4.4. Vēja darbība uz buras
Laivu zem burām ietekmē divi līdzekļi: gaisa plūsma, kas iedarbojas uz buru un laivas virsmu, un ūdens, kas iedarbojas uz laivas zemūdens daļu.Pateicoties buras formai, pat ar visnelabvēlīgāko vēju (badewind) laiva var virzīties uz priekšu. Bura atgādina spārnu, kura lielākā izliece ir 1/3-1/4 no buras platuma prom no lufa un tā vērtība ir 8-10% no buras platuma (44. att.).
Ja vējš, kuram ir virziens B (45. att., a), ceļā sastopas ar buru, tā apbrauc tai no divām pusēm. Buras vēja pusē spiediens ir lielāks (+) nekā aizvēja pusē (-). Spiediena spēku rezultants veido spēku P, kas vērsts perpendikulāri buras plaknei vai hordai, kas iet caur priekšējo un aizmugurējo lāpstiņu un tiek pielietota CPU vēja centram (45. att., b).
Rīsi. 44. Buras profils:
B - buras platums gar hordu
Rīsi. 45. Spēki, kas iedarbojas uz buru un laivas korpusu:
a - vēja ietekme uz buru; b - vēja ietekme uz buru un ūdens ietekme uz laivas korpusu
Rīsi. 46. Pareizs buras novietojums dažādos vēja virzienos: a - tuvās; b - līča vējš; in - jibe
Spēks P tiek sadalīts vilces spēkos T, kas vērsts paralēli laivas centrālajai plaknei (DP), liekot laivai virzīties uz priekšu, un dreifējošo spēku D, kas vērsts perpendikulāri DP, izraisot laivas dreifēšanu un ripošanu. .
Spēks P ir atkarīgs no vēja ātruma un virziena attiecībā pret buru. Vairāk
Ja
Ūdens ietekme uz laivu lielā mērā ir atkarīga no tās zemūdens daļas kontūrām.
Neskatoties uz to, ka ar tuvējo vēju drifta spēks D pārsniedz vilces spēku T, laiva virzās uz priekšu. Šeit ietekmē korpusa zemūdens daļas sānu pretestība R 1, kas daudzkārt pārsniedz frontālo pretestību R.
Rīsi. 47. Vimpeļa vējš:
V I - patiess vējš; В Ш - vējš no laivas kustības; B B - vimpeļa vējš
Spēks D, neskatoties uz korpusa pretestību, tomēr izpūš laivu no kursa līnijas. Sastādījis DP un IP laivas patiesās kustības virziens
Tādējādi vislielāko laivas vilci un mazāko dreifu var iegūt, izvēloties visizdevīgāko laivas vidusplaknes un buras plaknes stāvokli attiecībā pret vēju. Ir noteikts, ka leņķim starp laivas DP un buras plakni jābūt vienādam ar pusi
Izvēloties buras novietojumu attiecībā pret DP un vēju, laivas meistars vadās nevis pēc patiesā, bet pēc vimpeļa (šķietamā) vēja, kura virzienu nosaka buras ātruma rezultants. laiva un patiesā vēja ātrums (47. att.).
Strēle, kas atrodas priekšpēdas priekšā, spēlē līstes lomu. Gaisa plūsma, kas iet starp strēli un priekšburu, samazina spiedienu priekšburas aizvēja pusē un tādējādi palielina tās piedziņas spēku. Tas notiek tikai ar nosacījumu, ka leņķis starp strēli un laivas DP ir nedaudz lielāks par leņķi starp priekšgalu un DP (48. att., a).
Vēja ietekmi uz kuģi nosaka tā virziens un stiprums, kuģa buru laukuma forma un lielums, buras centra atrašanās vieta, iegrimes, slīdēšanas un trimma vērtības.
Vēja darbība virziena leņķos no 0 līdz 110 ° izraisa ātruma zudumu, un pie lieliem virziena leņķiem un vēja stipruma ne vairāk kā 3-4 punkti - daļa no tā pieauguma.
Vēja darbību 30-120° robežās pavada dreifs un vēja papēdis.
Kustīgu kuģi ietekmē relatīvs (šķietmais) vējš, kas ir saistīts ar šādām patiesām sakarībām (7.1. att.) (2):
kur Vi ir patiesais vēja ātrums, m/s;
VK - šķietamais vēja ātrums, m/s;
V0 - kuģa ātrums, m/s;
βo-kuģa dreifēšanas leņķis, gr.
Yk - šķietamais vēja leņķis;
Yi ir patiesā vēja leņķis.
Īpašo vēja spiedienu uz kuģi kgf / m aprēķina pēc formulas
Kur W - vēja ātrums, m/s.
Rīsi. 7.1. Patiesā un šķietamā vēja atkarība
Rīsi. 7.2. sasvēršanās momenta darbība
Tādējādi viesuļvētras laikā, kad vēja ātrums sasniedz 40-50 m/s, vēja slodzes lielums sasniedz 130-200 kgf/m2.
Kopējo vēja spiedienu uz kuģi nosaka pēc izteiksmes P = pΩ, kur ir kuģa buras laukums.
Sasvēršanās momenta Mkr (7.2. att.) vērtību kgf m vienmērīgas kustības gadījumā un vēja spiediena spēka P darbībai, perpendikulāri kuģa DP, nosaka pēc izteiksmes.
kur zn ir buras centra ordināta, m;
T ir kuģa vidējā iegrime, m.
Jūras nelīdzenums visvairāk ietekmē kuģi. To pavada ievērojamu dinamisku slodžu iedarbība uz korpusu un kuģa slīpums. Kuģojot viļņos, palielinās kuģa korpusa pretestība un pasliktinās apstākļi dzenskrūvju, korpusa un galveno dzinēju kopīgai darbībai.
Rīsi. 7.3. Viļņu elementi
Tā rezultātā samazinās ātrums, palielinās slodze uz galvenajām mašīnām, palielinās degvielas patēriņš un samazinās kuģa kreisēšanas diapazons. Viļņu formu un lielumu raksturo šādi elementi (7.3. att.):
Viļņa augstums h - vertikālais attālums no viļņa augšdaļas līdz apakšai;
Viļņa garums λ ir horizontālais attālums starp divām blakus esošām smailēm vai zolēm;
Viļņa periods t ir laika intervāls, kurā vilnis veic attālumu, kas vienāds ar tā garumu (3);
Viļņa ātrums C ir viļņa nobrauktais attālums laika vienībā.
Pēc izcelsmes viļņus iedala vēja, plūdmaiņas, anemobariskā, zemestrīces (cunami) un kuģu viļņos. Visizplatītākie ir vēja viļņi. Ir trīs veidu viļņi: vējš, viļņi un jaukti. Attīstās vēja viļņi, tie atrodas tiešā vēja ietekmē, atšķirībā no pietūkuma, kas ir inerciāls vilnis jeb vilnis, ko izraisa vētras vējš, kas pūš nomaļā vietā. Vēja viļņu profils nav simetrisks. Tā aizvēja puse ir stāvāka nekā pretvēja puse. Vēja viļņu virsotnēs veidojas grēdas, kuru galotnes vēja ietekmē sabrūk, veidojot putas (jērus), un stiprā vējā nolūst. Vēja virziens un vēja viļņu virziens atklātā jūrā, kā likums, sakrīt vai atšķiras par 30-40 °. Vēja viļņu izmēri ir atkarīgi no vēja ātruma un tā ietekmes ilguma, vēja plūsmas ceļa garuma pa ūdens virsmu un dotās zonas dziļuma (7.1. tabula).
7.1. TABULA. VIĻŅU ELEMENTU MAKSIMĀLĀS VĒRTĪBAS DZIĻJŪRAI (H/Λ > 1/2)
Visintensīvākā viļņu augšana novērojama pie attiecības C/W< 0,4-0,5. Дальнейшее увеличение этого отношения сопровождается уменьшением роста волн. Поэтому волны опасны не в момент наибольшего ветра, а при последующем его ослаблении.
Lai aptuvenos aprēķinos aprēķinātu vienmērīga okeāna viļņa vidējo viļņu augstumu, tiek izmantotas šādas formulas:
Ar vēju līdz 5 ballēm
Ar vēju virs 5
Kur B ir vēja spēks punktos pēc Boforta skalas (§ 23.3).
Attīstītu viļņu apstākļos notiek atsevišķu viļņu iejaukšanās (līdz 2% no kopējā skaita vai vairāk), kas sasniedz maksimālo attīstību un divas līdz trīs reizes pārsniedz vidējo viļņu augstumu. Šādi viļņi ir īpaši bīstami.
Vienas viļņu sistēmas superpozīcija uz otru visintensīvāk notiek, mainoties vēja virzienam, bieži mainoties vētras vējiem un pirms tropisko ciklonu frontes (4).
Izstrādāto viļņu enerģija ir ārkārtīgi augsta. Kuģim, kas atrodas driftā, viļņu dinamisko efektu var noteikt pēc izteiksmes p=0,1 τ², kur τ ir patiesais viļņa periods, s.
Tātad aptuveni 6-10 s viļņu periodos P vērtība var sasniegt iespaidīgas vērtības (3,6-10 t/m²).
Kuģim virzoties pret vilni, viļņu dinamiskais efekts palielināsies proporcionāli kuģa ātruma kvadrātam, kas izteikts metros sekundē.
Viļņa garums metros, ātrums metros sekundē un periods sekundēs ir saistīti ar šādām attiecībām:
Praktiski kustīgs kuģis atbilst nevis patiesajam, bet relatīvajam (šķietajam) viļņa periodam τ", ko nosaka pēc izteiksmes
Kur a ir viļņu virsotnes frontes virziena leņķis, mērot jebkurā pusē.
Pluss attiecas uz kustību pret vilni, mīnuss - gar vilni.
Mainot kursu, kuģis atrodas attiecībā pret samazināto viļņa garumu λ ":
Kuģa ripojuma raksturam ir sarežģīta saistība starp viļņu elementiem (h, λ, τ un C) un kuģa elementiem (L, D, T1,2 un δ).
Kuģa drošību stabilitātes ziņā nosaka ne tikai tā konstrukcija un kravas sadalījums, bet arī kurss un ātrums. Attīstītu viļņu apstākļos ekspluatācijas ūdenslīnijas forma nepārtraukti mainās. Attiecīgi mainās korpusa iegremdētās daļas forma, formas stabilitātes sviras un atjaunošanas momenti.
Kuģa atrašanos viļņa dibenā pavada atjaunošanas momentu pieaugums. Kuģa atrašanās (īpaši ilgu laiku) uz viļņa virsotnes ir bīstama un var izraisīt apgāšanos. Visbīstamākais ir rezonanses ripojums, kurā kuģa dabisku svārstību periods T1,2 ir vienāds ar viļņa redzamo (novērojamo) periodu?" Borta rezonanses ripojuma raksturs parādīts 7.4.att.< T1 /τ" < 1,3
Rezonanses slīpums ir īpaši bīstams, ja kuģis ir novietots ar nobīdi pret vilni.
Kuģim sekojot kursam pret vilni, ievērojami palielinās ātruma zudumi, tiek atsegtas ekstremitātes un strauji lec apgriezieni. Viļņu triecieni priekšgala apakšā ("slemming" fenomens) var izraisīt korpusa deformāciju un atsevišķu mehānismu un ierīču darbības traucējumus no pamatiem.
Sekojot viļņam, kuģis ir mazāk uzņēmīgs pret viļņu triecieniem. Taču, sekojot tam pa vilni ar ātrumu, kas tuvs viļņa ātrumam VK = (0,6--1,4) C (kuģis “apsegloja” vilni) noved pie krasa sānu stabilitātes zuduma formas un laukuma maiņas dēļ. no aktīvās ūdenslīnijas, un tas noved pie žiroskopiskā momenta rašanās, kas iedarbojas ūdenslīnijas plaknē un būtiski pasliktina kuģa vadāmību.
Rīsi. 7.4. rezonanses rullis
Visbīstamākā ir maza kuģa navigācija godīgā jūrā, kad λ=kuģa L, un VK=C.
Yu.V. Remeza
Universālā ripojuma diagramma nosaka novēroto viļņu elementu atkarību no kuģa kustības elementu izmaiņām.
Diagrammu aprēķina pēc formulas
Kur V ir kuģa ātrums, mezgli.
Diagramma nosaka attiecības starp X un V sin a dažādām m vērtībām. Tā ir veidota, ņemot vērā dominējošo viļņu sistēmu, kuru var atšķirt jebkurā viļņā un kam ir vislielākā ietekme uz kuģa ripošanu (§. 23.4).Universālo diagrammu var izmantot tikai apgabalos ar pietiekami lielu dziļumu (vairāk nekā 0,4X viļņi).
Universālas slīpuma diagrammas izmantošana ļauj atrisināt šādus galvenos uzdevumus:
- noteikt kursu un ātrumu, ar kādu kuģis var nonākt rezonanses ripošanas stāvoklī (ķīlis un sāns);
Noteikt viļņa garumu navigācijas apgabalā;
Nosakiet kursa sektorus un ātruma diapazonus, kuros kuģis piedzīvos spēcīgu ripošanos, tuvu rezonansei;
Noteikt kursu un ātrumus, pie kuriem kuģis atradīsies visbīstamākajā samazinātās sānu stabilitātes stāvoklī;
Nosakiet kursu un ātrumu, ar kādu kuģis piedzīvos "trieciena" fenomenu.
(1) Turpmāku vēja pieaugumu pavada vēja viļņi, kas samazina kuģa ātrumu.
(2) Patiesā vēja koordinātas ir saistītas ar zemi, bet šķietamais vējš ar kuģi.
(3) Praksē vēja viļņu ūdens daļiņu kustība notiek orbītās, kas pēc formas ir tuvu riņķim vai elipsei, kustas tikai viļņu profils.
(4) Viļņu veidošanās būtība un tās attiecības ar vēja elementiem ir detalizēti aplūkotas okeanogrāfijas gaitā.
Domāju, ka daudzi no mums izmantotu iespēju ienirt jūras bezdibenī ar kādu zemūdens transportlīdzekli, bet tomēr lielākā daļa dotu priekšroku jūras braucienam ar buru laivu. Kad nebija ne lidmašīnu, ne vilcienu, bija tikai buru laivas. Bez viņiem pasaule nebūtu tāda pati.
Buru laivas ar taisnām burām atveda eiropiešus uz Ameriku. Viņu stabilie klāji un ietilpīgās tilpnes atveda cilvēkus un piederumus Jaunās pasaules celtniecībai. Taču arī šiem senajiem kuģiem bija savi ierobežojumi. Viņi virzījās lēnām un gandrīz vienā virzienā pa vējam. Kopš tā laika daudz kas ir mainījies. Mūsdienās tiek izmantoti pavisam citi vēja un viļņu spēka kontroles principi. Tātad, ja vēlaties braukt ar modernu, jums būs jāapgūst fizika.
Mūsdienu burāšana nav tikai kustība ar vēju, tas ir kaut kas tāds, kas ietekmē buru un liek tai lidot kā spārnam. Un šo neredzamo "kaut ko" sauc par pacelšanas spēku, ko zinātnieki sauc par sānu spēku.
Vērīgs vērotājs nevarēja nepamanīt, ka neatkarīgi no tā, uz kuru pusi pūš vējš, buru jahta vienmēr pārvietojas tur, kur kapteinim vajag - arī tad, ja vējš ir pretvējs. Kāds ir šādas pārsteidzošas spītības un paklausības kombinācijas noslēpums.
Daudzi pat neapzinās, ka bura ir spārns, un spārna un buras darbības princips ir vienāds. Tas balstās uz pacelšanas spēku, tikai tad, ja lidmašīnas spārna celšanas spēks, izmantojot pretvēju, stumj lidmašīnu uz augšu, tad vertikāli novietota bura virza buru laivu uz priekšu. Lai to izskaidrotu no zinātniskā viedokļa, ir jāatgriežas pie pamatiem – kā darbojas bura.
Apskatiet simulēto procesu, kas parāda, kā gaiss iedarbojas uz buras plakni. Šeit var redzēt, ka gaisa straumes zem modeļa, kurām ir lielāks izliekums, izliecas, lai apietu to. Šajā gadījumā plūsmai ir nedaudz jāpaātrina. Tā rezultātā rodas zema spiediena zona - tas rada pacēlumu. Zems spiediens uz apakšpusi velk buru uz leju.
Citiem vārdiem sakot, augsta spiediena apgabals mēģina virzīties uz zema spiediena apgabalu, izdarot spiedienu uz buru. Pastāv spiediena atšķirība, kas rada pacēlumu. Buras formas dēļ iekšējā vēja pusē vēja ātrums ir mazāks nekā aizvēja pusē. Ārpusē veidojas vakuums. Burā burtiski tiek iesūkts gaiss, kas buru jahtu dzen uz priekšu.
Patiesībā šis princips ir diezgan vienkārši saprotams, vienkārši apskatiet jebkuru buru kuģi. Viltība šeit ir tāda, ka bura, neatkarīgi no tā, kā tā atrodas, nodod vēja enerģiju kuģim, un pat tad, ja vizuāli šķiet, ka burai vajadzētu palēnināt jahtu, spēku pielikšanas centrs atrodas tuvāk bura priekšgalam. buru laiva, un vēja spēks nodrošina translācijas kustību.
Bet tā ir teorija, bet praksē viss ir nedaudz savādāk. Faktiski buru jahta nevar iet pret vēju – tā kustas noteiktā leņķī pret to, tā sauktajās takās.
Buru laiva pārvietojas spēku samēra dēļ. Buras darbojas kā spārni. Lielākā daļa to radītā pacēlāja ir vērsta uz sāniem, un tikai neliela daļa tiek virzīta uz priekšu. Tomēr noslēpums ir šajā brīnišķīgajā parādībā tā dēvētajā "neredzamajā" burā, kas atrodas zem jahtas dibena. Tas ir ķīlis vai jūras valodā - centrālais dēlis. Centrālā borta pacēlājs rada arī pacēlāju, kas arī ir vērsta galvenokārt uz sāniem. Ķīlis pretojas ripošanai un pretējam spēkam, kas iedarbojas uz buru.
Papildus celšanas spēkam ir arī ripa - parādība, kas ir kaitīga kustībai uz priekšu un bīstama kuģa apkalpei. Bet tam uz jahtas ir komanda, kas kalpo par dzīvu pretsvaru nepielūdzamajiem fiziskajiem likumiem.
Mūsdienu buru laivā gan ķīlis, gan bura darbojas kopā, lai virzītu buru laivu uz priekšu. Bet, kā apstiprinās jebkurš iesācējs jūrnieks, praksē viss ir daudz sarežģītāk nekā teorētiski. Pieredzējis burātājs zina, ka mazākās izmaiņas buras izliekumā ļauj iegūt lielāku pacēlumu un kontrolēt tās virzienu. Mainot buras priekšgalu, prasmīgs jūrnieks kontrolē apgabala lielumu un atrašanās vietu, kas rada pacēlumu. Dziļš līkums uz priekšu var radīt lielu spiediena zonu, bet, ja līkums ir pārāk liels vai priekšējā mala ir pārāk stāva, gaisa molekulas vairs nesekos līkumam. Citiem vārdiem sakot, ja objektam ir asi stūri, plūsmas daļiņas nevar veikt pagriezienu - kustības impulss ir pārāk spēcīgs, šo parādību sauc par "atdalīto plūsmu". Šī efekta rezultāts ir tāds, ka bura "mazgāsies", zaudējot vēju.
Un šeit ir vēl daži praktiski padomi vēja enerģijas izmantošanai. Optimāla virzība pret vēju (sacīkšu tuvās distances). Jūrnieki to sauc par "iešanu pret vēju". Šķietamais vējš, kura ātrums ir 17 mezgli, ir ievērojami ātrāks par patieso vēju, kas rada viļņu sistēmu. To virzienu atšķirība ir 12°. Kurss pret šķietamo vēju ir 33°, līdz patiesajam vējam - 45°.
VĒJA PIEDZINĀŠANAS SPĒKS
NASA mājaslapā publicēti ļoti interesanti materiāli par dažādiem faktoriem, kas ietekmē gaisa kuģa spārna pacēluma veidošanos. Ir arī interaktīvi grafiski modeļi, kas parāda, ka pacēlumu var radīt arī simetrisks spārns plūsmas novirzes dēļ.
Bura, atrodoties leņķī pret gaisa plūsmu, to novirza (1.d att.). Ejot cauri buras "augšējai", aizvēja pusei, gaisa plūsma iziet garāku ceļu un, ievērojot plūsmas nepārtrauktības principu, kustas ātrāk nekā no pretvēja, "apakšējās" puses. Rezultāts ir mazāks spiediens buras aizvēja pusē nekā pretvēja pusē.
Žibinot, burai nostādot perpendikulāri vēja virzienam, spiediena pieaugums pretvēja pusē ir lielāks nekā spiediena samazinājums aizvēja pusē, citiem vārdiem sakot, vējš jahtu spiež vairāk nekā velk. Laivai pagriežoties straujāk vējā, šī attiecība mainīsies. Tātad, ja vējš pūš perpendikulāri laivas kursam, buras spiediena palielināšanai pretvēja virzienā ir mazāka ietekme uz ātrumu nekā spiediena samazināšanās virzienā uz aizvēja pusi. Citiem vārdiem sakot, bura jahtu velk vairāk nekā stumj.
Jahtas kustība notiek tāpēc, ka vējš mijiedarbojas ar buru. Šīs mijiedarbības analīze daudziem iesācējiem rada negaidītus rezultātus. Izrādās, ka maksimālais ātrums tiek sasniegts, nepavisam ne tad, kad vējš pūš tieši aiz muguras, bet vēlmei pēc “aizmugurvējš” ir pavisam negaidīta nozīme.
Gan bura, gan ķīlis, mijiedarbojoties ar attiecīgi gaisa vai ūdens plūsmu, rada celšanas spēku, tāpēc to darba optimizēšanai var pielietot spārnu teoriju.
VĒJA PIEDZINĀŠANAS SPĒKS
Gaisa plūsmai ir kinētiskā enerģija un, mijiedarbojoties ar burām, tā spēj pārvietot jahtu. Gan lidmašīnas buras, gan spārna darbu apraksta Bernulli likums, saskaņā ar kuru plūsmas ātruma palielināšanās noved pie spiediena samazināšanās. Pārvietojoties gaisā, spārns atdala plūsmu. Daļa no tā apiet spārnu no augšas, daļa no apakšas. Lidmašīnas spārns ir veidots tā, lai gaisa plūsma virs spārna augšdaļas kustētos ātrāk nekā gaisa plūsma zem spārna apakšpuses. Rezultāts ir tāds, ka spiediens virs spārna ir daudz zemāks nekā zemāk. Spiediena starpība ir spārna pacelšanas spēks (1.a att.). Sarežģītās formas dēļ spārns spēj radīt pacēlumu pat tad, kad tas šķērso plūsmu, kas virzās paralēli spārna plaknei.
Bura var pārvietot jahtu tikai tad, ja tā atrodas noteiktā leņķī pret plūsmu un novirza to. Paliek jautājums, kura celšanas spēka daļa ir saistīta ar Bernulli efektu un kura ir plūsmas novirzes rezultāts. Saskaņā ar klasisko spārna teoriju, pacelšanas spēks rodas tikai plūsmas ātruma atšķirības rezultātā virs un zem asimetriskā spārna. Tajā pašā laikā ir labi zināms, ka simetrisks spārns spēj radīt arī pacēlumu, ja tas ir uzstādīts noteiktā leņķī pret plūsmu (1.b att.). Abos gadījumos leņķi starp līniju, kas savieno spārna priekšējo un aizmugurējo punktu, un gaisa plūsmas virzienu sauc par uzbrukuma leņķi.
Pacelšanas spēks palielinās līdz ar trieciena leņķi, tomēr šī atkarība darbojas tikai nelielām šī leņķa vērtībām. Tiklīdz trieciena leņķis pārsniedz noteiktu kritisko līmeni un notiek plūsmas apstāšanās, uz spārna augšējās virsmas veidojas daudzi virpuļi, un krasi samazinās celšanas spēks (1.c att.).
Laivotāji zina, ka džibs nav ātrākais kurss. Ja tāda paša stipruma vējš pūš 90 grādu leņķī pret kursu, laiva kustas daudz ātrāk. Uz džiba spēks, ar kādu vējš spiež pret buru, ir atkarīgs no jahtas ātruma. Ar maksimālu spēku vējš spiež uz uz vietas stāvošas jahtas buras (2.a att.). Palielinoties ātrumam, spiediens uz buru krītas un kļūst minimāls, jahtai sasniedzot maksimālo ātrumu (2.b att.). Maksimālais ātrums uz džiba vienmēr ir mazāks par vēja ātrumu. Tam ir vairāki iemesli: pirmkārt, berze, jebkurā kustībā daļa enerģijas tiek tērēta dažādu spēku pārvarēšanai, kas kavē kustību. Bet galvenais ir tas, ka spēks, ar kādu vējš spiež buru, ir proporcionāls šķietamā vēja ātruma kvadrātam, un šķietamā vēja ātrums uz džiba ir vienāds ar starpību starp patiesā vēja ātrumu. vējš un jahtas ātrums.
Līča vēja kursā (90º pret vēju) buru jahtas spēj pārvietoties ātrāk nekā vējš. Šī raksta ietvaros mēs neapspriedīsim vimpeļa vēja pazīmes, tikai atzīmēsim, ka Gulfwind kursā spēks, ar kādu vējš spiež buras, mazākā mērā ir atkarīgs no jahtas ātruma ( 2.c att.).
Galvenais faktors, kas neļauj palielināt ātrumu, ir berze. Tāpēc buru laivas ar nelielu pretestību var sasniegt ātrumu daudz ātrāk nekā vējš, bet ne uz žiba. Piemēram, buer, pateicoties tam, ka slidām ir niecīga slīdēšanas pretestība, var paātrināties līdz 150 km/h ar vēja ātrumu 50 km/h vai pat mazāku.
Burāšanas fizikas skaidrojums: ievads
ISBN 1574091700, 9781574091700
Vēji, kas pūš uz rietumiem Klusā okeāna dienvidu daļā. Tāpēc mūsu maršruts tika sastādīts tā, lai uz buru jahtas "Džuljeta" virzītos no austrumiem uz rietumiem, tas ir, lai vējš pūš aizmugurē.
Tomēr, ja paskatās uz mūsu maršrutu, jūs ievērosiet, ka bieži, piemēram, pārvietojoties no dienvidiem uz ziemeļiem no Samoa uz Tokelau, mums bija jāpārvietojas perpendikulāri vējam. Un dažreiz vēja virziens pilnībā mainījās un bija jāiet pret vēju.
Džuljetas maršruts
Ko darīt šajā gadījumā?
Buru kuģi jau sen spēj kuģot pret vēju. Klasiķis Jakovs Perelmans par to ilgi labi un vienkārši rakstīja savā otrajā grāmatā no sērijas Izklaidējošā fizika. Šo gabalu es šeit citēju burtiski ar attēliem.
"Burāšana pret vēju
Grūti iedomāties, kā burukuģi var iet "pret vēju" - jeb, jūrnieku vārdiem runājot, iet "vilkt". Tiesa, jūrnieks jums pateiks, ka jūs nevarat burāt tieši vējā, bet jūs varat pārvietoties tikai akūtā leņķī pret vēja virzienu. Bet šis leņķis ir mazs - apmēram ceturtdaļa taisnā leņķa - un šķiet, iespējams, tikpat nesaprotami: vai burāt tieši pret vēju vai 22 ° leņķī pret to.
Tomēr patiesībā tas nav vienaldzīgs, un tagad mēs paskaidrosim, kā ar vēja spēku var virzīties uz to nelielā leņķī. Vispirms apskatīsim, kā vējš iedarbojas uz buru kopumā, tas ir, kur tas spiež buru, pūšot uz tās. Jūs droši vien domājat, ka vējš vienmēr spiež buru tajā virzienā, kurā tā pūš. Bet tas tā nav: visur, kur pūš vējš, tas stumj buru perpendikulāri buras plaknei. Patiešām: ļaujiet vējam pūst virzienā, kas norādīts ar bultiņām attēlā zemāk; līnija AB apzīmē buru.
Vējš stumj buru vienmēr taisnā leņķī pret tās plakni.
Tā kā vējš spiež vienmērīgi pa visu buras virsmu, vēja spiedienu aizstājam ar spēku R, kas pielikts buras vidum. Mēs sadalām šo spēku divās daļās: spēks Q, kas ir perpendikulārs burai, un spēks P, kas vērsts gar to (skat. attēlu augšā, labajā pusē). Pēdējais spēks buru nekur nespiež, jo vēja berze uz audekla ir niecīga. Paliek spēks Q, kas nospiež buru tai taisnā leņķī.
Zinot to, mēs varam viegli saprast, kā buru kuģis var iet vējā akūtā leņķī. Ļaujiet KK līnijai attēlot kuģa ķīļa līniju.
Kā var burāt pret vēju.
Vējš pūš akūtā leņķī pret šo līniju virzienā, ko norāda bultu rinda. Līnija AB apzīmē buru; tas ir novietots tā, lai tā plakne sadalītu uz pusēm leņķi starp ķīļa virzienu un vēja virzienu. Sekojiet diagrammai spēku sadalījumam. Mēs attēlojam vēja spiedienu uz buru ar spēku Q, kuram, kā zināms, jābūt perpendikulāram burai. Mēs sadalām šo spēku divās daļās: spēks R, kas ir perpendikulārs ķīlim, un spēks S, kas vērsts uz priekšu pa kuģa ķīļa līniju. Tā kā kuģa kustība virzienā R saskaras ar spēcīgu ūdens pretestību (buru kuģu ķīlis ir ļoti dziļš), spēks R ir gandrīz pilnībā līdzsvarots ar ūdens pretestību. Paliek tikai spēks S, kas, kā redzat, ir vērsts uz priekšu un tāpēc virza kuģi leņķī, it kā pret vēju. [Var parādīt, ka spēks S ir vislielākais, kad buras plakne dala leņķi starp ķīļa un vēja virzieniem.]. Parasti šī kustība tiek veikta zigzagos, kā parādīts attēlā zemāk. Jūrnieku valodā šādu kuģa kustību sauc par "tacking" šī vārda šaurā nozīmē.
Tagad ņemsim vērā visus iespējamos vēja virzienus attiecībā pret laivas kursu.
Kuģa kursu diagramma attiecībā pret vēju, tas ir, leņķis starp vēja virzienu un vektoru no pakaļgala līdz priekšgalam (kurss). 
Kad vējš pūš sejā (pretvējš), buras karājas no vienas puses uz otru un ar buru nav iespējams pārvietoties. Protams, vienmēr var nolaist buras un ieslēgt dzinēju, bet tas vairs neattiecas uz burāšanu.
Kad vējš pūš tieši aizmugurē (džibe, aizmugurējais vējš), izkliedētās gaisa molekulas rada spiedienu uz buru no vienas puses un laiva kustas. Šajā gadījumā kuģis var pārvietoties tikai lēnāk par vēja ātrumu. Šeit darbojas līdzība ar velosipēdu braukšanu vējā - vējš pūš aizmugurē un ir vieglāk pedāli.
Virzoties pret vēju (velkot), bura kustas nevis gaisa molekulu spiediena dēļ uz buru no aizmugures, kā džiba gadījumā, bet gan dēļ pacēluma, kas rodas, pateicoties dažādiem gaisa ātrumiem abās pusēs. gar buru. Tajā pašā laikā ķīļa dēļ laiva nepārvietojas virzienā, kas ir perpendikulārs laivas kursam, bet tikai uz priekšu. Tas ir, bura šajā gadījumā nav lietussargs, kā slikta vēja gadījumā, bet gan lidmašīnas spārns.
Pārbraucienu laikā mēs pārsvarā kuģojām ar aizmugures balstiem un līča vējiem ar vidējo ātrumu 7-8 mezgli ar vēja ātrumu 15 mezgli. Dažkārt gājām pret vēju, pusvējā un tuvējā. Un, kad vējš pierima, viņi ieslēdza dzinēju.
Vispār laiva ar buru iet pret vēju nav brīnums, bet gan realitāte.
Interesantākais ir tas, ka laivas var braukt ne tikai pret vēju, bet pat ātrāk par vēju. Tas notiek, kad laiva atkāpjas, radot savu vēju.
