Żeglowanie "na przyrządy" - tekst z cyklu "Prześcignąć wiatr"
Żeglowanie z możliwie największą prędkością jest uwarunkowane wytworzeniem maksymalnej siły napędzającej jacht. Zależy ona zarówno od doboru kąta natarcia względem kierunku wiatru pozornego, jak i kształtu żagla we wszystkich jego przekrojach – od góry do dołu. Jak dobrać ów właściwy kąt natarcia?
Podobnie jak w lotnictwie – kąt natarcia tworzą kierunek wiatru pozornego i cięciwa żagla. Wypadkowa siła aerodynamiczna zależy właśnie od kąta natarcia dla żagla o stałej krzywiźnie profilu przy stałej prędkości wiatru. Wynika to z wykresu tej siły dla różnych kątów natarcia, czyli tzw. biegunowej profilu żagla przedstawionej na rys. 1. Na kursach ostrych aż do półwiatru można uznać siłę L za składową korzystną decydującą o mocy żagli jachtu, D natomiast reprezentuje szkodliwy opór samego ożaglowania, przeciwstawiający się ruchowi jachtu. W miarę odpadania składowa D przestaje stopniowo hamować, by w fordewindzie stać się jedyną siłą napędzającą jacht.
Optymalnie na ostro
Optymalny kąt natarcia na kursach ostrych można z łatwością ustalić w oparciu o biegunową żagla taką, jak przedstawiono na rysunku 1. Badania prowadzone na modelach żagli, a także pomiary na rzeczywistych jachtach wykazały, że optymalny kąt natarcia dla kursów ostrych zawiera się w granicach 15 do 20 stopni.
CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO? POLUB ŻAGLE NA FACEBOOKU
Nieco inaczej rzecz się przedstawia, gdy chcemy żeglować jak najostrzej na wiatr. Przypomnijmy, że trym żagli wówczas, a więc i kąt natarcia, powinien być, najogólniej mówiąc taki, by osiągnąć możliwie najwyższy stosunek składowych – L/D (rys. 1). Tylko wtedy można żeglować w pobliżu tzw. doskonałości całego jachtu wyznaczonej na podstawie jego biegunowej. Wyznacza się ją, prowadząc styczną do biegunowej z początku układu współrzędnych (rys. 1). Punkt styczności odpowiada maksimum L/D. Zazwyczaj jednak ograniczamy się do biegunowej ożaglowania ze względu na trudności w określeniu biegunowej jachtu.
Na oko i wyczucie?
W praktyce pojawiają się kłopoty z ustaleniem optymalnego kąta natarcia żagli. Pomiar na oko i wyczucie sternika – to iluzja. Nie jest też dobrym wskaźnikiem kąt trymu, tym bardziej że pod względem zmienności wiatr, zwłaszcza na śródlądziu, może konkurować nawet z naturą kobiecą.
Żeglarze turyści, najczęściej, jako sygnał tzw. przeostrzenia, czyli żeglugi na zbyt małym kącie natarcia uznają załamanie się żagla tuż przy krawędzi natarcia. Trudno uznać to za dobry wskaźnik, gdyż przeważnie żagiel pracuje wówczas na kącie natarcia mniejszym od 10 stopni, a więc sporo poniżej swych optymalnych możliwości.
Jak więc ustalić optymalny kat natarcia, nie dysponując precyzyjnym logiem, wskazującym, czy nasze zmiany tego kąta przyśpieszają, czy zwalniają jacht? Gdybyśmy nawet mieli log, to na śródlądziu zdałby się psu na budę. Zbyt zmienny tu wiatr i za krótkie halsy.
Można jednak zainstalować znacznie precyzyjniejsze i tańsze wskaźniki kąta natarcia, szczególnie foka. To tzw. icki, czyli wełniane nitki przyklejone z obu stron żagla w pewnej odległości od foka (rys. 2). Niektórzy żaglomistrze wyposażają w nie już nawet „turystyczne” żagle. Icki – wełniane nitki w kolorze kontrastującym z tkaniną żagla mocuje się, przyklejając lub przeszywając przez tkaninę w odległości 15 do 30 cm od krawędzi natarcia foka z obu jego stron. Instaluje się przynajmniej trzy pary wskaźników wzdłuż wysokości liku przedniego foka (rys. 2). Regatowcy na tym nie poprzestają, naklejając na każdym z tych poziomów jeszcze przynajmniej dwie pary nitek wzdłuż profilu żagla.
Jak na to patrzeć?
Posługiwanie się ickami nie wymaga wielkiej filozofii. Opływ wokół żagla odbywa się bez zakłóceń i oderwania, jeśli icki z obydwu stron układają się wzdłuż przepływu – mniej więcej horyzontalnie, jakby były przyklejone do żagla (rys. 3 b). Trzepotanie lub zawijanie się icka nawietrznego przeciwnie do kierunku wiatru sygnalizuje niedobranie żagla lub zbyt ostrą żeglugę – zbyt mały jego kąt natarcia w stosunku do wiatru pozornego (rys. 3 a).
Trzepotanie się lub zawijanie zawietrznej nitki z kolei oznacza, że znajduje się ona w strefie bąbla powietrznego z wirem stacjonarnym: żeglujemy zbyt pełnie lub też żagiel jest przebrany (rys. 3 c). Oderwanie strug mogło jednak nastąpić tylko na niewielkim obszarze tuż przy krawędzi natarcia. Dopiero obserwacja zachowania się następnych wskaźników umieszczonych na tym samym poziomie pozwala na stwierdzenie, czy strugi przykleiły się na całej długości profilu żagla, czy też zakłócenie objęło większą długość zawietrznej profilu.
Przebranie żagli, czyli wzrost kąta do 20 stopni i więcej prowadzi na ogół do oderwania strug powietrza na zawietrznej grzbietowej stronie żagla, które to zjawisko wynika m.in. z bezwładności powietrza niebędącego w stanie opłynąć krzywizny profilu żagla (rys. 3 c i 4 c). W przypadku samolotu taka sytuacja może doprowadzić do utraty stateczności (przepadnięcia) i wprowadzenia go w tzw. korkociąg, z którego ciężko wyprowadza się zwłaszcza ciężkie maszyny. Przebranie żagli natomiast, sygnalizowane przez trzepotanie zawietrznych icków, nie ma tak tragicznych konsekwencji, spowoduje jedynie spadek prędkości. Dla większości żeglarzy turystów to bez znaczenia. Zazwyczaj żeglują na przebranych żaglach, mocując się, bez większego efektu, z szotami i rumplem.
CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO? POLUB ŻAGLE NA FACEBOOKU
Przebranie szkodzi szczególnie fokowi zbyt płaskiemu w przedniej części, przy krawędzi natarcia – o ostrym tzw. kącie wejścia (rys. 4). Pamiętajmy, że przy większych kątach natarcia strugi powietrza nie są w stanie przykleić się do grzbietowej jego strony nawet tuż za krawędzią natarcia. Następuje to dopiero w pewnej odległości za likiem przednim, jeśli niezbędne do tego podciśnienie jest wystarczające. Tuż za krawędzią natarcia tworzy się rodzaj pęcherza powietrznego, wewnątrz którego cyrkuluje lokalny wir. Aerodynamiczna siła wypadkowa nie traci wiele wskutek tego zjawiska, gdy ma ono ograniczony charakter. Straty energii wywołane cyrkulacją mogą spowodować jednak wzrost oporu. Dalsze zwiększenie kąta natarcia sprawia, że pęcherz rośnie błyskawicznie i zarazem punkt przyklejenia się przepływu do grzbietu przesuwa się ku krawędzi spływu i, gdy w końcu osiąga go – podciśnienie gwałtownie maleje, spada też równie gwałtownie wypadkowa siła aerodynamiczna.
Wełniane nitki przyklejone do żagla, czyli wspomniane icki, to niezwykle prosty wskaźnik, według którego możemy precyzyjnie nastawić ów optymalny kąt natarcia. Warto umieć odczytywać ich wskazania, by żeglować poprawniej, szybciej i... z większą dozą przyjemności!
Kliknij, by powiększyć rysunki:
