Venäläinen runoilija Mihail Yurievich Lermontov rakasti meri ja teoksissaan hän mainitsi usein hänet. Hän kirjoitti upean runon valkaisusta purjehtia, joka ryntää aaltojen keskellä kaukaisessa meressä. Olet todennäköisesti perehtynyt Lermontovin runoon, koska nämä ovat tunnetuimpia runollisia rivejä purjealuksista. Niitä lukemalla voidaan kuvitella raivoava meri ja kauniit alukset sen aaltojen keskellä. Tuuli puhaltaa purjeet. Ja tuulen voiman ansiosta alukset liikkuvat eteenpäin. Mutta miten purjeveneet onnistuvat purjehtimaan tuulta vastaan?

Tähän vastaamiseksi sinun on ensin opittava tuntematon sana. "tahra".Halsom on aluksen liikkeen suunta suhteessa tuuleen. Varoitus voidaan jättää, kun tuuli puhaltaa vasemmalta, tai oikealle, kun tuuli puhaltaa oikealta. On myös tärkeää tietää sanan "tahra" toinen merkitys - tämä on osa polkua tai pikemminkin sen segmenttiä, jonka purjevene kulkee liikkuessaan tuulta vastaan... Muistaa?

Käsittelemme nyt purjeet, jotta ymmärrämme, kuinka purjeveneet pystyvät purjehtimaan tuulta vastaan. Purjeveneessä on erilaisia ​​muotoja ja kokoja - suora ja vino... Ja kaikki tekevät työnsä. Kun vastatuuli puhaltaa, alusta ohjataan vinoilla purjeilla, jotka kääntyvät yhteen tai toiseen.

Niiden jälkeen alus kääntyy yhteen tai toiseen suuntaan. Kääntyy ja kävelee eteenpäin. Merimiehet kutsuvat tätä liikettä - vaihteleva tarttuvuus... Sen ydin on siinä, että tuuli painaa viistot purjeet ja puhaltaa aluksen hieman sivuttain ja eteenpäin. Purjeveneen peräsin ei salli sen kääntyä kokonaan, ja ammattitaitoiset merimiehet asettivat purjeet ajoissa muuttamaan asemaansa. Joten, pienissä siksakissa, ja liikkuu eteenpäin.

Tietysti vaihteleva tarttuminen on erittäin vaikeaa koko purjeveneen miehistöön. Mutta merimiehet ovat kokeneita kavereita. He eivät pelkää vaikeuksia ja rakastavat merta.

4.4. Tuulen toiminta purjeessa

Purjeen alla olevaan veneeseen vaikuttaa kaksi väliainetta: purjeeseen ja veneen pintaan vaikuttava ilmavirta ja veneen vedenalaiseen osaan vaikuttava vesi.

Purjeen muodon ansiosta vene voi edetä myös epäsuotuisimmissa tuulissa (sivutuulessa). Purje muistuttaa siipeä, jonka suurin taipuma on 1 / 3-1 / 4 purjeen leveydestä iilestä ja jonka arvo on 8-10% purjeen leveydestä (kuva 44).

Jos tuuli, jolla on suunta B (kuva 45, a), tapaa purjeen matkalla, se taipuu sen ympärille molemmilta puolilta. Purjeen vastatuulen puoli on paineistettu korkeammalle (+) kuin myötätuulelle (-). Painevoimien tuloksena muodostuu voima P, joka on kohtisuorassa purjeen tasoon nähden tai soinnun, joka kulkee luffin ja leechin läpi ja kohdistuu CP: n purjeen keskelle (kuvat 45, b).

Riisi. 44. Purjeprofiili:
B - purjeen leveys sointua pitkin

Riisi. 45. Purjeen ja veneen rungon vaikuttavat voimat:
a - tuulen vaikutus purjeeseen; b - tuulen vaikutus purjeeseen ja vesi veneen runkoon

Riisi. 46. ​​Oikea purjeen asento tuulen eri suuntiin: a - tuulen tuuli; b - tuulituuli; c - vastatuuli

Voima P hajotetaan työntövoimaksi T, joka on suunnattu veneen keskitason (DP) suuntaisesti pakottaen veneen siirtymään eteenpäin, ja ajeluvoima D, joka on kohtisuorassa DP: hen nähden, aiheuttaen veneen ajautumisen ja vierimisen .

Voima P riippuu tuulen nopeudesta ja suunnasta purjeen suhteen. Sitä enemmän
Jos
Veden vaikutus veneeseen riippuu suurelta osin sen vedenalaisen osan ääriviivoista.

Huolimatta siitä, että sivuvedetyssä tuulessa ajeluvoima D ylittää työntövoiman T, veneellä on eteenpäinvienti. Tähän vaikuttaa rungon vedenalaisen osan sivuttaisvastus R1, joka on monta kertaa suurempi kuin etuvastus R.

Riisi. 47. Viirituuli:
B Ja - todellinen tuuli; В Ш - tuuli veneen liikkeestä; В В - näennäinen tuuli

Force D, rungon vastustuksesta huolimatta, puhaltaa veneen edelleen kurssilinjasta. Laaditaan DP: n ja todellisen IP-veneen liikkeen suunnan mukaan
Siten veneen suurin työntövoima ja vähiten ajelehtia voidaan saavuttaa valitsemalla veneen keskitason ja purjeen tason suotuisin paikka tuuleen nähden. On todettu, että veneen DP: n ja purjeen tason välisen kulman tulisi olla yhtä suuri kuin puolet
Valittaessa purjeen sijaintia suhteessa veneeseen ja tuuleen, veneen johtajaa ei ohjaa tosi, vaan näennäinen (näennäinen) tuuli, jonka suunta määräytyy veneen nopeuden ja todellinen tuulen nopeus (kuva 47).

Ennakoinnin edessä oleva halkaisija toimii säteenä. Ilman virtaus puomin ja etuosan välillä vähentää painetta etuosan tuulenpuoleisella puolella ja lisää siten sen vetovoimaa. Tämä tapahtuu vain sillä ehdolla, että veneen puomin ja veneen välinen kulma on hieman suurempi kuin etuosan ja sukelluksen välinen kulma (kuva 48, a).

"Hyvää tuulta!" - he toivovat kaikille merimiehille, ja se on täysin turhaa: kun tuuli puhaltaa perästä, jahti ei pysty kehittämään suurinta nopeutta. Tätä järjestelmää auttoi Vadim Zhdan, ammattikippari, kilpailija, järjestäjä ja purjehdusregattojen isäntä. Lue kaavion työkaluvihjeet sen selvittämiseksi.

2. Purjeen työntövoima johtuu kahdesta tekijästä. Ensinnäkin tuuli vain painaa purjeita. Toiseksi useimpiin moderneihin purjeveneisiin asennetut viistot purjeet, kun ne virtaavat ilmalla, toimivat kuin lentokoneen siipi, ja vain se ei ole suunnattu ylöspäin, vaan eteenpäin. Aerodynamiikan vuoksi purjeen kuperalla puolella oleva ilma liikkuu nopeammin kuin koveralla puolella, ja purje purjeen ulkopuolelle on pienempi kuin sisäpuolella.

3. Purjeen tuottama kokonaisvoima on kohtisuorassa purjeeseen nähden. Vektorilisäyssäännön mukaan on mahdollista erottaa siinä oleva ajovoima (punainen nuoli) ja työntövoima (vihreä nuoli).

5. Purjehtien tiukasti tuulen vastaisesti purjehdus liikkuu: kääntyy tuulelle jommallakummalla tai toisella puolella, etenee eteenpäin segmentteinä - hyökkäykset. Kuinka kauan tartunnan tulisi olla ja missä kulmassa tuuleen mennä, ovat tärkeitä kysymyksiä kipparin taktiikasta.

9. Gulfwind- tuuli puhaltaa kohtisuoraan ajosuuntaan.

11. Fordewind- sama takatuuli puhaltaa perästä. Vastoin odotuksia, ei nopein kurssi: purjeen nostoa ei käytetä tässä eikä teoreettinen nopeusrajoitus ylitä tuulen nopeutta. Kokenut kippari osaa ennustaa näkymättömät ilmavirrat samalla tavalla kuin

TUULEN AJOVOIMA

NASAn verkkosivusto on julkaissut erittäin mielenkiintoisia materiaaleja useista tekijöistä, jotka vaikuttavat hissin muodostumiseen lentokoneen siivessä. On myös interaktiivisia graafisia malleja, jotka osoittavat, että myös symmetrinen siipi voi tuottaa nousun virtauksen taipuman vuoksi.

Purje, joka on kulmassa ilmavirtaan nähden, taipuu sen (kuva 1d). Purjeen "ylöspäin" olevan, tuulenpuoleisen puolen läpi ilmavirta kulkee pidempää polkua ja virtauksen jatkuvuuden periaatteen mukaisesti liikkuu nopeammin kuin vastatuulta "alaspäin". Tuloksena on vähemmän puristetta purjeen tuulen puolella kuin vastatuulen puolella.

Purjehdettaessa etutuulessa purjeen ollessa kohtisuorassa tuulen suuntaan nähden vastatuulen paineen nousunopeus on suurempi kuin tuulenpuoleisen paineen laskun nopeus, toisin sanoen tuuli työntää jahteja enemmän kuin se vetää. Kun vene muuttuu terävämmäksi kohti tuulta, tämä suhde muuttuu. Siten, jos tuuli puhaltaa kohtisuoraan jahdin kurssiin, purjeen paineen lisääntymisellä tuulen puolelta on vähemmän vaikutusta nopeuteen kuin paineen laskuun tuulen puolelta. Toisin sanoen purje vetää jahteja enemmän kuin työntää.

Jahin liike johtuu siitä, että tuuli on vuorovaikutuksessa purjeen kanssa. Tämän vuorovaikutuksen analysointi johtaa odottamattomiin tuloksiin monille uusille tulijoille. On käynyt ilmi, että suurin nopeus ei saavuteta, kun tuuli puhaltaa tarkalleen takaapäin, mutta toive "takatuulelle" on täysin odottamaton.

Sekä purje että köli luovat nostovoiman vuorovaikutuksessa vastaavasti ilman tai veden virtauksen kanssa, joten siipiteoriaa voidaan käyttää optimoimaan niiden suorituskyky.

TUULEN AJOVOIMA

Ilmavirralla on liike-energiaa, ja se voi vuorovaikutuksessa purjeen kanssa liikuttaa jahdia. Sekä purjeen että lentokoneen siiven toimintaa kuvaa Bernoullin laki, jonka mukaan virtausnopeuden kasvu johtaa paineen laskuun. Ilmassa liikkuessaan siipi jakaa virtauksen. Osa siitä ohittaa siiven ylhäältä, osa alhaalta. Lentokoneen siipi on suunniteltu siten, että ilmavirta siiven yläosan yli on nopeampi kuin virtaus siiven pohjan alla. Tuloksena on huomattavasti alempi paine siiven yläpuolella kuin alapuolella. Paine-ero on siiven nousu (kuva 1a). Monimutkaisen muodonsa ansiosta siipi pystyy tuottamaan nostoa myös silloin, kun se leikkaa siiven tason suuntaisesti liikkuvan virran.

Purje voi liikuttaa jahdia vain, jos se on jossakin kulmassa virtaan nähden ja taipuu sen. Kysymys siitä, kuinka suuri osa hissistä liittyy Bernoulli-ilmiöön ja kuinka paljon virtauksen taipuma on seurausta, on kiistanalainen. Klassisen siipiteorian mukaan hissi johtuu yksinomaan epäsymmetrisen siiven ylä- ja alapuolella olevista virtauseroista. Samalla on hyvin tiedossa, että symmetrinen siipi pystyy myös luomaan hissin, jos se on asennettu tiettyyn kulmaan virtaukseen nähden (kuva 1b). Molemmissa tapauksissa siiven etu- ja takapisteitä yhdistävän kulman ja virtaussuunnan välistä kulmaa kutsutaan hyökkäyskulmaksi.

Nostovoima kasvaa hyökkäyskulman kasvaessa, mutta tämä suhde toimii vain pienillä tämän kulman arvoilla. Heti kun hyökkäyskulma ylittää tietyn kriittisen tason ja virtaus hajoaa, siiven yläpintaan muodostuu lukuisia pyörteitä ja nostovoima pienenee jyrkästi (kuva 1c).

Purjeveneet tietävät, että etutuuli on kaukana nopeimmasta radasta. Jos samanvoimainen tuuli puhaltaa 90 asteen kulmassa kurssin suhteen, jahti liikkuu paljon nopeammin. Etuosan suunnassa voima, jolla tuuli työntää purjetta vasten, riippuu jahdin nopeudesta. Suurimmalla voimalla tuuli painaa jahdin purjetta, joka on liikkumaton (kuva 2a). Nopeuden kasvaessa purjeen paine laskee ja muuttuu minimaaliseksi, kun jahti saavuttaa suurimman nopeuden (kuva 2b). Suurin nopeus eteenpäin suunnatulla radalla on aina pienempi kuin tuulen nopeus. Tähän on useita syitä: ensinnäkin kitka, millä tahansa liikkeellä, osa energiasta käytetään erilaisten liikkumista estävien voimien voittamiseen. Mutta tärkeintä on, että voima, jolla tuuli purjehtii purjeeseen, on verrannollinen näennäisen tuulen nopeuden neliöön, ja tuulen nopeus tuulen suuntaan on sama kuin todellisen tuulen nopeuden ja jahdin nopeuden ero .

Gulfwind-suunta (90º tuuleen) purjeveneet pystyvät liikkumaan tuulta nopeammin. Tämän artikkelin puitteissa emme keskustele näennäisen tuulen ominaisuuksista, huomaamme vain, että tuulen suuntaan voima, jolla tuuli puristaa purjeita, on vähemmän riippuvainen jahdin nopeudesta (kuva 2c).

Kitka on tärkein tekijä, joka estää nopeuden kasvun. Siksi purjeveneet, joilla on vähän liikkumiskestävyyttä, pystyvät saavuttamaan tuulen nopeutta paljon suuremmat nopeudet, mutta eivät tuulen suuntaisella tuulella. Esimerkiksi luistin pystyy kiihtymään 150 km / h nopeuteen, kun tuulen nopeus on 50 km / h tai jopa vähemmän, johtuen siitä, että luistimilla on vähäinen liukastumisvastus.

Purjehduksen fysiikka selitetty: Johdanto

ISBN 1574091700, 9781574091700

Tuulet, jotka puhaltavat Tyynenmeren eteläosassa länteen... Siksi reittimme suunniteltiin siten, että purjevene "Juliet" liikkuu idästä länteen eli tuulen puhaltaa takaa.

Jos kuitenkin tarkastelet reittiämme, huomaat, että usein esimerkiksi siirryttäessä etelästä pohjoiseen Samoasta Tokelaoon, jouduimme siirtymään kohtisuoraan tuuleen. Ja joskus tuulen suunta muuttui kokonaan ja piti mennä tuulta vastaan.

Juliet-reitti

Mitä tehdä tässä tapauksessa?

Purjealukset ovat jo pitkään voineet purjehtia tuulta vastaan. Klassikko Yakov Perelman kirjoitti tästä pitkään hyvin ja yksinkertaisesti toisessa kirjassaan Viihdyttävä fysiikka -syklistä. Viittaan tähän kappaleeseen sanatarkasti kuvilla.

"Purjehdus tuulta vastaan

On vaikea kuvitella, kuinka purjealukset voivat mennä "vastatuulta" - tai merimiesten sanoin mennä "sivutuulelle". Totta, merimies kertoo sinulle, että et voi mennä suoraan tuulta vastaan ​​purjeiden alla, mutta voit liikkua vain terävässä kulmassa tuulen suuntaan. Mutta tämä kulma on pieni - noin neljäsosa suorasta kulmasta - ja näyttää ehkä yhtä käsittämättömältä: purjehdetaanko suoraan tuulta vastaan ​​vai 22 ° kulmassa siihen.

Todellisuudessa tämä ei kuitenkaan ole välinpitämätöntä, ja selitämme nyt, kuinka tuulen voima voi mennä sitä kohti pienessä kulmassa. Tarkastellaan ensin, miten tuuli vaikuttaa purjeeseen yleensä, ts. Mihin se työntää purjeen puhaltamalla sitä. Luultavasti luulet, että tuuli ajaa purjeen aina puhaltamaansa suuntaan. Mutta näin ei ole: missä vain tuuli puhaltaa, se työntää purjetta kohtisuorassa purjeen tasoon nähden. Todellakin: anna tuulen puhaltaa alla olevan kuvan nuolien osoittamaan suuntaan; viiva AB edustaa purjetta.

Tuuli työntää purjeen aina suorassa kulmassa tasoonsa nähden.

Koska tuuli painaa tasaisesti purjeen koko pintaa, korvataan tuulen paine purjen keskelle kohdistuvalla voimalla R. Hajotamme tämän voiman kahdeksi: purjeeseen kohtisuorassa olevaksi voimaksi Q ja sitä pitkin kohdistuvaksi voimaksi P (katso yllä oleva kuva oikealla). Viimeinen voima ei työnnä purjetta mihinkään, koska tuulen kitka kangasta vasten on vähäinen. Voima Q pysyy, mikä työntää purjeen suorassa kulmassa siihen.

Tämän tietäen voimme helposti ymmärtää, kuinka purjealus voi kulkea terävässä kulmassa tuulta kohti. Anna KK-viivan edustaa aluksen kölin linjaa.

Kuinka voit purjehtia tuulta vastaan.

Tuuli puhaltaa terävässä kulmassa tähän viivaan nuolirivin osoittamaan suuntaan. Linja AB edustaa purjetta; se on sijoitettu siten, että sen taso jakaa kulman kölin suunnan ja tuulen suunnan välillä. Seuraa voimien hajoamista kuvassa. Esitämme purjeen tuulen painetta voimalla Q, jonka, tiedämme, on oltava kohtisuorassa purjeeseen nähden. Hajotetaan tämä voima kahteen: voimaan R kohtisuorassa köliin nähden ja voimaan S, joka on suunnattu eteenpäin aluksen kölin linjaa pitkin. Koska aluksen liike R: n suuntaan kohtaa voimakkaan vedenkestävyyden (purjelaivojen köli tulee hyvin syväksi), veden vastus tasapainottaa R: n voiman melkein kokonaan. Ainoa voima S on jäljellä, joka, kuten näette, on suunnattu eteenpäin ja siirtää siten alusta kulmassa, ikään kuin tuulta kohti. [Voidaan väittää, että S on merkittävin, kun purjeen taso puolittaa kölin ja tuulen suunnan välisen kulman.] Tyypillisesti tämä liike suoritetaan siksakkeina, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Merimiesten kielellä tätä aluksen liikettä kutsutaan "tarttumiseksi" sanan kapeassa merkityksessä. "

Tarkastellaan nyt kaikkia mahdollisia tuulen suuntaa veneen kurssiin nähden.

Kaavio aluksen kurssista suhteessa tuuleen, toisin sanoen tuulen suunnan ja vektorin välinen kulma perästä keulaan (suunta).

Kun tuuli puhaltaa kasvoihin (leventik), purjeet roikkuvat puolelta toiselle ja purjeen kanssa on mahdotonta liikkua. Tietenkin voit aina laskea purjeet ja käynnistää moottorin, mutta tällä ei ole mitään tekemistä purjehduksen kanssa.

Kun tuuli puhaltaa tarkalleen takaosaan (etutuuli, takatuuli), hajaantuneet ilmamolekyylit painostavat purjetta yhdeltä puolelta ja vene liikkuu. Tällöin alus voi liikkua vain tuulen nopeutta hitaammin. Tuulessa pyöräilyn analogia toimii täällä - tuuli puhaltaa takaosaan ja polkemista on helpompaa.

Tuulea vasten (keskituuli) purje ei liiku purjeen takana olevan ilmamolekyylien paineen takia, kuten käänteisen tuulen tapauksessa, vaan hissin takia, joka syntyy kummankin puolen erilaisten ilman nopeuksien vuoksi purjetta pitkin. Samalla kölin takia vene ei liiku veneen suuntaan nähden kohtisuorassa, vaan vain eteenpäin. Eli purje tässä tapauksessa ei ole sateenvarjo, kuten sivukuljetuksessa, vaan lentokoneen siipi.

Risteyksien aikana kävelimme pääasiassa takaisku- ja tuulituulia keskinopeudella 7-8 solmua ja tuulen nopeudella 15 solmua. Joskus menimme tuulen, Gulfwindin ja Beydewindin kanssa. Ja kun tuuli vaipui, he käynnistivät moottorin.

Yleensä vene, jossa purje menee tuulen vastaisesti, ei ole ihme, vaan todellisuus.

Mielenkiintoisinta on, että veneet voivat kävellä paitsi tuulta vastaan, mutta jopa nopeammin kuin tuuli. Tämä tapahtuu, kun vene pysähtyy ja luo "oman tuulensa".