Prześcignąć wiatr: Jak żeglować ostrzej?
Dla wielu żeglarzy i to nie tylko początkujących zadaniem ponad siły i umiejętności staje się takie ustawienie jachtu, by żeglował szybko i ostro. Problem bez wątpienia jest złożony, jednak spróbujemy go w tym odcinku cyklu rozwiązać.
Internet, na którym spora część z nas opiera swą wiedzę, nie zawsze dostarcza właściwych informacji. Dotyczy to zwłaszcza grup dyskusyjnych, na których notoryczni „wujkowie dobra rada” wprowadzają naiwnych w tzw. maliny, oczywiście nieświadomie. Ostatnio jeden z nich na pewnym forum dyskusyjnym radził, by przy silnym wietrze przechylać maszt topem ku rufie. Niezupełnie się to zgadza z teorią, a i zpraktyką żeglowania na jachtach turystycznych, a więc wypornościowych. Prawdę mówiąc – to po prostu błąd.
Podstawa – dobre zrównoważenie
Cały problem żeglowania szybko i ostro na wiatr sprowadza się do tzw. zrównoważenia żaglowego. Siły aerodynamiczne wytwarzane przez żagle muszą zostać zrównoważone przez siły hydrodynamiczne od płetw: balastowej (mieczowej) i sterowej. To prawo symetrii sił i momentów obowiązujące zresztą na każdym kursie względem wiatru (rys. 1), gdy jacht porusza się ruchem ustalonym bez przyspieszeń. Może zaskakiwać, że w żegludze bajdewindem w wytwarzaniu siły hydrodynamicznej powinna brać udział płetwa sterowa. Wyjaśnienie jest proste: dzięki niej rośnie całkowita powierzchnia przeciwdryfowa w porównaniu do sytuacji z neutralnym sterem. W efekcie maleje kąt natarcia „odciążonej” przez ster płetwy balastowej, równoznaczny z kątem dryfu. Siła hydrodynamiczna bowiem zależy wprost proporcjonalnie od kąta natarcia przy niewielkich jego wartościach i od powierzchni płetwy. Jacht żegluje więc ostrzej. Pokrywa się to z potoczną opinią, mówiącą, że jachty nawietrzne żeglują ostro.
Oczywiście przesada bywa mocno karana. Jacht żeglujący bejdewindem, bez przechyłu może być tylko lekko nawietrzny. Nawet niezbyt duży przechył zmienia bowiem radykalnie wzajemne położenie wypadkowych sił aerodynamicznych i hydrodynamicznych (rys. 2). Wówczas trzeba znacznie większych kątów natarcia na płetwie sterowej, by zgrać płaszczyzny działania wypadkowych sił hydrodynamicznych i aerodynamicznych. Utrzymanie jachtu na kursie wymaga większego wychylenia steru. Wówczas jednak rosną jego opory, płetwa sterowa zaczyna działać jak hamulec. Widać to wyraźnie na wykresie współczynników oporu typowego profilu w funkcji kąta natarcia (rys. 3).
CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO? POLUB ŻAGLE NA FACEBOOKU
Jeszcze gorzej przedstawia się charakterystyka płetwy płytowej. Wzrost jej oporów jest jeszcze większy, nie dziw więc, że nie zaleca się stosowania blachy jako materiału na płetwę sterową. Inna sprawa, że często tzw. płetwy profilowane, zwłaszcza wykonane samodzielnie przez armatorów, nie zasługują w ogóle na to miano, przypominając raczej lekko zaokrągloną z obu stron deskę.
Wyprzedzenie żaglowe – trudna sztuka
Dostrojenie pozycji masztu względem stałej płetwy balastowej w zależności od warunków żeglugi, to podstawowa sprawa dla ostrości żeglugi. W większości jachtów usytuowanie masztu zostało zdeterminowane, mniej lub bardziej szczęśliwie, przez projektanta, który musi ustalić właściwe wyprzedzenie żaglowe. Wszystko, lub prawie wszystko, zależy więc od jego doświadczenia.
Trzeba pamiętać, że jacht żegluje również innymi kursami. Niestety, w miarę odpadania od wiatru rośnie naturalna nawietrzność jednostki. Wynika to ze zmiany wzajemnego położenia wypadkowych sił aerodynamicznych i hydrodynamicznych, co widać na przykładzie żeglugi baksztagiem (rys. 4). Nawet bez przechyłu siła aerodynamiczna wędruje w bok od osi symetrii łodzi, wywołując moment obracający jacht dziobem na wiatr. Płetwa sterowa musi temu przeciwdziałać, wytwarzając siłę hydrodynamiczną dającą moment przeciwnie skierowany.
Sztuka zatem polega na doborze odpowiedniego tzw. wyprzedzenia żaglowego. Zazwyczaj na kursach na stopnie żeglarskie określa się je jako odległość między środkami geometrycznymi ożaglowania i powierzchni rzutu bocznego części podwodnej jachtu, głównie płetwy balastowej (rys. 5). Schemat ten niewiele ma wspólnego z rzeczywistością. Przede wszystkim środki geometryczne zarówno ożaglowania, jak i części podwodnej nie pokrywają się z punktami przyłożenia wypadkowych sił. Przecież wypadkowa sił aerodynamicznych żagla o typowym profilu wypada najwyżej w odległości 1/3 cięciwy od krawędzi natarcia (rys. 6). Jej położenie zresztą nie jest stałe; w miarę odpadania przemieszcza się ku tyłowi. Podobnie rzecz się ma z punktem przyłożenia wypadkowej sił hydrodynamicznych. Nie dość, że wędruje zależnie od kursu względem wiatru, to na dodatek zależy od kształtu kadłuba, jego szerokości, przekrojów owręża itp.
Tak więc dobór odpowiedniego wzajemnego położenia ożaglowania względem płetwy balastowej (mieczowej) zależy od wielu czynników, uwarunkowanych zarówno kształtem części podwodnej jachtu, jak i samego ożaglowania.
Czy zatem armator ma szansę dostroić jacht tak, by żeglował szybko i ostro? Oczywiście może, aczkolwiek w pewnym zakresie zdeterminowanym przez główne cechy danego typu jachtu. Nawet gdy nie ma możliwości przesuwania pięty masztu, punkt przyłożenia wypadkowej sił aerodynamicznych da się przemieścić, pochylając ku rufie lub ku dziobowi top masztu (rys. 7).
Przy okazji sprostujmy internetowe porady „wujków dobra rada”:
– maszt pochylamy ku rufie, gdy jacht żegluje tępo na wiatr, wykazuje mniejszą lub większą zawietrzność. Wielkość pochylenia zależy od stopnia zawietrzności. Jeśli regulacje na to pozwalają, wskazane jest pochylenie masztu ku rufie na słabych wiatrach, by, żeglując bez przechyłu, uzyskać niewielką nawietrzność owocującą ostrzejszą żeglugą.
– maszt pochyla się do przodu, jeśli jacht mocno ostrzy nawet bez przechyłu. Stosuje się ten zabieg również wówczas, gdy wieje silnie. Przechyły bowiem sprawiają, że jacht nadmiernie ostrzy. Pochylenie ożaglowania ku dziobowi redukuje tę tendencję. W jachtach regatowych, takich jak np. Star, istnieje możliwość pochylenia masztu do przodu podczas żeglugi kursami pełnymi, zwłaszcza fordewindem.
Rzecz jasna to tylko bardzo ogólne wskazówki – każdy typ jachtu reaguje nieco inaczej. Odpowiednie ustawienie zazwyczaj nie udaje się za pierwszym razem i wymaga wielu prób i poprawek.
