Teško je zamisliti kako jedrenjaci mogu ići "protiv vjetra" - ili, kako mornari kažu, ići "na blizinu". Istina, jedriličar će vam reći da ne možete ploviti direktno protiv vjetra, ali se možete kretati samo pod oštrim kutom u odnosu na smjer vjetra. Ali taj je kut malen - oko četvrtine pravog kuta - i čini se, možda, jednako neshvatljivim: jedriti li izravno protiv vjetra ili pod kutom prema njemu od 22°.

U stvarnosti, međutim, to nije ravnodušno, a sada ćemo objasniti kako je moguće kretati se prema njemu pod blagim kutom uz pomoć snage vjetra. Prvo pogledajmo kako vjetar općenito djeluje na jedro, odnosno gdje gura jedro kada puše po njemu. Vjerojatno mislite da vjetar uvijek gura jedro u smjeru u kojem puše. Ali to nije tako: gdje god vjetar puše, gura jedro okomito na ravninu jedra. Doista: neka vjetar puše u smjeru označenom strelicama na donjoj slici; crta AB označava jedro.

Vjetar uvijek gura jedro pod pravim kutom u odnosu na njegovu ravninu.

Budući da vjetar ravnomjerno pritišće cijelu površinu jedra, tlak vjetra zamijenimo silom R koja djeluje na sredinu jedra. Podijelimo ovu silu na dvoje: sila Q, okomito na jedro, a sila P usmjerena duž njega (vidi sliku gore, desno). Zadnja snaga jedro ne gura nigdje, jer je trenje vjetra o platno beznačajno. Snaga ostaje Q, koji gura jedro pod pravim kutom na njega.

Znajući to, lako možemo shvatiti kako jedrenjak može ploviti pod oštrim kutom prema vjetru. Neka linija QC prikazuje liniju kobilice broda.

Kako možete jedriti protiv vjetra?

Vjetar puše pod oštrim kutom u odnosu na ovu liniju u smjeru označenom nizom strelica. Crta AB prikazuje jedro; postavlja se tako da svojom ravninom raspolavlja kut između smjera kobilice i smjera vjetra. Pratite raspored sila na slici. Mi predstavljamo snagu vjetra na jedru Q, za koji znamo da bi trebao biti okomit na jedro. Podijelimo ovu silu na dvoje: sila R, okomito na kobilicu, i sila S, usmjeren prema naprijed, duž linije kobilice plovila. Budući da je kretanje broda u smjeru R nailazi na jak otpor vode (kobilica u jedrenjaci postaje vrlo dubok), zatim snaga R gotovo potpuno uravnotežen otporom na vodu. Ostaje samo snaga S, koji je, kao što vidite, usmjeren naprijed i stoga pomiče brod pod kutom, kao prema vjetru. [Može se dokazati da sila S dobiva najveću vrijednost kada ravnina jedra prepolovi kut između smjerova kobilice i vjetra.]. Obično se ovaj pokret izvodi u cik-cak, kao što je prikazano na donjoj slici. U jeziku pomoraca takvo kretanje broda naziva se "tacking" u strogom smislu riječi.

Na plovilo pod jedrima utječu dva okruženja: strujanje zraka koje djeluje na jedro i nadvodni dio plovila i voda koja djeluje na podvodni dio plovila.

Zahvaljujući obliku jedra, čak i pri najnepovoljnijem vjetru (mali povlačenje), brod se može kretati naprijed.

Jedro nalikuje krilu, čiji je najveći otklon 1/3 - 1/4 širine jedra udaljen od prednjeg dijela i ima vrijednost od 8 - 10% širine jedra (slika 18).

Riža. 18. Profil jedra: B - širina jedra duž tetive (prema I.I. Khomyakovu, 1976.).

Ako vjetar ima smjer U(Sl. 19, a), susreće jedro na putu, obilazi ga s obje strane. Privjetrinska strana jedra stvara veći tlak (+) od zavjetrinske strane (-). Rezultanta sila pritiska tvori silu R, usmjerena okomito na ravninu jedra ili tetivu koja prolazi kroz prednji dio i prednji dio i primijenjen na središte jedra CPU(Slika 19, b).

Riža. 19 Sile koje djeluju na jedro i trup broda (prema I.I. Khomyakovu, 1976.):

a je učinak vjetra na jedro; b - utjecaj vjetra na jedro i vode na trup broda.

Sila R razlaže na vučnu silu T, usmjerena paralelno s dijametralnom ravninom ( DP) čamca, zbog čega se čamac kreće naprijed, i sila zanošenja D, usmjeren okomito DP, zbog čega se brod zanosi i kotrlja.

Sila R ovisi o brzini i smjeru vjetra u odnosu na jedro. Više Ðb između smjera vjetra U a ravnina jedra PP, veća je snaga R. Ako Rb=90°, sila R dostiže svoju maksimalnu vrijednost.

Ovlasti T I D ovisi o Ðg između DPčamac i ravnina jedra. S povećanjem Ðg sila T povećava i snagu D smanjuje se.

Djelovanje vode na brod uvelike ovisi o konturama njegovog podvodnog dijela.

Sl. 20. Ispravan položaj jedra u različitim smjerovima vjetra (prema I.I. Khomyakovu, 1976.): a - mala poteza; b - gulfwind, c - jibe.

Unatoč činjenici da kod vjetrova s malom vučom sila zanošenja D premašuje vučnu silu T, čamac se kreće naprijed. Tu dolazi do izražaja bočni otpor. R 1 podvodni dio trupa, koji je višestruko veći od otpora R.

Sila D, unatoč otporu trupa, još uvijek otpuhuje brod izvan linije kursa. Sastavljeno DP i smjer pravog kretanja čamca IPÐ a koji se naziva kut zanošenja. Što je kut između oštriji DP i smjeru vjetra, veći je kut zanošenja, budući da je pri oštrim kutovima vučna sila T je neznatan i brod, koji nema dovoljno kretanja prema naprijed, biva otpuhan u vjetar. Pri vjetru s malim potezom koji je strmiji od 40-45°, brod se ne može kretati naprijed.

Dakle, najveći potisak i najmanje zanošenje broda mogu se dobiti odabirom najvećeg povoljan položaj središnja ravnina čamca i ravnina jedra u odnosu na vjetar. Utvrđeno je da kut između DP brod i ravnina jedra trebaju biti jednaki polovici Ð A između središnje ravnine i smjera vjetra. Slika 20 prikazuje ispravan položaj jedra pri vjetru s malim (a), poluvjetrom (b) i vjetrom (c).

Pri izboru položaja jedra u odnosu na DP i vjetra, voditelj brodice se ne vodi prema pravom, već prema prividnom (prividnom) vjetru, čiji je smjer određen rezultantom brzine brodice i brzine pravog vjetra (slika 21).

Slika 21. Prividni vjetar.

b i - pravi vjetar; V w - vjetar od kretanja broda;

U in - prividan vjetar.

Riža. 22. Ugradnja flok u odnosu na prednje jedro (prema I.I. Khomyakov, 1976):

a - ispravno; b - netočno.

Flok, koji se nalazi ispred prednjeg jedra, služi kao letvica. Protok zraka koji prolazi između flok i prednjeg jedra smanjuje pritisak na zavjetrini prednjeg jedra i stoga povećava njegovu silu bitve. To se događa samo ako je kut između krakova i DPčamci su nešto veći od kuta između prednjeg jedra i DP(Slika 22, a). Ako je krak pritisnut na DP, tada će protok zraka udariti u zavjetrinsku stranu prednjeg jedra, pogoršati njegov oblik i smanjiti vučnu silu (Slika 22, b). Isti učinak proizvodi previše zakrivljeni krak.

Vjetrovi koji su u južnom dijelu tihi ocean puše u smjeru zapada. Zato je naša ruta osmišljena tako da jedrilica"Julije" se kreću od istoka prema zapadu, odnosno s vjetrom koji vam puše u leđa.

Međutim, ako pogledate našu rutu, primijetit ćete da smo se često, na primjer kada smo se kretali s juga na sjever od Samoe do Tokelaua, morali kretati okomito na vjetar. A ponekad se smjer vjetra potpuno promijenio i morali smo ići protiv vjetra.

Julijina ruta

Što učiniti u ovom slučaju?

Jedrenjaci su odavno mogli ploviti protiv vjetra. O tome je davno dobro i jednostavno napisao klasik Yakov Perelman u svojoj drugoj knjizi iz serijala “Zabavna fizika”. Ovdje predstavljam ovaj komad doslovno sa slikama.

„Ploviti protiv vjetra

Vjetar uvijek gura jedro pod pravim kutom u odnosu na njegovu ravninu.

Budući da vjetar ravnomjerno pritišće cijelu površinu jedra, tlak vjetra zamijenimo silom R koja djeluje na sredinu jedra. Ovu silu ćemo podijeliti na dvije: silu Q, okomitu na jedro, i silu P, usmjerenu duž njega (vidi sliku gore, desno). Posljednja sila ne gura jedro nigdje, jer je trenje vjetra o platno beznačajno. Ostaje sila Q koja gura jedro pod pravim kutom na njega.

Znajući to, lako možemo shvatiti kako jedrenjak može ploviti pod oštrim kutom prema vjetru. Neka linija KK predstavlja liniju kobilice broda.

Kako možete jedriti protiv vjetra?

Vjetar puše pod oštrim kutom u odnosu na ovu liniju u smjeru označenom nizom strelica. Linija AB predstavlja jedro; postavlja se tako da svojom ravninom raspolavlja kut između smjera kobilice i smjera vjetra. Pratite raspored sila na slici. Pritisak vjetra na jedro predstavljamo silom Q, koja, znamo, mora biti okomita na jedro. Podijelimo ovu silu na dvije: silu R, okomitu na kobilicu, i silu S, usmjerenu prema naprijed duž linije kobilice broda. Budući da kretanje broda u smjeru R nailazi na jak otpor vode (kobilica je kod jedrenjaka vrlo duboka), sila R je gotovo potpuno uravnotežena otporom vode. Ostaje samo jedna sila S, koja je, kao što vidite, usmjerena naprijed i stoga pomiče brod pod kutom, kao prema vjetru. [Može se dokazati da je sila S najveća kada ravnina jedra prepolovi kut između kobilice i smjera vjetra.]. Obično se ovaj pokret izvodi u cik-cak, kao što je prikazano na donjoj slici. U jeziku mornara, takvo kretanje broda se zove "tacking" u strogom smislu riječi."

Razmotrimo sada sve moguće smjerove vjetra u odnosu na smjer broda.

Dijagram kursa broda u odnosu na vjetar, odnosno kut između smjera vjetra i vektora od krme prema pramcu (kurs).

Kad vjetar puše u lice (leventik), jedra se ljuljaju s jedne strane na drugu i nemoguće je pomicati jedro. Naravno, uvijek možete spustiti jedra i upaliti motor, ali to više nema veze s jedrenjem.

Kada vjetar puše točno iza vas (jibe, stražnji vjetar), ubrzane molekule zraka vrše pritisak na jedro s jedne strane i brod se pomiče. U tom slučaju, brod se može kretati samo sporije od brzine vjetra. Ovdje funkcionira analogija s vožnjom bicikla po vjetru - vjetar vam puše u leđa i lakše je okretati pedale.

Pri kretanju protiv vjetra (closed-hauled) jedro se ne pomiče zbog pritiska molekula zraka na jedro odostraga, kao u slučaju jibea, već zbog sile podizanja koja nastaje zbog različitih brzina zraka. s obje strane duž jedra. Štoviše, zbog kobilice brod se ne kreće u smjeru okomitom na kurs broda, već samo prema naprijed. Odnosno, jedro u ovom slučaju nije kišobran, kao u slučaju jedra s malim potezom, već krilo aviona.

Tijekom naših prolaza uglavnom smo hodali po stražnjim stazama i gulfwindovima Prosječna brzina pri 7-8 čv pri brzini vjetra od 15 čv. Ponekad smo jedrili protiv vjetra, poluvjetra i s malim povlačenjem. A kad je vjetar utihnuo, upalili su motor.

Općenito, brod s jedrom koji ide protiv vjetra nije čudo, već stvarnost.

Najzanimljivije je to što brodovi mogu ploviti ne samo protiv vjetra, već čak i brže od vjetra. To se događa kada se brod zadrži, stvarajući vlastiti vjetar.

Prividni vjetar

Pokušajmo shvatiti zbog kojih sila i na temelju kojih principa dolazi do kretanja jedrenjaka pod utjecajem vjetra. Razmotrimo samo kosa jedra, jer su trenutno najčešća. Kosi oprema za jedrenje Tip Bermuda je glavno naoružanje većine modernih brodova s jednim i dva jarbola. Sve sportske i jahte za krstarenje s jednim jarbolom također su naoružane bermudskom šalupom.

Ova oprema pruža maksimalne mogućnosti odabira kursa u odnosu na smjer vjetra i zahtijeva znatno manju posadu za upravljanje jedrima i ne zahtjeva tako visoku razinu obučenosti kao u slučaju korištenja direktnih jedrenja.

Izvanredna značajka kosog jedra je njegova sposobnost stvaranja vuče na kursevima do 30-40 stupnjeva u odnosu na smjer vjetra.

Mora se uzeti u obzir da se jedrilica kreće u odnosu na prividni ili prividni vjetar, a ne u odnosu na pravi ili meteorološki vjetar.

Kada se bilo koji objekt kreće u zraku, nastaje strujanje ulaznog zraka čija je brzina određena brzinom objekta. Prema tome, čak i u potpunoj odsutnosti vjetra (kalm), promatrač na brodu osjetit će vjetar jednak brzini broda - smjerni vjetar, koji će po jačini biti jednak brzini broda, au smjer suprotan smjeru kretanja broda. Dakle, jedrenjak, kada se kreće, doživljava djelovanje dva strujanja zraka:

Djelovanje strujanja uzrokovano prisutnošću pravog vjetra;

Djelovanje strujanja uzrokovano kretanjem plovila – usmjereni vjetar.

Za određivanje rezultirajućeg protoka zraka koji osjeća promatrač koji se nalazi na pokretnom objektu, potrebno je izvršiti vektorsko zbrajanje protoka. Rezultirajući vektor bit će brzina i smjer osjetnog ili prividnog vjetra, koji se naziva prividni vjetar. Ovaj vjetar ćemo smatrati vjetrom koji djeluje na jedra broda dok se kreće (slika 1).

Ovaj vjetar je jedini vjetar s kojim jedra komuniciraju, a njegovo razlaganje na pravi vjetar i usmjereni vjetar rezultat je analize izvornih strujanja zraka.

Prividni vjetar je promjenjiva veličina čak i kada je pravi vjetar stabilan po brzini i smjeru, jer njegova brzina i smjer ovise o brzini i smjeru kretanja broda. Radi jednostavnosti razmišljanja, razmotrimo slučaj u kojem Sl. 1.

pravi vjetar je usmjeren pod pravim kutom na smjer kretanja plovila i brzina pravog vjetra jednaka je brzini plovila (slika 2). Slika pokazuje da se brod kreće pod kutom od 90 stupnjeva u odnosu na pravi vjetar, da se brod kreće pod kutom od 45 stupnjeva u odnosu na prividni vjetar.

true U skladu s gore navedenim, možete

vjetar apparent wind assert da se dva plovila kreću u isto vrijeme

mu i istim kursom, s istim uvjetima vjetra

uvjetima, ali različitim brzinama u odnosu na vodu, kretat će se pod različitim kutovima u odnosu na prividni vjetar. Plovilo koje se kreće većom brzinom plovit će oštrije prema prividnom vjetru zadržavajući isti smjerni kut u odnosu na pravi vjetar. Ujedno će se na jarbolima ovih brodova nalaziti pokazivači vjetra.

smjerni vjetar je pod različitim kutovima u odnosu na DP broda, fiksirajući smjer

riža. 2 prividni vjetar svakog plovila (slika 3).

brod 1 brod 2

Sa slike je vidljivo da se brod koji putuje većom brzinom kreće pod manjim kutom u odnosu na prividni vjetar. Iz ovoga možemo zaključiti da s povećanjem brzine plovila dolazi do pojave prividnog vjetra (smanjuje se kut između smjera kretanja plovila i prividnog vjetra). Daljnjim povećanjem brzine plovila (bolje linije, manje trenja, jedra rade učinkovitije, drugačiji dizajn trupa plovila) kut između smjera kretanja plovila i prividnog vjetra postat će manji od minimalnog. kut uzdanja (najmanji kut između smjera kretanja plovila i prividnog vjetra, pri kojem postoji mogućnost učinkovitog rada jedra). Nakon toga će plovilo koje ima veliku brzinu biti prisiljeno otpasti (povećati kut između smjera kretanja plovila i smjera prividnog vjetra) sve dok se ne vrati minimalni kut letanja. Ovo objašnjava različite kutove prema vjetru (kut između smjera pravog vjetra i smjera kretanja broda). Istovremeno, brzina približavanja vjetru (brzina približavanja točki dolaska koja se nalazi u vjetru) može biti veća za plovilo s velikim kutom približavanja vjetru, ali i veća brzina. Kao primjer, razmotrite brzinu kojom jahta s kobilicom, sportski gumenjak i katamaran izlaze u vjetar (slika 4).

Jahta s kobilicom, koja ima najmanju brzinu od svih ovih plovila, kreće se oštrije u vjetar. Iza njega dolazi sportski gumenjak i sportski katamaran koji je najmanje osjetljiv na pravi vjetar. Svaki od ovih brodova plovi pod istim kutom u odnosu na prividni vjetar, ali pod različitim kutovima u odnosu na pravi vjetar. Ali u isto vrijeme, sportski katamaran će imati najveću brzinu kada ide u vjetar. Iz razmatranja trokuta brzina postaje jasno da je moguće udare vjetra svesti na pravi vjetar (kratkotrajno ubrzanje vjetra). U naletu, brzina pravog vjetra raste, ali brzina broda ostaje, neko vrijeme, ista. Prividni vjetar se udaljava i postaje moguće smiriti se i vratiti kut letanja u odnosu na prividni vjetar (slika 5.)

riža. 4

Jahta s kobilicom

gumenjak

Katamaran

Nakon nekog vremena, brzina broda će se povećati i bit će prisiljen vratiti se na prethodni kurs u odnosu na pravi vjetar, zadržavajući kut u odnosu na prividni vjetar. Međutim, povećanje brzine plovila moguće je dok se ne postigne ograničenje brzine kretanja plovila u deplasmanskom režimu (brzina plovila u deplasmanskom režimu, izražena u čvorovima, ne može biti veća od duljine plovila, izražene u metrima). ). Posljedično, s daljnjim povećanjem brzine vjetra, brzina broda se neće povećati i kurs broda u odnosu na pravi vjetar može biti oštriji.

Prisutnost struja u području plovidbe plovila vrlo je važna sa stajališta ponašanja prividnog vjetra. Pri plovidbi u struji brzina plovila vektorski se zbraja s brzinom struje. Zbog toga se mijenja apsolutna brzina plovila te se mijenja brzina i smjer prividnog vjetra. Kod kretanja s leđnim vjetrom prividni vjetar ulazi, a kod kretanja s protustrujom se udaljava. Posljedično, s leđnim vjetrom, kut taktiranja se povećava, a s čeonim se smanjuje. Istovremeno, brzina jahte koja ide u vjetar ostaje gotovo nepromijenjena. Kada je struja usmjerena u smjeru ili protiv smjera pravog vjetra, dolazi do promjene brzine pravog vjetra. Kada su vjetar i struja jednosmjerni, prividni vjetar ulazi, a kada je višesmjeran, on se udaljava zbog povećanja brzine pravog vjetra. Interakcija vjetra i struje promijenit će kutove broda u odnosu na pravi vjetar.

Suvremena navigacijska oprema omogućuje dobivanje informacija ne samo o smjeru i jačini prividnog vjetra, već io snazi i smjeru pravog vjetra, preračunavanjem trokuta brzine (slika 1). GPS daje podatke o brzini i smjeru kretanja plovila, a anemometar daje podatke o brzini i smjeru prividnog vjetra. Preračunom trokuta brzine sustav dobiva podatke o brzini i smjeru pravog vjetra.

Razumijevanje ponašanja prividnog vjetra ključno je za planiranje rute broda, s obzirom na poznati smjer i brzinu pravog vjetra i stvarnu brzinu jedrenjaka.

Međutim, za sporohodne brodove kut između smjera pravog i prividnog vjetra je beznačajan i može se s određenom točnošću reći da je taj kut unutar 10-20 stupnjeva.

4.4. Djelovanje vjetra na jedro

Na plovilo pod jedrima utječu dva okruženja: strujanje zraka koje djeluje na jedro i nadvodni dio plovila i voda koja djeluje na podvodni dio plovila.

Zahvaljujući obliku jedra, čak i pri najnepovoljnijem vjetru (mali povlačenje), brod se može kretati naprijed. Jedro nalikuje krilu, čiji je najveći otklon 1/3-1/4 širine jedra udaljen od prednjeg dijela i ima vrijednost od 8-10% širine jedra (slika 44).

Ako vjetar, koji ima smjer B (slika 45, a), na svom putu sretne jedro, ono se savija oko njega s obje strane. Tlak na privjetrinskoj strani jedra veći je (+) nego na zavjetrini (-). Rezultanta sila pritiska tvori silu P usmjerenu okomito na ravninu jedra ili tetive koja prolazi kroz prednji i stražnji otvor i primjenjuje se na središte jedra CP (Sl. 45, b).

Riža. 44. Profil jedra:
B - širina tetive jedra

Riža. 45. Sile koje djeluju na jedro i trup brodice:
a je učinak vjetra na jedro; b - utjecaj vjetra na jedro i vode na trup broda

Riža. 46. Ispravan položaj jedra u različitim smjerovima vjetra: a - blizina; b - gulfwind; u - šala

Sila P se rastavlja na vučnu silu T, usmjerenu paralelno sa središnjom ravninom (DP) čamca, uzrokujući da se čamac pomiče naprijed, i silu zanošenja D, usmjerenu okomito na DP, što uzrokuje zanošenje i kotrljanje čamca .

Sila P ovisi o brzini i smjeru vjetra u odnosu na jedro. Više
Ako
Djelovanje vode na brod uvelike ovisi o konturama njegovog podvodnog dijela.

Usprkos činjenici da pri vjetru s malim potezom sila zanošenja D premašuje silu potiska T, brod se kreće naprijed. Na to utječe bočni otpor R 1 podvodnog dijela trupa, koji je višestruko veći od čeonog otpora R.

Riža. 47. Prividni vjetar:
V I - pravi vjetar; V Š - vjetar od kretanja broda; V V - prividni vjetar

Sila D, unatoč otporu trupa, još uvijek otpuhuje jedrilicu izvan linije kursa. Sastavio DP i pravac pravog kretanja broda IP
Dakle, najveći potisak i najmanji zanos jedrilice mogu se dobiti izborom najpovoljnijeg položaja središnje ravnine jedrilice i ravnine jedra u odnosu na vjetar. Utvrđeno je da kut između DP broda i ravnine jedra treba biti jednak polovici
Pri odabiru položaja jedra u odnosu na DP i vjetar, voditelj brodice se ne rukovodi pravim, već prividnim (prividnim) vjetrom, čiji je smjer određen rezultantom brzine broda i brzina pravog vjetra (slika 47).