Teoria żeglowania: na foku pod wiatr?

„Płynęliśmy na silniku, który nagle zamilkł i nie reagował na kolejne próby nakłonienia go do pracy. Wiało silnie. Brzeg jeziora z jednej strony szczerzący zęby betonem, z drugiej najeżony palami z sieciami, zbliżał się błyskawicznie. Postanowiliśmy rozwinąć zrolowanego foka i oddalić się na nim od brzegu. Niestety, jacht nie chciał płynąc ostrzej niż półwiatrem. Odmawiał też wykonania zwrotu na wiatr. W efekcie szczęśliwie udało się sztandrować w trzcinach, gdzie wkrótce dogadaliśmy się z silnikiem”.

Tak w skrócie przedstawia się relacja sternika z niefortunnego rejsu opisana na jednym z forów internetowych. Dlaczego nie powiodła się próba zyskiwania wysokości w żegludze na samym foku? Czy to wina jachtu, sternika, czy może obiektywnych czynników?

Kiedy zawietrzny, kiedy nawietrzny?

Do prawidłowego zrównoważenia żaglowego jachtu typu slup niezbędne jest działanie obydwu żagli. Wyjaśnijmy od razu, że zrównoważenie oznacza brak jakichś zdecydowanych tendencji do ostrzenia na wiatr lub odpadania. Oznacza to, że wypadkowa sił pochodzących od działania wiatru na żagle (aerodynamicznych) równoważy się z wypadkową sił wynikających z opływu miecza, steru i części podwodnej kadłuba (siły hydrodynamiczne) przez wodę. Równowaga ta, oprócz identycznej wartości i przeciwnych zwrotów wektorów tych sił, oznacza ich działanie w jednej linii. Jeśli linie te nie pokrywają się, jacht staje się nawietrzny bądź zawietrzny. W pierwszym przypadku (rys. 1). wypadkowa siła hydrodynamiczna „wyprzedza” aerodynamiczną. W drugim jest odwrotnie.

Rys. 1. Siły działające na jacht podczas żeglugi bejdewindem: Fa – wypadkowa siła aerodynamiczna, Fh – wypadkowa siła hydrodynamiczna, Fhs – siła hydrodynamiczna wytwarzana przez ster, Fhp – siła hydrodynamiczna wytwarzana przez płetwę, l – kąt dryfu, as – kąt natarcia płetwy sterowej

Bywają jachty z natury nawietrzne lub inne – zawietrzne. Zależy to od wielu czynników, głównie od położenia owych wypadkowych uwarunkowanego pozycją płetwy mieczowej (balastowej) względem ożaglowania. Punkty zaczepienia wypadkowych sił aerodynamicznych i hydrodynamicznych nie pokrywają się ze środkami geometrycznymi ożaglowania i części podwodnej kadłuba, jak to jeszcze do niedawna uczono na kursach żeglarskich (rys. 2).

Rys. 2. Sposób wyznaczania geometrycznego wyprzedzenia żaglowego Wż; Soż– geometryczny środek ożaglowania, rg i rf – ramiona działania powierzchni grota i foka (Ff × rf = Fg × rg), Gsob – geometryczny środek rzutu bocznego powierzchni podwodnej kadłuba

Jednak to właśnie te środki geometryczne dają orientacyjną wiedzę pozwalającą w fazie projektowania na prawidłowe wyznaczenie tzw. wyprzedzenia żaglowego mówiącego, o ile środek geometryczny ożaglowania leży przed środkiem oporu bocznego (zazwyczaj liczy się tylko powierzchnia płetw). Odpowiednie wyprzedzenie żaglowe gwarantuje normalne zachowanie się jachtu prawie na każdym kursie względem wiatru. Słowo „prawie” jest tu na miejscu, ponieważ jachty dobrze zrównoważone w żegludze bejdewindem stają się coraz bardziej nawietrzne w miarę odpadania. Powiększa się bowiem dystans między wektorami wypadkowych sił aerodynamicznych i hydrodynamicznych (rys. 3).

Rys. 3. Ramię h działania wypadkowych sił: aerodynamicznych Fa i hydrodynamicznych Fh, w miarę wzrostu przechyłu powiększa się, powodując wzrost momentu Mo obracającego jacht dziobem do wiatru

To samo zjawisko rozjeżdżania się linii działania sił jest odpowiedzialne za przyrost nawietrzności w miarę wzrostu przechyłu. Jacht staje się tym bardziej nawietrzny, im szerszy jest kadłub jachtu w linii wodnej oraz im wyżej położony jest środek parcia sił aerodynamicznych (im wyższe ożaglowanie).

Na foku na wiatr? Prawie niemożliwe

Nawietrzności przeważnie nie da się uniknąć nawet w poprawnie skonstruowanym jachcie. Remedium bowiem, czyli zaprojektowanie jachtu, który będzie dobrze zrównoważony na kursach pełnych (cofnięcie płetwy mieczowej), prowadzi do jeszcze cięższej przypadłości – zawietrzności w żegludze bajdewindem (rys. 4).

Rys. 4. Przesunięcie skrzynki mieczowej pod kokpit uwalnia od niej wnętrze, ale powiększa wyprzedzenie żaglowe Wż, Soż – środek ożaglowania, Sob – środek oporu bocznego

Uniemożliwia bowiem ostrą żeglugę na wiatr i skutkuje również stratą prędkości na tym kursie. Rzecz w tym, że utrzymanie jachtu na kursie wymaga wówczas odwrotnego wychylenia steru, przy którym płetwa mieczowa (balastowa) musi pracować na większych kątach natarcia, a więc z większym dryfem. Siła na sterze odejmuje się bowiem od tej wytwarzanej przez płetwę. Z tego względu popularne niegdyś w małych jachtach kabinowych usytuowanie skrzynki pod kokpitem, bardzo korzystne z punktu widzenia ergonomii wnętrza, wymaga przesunięcia masztu ku rufie, by nie przesadzić z wyprzedzeniem żaglowym. Problem ten musiałem rozwiązać w pierwszym mym projekcie sprzed 45 lat – w Foce (rys. 5).

 
Rys. 5. Jacht Foka ze skrzynką mieczową pod kokpitem

Udało się, jak sądzę, osiągnąć kompromis między funkcjonalnością ciasnego z natury wnętrza (tylko 5,45 długości i 2,2 m szerokości) a nautyką. Na jachtach z taką konfiguracją płetw można zdecydowanie zapomnieć o żeglowaniu tylko na foku ostrzej niż półwiatrem. Z powyższego wynika, iż żeglowanie na wiatr na samym foku jest prawie niemożliwe. Proszę zwrócić uwagę, jak bardzo ku dziobowi przesuwa się punkt przyłożenia wypadkowej siły aerodynamicznej (rys. 6).

 
Rys. 6. Zawietrzność podczas żeglugi na samym foku: Fa – wypadkowa siła aerodynamiczna rozwijana przez fok, Fh – wypadkowa siła hydrodynamiczna, rz – ramię momentu Mz pary tych sił obracających jacht od wiatru

Odrzuca ona dziób od wiatru, zmuszając do odwrotnej kontry sterem, co pogłębia dryf i hamuje łódkę. Wykonanie zwrotu na wiatr, zwłaszcza gdy jest silny, to także nie bułka z masłem. Wymaga nabrania odpowiedniej prędkości po odpadnięciu przynajmniej do półwiatru i energicznej rotacji na wiatr, by dzięki bezwładności przejść linię wiatru nie zostając przezeń odrzuconym na poprzedni kurs. Zwrot na wstecznym biegu wymaga wprawy i kosztuje sporą stratę z trudem zdobytej wysokości.

Obrona przed sztrandowaniem

Teoretycznie zatem nie ma szans na ostre żeglowanie na wiatr na samym foku. Nie znaczy to, że nie można się obronić przed sztandrowaniem na nawietrznym brzegu. Wystarczy żeglować jak najpełniejszym bajdewindem, niemal półwiatrem, nie wybierając foka „na blachę”, a raczej starając się go prowadzić tak, by jego lik przedni był na krawędzi załamywania się. Wskazane jest także przesunięcie kipy (czy wózka) szotów do przodu. Wprawdzie siła aerodynamiczna maleje wówczas, ale za to przesuwa się ku tyłowi, redukując nieco zawietrzność. Ostrość żeglugi na samym foku można poprawić, przechylając jacht na zawietrzną. Taka pozycja powoduje zawsze wzrost tak pożądanej w tej sytuacji nawietrzności, a raczej redukcję zawietrzności.

Ważne jest również utrzymywanie prędkości zapewniającej sterowność i odpowiednią siłę przeciwdziałającą dryfowi wytwarzaną przez płetwę mieczową. Zdaję sobie sprawę, że te dobre rady w sytuacji stresowej mogą pomóc jak umarłemu kadzidło, ale próbować trzeba. Wiele zależy przy tym od samych jachtów. Niektóre z nich, zwłaszcza te większe, morskie, nie mają problemu z żeglowaniem tylko na foku, a zwłaszcza na genui. Pewien bardzo pełnomorski kapitan twierdził, że jego jacht wykazywał nawietrzność również po postawieniu jedynie tego żagla. To możliwe, ale delikatnie mówiąc, nietypowe. Można się domyślać, jak bardzo „wiozło” ten jacht do wiatru po postawieniu grota. A to nie jest zaleta. Normalnie zrównoważone jednostki mają jednak zazwyczaj kłopoty z żeglugą na wiatr na samym foku.