Materiały szkoleniowe
ŻEGLARZ JACHTOWY
Dział: Teoria żeglowania
Temat: Siła aerodynamiczna
Siła aerodynamiczna
Jacht żaglowy to kombinacja siły aerodynamicznej powstającej na żaglu, który przetwarza energię wiatru oraz siły hydrodynamicznej wytwarzanej na zanurzonej w wodzie części kadłuba. Kadłub musi dostarczać jachtowi odpowiedniej stateczności, która zapobiega działaniu przechylającej siły aerodynamicznej. Ta siła w określonych warunkach podczas żeglugi usiłuje wywrócić jacht. Ruch jachtu to ruch w płaszczyźnie w dwóch ośrodkach w wodzie i w powietrzu. Przy ruchu kadłuba zanurzonego w wodzie występuje pewien opór hydrodynamiczny, który jest pokonywany przez energię wiatru.
Przy fordewindzie siła ciągu równa będzie sile aerodynamicznej, a siłą przechylająca nie wystąpi. W miarę jednak ostrzenia wielkość siły ciągu maleje na korzyść drugiej składowej siły aerodynamicznej a jej kierunek oddala się od kierunku siły aerodynamicznej. Wywołuje to wzrost przechyłu i dryf jachtu.
Powstawanie siły aerodynamicznej
Możemy sobie w dużym uproszczeniu wyobrazić, że żagiel stanowi swoisty worek. Cząsteczki powietrza pod postacią wiatru wpadają w żagiel. Ma on stronę nawietrzną, czyli tą, na którą działa wiatr oraz zawietrzną, czyli przeciwną. Po stronie nawietrznej żagla cząsteczki powietrza ulegają zagęszczeniu, przez co tworzy się nadciśnienie. Z drugiej strony płótna żaglowego sytuacja jest odwrotna – cząsteczek jest mniej i występuje podciśnienie. Z ośrodka wyższego ciśnienia do ośrodka niższego ciśnienia zaczyna działać siła. To właśnie siła aerodynamiczna. Jest ona skierowana prostopadle do cięciwy żagla. Jej punkt przyłożenia nazywamy środkiem ożaglowania.
Siła ta ma dwie składowe: siłę ciągu powodującą ruch jachtu do przodu oraz siłę przechylającą, która oprócz przechyłu wpływa na ruch jachtu w bok, czyli dryf.
Zmiany siły aerodynamicznej
Żagiel dzieli strugę powietrza na obszar o mniejszym i większym ciśnieniu, toteż ogromny wpływ na prawidłowe tworzenie się siły działającej na niego ma tworzywo, z którego jest wykonany. Wystarczy dotknąć żagli regatowych, a zależność staje się jasna. Im bardziej szczelny jest materiał, tym większa sprawność aerodynamiczna żagla. Analogicznie im bardziej materiał jest przepuszczalny, tym sprawność żagla jest mniejsza. Współczesne żagle na jachtach turystycznych szyte są przeważnie z dakronu – tworzywa sztucznego przypominającego wizualnie płótno.
Żagiel dzieli strugę powietrza na obszar o mniejszym i większym ciśnieniu, toteż ogromny wpływ na prawidłowe tworzenie się siły działającej na niego ma tworzywo, z którego jest wykonany. Wystarczy dotknąć żagli regatowych, a zależność staje się jasna. Im bardziej szczelny jest materiał, tym większa sprawność aerodynamiczna żagla. Analogicznie im bardziej materiał jest przepuszczalny, tym sprawność żagla jest mniejsza. Współczesne żagle na jachtach turystycznych szyte są przeważnie z dakronu – tworzywa sztucznego przypominającego wizualnie płótno.
/Fo. 2. Jacht z postawionymi żaglami regatowymi
Niestety żagle z czasem zużywają się tracąc swój idealny profil i szczelność. Żeglowanie na starych, „wydmuchanych” żaglach przekłada się na uporczywą walkę o prędkość.
Warto zwrócić uwagę na prawidłowy przepływ strug powietrza przy postawionych dwóch żaglach – powietrze wychodzące z foka nie powinno uderzać w grota. Jeżeli w pobliżu masztu na powierzchni grota pojawiają się wybrzuszenia, prawdopodobnie żagle są źle strymowane, czyli źle ustawione..
Do żeglugi na silnym wietrze lepsze są żagle bardziej wypłaszczone. Nie należy błędnie zakładać, że wybranie żagla za pomocą szota spowoduje jego wypłaszczenie. Można osiągnąć pewien stopień wypłaszczenia w przypadku żagla przedniego, ale w odniesieniu do grota chodzi tu wyłącznie o profil żagla. Płaskie żagle przy silnym wietrze generują większą siłę ciągu w stosunku do siły przechylającej niż żagle głębokie. Te z kolei są lepsze do żeglugi na słabym wietrze. Najlepiej, jeżeli uszyte są dodatkowo z lżejszego materiału.
Wielkość siły aerodynamicznej zależy od powierzchni żagla. Im większy żagiel, tym większa siła aerodynamiczna. Dlatego do żeglugi na silnym wietrze refuje się grota. Dlatego również na morzu stosuje się odrębny zestaw malutkich żagli sztormowych do żeglugi w trudnych warunkach. Przy słabych wiatrach z kolei próbujemy maksymalnie zwiększyć powierzchnię ożaglowania.
Przy odpowiednim ustawieniu żagli siła składowe siły aerodynamicznej kształtują się inaczej w różnych kursach względem wiatru. W bajdewindzie stosunek siły ciągu do siły przechylającej jest najmniejszy, a w baksztagu największy.
Testy
E-patenty
Kursy żeglarskie i motorowodne on-line
