Prześcignąć wiatr: nawietrzność, czyli never ending story

Właściciel niedawno zakupionego używanego morsa wysłał mi ostatnio mail z prośbą o radę: co zrobić, by jego mors – jeden z pierwszych egzemplarzy budowanych w Kopalni Węgla Kamiennego Jastrzębie jakieś 40 lat temu – nie ostrzył, stając gwałtownie w linii wiatru, już przy wietrze 3B. Temat nawietrzności czy zawietrzności różnych jednostek, zwłaszcza śródlądowych, wraca w kolejnych sezonach jak bumerang. To swego rodzaju never ending story.

Seria jachtów typu Mors budowanych w KWK Jastrzębie różni się od pozostałych wytwarzanych amatorsko w tym czasie jednym szczegółem. Szkutnicy-górnicy wpadli
na wydawałoby się (przynajmniej im) logiczny pomysł: skrzynka mieczowa to zawalidroga, jest zbyt blisko zejściówki, przesuńmy ją zatem do przodu, będzie wygodniej. Jak pomyśleli, tak zrobili i wlaminowali skrzynkę mieczową o ponad 40 cm bliżej dziobu (rys. 1) w stosunku do projektu. Rzeczywiście w kabinie zrobiło się więcej miejsca, powiększyła się ona bowiem o odległość od zejściówki do stołu na skrzynce. Koszt tej modyfikacji okazał się jednak niespodziewanie wysoki zarówno w sensie finansowym, jak i użytkowym. Górnicy narzekali później, że tymi morsami nie dało się pływać przy nieco silniejszym wietrze, bo już w niewielkim przechyle jacht wymykał się spod kontroli, ostrząc do łopotu.

Wieści o zachowaniu tych łódek zaskoczyły mnie tym bardziej, że sam żeglowałem własnoręcznie zbudowanym morsem, który nie wykazywał takich narowów. Producenci nie od razu przyznali się do „poprawki” projektu. Nieświadom tego próbowałem przekonać ich do działań, które przynajmniej ograniczyłyby to złe zachowanie jachtu.

Skąd nawietrzność?

Zarówno nadmierna nawietrzność, jak i zawietrzność nie była wówczas niczym niezwykłym. Zdarzały się błędy i niedokładności popełniane przez budowniczych amatorów wpływające na położenia środka oporu bocznego (punktu przyłożenia siły hydrodynamicznej) względem tzw. środka ożaglowania, czyli punktu przyłożenia wypadkowej siły aerodynamicznej. Sprawiały one, że tzw. wyprzedzenie żaglowe okazywało się niewystarczające już w lekkim przechyle. Jego odpowiednia wartość powinna zapewniać, by wektory wypadkowych sił aerodynamicznej i hydrodynamicznej leżały w jednej linii (w rzucie z góry). Moment obracający dziób do wiatru jest wówczas zerowy lub ma tylko niewielką wartość, dającą się skompensować siłą wytwarzaną przez płetwę sterową (rys. 2). Lekka nawietrzność zresztą korzystnie wpływa na ostrość żeglugi na wiatr, ponieważ płetwa działająca pod niewielkim dodatnim kątem natarcia wytwarza dodatkową siłę hydrodynamiczną, wspomagając w ten sposób płetwę balastową czy mieczową. Ta wówczas może działać przy mniejszym kącie natarcia, a więc generuje mniejszy opór, dzięki czemu kąt żeglugi na wiatr maleje. Jacht może więc żeglować ostrzej.

Dobre rady...

Nadmierną, ale nie przesadną nawietrzność przeważnie da się skorygować jednym ze znanych sposobów lub kilkoma jednocześnie. Pomóc może zwłaszcza przechylenie masztu topem do dziobu, sprawiające, że środek ożaglowania, czyli wypadkowa sił aerodynamicznych, przemieszcza się również w tym kierunku – rośnie więc wyprzedzenie żaglowe. Ograniczeniem jest długość sztagu, na którym zmieści się jeszcze lik przedni foka, oraz… estetyka. Widok jachtu z pochylonym do przodu masztem po prostu razi.

Podobny efekt w walce z nawietrznością przynosi zredukowanie powierzchni grota. Prócz przemieszczenia środka ożaglowania ku dziobowi, redukcja grota oznacza mniejszy przechył, ponieważ siła przechylająca maleje i zarazem środek ożaglowania obniża się (rys. 3). Jacht powinien się mniej przechylać, a nawietrzność jest przecież funkcją przechyłu: im mniejszy, tym mniejsza skłonność do ostrzenia, zwłaszcza w bajdewindzie. Jeśli nawietrzność nie jest zbyt dokuczliwa, można też zredukować siłę aerodynamiczną grota przez spłaszczenie jego profili za pomocą dostępnych regulacji (ugięcie masztu, wybranie szkentli, czyli fału liku dolnego, oraz cunninghamu).

Powiększenia powierzchni foka nie można uznać za dobre remedium. Przesuwa wprawdzie środek ożaglowania do przodu, ale zwiększa powierzchnię sumaryczną żagli. W rezultacie pogłębia się przechył, a wraz z nim i nawietrzność. Stawianie większego foka polecić można tylko z jednoczesną redukcją powierzchni grota – i to tylko przy słabszym wietrze.

Radykalny sposób radzenia sobie z tym problemem polega na przesunięciu całego takielunku ku dziobowi. Niestety, zazwyczaj to niewykonalne,gdyż we współczesnych jachtach, nawet śródlądowych, nie ma możliwości regulacji położenia pięty masztu. A nawet gdyby istniała, to limituje ją długość sztagu, która skraca się wraz przemieszczeniem masztu ku dziobowi.

... i proste patenty

Istnieje prosty i niewymagający żadnych inwestycji patent na niewielką tendencją do nawietrzności w przypadku jachtów z mieczem obrotowym. Gdy mocno wieje i łódka moczy listwę odbojową w przechyle, wystarczy nieco podnieść miecz (rys. 4).

To „nieco” w każdym przypadku oznacza inny kąt obrotu.

Najmniejszy, gdy jacht wyposażono w smukły miecz o niewielkiej cięciwie (rys. 5), jak np. w jednostkach z obrotowo zamocowaną wąską płetwą balastową składaną pod dnem. Wówczas po podniesieniu miecza, czyli jego obrocie, traci on niewiele ze swej powierzchni czynnej, a środek oporu bocznego (punkt przyłożenia wypadkowej siły hydrodynamicznej) przesuwa się znacznie ku rufie. Zwiększa się zatem wyprzedzenie żaglowe, a na dodatek redukuje ramię momentu przechylającego.

W przypadku miecza obrotowego o obrysie zbliżonym do wycinka koła pożądany efekt uzyska się przy większym obrocie miecza. W obu przypadkach jednak trzeba się liczyć ze zwiększonym kątem dryfu, co nie jest jednak wysoką ceną za uniknięcie ostrzenia do łopotu przy każdym szkwale i wytchnienie od nieustannej walki z rumplem. Zresztą powiększenie kąta dryfu nie musi być znaczne, ponieważ – dzięki pochyleniu krawędzi natarcia – miecz uzyskuje walory płata skośnego typu delta, który podobnie jak skrzydła tego rodzaju może skutecznie (bez oderwania strug) wytwarzać siłę hydrodynamiczną przy większych kątach natarcia. To ważna cecha, zwłaszcza w żegludze po zafalowanym akwenie.

Morsy z KWK Jastrzębie po konsultacji ze mną uratowano, montując w kokpicie dodatkowy miecz (rys. 6). Chyba jednak nie wszystkie wyposażono w ten sposób, jak wskazuje mail armatora jachtu z tej serii.

Czasem nawet jednoczesne zastosowanie powyższych sposobów nie sprawi, że jacht stanie się zawietrzny. Mam tylko nadzieję, że pozwoli na w miarę poprawną żeglugę na wiatr i uniknięcie dodatkowej pracy i wydatków. Tematem kolejnego odcinka cyklu będzie natomiast zawietrzność – równie niepożądana cecha niektórych jachtów, utrudniająca żeglowanie na wiatr.