yang relatif singkat. Ini terjadi selama badai atau gelombang menghantam tulang pipi yang mengarah ke angin. Dalam kasus ini, tidak hanya nilai momen heeling yang penting, tetapi juga energi kinetik yang diberikan ke kapal dan diserap oleh kerja momen pemulih.

Pada diagram stabilitas statis, kerja kedua momen dapat direpresentasikan sebagai area yang tertutup di antara kurva yang bersesuaian dan ordinat. Kondisi ekuilibrium untuk kapal pesiar di bawah aksi dinamis gaya eksternal akan menjadi kesetaraan area OABVE (kerja Mkr) dan OBGVE (kerja Mv). Mengingat luas OBVE adalah umum, kita dapat mempertimbangkan persamaan luas dari OAB dan BGV. pada gambar. 7 dapat dilihat bahwa dalam kasus aksi dinamis angin, sudut gulungan (titik E, sekitar 62°) secara nyata melebihi gulungan dari angin dengan kekuatan yang sama selama aksi statisnya.

Menurut diagram stabilitas statis, dapat ditentukan tumit dinamis tertinggi momen yang membalikkan sampan atau membahayakan keselamatan kapal pesiar dengan kokpit terbuka. Jelas bahwa efek momen pemulih hanya dapat dipertimbangkan hingga sudut banjir kokpit atau titik awal penurunan dalam diagram stabilitas statis.

Secara umum diterima bahwa kapal pesiar lunas yang dilengkapi dengan pemberat berat praktis tidak mampu. Namun, dalam perlombaan Fastnet yang telah disebutkan pada tahun 1979, 77 kapal pesiar terbalik pada sudut tumit lebih dari 90 °, dan beberapa di antaranya tetap mengapung dengan lunas selama beberapa waktu (dari 30 detik hingga 5 menit), dan beberapa kapal pesiar kemudian berdiri dalam posisi normal melalui papan lain. Kerusakan yang paling serius adalah hilangnya tiang-tiang (pada 12 yacht), baterai jatuh, kompor dapur berat dan peralatan lain dari sarang mereka. Masuknya air ke dalam bangunan juga menyebabkan konsekuensi yang tidak diinginkan. Ini terjadi di bawah pengaruh dinamis gelombang curam 9-10 meter, yang profilnya pecah tajam ketika bergerak dari laut ke Laut Irlandia yang dangkal, dengan kecepatan angin 25-30 m/s.

Faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas lateral. Dengan demikian, kita dapat menarik kesimpulan tertentu tentang pengaruh berbagai elemen desain kapal pesiar terhadap stabilitasnya. Pada sudut tumit yang rendah, lebar kapal pesiar dan faktor area garis air memainkan peran utama dalam menciptakan momen pemulihan. Semakin lebar kapal pesiar dan semakin penuh garis airnya, semakin jauh dari DP CV bergeser saat kapal berputar, semakin besar stabilitas bahu bentuk. Diagram stabilitas statis kapal pesiar yang cukup lebar memiliki cabang naik yang lebih curam daripada yang sempit - hingga = 60-80 °.

Semakin rendah pusat gravitasi kapal pesiar, semakin stabil, dan pengaruh draft dalam dan pemberat besar mempengaruhi hampir seluruh grafik stabilitas kapal pesiar. Saat memutakhirkan kapal pesiar, ada baiknya mengingat aturan sederhana: setiap kilogram di bawah permukaan air meningkatkan stabilitas, dan setiap kilogram di atas permukaan air memperburuknya. Spar berat dan tali-temali terutama terlihat untuk stabilitas.

Dengan letak pusat gravitasi yang sama, kapal pesiar dengan freeboard berlebih juga memiliki stabilitas yang lebih tinggi pada sudut guling lebih dari 30-35 °, ketika geladak mulai masuk ke air pada kapal dengan ketinggian sisi normal. Kapal pesiar bersisi tinggi memiliki momen pelurusan maksimum yang besar. Kualitas ini juga melekat pada kapal pesiar dengan rumah geladak kedap air dengan volume yang cukup besar.

Perhatian khusus harus diberikan pada pengaruh air dalam palka dan cairan dalam tangki. Ini bukan hanya soal memindahkan massa cairan ke arah sisi tumit; peran utama dimainkan oleh keberadaan permukaan bebas dari cairan yang meluap, yaitu momen inersianya terhadap sumbu longitudinal. Jika, misalnya, permukaan air di palka memiliki panjang / dan lebar B, maka tinggi metasentrik berkurang

, M. (9)

Yang sangat berbahaya adalah air di palka, permukaan bebasnya memiliki lebar yang besar. Karena itu, saat berlayar dalam kondisi badai, air dari palka harus dikeluarkan tepat waktu.

Untuk mengurangi pengaruh permukaan bebas cairan dalam tangki, sekat spatbor longitudinal dipasang, yang dibagi menjadi beberapa bagian sepanjang lebarnya. Lubang dibuat di sekat untuk aliran bebas cairan.

Stabilitas lateral dan propulsi kapal pesiar. Dengan peningkatan roll di atas 10-12 °, ketahanan air terhadap pergerakan kapal pesiar meningkat secara nyata, yang menyebabkan hilangnya kecepatan. Oleh karena itu, penting bahwa ketika angin kencang, kapal pesiar dapat membawa angin efektif lebih lama tanpa gulungan yang berlebihan. Seringkali, bahkan di kapal pesiar yang relatif besar, selama balapan, kru berada di sisi angin, mencoba mengurangi gulungan.

Seberapa efisien transfer kargo (awak) di satu sisi, mudah dibayangkan dengan rumus paling sederhana, yang berlaku untuk sudut kecil (dalam 0-10 °) gulungan;

, (10)

M o-moment memiringkan kapal pesiar sebesar 1°;

D- perpindahan kapal pesiar, t;

H- tinggi metasentrik transversal awal, m

Mengetahui massa kargo yang dipindahkan dan jarak lokasi barunya dari DP, dimungkinkan untuk menentukan momen heeling, dan membaginya dengan bu, dapatkan sudut bank dalam derajat. Misalnya, jika di kapal pesiar dengan perpindahan 7 ton pada A = 1 m, lima orang berada di samping pada jarak 1,5 m dari DP, maka momen miring yang dibuat oleh mereka akan memberikan kapal pesiar gulungan 4,5 ° (atau kurangi gulungan ke sisi lain kira-kira sama).

stabilitas memanjang. Fisika fenomena yang terjadi selama kemiringan memanjang kapal pesiar mirip dengan fenomena selama gulungan, tetapi tinggi metasentrik longitudinal sebanding besarnya dengan panjang kapal pesiar. Oleh karena itu, kemiringan longitudinal, trim, biasanya kecil dan diukur tidak dalam derajat, tetapi dengan perubahan draft depan dan belakang. Namun, jika semua kemampuannya diperas keluar dari kapal pesiar, orang tidak bisa tidak memperhitungkan aksi kekuatan yang memangkas kapal pesiar di haluan dan menggerakkan pusat magnitudo ke depan (lihat Gambar 4). Ini dapat dilawan dengan memindahkan kru ke dek belakang.

Gaya pemangkasan pada hidung mencapai nilai terbesar saat berenang di backstay; di jalur ini, terutama dalam angin kencang, kru harus dipindahkan sejauh mungkin ke belakang. Pada jalur jarak dekat, momen pemangkasannya kecil, dan yang terbaik adalah kru ditempatkan di dekat bagian tengah kapal, memiringkan kapal. Pada jibe momen pemangkasan kurang dari pada backstay, terutama jika kapal pesiar membawa pemintal dan blooper untuk memberikan daya angkat.

Pada katamaran, nilai tinggi metasentrik longitudinal sebanding dengan transversal, terkadang lebih kecil. Oleh karena itu, aksi momen pemangkasan, yang hampir tidak terlihat di kapal pesiar lunas, dapat membalikkan katamaran dengan dimensi utama yang sama.

Statistik kecelakaan menunjukkan kasus terbalik melalui haluan pada lintasan katamaran jelajah dengan angin kencang.

1.7. resistensi drift

Gaya transversal Fd (lihat Gambar 4) tidak hanya menggelindingkan kapal pesiar, tetapi juga menyebabkan penyimpangan lateral melengkung. Kekuatan arus tergantung pada arah kapal pesiar relatif terhadap angin. Saat berlayar jarak dekat, tiga kali gaya dorong yang mendorong kapal pesiar ke depan; pada gulfwind, kedua kekuatan kira-kira sama di backstay yang curam (angin sebenarnya sekitar 135 ° relatif terhadap arah kapal pesiar), kekuatan pendorong ternyata 2-3 kali lebih besar dari gaya drift, dan pada jibe murni , gaya drift sama sekali tidak ada. Oleh karena itu, agar kapal berhasil bergerak maju di jalur dari ditarik ke gulfwind, ia harus memiliki ketahanan lateral yang cukup untuk melayang, jauh lebih besar daripada ketahanan air terhadap pergerakan kapal pesiar di sepanjang jalur.

Fungsi menciptakan gaya resistensi drift di kapal pesiar modern dilakukan terutama oleh papan tengah, fin lunas dan kemudi.

Seperti yang telah kami katakan, kondisi yang sangat diperlukan untuk munculnya gaya resistensi drift adalah pergerakan kapal pesiar pada sudut kecil ke DP - sudut drift. Mari kita perhatikan apa yang terjadi dalam kasus ini dalam aliran air langsung di lunas, yang merupakan sayap dengan penampang berbentuk airfoil simetris tipis (Gbr. 8).

Jika tidak ada sudut drift (Gbr. 8, a), maka aliran air bertemu dengan profil lunas di titik Sebuah, dibagi menjadi dua bagian. Pada titik ini, yang disebut titik kritis, kecepatan aliran sama dengan O, tekanan maksimum sama dengan head kecepatan, di mana r adalah rapat massa air (untuk air tawar); v- kecepatan kapal (m/s). Baik bagian atas dan bawah aliran secara bersamaan mengalir di sekitar permukaan profil dan bertemu lagi di titik B di tepi keluar. Jelas bahwa tidak ada gaya yang diarahkan melintasi aliran yang dapat muncul pada profil; hanya satu gaya tahanan gesek, karena kekentalan air, yang akan bekerja.

Jika profil dibelokkan oleh sudut serangan tertentu Sebuah(dalam kasus lunas kapal pesiar - sudut drift), maka pola aliran di sekitar profil akan berubah (Gbr. 8, B). Titik penting tetapi akan pindah ke bagian bawah "hidung" profil. Jalur yang harus dilalui partikel air di sepanjang permukaan atas profil akan memanjang, dan titik b 1 di mana, sesuai dengan kondisi kontinuitas aliran, partikel yang mengalir di sekitar permukaan atas dan bawah profil seharusnya bertemu, setelah melewati jalur yang sama, ternyata berada di permukaan atas. Namun, ketika membulatkan tepi keluar yang tajam dari profil, bagian bawah aliran memutus tepi dalam bentuk pusaran (Gbr. 8, c dan d). Pusaran ini, yang disebut pusaran awal, berputar berlawanan arah jarum jam dan menyebabkan air bersirkulasi di sekitar profil dalam arah yang berlawanan, yaitu searah jarum jam (Gbr. 8, e). Fenomena ini, yang disebabkan oleh gaya viskos, analog dengan rotasi roda gigi besar (sirkulasi) yang menyatu dengan roda gigi penggerak kecil (pusaran awal).

Setelah sirkulasi terjadi, pusaran awal putus dari tepi keluar, titik b 2 bergerak lebih dekat ke tepi ini, akibatnya tidak ada lagi perbedaan kecepatan sayap meninggalkan bagian atas dan bawah aliran. Sirkulasi di sekitar sayap menjadi penyebab gaya angkat Y yang diarahkan melintasi aliran: di permukaan atas sayap, kecepatan partikel air meningkat karena sirkulasi, di bagian bawah, bertemu dengan partikel yang terlibat dalam sirkulasi, itu melambat. Dengan demikian, di dekat permukaan atas, tekanan berkurang dibandingkan dengan tekanan dalam aliran di depan sayap, dan di dekat permukaan bawah, itu meningkat. Perbedaan tekanan memberikan gaya angkat kamu.

Selain itu, sebuah gaya akan bekerja pada profil kaca depan(Profil) perlawanan x, timbul akibat gesekan air pada permukaan profil dan tekanan hidrodinamik pada bagian depannya.

pada gambar. Gambar 9 menunjukkan hasil pengukuran tekanan di dekat permukaan profil simetris yang dibuat di terowongan angin. Nilai koefisien diplot sepanjang sumbu ordinat DARI p, yang merupakan rasio tekanan berlebih (tekanan total dikurangi tekanan atmosfer) dengan head kecepatan . Di sisi atas profil, tekanannya negatif (vakum), di sisi bawahnya positif. Jadi, gaya angkat yang bekerja pada setiap elemen airfoil adalah jumlah dari gaya tekanan dan gaya penghalusan yang bekerja padanya, dan secara umum sebanding dengan area yang tertutup antara kurva distribusi tekanan di sepanjang tali airfoil (diarsir pada Gambar 9).

Data yang disajikan pada gambar. 9 memungkinkan kita untuk menarik sejumlah kesimpulan penting tentang pengoperasian lunas kapal pesiar. Pertama, penghalusan yang terjadi pada permukaan sirip dari sisi sisi mata angin berperan utama dalam menciptakan gaya lateral. Kedua, puncak penghalusan terletak di dekat tepi depan lunas. Oleh karena itu, titik penerapan gaya angkat yang dihasilkan terletak di sepertiga depan dari tali sirip. Secara umum, gaya angkat meningkat hingga sudut serang 15-18 °, setelah itu tiba-tiba turun.

Karena pembentukan vortisitas di sisi penghalusan, aliran halus di sekitar sayap terganggu, penghalusan menurun dan aliran terhenti (fenomena ini dibahas lebih rinci dalam Bab 2 untuk layar). Bersamaan dengan peningkatan sudut serang, resistensi frontal meningkat; mencapai maksimum pada a=90°.

Jumlah drift kapal pesiar modern jarang melebihi 5 °, jadi tidak perlu takut akan kios dari lunas. Namun, sudut serang kritis harus diperhitungkan untuk kemudi kapal pesiar, yang juga dirancang dan dioperasikan sesuai dengan prinsip sayap.

Pertimbangkan parameter utama lunas kapal pesiar, yang memiliki dampak signifikan pada efektivitasnya dalam menciptakan gaya resistensi drift. Demikian pula, apa yang berikut dapat diperluas ke kemudi, mengingat mereka beroperasi dengan sudut serangan yang jauh lebih besar.

Ketebalan dan bentuk penampang lunas. Pengujian airfoil simetris telah menunjukkan bahwa airfoil yang lebih tebal (dengan rasio ketebalan penampang yang lebih besar) T untuk akordnya B) memberikan daya angkat yang besar. Resistensi frontal mereka lebih tinggi daripada profil dengan ketebalan relatif yang lebih kecil. Hasil yang optimal bisa didapatkan dengan t/b= 0,09-0,12. Besarnya gaya angkat pada profil semacam itu relatif sedikit bergantung pada kecepatan kapal pesiar, sehingga lunas mengembangkan ketahanan melayang yang cukup bahkan dalam angin sepoi-sepoi.

Posisi tebal maksimum profil sepanjang panjang chord berpengaruh signifikan terhadap nilai gaya tahanan drift. Yang paling efektif adalah profil, di mana ketebalan maksimum terletak pada jarak 40-50% dari akord dari "hidung" mereka. Untuk kemudi kapal pesiar yang beroperasi pada sudut serang tinggi, profil dengan ketebalan maksimum yang terletak agak lebih dekat ke tepi depan digunakan - hingga 30% dari akord.

Pengaruh tertentu pada efisiensi lunas diberikan oleh bentuk "hidung" profil - jari-jari pembulatan tepi yang masuk. Jika tepinya terlalu tajam, maka aliran pada lunas menerima percepatan besar di sini dan memutus profil dalam bentuk vortisitas.

Dalam hal ini, penurunan daya angkat terjadi, yang sangat signifikan pada sudut serang yang tinggi. Oleh karena itu, penajaman tepi yang masuk seperti itu tidak dapat diterima untuk kemudi.

Ekstensi aerodinamis. Di ujung sayap, air mengalir dari area bertekanan tinggi ke bagian belakang airfoil. Akibatnya, pusaran putus dari ujung sayap, membentuk dua jalur pusaran. Bagian yang cukup signifikan dari energi dihabiskan untuk pemeliharaannya, membentuk apa yang disebut resistansi induktif. Selain itu, karena pemerataan tekanan di ujung sayap, penurunan daya angkat lokal terjadi, seperti yang ditunjukkan pada diagram distribusinya di sepanjang sayap pada Gambar. 10.

Semakin pendek panjang sayap L dalam kaitannya dengan akordnya B, yaitu semakin kecil perpanjangannya L/b, semakin besar kehilangan gaya angkat dan semakin besar gaya hambat induktif. Dalam aerodinamika, merupakan kebiasaan untuk mengevaluasi rasio aspek sayap sesuai dengan rumus

(di mana 5 adalah luas sayap), yang dapat diterapkan pada sayap dan sirip dalam bentuk apa pun. Dengan bentuk persegi panjang, perpanjangan aerodinamis sama dengan rasio; untuk sayap delta l = 2 pon

pada gambar. Gambar 10 menunjukkan sayap yang terdiri dari dua lunas sirip berbentuk trapesium. Di kapal pesiar, lunas dipasang dengan alas lebar ke bawah, sehingga tidak ada limpahan air ke sisi penghalusan dan, di bawah pengaruh wadah bertekanan, lunas rata di kedua permukaan. Tanpa pengaruh ini, perpanjangan aerodinamis dapat dianggap dua kali lebih besar dari rasio kedalaman lunas terhadap rancangannya. Dalam praktiknya, rasio ini, yang tergantung pada ukuran lunas, kontur kapal pesiar, dan sudut tumit, hanya dilampaui 1,2-1,3 kali.

Pengaruh perpanjangan aerodinamis lunas pada besarnya gaya resistensi drift yang dikembangkan olehnya R e dapat diperkirakan dari hasil pengujian sirip yang memiliki profil NACA 009 (t/b\u003d 9%) dan luas 0,37 m 2 (Gbr. 11). Laju aliran sesuai dengan kecepatan kapal pesiar 3 knot (1,5 m/s). Yang menarik adalah perubahan gaya resistensi hanyut pada sudut serang 4-6 °, yang sesuai dengan sudut hanyut kapal pesiar pada jalur yang diangkut. Jika Anda mengambil kekuatan R d dengan perpanjangan l \u003d 1 per unit (6,8 dengan a- \u003d 5 °), kemudian dengan peningkatan l ke 2, resistensi drift meningkat lebih dari 1,5 kali (10,4 kg), dan dengan l \u003d 3 - tepat dua kali (13,6 kg). Grafik yang sama dapat digunakan untuk penilaian kualitatif keefektifan kemudi dari berbagai rasio aspek, yang beroperasi di wilayah sudut serang yang besar.

Jadi, dengan meningkatkan perpanjangan sirip lunas, adalah mungkin untuk mendapatkan nilai gaya lateral yang diperlukan R d dengan luas lunas yang lebih kecil dan, akibatnya, dengan luas permukaan basah yang lebih kecil dan ketahanan air terhadap pergerakan kapal pesiar. Perpanjangan lunas pada kapal pesiar jelajah dan balap modern rata-rata l = 1-3. Bilah kemudi, yang berfungsi tidak hanya untuk mengarahkan kapal, tetapi juga merupakan elemen integral dalam menciptakan gaya hambat kapal pesiar, memiliki perpanjangan yang lebih besar, mendekati l = 4.

Luas dan bentuk lunas. Paling sering, dimensi lunas ditentukan oleh data statistik, membandingkan kapal pesiar yang dirancang dengan kapal yang sudah terbukti. Pada kapal pesiar jelajah dan balap modern dengan kemudi yang terpisah dari lunas, luas total lunas dan kemudi adalah 4,5 hingga 6,5% dari luas layar yacht, dan luas kemudi adalah 20-40% dari lunas. daerah.

Untuk mendapatkan rasio aspek yang optimal, perancang kapal pesiar berusaha untuk mengadopsi rancangan maksimum yang diizinkan oleh kondisi berlayar atau aturan pengukuran. Paling sering, lunas memiliki bentuk trapesium dengan ujung depan yang miring. Penelitian telah menunjukkan bahwa untuk lunas kapal pesiar dengan perpanjangan 1 hingga 3, sudut antara tepi depan dan vertikal dalam kisaran -8° hingga 22,5 ° praktis tidak mempengaruhi karakteristik hidrodinamik lunas. Jika lunas (atau papan tengah) sangat sempit dan panjang, maka kemiringan tepi depan lebih dari 15 ° ke vertikal disertai dengan penyimpangan garis aliran air ke bawah profil - menuju sudut belakang bawah. Akibatnya, gaya angkat berkurang dan tarikan lunas meningkat. Dalam hal ini, sudut kemiringan optimum adalah 5° terhadap vertikal.

Besarnya gaya angkat yang dihasilkan oleh lunas dan kemudi secara signifikan dipengaruhi oleh kualitas penyelesaian permukaannya, terutama ujung depan, di mana aliran di sekitar profil terbentuk. Oleh karena itu, disarankan untuk memoles lunas dan kemudi pada jarak minimal 1,5% dari akord profil.

Kecepatan kapal pesiar. Gaya angkat pada setiap sayap ditentukan oleh rumus:

(11)

y - koefisien angkat, yang tergantung pada parameter bentuk profil sayap, perpanjangan, garis besar dalam denah, serta pada sudut serang - itu meningkat dengan peningkatan sudut serang;

R-- massa jenis air, ;

V- kecepatan aliran di sekitar sayap, m/s;

S- luas sayap, m 2.

Dengan demikian, gaya resistensi drift adalah variabel yang sebanding dengan kuadrat kecepatan. Pada saat awal pergerakan kapal pesiar, misalnya setelah memutar paku payung, ketika kapal kehilangan kecepatan, atau ketika bergerak menjauh dari boom dalam melawan arah angin, gaya angkat pada lunasnya kecil. untuk memaksa kamu menyamai kekuatan drift F D , lunas harus ditempatkan pada aliran yang datang dengan sudut serang yang besar. Dengan kata lain, kapal mulai bergerak dengan sudut drift yang besar. Saat kecepatan meningkat, sudut drift berkurang hingga mencapai nilai normalnya - 3-5 °.

Keadaan ini harus diperhitungkan oleh nakhoda, menyediakan ruang yang cukup untuk bergerak di bawah angin ketika kapal pesiar sedang melaju atau setelah beralih ke taktik baru. Sudut drift awal yang besar harus digunakan untuk mendapatkan kecepatan secepat mungkin dengan sedikit melonggarkan lembaran. Ngomong-ngomong, karena ini, gaya drift pada layar berkurang.

Penting juga untuk mengingat mekanisme gaya naik, yang muncul di lunas hanya setelah pemisahan pusaran awal dan pengembangan sirkulasi yang stabil. Pada lunas sempit kapal pesiar modern, sirkulasi terjadi lebih cepat daripada di lambung kapal pesiar dengan kemudi yang dipasang di lunas, yaitu pada sayap dengan tali besar. Kapal pesiar kedua akan hanyut lebih ke angin sebelum lambung secara efektif menghambat hanyut.

Keterkendalian

Keterkelolaan disebut kualitas kapal, memungkinkan untuk mengikuti arah tertentu atau mengubah arah. Hanya sebuah kapal yang dapat dianggap dapat dikemudikan jika merespons kemudi dengan tepat.

Penanganan menggabungkan dua sifat kapal - stabilitas dan kelincahan lintasan.

Stabilitas kursus- ini adalah kemampuan kapal pesiar untuk mempertahankan arah gerakan bujursangkar yang diberikan ketika berbagai kekuatan eksternal bekerja padanya: angin, ombak, dll. Stabilitas di jalur tidak hanya bergantung pada fitur desain kapal pesiar dan sifat tindakan kekuatan eksternal, tetapi juga pada reaksi juru mudi terhadap penyimpangan kapal dari haluan, naluri kemudinya.

Mari kita kembali ke skema aksi kekuatan eksternal pada layar dan lambung kapal pesiar (lihat Gambar 4). Yang sangat penting untuk stabilitas kapal pesiar di lapangan adalah posisi relatif dari dua pasang kekuatan. kekuatan tumit F d dan gaya resistensi drift R q cenderung memiringkan haluan kapal pesiar ke angin, sedangkan pasangan kedua dorong T dan resistensi terhadap gerakan R membawa kapal pesiar ke angin. Jelas bahwa reaksi kapal pesiar tergantung pada rasio besarnya gaya yang dipertimbangkan dan bahu tetapi Dan B, di mana mereka beroperasi. Dengan peningkatan sudut tumit, bahu pasangan mengemudi B juga meningkat. Bahu pasangan yang saling menghormati tetapi tergantung pada posisi relatif pusat layar (CP) - titik penerapan gaya aerodinamis yang dihasilkan ke layar dan pusat hambatan lateral (CRS) - titik penerapan gaya hidrodinamik yang dihasilkan ke lambung kapal kapal pesiar. Posisi titik-titik ini bervariasi tergantung pada banyak faktor: arah kapal pesiar relatif terhadap angin, bentuk dan pengaturan layar, gulungan dan trim kapal pesiar, bentuk dan profil lunas dan kemudi, dll.

Oleh karena itu, ketika merancang dan melengkapi kembali kapal pesiar, mereka beroperasi dengan CPU dan CLS bersyarat, mengingat mereka terletak di pusat gravitasi angka datar, yang merupakan layar yang diatur dalam bidang diametris kapal pesiar, dan garis bawah air dari DP dengan lunas, sirip dan kemudi (Gbr. 12).

Diketahui bahwa pusat gravitasi layar segitiga terletak di persimpangan dua median, dan pusat gravitasi umum kedua layar terletak di segmen garis lurus yang menghubungkan CPU kedua layar, dan membagi ini segmen berbanding terbalik dengan luasnya. Biasanya, bukan luas layar sebenarnya yang diperhitungkan, tetapi luas segitiga layar depan yang diukur.

Posisi CBS dapat ditentukan dengan menyeimbangkan profil bagian bawah air DP, dipotong dari karton tipis, di ujung jarum. Ketika templat benar-benar horizontal, jarum berada pada titik kondisional CBS. Ingatlah bahwa dalam menciptakan gaya resistensi drift, peran utama adalah pada fin lunas dan rudder. Pusat tekanan hidrodinamik pada profilnya dapat ditemukan dengan cukup akurat, misalnya, untuk profil dengan ketebalan relatif t/b sekitar 8% titik ini adalah sekitar 26% dari akord dari ujung depan. Namun, lambung kapal pesiar, meskipun berpartisipasi dalam penciptaan gaya lateral pada tingkat kecil, membuat perubahan tertentu dalam sifat aliran di sekitar lunas dan kemudi, dan itu berubah tergantung pada sudut tumit dan trim, serta kecepatan kapal pesiar. Dalam kebanyakan kasus, pada jalur jarak dekat, CLS yang sebenarnya bergerak maju.

Desainer, sebagai aturan, menempatkan CPU agak jauh (maju) di depan CBS. Biasanya timbal ditetapkan sebagai persentase dari panjang kapal di sepanjang garis air dan 15-18% untuk sekoci Bermuda. L sql

Jika CP yang sebenarnya terletak terlalu jauh di depan CLS, kapal pesiar akan menjauh melawan arah angin pada jalur yang diangkut dan juru mudi harus terus-menerus menjaga kemudi dibelokkan ke arah angin. Jika CPU berada di belakang CBS, maka yacht cenderung mengarah ke angin; kemudi konstan diperlukan untuk menjaga kapal tetap terkendali.

Terutama yang tidak menyenangkan adalah kecenderungan kapal pesiar untuk menjauh. Jika terjadi kecelakaan dengan kemudi, tidak mungkin membawa kapal pesiar ke jalur yang diangkut dengan bantuan layar saja, selain itu, ia memiliki penyimpangan yang meningkat. Faktanya adalah bahwa lunas kapal pesiar membelokkan aliran air yang mengalir darinya lebih dekat ke DP kapal. Oleh karena itu, jika kemudi lurus, ia bekerja dengan sudut serang yang jauh lebih kecil daripada lunas. Jika kemudi dibelokkan ke arah angin, maka gaya angkat yang terbentuk di atasnya ternyata diarahkan ke arah bawah angin, arah yang sama dengan gaya melayang pada layar. Dalam hal ini, lunas dan kemudi "ditarik" ke arah yang berbeda dan kapal pesiar tidak stabil di jalurnya.

Hal lain adalah kecenderungan ringan kapal pesiar untuk dikendarai. Kemudi bergeser pada sudut kecil (3-4°) terhadap angin bekerja dengan sudut serang yang sama atau sedikit lebih besar seperti lunas, dan secara efektif berpartisipasi dalam resistensi melayang. Gaya transversal yang terjadi pada kemudi menyebabkan pergeseran yang signifikan dari keseluruhan CLS ke buritan, sedangkan sudut drift menurun, kapal pesiar tetap berada di jalur.

Namun, jika pada lintasan jarak dekat kemudi harus terus-menerus digeser ke arah angin lebih dari 3-4 °, Anda harus mempertimbangkan untuk menyesuaikan posisi relatif CLS dan CPU. Di kapal pesiar yang sudah dibangun, lebih mudah untuk melakukan ini dengan menggerakkan CPU ke depan, mengatur tiang di langkah ke posisi busur ekstrem atau memiringkannya ke depan.

Alasan membawa kapal pesiar juga bisa menjadi layar utama - terlalu "perut buncit" atau dengan luff yang ditarik ke belakang. Dalam hal ini, tinggal perantara berguna, yang dengannya Anda dapat membuat tiang di bagian tengah (tinggi) defleksi ke depan dan dengan demikian meratakan layar, serta melonggarkan lintah. Anda juga bisa memperpendek panjang lintah mainsail.

Lebih sulit untuk menggeser CBS ke buritan, di mana Anda perlu memasang sirip buritan di depan kemudi atau menambah luas bilah kemudi.

Kami telah mengatakan bahwa dengan peningkatan gulungan, kecenderungan kapal pesiar untuk bergerak juga meningkat. Ini terjadi tidak hanya karena peningkatan bahu pasangan kekuatan pendorong - T Dan R. Dengan gulungan, tekanan hidrodinamik di wilayah gelombang haluan meningkat, yang mengarah ke perpindahan ke depan dari CBS. Oleh karena itu, dalam angin segar, untuk mengurangi kecenderungan kapal pesiar untuk dibawa ke depan, CPU juga harus dipindahkan ke depan: ambil karang di layar utama atau sedikit ulangi untuk jalur tertentu. Hal ini juga berguna untuk mengubah staysail ke area yang lebih kecil, yang mengurangi daftar dan trim kapal pesiar di haluan.

Desainer berpengalaman saat memilih jumlah uang muka tetapi biasanya memperhitungkan stabilitas kapal pesiar untuk mengimbangi peningkatan momen mengemudi saat tumit: untuk kapal pesiar dengan stabilitas kurang, nilai timah besar ditetapkan, untuk kapal yang lebih stabil, timah dianggap minimal.

Yaw yang dipusatkan dengan baik sering kali meningkatkan yaw di backstay, ketika mainsail yang diangkat di atas kapal cenderung membuat yacht maju ke arah angin. Ini juga dibantu oleh gelombang tinggi yang mengalir dari buritan dengan sudut ke DP. Untuk menjaga agar kapal pesiar tetap pada jalurnya, Anda harus bekerja keras dengan kemudi, membelokkannya ke sudut kritis, ketika aliran mungkin terhenti dari permukaan bawah anginnya (biasanya ini terjadi pada sudut serang 15-20 °). Fenomena ini disertai dengan hilangnya daya angkat pada kemudi dan kemudi kapal pesiar. Kapal pesiar tiba-tiba dapat melemparkan dirinya ke angin dengan tajam dan mendapatkan daftar besar, sementara karena penurunan kedalaman bilah kemudi ke sisi penghalusan, udara dapat menerobos dari permukaan air.

Pertarungan melawan fenomena ini, disebut bros, memaksa untuk menambah luas bilah kemudi dan pemanjangannya, memasang sirip di depan kemudi, luasnya yaitu sekitar seperempat luas bulu. Karena adanya sirip di depan kemudi, aliran air yang terarah diatur, sudut serangan kritis dari kemudi meningkat, terobosan udara ke dalamnya dicegah dan gaya pada anakan berkurang. Saat berlayar backstay, kru harus berusaha untuk memastikan bahwa dorongan pemintal diarahkan sejauh mungkin ke depan, dan tidak ke samping, untuk menghindari gulungan yang berlebihan. Penting juga untuk mencegah munculnya trim pada hidung, yang dapat mengurangi kedalaman roda kemudi. Broaching juga difasilitasi oleh gulungan kapal pesiar, yang muncul sebagai akibat dari gangguan aliran udara dari pemintal.

Stabilitas di lapangan, selain pengaruh gaya eksternal yang dipertimbangkan dan posisi relatif dari titik penerapannya, ditentukan oleh konfigurasi bagian bawah air dari DP. Sebelumnya, untuk pelayaran jarak jauh di perairan terbuka, preferensi diberikan kepada kapal pesiar dengan garis lunas yang panjang, karena mereka memiliki ketahanan yang lebih besar terhadap belokan dan, karenanya, stabilitas di jalur. Namun, jenis kapal ini memiliki kelemahan yang signifikan, seperti permukaan basah yang besar dan kelincahan yang buruk. Selain itu, ternyata stabilitas di lintasan tidak terlalu bergantung pada besarnya proyeksi lateral DP, tetapi pada posisi kemudi relatif terhadap CLS, yaitu, pada "tuas" tempat kemudi kemudi beroperasi. Perlu dicatat bahwa jika jarak ini kurang dari 25% L kw , kemudian kapal pesiar menjadi lincah dan bereaksi buruk terhadap defleksi kemudi. Pada aku=40-45% L kvl (lihat Gbr. 12) menjaga kapal pada jalur tertentu tidaklah sulit.

Kelincahan- kemampuan kapal untuk mengubah arah dan menggambarkan lintasan di bawah pengaruh kemudi dan layar. Tindakan kemudi didasarkan pada prinsip sayap hidrodinamik yang sama yang dipertimbangkan untuk lunas kapal pesiar. Ketika kemudi digeser ke sudut tertentu, gaya hidrodinamik muncul R, salah satu komponennya n mendorong buritan kapal pesiar ke arah yang berlawanan dengan arah di mana kemudi ditempatkan (Gbr. 13). Di bawah aksinya, kapal mulai bergerak di sepanjang lintasan melengkung. Pada saat yang sama kekuatan R memberikan komponen Q - gaya seret yang memperlambat jalannya kapal pesiar.

Jika Anda memperbaiki kemudi di satu posisi, maka kapal akan bergerak kira-kira dalam lingkaran yang disebut sirkulasi. Diameter atau radius sirkulasi adalah ukuran kelincahan kapal: semakin besar radius sirkulasi, semakin buruk kelincahannya. Hanya pusat gravitasi kapal pesiar yang bergerak di sepanjang sirkulasi, buritan dilakukan. Pada saat yang sama, kapal menerima penyimpangan yang disebabkan oleh gaya sentrifugal dan sebagian oleh gaya n di kemudi.

Jari-jari sirkulasi tergantung pada kecepatan dan massa kapal pesiar, momen inersianya relatif terhadap sumbu vertikal yang melewati CG, pada efisiensi roda kemudi - besarnya gaya n dan bahunya relatif terhadap CG untuk defleksi kemudi tertentu. Semakin besar kecepatan dan perpindahan kapal pesiar, semakin banyak massa berat (mesin, jangkar, suku cadang peralatan) ditempatkan di ujung kapal, semakin besar radius sirkulasi. Biasanya radius sirkulasi, yang ditentukan pada uji coba laut kapal pesiar, dinyatakan dalam panjang lambung.

Kelincahan semakin baik, semakin pendek bagian bawah kapal dan semakin dekat ke tengah kapal, area utamanya terkonsentrasi. Misalnya, kapal dengan garis lunas yang panjang (seperti kapal angkatan laut) memiliki kelincahan yang buruk, dan, sebaliknya, papan belati yang bagus dengan papan belati yang dalam dan sempit.

Efektivitas kemudi tergantung pada luas dan bentuk bulu, profil penampang, rasio aspek aerodinamis, jenis pemasangan (di buritan, terpisah dari lunas atau di sirip), serta jarak stok. dari CBS. Kemudi paling luas dirancang dalam bentuk sayap dengan profil penampang aerodinamis. Ketebalan maksimum profil biasanya diambil dalam 10-12% dari chord dan terletak 1/3 dari chord dari leading edge. Luas rudder biasanya 9,5-11% dari luas bagian terendam DP yacht.

Kemudi dengan rasio aspek yang tinggi (perbandingan kuadrat kedalaman kemudi terhadap luasnya) mengembangkan gaya lateral yang besar pada sudut serang yang rendah, yang karenanya secara efektif berpartisipasi dalam memberikan gaya resistensi drift lateral. Namun, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11, pada sudut serangan tertentu dari profil dengan perpanjangan yang berbeda, aliran terpisah dari permukaan penghalusan, setelah itu gaya angkat pada profil turun secara signifikan. Misalnya, ketika aku= 6 sudut kritis kemudi adalah 15°; pada l=2- 30 °. Sebagai kompromi, setang dengan ekstensi digunakan. aku = 4-5 (rasio aspek kemudi persegi panjang adalah 2-2,5), dan untuk meningkatkan sudut kritis perpindahan, skeg sirip dipasang di depan kemudi. Kemudi dengan perpanjangan besar merespon lebih cepat terhadap perpindahan, karena sirkulasi aliran, yang menentukan gaya angkat, berkembang lebih cepat di sekitar profil dengan tali kecil daripada di sekitar seluruh bagian bawah air lambung dengan kemudi yang dipasang di tiang buritan.

Tepi atas kemudi harus pas dengan tubuh dalam penyimpangan operasi ± 30° untuk mencegah air mengalir melaluinya; jika tidak, efisiensi kemudi akan menurun. Terkadang di rel kemudi, jika digantung di jendela di atas, mesin cuci aerodinamis dipasang dalam bentuk pelat lebar di dekat garis air.

Apa yang telah dikatakan tentang bentuk lunas juga berlaku untuk kemudi: bentuk trapesium dengan tepi bawah persegi panjang atau sedikit membulat dianggap optimal. Untuk mengurangi upaya pada anakan, roda kemudi terkadang dibuat dari tipe penyeimbang - dengan sumbu rotasi yang terletak 1 / 4-1 / 5 dari akord dari "hidung" profil.

Saat mengemudikan kapal pesiar, perlu untuk mempertimbangkan secara spesifik pengoperasian kemudi dalam berbagai kondisi, dan yang terpenting, kios dari belakangnya. Jangan membuat pergeseran kemudi yang tajam di atas kapal pada awal belokan - akan ada gaya lateral yang terhenti n pada roda kemudi akan jatuh, tetapi gaya resistensi akan meningkat dengan cepat R. Kapal pesiar akan memasuki sirkulasi secara perlahan dan dengan kehilangan kecepatan yang besar. Hal ini diperlukan untuk mulai berputar dengan menggeser kemudi ke sudut kecil, tetapi segera setelah buritan berguling ke luar dan sudut serang kemudi mulai berkurang, itu harus digeser ke sudut yang lebih besar relatif terhadap DP kapal pesiar.

Harus diingat bahwa gaya lateral pada kemudi meningkat dengan cepat dengan meningkatnya kecepatan perahu. Dalam angin sepoi-sepoi, tidak ada gunanya mencoba memutar kapal pesiar dengan cepat dengan menggeser kemudi ke sudut yang besar (omong-omong, nilai sudut kritis tergantung pada kecepatan: pada kecepatan yang lebih rendah, pemisahan aliran terjadi pada sudut yang lebih rendah serangan).

Resistansi kemudi saat mengubah arah kapal pesiar, tergantung pada bentuk, desain, dan lokasinya, berkisar antara 10 hingga 40% dari total resistensi kapal pesiar. Oleh karena itu, teknik, kontrol kemudi (dan pemusatan kapal pesiar, yang stabilitasnya bergantung pada lintasan) harus dilakukan dengan sangat serius, agar roda kemudi tidak menyimpang pada sudut yang lebih besar dari yang diperlukan.

Tenaga penggerak

kemampuan berjalan kaki disebut kemampuan kapal pesiar untuk mengembangkan kecepatan tertentu dengan efisiensi penggunaan energi angin.

Kecepatan kapal pesiar dapat berkembang terutama bergantung pada kecepatan angin, karena semua gaya aerodinamis yang bekerja pada layar. termasuk gaya dorong, meningkat sebanding dengan kuadrat kecepatan angin yang tampak. Selain itu, itu juga tergantung pada rasio kekuatan terhadap berat kapal - rasio area layar dengan dimensinya. Sebagai karakteristik rasio power-to-weight, rasio ini paling sering digunakan S" 1/2 /V 1/3(di mana S adalah luas layar, m 2; V- perpindahan total, m 3) atau S / W (di sini W adalah permukaan basah lambung, termasuk lunas dan kemudi).

Gaya traksi, dan karenanya kecepatan kapal pesiar, juga ditentukan oleh kemampuan rig berlayar untuk mengembangkan traksi yang cukup di berbagai jalur sehubungan dengan arah angin.

Faktor-faktor yang terdaftar berhubungan dengan layar penggerak kapal pesiar, yang mengubah energi angin menjadi tenaga penggerak. T. Seperti yang ditunjukkan pada gambar. 4, gaya dengan gerakan seragam kapal pesiar ini harus sama dan berlawanan dengan gaya resistensi terhadap gerakan R. Yang terakhir adalah proyeksi dari resultan semua gaya hidrodinamik yang bekerja pada permukaan basah lambung ke arah gerakan.

Ada dua jenis gaya hidrodinamik: gaya tekanan yang diarahkan tegak lurus ke permukaan benda, dan gaya viskos yang bekerja secara tangensial pada permukaan ini. Gaya kental yang dihasilkan memberikan gaya resistensi gesekan.

Gaya tekanan disebabkan oleh pembentukan gelombang di permukaan air selama pergerakan kapal pesiar, sehingga resultannya memberikan gaya resistensi gelombang.

Dengan kelengkungan permukaan lambung yang besar di bagian belakang, lapisan batas dapat terlepas dari kulit, dapat terbentuk vortisitas yang menyerap sebagian energi dari tenaga penggerak. Jadi ada komponen lain dari resistensi terhadap pergerakan kapal pesiar - resistensi bentuk.

Dua jenis resistensi muncul karena fakta bahwa kapal pesiar tidak bergerak lurus di sepanjang DP, tetapi dengan sudut hanyut dan gulungan tertentu. Ini induktif dan heliks perlawanan. Bagian yang signifikan dalam resistansi induktif ditempati oleh resistansi bagian yang menonjol - lunas dan kemudi.

Terakhir, pergerakan kapal pesiar ke depan juga ditentang oleh udara yang mencuci lambung kapal, awak kapal, pengembangan sistem kabel tali-temali dan layar. Bagian dari perlawanan ini disebut udara.

Ketahanan gesekan. Ketika kapal pesiar bergerak, partikel air yang berbatasan langsung dengan lapisan lambung tampaknya menempel padanya dan terbawa bersama kapal. Kecepatan partikel ini relatif terhadap tubuh adalah nol (Gbr. 14). Lapisan partikel berikutnya, meluncur di sepanjang yang pertama, sudah sedikit di belakang titik-titik lambung yang sesuai, dan pada jarak tertentu dari lambung, air umumnya tetap diam atau memiliki kecepatan relatif terhadap lambung sama dengan kecepatan kapal pesiar v. Lapisan air ini, di mana gaya viskos bekerja, dan kecepatan pergerakan partikel air relatif terhadap lambung meningkat dari 0 ke kecepatan kapal, disebut lapisan batas. Ketebalannya relatif kecil dan berkisar antara 1 sampai 2% dari panjang lambung di sepanjang garis air, namun sifat atau cara pergerakan partikel air di dalamnya memiliki dampak yang signifikan terhadap besarnya hambatan gesekan.

Telah ditetapkan bahwa mode pergerakan partikel bervariasi tergantung pada kecepatan bejana dan panjang permukaan yang dibasahi. Dalam hidrodinamika, ketergantungan ini dinyatakan dengan bilangan Reynolds:

n adalah koefisien viskositas kinematik air (untuk air tawar n= 1,15-10 -6 m 2 /s);

L- panjang permukaan basah, m;

v- kecepatan kapal pesiar, m/s.

Dengan jumlah yang relatif kecil Re = 10 6, partikel air di lapisan batas bergerak berlapis-lapis, membentuk laminar mengalir. Energinya tidak cukup untuk mengatasi gaya viskos yang menghambat pergerakan transversal partikel. Perbedaan terbesar dalam kecepatan antara lapisan partikel langsung pada permukaan rumah; karenanya, gaya gesekan memiliki nilai terbesar di sini.

Bilangan Reynolds di lapisan batas meningkat saat partikel air menjauh dari batang (dengan bertambahnya panjang basah). Pada kecepatan 2 m/s, misalnya, sudah pada jarak sekitar 2 m darinya Ulang mencapai nilai kritis di mana rezim aliran di lapisan batas menjadi pusaran, yaitu turbulen dan diarahkan melintasi lapisan batas. Karena pertukaran energi kinetik antara lapisan, kecepatan partikel di dekat permukaan wadah meningkat ke tingkat yang lebih besar daripada di aliran laminar. Perbedaan kecepatan dv meningkat di sini, dan resistensi gesekan meningkat. Karena gerakan melintang partikel air, ketebalan lapisan batas meningkat, dan ketahanan gesekan meningkat tajam.

Rezim aliran laminar hanya mencakup sebagian kecil dari lambung kapal pesiar di haluan dan hanya pada kecepatan rendah. Nilai kritis Ulang, di mana aliran turbulen di sekitar tubuh terjadi, terletak pada kisaran 5-10 5-6-10 6 dan sangat tergantung pada bentuk dan kehalusan permukaannya. Ketika kecepatan meningkat, titik transisi lapisan batas laminar ke turbulen bergerak ke arah hidung, dan pada kecepatan yang cukup tinggi, suatu saat dapat terjadi ketika seluruh permukaan lambung kapal yang basah akan tertutup oleh aliran turbulen. Benar, langsung di dekat kulit, di mana kecepatan aliran mendekati nol, film tertipis dengan rezim laminar masih dipertahankan - sublapisan laminar.

Tahanan gesekan dihitung dengan rumus:

(13)

R tr - ketahanan gesekan, kg;

ztr - koefisien ketahanan gesekan;

r adalah massa jenis air;

untuk air tawar:

v- kecepatan kapal pesiar, m/s;

Permukaan yang dibasahi W, m 2.

Koefisien tahanan gesekan adalah nilai variabel tergantung pada sifat aliran di lapisan batas, panjang tubuh L kecepatan kvl v dan kekasaran permukaan rumahan.

pada gambar. 15 menunjukkan ketergantungan koefisien hambatan gesekan ztr pada nomor Ulang dan kekasaran permukaan. Peningkatan resistensi permukaan kasar dibandingkan dengan yang halus dapat dengan mudah dijelaskan dengan adanya sublapisan laminar di lapisan batas turbulen. Jika tonjolan pada permukaan terendam seluruhnya dalam sublapisan laminar, maka tonjolan tersebut tidak menimbulkan perubahan yang signifikan dalam sifat aliran laminar pada sublapisan. Jika ketidakteraturan melebihi ketebalan sublapisan dan menonjol di atasnya, maka terjadi turbulensi dalam pergerakan partikel air di seluruh ketebalan lapisan batas, dan koefisien gesekan meningkat sesuai dengan itu.

Beras. 15 memungkinkan kita untuk menghargai pentingnya menyelesaikan bagian bawah kapal pesiar untuk mengurangi hambatan gesekannya. Misalnya, jika sebuah kapal pesiar dengan panjang 7,5 m di sepanjang garis air bergerak dengan kecepatan v= 6 knot (3,1 m/s), maka angka yang sesuai

Asumsikan bahwa bagian bawah kapal pesiar memiliki kekasaran (ketinggian rata-rata penyimpangan) k== 0,2 mm, yang sesuai dengan kekasaran relatif

L/k = 7500/0.2 = 3,75 10 4 . Untuk kekasaran dan angka tertentu Ulang koefisien gesekan adalah z tr = 0,0038 (titik G).

Mari kita perkirakan apakah mungkin untuk mendapatkan dalam hal ini permukaan bagian bawah mendekati halus secara teknis. Pada R e = 2-10 7 permukaan seperti itu sesuai dengan kekasaran relatif L/k= 3 10 5 atau kekasaran mutlak k\u003d 7500 / 3 10 5 \u003d 0,025 mm. Pengalaman menunjukkan bahwa ini dapat dicapai dengan mengampelas bagian bawah dengan hati-hati dengan amplas halus, dan kemudian memolesnya. Akankah upaya itu membuahkan hasil? Grafik menunjukkan bahwa koefisien hambatan gesek akan berkurang menjadi z tr = 0,0028 (titik D), atau sebesar 30%, yang tentu saja tidak dapat diabaikan oleh kru yang mengandalkan kesuksesan dalam balapan.

Jalur B memungkinkan Anda memperkirakan kekasaran dasar yang diizinkan untuk kapal pesiar dengan berbagai ukuran dan kecepatan berbeda. Dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya panjang dan kecepatan garis air, persyaratan untuk kualitas permukaan meningkat.

Untuk orientasi, kami menyajikan nilai kekasaran (dalam mm) untuk berbagai permukaan:

kayu, dipernis dan dipoles dengan hati-hati - 0,003-0,005;

kayu, dicat dan dipoles - 0,02-0,03;

dicelup dengan lapisan berpemilik - 0,04-0,C6;

kayu, dicat dengan timah merah - 0,15;

papan biasa - 0,5;

bagian bawah ditutupi dengan cangkang - hingga 4.0.

Kami telah mengatakan bahwa untuk bagian dari panjang kapal pesiar, mulai dari batang, lapisan batas laminar dapat dipertahankan, kecuali kekasaran yang berlebihan berkontribusi pada turbulensi aliran. Oleh karena itu, sangat penting untuk menangani haluan lambung dengan hati-hati, semua tepi masuk dari lunas, sirip, dan kemudi. Dengan dimensi melintang kecil - akord, seluruh permukaan lunas dan kemudi harus digiling. Di bagian belakang lambung, di mana ketebalan lapisan batas meningkat, persyaratan untuk penyelesaian permukaan dapat sedikit dikurangi.

Pengotoran bagian bawah dengan ganggang dan cangkang sangat tercermin dalam ketahanan gesekan. Jika Anda tidak secara berkala membersihkan bagian bawah kapal pesiar yang terus-menerus berada di dalam air, maka setelah dua atau tiga bulan ketahanan gesekan dapat meningkat sebesar 50-80%, yang setara dengan hilangnya kecepatan angin rata-rata sebesar 15-25 %.

Ketahanan bentuk. Bahkan di lambung yang ramping, saat bergerak, Anda dapat menemukan wake-jet di mana air membuat gerakan pusaran. Ini adalah konsekuensi dari pemisahan lapisan batas dari tubuh pada titik tertentu (B pada Gambar. 14). Posisi titik tergantung pada sifat perubahan kelengkungan permukaan sepanjang lambung kapal. Semakin halus kontur ujung buritan, semakin jauh ke buritan terjadi pemisahan lapisan batas dan semakin sedikit pembentukan pusaran yang terjadi.

Pada rasio normal panjang tubuh terhadap lebar, resistansi bentuk kecil. Peningkatannya mungkin karena adanya tulang pipi yang tajam, kontur lambung yang rusak, profil lunas yang salah, kemudi dan bagian menonjol lainnya. Ketahanan bentuk meningkat dengan penurunan panjang zona, lapisan batas laminar, oleh karena itu, perlu untuk menghilangkan goresan cat, mengurangi kekasaran, menutup ceruk di kulit, memasang fairing pada pipa yang menonjol, dll.

resistensi gelombang. Terjadinya gelombang di dekat lambung kapal selama pergerakannya disebabkan oleh aksi gaya gravitasi cairan pada antarmuka antara air dan udara. Di ujung depan, pada titik di mana lambung bertemu air, tekanan naik tajam dan air naik ke ketinggian tertentu. Lebih dekat ke bagian tengah kapal, di mana karena perluasan lambung kapal, kecepatan aliran meningkat, tekanan di dalamnya, menurut hukum Bernoulli, turun dan permukaan air berkurang. Di buritan, di mana tekanan naik lagi, puncak gelombang kedua terbentuk. Partikel air mulai berosilasi di dekat lambung, yang menyebabkan osilasi sekunder pada permukaan air.

Sistem kompleks gelombang haluan dan buritan muncul, yang pada dasarnya sama untuk kapal dengan ukuran berapa pun (Gbr. 16). Pada kecepatan rendah, gelombang divergen yang berasal dari haluan dan buritan kapal terlihat jelas. Punggungan mereka terletak pada sudut 36-40 ° terhadap bidang diametral. Pada kecepatan yang lebih tinggi, gelombang geser dibedakan, yang puncaknya tidak melampaui sekte / era, dibatasi oleh sudut 18-20 ° ke DP kapal. Sistem haluan dan buritan dari gelombang transversal berinteraksi satu sama lain, yang dapat mengakibatkan peningkatan tinggi gelombang total di belakang buritan kapal, dan penurunannya. Saat Anda menjauh dari kapal, energi gelombang diserap oleh medium dan secara bertahap memudar.

Besarnya hambatan gelombang bervariasi tergantung pada kecepatan kapal pesiar. Dari teori osilasi diketahui bahwa cepat rambat gelombang berhubungan dengan panjangnya aku perbandingan

di mana P = 3,14; v- kecepatan kapal pesiar, m/s; g \u003d 9,81 m / s 2 - percepatan gravitasi.

Karena sistem gelombang bergerak bersama kapal pesiar, kecepatan rambat gelombang sama dengan kecepatan kapal pesiar.

Jika kita berbicara, misalnya, tentang kapal pesiar dengan panjang garis air 8 m, maka pada kecepatan 4 knot, sekitar tiga gelombang melintang akan terletak di panjang lambung, dengan kecepatan 6 knot - satu dan setengah. Hubungan antara panjang gelombang transversal X, dibuat dengan panjang badan Lkvl! bergerak dengan kecepatan v, sangat menentukan besarnya hambatan gelombang.

Kursus angin. Kapal pesiar dan perahu layar modern biasanya dilengkapi dengan miring layar. Ciri khas mereka adalah bahwa bagian utama dari layar atau semuanya terletak di belakang tiang atau tempat tinggal. Karena fakta bahwa tepi depan layar kencang di sepanjang tiang (atau dirinya sendiri), layar mengalir di sekitar aliran udara tanpa membilas ketika terletak pada sudut yang cukup tajam terhadap angin. Berkat ini (dan dengan kontur lambung yang sesuai), kapal memperoleh kemampuan untuk bergerak pada sudut yang tajam ke arah angin.

pada gambar. 190 menunjukkan posisi perahu layar di berbagai jalur sehubungan dengan angin. Perahu layar biasa tidak dapat langsung melawan angin - dalam hal ini, layar tidak menciptakan gaya traksi yang dapat mengatasi hambatan air dan udara. Kapal pesiar balap terbaik dalam angin sedang dapat berlayar pada sudut 35-40 ° ke arah angin; biasanya sudut ini tidak kurang dari 45°. Oleh karena itu, ke target yang terletak langsung melawan angin, perahu layar dipaksa untuk mencapai menempel- taktik kanan dan kiri bergantian. Sudut antara haluan kapal pada salah satu paku disebut sudut paku, dan posisi kapal dengan busurnya langsung ke arah angin - leventik. Kemampuan kapal untuk tack dan bergerak dengan kecepatan maksimum ke arah langsung ke angin adalah salah satu kualitas utama dari sebuah perahu layar.

Lintasan dari jarak dekat ke gulfwind ketika angin berada pada 90° terhadap DP kapal disebut tajam; dari gulfwind ke jibe (angin bertiup langsung ke buritan) - menyelesaikan. Membedakan curam(Jalan di atas angin 90-135 °) dan penuh(135-180 °) backstay, serta angin yang ditarik (masing-masing 40-60 ° dan 60-80 ° ke angin).

Beras. 190. Haluan kapal layar relatif terhadap angin.

1 - angin samping yang curam; 2 - tangkapan penuh; 3 - angin teluk; 4 - tempat tinggal belakang; 5 - hinaan; 6 - leventik.

Angin panji. Aliran udara yang mengalir di sekitar layar kapal pesiar tidak sesuai dengan arahnya angin sejati(relatif terhadap tanah). Jika kapal bergerak, maka aliran udara berlawanan muncul, kecepatannya sama dengan kecepatan kapal. Di hadapan angin, arahnya relatif terhadap kapal menyimpang dengan cara tertentu karena aliran udara yang datang; kecepatannya juga berubah. Dengan demikian, aliran total, yang disebut angin panji. Arah dan kecepatannya dapat diperoleh dengan menjumlahkan vektor-vektor angin sebenarnya dan aliran yang datang (Gbr. 191).

Beras. 191. Angin semu pada jalur yang berbeda dari kapal pesiar relatif terhadap angin.

1 - angin kencang; 2 - angin teluk; 3 - tempat tinggal belakang; 4 - hinaan.

v- kecepatan kapal pesiar; v dan - kecepatan angin sebenarnya; v di - kecepatan angin panji.

Jelas, pada jalur yang diangkut, kecepatan angin panji memiliki nilai terbesar, dan pada hinaan - yang terkecil, karena dalam kasus terakhir, kecepatan kedua aliran diarahkan ke arah yang berlawanan secara langsung.

Layar di kapal pesiar selalu diatur, dengan fokus pada arah angin panji. Perhatikan bahwa kecepatan kapal pesiar tidak meningkat secara proporsional dengan kecepatan angin, tetapi jauh lebih lambat. Oleh karena itu, ketika angin meningkat, sudut antara arah angin nyata dan angin semu berkurang, dan pada angin lemah, kecepatan dan arah angin semu lebih berbeda dari yang sebenarnya.

Karena gaya yang bekerja pada layar seperti pada sayap tumbuh sebanding dengan kuadrat kecepatan aliran di sekitarnya, perahu layar dengan hambatan gerakan minimal dapat mengalami "percepatan sendiri", di mana kecepatannya melebihi kecepatan angin. Jenis perahu layar ini termasuk kapal pesiar es - kapal es, kapal pesiar hidrofoil, kapal pesiar beroda (pantai) dan kapal lambung tunggal yang sempit dengan pelampung cadik. Beberapa kapal jenis ini mencatat kecepatan hingga tiga kali lipat kecepatan angin. Dengan demikian, rekor kecepatan nasional kami pada pelampung adalah 140 km/jam, dan kecepatan angin ditetapkan tidak melebihi 50 km/jam. Secara sepintas, kami mencatat bahwa rekor kecepatan absolut di bawah layar di atas air secara signifikan lebih rendah: ditetapkan pada tahun 1981 pada catamaran dua tiang Crossbau-II yang dibuat khusus dan sama dengan 67,3 km / jam.

Kapal layar biasa, jika tidak dirancang untuk perencanaan, dalam kasus yang jarang terjadi melebihi batas kecepatan untuk navigasi perpindahan, sama dengan v = 5,6 L km / jam (lihat bab I).

Gaya-gaya yang bekerja pada kapal layar. Ada perbedaan mendasar antara sistem gaya luar yang bekerja pada kapal layar dan kapal yang digerakkan oleh mesin mekanis. Pada kapal motor, daya dorong baling-baling - baling-baling atau jet air - dan gaya tahan air terhadap gerakannya bekerja di bagian bawah air, terletak di bidang diametris dan pada jarak vertikal kecil satu sama lain.

Pada perahu layar, gaya dorong diterapkan tinggi di atas permukaan air dan oleh karena itu di atas garis aksi gaya hambat. Jika kapal bergerak pada sudut ke arah angin - dalam angin buruk, maka layarnya bekerja berdasarkan prinsip sayap aerodinamis, yang dibahas dalam Bab II. Ketika layar mengalir di sekitar layar dengan aliran udara, ruang hampa dibuat di sisi bawah angin (cembung), dan tekanan yang meningkat dibuat di sisi angin. Jumlah tekanan ini dapat dikurangi menjadi gaya aerodinamis yang dihasilkan SEBUAH(lihat Gbr. 192), diarahkan kira-kira tegak lurus terhadap chord profil layar dan diterapkan di tengah layar (CPU) tinggi di atas permukaan air.

Beras. 192. Gaya yang bekerja pada lambung dan layar.

Menurut hukum mekanika ketiga, dengan gerakan tetap tubuh dalam garis lurus, setiap gaya yang diterapkan pada tubuh (dalam hal ini, ke layar yang terhubung ke lambung kapal pesiar melalui tiang, tali-temali berdiri dan lembaran) harus dilawan oleh gaya yang sama besar dan berlawanan arah. Pada perahu layar, gaya ini merupakan resultan gaya hidrodinamik H diterapkan pada bagian bawah air lambung (Gbr. 192). Jadi antara kekuatan SEBUAH Dan H ada jarak yang diketahui - bahu, sebagai akibatnya momen sepasang gaya terbentuk, cenderung memutar kapal pada sumbu yang diorientasikan dengan cara tertentu di ruang angkasa.

Untuk menyederhanakan fenomena yang terjadi selama pergerakan kapal layar, gaya hidro dan aerodinamis beserta momennya diuraikan menjadi komponen-komponen yang sejajar dengan sumbu koordinat utama. Dipandu oleh hukum ketiga Newton, kita dapat menuliskan secara berpasangan semua komponen gaya dan momen ini:

Agar kapal dapat mengarahkan dengan mantap pada jalurnya, setiap pasangan gaya dan setiap pasangan momen harus sama satu sama lain. Misalnya, gaya hanyut D dan gaya resistensi drift R d menciptakan momen heeling M cr, yang harus diseimbangkan dengan momen pemulih M dalam atau momen stabilitas lateral. Momen ini terbentuk karena aksi gaya massa P dan daya apung kapal V bertindak di bahu aku. Gaya-gaya yang sama membentuk momen resistensi terhadap trim atau momen stabilitas longitudinal M aku, sama besarnya dan berlawanan dengan momen trim M e. Suku-suku terakhir adalah momen-momen pasangan gaya T - R Dan SEBUAH v - H v .

Dengan demikian, pergerakan kapal layar dalam haluan miring terhadap angin dikaitkan dengan gulungan dan keseimbangan, dan gaya lateral D, selain menggelinding, juga menyebabkan drift - lateral drift, oleh karena itu, setiap kapal layar tidak bergerak secara ketat ke arah DP, seperti kapal dengan mesin mekanis, tetapi dengan sudut drift kecil . Lambung perahu layar, lunas dan kemudinya menjadi hidrofoil, yang diserang oleh aliran air yang datang dengan sudut serang yang sama dengan sudut melayang. Keadaan inilah yang menyebabkan terbentuknya gaya resistensi hanyut pada lunas kapal pesiar. R d, yang merupakan komponen gaya angkat.

Stabilitas pergerakan dan pemusatan kapal layar. Karena tumit, gaya traksi layar T dan kekuatan perlawanan R tampaknya beroperasi di bidang vertikal yang berbeda. Mereka membentuk sepasang kekuatan yang membawa kapal ke angin - menjatuhkannya dari jalur lurus yang diikutinya. Ini dicegah oleh momen pasangan kekuatan kedua - heeling D dan gaya resistensi drift R d, serta kekuatan kecil n pada kemudi, yang harus diterapkan untuk mengoreksi pergerakan kapal pesiar di lapangan.

Jelas, reaksi kapal terhadap aksi semua gaya ini tergantung pada besarnya dan pada rasio bahu Sebuah Dan B di mana mereka bertindak. Dengan peningkatan gulungan, bahu pasangan mengemudi B juga meningkat, dan nilai leverage dari trailing pair Sebuah tergantung pada posisi relatif pusat layar(CP - titik penerapan gaya aerodinamis yang dihasilkan ke layar) dan pusat resistensi lateral(CBS - poin penerapan gaya hidrodinamik yang dihasilkan ke lambung kapal pesiar).

Penentuan yang tepat dari posisi titik-titik ini adalah tugas yang agak sulit, terutama mengingat bahwa itu bervariasi tergantung pada banyak faktor: arah kapal relatif terhadap angin, pemotongan dan penyesuaian layar, gulungan dan trim kapal pesiar, bentuk dan profil lunas dan kemudi, dll.

Saat merancang dan melengkapi kembali kapal pesiar, mereka beroperasi dengan CPU dan CBS bersyarat, mengingat mereka terletak di pusat gravitasi angka datar, yang merupakan layar yang dipasang di DP, dan garis besar bagian bawah air DP dengan lunas, sirip dan kemudi (Gbr. 193). Pusat gravitasi layar segitiga, misalnya, terletak di persimpangan dua median, dan pusat gravitasi umum dari kedua layar terletak pada garis lurus yang menghubungkan CPU kedua layar, dan membagi segmen ini secara terbalik. proporsional dengan wilayah mereka. Jika layarnya berbentuk segi empat, maka luasnya dibagi secara diagonal menjadi dua segitiga dan diperoleh CPU sebagai pusat persekutuan dari segitiga tersebut.

Beras. 193. Penentuan pusat pelayaran bersyarat dari kapal pesiar.

Posisi CBS dapat ditentukan dengan menyeimbangkan templat profil bawah air DP, yang dipotong dari karton tipis, di ujung jarum. Saat template mendatar, jarum akan berada di titik CLS bersyarat. Namun, metode ini kurang lebih berlaku untuk kapal dengan area DP bawah air yang luas - untuk kapal pesiar tipe tradisional dengan garis lunas panjang, kapal kapal, dll. Pada kapal pesiar modern, konturnya adalah dirancang berdasarkan teori sayap, peran utama dalam menciptakan gaya drag drift dimainkan oleh sirip lunas dan kemudi, biasanya dipasang terpisah dari lunas. Pusat tekanan hidrodinamik pada profilnya dapat ditemukan dengan cukup akurat. Misalnya, untuk profil dengan ketebalan relatif / B sekitar 8% titik ini sekitar 26% dari akord B dari tepi terdepan.

Namun, lambung kapal pesiar dengan cara tertentu mempengaruhi sifat aliran di sekitar lunas dan kemudi, dan pengaruh ini bervariasi tergantung pada roll, trim dan kecepatan kapal. Dalam kebanyakan kasus, pada jalur tajam ke arah angin, CLS sejati bergerak maju sehubungan dengan pusat tekanan yang ditentukan untuk lunas dan kemudi seperti untuk profil yang terisolasi. Karena ketidakpastian dalam perhitungan posisi CPU dan CBS, perancang, ketika mengembangkan proyek untuk kapal layar, menempatkan CPU pada jarak tertentu. Sebuah- maju - di depan CBS. Jumlah uang muka ditentukan secara statistik, dari perbandingan dengan kapal pesiar mapan yang memiliki kontur dekat dengan proyek bagian bawah air, stabilitas dan peralatan berlayar. Uang muka biasanya ditetapkan sebagai persentase dari panjang kapal di sepanjang garis air dan untuk kapal yang dilengkapi dengan sekoci Bermuda, 15-18% L. Semakin rendah stabilitas kapal pesiar, semakin besar gulungan yang akan diterimanya di bawah pengaruh angin dan semakin besar kebutuhan untuk memimpin CPU di depan CBS.

Penyesuaian akurat dari posisi relatif CPU dan CLS dimungkinkan saat menguji kapal pesiar saat bepergian. Jika kapal cenderung menahan angin, terutama dalam angin sedang dan segar, maka ini adalah cacat pemusatan yang besar. Faktanya adalah bahwa lunas membelokkan aliran air yang mengalir darinya lebih dekat ke DP kapal. Oleh karena itu, jika kemudi lurus, maka profilnya bekerja dengan sudut serang yang jauh lebih kecil daripada lunas. Jika, untuk mengimbangi kecenderungan kapal pesiar untuk menjauh, kemudi harus digeser ke angin, maka gaya angkat yang terbentuk di atasnya ternyata diarahkan ke sisi bawah angin - ke arah yang sama dengan drift memaksa D di layar. Akibatnya, kapal akan mengalami peningkatan drift.

Hal lain adalah kecenderungan ringan kapal pesiar untuk dikendarai. Kemudi bergeser 3-4° ke sisi bawah angin bekerja dengan sudut serang yang sama atau sedikit lebih tinggi seperti lunas, dan secara efektif berpartisipasi dalam resistensi melayang. Gaya geser H, timbul pada kemudi, menyebabkan pergeseran signifikan dari total CLS ke buritan sekaligus mengurangi sudut drift. Namun, jika untuk menjaga agar kapal pesiar tetap berada di jalur angin kencang, Anda harus terus-menerus menggeser kemudi ke sisi bawah angin pada sudut yang lebih besar dari 2-3 °, Anda perlu menggerakkan CPU ke depan atau memindahkan CLS ke belakang, yaitu lebih sulit.

Di kapal pesiar yang dibangun, Anda dapat menggerakkan CPU ke depan dengan memiringkan tiang ke depan, menggerakkannya ke depan (jika desain langkah memungkinkan), memperpendek layar utama di sepanjang luff, meningkatkan area layar utama. Untuk memindahkan CLS ke belakang, Anda perlu memasang sirip di depan roda kemudi atau menambah ukuran bilah kemudi.

Untuk menghilangkan kecenderungan kapal pesiar untuk menjauh, perlu untuk menerapkan tindakan sebaliknya: gerakkan CPU ke belakang atau gerakkan CLS ke depan.

Peran komponen gaya aerodinamis dalam menciptakan gaya dorong dan drift. Teori modern tentang pekerjaan layar miring didasarkan pada ketentuan aerodinamika sayap, yang elemen-elemennya dipertimbangkan dalam bab II. Ketika layar, ditempatkan pada sudut serang terhadap angin panji, mengalir di sekitar layar, sebuah gaya aerodinamis dibuat di atasnya SEBUAH, yang dapat direpresentasikan sebagai dua komponen: gaya angkat kamu, diarahkan tegak lurus terhadap aliran udara (angin panji), dan drag x- proyeksi kekuatan SEBUAH terhadap arah aliran udara. Gaya-gaya ini digunakan ketika mempertimbangkan karakteristik layar dan keseluruhan rig layar secara keseluruhan.

Secara bersamaan memaksa SEBUAH dapat direpresentasikan dalam bentuk dua komponen lain: gaya dorong T, diarahkan sepanjang sumbu pergerakan kapal pesiar, dan gaya hanyut tegak lurus terhadapnya D. Ingatlah bahwa arah pergerakan perahu layar (atau jalur) berbeda dari arahnya dengan nilai sudut melayang , tetapi sudut ini dapat diabaikan dalam analisis lebih lanjut.

Jika di jalur angin kencang dimungkinkan untuk meningkatkan daya angkat di layar ke suatu nilai kamu 1 , dan perlawanan frontal tetap tidak berubah, maka gaya kamu 1 dan x, ditambahkan sesuai dengan aturan penjumlahan vektor, membentuk gaya aerodinamis baru SEBUAH 1 (Gbr. 194, tetapi). Mempertimbangkan komponen barunya T 1 dan D 1, dapat dilihat bahwa dalam hal ini, dengan peningkatan gaya angkat, baik gaya dorong maupun gaya hanyut meningkat.

Beras. 194. Peran lift dan drag dalam menciptakan kekuatan pendorong.

Dengan konstruksi serupa, dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya gaya hambat pada lintasan yang diangkut, gaya traksi berkurang, dan gaya melayang meningkat. Jadi, ketika berlayar dalam angin yang dekat, gaya angkat layar memainkan peran yang menentukan dalam menciptakan daya dorong layar; resistensi frontal harus minimal.

Perhatikan bahwa pada jalur yang diangkut, angin panji memiliki kecepatan tertinggi, sehingga kedua komponen gaya aerodinamis kamu Dan x cukup besar.

Di jalur Gulfwind (Gbr. 194, B) gaya angkat adalah gaya dorong, dan gaya hambat adalah gaya hanyut. Peningkatan drag layar tidak mempengaruhi besarnya gaya dorong: hanya gaya drift yang meningkat. Namun, karena kecepatan angin panji di gulfwind berkurang dibandingkan dengan angin yang ditarik, drift mempengaruhi kinerja mengemudi kapal pada tingkat yang lebih rendah.

Pada jalur backstay (Gbr. 194, di dalam) layar beroperasi pada sudut serang yang tinggi, di mana gaya angkat jauh lebih kecil daripada gaya hambat. Jika Anda meningkatkan drag, maka gaya dorong dan drift juga akan meningkat. Dengan peningkatan gaya angkat, gaya dorong meningkat, dan gaya drift berkurang (Gbr. 194, G). Akibatnya, di jalur backstay, peningkatan gaya angkat dan (atau) hambatan meningkatkan traksi.

Pada jibe, sudut serang layar mendekati 90°, sehingga gaya angkat pada layar adalah nol, dan gaya hambat diarahkan sepanjang sumbu gerakan kapal dan merupakan gaya dorong. Kekuatan drift adalah nol. Oleh karena itu, pada jalur jibe, untuk meningkatkan daya dorong layar, diinginkan untuk meningkatkan hambatannya. Pada yacht balap, ini dilakukan dengan memasang layar tambahan - spinnaker dan blooper, yang memiliki area yang luas dan bentuk yang tidak ramping. Perlu dicatat bahwa di jalur jibe, layar kapal pesiar dipengaruhi oleh angin panji dengan kecepatan minimum, yang menyebabkan gaya yang relatif moderat pada layar.

resistensi hanyut. Seperti yang ditunjukkan di atas, kekuatan hanyut tergantung pada arah kapal pesiar relatif terhadap angin. Saat berlayar dalam jarak dekat, daya dorongnya kira-kira tiga kali lipat T, menggerakkan kapal ke depan; pada angin teluk kedua kekuatan kira-kira sama; pada backstay yang curam, tarikan layar 2-3 kali lebih besar dari gaya drift, dan pada gybe bersih, gaya drift tidak ada sama sekali. Oleh karena itu, agar perahu layar berhasil bergerak maju pada jalur dari ditarik ke gulfwind (pada sudut 40-90 ° terhadap angin), ia harus memiliki ketahanan lateral yang cukup untuk melayang, jauh lebih besar daripada ketahanan air terhadap gerakan. kapal pesiar di sepanjang jalur.

Fungsi menciptakan gaya resistensi drift pada kapal layar modern terutama dilakukan oleh fin keels atau centerboards dan rudder. Mekanisme terjadinya gaya angkat pada sayap dengan profil simetris, yaitu lunas, skewer dan rudder, dibahas pada Bab II (lihat hal. 67). Perlu dicatat bahwa nilai sudut hanyut kapal pesiar modern - sudut serang profil lunas atau papan tengah - jarang melebihi 5 °, oleh karena itu, ketika merancang lunas atau papan tengah, perlu untuk memilih dimensi, bentuk yang optimal. dan profil penampang untuk mendapatkan gaya angkat maksimum dengan drag minimum, yaitu pada sudut serang yang rendah.

Pengujian airfoil simetris aerodinamis telah menunjukkan bahwa airfoil yang lebih tebal (dengan rasio ketebalan bagian yang lebih besar T untuk akordnya B) memberi lebih banyak daya angkat daripada yang tipis. Namun, pada kecepatan rendah, profil tersebut memiliki hambatan yang lebih tinggi. Hasil yang optimal pada kapal layar dapat diperoleh dengan ketebalan lunas T/B= 0,09÷0,12, karena gaya angkat pada profil tersebut sedikit bergantung pada kecepatan kapal.

Ketebalan maksimum profil harus ditempatkan pada jarak 30 sampai 40% dari akord dari tepi depan profil lunas. Profil NACA 664-0 dengan ketebalan maksimum yang terletak pada jarak 50% dari chord dari hidung juga memiliki kualitas yang baik (Gbr. 195).

Beras. 195. Keel-fin kapal pesiar yang diprofilkan.

Untuk sampan balap ringan yang mampu meluncur dan mencapai kecepatan tinggi, digunakan papan belati dan kemudi dengan profil yang lebih tipis ( T/B= 0,044÷0,05) dan elongasi geometris (rasio pendalaman D ke akord tengah B Rabu) hingga 4.

Perpanjangan lunas kapal pesiar lunas modern adalah dari 1 hingga 3, kemudi - hingga 4. Paling sering, lunas memiliki bentuk trapesium dengan ujung depan yang miring, dan sudut kemiringan memiliki efek tertentu pada besarnya gaya angkat dan tarik lunas. Dengan pemanjangan lunas sekitar = 0,6, kemiringan ujung depan hingga 50° dapat diizinkan; pada = 1 - sekitar 20°; dengan > 1,5, lunas dengan ujung depan vertikal adalah optimal.

Luas total lunas dan kemudi untuk penangkalan yang efektif terhadap drift biasanya diambil sama dengan 1/25 hingga 1/17 dari luas layar utama.

Angin yang bertiup ke arah barat di Pasifik Selatan. Itulah sebabnya rute kami dibuat sehingga di kapal pesiar "Juliet" kami bergerak dari timur ke barat, yaitu, sehingga angin bertiup di belakang.

Namun, jika Anda melihat rute kami, Anda akan sering memperhatikan, misalnya ketika bergerak dari selatan ke utara dari Samoa ke Tokelau, kami harus bergerak tegak lurus dengan angin. Dan terkadang arah angin berubah total dan Anda harus melawan arah angin.

Rute Juliet

Apa yang harus dilakukan dalam kasus ini?

Kapal layar telah lama mampu berlayar melawan angin. Yakov Perelman klasik menulis tentang ini untuk waktu yang lama dengan baik dan sederhana dalam bukunya yang kedua dari seri Fisika yang Menghibur. Bagian ini saya kutip di sini kata demi kata dengan gambar.

"Berlayar melawan angin

Sulit membayangkan bagaimana kapal layar bisa "melawan angin" - atau, dalam kata-kata para pelaut, "diangkut". Benar, seorang pelaut akan memberi tahu Anda bahwa Anda tidak dapat berlayar langsung ke angin, tetapi Anda hanya dapat bergerak dengan sudut tajam ke arah angin. Tetapi sudut ini kecil - sekitar seperempat sudut siku-siku - dan tampaknya, mungkin, sama-sama tidak dapat dipahami: apakah akan berlayar langsung melawan angin atau pada sudut 22 ° terhadapnya.

Namun, kenyataannya, ini tidak acuh tak acuh, dan sekarang kami akan menjelaskan bagaimana mungkin untuk bergerak ke arahnya dengan sedikit miring oleh kekuatan angin. Mari kita pertimbangkan terlebih dahulu bagaimana angin bekerja pada layar secara umum, yaitu di mana ia mendorong layar ketika bertiup di atasnya. Anda mungkin berpikir bahwa angin selalu mendorong layar ke arah bertiupnya. Tetapi tidak demikian: ke mana pun angin bertiup, ia mendorong layar tegak lurus terhadap bidang layar. Memang: biarkan angin bertiup ke arah yang ditunjukkan oleh panah pada gambar di bawah ini; garis AB mewakili layar.

Angin mendorong layar selalu tegak lurus terhadap bidangnya.

Karena angin mendorong secara merata di seluruh permukaan layar, kami mengganti tekanan angin dengan gaya R yang diterapkan ke bagian tengah layar. Kami menguraikan gaya ini menjadi dua: gaya Q, tegak lurus terhadap layar, dan gaya P, diarahkan sepanjang itu (lihat gambar di atas, di sebelah kanan). Gaya terakhir mendorong layar ke mana-mana, karena gesekan angin pada kanvas dapat diabaikan. Masih ada gaya Q yang mendorong layar tegak lurus.

Mengetahui hal ini, kita dapat dengan mudah memahami bagaimana kapal layar dapat melaju dengan sudut tajam ke arah angin. Biarkan garis KK mewakili garis lunas kapal.

Bagaimana Anda bisa berlayar melawan angin.

Angin bertiup dengan sudut lancip ke garis ini ke arah yang ditunjukkan oleh deretan anak panah. Garis AB mewakili layar; itu ditempatkan sehingga bidangnya membagi dua sudut antara arah lunas dan arah angin. Ikuti diagram untuk distribusi kekuatan. Kami mewakili tekanan angin di layar dengan gaya Q, yang, kami tahu, harus tegak lurus terhadap layar. Kami menguraikan gaya ini menjadi dua: gaya R, tegak lurus terhadap lunas, dan gaya S, yang diarahkan ke depan sepanjang garis lunas kapal. Karena pergerakan kapal ke arah R menghadapi hambatan air yang kuat (lunas kapal layar sangat dalam), gaya R hampir sepenuhnya seimbang dengan hambatan air. Hanya ada gaya S, yang, seperti yang Anda lihat, diarahkan ke depan dan, oleh karena itu, menggerakkan kapal pada suatu sudut, seolah-olah ke arah angin. [Dapat ditunjukkan bahwa gaya S paling besar ketika bidang layar membagi dua sudut antara arah lunas dan angin.]. Biasanya gerakan ini dilakukan secara zig-zag, seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Dalam bahasa pelaut, gerakan kapal seperti itu disebut "menempel" dalam arti kata yang sempit.

Sekarang mari kita pertimbangkan semua kemungkinan arah angin relatif terhadap arah perahu.

Diagram haluan kapal relatif terhadap angin, yaitu sudut antara arah angin dan vektor dari buritan ke haluan (haluan).

Ketika angin bertiup di muka (angin kepala), layar menjuntai dari sisi ke sisi dan tidak mungkin untuk bergerak dengan layar. Tentu saja, Anda selalu dapat menurunkan layar dan menyalakan mesin, tetapi ini tidak lagi relevan untuk berlayar.

Ketika angin bertiup tepat di belakang (jibe, tailwind), molekul udara yang tersebar memberi tekanan pada layar dari satu sisi dan perahu bergerak. Dalam hal ini, kapal hanya dapat bergerak lebih lambat dari kecepatan angin. Analogi mengendarai sepeda di angin bekerja di sini - angin bertiup di belakang dan lebih mudah untuk mengayuh.

Ketika bergerak melawan angin (diangkut), layar bergerak bukan karena tekanan molekul udara di layar dari belakang, seperti dalam kasus jibe, tetapi karena gaya angkat yang dibuat karena kecepatan udara yang berbeda pada keduanya. sisi sepanjang layar. Pada saat yang sama, karena lunasnya, perahu tidak bergerak ke arah yang tegak lurus dengan arah perahu, tetapi hanya maju. Artinya, layar dalam hal ini bukanlah payung, seperti halnya angin bade, tetapi sayap pesawat.

Selama lintas kami, kami sebagian besar berlayar dengan backstays dan gulfwinds dengan kecepatan rata-rata 7-8 knot dengan kecepatan angin 15 knot. Terkadang kami melawan angin, setengah angin dan jarak dekat. Dan ketika angin mereda, mereka menyalakan mesin.

Secara umum, perahu dengan layar yang melawan angin bukanlah keajaiban, tetapi kenyataan.

Hal yang paling menarik adalah bahwa perahu tidak hanya dapat melawan angin, tetapi bahkan lebih cepat dari angin. Ini terjadi ketika perahu mundur, menciptakan anginnya sendiri.

Kami melanjutkan seri publikasi yang disiapkan oleh blog sains populer interaktif "Saya akan menjelaskannya dalam dua menit". Blog berbicara tentang hal-hal sederhana dan kompleks yang mengelilingi kita setiap hari dan tidak menimbulkan pertanyaan apa pun selama kita tidak memikirkannya. Misalnya, di sana Anda bisa mengetahui bagaimana pesawat luar angkasa tidak ketinggalan dan tidak bertabrakan dengan ISS saat melakukan docking.

1. Ketat melawan angin berlayar tidak mungkin. Namun, jika angin bertiup di depan, tetapi sedikit miring, kapal pesiar mungkin akan bergerak. Dalam kasus seperti itu, kapal dikatakan berada di jalur yang tajam.

2. Gaya dorong layar terbentuk karena dua faktor. Pertama, angin hanya menekan layar. Kedua, layar miring yang dipasang di sebagian besar kapal pesiar modern, ketika mengalir dengan udara, bekerja seperti sayap pesawat dan menciptakan "angkat", hanya saja tidak diarahkan ke atas, tetapi ke depan. Karena aerodinamika, udara bergerak lebih cepat di sisi cembung layar daripada di sisi cekung, dan tekanan di bagian luar layar lebih kecil daripada di bagian dalam.

3. Gaya total yang dihasilkan oleh layar diarahkan tegak lurus ke kanvas. Menurut aturan penjumlahan vektor, dimungkinkan untuk membedakan gaya hanyut (panah merah) dan gaya dorong (panah hijau) di dalamnya.

4. Pada jalur yang tajam, gaya hanyutnya besar, tetapi ditentang oleh bentuk lambung, lunas, dan kemudi: kapal pesiar tidak bisa menyamping karena tahan air. Tapi ke depan itu rela meluncur bahkan dengan gaya traksi kecil.

5. Untuk melawan angin secara ketat, paku payung kapal pesiar: ia berbelok ke angin dengan satu atau sisi lain, bergerak maju dalam segmen - paku payung. Berapa lama paku payung harus dipasang dan pada sudut mana angin pergi pertanyaan penting tentang taktik nakhoda.

6. Ada lima jalur utama kapal relatif terhadap angin. Berkat Peter I, terminologi maritim Belanda berakar di Rusia.

7. Leventik angin bertiup langsung ke haluan kapal. Anda tidak bisa berlayar di jalur seperti itu, tetapi berbelok ke arah angin digunakan untuk menghentikan kapal pesiar.

8. Angin belakang kursus tajam yang sama. Ketika Anda jarak dekat, angin bertiup di wajah Anda, sehingga tampaknya kapal pesiar berkembang dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sebenarnya, perasaan ini menipu.

9. Angin Teluk angin bertiup tegak lurus dengan arah perjalanan.

10. Backstay angin bertiup dari buritan dan dari samping. Ini adalah kursus tercepat. Perahu balap backstays cepat mampu berakselerasi lebih cepat dari kecepatan angin karena gaya angkat layar.

11. Memberi angin yang sama bertiup dari buritan. Bertentangan dengan harapan, bukan kursus tercepat: di sini angkat layar tidak digunakan, dan batas kecepatan teoretis tidak melebihi kecepatan angin. Seorang nakhoda yang berpengalaman dapat memprediksi arus udara yang tidak terlihat dengan cara yang sama seperti seorang pilot pesawat dapat memprediksi updraft dan downdraft.

Anda dapat melihat versi interaktif dari diagram di blog "Saya akan Menjelaskan dalam Dua Menit".