Błękitny Piotruś> Materiały szkoleniowe> Praca żagli

Praca żagli

Siła aerodynamiczna – powstawanie.

Strugi wiatru napotykając na żagiel dzielą się na dwie części: nawietrzną i zawietrzną. Od strony nawietrznej tworzy się nadciśnienie (ciśnienie większe od atmosferycznego w wyniku spadku prędkości cząsteczek powietrza), a od strony zawietrznej – podciśnienie (ciśnienie niższe od atmosferycznego w wyniku przyspieszenia cząsteczek powietrza).

Pojawienie się podciśnienia i nadciśnienia wywołuje powstanie siły aerodynamicznej A skierowanej w przybliżeniu prostopadle do cięciwy żagla z kierunku od nadciśnienia do podciśnienia (zasada wyrównania energii, mianowicie – ciepły termos oddaje ciepło zimniejszemu otoczeniu, powietrze z przekłutego balonika uchodzi na zewnątrz do otoczenia, gdzie ciśnienie powietrza jest niższe niż w baloniku).

Wielkość siły aerodynamicznej zależy od:

• szybkości wiatru rzeczywistego powierzchni żagla
• kąta natarcia (kąta pomiędzy cięciwą żagla a kierunkiem wiatru pozornego)
• kształtu żagla (profilu, wybrzuszenia, smukłości)
• właściwości tkaniny żagla (gładkości, sztywności, przepuszczalności, wytrzymałości)
• kąta przechyłu (im większy – tym mniejsza powierzchnia żagla wystawiona na wiatr – tym mniejsza wartość siły aerodynamicznej)

Mówiąc o kształcie żagla szczególnie zwracamy uwagę na jego:

• profil
• wybrzuszenie
• smukłość

Profil żagla powinien być tak dobrany, aby największa głębokość żagla występowała bliżej masztu, natomiast w pobliżu liku wolnego żagiel był płaski.

Wybrzuszenie żagla to stosunek głębokości żagla mierzonej na wysokości środka ożaglowania do długości cięciwy żagla. Na słabych wiatrach powinno się używać żagli głębszych, tj. o dużym wybrzuszeniu.

Smukłość żagla to stosunek wysokości żagla do jego podstawy, korzystne jest wysmuklenie żagla.

Wartość siły aerodynamicznej A rośnie wprost proporcjonalnie do kwadratu prędkości wiatru pozornego opływającego żagiel, gęstości strugi wiatru i powierzchni żagli. zależy również od kąta natarcia (kąt natarcia – kąt między cięciwą żagla a kierunkiem wiatru pozornego).

Przy katach natarcia od 90o do 45o siła aerodynamiczna niewiele się zmienia, od 45o do 10o wzrasta znacznie i poniżej 10o gwałtownie spada.

Kąt natarcia powinien być mniejszy przy silniejszym i większy przy słabszym wietrze. Optymalny kąt natarcia przy żegludze od bajdewindu do ostrego baksztagu to 10o – 20o. Przy dalszym odpadaniu wartość optymalnego kąta natarcia wzrasta, aby w fordewindzie osiągnąć wartość 90o.

Zbyt mocno wybrane żagle prowadzą do zmniejszenia prędkości jachtu, zwiększenia dryfu i przechyłu wskutek zmniejszenia siły ciągu i zwiększenia siły przechylającej.

Zbyt słabo wybrane żagle wywołują spadek prędkości jachtu wskutek zmniejszenia wartości siły aerodynamicznej.

4.4.1 Zasada ustawienia żagli:

• w ostrym bajdewindzie szoty powinny być wybrane, ale nie przebrane
• od bajdewindu do półwiatru prawidłowe ustawienie żagla następuje wtedy, gdy żagiel jest na granicy łopotu, czyli minimalne wyluzowanie szotów wywołuje łopot żagla, 
• od półwiatru do fordewindu żagle powinny być stopniowo luzowane tak, aby w fordewindzie bom grota znajdował się przy wantach (uwaga na salingi, jeżeli za mocno wyluzujemy grota, płótno żagla będzie się przecierało na ostrych krawędziach salingów, zalecane jest założenie osłon na zakończenia salingów aby uchronić żagiel przed zniszczeniem).

4.4.2 Poprawienie sprawności aerodynamicznej – współpraca żagli.

Sprawność aerodynamiczna ożaglowania to stosunek składowych siły aerodynamicznej: siły ciągu do siły przechylającej. Wysoka sprawność aerodynamiczna ożaglowania jachtu polega więc na uzyskaniu dużej siły ciągu przy stosunkowo małej wartości równocześnie występującej siły przechylającej.

W przypadku dwóch lub trzech żagli występuje zagadnienie oddziaływania tych żagli na siebie. Mówi się wówczas o współdziałaniu żagli na kursach ostrych i kursach pełnych.

Współdziałanie żagli na kursach ostrych, szczególnie grota z żaglem przednim (fokiem), polega to na zmniejszeniu prędkości przepływu strugi powietrza (wiatru) po stronie nawietrznej foka z powodu obecności grota. Dzięki temu wzrasta siła aerodynamiczna powstająca na foku.

Niestety jednocześnie jest to strona zawietrzna grota, więc można by spodziewać się jednoczesnego osłabienia siły działającej na grocie. Badania w tunelach aerodynamicznych wskazują jednak na coś innego. Grot z powodu obecności masztu przy krawędzi natarcia wiatru, jeśli postawiony jest sam (bez foka) jest żaglem niezbyt sprawnym aerodynamicznie, ponieważ wspomniana obecność masztu powoduje odrywanie się strug wiatru, wskutek czego powstające podciśnienie jest niewielkie. Obecność foka przy grocie porządkuje przepływ strug wiatru – „dokleja” je do zawietrznej grota, czym usprawnia ten żagiel.

Warto jednak wiedzieć, że prawidłowe ustawienie foka, czyli takie, aby strugi wiatru spływające z foka nie zaburzały pracy grota jest konieczne, aby oba żagle pracowały optymalnie.