การแสดงเรือใบในสายลมต่างๆ การแล่นเรือทำงานอย่างไร?

ฉันคิดว่าพวกเราหลายคนคงมีโอกาสดำดิ่งลงสู่ก้นทะเลด้วยยานพาหนะใต้น้ำบางประเภท แต่ถึงกระนั้น คนส่วนใหญ่ก็ยังชอบการเดินทางในทะเลด้วยเรือใบมากกว่า เมื่อไม่มีเครื่องบินหรือรถไฟก็มีแต่เรือใบ หากไม่มีพวกเขาโลกก็ไม่เหมือนเดิม

เรือใบที่มีใบเรือตรงได้นำชาวยุโรปมายังอเมริกา ดาดฟ้าที่มั่นคงและที่เก็บสัมภาระอันกว้างขวางของพวกเขาบรรทุกคนและเสบียงเพื่อสร้างโลกใหม่ แต่เรือโบราณเหล่านี้ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน พวกเขาเดินช้าๆและเกือบจะไปในทิศทางเดียวกันกับลม มีการเปลี่ยนแปลงมากมายตั้งแต่นั้นมา ปัจจุบันพวกเขาใช้หลักการที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในการควบคุมพลังของลมและคลื่น ดังนั้นหากคุณต้องการขี่รถสมัยใหม่ คุณจะต้องเรียนรู้ฟิสิกส์บ้าง

การแล่นเรือใบสมัยใหม่ไม่เพียงแต่เคลื่อนที่ไปตามลมเท่านั้น แต่ยังเป็นสิ่งที่ทำหน้าที่บนใบเรือและทำให้มันบินได้เหมือนปีกอีกด้วย และ "บางสิ่ง" ที่มองไม่เห็นนี้เรียกว่าแรงยก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าแรงด้านข้าง

ผู้สังเกตการณ์ที่เอาใจใส่อดไม่ได้ที่จะสังเกตเห็นว่าไม่ว่าลมจะพัดไปทางไหน เรือยอชท์จะเคลื่อนที่ไปในที่ที่กัปตันต้องการเสมอ แม้ว่าลมจะพัดปะทะก็ตาม อะไรคือความลับของการผสมผสานระหว่างความดื้อรั้นและการเชื่อฟังที่น่าทึ่งเช่นนี้

หลายๆ คนไม่รู้ด้วยซ้ำว่าใบเรือก็คือปีก และหลักการทำงานของปีกกับใบเรือก็เหมือนกัน มันขึ้นอยู่กับแรงยก เฉพาะในกรณีที่แรงยกของปีกเครื่องบินดันเครื่องบินขึ้นโดยใช้ลมปะทะ จากนั้นใบเรือในแนวตั้งจะบังคับเรือใบไปข้างหน้า เพื่ออธิบายสิ่งนี้จากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ จำเป็นต้องกลับไปสู่พื้นฐาน - วิธีการทำงานของใบเรือ

ดูกระบวนการจำลองที่แสดงให้เห็นว่าอากาศกระทำต่อระนาบใบเรืออย่างไร คุณจะเห็นได้ว่าอากาศไหลผ่านใต้แบบจำลองซึ่งมีส่วนโค้งมากกว่า ให้โค้งงอเพื่อหมุนไปรอบๆ ในกรณีนี้กระแสต้องเร่งหน่อย เป็นผลให้เกิดบริเวณความกดอากาศต่ำซึ่งทำให้เกิดแรงยก ความกดอากาศต่ำที่ด้านล่างช่วยดึงใบเรือลง

กล่าวอีกนัยหนึ่งบริเวณที่มีความกดอากาศสูงจะพยายามเคลื่อนตัวไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำทำให้เกิดแรงกดดันต่อใบเรือ ความแตกต่างของความดันเกิดขึ้น ซึ่งทำให้เกิดแรงยก เนื่องจากรูปร่างของใบเรือ ความเร็วลมด้านในรับลมจึงต่ำกว่าด้านใต้ลม เกิดสุญญากาศที่ด้านนอก อากาศถูกดูดเข้าไปในใบเรืออย่างแท้จริง ซึ่งดันเรือยอทช์แล่นไปข้างหน้า

ที่จริงแล้วหลักการนี้ค่อนข้างเข้าใจง่าย เพียงพิจารณาเรือใบทุกลำให้ละเอียดยิ่งขึ้น เคล็ดลับที่นี่คือใบเรือไม่ว่าจะอยู่ในตำแหน่งใดก็ตาม ถ่ายโอนพลังงานลมไปยังเรือ และแม้ว่าสายตาจะดูเหมือนว่าใบเรือควรจะชะลอความเร็วเรือยอชท์ แต่ศูนย์กลางของการใช้กำลังจะอยู่ใกล้กับหัวเรือมากขึ้น เรือใบและแรงลมช่วยให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้

แต่นี่เป็นทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติทุกอย่างแตกต่างออกไปเล็กน้อย ในความเป็นจริงเรือยอชท์ที่แล่นไม่สามารถแล่นทวนลมได้ - มันเคลื่อนที่ไปในมุมหนึ่งซึ่งเรียกว่าแทค

เรือใบเคลื่อนที่เนื่องจากความสมดุลของกำลัง ใบเรือทำหน้าที่เหมือนปีก ลิฟต์ที่ผลิตส่วนใหญ่จะหันไปทางด้านข้าง โดยจะเคลื่อนไปข้างหน้าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความลับของปรากฏการณ์มหัศจรรย์นี้คือใบเรือที่เรียกว่า "ล่องหน" ซึ่งอยู่ใต้ท้องเรือยอชท์ นี่คือกระดูกงูหรือกระดานกลางในภาษาทะเล การยกแผงกลางยังทำให้เกิดแรงยกซึ่งหันไปทางด้านข้างเป็นหลักด้วย กระดูกงูต้านทานส้นเท้าและแรงฝ่ายตรงข้ามที่กระทำบนใบเรือ

นอกจากแรงยกแล้วยังมีการม้วนเกิดขึ้นซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เป็นอันตรายต่อการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและเป็นอันตรายต่อลูกเรือของเรือ แต่นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีลูกเรืออยู่บนเรือยอชท์ เพื่อใช้เป็นตัวถ่วงชีวิตให้กับกฎฟิสิกส์ที่ไม่มีวันสิ้นสุด

ในเรือใบสมัยใหม่ ทั้งกระดูกงูและใบเรือทำงานร่วมกันเพื่อขับเคลื่อนเรือใบไปข้างหน้า แต่ตามที่นักเดินเรือมือใหม่จะยืนยัน ในทางปฏิบัติทุกอย่างมีความซับซ้อนมากกว่าในทางทฤษฎีมาก กะลาสีเรือที่มีประสบการณ์รู้ดีว่าการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของใบเรือทำให้สามารถยกและควบคุมทิศทางได้มากขึ้น ด้วยการเปลี่ยนส่วนโค้งของใบเรือ กะลาสีที่มีทักษะจะควบคุมขนาดและตำแหน่งของพื้นที่ที่สร้างแรงยก การโค้งงอไปข้างหน้าลึกสามารถสร้างพื้นที่รับแรงกดดันได้มาก แต่หากโค้งงอใหญ่เกินไปหรือขอบนำสูงชันเกินไป โมเลกุลของอากาศจะไม่ตามโค้งงอ กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากวัตถุมีมุมที่แหลมคม อนุภาคของการไหลจะไม่สามารถหมุนได้ - โมเมนตัมของการเคลื่อนไหวนั้นแรงเกินไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การไหลแบบแยก" ผลลัพธ์ของเอฟเฟกต์นี้คือใบเรือจะ "กวาด" สูญเสียลม

คำแนะนำที่เป็นประโยชน์เพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้พลังงานลมมีดังนี้ มุ่งหน้าสู่สายลมได้อย่างเหมาะสม (แข่งลมแบบประชิด) ชาวเรือเรียกมันว่า "การล่องเรือทวนลม" ลมปรากฏซึ่งมีความเร็ว 17 นอต เร็วกว่าลมจริงที่สร้างระบบคลื่นอย่างเห็นได้ชัด ความแตกต่างในทิศทางคือ 12° ทิศทางถึงลมที่ชัดเจน - 33° ถึงลมจริง - 45°

ลมที่พัดไปทางทิศตะวันตกในมหาสมุทรแปซิฟิกใต้ นั่นคือเหตุผลที่เส้นทางของเราได้รับการออกแบบเพื่อให้บนเรือยอชท์แล่นเรือใบ "จูเลียต" เราเคลื่อนจากตะวันออกไปตะวันตกนั่นคือเพื่อให้ลมพัดไปทางด้านหลังของเรา

อย่างไรก็ตาม หากคุณดูเส้นทางของเรา คุณจะสังเกตได้ว่าบ่อยครั้ง เช่น เมื่อเดินทางจากใต้ไปทางเหนือจากซามัวไปยังโตเกเลา เราต้องเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับลม และบางครั้งทิศทางลมก็เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงจนเราต้องทวนลม

เส้นทางของจูเลียต

จะทำอย่างไรในกรณีนี้?

เรือใบสามารถแล่นทวนลมมานานแล้ว Yakov Perelman คลาสสิกเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อนานมาแล้วอย่างดีและเรียบง่ายในหนังสือเล่มที่สองของเขาจากซีรีส์เรื่อง "Entertaining Physics" ฉันนำเสนองานชิ้นนี้ที่นี่คำต่อคำพร้อมรูปภาพ

“ล่องลอยต้านลม

เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าเรือใบสามารถแล่น "ทวนลม" ได้อย่างไร - หรืออย่างที่กะลาสีพูดว่า "แล่นในระยะใกล้" จริงอยู่ กะลาสีเรือจะบอกคุณว่าคุณไม่สามารถแล่นทวนลมโดยตรงได้ แต่คุณสามารถเคลื่อนที่ในมุมแหลมตามทิศทางของลมเท่านั้น แต่มุมนี้มีขนาดเล็ก ประมาณหนึ่งในสี่ของมุมฉาก และบางทีก็ดูเหมือนจะเข้าใจไม่แพ้กัน ไม่ว่าจะแล่นทวนลมโดยตรงหรือทำมุมกับลม 22°

อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง นี่ไม่ใช่การเฉยเมย และตอนนี้เราจะอธิบายว่าเป็นไปได้อย่างไรที่จะเคลื่อนเข้าหามันในมุมเล็กน้อยด้วยแรงลม ขั้นแรก มาดูกันว่าโดยทั่วไปแล้วลมทำหน้าที่อย่างไรบนใบเรือ นั่นคือจุดที่ลมพัดใบเรือเมื่อมันพัดไป คุณคงคิดว่าลมมักจะดันใบเรือไปในทิศทางที่พัดเสมอ แต่กลับไม่เป็นเช่นนั้น: ไม่ว่าลมจะพัดไปทางใด ใบเรือก็จะดันใบตั้งฉากกับระนาบใบเรือ แท้จริงแล้ว ให้ลมพัดไปในทิศทางที่ลูกศรระบุในรูปด้านล่าง เส้น AB หมายถึงใบเรือ

ลมจะดันใบเรือเป็นมุมฉากกับระนาบเสมอ

เนื่องจากลมพัดอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวทั้งหมดของใบเรือ เราจึงแทนที่ความกดดันลมด้วยแรง R ที่ตรงกลางใบเรือ เราจะแบ่งแรงออกเป็นสองส่วน: แรง Q ซึ่งตั้งฉากกับใบเรือ และแรง P ซึ่งพุ่งไปตามแรงนั้น (ดูรูปด้านบน ขวา) แรงสุดท้ายผลักใบเรือไปไม่ได้เนื่องจากการเสียดสีของลมบนผืนผ้าใบไม่มีนัยสำคัญ แรง Q ยังคงอยู่ ซึ่งดันใบเรือเป็นมุมฉากกับแรงดังกล่าว

เมื่อรู้สิ่งนี้แล้ว เราก็จะเข้าใจได้ง่ายว่าเรือใบสามารถแล่นในมุมแหลมเข้าหาลมได้อย่างไร ให้เส้น KK แทนเส้นกระดูกงูของเรือ

คุณจะแล่นทวนลมได้อย่างไร?

ลมพัดเป็นมุมแหลมถึงเส้นนี้ในทิศทางที่ระบุด้วยชุดลูกศร เส้น AB หมายถึงใบเรือ มันถูกวางไว้เพื่อให้ระนาบของมันแบ่งมุมระหว่างทิศทางของกระดูกงูและทิศทางของลม ติดตามการกระจายแรงในรูป เราแสดงแรงดันลมบนใบเรือด้วยแรง Q ซึ่งเรารู้ว่าจะต้องตั้งฉากกับใบเรือ ให้เราแบ่งแรงนี้เป็นสองส่วน: แรง R ซึ่งตั้งฉากกับกระดูกงู และแรง S ซึ่งพุ่งไปข้างหน้าตามแนวกระดูกงูของเรือ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของเรือในทิศทาง R พบกับแรงต้านทานจากน้ำอย่างแรง (กระดูกงูในเรือใบอยู่ลึกมาก) แรง R จึงมีความสมดุลเกือบทั้งหมดจากการต้านทานของน้ำ เหลือเพียงแรง S เดียวเท่านั้น ซึ่งอย่างที่คุณเห็น พุ่งไปข้างหน้า ดังนั้น จึงเคลื่อนเรือไปในมุมหนึ่งราวกับหันไปทางลม [สามารถพิสูจน์ได้ว่าแรง S จะยิ่งใหญ่ที่สุดเมื่อระนาบใบเรือตัดมุมระหว่างกระดูกงูกับทิศทางลม] โดยทั่วไปการเคลื่อนไหวนี้จะดำเนินการในรูปแบบซิกแซก ดังแสดงในรูปด้านล่าง ในภาษาของกะลาสีเรือ การเคลื่อนไหวของเรือเช่นนี้เรียกว่า "การยึดเกาะ" ในความหมายที่เข้มงวดของคำนี้"

ตอนนี้ลองพิจารณาทิศทางลมที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่สัมพันธ์กับทิศทางของเรือ

แผนภาพแสดงทิศทางของเรือสัมพันธ์กับลม กล่าวคือ มุมระหว่างทิศทางลมและเวกเตอร์จากท้ายเรือถึงหัวเรือ (หลักสูตร)

เมื่อลมพัดเข้าหน้าคุณ (เลเวนทิค) ใบเรือจะห้อยลงมาจากด้านหนึ่งไปอีกด้านและไม่สามารถเคลื่อนตัวไปตามใบเรือได้ แน่นอน คุณสามารถลดใบเรือลงและเปิดเครื่องยนต์ได้ตลอดเวลา แต่สิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการแล่นเรืออีกต่อไป

เมื่อลมพัดไปทางด้านหลังคุณโดยตรง (ลมพัด ลมพัด) โมเลกุลของอากาศที่ถูกเร่งจะสร้างแรงกดดันต่อใบเรือด้านหนึ่ง และเรือก็เคลื่อนตัว ในกรณีนี้ เรือสามารถเคลื่อนที่ได้ช้ากว่าความเร็วลมเท่านั้น ความคล้ายคลึงของการขี่จักรยานท่ามกลางลมได้ผลที่นี่ - ลมพัดไปทางหลังของคุณและหมุนแป้นได้ง่ายกว่า

เมื่อเคลื่อนที่ทวนลม (ระยะประชิด) ใบเรือจะเคลื่อนที่ไม่ใช่เพราะความกดดันของโมเลกุลอากาศบนใบเรือจากด้านหลัง เช่น ในกรณีของกระพือปีก แต่เป็นเพราะแรงยกที่ถูกสร้างขึ้นเนื่องจากความเร็วลมที่แตกต่างกัน ทั้งสองข้างตามใบเรือ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากกระดูกงู เรือจึงไม่เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางของเรือ แต่จะเคลื่อนไปข้างหน้าเท่านั้น นั่นคือใบเรือในกรณีนี้ไม่ใช่ร่มเช่นเดียวกับในกรณีของใบเรือที่ลากใกล้ แต่เป็นปีกเครื่องบิน

ระหว่างทางของเรา เราแล่นแบบแบ็คสเตย์และลมอ่าวเป็นหลักด้วยความเร็วเฉลี่ย 7-8 นอตด้วยความเร็วลม 15 นอต บางครั้งเราแล่นทวนลม ครึ่งลม และแล่นประชิด และเมื่อลมสงบลงพวกเขาก็เปิดเครื่อง

โดยทั่วไปแล้ว เรือที่มีใบแล่นทวนลมไม่ใช่ปาฏิหาริย์ แต่เป็นความจริง

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือเรือสามารถแล่นได้ไม่เพียงแต่ทวนลมเท่านั้น แต่ยังเร็วกว่าลมด้วยซ้ำ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเรือถอยกลับทำให้เกิดลมในตัวมันเอง

ลมจะดันใบเรือเป็นมุมฉากกับระนาบเสมอ

เนื่องจากลมพัดอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวทั้งหมดของใบเรือ เราจึงแทนที่ความกดดันลมด้วยแรง R ที่ตรงกลางใบเรือ ลองแบ่งพลังนี้ออกเป็นสอง: พลัง ถามตั้งฉากกับใบเรือ และแรง P พุ่งไปตามใบเรือ (ดูรูปด้านบน ขวา) แรงสุดท้ายผลักใบเรือไปไม่ได้เนื่องจากการเสียดสีของลมบนผืนผ้าใบไม่มีนัยสำคัญ ความแข็งแกร่งยังคงอยู่ ถามซึ่งดันใบเรือเป็นมุมฉากกับมัน

เมื่อรู้สิ่งนี้แล้ว เราก็จะเข้าใจได้ง่ายว่าเรือใบสามารถแล่นในมุมแหลมเข้าหาลมได้อย่างไร ให้เส้น การควบคุมคุณภาพแสดงให้เห็นเส้นกระดูกงูของเรือ

คุณจะแล่นทวนลมได้อย่างไร?

ลมพัดเป็นมุมแหลมถึงเส้นนี้ในทิศทางที่ระบุด้วยชุดลูกศร เส้น เอบีแสดงให้เห็นใบเรือ; มันถูกวางไว้เพื่อให้ระนาบของมันแบ่งมุมระหว่างทิศทางของกระดูกงูและทิศทางของลม ติดตามการกระจายแรงในรูป เราเป็นตัวแทนของพลังลมบนใบเรือ ถามซึ่งเรารู้ว่าควรตั้งฉากกับใบเรือ ลองแบ่งพลังนี้ออกเป็นสอง: พลัง รตั้งฉากกับกระดูกงูและแรง สมุ่งไปข้างหน้าตามแนวกระดูกงูของเรือ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของเรือเป็นไปในทิศทาง รมีคุณสมบัติต้านทานน้ำได้สูง (กระดูกงูในเรือใบนั้นลึกมาก) จากนั้นจึงรับแรง รเกือบจะสมดุลอย่างสมบูรณ์ด้วยการต้านทานน้ำ เหลือเพียงความแข็งแกร่งเท่านั้น สซึ่งอย่างที่คุณเห็นนั้นมุ่งไปข้างหน้าและเคลื่อนเรือเป็นมุมราวกับหันไปทางลม [สามารถพิสูจน์ได้ว่าพลังนั้น สจะได้ค่าสูงสุดเมื่อระนาบใบเรือตัดมุมระหว่างทิศทางของกระดูกงูกับลม]โดยทั่วไปการเคลื่อนไหวนี้จะดำเนินการในรูปแบบซิกแซก ดังแสดงในรูปด้านล่าง ในภาษาของกะลาสีเรือการเคลื่อนไหวของเรือดังกล่าวเรียกว่า "การยึด" ในความหมายที่เข้มงวดของคำ

เรือใบเคลื่อนที่ได้อย่างไร? แน่นอนว่าสาเหตุของการเคลื่อนไหวคือแรงลมบนใบเรือ แต่น่าประหลาดใจที่เรือใบสามารถเคลื่อนที่ได้ไม่เพียงแต่ในทิศทางที่ลมพัดเท่านั้น แต่ยังไปในทิศทางตรงกันข้ามด้วย (เกือบจะไปในทิศทางตรงกันข้ามในมุมแหลมเปลี่ยนทิศทาง แต่ยังเคลื่อนที่ทวนลม) หลักการทางกายภาพของเรือที่เคลื่อนที่ทวนลมมีอะไรบ้าง?

ลองพิจารณาแรงที่กระทำต่อเรือยอทช์ที่แล่นในมุมแหลมกับลม แรงที่กระทำบนใบเรือสามารถสลายตัวเป็นแรงที่ทำให้เรือยอชท์หมุนและลอยไปตามลม - แรงดริฟท์และแรงดึง (ดูรูป) มาดูกันว่าแรงลมทั้งหมดบนใบเรือถูกกำหนดอย่างไร และแรงผลักดันและแรงดริฟท์ขึ้นอยู่กับอะไร

หากต้องการจินตนาการถึงประสิทธิภาพของใบเรือบนเส้นทางที่คมกริบ อันดับแรกจะสะดวกที่จะพิจารณาใบเรือเรียบที่ได้รับแรงกดดันจากลมในมุมหนึ่งของการโจมตี ในกรณีนี้ เกิดกระแสน้ำวนขึ้นด้านหลังใบเรือ แรงกดดันเกิดขึ้นที่ด้านลม และแรงที่ทำให้เกิดการทำให้บริสุทธิ์เกิดขึ้นที่ด้านใต้ลม R ผลลัพธ์ของพวกมันตั้งฉากกับระนาบใบเรือโดยประมาณ เพื่อให้เข้าใจการทำงานของใบเรือได้อย่างถูกต้อง จะสะดวกที่จะจินตนาการว่ามันเป็นผลมาจากแรงสองส่วน: ทิศทาง X ขนานกับการไหลของอากาศ (ลม) และทิศทาง Y ตั้งฉากกับแรงลม

แรง X ที่ขนานไปกับการไหลของอากาศเรียกว่าแรงลาก นอกเหนือจากใบเรือแล้ว มันถูกสร้างขึ้นโดยตัวเรือ ระโยงเรือ เสากระโดง และลูกเรือของเรือยอชท์ด้วย

แรง Y ที่ตั้งฉากกับการไหลของอากาศเรียกว่าแรงยกตามหลักอากาศพลศาสตร์ บนเส้นทางที่คมกริบ มันจะสร้างแรงผลักดันไปในทิศทางการเคลื่อนที่ของเรือยอชท์

ด้วยการลาก X ของใบเรือเดียวกัน ถ้าแรงยกเพิ่มขึ้น เช่น เป็นค่า Y1 ดังนั้น ดังแสดงในรูป ผลลัพธ์ของแรงยกและแรงลากจะเปลี่ยนเป็น R และตามที่แสดงในภาพ แรงผลักดัน T จะเพิ่มขึ้นเป็น T1

การพึ่งพาแรงขับและแรงดริฟท์ต่อแรงยกและการลากของใบเรือ

จากภาพวาดนี้จะเห็นได้ว่าเมื่อเพิ่มการลาก X (ที่แรงยกเท่ากัน) แรงขับ T จะลดลง

ดังนั้นจึงมีสองวิธีในการเพิ่มแรงฉุดและความเร็วบนเส้นทางที่คม: การเพิ่มแรงยกของใบเรือและลดการลากของใบเรือและเรือยอชท์

ในการแล่นเรือใบสมัยใหม่ แรงยกของใบเรือจะเพิ่มขึ้นโดยทำให้ใบเรือมีรูปร่างเว้าและมี "ความอ้วน" อยู่บ้าง โดยขนาดจากเสากระโดงจนถึงจุดที่ลึกที่สุดของ "ท้อง" มักจะอยู่ที่ 0.3-0.4 เท่าของความกว้างของใบเรือ และความลึกของ “พุง” กว้างประมาณ 6-10 % แรงยกของใบเรือดังกล่าวสูงกว่าใบเรือเรียบสนิทถึง 20-25% โดยมีแรงลากเกือบเท่ากัน จริงอยู่ เรือยอชท์ที่มีใบเรือเรียบแล่นไปตามลมได้ชันกว่าเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ด้วยใบเรือที่ล่องลอย ความเร็วของความคืบหน้าในการยึดเกาะจะมากขึ้นเนื่องจากมีแรงผลักดันที่มากขึ้น โปรดทราบว่าเมื่อใช้ใบเรือแบบ Potbellied ไม่เพียงเพิ่มแรงขับเท่านั้น แต่ยังเพิ่มแรงดริฟท์ด้วย ซึ่งหมายความว่าการม้วนและการดริฟท์ของเรือยอชท์ที่มีใบเรือ Potbelted นั้นมากกว่าแบบที่ค่อนข้างแบน ดังนั้นการแล่นเรือ "โป่ง" มากกว่า 6-7% ในลมแรงจึงไม่มีประโยชน์เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของส้นเท้าและการดริฟท์ทำให้ความต้านทานของตัวถังเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและประสิทธิภาพของใบเรือลดลงซึ่ง "กิน" ผลของแรงผลักดันที่เพิ่มขึ้น ในช่วงที่มีลมแรงใบเรือที่มี "พุง" 9-10% จะดึงได้ดีกว่าเนื่องจากความกดอากาศรวมบนใบเรือต่ำส้นเท้าจึงมีขนาดเล็ก

ก่อนที่จะดูว่าใบเรือทำงานอย่างไร มีสองประเด็นสั้นๆ แต่สำคัญที่ต้องพิจารณา:
1. พิจารณาว่าลมชนิดใดที่ส่งผลต่อใบเรือ
2.พูดคุยเกี่ยวกับคำศัพท์เฉพาะทางทะเลที่เกี่ยวข้องกับหลักสูตรที่เกี่ยวข้องกับลม

ลมที่แท้จริงและชัดเจนในการแล่นเรือสำราญ

ลมที่กระทำกับเรือที่กำลังเคลื่อนที่และทุกสิ่งที่อยู่บนเรือนั้นแตกต่างจากลมที่กระทำกับวัตถุที่อยู่นิ่งใดๆ
จริงๆ แล้ว ลมในฐานะปรากฏการณ์บรรยากาศที่พัดสัมพันธ์กับพื้นดินหรือน้ำคือสิ่งที่เราเรียกว่าลมที่แท้จริง
ในการแล่นเรือยอทช์ ลมที่เกี่ยวข้องกับเรือยอชท์ที่กำลังเคลื่อนที่เรียกว่าลมที่ชัดเจนและเป็นผลรวมของลมที่แท้จริงและการไหลของอากาศที่กำลังมาถึงซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของเรือ
ลมที่ปรากฏจะพัดในมุมที่คมกว่าเรือมากกว่าลมจริงเสมอ
ความเร็วลมที่ปรากฏอาจมากกว่า (หากลมที่แท้จริงเป็นลมหน้าหรือลมข้าง) หรือน้อยกว่าลมจริง (หากมาจากลมท้าย)

ทิศทางสัมพันธ์กับลม

ในสายลมหมายถึงทิศที่ลมพัดมา
ล่องลม- จากทิศทางที่ลมพัด
คำเหล่านี้ รวมถึงคำที่มาจากคำเหล่านี้ เช่น "ลม" "ลม" มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย และไม่เพียงแต่ในการแล่นเรือสำราญเท่านั้น
เมื่อนำคำเหล่านี้ไปใช้กับเรือ เป็นเรื่องปกติที่จะต้องพูดถึงด้านลมและลมด้วย
หากลมพัดมาจากกราบขวาของเรือยอทช์ ฝั่งนี้ก็จะเรียกว่า ไปทางลม, ด้านซ้าย - ใต้ลมตามลำดับ
การยึดทางกราบขวาของท่าเรือและกราบขวาเป็นคำสองคำที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับคำก่อนหน้า: หากลมพัดไปทางกราบขวาของเรือ พวกเขาบอกว่าเรือกำลังแล่นไปทางกราบขวา หากอยู่ทางซ้ายก็ไปทางซ้าย
ในคำศัพท์ภาษาอังกฤษเกี่ยวกับการเดินเรือ สิ่งที่เกี่ยวข้องกับกราบขวาและท่าเรือแตกต่างจากด้านขวาและซ้ายตามปกติ พวกเขาพูดว่าสตาร์บอร์ดเกี่ยวกับกราบขวาและทุกอย่างที่เกี่ยวข้อง และท่าเรือเกี่ยวกับด้านซ้าย

หลักสูตรสัมพันธ์กับลม

เส้นทางที่สัมพันธ์กับลมจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับมุมระหว่างทิศทางของลมที่ปรากฏและทิศทางที่เรือกำลังเคลื่อนที่ พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นเฉียบพลันและเต็ม

การลากระยะประชิดเป็นวิถีที่คมกริบเมื่อเทียบกับลม เมื่อลมพัดทำมุมน้อยกว่า 80° อาจมีลมพัดระยะใกล้สูงชัน (สูงถึง 50°) หรือลมพัดระยะใกล้เต็มที่ (ตั้งแต่ 50 ถึง 80°)
เส้นทางแบบเต็มสัมพันธ์กับลมคือเส้นทางที่ลมพัดทำมุม 90° หรือมากกว่ากับทิศทางที่เรือยอชท์กำลังเคลื่อนที่
หลักสูตรเหล่านี้ประกอบด้วย:
Gulfwind - ลมพัดทำมุม 80 ถึง 100°
แบ็คสเตย์ - ลมพัดเป็นมุมตั้งแต่ 100 ถึง 150° (แบ็คสเตย์สูงชัน) และจาก 150 ถึง 170° (แบ็คสเตย์เต็ม)
Fordewind - ลมพัดไปทางด้านหลังเป็นมุมมากกว่า 170°
ฝ่ายซ้าย - ลมพัดปะทะหรือเข้าใกล้อย่างเคร่งครัด เนื่องจากเรือใบไม่สามารถเคลื่อนที่ทวนลมได้จึงมักเรียกว่าไม่ใช่เส้นทาง แต่เป็นตำแหน่งที่สัมพันธ์กับลม

การซ้อมรบสัมพันธ์กับลม

เมื่อเรือยอทช์ที่อยู่ใต้ใบเปลี่ยนทิศทางจนมุมระหว่างลมกับทิศทางการเคลื่อนที่ลดลง เรือลำนั้นจึงถูกเรียกว่า จะได้รับ- กล่าวอีกนัยหนึ่ง การแบนหมายถึงการไปในมุมที่คมชัดยิ่งขึ้นกับลม
หากเกิดกระบวนการย้อนกลับ เช่น เรือยอชท์เปลี่ยนเส้นทางเพื่อเพิ่มมุมระหว่างเรือกับลม นั่นคือตัวเรือ หายไป .
ให้เราชี้แจงว่าคำว่า ("นำ" และ "ตก") จะใช้เมื่อเรือเปลี่ยนวิถีสัมพันธ์กับลมภายในเส้นทางเดียวกัน
หากเรือเปลี่ยนทิศทาง (และเมื่อนั้นเท่านั้น!) การซ้อมรบในการแล่นเรือสำราญเช่นนี้เรียกว่าการเลี้ยว
มีสองวิธีที่แตกต่างกันในการเปลี่ยนแทค และตามลำดับ: ตะปูและ จิ๊บ .
ตะปูคือการหันไปทางลม เรือถูกขับเคลื่อน หัวเรือข้ามแนวลม เมื่อถึงจุดหนึ่งเรือจะแล่นผ่านตำแหน่งทางซ้ายมือ แล้วจึงไปนอนบนตะปูอีกอันหนึ่ง
การแล่นเรือสำราญเมื่อเกิดอาการจิ๊บส์ในลักษณะตรงกันข้าม: เรือหลุดออกไป ท้ายเรือข้ามแนวลม ใบเรือถูกย้ายไปอีกด้านหนึ่ง เรือยอชท์อยู่บนแทคอื่น ส่วนใหญ่แล้วนี่เป็นการเปลี่ยนจากหลักสูตรเต็มหลักสูตรหนึ่งไปอีกหลักสูตรหนึ่ง

การดำเนินการเดินเรือระหว่างการล่องเรือ

หนึ่งในความท้าทายหลักสำหรับกะลาสีเรือเมื่อทำงานกับใบเรือคือการวางใบเรือในมุมที่เหมาะสมที่สุดโดยสัมพันธ์กับลมเพื่อขับเคลื่อนใบเรือไปข้างหน้าได้ดีที่สุด ในการทำเช่นนี้ คุณต้องเข้าใจว่าใบเรือมีปฏิกิริยาอย่างไรกับลม
งานใบเรือมีความคล้ายคลึงกับงานปีกเครื่องบินหลายประการและเกิดขึ้นตามกฎของอากาศพลศาสตร์ สำหรับนักเล่นเรือยอทช์ที่อยากรู้อยากเห็นเป็นพิเศษ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์ของการแล่นเรือเป็นปีกได้ในบทความชุดต่างๆ: แต่ควรทำเช่นนี้หลังจากอ่านบทความนี้แล้ว โดยค่อยๆ ย้ายจากเนื้อหาที่ง่ายไปเป็นเนื้อหาที่ซับซ้อนมากขึ้น แม้ว่าฉันจะบอกเรื่องนี้กับใคร? นักเล่นเรือยอทช์ตัวจริงไม่กลัวความยากลำบาก และคุณสามารถทำทุกอย่างตรงกันข้ามได้

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างใบเรือและปีกเครื่องบินก็คือ เพื่อให้แรงอากาศพลศาสตร์ปรากฏบนใบเรือ จำเป็นต้องมีมุมที่ไม่เป็นศูนย์ระหว่างลมกับลม มุมนี้เรียกว่ามุมการโจมตี ปีกเครื่องบินมีลักษณะไม่สมมาตรและสามารถทำงานได้ตามปกติที่มุมการโจมตีเป็นศูนย์ แต่ใบเรือไม่ทำงาน
เมื่อลมพัดไปรอบๆ ใบเรือ แรงแอโรไดนามิกก็เกิดขึ้น ซึ่งท้ายที่สุดแล้วเรือยอทช์ก็จะเคลื่อนตัวไปข้างหน้า
ลองพิจารณาการทำงานของใบเรือในการล่องเรือในเส้นทางต่างๆ ที่สัมพันธ์กับลม ประการแรก เพื่อความเรียบง่าย ลองจินตนาการว่ามีเสากระโดงที่มีใบเรือใบเดียวถูกขุดลงไปในพื้นดินและเราสามารถควบคุมลมในมุมต่างๆ ไปยังใบเรือได้

มุมการโจมตี 0° ลมพัดไปตามใบเรือ ใบเรือโบกสะบัดเหมือนธง ไม่มีแรงตามหลักอากาศพลศาสตร์บนใบเรือ มีเพียงแรงลากเท่านั้น
มุมโจมตี 7° แรงแอโรไดนามิกเริ่มปรากฏขึ้น ตั้งฉากกับใบเรือและยังมีขนาดเล็ก
มุมการโจมตีประมาณ 20° แรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ถึงค่าสูงสุดแล้วและตั้งฉากกับใบเรือ
มุมโจมตี 90° เมื่อเทียบกับกรณีก่อนหน้านี้ แรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญทั้งขนาดหรือทิศทาง
ดังนั้น เราจะเห็นว่าแรงทางอากาศพลศาสตร์นั้นตั้งฉากกับใบเรือเสมอ และขนาดของมันไม่เปลี่ยนแปลงในช่วงมุมตั้งแต่ 20 ถึง 90°
มุมการโจมตีที่มากกว่า 90° ไม่สมเหตุสมผลที่จะพิจารณา เนื่องจากใบเรือบนเรือยอชท์มักจะไม่ได้จัดอยู่ในมุมที่สัมพันธ์กับลม

การพึ่งพาแรงแอโรไดนามิกข้างต้นกับมุมการโจมตีนั้นทำให้ง่ายขึ้นและเฉลี่ยเป็นส่วนใหญ่
ที่จริงแล้ว คุณสมบัติเหล่านี้แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดขึ้นอยู่กับรูปร่างของใบเรือ ตัวอย่างเช่น ใบเรือหลักที่ยาว แคบ และค่อนข้างแบนของเรือยอทช์แข่งจะมีแรงแอโรไดนามิกสูงสุดที่มุมการโจมตีประมาณ 15° และที่มุมที่สูงขึ้น แรงจะน้อยลงเล็กน้อย หากใบเรือมีลักษณะเอนเอียงมากขึ้นและไม่มีอัตราส่วนกว้างยาวมากนัก แรงตามหลักอากาศพลศาสตร์บนใบเรือจะสามารถทำได้สูงสุดที่มุมโจมตีประมาณ 25-30°

ตอนนี้เรามาดูกันว่าใบเรือทำงานอย่างไรบนเรือยอชท์

เพื่อความง่าย ลองจินตนาการว่าเรือยอทช์ลำนี้มีใบเดียวเท่านั้น ปล่อยให้มันเป็นถ้ำ
อันดับแรก ควรดูว่าระบบเรือยอชท์ + ใบเรือมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อเคลื่อนที่ไปบนเส้นทางที่คมที่สุดเมื่อเทียบกับลม เนื่องจากมักจะทำให้เกิดคำถามมากที่สุด

สมมติว่าเรือยอชท์ถูกลมพัดทำมุม 30-35° กับตัวเรือ การปรับใบเรือบนเส้นทางด้วยมุมประมาณ 20° กับลม เราจะได้แรงแอโรไดนามิก A ที่เพียงพอ
เนื่องจากแรงนี้กระทำในมุมฉากกับใบเรือ เราจึงเห็นว่าแรงดังกล่าวดึงเรือยอทช์ไปด้านข้างอย่างแรง เมื่อแยกแรง A ออกเป็นสองส่วน คุณจะเห็นว่าแรงผลักดันไปข้างหน้า T นั้นน้อยกว่าแรงที่ผลักเรือไปด้านข้างหลายเท่า (D, แรงดริฟท์)
อะไรทำให้เรือยอชท์ก้าวไปข้างหน้าในกรณีนี้?
ความจริงก็คือการออกแบบส่วนใต้น้ำของตัวถังนั้นทำให้ความต้านทานของตัวถังต่อการเคลื่อนที่ไปด้านข้าง (ที่เรียกว่าความต้านทานด้านข้าง) นั้นมากกว่าความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าหลายเท่าเช่นกัน สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยกระดูกงู (หรือกระดานกลาง) หางเสือและรูปร่างของตัวถัง
อย่างไรก็ตาม แรงต้านด้านข้างเกิดขึ้นเมื่อมีสิ่งต้านทาน เช่น เพื่อให้เริ่มทำงานได้ จำเป็นต้องมีการเคลื่อนที่ไปด้านข้างของร่างกาย ซึ่งเรียกว่าการเคลื่อนตัวของลม

การกระจัดนี้เกิดขึ้นโดยธรรมชาติภายใต้การกระทำขององค์ประกอบด้านข้างของแรงแอโรไดนามิก และเมื่อเกิดการตอบสนอง แรงลากด้านข้าง S จะเกิดขึ้นทันทีโดยมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม ตามกฎแล้ว พวกมันจะสมดุลกันที่มุมดริฟท์ประมาณ 10-15°
ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าองค์ประกอบด้านข้างของแรงแอโรไดนามิกซึ่งเด่นชัดที่สุดบนเส้นทางที่แหลมคมสัมพันธ์กับลม ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์สองประการ: ลมล่องลอยและม้วนตัว

ลมพัดหมายความว่าวิถีโคจรของเรือยอทช์ไม่ตรงกับเส้นศูนย์กลาง (ระนาบเส้นผ่านศูนย์กลางหรือ DP เป็นคำที่ชาญฉลาดสำหรับแนวโค้งท้ายเรือ) เรือยอทช์เคลื่อนตัวไปตามลมอยู่ตลอดเวลา ราวกับเบี่ยงข้างเล็กน้อย
เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อล่องเรือในเส้นทางระยะใกล้ภายใต้สภาพอากาศโดยเฉลี่ย ลมที่ลอยเนื่องจากมุมระหว่าง DP และวิถีโคจรจริงจะอยู่ที่ประมาณ 10-15°

ก้าวหน้าต้านลม การยึดติด

เนื่องจากการแล่นเรือยอทช์ใต้ใบเรือเป็นไปไม่ได้อย่างเคร่งครัดกับลมและคุณสามารถเคลื่อนที่ได้ในมุมหนึ่งเท่านั้น จึงเป็นการดีที่จะมีความคิดว่าเรือยอทช์สามารถเคลื่อนที่ไปตามลมได้เร็วแค่ไหน และอะไรคือส่วนที่ช้าของเส้นทางที่สัมพันธ์กับลม ซึ่งการเคลื่อนที่ทวนลมเป็นไปไม่ได้
ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเรือยอทช์ล่องเรือปกติ (ไม่ใช่เรือยอชท์แข่ง) สามารถแล่นในมุม 50-55° กับลมที่แท้จริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ดังนั้นหากเป้าหมายที่ต้องทำให้สำเร็จนั้นตั้งอยู่ตรงข้ามกับลมอย่างเคร่งครัดการล่องเรือไปยังเป้าหมายนั้นจะไม่เกิดขึ้นเป็นเส้นตรง แต่เป็นแบบซิกแซกก่อนอื่นบนแทคเดียวจากนั้นไปที่อื่น ในกรณีนี้ คุณจะต้องพยายามแล่นไปในสายลมให้คมที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในแต่ละแทค กระบวนการนี้เรียกว่าการยึดติด

มุมระหว่างวิถีของเรือยอชท์บนแทคสองอันที่อยู่ติดกันเมื่อทำการยึดเกาะเรียกว่าการยึดเกาะ แน่นอนว่าด้วยความคมของการเคลื่อนที่ตามลม 50-55° มุมการตรึงจะอยู่ที่ 100-110°

ขนาดของมุมยึดแสดงให้เราเห็นว่าเราสามารถเคลื่อนที่ไปยังเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใดหากทวนลมอย่างเคร่งครัด ตัวอย่างเช่น สำหรับมุม 110° เส้นทางไปยังเป้าหมายจะเพิ่มขึ้น 1.75 เท่า เมื่อเทียบกับการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง

การปฏิบัติการเดินเรือในเส้นทางอื่นที่เกี่ยวข้องกับลม

เห็นได้ชัดว่าในเส้นทางลมกัลฟ์ แรงขับ T มีมากกว่าแรงดริฟท์ D อย่างมาก ดังนั้นการดริฟท์และการหมุนจะมีขนาดเล็ก

ในส่วนของแบ็คสเตย์อย่างที่เราเห็นไม่ค่อยมีการเปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อเทียบกับคอร์สลมกัลฟ์ ใบเรือหลักวางอยู่ในตำแหน่งที่เกือบจะตั้งฉากกับ DP และตำแหน่งนี้ถือว่ารุนแรงมากสำหรับเรือยอทช์ส่วนใหญ่ ในทางเทคนิคแล้วเป็นไปไม่ได้เลยที่จะปรับใช้ต่อไปอีก

ตำแหน่งของใบเรือหลักบนหลักสูตร jibe ไม่แตกต่างจากตำแหน่งบนหลักสูตร backstay
เพื่อความเรียบง่าย เมื่อพิจารณาฟิสิกส์ของกระบวนการในการล่องเรือ เราจะพิจารณาใบเรือเพียงใบเดียวเท่านั้น นั่นก็คือใบเรือหลัก โดยทั่วไปแล้ว เรือยอทช์จะมีใบเรือสองใบ - ใบเรือหลักและใบเรือ (ใบเรือ) ดังนั้น ในหลักสูตร jibe jib (หากอยู่ด้านเดียวกับใบเรือหลัก) จะอยู่ในเงาลมของใบเรือหลักและในทางปฏิบัติจะไม่ทำงาน นี่เป็นหนึ่งในหลายสาเหตุที่ทำให้น้ำลายไม่เป็นที่นิยมในหมู่นักพายเรือ