Rus şair Mikhail Yurievich Lermontov sevdi deniz ve eserlerinde sık sık ondan bahsetmiştir. Beyazlatma hakkında harika bir şiir yazdı yelken uzak denizdeki dalgalar arasında koşan. Muhtemelen Lermontov'un şiirine aşinasınızdır, çünkü bunlar yelkenli gemilerle ilgili en ünlü şiirsel dizelerdir. Onları okurken, dalgaları arasında azgın bir deniz ve güzel gemiler hayal edilebilir. Rüzgar yelkenleri uçurur. Ve rüzgarın gücü sayesinde gemiler ilerler. Peki yelkenli tekneler rüzgara karşı nasıl yol alır?

Buna cevap verebilmek için önce yabancı bir kelime öğrenmelisiniz. "tack".Halsom geminin rüzgara göre hareket yönüdür. Rüzgar soldan estiğinde raptiye bırakılabilir veya rüzgar sağdan estiğinde sağa bırakılabilir. "Tack" kelimesinin ikinci anlamını bilmek de önemlidir - bu, yolun bir parçasıdır veya daha doğrusu, bir yelkenlinin hareket ettiğinde geçtiği segmentidir. rüzgara karşı... Hatırlamak?

Şimdi yelkenlilerin rüzgara karşı nasıl yelken açtığını anlamak için yelkenleri ele alalım. Bir yelkenlide farklı şekil ve boyutlarda gelirler - düz ve eğik... Ve herkes işini yapıyor. Bir rüzgar estiğinde, gemi şu veya bu yöne dönen eğik yelkenler tarafından yönlendirilir.

Onları takiben, gemi bir yöne veya diğerine döner. Döner ve ileriye doğru yürür. Denizciler bu harekete - değişken yapışkanlık... Özü, rüzgarın eğik yelkenlere baskı yapması ve gemiyi hafifçe yana ve öne doğru üflemesi gerçeğinde yatmaktadır. Yelkenli teknenin dümeni tam olarak dönmesine izin vermez ve yetenekli denizciler zamanla yelkenleri hareket ettirerek pozisyonlarını değiştirir. Yani, küçük zikzaklar halinde ve ileriye doğru hareket eder.

Tabii ki, bir yelkenli teknenin tüm mürettebatı için değişken puntalama çok zordur. Ama denizciler tecrübeli adamlardır. Zorluklardan korkmazlar ve denizi çok severler.

4.4. Yelkende rüzgar hareketi

Yelken altındaki bir tekne iki ortamdan etkilenir: yelkene ve teknenin yüzeyine etki eden hava akışı ve teknenin sualtı kısmına etki eden su.

Yelkenin şekli sayesinde en olumsuz rüzgarlarda (yan rüzgar) bile tekne ileri doğru hareket edebilir. Yelken, en büyük sapması sülükten yelken genişliğinin 1 / 3-1 / 4'ü kadar olan ve yelken genişliğinin %8-10'u değerinde olan bir kanada benzer (Şek. 44).

B yönüne sahip rüzgar (Şek. 45, a), yolda bir yelkenle karşılaşırsa, etrafında her iki taraftan bükülür. Yelkenin rüzgara karşı tarafı, rüzgar yönüne (-) göre daha yüksek (+) basınç altındadır. Basınç kuvvetlerinin sonucu, yelken düzlemine dik yönlendirilen bir P kuvveti veya orsa ve sülükten geçen kirişe ve CP'nin yelkeninin merkezine uygulanan bir kuvvet oluşturur (Şekil 45, b).

İncir. 44. Yelken profili:
B - akor boyunca yelkenin genişliği

İncir. 45. Teknenin yelkenine ve gövdesine etkiyen kuvvetler:
a - rüzgarın yelken üzerindeki etkisi; b - rüzgarın yelken üzerindeki etkisi ve suyun teknenin gövdesi üzerindeki etkisi

İncir. 46. ​​​​Farklı rüzgar yönlerinde doğru yelken konumu: a - rüzgarın gerisinde; b - körfez; c - ön rüzgar

P kuvveti, teknenin merkez düzlemine (DP) paralel yönlendirilen, tekneyi ilerlemeye zorlayan T itme kuvvetine ve DP'ye dik olarak yönlendirilen sürüklenme kuvveti D, teknenin sürüklenmesine ve yuvarlanmasına neden olur. .

P kuvveti, yelkene göre rüzgarın hızına ve yönüne bağlıdır. Daha fazla
Eğer bir
Suyun bir tekne üzerindeki etkisi, büyük ölçüde onun su altı kısmının dış hatlarına bağlıdır.

Yandan çekilen bir rüzgarda, D sürüklenme kuvvetinin T itme kuvvetini aşmasına rağmen, teknenin ileri vuruşu vardır. Bu, gövdenin su altı kısmının yan direnci R1'den etkilenir ve bu, ön direnç R'den birçok kez daha büyüktür.

İncir. 47. Flama rüzgarı:
В И - gerçek rüzgar; В Ш - teknenin hareketinden rüzgar; В В - görünen rüzgar

D kuvveti, gövdenin muhalefetine rağmen, tekneyi rota hattından çıkarmaya devam ediyor. DP ve gerçek IP tekne hareketinin yönü ile derlenmiştir
Böylece, teknenin merkez düzleminin ve yelken düzleminin rüzgara göre en uygun konumu seçilerek teknenin en büyük itişi ve en az sürüklenmesi elde edilebilir. Teknenin DP'si ile yelken düzlemi arasındaki açının yarıya eşit olması gerektiği tespit edilmiştir.
Yelkenin tekneye ve rüzgara göre konumunu seçerken, teknenin ustabaşısı gerçek rüzgar tarafından değil, yönü tekne hızının bileşkesi tarafından belirlenen görünen (görünür) rüzgar tarafından yönlendirilir ve gerçek rüzgar hızı (Şekil 47).

Öngörünün önünde bulunan satır, çıta görevi görür. Pergel ve ön kıyı arasındaki hava akışı, ön kıyının rüzgaraltı tarafındaki basıncı azaltır ve dolayısıyla çekme gücünü arttırır. Bu, yalnızca teknenin flok ile sandal arasındaki açının pruva ile dalış arasındaki açıdan biraz daha büyük olması koşuluyla olur (Şekil 48, a).

"Adil rüzgar!" - tüm denizcilere dilerler ve bu tamamen boşunadır: rüzgar kıçtan estiğinde yat maksimum hız geliştiremez. Bu programa, profesyonel bir kaptan, yarışçı, organizatör ve yat yarışlarına ev sahipliği yapan Vadim Zhdan yardımcı oldu. Bunu anlamak için diyagramdaki araç ipuçlarını okuyun.

2. Yelkenin itişi iki faktöre bağlıdır. İlk olarak, rüzgar sadece yelkenlere baskı yapar. İkincisi, çoğu modern yatta kurulu eğik yelkenler, hava ile akarken bir uçak kanadı gibi çalışır ve sadece yukarı değil, ileriye doğru yönlendirilir. Aerodinamik nedeniyle, yelkenin dışbükey tarafındaki hava, içbükey tarafa göre daha hızlı hareket eder ve yelkenin dışındaki basınç, içeriye göre daha azdır.

3. Yelken tarafından üretilen toplam kuvvet, yelkene diktir. Vektör toplama kuralına göre, içindeki sürüklenme kuvvetini (kırmızı ok) ve itme kuvvetini (yeşil ok) ayırt etmek mümkündür.

5. Kesinlikle rüzgara karşı yelken açmak için, yat manevra yapar: bir veya diğer tarafla rüzgara döner, segmentler halinde ilerler - raptiyeler. Pistonun ne kadar uzun olması gerektiği ve rüzgarın hangi açıdan gideceği kaptanın taktiklerinin önemli sorularıdır.

9. Körfez rüzgarı- rüzgar hareket yönüne dik esiyor.

11. ileri rüzgar- kıçtan esen aynı kuyruk rüzgarı. Beklentilerin aksine, en hızlı rota değil: burada yelkenin kaldırılması kullanılmaz ve teorik hız sınırı rüzgar hızını geçmez. Deneyimli bir kaptan, aynı şekilde görünmez hava akımlarını nasıl tahmin edeceğini bilir.

RÜZGAR SÜRÜCÜ KUVVETİ

NASA web sitesi, bir uçağın kanadının kaldırma kuvveti oluşumunu etkileyen çeşitli faktörler hakkında çok ilginç materyaller yayınladı. Akış sapması nedeniyle simetrik bir kanat tarafından da kaldırmanın oluşturulabileceğini gösteren etkileşimli grafik modeller de vardır.

Yelken, hava akışına açılı olarak onu saptırır (Şekil 1d). Yelkenin "yukarı", rüzgaraltı tarafından gelen hava akımı daha uzun bir yol kat eder ve akışın sürekliliği ilkesine uygun olarak, rüzgarın ters, "aşağı" tarafından olduğundan daha hızlı hareket eder. Sonuç, rüzgarın ters tarafına göre yelkenin rüzgaraltı tarafında daha az basınçtır.

Yelken rüzgar yönüne dik olarak ayarlanmış bir rüzgar istikametinde seyrederken, rüzgarın ters yönündeki basıncın artış hızı rüzgaraltı tarafındaki basınçtaki azalma oranından daha fazladır yani rüzgar yatı olduğundan daha fazla iter çeker. Tekne rüzgara doğru keskin döndükçe bu oran değişecektir. Bu nedenle, eğer rüzgar yatın rotasına dik esiyorsa, rüzgar yönündeki yelken üzerindeki basıncın artması, rüzgar tarafındaki basıncın azalmasından daha az etkiye sahiptir. Başka bir deyişle, yelken, yatı ittiğinden daha fazla çeker.

Yatın hareketi, rüzgarın yelkenle etkileşime girmesinden kaynaklanmaktadır. Bu etkileşimin analizi, pek çok yeni gelen için beklenmedik sonuçlara yol açar. Maksimum hıza, rüzgar tam olarak arkadan estiğinde değil, “kuyruk rüzgarı” arzusunun tamamen beklenmedik bir anlam taşıdığı ortaya çıktı.

Hem yelken hem de omurga, sırasıyla hava veya su akışı ile etkileşime girdiğinde bir kaldırma oluşturur, bu nedenle performanslarını optimize etmek için kanat teorisi uygulanabilir.

RÜZGAR SÜRÜCÜ KUVVETİ

Hava akışının kinetik enerjisi vardır ve yelkenlerle etkileşime girerek yatı hareket ettirebilir. Bir uçağın hem kanatlarının hem de kanadının çalışması, akış hızındaki bir artışın basınçta bir azalmaya yol açtığına göre Bernoulli yasası ile tanımlanır. Havada hareket ederken, kanat akışı böler. Bir kısmı kanadı yukarıdan, bir kısmı aşağıdan atlar. Bir uçak kanadı, kanadın üst kısmındaki hava akışı, kanadın altındaki akıştan daha hızlı olacak şekilde tasarlanmıştır. Sonuç, kanadın üstündeki basınç, altına göre önemli ölçüde daha düşüktür. Basınçtaki fark, kanadın kaldırılmasıdır (Şekil 1a). Karmaşık şekli nedeniyle kanat, kanat düzlemine paralel hareket eden bir akımı kestiğinde bile kaldırma kuvveti üretebilir.

Yelken, yatı ancak akıntıya belirli bir açıdaysa hareket ettirebilir ve yönünü değiştirir. Kaldırmanın ne kadarının Bernoulli etkisi ile ilişkili olduğu ve ne kadarının akış sapmasının sonucu olduğu sorusu tartışmalıdır. Klasik kanat teorisine göre, kaldırma yalnızca asimetrik kanadın üstündeki ve altındaki akış hızlarındaki farktan kaynaklanır. Aynı zamanda, akışa belirli bir açıyla kurulursa simetrik bir kanadın da bir kaldırma oluşturabileceği iyi bilinmektedir (Şekil 1b). Her iki durumda da kanadın ön ve arka noktalarını birleştiren çizgi ile akış yönü arasındaki açıya hücum açısı denir.

Artan hücum açısı ile kaldırma kuvveti artar, ancak bu ilişki sadece bu açının küçük değerlerinde çalışır. Hücum açısı belirli bir kritik seviyeyi aştığında ve akış bozulduğunda, kanadın üst yüzeyinde çok sayıda girdap oluşur ve kaldırma kuvveti keskin bir şekilde azalır (Şekil 1c).

Yatçılar, ön rüzgarın en hızlı rotadan uzak olduğunu bilirler. Aynı kuvvette rüzgar rotaya 90 derecelik açıyla esiyorsa yat çok daha hızlı hareket edecektir. Ön rüzgar rotasında, rüzgarın yelkene uyguladığı kuvvet yatın hızına bağlıdır. Rüzgar, sabit yatın yelkenine maksimum kuvvetle baskı yapar (Şekil 2a). Hız arttıkça yelken üzerindeki basınç düşer ve yat maksimum hıza ulaştığında minimum olur (Şekil 2b). Ön rüzgar rotasındaki maksimum hız her zaman rüzgar hızından daha azdır. Bunun birkaç nedeni vardır: ilk olarak, herhangi bir hareketle sürtünme, enerjinin bir kısmı hareketi engelleyen çeşitli kuvvetlerin üstesinden gelmek için harcanır. Ancak asıl mesele, rüzgarın yelkene uyguladığı kuvvetin görünen rüzgar hızının karesi ile orantılı olması ve rüzgar yönündeki görünür rüzgar hızının gerçek rüzgar hızı ile yat hızı arasındaki farka eşit olmasıdır. .

Gulfwind istikametinde (rüzgara 90º) yelkenli yatlar rüzgardan daha hızlı hareket edebilirler. Bu makale çerçevesinde, görünen rüzgarın özelliklerini tartışmayacağız, sadece körfez rotasında rüzgarın yelkenlere uyguladığı kuvvetin yatın hızına daha az bağlı olduğunu not ediyoruz (Şekil 2c).

Sürtünme hızın artmasını engelleyen ana faktördür. Bu nedenle, harekete karşı direnci az olan yelkenli tekneler, rüzgar hızından çok daha yüksek hızlara ulaşabilir, ancak rüzgarlı bir rotada değil. Örneğin, bir paten, patenlerin ihmal edilebilir kayma direncine sahip olması nedeniyle, 50 km / s veya daha düşük bir rüzgar hızında 150 km / s hıza çıkabilmektedir.

Yelken Fiziğinin Açıklanması: Bir Giriş

ISBN 1574091700, 9781574091700

Güney Pasifik'te esen rüzgarlar batıya doğru... Bu nedenle rotamız, yelkenli yat "Juliet" doğudan batıya hareket edecek, yani rüzgar arkadan esecek şekilde tasarlandı.

Ancak, rotamıza bakarsanız, örneğin Samoa'dan Tokelau'ya güneyden kuzeye hareket ederken, rüzgara dik hareket etmek zorunda kaldığımızı fark edeceksiniz. Ve bazen rüzgarın yönü tamamen değişti ve rüzgara karşı gitmek zorunda kaldı.

Juliet Rotası

Bu durumda ne yapmalı?

Yelkenli gemiler uzun zamandır rüzgara karşı yelken açabiliyorlar. Klasik Yakov Perelman, Eğlenceli Fizik döngüsünden İkinci kitabında bunu uzun süre iyi ve basit bir şekilde yazdı. Bu parçayı burada kelimesi kelimesine resimlerle alıntılıyorum.

"Rüzgara karşı yelken

Yelkenli gemilerin nasıl "rüzgara karşı" gidebileceğini - ya da denizcilerin sözleriyle "yan rüzgara" gidebileceğini hayal etmek zor. Doğru, denizci size yelkenlerin altında doğrudan rüzgara karşı gidemeyeceğinizi, ancak rüzgar yönüne yalnızca dar bir açıyla hareket edebileceğinizi söyleyecektir. Ancak bu açı küçüktür - dik açının yaklaşık dörtte biri - ve belki de aynı derecede anlaşılmaz görünüyor: doğrudan rüzgara karşı mı yoksa ona 22 ° açıyla mı yelken açılacağı.

Ancak gerçekte, bu kayıtsız değildir ve şimdi rüzgarın kuvvetinin ona doğru nasıl hafif bir açıyla gidebileceğini açıklayacağız. İlk olarak, rüzgarın genel olarak yelkene nasıl etki ettiğini, yani üzerine estiğinde yelkeni nereye ittiğini ele alalım. Muhtemelen rüzgarın yelkeni her zaman estiği yöne doğru ittiğini düşünüyorsunuz. Ancak bu böyle değildir: Rüzgar nereden eserse, yelkeni, yelken düzlemine dik olarak iter. Gerçekten: rüzgarın aşağıdaki şekilde oklarla gösterilen yönde esmesine izin verin; AB çizgisi yelkeni temsil eder.

Rüzgar, yelkeni her zaman düzlemine dik açılarda iter.

Rüzgar yelkenin tüm yüzeyine eşit olarak baskı yaptığından, rüzgar basıncını yelkenin ortasına uygulanan R kuvveti ile değiştiririz. Bu kuvveti ikiye ayırırız: yelkene dik olan Q kuvveti ve yelken boyunca yönlendirilen P kuvveti (sağdaki yukarıdaki şekle bakın). Rüzgarın tuvale sürtünmesi önemsiz olduğundan, son kuvvet yelkeni hiçbir yere itmez. Yelkeni dik açılarda iten Q kuvveti kalır.

Bunu bildiğimizde, yelkenli bir geminin nasıl rüzgara karşı dar bir açıyla gidebildiğini kolayca anlayabiliriz. KK çizgisi geminin omurgasını temsil etsin.

Rüzgara karşı nasıl yelken açarsın.

Rüzgar, ok sırası ile gösterilen yönde bu çizgiye keskin bir açıyla esiyor. AB çizgisi yelkeni temsil eder; düzlemi, omurga yönü ile rüzgar yönü arasındaki açıyı ikiye bölecek şekilde yerleştirilir. Şekildeki kuvvetlerin ayrışmasını takip edin. Yelken üzerindeki rüzgar basıncını, yelkene dik olması gerektiğini bildiğimiz Q kuvveti ile temsil ediyoruz. Bu kuvveti ikiye ayırıyoruz: Omurgaya dik olan R kuvveti ve geminin omurga hattı boyunca ileriye doğru yönlendirilen S kuvveti. Geminin R yönündeki hareketi güçlü su direnci ile karşılaştığından (yelkenli gemilerde omurga çok derinleşir), R'nin kuvveti suyun direnci ile neredeyse tamamen dengelenir. Gördüğünüz gibi ileriye doğru yönlendirilen ve bu nedenle gemiyi sanki rüzgara doğru bir açıyla hareket ettiren tek bir S kuvveti vardır. [Yelken uçağı omurga ve rüzgar yönleri arasındaki açıyı yarıya indirdiğinde S'nin en önemli olduğu iddia edilebilir.]. Tipik olarak, bu hareket aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi zikzaklar halinde gerçekleştirilir. Denizcilerin dilinde, geminin bu hareketine kelimenin dar anlamıyla "teyelleme" denir.

Şimdi teknenin rotasına göre tüm olası rüzgar yönlerini ele alalım.

Geminin rüzgara göre rotasının diyagramı, yani rüzgarın yönü ile kıçtan pruvaya (pruva) vektör arasındaki açı.

Rüzgar yüze estiğinde (leventik) yelkenler yan yana sallanır ve yelkenle hareket etmek imkansızdır. Tabii ki, her zaman yelkenleri indirebilir ve motoru açabilirsiniz, ancak bunun yelkencilikle ilgisi yoktur.

Rüzgar tam olarak arkadan estiğinde (ön rüzgar, arka rüzgar) dağılan hava molekülleri yelkene bir taraftan baskı yapar ve tekne hareket eder. Bu durumda, gemi sadece rüzgar hızından daha yavaş hareket edebilir. Rüzgarda bisiklet sürme benzetmesi burada işe yarıyor - rüzgar arkadan esiyor ve pedal çevirmek daha kolay.

Rüzgara karşı hareket ederken (yelkende), rüzgar rüzgarında olduğu gibi arkadan yelken üzerindeki hava moleküllerinin basıncı nedeniyle değil, her iki taraftan farklı hava hızları nedeniyle oluşan kaldırma nedeniyle yelken hareket eder. yelken boyunca. Aynı zamanda, omurga nedeniyle tekne, teknenin rotasına dik yönde değil, sadece ileriye doğru hareket eder. Yani, bu durumda yelken, yandan çekme durumunda olduğu gibi bir şemsiye değil, bir uçak kanadıdır.

Geçişlerimiz sırasında ağırlıklı olarak sırt üstü ve körfez rüzgarlarında ortalama 7-8 knot hızda ve 15 knot rüzgar hızında yürüdük. Bazen rüzgara, Gulfwind'e ve Beydewind'e karşı çıktık. Rüzgar dinince motoru çalıştırdılar.

Genel olarak, rüzgara karşı yelkenli bir tekne bir mucize değil, bir gerçektir.

En ilginç yanı, teknelerin sadece rüzgara karşı değil, rüzgardan bile daha hızlı yürüyebilmeleridir. Bu, tekne arkada dururken "kendi rüzgarını" yaratırken olur.