Thema: „Bewegungsphysik einer Segelyacht.“ Mit einem Segel auf einem Boot

04.12.2021

Kurse relativ zum Wind. Moderne Yachten und Segelboote in den meisten Fällen ausgestattet schräg Segel. Ihre Besonderheit besteht darin, dass sich der Hauptteil des Segels oder das gesamte Segel hinter dem Mast oder Vorstag befindet. Aufgrund der Tatsache, dass die Vorderkante des Segels eng am Mast entlang (oder von selbst) gezogen wird, umfließt das Segel die Luftströmung ohne Spülung, wenn es in einem ziemlich spitzen Winkel zum Wind steht. Dadurch (und bei entsprechenden Rumpfkonturen) erhält das Schiff die Fähigkeit, sich in einem spitzen Winkel zur Windrichtung zu bewegen.

In Abb. 190 zeigt die Position des Segelbootes bei verschiedenen Kursen relativ zum Wind. Ein gewöhnliches Segelboot kann nicht direkt gegen den Wind segeln – das Segel erzeugt in diesem Fall keine Zugkraft, die den Widerstand von Wasser und Luft überwinden kann. Die besten Rennyachten können bei mittlerem Wind am Wind in einem Winkel von 35–40° zur Windrichtung segeln; Normalerweise beträgt dieser Winkel nicht weniger als 45°. Daher ist das Segelboot gezwungen, ein Ziel zu erreichen, das direkt gegen den Wind liegt. heften- abwechselnd Steuerbord und Backbord. Der Winkel zwischen den Schiffskursen auf der einen und der anderen Seite wird aufgerufen Wendewinkel, und die Position des Schiffes mit seinem Bug direkt gegen den Wind ist Linke. Die Fähigkeit eines Schiffes, zu wenden und sich mit maximaler Geschwindigkeit direkt in den Wind zu bewegen, ist eine der Hauptqualitäten eines Segelboots.

Als Kurse werden Amwind- bis Halbwindkurse bezeichnet, bei denen der Wind im 90°-Winkel zum Schiffshafen weht scharf; vom Golfwind zur Halse (der Wind weht direkt achtern) - voll. Unterscheiden steil(Kurs relativ zum Wind 90-135°) und voll(135-180°) Achterstag sowie am Wind (40-60° bzw. 60-80° zum Wind).

Reis. 190. Kurse eines Segelschiffes relativ zum Wind.

1 - starker Amwind; 2 - voll am Wind; 3 - Golfwind; 4 - Achterstag; 5 - Stichelei; 6 - links.

Scheinbarer Wind. Der Luftstrom, der die Segel der Yacht umströmt, stimmt nicht mit der Richtung überein wahrer Wind(im Vergleich zu Sushi). Bewegt sich das Schiff, entsteht ein Gegenluftstrom, dessen Geschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit des Schiffes ist. Bei Wind wird seine Richtung relativ zum Schiff aufgrund der entgegenkommenden Luftströmung in gewisser Weise abgelenkt; auch die Größe der Geschwindigkeit ändert sich. Somit wird der Gesamtfluss genannt scheinbarer Wind. Seine Richtung und Geschwindigkeit erhält man durch Addition der Vektoren des wahren Windes und der Gegenströmung (Abb. 191).

Reis. 191. Scheinbarer Wind bei verschiedenen Kursen der Yacht relativ zum Wind.

1 - Am Wind; 2 - Golfwind; 3 - Achterstag; 4 - Stichelei.

v- Geschwindigkeit der Yacht; v und – wahre Windgeschwindigkeit; v in - scheinbare Windgeschwindigkeit.

Es ist offensichtlich, dass bei einem Amwindkurs die scheinbare Windgeschwindigkeit am größten und bei einer Halse am kleinsten ist, da im letzteren Fall die Geschwindigkeiten beider Strömungen in genau entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind.

Die Segel einer Yacht sind immer in Richtung des scheinbaren Windes ausgerichtet. Beachten Sie, dass die Geschwindigkeit der Yacht nicht direkt proportional zur Windgeschwindigkeit wächst, sondern viel langsamer. Wenn der Wind zunimmt, nimmt daher der Winkel zwischen der Richtung des wahren und des scheinbaren Windes ab, und bei schwachem Wind weichen Geschwindigkeit und Richtung des scheinbaren Windes deutlicher von der wahren ab.

Da die Kräfte, die auf ein Segel wie auf einen Flügel wirken, proportional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit zunehmen, kann es bei Segelbooten mit minimalem Bewegungswiderstand zu einem Phänomen der „Selbstbeschleunigung“ kommen, bei dem ihre Geschwindigkeit die Windgeschwindigkeit übersteigt . Zu diesen Arten von Segelbooten gehören Eisyachten – Eisboote, Tragflächenyachten, Rad-(Strand-)Yachten und Proa – schmale Einrumpfschiffe mit Auslegerschwimmer. Einige dieser Schiffstypen verzeichneten Geschwindigkeiten bis zum Dreifachen der Windgeschwindigkeit. Unser nationaler Geschwindigkeitsrekord für Eisboote liegt also bei 140 km/h und wurde bei einem Wind aufgestellt, dessen Geschwindigkeit 50 km/h nicht überschritt. Das nehmen wir am Rande zur Kenntnis absoluter Rekord Die Segelgeschwindigkeit auf dem Wasser ist deutlich geringer: Sie wurde 1981 auf einem speziell gebauten Zweimastkatamaran „Crossbau-II“ installiert und beträgt 67,3 km/h.

Herkömmliche Segelschiffe überschreiten, sofern sie nicht zum Gleiten ausgelegt sind, selten die Verdrängungsgeschwindigkeitsgrenze von v = 5,6 √L km/h (siehe Kapitel I).

Auf ein Segelschiff wirkende Kräfte. Es besteht ein grundlegender Unterschied zwischen dem System der äußeren Kräfte, die auf ein Segelschiff und ein Schiff mit mechanischem Antrieb wirken. Bei einem Motorschiff wirken der Schub des Propellers – des Propellers oder Wasserstrahls – und die Kraft des Wasserwiderstands gegen seine Bewegung im Unterwasserteil, der sich in der Mittelebene und in geringem vertikalen Abstand voneinander befindet.

Bei einem Segelboot wird die Antriebskraft hoch über der Wasseroberfläche und damit oberhalb der Wirkungslinie der Widerstandskraft ausgeübt. Bewegt sich das Schiff schräg zur Windrichtung – also am Wind –, dann funktionieren seine Segel nach dem Prinzip eines aerodynamischen Flügels, das in Kapitel II besprochen wird. Wenn Luft um ein Segel strömt, entsteht auf seiner Leeseite (konvexen Seite) ein Vakuum und auf der Luvseite ein erhöhter Druck. Die Summe dieser Drücke lässt sich auf die resultierende aerodynamische Kraft reduzieren A(siehe Abb. 192), ungefähr senkrecht zur Sehne des Segelprofils ausgerichtet und in der Mitte des Segels (CS) hoch über der Wasseroberfläche angebracht.

Reis. 192. Kräfte, die auf Rumpf und Segel wirken.

Nach dem dritten Hauptsatz der Mechanik muss bei einer stetigen Bewegung eines Körpers in einer geraden Linie jede Kraft, die auf den Körper (in diesem Fall auf die Segel, die durch den Mast, die stehende Takelage und die Schoten mit dem Rumpf der Yacht verbunden sind) ausgeübt wird, unbedingt berücksichtigt werden einer Kraft gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung entgegenwirken. Auf einem Segelboot ist diese Kraft die resultierende hydrodynamische Kraft H, am Unterwasserteil des Rumpfes befestigt (Abb. 192). Also zwischen den Kräften A Und H Es gibt einen bekannten Abstand - die Schulter, wodurch ein Moment eines Kräftepaares entsteht, das dazu neigt, das Schiff relativ zu einer Achse zu drehen, die auf eine bestimmte Weise im Raum ausgerichtet ist.

Um die bei der Bewegung von Segelschiffen auftretenden Phänomene zu vereinfachen, werden hydro- und aerodynamische Kräfte und deren Momente in Komponenten parallel zu den Hauptkoordinatenachsen zerlegt. Gestützt auf das dritte Newtonsche Gesetz können wir alle Komponenten dieser Kräfte und Momente paarweise aufschreiben:

A	- aerodynamische resultierende Kraft;
T	- die Schubkraft der Segel, die das Schiff vorwärts bewegen:
D	- Krängungskraft oder Driftkraft;
A v	- vertikale Kraft (Trimmen zur Nase);
P	- Massenkraft (Verdrängung) des Schiffes;
M D	- Trimmmoment;
M cr	- Krängungsmoment;
M P	- der Moment, der zum Wind führt;
H	- hydrodynamische resultierende Kraft;
R	- die Wasserwiderstandskraft gegenüber der Bewegung des Schiffes;
R D	- Seitenkraft oder Abdriftwiderstand;
H v	- vertikale hydrodynamische Kraft;
γ· V	- Auftriebskraft;
M l	- Moment des Trimmwiderstands;
M V	- Wiederherstellungsmoment;
M bei	- sinkender Moment.

Damit sich das Schiff gleichmäßig auf seinem Kurs bewegen kann, müssen jedes Kräftepaar und jedes Momentenpaar einander gleich sein. Zum Beispiel die Driftkraft D und Driftwiderstandskraft R Ich würde einen krängenden Moment schaffen M kr, die durch das Rückstellmoment ausgeglichen werden muss M in oder Moment der Seitenstabilität. Dieses Moment entsteht durch die Einwirkung von Massenkräften P und Auftrieb des Schiffes γ· V, wirkt auf die Schulter l. Die gleichen Kräfte bilden das Trimmwiderstandsmoment bzw. das Längsstabilitätsmoment M l, gleich groß und entgegengesetzt zum Trimmmoment M d. Die Terme der letzteren sind die Momente von Kräftepaaren T - R Und A v - H v .

So ist die Bewegung eines Segelschiffes auf einem schrägen Kurs zum Wind mit Roll- und Trimmbewegungen sowie der Seitenkraft verbunden D, zusätzlich zum Rollen, verursacht auch Drift – seitliche Drift, sodass sich jedes Segelschiff nicht streng in Richtung des DP bewegt, wie ein Schiff mit mechanischem Motor, sondern mit einem kleinen Driftwinkel β. Der Rumpf eines Segelbootes, sein Kiel und sein Ruder werden zu einem Tragflügelboot, auf das ein entgegenkommender Wasserstrom mit einem Anstellwinkel gleich dem Driftwinkel strömt. Dieser Umstand bestimmt die Entstehung einer Driftwiderstandskraft am Kiel der Yacht R d, die eine Komponente der Auftriebskraft ist.

Bewegungsstabilität und Zentrierung eines Segelschiffes. Aufgrund der Krängung entsteht die Schubkraft der Segel T und Widerstandskraft R scheinen in verschiedenen Bereichen aktiv zu sein vertikale Ebenen. Sie bilden ein Kräftepaar, das das Schiff in Richtung des Windes bringt und es so aus dem geraden Kurs bringt, dem es folgt. Dies wird durch das Moment des zweiten Kräftepaares – der Krängung – verhindert D und Driftwiderstandskräfte R d, sowie eine kleine Kraft N am Steuerrad, das angewendet werden muss, um die Bewegung der Yacht entlang des Kurses zu korrigieren.

Es ist offensichtlich, dass die Reaktion des Schiffes auf die Wirkung all dieser Kräfte sowohl von deren Größe als auch vom Verhältnis der Arme abhängt A Und B nach dem sie handeln. Mit zunehmender Rolle rollt der Arm des Antriebspaares B steigt ebenfalls, und die Hebelwirkung des fallenden Paares A hängt von der relativen Position ab Mittelpunkt des Segels(CP – Angriffspunkte der resultierenden aerodynamischen Kräfte auf die Segel) und Zentrum des seitlichen Widerstands(CBS – Angriffspunkte der resultierenden hydrodynamischen Kräfte auf den Yachtrumpf).

Die genaue Bestimmung der Position dieser Punkte ist eine ziemlich schwierige Aufgabe, insbesondere wenn man bedenkt, dass sie sich in Abhängigkeit von vielen Faktoren ändert: dem Kurs des Schiffes relativ zum Wind, dem Schnitt und der Einstellung der Segel, der Schlagseite und dem Trimm der Yacht usw Form und Profil von Kiel und Ruder usw.

Bei der Konstruktion und Umrüstung von Yachten arbeiten sie mit konventionellen CPs und CBs und berücksichtigen dabei, dass sie sich in den Schwerpunkten flacher Figuren befinden, die im DP gesetzte Segel darstellen, und den Umrissen des Unterwasserteils des DP mit Kiel. Flossen und Ruder (Abb. 193). Der Schwerpunkt eines dreieckigen Segels liegt beispielsweise am Schnittpunkt zweier Mittellinien, und der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Segel liegt auf einem geraden Liniensegment, das die CP beider Segel verbindet und dieses Segment in teilt umgekehrt proportional zu ihrer Fläche. Wenn das Segel eine viereckige Form hat, wird seine Fläche diagonal in zwei Dreiecke geteilt und der CP wird als gemeinsamer Mittelpunkt dieser Dreiecke erhalten.

Reis. 193. Bestimmung der bedingten Segelmitte einer Yacht.

Die Position des zentralen Zentrums kann bestimmt werden, indem eine aus dünnem Karton ausgeschnittene Schablone des Unterwasserprofils des DP auf der Spitze einer Nadel balanciert wird. Wenn die Schablone horizontal positioniert ist, befindet sich die Nadel am bedingten Mittelpunkt. Diese Methode ist jedoch mehr oder weniger anwendbar für Schiffe mit einer großen Fläche des Unterwasserteils des Flügels – für traditionelle Yachten mit langer Kiellinie, Schiffsboote usw. Auf modernen Yachten, deren Konturen nachempfunden sind Nach der Flügeltheorie wird die Hauptrolle bei der Erzeugung der Strömungswiderstandskraft durch einen Flossenkiel und ein Ruder erleichtert, die normalerweise getrennt vom Kiel installiert sind. Die Zentren hydrodynamischer Drücke auf ihren Profilen können recht genau ermittelt werden. Beispielsweise für Profile mit einer relativen Dicke δ/ B Bei ca. 8 % liegt dieser Punkt in einem Abstand von ca. 26 % der Sehne B von der eingehenden Kante.

Allerdings hat der Rumpf der Yacht in gewisser Weise Einfluss auf die Art der Strömung um Kiel und Ruder, und dieser Einfluss variiert je nach Rolllage, Trimmung und Geschwindigkeit des Schiffes. In den meisten Fällen verschiebt sich bei scharfen Kursen in den Wind der wahre Schwerpunkt gegenüber dem für Kiel und Ruder bestimmten Druckmittelpunkt nach vorne, wie bei isolierten Profilen. Aufgrund der Unsicherheit bei der Berechnung der Position des CP und des zentralen Zentrums platzieren Designer bei der Entwicklung eines Entwurfs für Segelschiffe den CP in einem bestimmten Abstand A- voraus - vor der Zentralbank. Die Höhe des Vorschubs wird statistisch anhand eines Vergleichs mit bewährten Yachten ermittelt, deren Unterwasserkonturen, Stabilität und Segelriggs dem Design nahe kommen. Der Vorsprung wird normalerweise als Prozentsatz der Schiffslänge an der Wasserlinie festgelegt und beträgt 15–18 % für ein Schiff, das mit einer Bermuda-Schaluppe ausgestattet ist. L. Je weniger Stabilität die Yacht hat, desto stärker rollt sie unter dem Einfluss des Windes und desto größer ist der Vorlauf der CPU vor dem zentralen Steuersystem.

Beim Testen der Yacht während der Fahrt ist eine präzise Einstellung der relativen Position von CP und CB möglich. Wenn das Schiff insbesondere bei mittlerem und frischem Wind dazu neigt, in den Wind zu fallen, handelt es sich um einen schwerwiegenden Ausrichtungsfehler. Tatsache ist, dass der Kiel den von ihm fließenden Wasserstrom näher an den DP des Schiffes lenkt. Wenn das Ruder also gerade ist, hat sein Profil einen deutlich geringeren Anstellwinkel als der Kiel. Muss das Ruder zum Ausgleich der Sinktendenz der Yacht in den Wind verlagert werden, so ist die darauf erzeugte Auftriebskraft in Leerichtung gerichtet – in die gleiche Richtung wie die Driftkraft D auf Segeln. Folglich wird das Schiff eine erhöhte Drift aufweisen.

Ein weiterer Punkt ist die leichte Fahrneigung der Yacht. Das um 3-4° zur Leeseite verschobene Ruder arbeitet mit dem gleichen oder etwas größeren Anstellwinkel als der Kiel und trägt wirksam zum Abdriftwiderstand bei. Seitenkraft H, die am Ruder auftritt, führt zu einer deutlichen Verlagerung des Gesamtschwerpunktes in Richtung Heck bei gleichzeitiger Verringerung des Driftwinkels. Wenn Sie jedoch, um die Yacht auf Amwindkurs zu halten, das Ruder ständig in einem Winkel von mehr als 2-3° auf die Leeseite verlagern müssen, ist es notwendig, die CPU nach vorne zu bewegen oder das zentrale Steuersystem zu verschieben zurück, was schwieriger ist.

Auf einer fertiggestellten Yacht können Sie die CPU nach vorne bewegen, indem Sie den Mast nach vorne neigen, ihn nach vorne verschieben (sofern das Stufendesign dies zulässt), das Großsegel entlang des Vorlieks kürzen und die Fläche des Hauptauslegers vergrößern. Um das zentrale Lenkrad nach hinten zu bewegen, müssen Sie eine Flosse vor dem Lenkrad anbringen oder das Steuerblatt vergrößern.

Um die Sinkneigung der Yacht zu beseitigen, müssen entgegengesetzte Maßnahmen ergriffen werden: Bewegen Sie die CPU nach hinten oder bewegen Sie die zentrale Mitte nach vorne.

Die Rolle aerodynamischer Kraftkomponenten bei der Entstehung von Schub und Drift. Die moderne Theorie der Funktionsweise eines Schrägsegels basiert auf den Bestimmungen der Aerodynamik des Flügels, deren Elemente in Kapitel II diskutiert wurden. Wenn ein Luftstrom ein Segel umströmt, das in einem Anstellwinkel α zum scheinbaren Wind steht, entsteht auf es eine aerodynamische Kraft A, die in Form von zwei Komponenten dargestellt werden kann: Auftrieb Y, senkrecht zur Luftströmung (scheinbarer Wind) und Widerstand gerichtet X- Kraftprojektionen A von der Richtung des Luftstroms abhängig. Diese Kräfte werden genutzt, wenn die Eigenschaften des Segels und alles andere berücksichtigt werden Segelausrüstung im Allgemeinen.

Gleichzeitig Kraft A kann in Form von zwei weiteren Komponenten dargestellt werden: der Zugkraft T, gerichtet entlang der Bewegungsachse der Yacht, und die Driftkraft senkrecht dazu D. Erinnern wir uns daran, dass die Bewegungsrichtung des Segelboots (oder der Weg) von seinem Kurs um den Wert des Driftwinkels β abweicht, dieser Winkel jedoch in der weiteren Analyse vernachlässigt werden kann.

Bei Amwindkurs ist es möglich, die Auftriebskraft auf das Segel auf den Wert zu erhöhen Y 1, und der Frontwiderstand bleibt unverändert, dann die Kräfte Y 1 und X, addiert nach der Regel der Vektoraddition, bilden eine neue aerodynamische Kraft A 1 (Abb. 194, A). In Anbetracht seiner neuen Komponenten T 1 und D Anhand von 1 ist zu erkennen, dass in diesem Fall mit zunehmendem Auftrieb sowohl die Schubkraft als auch die Driftkraft zunehmen.

Reis. 194. Die Rolle von Auftrieb und Widerstand bei der Erzeugung der Antriebskraft.

Bei einer ähnlichen Konstruktion kann man davon ausgehen, dass mit zunehmendem Luftwiderstand auf Amwindkurs die Schubkraft abnimmt und die Driftkraft zunimmt. So spielt beim Segeln am Wind die Auftriebskraft des Segels eine entscheidende Rolle für den Segelschub; Der Luftwiderstand sollte minimal sein.

Beachten Sie, dass auf einem Amwindkurs der scheinbare Wind die höchste Geschwindigkeit hat, also beide Komponenten der aerodynamischen Kraft Y Und X sind ziemlich groß.

Auf einem Gulfwind-Kurs (Abb. 194, B) Auftrieb ist die Zugkraft und Widerstand ist die Driftkraft. Eine Erhöhung des Widerstands des Segels hat keinen Einfluss auf die Höhe der Zugkraft: Nur die Driftkraft nimmt zu. Da jedoch die scheinbare Windgeschwindigkeit im Golfwind im Vergleich zum Amwindwind geringer ist, beeinflusst die Drift die Leistung des Schiffes in geringerem Maße.

Achterstag auf Kurs (Abb. 194, V) Das Segel arbeitet bei großen Anstellwinkeln, bei denen die Auftriebskraft deutlich geringer ist als der Widerstand. Wenn Sie den Luftwiderstand erhöhen, erhöhen sich auch die Schub- und Driftkraft. Mit zunehmender Auftriebskraft nimmt der Schub zu und die Driftkraft ab (Abb. 194, G). Folglich erhöht eine Erhöhung des Auftriebs und (oder) des Widerstands auf dem Achterstagkurs den Schub.

Während eines Halsenkurses beträgt der Anstellwinkel des Segels nahezu 90°, sodass die Auftriebskraft auf das Segel Null ist und der Widerstand entlang der Bewegungsachse des Schiffes gerichtet ist und die Zugkraft darstellt. Die Driftkraft ist Null. Daher ist es auf einem Halsenkurs ratsam, den Widerstand der Segel zu erhöhen, um den Schub der Segel zu erhöhen. Auf Rennyachten erfolgt dies durch Setzen zusätzliche Segel- Spinnaker und Blooper mit großer Fläche und schlecht stromlinienförmiger Form. Beachten Sie, dass auf einem Halsenkurs die Segel der Yacht durch den scheinbaren Wind mit minimaler Geschwindigkeit beeinflusst werden, der relativ mäßige Kräfte auf die Segel ausübt.

Driftwiderstand. Wie oben gezeigt, hängt die Driftkraft vom Kurs der Yacht relativ zum Wind ab. Beim Segeln am Wind beträgt sie etwa das Dreifache der Schubkraft T, das Schiff vorwärts bewegen; Bei Golfwind sind beide Kräfte ungefähr gleich; Bei einem steilen Achterstag ist der Segelschub 2-3 mal größer als die Driftkraft, und bei einer reinen Halse gibt es überhaupt keine Driftkraft. Damit sich ein Segelboot erfolgreich auf Kursen vom Amwind bis zum Golfwind (in einem Winkel von 40–90° zum Wind) fortbewegen kann, muss es einen ausreichenden seitlichen Driftwiderstand haben, der viel größer ist als der Widerstand des Wassers zur Bewegung der Yacht entlang des Kurses.

Die Funktion, auf modernen Segelschiffen einen Abdriftwiderstand zu erzeugen, wird hauptsächlich von Flossenkielen bzw. Schwertern und Rudern übernommen. Die Mechanik der Auftriebserzeugung an einem Flügel mit symmetrischem Profil, wie Kiel, Schwert und Ruder, wurde in Kapitel II besprochen (siehe Seite 67). Beachten Sie, dass der Driftwinkel moderner Yachten – der Anstellwinkel des Kiel- oder Schwertprofils – selten 5° überschreitet. Daher ist es bei der Konstruktion eines Kiels oder Schwertes notwendig, dessen optimale Abmessungen, Form und Querschnittsprofil auszuwählen um maximale Hubkraft bei minimalem Luftwiderstand zu erzielen. bei niedrigen Anstellwinkeln.

Tests aerodynamischer symmetrischer Tragflächen haben gezeigt, dass dickere Tragflächen (mit einem größeren Querschnittsdickenverhältnis) T zu seinem Akkord B) bieten eine größere Hubkraft als dünne. Allerdings haben solche Profile bei niedrigen Geschwindigkeiten einen höheren Luftwiderstand. Mit der Kieldicke lassen sich optimale Ergebnisse auf Segelyachten erzielen T/B= 0,09 ÷ 0,12, da die Auftriebskraft bei solchen Profilen kaum von der Geschwindigkeit des Schiffes abhängt.

Die maximale Dicke des Profils sollte in einem Abstand von 30 bis 40 % der Sehne von der Vorderkante des Kielprofils liegen. Auch das NACA 664-0-Profil weist gute Eigenschaften auf, wobei die maximale Dicke in einem Abstand von 50 % der Profilsehne von der Nase liegt (Abb. 195).

Reis. 195. Profilierte Kielflosse einer Yacht.

Ordinate der empfohlenen Profile von Abschnitten von Yachtkielen und Schwertern

	Abstand vom Auslauf X, % B
	2,5	5	10	20	30	40
	Ordinaten j, % B
NACA-66; δ = 0,05	2,18	2,96	3,90	4,78	5,00	4,83
	2,00	2,60	3,50	4,20	4,40	4,26
	-	3,40	5,23	8,72	10,74	11,85

Profil; relative Dicke δ	Abstand vom Auslauf X, % B
	50	60	70	80	90	100
	Ordinaten j, % B
NACA-66; δ = 0,05	4,41	3,80	3,05	2,19	1,21	0,11
Profil für Schwertschwerter; δ = 0,04	3,88	3,34	2,68	1,92	1,06	0,10
Kiel der Yacht NACA 664-0; δ = 0,12	12,00	10,94	8,35	4,99	2,59	0

Für leichte Rennjollen, die gleiten und hohe Geschwindigkeiten erreichen können, werden Schwerter und Ruder mit einem dünneren Profil verwendet ( T/B= 0,044 ÷ 0,05) und geometrische Dehnung (Vertiefungsverhältnis). D zum Mittelakkord B Mi) bis 4.

Die Dehnung der Kiele moderner Kielyachten reicht von 1 bis 3, die der Ruder bis zu 4. Am häufigsten hat der Kiel die Form eines Trapezes mit einer geneigten Vorderkante, und der Neigungswinkel hat einen gewissen Einfluss auf die Länge Höhe des Auftriebs und Widerstands des Kiels. Bei einer Kielverlängerung um λ = 0,6 kann eine Neigung der Vorderkante von bis zu 50° zugelassen werden; bei λ = 1 - etwa 20°; für λ > 1,5 ist ein Kiel mit vertikaler Vorderkante optimal.

Die Gesamtfläche von Kiel und Ruder, um der Drift wirksam entgegenzuwirken, wird üblicherweise mit 1/25 bis 1/17 der Fläche der Hauptsegel angenommen.

Die Winde, die im südlichen Teil wehen Pazifik See weht aus westlicher Richtung. Deshalb wurde unsere Route so gestaltet, dass wir uns auf der Segelyacht „Juliet“ von Ost nach West bewegen, also so, dass uns der Wind im Rücken weht.

Wenn man sich jedoch unsere Route anschaut, wird einem auffallen, dass wir uns oft, zum Beispiel bei der Fahrt von Süden nach Norden von Samoa nach Tokelau, senkrecht zum Wind bewegen mussten. Und manchmal änderte sich die Windrichtung komplett und wir mussten gegen den Wind fahren.

Julias Route

Was ist in diesem Fall zu tun?

Segelschiffe können seit langem gegen den Wind segeln. Der Klassiker Yakov Perelman hat darüber vor langer Zeit gut und einfach in seinem zweiten Buch aus der Reihe „Entertaining Physics“ geschrieben. Ich stelle dieses Stück hier wörtlich mit Bildern vor.

„Segeln gegen den Wind

Es ist schwer vorstellbar, wie Segelschiffe „gegen den Wind“ fahren können – oder, wie Segler sagen, „am Wind“ fahren können. Ein Segler wird Ihnen zwar sagen, dass Sie nicht direkt gegen den Wind segeln können, sondern dass Sie sich nur in einem spitzen Winkel zur Windrichtung bewegen können. Aber dieser Winkel ist klein – etwa ein Viertel eines rechten Winkels – und es scheint vielleicht ebenso unverständlich: ob man direkt gegen den Wind oder in einem Winkel von 22° dazu segelt.

In Wirklichkeit ist dies jedoch nicht gleichgültig, und wir erklären nun, wie es möglich ist, sich durch die Kraft des Windes in einem leichten Winkel darauf zu bewegen. Schauen wir uns zunächst an, wie der Wind generell auf das Segel wirkt, also wohin er das Segel drückt, wenn er darauf bläst. Sie denken wahrscheinlich, dass der Wind das Segel immer in die Richtung drückt, in die es weht. Dies ist jedoch nicht der Fall: Wo immer der Wind weht, drückt er das Segel senkrecht zur Segelebene. In der Tat: Lassen Sie den Wind in die Richtung wehen, die durch die Pfeile in der Abbildung unten angegeben ist; die Linie AB stellt das Segel dar.

Der Wind drückt das Segel immer im rechten Winkel zu seiner Ebene.

Da der Wind gleichmäßig auf die gesamte Segelfläche drückt, ersetzen wir den Winddruck durch eine Kraft R, die in der Mitte des Segels wirkt. Wir teilen diese Kraft in zwei Teile auf: die Kraft Q senkrecht zum Segel und die Kraft P entlang des Segels (siehe Abbildung oben rechts). Die letzte Kraft drückt das Segel nirgendwo hin, da die Reibung des Windes auf der Leinwand unbedeutend ist. Es bleibt die Kraft Q übrig, die das Segel im rechten Winkel dazu drückt.

Wenn wir das wissen, können wir leicht verstehen, wie ein Segelschiff in einem spitzen Winkel gegen den Wind segeln kann. Die Linie KK sei die Kiellinie des Schiffes.

Wie kann man gegen den Wind segeln?

Der Wind weht in einem spitzen Winkel zu dieser Linie in die durch eine Reihe von Pfeilen angegebene Richtung. Linie AB stellt ein Segel dar; Es wird so platziert, dass seine Ebene den Winkel zwischen der Kielrichtung und der Windrichtung halbiert. Verfolgen Sie die Kräfteverteilung in der Abbildung. Wir stellen den Winddruck auf das Segel durch die Kraft Q dar, die, wie wir wissen, senkrecht zum Segel sein muss. Teilen wir diese Kraft in zwei Teile: die Kraft R senkrecht zum Kiel und die Kraft S, die entlang der Kiellinie des Schiffes nach vorne gerichtet ist. Da die Bewegung des Schiffes in Richtung R auf starken Widerstand des Wassers stößt (Kiel hinein). Segelschiffe sehr tief wird), dann wird die Kraft R fast vollständig durch den Widerstand des Wassers ausgeglichen. Es bleibt nur eine Kraft S übrig, die, wie Sie sehen, nach vorne gerichtet ist und das Schiff daher schräg bewegt, als ob es gegen den Wind wäre. [Es kann bewiesen werden, dass die Kraft S die höchste erhält sehr wichtig wenn die Ebene des Segels den Winkel zwischen der Richtung des Kiels und dem Wind halbiert.]. Typischerweise wird diese Bewegung im Zickzack ausgeführt, wie in der Abbildung unten dargestellt. In der Sprache der Seeleute wird eine solche Schiffsbewegung im engeren Sinne „Wenden“ genannt.

Betrachten wir nun alle möglichen Windrichtungen relativ zum Kurs des Bootes.

Diagramm des Schiffskurses relativ zum Wind, also des Winkels zwischen der Windrichtung und dem Vektor vom Heck zum Bug (Kurs).

Wenn Ihnen der Wind ins Gesicht bläst (leventik), baumeln die Segel hin und her und es ist unmöglich, sich mit dem Segel zu bewegen. Natürlich kann man jederzeit die Segel holen und den Motor einschalten, aber das hat mit Segeln nichts mehr zu tun.

Wenn der Wind direkt von hinten weht (Halse, Rückenwind), üben die beschleunigten Luftmoleküle auf einer Seite Druck auf das Segel aus und das Boot bewegt sich. In diesem Fall kann sich das Schiff nur langsamer als die Windgeschwindigkeit bewegen. Hier funktioniert die Analogie zum Fahrradfahren im Wind: Der Wind weht in den Rücken und man lässt sich leichter in die Pedale treten.

Bei der Bewegung gegen den Wind (am Wind) bewegt sich das Segel nicht aufgrund des Drucks von Luftmolekülen, die von hinten auf das Segel wirken, wie bei einer Halse, sondern aufgrund der Auftriebskraft, die aufgrund unterschiedlicher Luftgeschwindigkeiten entsteht auf beiden Seiten entlang des Segels. Darüber hinaus bewegt sich das Boot aufgrund des Kiels nicht in einer Richtung senkrecht zum Bootskurs, sondern nur vorwärts. Das heißt, das Segel ist in diesem Fall kein Regenschirm wie bei einem Am-Wind-Segel, sondern ein Flugzeugflügel.

Während unserer Passagen liefen wir hauptsächlich an Achterstagen und Golfwinden vorbei Durchschnittsgeschwindigkeit bei 7-8 Knoten bei einer Windgeschwindigkeit von 15 Knoten. Manchmal segelten wir gegen den Wind, bei Halbwind und am Wind. Und als der Wind nachließ, schalteten sie den Motor ein.

Im Allgemeinen ist ein Boot mit Segel, das gegen den Wind fährt, kein Wunder, sondern Realität.

Das Interessanteste ist, dass Boote nicht nur gegen den Wind, sondern sogar schneller als der Wind segeln können. Dies geschieht, wenn das Boot achterstags bleibt und so seinen eigenen Wind erzeugt.

Wie bewegt sich ein Segelschiff? Die Ursache der Bewegung ist offensichtlich der Winddruck auf das Segel. Aber überraschenderweise kann sich ein Segelschiff nicht nur in die Richtung bewegen, in die der Wind weht, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung (naja, fast in die entgegengesetzte Richtung, in einem spitzen Winkel, mit wechselndem Kurs, aber dennoch gegen den Wind). Was sind die physikalischen Prinzipien eines Schiffes, das sich gegen den Wind bewegt?

Betrachten wir die Kräfte, die auf eine Yacht wirken, die in einem spitzen Winkel zum Wind segelt. Die auf die Segel wirkende Kraft lässt sich in die Kraft zerlegen, die die Yacht zum Rollen und Abdriften vor dem Wind bringt – die Driftkraft und die Zugkraft (siehe Abbildung). Sehen wir uns an, wie die Gesamtkraft des Winddrucks auf die Segel bestimmt wird und wovon die Schub- und Driftkräfte abhängen.

Um sich die Leistung eines Segels auf scharfem Kurs vorzustellen, ist es zweckmäßig, zunächst ein flaches Segel zu betrachten, das bei einem bestimmten Anstellwinkel Winddruck ausgesetzt ist. Dabei bilden sich hinter dem Segel Wirbel, auf der Luvseite entstehen Druckkräfte und auf der Leeseite Verdünnungskräfte. Ihr resultierendes R ist ungefähr senkrecht zur Segelebene gerichtet. Um die Funktion eines Segels richtig zu verstehen, ist es sinnvoll, es sich als Resultierende zweier Komponentenkräfte vorzustellen: in X-Richtung parallel zur Luftströmung (Wind) und in Y-Richtung senkrecht dazu.

Die parallel zur Luftströmung gerichtete Kraft X wird Widerstandskraft genannt; Es entsteht neben dem Segel auch durch Rumpf, Takelage, Spieren und Besatzung der Yacht.

Die senkrecht zur Luftströmung gerichtete Kraft Y wird in der Aerodynamik Auftrieb genannt. Auf scharfem Kurs erzeugt es Schub in der Bewegungsrichtung der Yacht.

Steigt bei gleichem Widerstand des Segels Die Schubkraft T wird auf T1 ansteigen.

Abhängigkeit der Schub- und Driftkräfte von der Auftriebskraft und dem Widerstand des Segels

Aus dieser Zeichnung ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Widerstand X (bei gleicher Auftriebskraft) der Schub T abnimmt.

Es gibt also zwei Möglichkeiten, die Zugkraft und damit die Geschwindigkeit auf scharfen Kursen zu erhöhen: die Auftriebskraft des Segels zu erhöhen und den Widerstand des Segels und der Yacht zu verringern.

Im modernen Segelsport wird die Auftriebskraft eines Segels erhöht, indem man ihm eine konkave Form mit einer gewissen „Bauchigkeit“ verleiht: die Größe vom Mast bis zum Maximum tiefer Ort Der „Bauch“ beträgt normalerweise 0,3–0,4 der Breite des Segels und die Tiefe des „Bauchs“ beträgt etwa 6–10 % der Breite. Die Auftriebskraft eines solchen Segels ist 20–25 % größer als die eines völlig flachen Segels mit nahezu gleichem Widerstand. Zwar segelt eine Yacht mit flachen Segeln etwas steiler in den Wind. Allerdings ist bei Dickbauchsegeln aufgrund des größeren Schubs die Geschwindigkeit des Voranschreitens in Richtung der Wende höher. Beachten Sie, dass bei dickbäuchigen Segeln nicht nur der Schub zunimmt, sondern auch die Driftkraft, was bedeutet, dass das Rollen und Abdriften von Yachten mit dickbäuchigen Segeln größer ist als bei relativ flachen. Daher beträgt die „Dickbauchigkeit“ des Segels mehr als 6–7 % starker Wind unrentabel, da eine Zunahme von Roll und Drift zu einer deutlichen Erhöhung des Rumpfwiderstands und einer Verringerung der Effizienz der Segel führt, die den Effekt der zunehmenden Schubkraft „auffressen“. Bei schwachem Wind ziehen Segel mit einem „Bauch“ von 9-10 % besser, da aufgrund des geringen Gesamtwinddrucks auf das Segel die Krängung klein ist.

§ 61. Verwendung eines Segels.

In der Praxis des Betriebs kleiner motorisierter Schiffe auf See und Flüssen gibt es viele Beispiele, bei denen selbst das primitivste Segel, das mit den „improvisierten“ Mitteln des Schiffes hergestellt wurde, ein kleines selbstfahrendes Schiff ermöglichte, das diese Fähigkeit verloren hatte sich selbstständig fortzubewegen, eine Reise ohne fremde Hilfe erfolgreich zu absolvieren.

Ein Hobby-Bootsfahrer muss gut verstehen, wie ein Segel funktioniert und wie man einfache Segelausrüstung herstellt, falls der mechanische Motor des Bootes ausfällt, der Treibstoff ausgeht, der Außenbordmotor über Bord fällt oder der Propeller beschädigt ist oder verloren.

Die Kombination von Segelausrüstung und Motor erhöht die touristischen Möglichkeiten des Schiffes. Mit Hilfe eines Segels kann das Notschiff zum Stützpunkt oder in das nächstgelegene besiedelte Gebiet gebracht werden.

1. Aktion des Segels.

Der Druck des Luftstroms auf der Segeloberfläche bewegt das Schiff. Die Richtung dieser Bewegung hängt von der Position des Segels relativ zur Windrichtung ab. Der Angriffspunkt der Resultierenden aller Winddruckkräfte auf das Segel wird als Segelmittelpunkt bezeichnet – CPU.

Reis. 137. Kräfte, die auf Segel und Schiff wirken, wenn der Wind aus den Bugwinkeln kommt

Wenn das Segel entlang der Mittellinie des Schiffes ausgestreckt wäre, dann wäre die Kraft des Winddrucks groß A(Abb. 137) würde das Schiff kippen, aber nicht vorwärts bewegen. Aber wenn die Segelebene in einem bestimmten Winkel zur Windrichtung eingestellt ist, dann ist die Kraft groß A lässt sich in zwei Komponenten zerlegen B Und IN. Der erste „funktioniert“ und der zweite „gleitet“ entlang des Segels (siehe Abb. 137, ein und 138, A).

Jedes Schiff hat die Fähigkeit, einer seitlichen Scherung im Wasser standzuhalten – es hat den sogenannten seitlichen Widerstand und sein Zentrum – CBS- befindet sich normalerweise in der Nähe der Mittschiffslinie des Schiffes in seinem Unterwasserteil und ungefähr auf derselben vertikalen Linie mit CPU(Abb. 139). Kraft übertragen B V CBS, das Rollen und Zählen vernachlässigen CBS Festpunkt, erweiterbar B in zwei Komponenten T Und D. Der erste zieht das Schiff entlang der Mittelebene nach vorne, und der zweite neigt dazu, das Schiff zur Seite zu bewegen, wodurch eine Drift für es entsteht (siehe Abb. 137, b). Das Ausmaß der Drift hängt von der Form des Unterwasserteils des Schiffes und dem Winkel zwischen den Richtungen der Mittelebene ab DP Schiff und Wind. Dies kann durch die Erstellung eines Kräftediagramms für mehrere Positionen überprüft werden. Je kleiner der Winkel dazwischen ist DP und die Richtung des Windes, desto größer ist die Kraft A und weniger Kraft T(siehe Abb. 138, A und B).

Reis. 138. Kräfte, die im Wind von den Heckwinkeln auf das Segel und das Schiff einwirken

Wenn das Schiff unter Wasser stark ausgeprägte Längsebenen aufweist (Seiten, eckige Knickrippen, Kiel, Ruder), ist die Verschiebung des Schiffes zur Seite unbedeutend. Wenn das Schiff einen flachen Boden hat, unbeladen und breit ist, dann ist es BS unbedeutend und der Drift ist großartig. Daher sind Schiffe des ersten Typs, zum Beispiel Yachten oder Kielboote, in der Lage, sich in einem Winkel von bis zu 40–30° zur Windrichtung, vom Bug aus gerechnet, vorwärts zu bewegen, Plattbodenboote und Boote jedoch nur, wenn dies der Fall ist Der Wind kommt vom Heck, d. h. bei Windwinkeln von mindestens 120° zur Mittelebene.

Reis. 139. Position der Segelmitte relativ zum Zentrum des seitlichen Widerstands

Die vorteilhafteste Position des Segels bei jeder Windrichtung ist die, bei der die Ebene des Segels den Winkel dazwischen halbiert DP und Wind (siehe Abb. 137, A, 138, a). In der Praxis sollte das Segel so eingestellt werden, dass der Winkel I etwas kleiner ist als der Winkel II.

Wenn CPU vertikal fällt mit zusammen CBS, dann bewegt sich das Schiff ohne Hilfe eines Ruders vorwärts. Allerdings unterwegs CBS verschiebt sich leicht zum Bug oder Heck, und daher weicht das Schiff während der Fahrt immer mit dem Bug zum Wind oder gegen den Wind vom Kurs ab. Es wird allgemein angenommen, dass ein Segelschiff unter dem Einfluss eines Sturms oder ohne Steuerung selbst unter dem Einfluss des Segels „gieren“ oder „zum Wind kommen“ muss, das heißt, seinen Bug dagegen drehen muss. Dann wird die krängende Wirkung des Windes natürlich aufhören. Daher sind Mast und Segel auf dem Schiff so platziert CPU war immer etwas achtern (vertikal) von CBS. Dies wird durch Berechnung auf einer Zeichnung oder experimentell auf Wasser erreicht (siehe Abb. 139). Allerdings gilt für Schiffe, die nur bei günstigen Winden fahren können, CPU sollte in der Nase liegen CBS. Dann wird sich das Schiff während eines Sturms von selbst davon entfernen, das heißt, es neigt dazu, „in den Wind zu fallen“. Dies ist sicherer und erleichtert das schnelle Einholen des Segels bei stärkerem Wind, auch wenn hierfür die Rudersteuerung aufgegeben wird.

2. Grundbegriffe.

Abhängig von der Windrichtung relativ zu DP und den Seiten des Schiffes gelten die folgenden Bedingungen für die Regeln des Segelns eines Schiffes.

Die dem Wind zugewandte Seite wird Luv genannt. Die vom Wind abgewandte Seite wird Lee genannt. Gehen mit dem Wind, der hereinweht Steuerbord, genannt Steuerbord-Wende, nach Backbord-Backbord-Wende. Der gerade Abschnitt beim Segeln wird als Wende bezeichnet.

Sich auf ein luvseitiges Ziel zuzubewegen, das sich auf der Seite befindet, von der der Wind weht, bedeutet, sich zu erheben; sich auf ein Lee-Ziel zubewegen – absteigen; Ein Segelschiff kann nicht direkt gegen den Wind segeln, es muss im Zickzack fahren und entweder auf dem rechten oder linken Bug liegen. Diese Bewegung wird Wenden genannt.

Der Wind, der aus den Bugkurswinkeln im Bereich von 0–85° weht, wird als Amwind bezeichnet; Sie sagen: „Das Schiff ist am Wind“ (Steuerbord- oder Backbordschlag). Der an Bord wehende Wind (85-95°) wird Golfwind genannt; Sie sagen: „Das Schiff segelt bei Golfwind oder bei halbem Wind“ (Steuerbord- oder Backbordschlag). Der Wind, der aus den Heckkurswinkeln (95-170°) weht, wird Achterstag genannt; Sie sagen: „Das Schiff fährt ins Achterstag“ (Steuerbord- oder Backbordbug). Der Wind, der direkt achtern weht (175° Backbordseite – 175° Steuerbordseite), wird Halse genannt; Sie sagen: „Das Schiff dreht sich.“ Klebrigkeit wird nicht festgestellt. Je größer der Winkel zwischen der Windrichtung und DP, Je mehr Wind „voller“ wird, je weniger, desto „steiler“ wird der Wind und der Kurs.

3. Die Segel setzen und das Segelschiff steuern.

Die Einstellung der Segel sollte mit der Windrichtung übereinstimmen. Schrägsegel werden in der Regel dadurch gehisst, dass man das Schiff mit dem Bug gegen den Wind stellt („gegen den Wind“, „gegen den Wind“). Ein gerades Segel wird gehisst und das Schiff im Wind positioniert. Wenn der Wind das Setzen des Segels in Ufernähe nicht zulässt, sollten Sie das Schiff umdrehen oder sich vom Ufer entfernen. Zuerst wird das Großsegel gesetzt und dabei die Schot gelockert. Wenn das Fall an seinen Bestimmungsort gezogen ist, spannen sie die Schot und beginnen, das Ruder zu steuern und es auf den gewünschten Kurs zu bringen. Danach wird der Ausleger eingestellt und seine Leeschot festgezogen.

Das Großsegel und das Stagsegel drücken unter dem Einfluss des Windes auf die entsprechende Schiffsspitze. Wenn diese Kräfte ungleich sind, neigt das Schiff dazu, sich um seine eigene Achse zu drehen CBS, huschen oder wegfallen. Beim Geradeausfahren bei Seitenwind ist es notwendig, beide Segel durch Spannen der Schoten so einzustellen, dass das Schiff mit geradem Ruder gerade fährt. Wenn immer noch der Wunsch besteht, herunterzufallen oder zu tauchen, ist es notwendig, das Schiff mit dem Ruder auf Kurs zu bringen. Es ist jedoch möglich, durch die Bewegung von Ladung oder Personen entlang des Bootes eine ausgewogene Wirkung der Segel zu erreichen. Wenn der Bug in den Wind geht, beladen Sie den Bug; wenn er in den Wind geht, beladen Sie das Heck.

Beim Segeln darf man nicht im Boot stehen. Jeder sollte auf den Sitzen auf der Luvseite oder bei starkem Wind auf der Unterseite mit Blick auf das Segel (also auf der Luvseite) sitzen. Beim Segeln muss ein Amateurnavigator auf dem Schiff Disziplin wahren und darf sich nur auf seinen Befehl auf dem Schiff bewegen oder diese oder jene Arbeit verrichten. Das Angelgerät sollte nicht unordentlich im Inneren des Schiffes verstreut sein, sondern in Buchten abgelegt werden. Die Bleche müssen sauber gerichtet sein; Die Großschot und die Fockschot sollten mit der Hand gehalten werden. Es ist verboten, sie überlappend auf Enten zu wickeln.

Machen Sie als letzten Ausweg ein oder zwei Umdrehungen und halten Sie das laufende Ende in Ihren Händen.

Lasten, Werkzeuge und andere Dinge müssen so verstaut werden, dass sie sich beim Rollen des Schiffes nicht bewegen können und den Segelbetrieb, die Vorwärtsbeobachtung und das Abpumpen von Wasser nicht beeinträchtigen. Die Fallen müssen so umwickelt sein, dass sie im Falle eines starken Sturms sofort freigegeben werden können.

Wenn das Schiff im Wind stark krängt, sollten die Schoten bei Seiten- oder Bugwind gelockert und dann „zum Wind gebracht“ werden, wobei der Steuerstand des Schiffes fast dagegen gelegt werden sollte dem Wind, bei auseinandergezogenen Fockschoten. Beim Segeln mit Rückenwind ist es gefährlich, bei starker Bö „zum Wind zu führen“, daher ist es besser, das Großsegel zu entfernen und unter der Fock weiter zu segeln. Beim Segeln am Wind ist es sinnvoll, den Bug etwas einzuladen In diesem Fall hört das Schiff besser auf das Ruder und die Segel. Wenn Sie es steiler zum Wind halten müssen, sollten Sie die Großschot anheben und die Fockschot leicht absenken, aber Sie sollten nicht zulassen, dass die Segel „schwenken“ ( Klappe) im Wind.

Wie bereits erwähnt, ist der Winkel zwischen Wind und DP Das Segel muss in zwei Hälften geteilt werden. Nachdem Sie das Schiff auf Kurs gebracht und das Segel entsprechend positioniert haben, sollten Sie anschließend die Großschot leicht justieren, sodass deren Vorliek leicht zu zittern beginnt. Das bedeutet, dass das Segel gut funktioniert. Eine übermäßige Schotbildung stört das Schiff nur, verringert die Geschwindigkeit und erhöht die Abdrift (Abdrift zum Wind). Je steiler das Schiff zum Wind läuft, desto geringer ist die Geschwindigkeit und desto größer ist die Drift. Beim Achterstag gibt es praktisch keine Drift, beim Halsen fehlt sie völlig.

Am schwierigsten ist es, das Lenkrad beim Drehen zu steuern. Das Schiff neigt dazu, sich seitwärts zum Wind zu drehen, und es kann sich bei jedem Wind wenden. Das Segel steht quer über dem Schiff und sein äußeres Vorliek läuft immer Gefahr, gegen den Wind, also vom Bug, geblasen zu werden, wenn der Wind nach einer Böe nachlässt. Dann kann das Segel durch einen heftigen Schlag schnell von einer Seite auf die andere geschleudert werden, Wanten und Schot können zerrissen werden oder das Schiff kann kentern.

Daher sollten Sie beim Halsen mehr Heck beladen, und um zu vermeiden, dass das Großsegel auf eine andere Seite geworfen wird, ist es sinnvoll, das Schothorn des Segels mit einer dünnen Stange (Haken, Ruder) zu spreizen. Dazu wird das dünne Ende der Stange in das Schothorn des Segels eingeführt und das dicke Ende gegen etwas im Inneren des Schiffes – gegen die Seite, den Kiel – gelehnt. Eine Person sollte an der Spreizstange sitzen und diese mit den Händen festhalten.

Sollte sich das Segel dennoch auf die andere Seite geworfen haben, sollten Sie möglichst schnell mit den Händen den Durchhang der Schot aufnehmen, mit dem Körper auf die Pinne drücken und das Schiff auf den Achterstagkurs des Segels bringen was das Segel geworfen hat. Andernfalls kann die Übertragung erneut erfolgen. Das heißt, wenn zum Beispiel das Segel auf dem Backbordschlag war (es wurde auf die Steuerbordseite geworfen) und es auf den Steuerbordschlag geworfen wurde, dann sollte das Schiff bei der Bewegung des Segels auf die Backbordseite auf die Backbordseite gebracht werden Volles Achterstag des Steuerbordschlags (mehr nach rechts nehmen) und so steuern.

Wenn beim Halsen bei starkem Wind Wellen beginnen, das Schiff vom Heck her zu füllen, und es aus irgendeinem Grund unmöglich ist, den Kurs zu ändern, sollte das Heck nicht belastet werden, um die Steuerbarkeit zu verbessern; Stattdessen sollte es an einem starken Ende von 5 bis 8 Längen vom Heck gelöst werden M ziehen (ziehen). Ein Bagger kann ein gebundener, fester Korb sein, der so beladen ist, dass er kaum schwimmt, sowie eine Reihe beliebiger Gegenstände, die nur minimalen Auftrieb haben und einen erheblichen Widerstand bieten. An einer flachen Stelle können Sie einen kleinen glatten Ballast vom Heck herablassen und ihn hinter dem Schiff über den Boden ziehen.

Ein gerades Segel ist, wie bereits erwähnt, zum Wenden ungeeignet, kann aber bei Seitenwind dennoch funktionieren. Von Allgemeine Regeln Mit Abspannungen und Schoten wird es in die gewünschte Position gedreht und mit dem Ruder das Schiff auf dem gewünschten Kurs oder so nah wie möglich daran gehalten. In diesen Fällen werden die Luvschot und die Yard-Gurt nach vorne und die Lee-Schot nach hinten gebracht.

4. Wendungen.

Unter Segeln werden zwei Arten von Wendungen durchgeführt, um die Wende zu ändern: Eine Wende erfolgt, indem das Schiff in den Wind gebracht und der Bug durch die Windlinie bewegt wird; Eine Halsenwende wird durchgeführt, indem man den Bug des Schiffes in den Wind drückt und mit dem Heck die Windlinie kreuzt.

Abbildung 140. Heftzwecke

Eine Wende (Abb. 140) ist bequemer und sicherer als eine Halse, da das Schiff nicht beschleunigt, sondern im Gegenteil fast anhält und mit dem Bug die Windlinie passiert. Vor der Wende geben sie das Kommando: „Wende für die Wende vorbereiten“, etwas voller fahren, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, dann die Großschot aufnehmen, das Ruder in den Wind stellen und die Fockschot trimmen. Das Schiff wird mit dem Bug zum Wind fahren, der Ausleger wird flattern. In dem Moment, in dem das Schiff seinen Bug in den Wind gedreht und das Großsegel gespült hat, ist es sinnvoll, die Großschot wieder aufzunehmen, damit sie beim Überqueren der Windlinie hilft, dazu befehlen sie: „Fock zum Wind.“ ” Dann wird die Großschot gesetzt, die Fockschot wird mit den Schoten auf den neuen Bug bewegt, mit dem Befehl: „Die Fockschot ist auf der Steuerbordseite (oder links)“ und unter ihrer Wirkung darf das Schiff in den Wind fallen auf dem neuen Bug, danach wird die Großschot ausgewählt und auf den gewünschten Kurs eingestellt.

Reis. 141. Yibing

Um das Wenden zu erleichtern, ist es sinnvoll, vor Beginn der Wende ein oder zwei Personen im Bug zu platzieren. Es kann vorkommen, dass das Schiff, nachdem es mit dem Bug zum Wind gekommen ist, anhält und rückwärts fährt. Sie müssen dies überwachen und sofort das Lenkrad bewegen. Dann kann das Lenkrad im Rückwärtsgang das Heck in die gewünschte Richtung drehen und die Wende gelingt. Wenn die Wende überhaupt nicht gelingt, sollten Sie schnell zur vorherigen Wende zurückkehren und das Manöver wiederholen.

Eine Halsewende (Abb. 141) wird durchgeführt, wenn die Form des Fairways dies erfordert oder wenn das Wetter und das Gelände günstig sind. Diese Runde erfordert Platz, da das Schiff viel Geschwindigkeit erhält. Um zu halsen, beginnen sie nach einem Warnbefehl in den Wind zu fallen, wodurch die Großschot allmählich abgesenkt wird. Am Achterstag angekommen, stellen sie das Ruder nach und nach noch weiter in den Wind und wählen gleichzeitig schnell die Großschot aus, damit sie beim Werfen des Segels ausgewählt und das Segel in der Mitte des Schiffes ausgezogen wird .

Dann erfolgt der Übergang des Großsegels auf die andere Seite ruckfrei. Das Schiff kreuzt mit dem Heck die Windlinie, die Segel wechseln auf einen anderen Kurs und „nehmen“ den Wind weg. Die Fockschot ist so getrimmt, dass sie das Schiff nicht daran hindert, mit dem Bug zum Wind zu segeln. Sobald das Schiff auf neuem Kurs angekommen ist, werden Großschot und Ruder auf den gewünschten Kurs gebracht und durch entsprechende Auswahl von Fock und Großschot gesteuert.

Bei starkem Wind wird eine Halse durchgeführt, indem das Großsegel entfernt oder am Mast festgehalten wird.

Nicht weniger wichtig als der Widerstand des Rumpfes ist die von den Segeln entwickelte Zugkraft. Um uns die Funktionsweise von Segeln besser vorstellen zu können, machen wir uns mit den Grundkonzepten der Segeltheorie vertraut.

Wir haben bereits über die Hauptkräfte gesprochen, die auf die Segel einer Yacht wirken, die mit Rückenwind (Halskurs) und Gegenwind (Hinterwindkurs) segelt. Wir haben herausgefunden, dass die auf die Segel wirkende Kraft in die Kraft, die die Yacht zum Rollen und Abdriften vor dem Wind bringt, die Driftkraft und die Zugkraft zerlegt werden kann (siehe Abb. 2 und 3).

Schauen wir uns nun an, wie die Gesamtkraft des Winddrucks auf die Segel bestimmt wird und wovon die Schub- und Driftkräfte abhängen.

Um sich die Funktionsweise eines Segels auf scharfem Kurs vorzustellen, ist es zweckmäßig, zunächst ein flaches Segel zu betrachten (Abb. 94), das bei einem bestimmten Anstellwinkel Winddruck ausgesetzt ist. Dabei bilden sich hinter dem Segel Wirbel, auf der Luvseite entstehen Druckkräfte und auf der Leeseite Verdünnungskräfte. Ihr resultierendes R ist ungefähr senkrecht zur Segelebene gerichtet. Um die Funktion eines Segels richtig zu verstehen, ist es sinnvoll, es sich als Resultierende zweier Komponentenkräfte vorzustellen: in X-Richtung parallel zur Luftströmung (Wind) und in Y-Richtung senkrecht dazu.

Die parallel zur Luftströmung gerichtete Kraft X wird Widerstandskraft genannt; Es entsteht neben dem Segel auch durch Rumpf, Takelage, Spieren und Besatzung der Yacht.

Die senkrecht zur Luftströmung gerichtete Kraft Y wird in der Aerodynamik Auftrieb genannt. Dadurch entsteht auf scharfen Kursen Schub in Bewegungsrichtung der Yacht.

Steigt bei gleichem Widerstand des Segels X (Abb. 95) die Auftriebskraft beispielsweise auf den Wert Y1, dann ändert sich, wie in der Abbildung dargestellt, die Resultierende aus Auftriebskraft und Widerstand um R und , dementsprechend erhöht sich die Schubkraft T auf T1.

Mit einer solchen Konstruktion lässt sich leicht nachweisen, dass mit zunehmendem Widerstand X (bei gleicher Auftriebskraft) der Schub T abnimmt.

Im modernen Segelsport wird die Auftriebskraft eines Segels erhöht, indem man ihm eine konkave Form mit einer gewissen „Bauchigkeit“ verleiht (Abb. 96): Die Größe vom Mast bis zum tiefsten Teil des „Bauchs“ beträgt normalerweise das 0,3- bis 0,4-fache Breite des Segels und Tiefe des „Bauchs“ – etwa 6-10 % der Breite. Die Auftriebskraft eines solchen Segels ist 20–25 % größer als die eines völlig flachen Segels mit nahezu gleichem Widerstand. Zwar segelt eine Yacht mit flachen Segeln etwas steiler in den Wind. Allerdings ist bei Dickbauchsegeln aufgrund des größeren Schubs die Geschwindigkeit des Voranschreitens in Richtung der Wende höher.

Reis. 96. Segelprofil

Beachten Sie, dass bei dickbäuchigen Segeln nicht nur der Schub zunimmt, sondern auch die Driftkraft, was bedeutet, dass das Rollen und Abdriften von Yachten mit dickbäuchigen Segeln größer ist als bei relativ flachen. Daher ist eine „Ausbeulung“ der Segel von mehr als 6-7 % bei starkem Wind unrentabel, da eine Zunahme von Krängung und Drift zu einer deutlichen Erhöhung des Rumpfwiderstands und einer Verringerung der Effizienz der Segel führt, die „auffressen“. der Effekt einer zunehmenden Schubkraft. Bei schwachem Wind ziehen Segel mit einem „Bauch“ von 9-10 % besser, da aufgrund des geringen Gesamtwinddrucks auf das Segel die Krängung klein ist.

Jedes Segel mit einem Anstellwinkel von mehr als 15–20°, das heißt, wenn die Yacht 40–50° oder mehr zum Wind ausgerichtet ist, kann den Auftrieb verringern und den Luftwiderstand erhöhen, da sich auf der Leeseite erhebliche Turbulenzen bilden. Und da der Hauptteil der Auftriebskraft durch eine gleichmäßige, turbulenzfreie Strömung um die Leeseite des Segels erzeugt wird, dürfte die Zerstörung dieser Wirbel große Auswirkungen haben.

Die Turbulenzen, die sich hinter dem Großsegel bilden, werden durch das Setzen des Focks zerstört (Abb. 97). Der in den Spalt zwischen Großsegel und Fock eintretende Luftstrom erhöht seine Geschwindigkeit (sogenannter Düseneffekt) und „leckt“ bei richtiger Einstellung des Focks die Wirbel vom Großsegel.

Reis. 97. Auslegerarbeit

Es ist schwierig, das Profil eines weichen Segels bei verschiedenen Anstellwinkeln konstant zu halten. Früher hatten Jollen durchgehende Latten, die sich durch das gesamte Segel zogen – sie wurden im „Bauch“ dünner und zum Vorliek hin dicker gemacht, wo das Segel viel flacher ist. Heutzutage werden durchgehende Latten hauptsächlich auf Eisbooten und Katamaranen installiert, wo es besonders wichtig ist, das Profil und die Steifigkeit des Segels bei niedrigen Anstellwinkeln beizubehalten, wenn ein normales Segel bereits am Vorliek festt.

Wenn die Auftriebsquelle nur das Segel ist, wird der Widerstand durch alles erzeugt, was in den Luftstrom um die Yacht gelangt. Daher kann eine Verbesserung der Traktionseigenschaften des Segels auch dadurch erreicht werden, dass der Widerstand von Rumpf, Mast, Takelage und Besatzung der Yacht verringert wird. Zu diesem Zweck werden verschiedene Arten von Verkleidungen an Holm und Takelage verwendet.

Der Widerstand eines Segels hängt von seiner Form ab. Nach den Gesetzen der Aerodynamik ist der Widerstand eines Flugzeugflügels umso geringer, je schmaler und länger er bei gleicher Fläche ist. Deshalb versuchen sie, das Segel (im Wesentlichen der gleiche Flügel, aber vertikal platziert) hoch und schmal zu machen. Dadurch können Sie auch den oberen Wind nutzen.

Der Widerstand eines Segels hängt zu einem sehr großen Teil vom Zustand seiner Vorderkante ab. Die Vorlieks aller Segel sollten fest abgedeckt sein, um Vibrationen vorzubeugen.

Es muss noch ein weiterer sehr wichtiger Umstand erwähnt werden – die sogenannte Zentrierung der Segel.

Aus der Mechanik ist bekannt, dass jede Kraft durch ihre Größe, Richtung und Angriffspunkt bestimmt wird. Bisher haben wir nur über die Größe und Richtung der auf das Segel wirkenden Kräfte gesprochen. Wie wir später sehen werden, ist die Kenntnis der Einsatzpunkte von großer Bedeutung für das Verständnis der Funktionsweise von Segeln.

Der Winddruck verteilt sich ungleichmäßig über die Oberfläche des Segels (der vordere Teil erfährt mehr Druck). Um Vergleichsrechnungen zu vereinfachen, wird jedoch davon ausgegangen, dass er gleichmäßig verteilt ist. Für Näherungsberechnungen wird angenommen, dass die resultierende Winddruckkraft auf die Segel auf einen Punkt wirkt; Der Schwerpunkt der Segeloberfläche wird so angenommen, wie er ist, wenn sie in der Mittelebene der Yacht platziert sind. Dieser Punkt wird als Segelmittelpunkt (CS) bezeichnet.

Konzentrieren wir uns auf die einfachste grafische Methode zur Bestimmung der Position der CPU (Abb. 98). Zeichnen Sie die Segelfläche der Yacht im erforderlichen Maßstab ein. Dann wird am Schnittpunkt der Mediane – Linien, die die Eckpunkte des Dreiecks mit den Mittelpunkten gegenüberliegender Seiten verbinden – der Mittelpunkt jedes Segels gefunden. Nachdem Sie auf diese Weise in der Zeichnung die Mittelpunkte O und O1 der beiden Dreiecke erhalten haben, aus denen das Großsegel und das Stagsegel bestehen, zeichnen Sie zwei parallele Linien OA und O1B durch diese Mittelpunkte und legen Sie darauf in entgegengesetzten Richtungen in einem beliebigen, aber im gleichen Maßstab viele lineare Linien auf Einheiten als Quadratmeter im Dreieck; Von der Mitte des Großsegels aus wird der Bereich des Auslegers abgelegt, und von der Mitte des Auslegers aus wird der Bereich des Großsegels abgelegt. Die Endpunkte A und B sind durch die Gerade AB verbunden. Eine weitere Gerade – O1O – verbindet die Mittelpunkte der Dreiecke. Am Schnittpunkt der Geraden A B und O1O liegt ein gemeinsamer Mittelpunkt.

Reis. 98. Grafische Methode zur Bestimmung der Segelmitte

Wie wir bereits gesagt haben, wirkt der Driftkraft (wir gehen davon aus, dass sie in der Mitte des Segels wirkt) die seitliche Widerstandskraft des Yachtrumpfs entgegen. Es wird davon ausgegangen, dass die seitliche Widerstandskraft im Zentrum des seitlichen Widerstands (CLR) wirkt. Der Schwerpunkt des seitlichen Widerstands ist der Schwerpunkt der Projektion des Unterwasserteils der Yacht auf die Mittelebene.

Das Zentrum des seitlichen Widerstands lässt sich ermitteln, indem man aus dickem Papier den Umriss des Unterwasserteils der Yacht ausschneidet und dieses Modell auf eine Messerklinge legt. Wenn das Modell ausbalanciert ist, drücken Sie leicht darauf, drehen Sie es dann um 90° und balancieren Sie es erneut. Der Schnittpunkt dieser Linien gibt uns den Mittelpunkt des seitlichen Widerstands.

Wenn die Yacht ohne Krängung segelt, sollte der CP auf derselben vertikalen Geraden wie der CB liegen (Abb. 99). Liegt der CP vor der Zentralstation (Abb. 99, b), dann dreht die gegenüber der seitlichen Widerstandskraft nach vorne verlagerte Driftkraft den Bug des Schiffes in den Wind – die Yacht fällt ab. Befindet sich die CPU hinter der Zentralstation, dreht die Yacht ihren Bug in den Wind oder wird angetrieben (Abb. 99, c).

Reis. 99. Yachtausrichtung

Sowohl eine übermäßige Anpassung an den Wind als auch insbesondere ein Strömungsabriss (falsche Zentrierung) sind schädlich für das Segeln der Yacht, da sie den Steuermann dazu zwingen, das Ruder ständig zu betätigen, um die Geradeausrichtung beizubehalten, was den Rumpfwiderstand erhöht und die Geschwindigkeit des Schiffes verringert. Darüber hinaus führt eine falsche Ausrichtung zu einer Verschlechterung der Kontrollierbarkeit und in einigen Fällen zu deren völligem Verlust.

Wenn wir die Yacht zentrieren, wie in Abb. 99, und das heißt, die CPU und das zentrale Steuerungssystem befinden sich auf derselben Vertikalen, dann wird das Schiff sehr stark angetrieben und es wird sehr schwierig, es zu steuern. Was ist los? Hier gibt es zwei Hauptgründe. Erstens stimmt die wahre Lage der CPU und des Zentralnervensystems nicht mit der theoretischen überein (beide Zentren sind nach vorne verschoben, aber nicht gleich).

Zweitens, und das ist die Hauptsache, liegen beim Krängen die Zugkraft der Segel und die Längswiderstandskraft des Rumpfes in verschiedenen vertikalen Ebenen (Abb. 100), es stellt sich wie ein Hebel dar, der die Yacht zwingt gefahren werden. Je größer die Rollbewegung, desto anfälliger ist das Schiff für das Stampfen.

Um eine solche Adduktion zu verhindern, wird der CP vor dem Zentralnervensystem platziert. Das beim Rollen entstehende Zug- und Längswiderstandsmoment, das die Yacht zum Fahren zwingt, wird durch das Fangmoment der Driftkräfte und des Querwiderstands kompensiert, wenn sich der CP vorne befindet. Für eine gute Zentrierung ist es notwendig, den CP in einem Abstand von 10–18 % der Länge der Yacht entlang der Wasserlinie vor dem CB zu platzieren. Je weniger stabil die Yacht ist und je höher die CPU über die Zentralstation angehoben wird, desto mehr muss sie zum Bug verschoben werden.

Damit sich die Yacht gut bewegen kann, muss sie zentriert sein, d Mit anderen Worten, es lag stabil auf dem Kurs, wenn das Ruder im DP eingelegt oder fixiert war (erlaubte eine leichte Tendenz zum Aufschwimmen bei sehr schwachem Wind) und hatte bei stärkerem Wind die Tendenz zum Aufschwimmen. Jeder Steuermann muss in der Lage sein, die Yacht richtig zu zentrieren. Bei den meisten Yachten erhöht sich die Rollneigung, wenn die hinteren Segel überholt werden und die vorderen Segel locker sind. Wenn die vorderen Segel überholt werden und die hinteren Segel beschädigt werden, sinkt das Schiff. Mit zunehmender „Bauchigkeit“ des Großsegels sowie schlecht positionierten Segeln wird die Yacht tendenziell stärker gefahren.

Reis. 100. Der Einfluss der Krängung darauf, die Yacht in den Wind zu bringen