SEL

wydawnictwo

A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | W | Z

Siła aerodynamiczna – siłsiła przekazywana przez wiatr żaglowi. Wiatr napotykając na swej drodze żagiel, wytwarza po jego stronie nawietrznej nadciśnienie - na skutek spadku prędkości przepływu powietrza - a po jego stronie zawietrznej podciśnienie -na skutek wzrostu prędkości przepływu powietrza. W wyniku wymiany energii kinetycznej wiatru na różne ciśnienia statyczne na zawietrznej i nawietrznej stronie żagla powstaje siła aerodynamiczna tj. zjawisko tzw. parcia/ssania tj.  przesuwania żagla -a wraz z nim całego statku - z obszaru wysokiego ciśnienia do obszaru niskiego ciśnienia.

 

Dlaczego wiatr wywołuje różnicę ciśnień na żaglu?

Wiatr czyli poziomy przepływ powietrza napotyka na swej drodze przeszkodę – żagiel.

Po nawietrznej stronie żagla prędkość przepływu powietrza zmniejsza się, co - zgodnie z prawem Beroulliego (suma ciśnienia statycznego i ciśnienia dynamicznego w dowolnym miejscu strugi jest stała) - powoduje spadek ciśnienia dynamicznego (ciśnienia prędkości) i adekwatny wzrost ciśnienia statycznego.

Wiatr opływając żagiel - zgodnie z prawem ciągłości przepływu (ilość powietrza przepływająca przez dowolny przekrój w danej jednostce czasu jest jednakowa) - przyspiesza, co powoduje wzrost ciśnienia dynamicznego i adekwatny spadek ciśnienia statycznego po zawietrznej żagla.

Na skutek tego po nawietrznej i zawietrznej żagla powstaje różnica ciśnień.

 

Dlaczego wiatr wiejący z rufy (fordewind) wytwarza mniejszą siłę aerodynamiczną niż na pozostałych kursach?

W fordewindzie żagiel ustawiony jest prostopadle do kierunku wiatru, co powoduje, że wiatr opływając żagiel tworzy za nim wiry powietrzne, które zaburzając przepływ strug wiatru zmniejszają prędkość jego przepływu co powoduje zmniejszenie ciśnienia dynamicznego, mniejszy spadek ciśnienia statycznego i w efekcie mniejszą różnicę ciśnień statycznych na nawietrznej i zawietrznej stronie żagla, tym samym - mniejszą siłę aerodynamiczną.

W bajdewindzie, półwietrze i baksztagu żagiel ustawiony jest pod kątem ostrym do kierunku wiatru, co powoduje, że wiatr opływając żagiel nie tworzy za nim wirów powietrznych. Uporządkowany, równoległy do powierzchni żagla przepływ strug wiatru po zawietrznej stronie żagla pozwala na maksymalnie szybki ich przepływ, co powoduje duży wzrost ciśnienia dynamicznego, większy spadek ciśnienia statycznego i w efekcie większą różnicę ciśnień statycznych na nawietrznej i zawietrznej stronie żagla, tym samym - większą siłę aerodynamiczną (w porównaniu z fordewindem).

 

O sile aerodynamicznej żagla decyduje: jego wielkość powierzchni, kształt i właściwości tkaniny, z której go uszyto.

Siła aerodynamiczna jest wypadkową siły ciągu – równoległej do osi symetrii jachtu -  i siły przechylającej (wywołującej przechył i dryf jachtu) – prostopadłej do osi symetrii jachtu. Sile aerodynamicznej przeciwstawia się siła hydrodynamiczna tj. wypadkowa sił: bocznej siły hydrodynamicznej (siły bocznego oporu) i oporu hydrodynamicznego.

Siła aerodynamiczna jest prostopadła do płaszczyzny stycznej do profilu żagla. Im ostrzej płynie jacht tym mniejsza jest siła ciągu i większa siła przechylająca.

Ponad połowa siły aerodynamicznej powstaje dzięki podciśnieniu wytwarzanym przez wiatr na żaglu. Oznacza to, że żaglowiec jest raczej ciągnięty niż pchany przez wiatr.

Dwa oddzielnie działające żagle mają mniejszą siłę ciągu niż żagle ze sobą współdziałające. W wyniku współpracy foka i grota, kierunek wiatru napierającego na fok zmienia się w ten sposób, że żagiel ten pracuje pod większym kątem natarcia, dzięki czemu wytwarza on większe podciśnienie. Ponadto, współdziałające żagle bardziej zwalniają prędkość wiatru po ich stronie nawietrznej, dzięki czemu znacznie wzrasta podciśnienie po zawietrznej stronie foka i jego siła ciągu.

Wzrost podciśnienia na zawietrznej foka jest na tyle duży, że z nawiązką rekompensuje stratę podciśnienia na zawietrznej grota -  powstałą na skutek podwiewania go przez foka (tj. nadciśnienie powstałe po nawietrznej foka zmniejsza wartość podciśnienia po zawietrznej grota przy maszcie). Jest to związane z tym, że fok współdziałający z grotem wytwarza od dwu do trzy razy większą siłę aerodynamiczną niż grot.

Ponadto korzyść ze współpracy dwóch żagli jest również taka, że fok stabilizuje przepływ wiatru po zawietrznej stronie grota (tj. jego kierunek jest równoległy do powierzchni żagla).