Wiatr. Kursy jachtu względem wiatru

Wiatr rzeczywisty (WR) jest to ruch powietrza wywołany warunkami meteorologicznymi i

ukształtowaniem terenu w odniesieniu do nieruchomego jachtu

Wiatr własny (WW) jest to względny ruch powietrza wynikający z poruszania się (przy

pogodzie bezwietrznej). Prędkość jego jest równa prędkości poruszającego się obiektu, lecz

jego kierunek jest przeciwny.

Wiatr pozorny (WP) jest to wypadkowa WR i WW

Kurs jachtu określamy zawsze względem wiatru pozornego

Siła aerodynamiczna i oporów hydrodynamicznych

Burta nawietrzna to ta, na którą wieje wiatr. Przeciwna jest burtą zawietrzną.

Siła aerodynamiczna

Siła aerodynamiczna powstaje na żaglu w skutek działania wiatru. Strugi wiatru natrafiają na

przeszkodę w postaci żagla. Część strugi zaczyna go omijać zmieniając swój kierunek, lecz

nie wszystkie, gdyż żagiel zbudowany jest z tkanin nieprzepuszczalnych. Po stronie

nawietrznej żagla powstaje obszar większego ciśnienia cząsteczek, czyli tzw. nadciśnienie,

po drugiej stronie żagla obszar gdzie będzie mniejsze ciśnienie cząsteczek powietrza, czyli

podciśnienie. W skutek różnicy powstałych ciśnień powstaje siła aerodynamiczna (Ta)

skierowana prostopadle do cięciwy aerodynamicznie aktywnej części żagla i zaczepiona w

środku ożaglowania (ŚO).

Wielkość siły aerodynamicznej uzależniona jest od:

·        Szybkości wiatru pozornego,

·        Powierzchni żagla,

·        Kąta natarcia (cięciwa żagla w stosunku do kierunku wiatru),

·        Kształtu żagla (wybrzuszenie, smukłość),

·        Właściwości tkaniny żagla,

·        Kąta przechyłu.

TA rośnie wprost proporcjonalnie do kwadratu prędkości wiatru pozornego,

TA rośnie wprost proporcjonalnie do kwadratu powierzchni żagli.

Kształt żagla powinien być tak dobrany, aby największa głębokość żagla była przy maszcie, a

w pobliżu liku wolnego żagiel był prawie płaski.

Siłę aerodynamiczną można rozłożyć na dwie składowe:

·        Siła ciągu FC – działa wzdłuż kursu jachtu, od niej zależy prędkość jachtu.

·        Siła przechylająca (dryfu) FP – działa prostopadle do kursu, wywołuje dryf i przechył.

Kąt natarcia jest to kąt zawarty między cięciwą żagla a kierunkiem wiatru pozornego.

Wielkość kąta natarcia zależy od kursu jachtu względem wiatru. Od kąta natarcia zależy

wystąpienie maksymalnej siły aerodynamicznej. Optymalny kąt natarcia zawiera się z reguły

między 10° a 20° i w miarę odpadania zwiększa się aż do 90° w fordewindzie.

a) żagiel wybrany

optymalnie,

b) żagiel wybrany zbyt

mocno (przebrany),

TA – siła

aerodynamiczna

FC – siła ciągu

FP – siła przechyłu

Ogólna zasada ustawienia żagli względem wiatru jest następująca: przy kursach ostrych (do

półwiatru włącznie) żagiel powinien być „na granicy łopotu”; przy dalszym odpadaniu

luzujemy żagle, tak by w kursie fordewind były wyluzowane maksymalnie (bom grota do

want). Na słabych wiatrach żagle powinny być bardziej wybrzuszone. Na silniejszych

bardziej płaskie.

Siła oporów hydrodynamicznych

Gdy jacht płynie kursem ostrym na część zanurzoną kadłuba działają dwie siły:

·         Siła oporów wzdłużnych R – działa ona równolegle do osi symetrii jachtu

(diametralnej) i przeciwstawia się ruchowi jachtu do przodu.

·        Siłę oporu bocznego FB – działa ona prostopadle do osi symetrii jachtu i przeciwdziała

dryfowi.

·        Wypadkową tych sił jest siła oporów hydrodynamicznych TH.

TA – siła areodynamiczna

FP – siła

przechylająca,

FC – siła ciągu,

TH – wypadkowa siła

oporów

hydrodynamicznych.

R – opór wzdłużny,

FB – opór boczny.

Siła oporów hydrodynamicznych zmienia się w zależności od kilku czynników:

·        Prędkości jachtu – wraz ze wzrostem prędkości wzrasta siła oporów

hydrodynamicznych

·        Zanurzonej powierzchni bocznej – wraz ze wzrostem zanurzenia, rośnie siła oporów

bocznych FB, zwiększa się przechył jachtu, ale maleje dryf.

Zrównoważenie żaglowe jachtu w ruchu

Zrównoważenie siły aerodynamicznej (TA) i siły oporów hydrodynamicznych zapewnia

poruszanie się jachtu:

·        Zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona gdy wartości tych sił są równe jacht

powinien płynąć do przodu z niezmienną prędkością

·        W przypadku, gdy siła aerodynamiczna (TA) jest większa od siły oporów

hydrodynamicznych (FB) jacht przyspiesza

·        W przypadku, gdy siła aerodynamiczna (TA) jest mniejsza od siły oporów

hydrodynamicznych (FB) jacht zwalnia

Zrównoważenie żaglowe jachtu – występuje wtedy, gdy jacht płynie ustalonym kursem (bez

tendencji do skręcania) ze sterem w pozycji '0', czyli płetwa sterowa ustawiona jest w

diametralnej jachtu. Uzyskuje się taki stan poprzez odpowiednie ustawienie żagli.

Gdy nie można uzyskać stabilnego kursu ze sterem w pozycji '0' poprzez odpowiednie

ustawienie żagli i jacht wykazuje tendencje do ostrzenia bądź odpadania. Mówimy, że jacht

jest nawietrzny (ostrzy) lub zawietrzny (odpada).

Nawietrzność

Jeżeli przesuniemy środek ożaglowania w                                            

stronę rufy lub środek bocznego oporu w stronę

dziobu powstanie moment obrotowy

wywołujący skręt jachtu w stronę wiatru - jacht

stanie się nawietrzny.

Nawietrzność wywołuje:

·        wyluzowanie lub zrzucenie foka

·        przegłębienie dziobu

·        podniesienie płetwy sterowej

·        wybranie grota

·        pochylenie lub przesunięcie masztu w

kierunku rufy

Zawietrzność

Jeżeli przesuniemy środek ożaglowania do

przodu lub środek bocznego oporu do tyłu,

powstanie moment obrotowy wywołujący skręt

jachtu od wiatru - jacht stanie się zawietrzny.

Zawietrzność wywołuje:

• wyluzowanie lub zrzucenie grota

• przegłębienie rufy

• podniesienie miecza

• wybranie foka

• pochylenie lub przesunięcie masztu w  kierunku dziobu

Położenie środka bocznego oporu i środka ożaglowania nie jest stałe, zmienia się wraz ze

wzrostem siły wiatru i prędkości. Dla nowoczesnych jachtów zwiększenie przechyłu również

wywołuje wzrost nawietrzności. Mniejsze jachty projektuje się przeważnie tak, aby były

nieznacznie nawietrzne - ułatwia to ostrzenie jachtu przy szkwałach podczas kursów ostrych.

Działanie steru.

a – bieg do przodu,

b – bieg do tyłu,

P – siła naporu mas wody,

FS – siła skręcająca,

FH – siła hamując

Wychylenie płetwy sterowej w bok od płaszczyzny symetrii jachtu powoduje wystąpienie na niej siły, którą możemy rozłożyć na dwie składowe: siłę skręcającą (FS) i hamującą (FH). Siła skręcająca daje duży moment skręcający, gdyż duże jest jej ramię działania mierzone od osi obrotu. Natomiast siła hamująca wytwarza moment hamujący bardzo mały, ale istotnie zwiększa opory ruchu. Nadmierne wychylenie płetwy sterowej powoduje znaczne zahamowanie jachtu przy

mniejszym momencie skręcającym. Najbardziej optymalne wychylenie płetwy sterowej

zależy od jachtu, konstrukcji steru, prędkości jachtu i promienia łuku jego skrętu, jest więc

niemożliwe określenie jakiegoś uniwersalnego środka. Niemniej przyjmuje się, że

optymalnym kątem wychylenia płetwy sterowej, przy którym osiąga się maksymalną siłę

skręcającą jest kąt w granicach 300 – 400. Należy także pamiętać, że im silniej wieje wiatr,

tym mniejszy powinien być kąt wychylenia steru.

Ze działaniem steru wiążą się jeszcze dwa pojęcia:

Zwrotność jest to naturalna, niezależna od steru zdolność obrotu jachtu dookoła jego osi

obrotu, przy czym położenie tej osi zależy od środka ciężkości i środka oporu. Zwrotność

zależy od kształtu i długości podwodnej części kadłuba.

Sterowność jest to zdolność jachtu do zmiany lub zachowania kursu zgodnie z działaniami

sternika, czyli jego „wrażliwość” na działanie steru. Zależna jest od wielkości, kształtu i

sprawności steru, punktu zamocowania steru oraz od zwrotności i stateczności kursowej

jachtu.