범선은 어떻게 바람을 거슬러 항해할 수 있나요? 범선의 운동 물리학 바람에 대항하는 범선의 움직임을 무엇이라고 합니까?

선체의 저항만큼 중요한 것은 돛에 의해 발생되는 견인력입니다. 돛의 작용을 보다 명확하게 상상하기 위해 돛 이론의 기본 개념을 알아봅시다.

우리는 순풍(지베드 코스)과 역풍(뒤바람 코스)으로 항해하는 요트의 돛에 작용하는 주요 힘에 대해 이미 이야기했습니다. 우리는 돛에 작용하는 힘이 요트가 바람을 타고 굴러가거나 표류하는 힘, 표류력, 견인력으로 분해될 수 있음을 알아냈습니다(그림 2 및 3 참조).

이제 돛에 가해지는 풍압의 전체 힘이 어떻게 결정되고 추력과 표류력이 무엇에 의존하는지 살펴보겠습니다.

날카로운 코스에서 돛의 작동을 상상하려면 먼저 특정 공격 각도에서 풍압을 경험하는 평평한 돛(그림 94)을 고려하는 것이 편리합니다. 이 경우, 돛 뒤쪽에 와류가 형성되고, 바람이 불어오는 쪽에서는 압력력이 발생하고, 바람이 불어오는 쪽에서는 희박력이 발생합니다. 그 결과 R은 돛의 평면에 대략 수직으로 향하게 됩니다. 돛의 작동을 제대로 이해하려면 이를 공기 흐름(바람)에 평행한 X 방향과 공기 흐름에 수직인 Y 방향의 두 가지 구성 요소 힘의 결과로 상상하는 것이 편리합니다.

공기 흐름과 평행하게 향하는 힘 X를 항력이라고 합니다. 이는 돛 외에도 요트의 선체, 장비, 스파링 및 승무원에 의해 생성됩니다.

공기 흐름에 수직으로 작용하는 힘 Y를 공기 역학에서는 양력이라고 합니다. 날카로운 코스에서 요트가 움직이는 방향으로 추력을 생성하는 것이 바로 이것이다.

돛 X(그림 95)의 동일한 항력으로 양력이 예를 들어 Y1 값으로 증가하면 그림에 표시된 것처럼 양력과 항력의 결과는 R만큼 변경되고 , 이에 따라 추력 T는 T1으로 증가합니다.

이러한 구조를 사용하면 (동일한 양력에서) 항력 X가 증가하면 추력 T가 감소한다는 것을 쉽게 확인할 수 있습니다.

따라서 견인력을 증가시켜 급경사 코스의 속도를 높이는 방법에는 두 가지가 있습니다. 즉, 돛의 양력을 높이고 돛과 요트의 항력을 줄이는 것입니다.

현대 항해에서는 돛의 양력이 약간의 "배부름"이 있는 오목한 모양을 제공하여 증가합니다(그림 96). 즉, 돛대에서 가장 높은 부분까지의 크기입니다. 깊은 곳"배"는 일반적으로 돛 너비의 0.3-0.4이고 "배"의 깊이는 너비의 약 6-10%입니다. 이러한 돛의 양력은 거의 동일한 항력을 갖는 완전히 평평한 돛의 양력보다 20-25% 더 큽니다. 사실, 평평한 돛을 가진 요트는 바람을 향해 조금 더 가파르게 항해합니다. 그러나 배불뚝이 돛의 경우 추력이 더 크기 때문에 택으로의 진행 속도가 더 빠릅니다.

쌀. 96. 항해 프로필

배가 불룩한 돛을 사용하면 추력이 증가할 뿐만 아니라 표류력도 증가합니다. 즉, 배가 불룩한 돛을 가진 요트의 롤링과 드리프트가 상대적으로 평평한 요트보다 더 크다는 것을 의미합니다. 따라서 강한 바람에서 6-7% 이상의 돛 "팽창"은 수익성이 없습니다. 왜냐하면 힐과 드리프트가 증가하면 선체 저항이 크게 증가하고 "먹어"버리는 돛의 효율성이 감소하기 때문입니다. 추력 증가 효과. 약한 바람에서는 9-10%의 "배"를 가진 돛이 더 잘 당깁니다. 돛의 총 풍압이 낮기 때문에 뒤꿈치가 작기 때문입니다.

15~20°보다 큰 받음각, 즉 요트가 바람을 향해 40~50° 이상 향하는 모든 세일은 풍하측에 상당한 난기류가 형성되기 때문에 양력을 줄이고 항력을 증가시킬 수 있습니다. 그리고 양력의 주요 부분은 돛의 풍하측 주위에 원활하고 난류가 없는 흐름에 의해 생성되므로 이러한 소용돌이의 파괴는 큰 영향을 미칩니다.

메인 세일 뒤에 형성되는 난류는 지브를 설정함으로써 파괴됩니다(그림 97). 메인세일과 지브 사이의 틈으로 들어가는 공기 흐름은 속도를 증가시키고(소위 노즐 효과) 지브가 올바르게 조정되면 메인세일의 소용돌이를 "핥습니다".

쌀. 97. 지브 작업

부드러운 돛의 프로필은 다양한 공격 각도에서 일정하게 유지하기 어렵습니다. 이전에 작은 배는 돛 전체를 통과하는 배튼을 사용했습니다. 배 부분은 더 얇아졌고, 돛이 훨씬 더 편평한 러프 쪽으로 갈수록 두꺼워졌습니다. 요즘 스루 배튼은 주로 얼음 보트와 쌍동선에 설치되는데, 일반 돛이 이미 러프를 따라 휘두를 때 낮은 공격 각도에서 돛의 프로필과 강성을 유지하는 것이 특히 중요합니다.

양력의 원천이 돛뿐이라면 요트 주위를 흐르는 공기 흐름에서 끝나는 모든 것에 의해 항력이 생성됩니다. 따라서 요트의 선체, 마스트, 장비 및 승무원의 항력을 줄임으로써 돛의 견인 특성을 향상시킬 수도 있습니다. 이를 위해 스파 및 리깅에 다양한 유형의 페어링이 사용됩니다.

돛의 항력의 양은 모양에 따라 다릅니다. 공기 역학의 법칙에 따르면 항공기 날개의 항력은 낮을수록 동일한 면적에 대해 더 좁고 길어집니다. 그렇기 때문에 그들은 돛(본질적으로 동일한 날개이지만 수직으로 배치됨)을 높고 좁게 만들려고 노력합니다. 이를 통해 위쪽 바람을 사용할 수도 있습니다.

돛의 항력은 돛 앞쪽 가장자리의 상태에 따라 크게 달라집니다. 모든 돛의 러프는 진동 가능성을 방지하기 위해 단단히 덮어야 합니다.

소위 돛의 중심 맞추기라는 매우 중요한 상황을 하나 더 언급해야합니다.

모든 힘은 크기, 방향 및 적용 지점에 따라 결정된다는 것이 역학을 통해 알려져 있습니다. 지금까지 우리는 돛에 가해지는 힘의 크기와 방향에 대해서만 이야기했습니다. 나중에 살펴보겠지만 적용 지점에 대한 지식은 돛의 작동을 이해하는 데 매우 중요합니다.

풍압은 돛 표면 전체에 고르지 않게 분포되어 있지만(앞부분이 더 많은 압력을 받음), 비교 계산을 단순화하기 위해 균등하게 분포되는 것으로 가정합니다. 대략적인 계산을 위해 돛에 가해지는 풍압의 합력은 한 지점에 적용되는 것으로 가정됩니다. 돛 표면의 무게 중심은 요트의 중앙 평면에 배치될 때 그대로 사용됩니다. 이 지점을 돛의 중심(CS)이라고 합니다.

CPU 위치를 결정하는 가장 간단한 그래픽 방법에 중점을 두겠습니다(그림 98). 필요한 규모로 요트의 항해 면적을 그립니다. 그런 다음 중앙값의 교차점(삼각형의 꼭지점과 반대편의 중간점을 연결하는 선)에서 각 돛의 중심을 찾습니다. 그림에서 메인세일과 스테이세일을 구성하는 두 삼각형의 중심 O와 O1을 얻은 후, 이 중심을 통과하는 두 개의 평행선 OA와 O1B를 그리고 많은 선형 축척과 동일한 축척을 제외한 반대 방향으로 그 위에 놓습니다. 삼각형의 단위는 평방미터입니다. 지브의 면적은 메인세일의 중심에서 그려지고, 메인세일의 면적은 지브의 중심에서 그려집니다. 끝점 A와 B는 직선 AB로 연결됩니다. 또 다른 직선 - O1O는 삼각형의 중심을 연결합니다. 직선 A B와 O1O의 교차점에는 공통 중심이 있습니다.

쌀. 98. 돛의 중심을 찾는 그래픽 방법

이미 말했듯이 드리프트 힘(돛 중앙에 적용되는 것으로 간주함)은 요트 선체의 측면 저항력에 의해 상쇄됩니다. 측면 저항력은 측면 저항 중심(CLR)에 적용되는 것으로 간주됩니다. 측면 저항 중심은 요트의 수중 부분을 중앙 평면에 투영하는 무게 중심입니다.

측면 저항의 중심은 두꺼운 종이에서 요트의 수중 부분의 윤곽을 잘라내고 이 모델을 칼날 위에 올려 놓으면 찾을 수 있습니다. 모델의 균형이 맞춰지면 가볍게 눌러준 후 90° 회전시켜 다시 균형을 잡아주세요. 이 선들의 교차점은 측면 저항의 중심을 제공합니다.

요트가 기울어짐 없이 항해할 때 CP는 CB와 동일한 수직 직선 상에 있어야 합니다(그림 99). CP가 중앙 스테이션 앞에 있으면 (그림 99, b) 측면 저항력에 비해 앞으로 이동하는 표류력이 선박의 뱃머리를 바람으로 바꾸어 요트가 떨어집니다. CPU가 중앙 스테이션 뒤에 있으면 요트는 뱃머리를 바람 방향으로 돌리거나 주행하게 됩니다(그림 99, c).

쌀. 99. 요트 정렬

바람에 대한 과도한 조정, 특히 실속(부적절한 센터링)은 모두 요트 항해에 해롭습니다. 왜냐하면 조타수가 직진성을 유지하기 위해 지속적으로 조타 장치를 작동하게 하고 이로 인해 선체 저항이 증가하고 선박 속도가 감소하기 때문입니다. 또한 잘못된 정렬로 인해 제어성이 저하되고 경우에 따라 완전히 손실될 수도 있습니다.

그림과 같이 요트의 중심을 맞추면 99, 즉 CPU와 중앙 제어 시스템이 동일한 수직에 있게 되면 선박이 매우 강하게 구동되어 제어하기가 매우 어려워지게 됩니다. 무슨 일이야? 여기에는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 첫째, CPU와 중추신경계의 실제 위치는 이론적인 위치와 일치하지 않습니다(두 센터 모두 앞으로 이동하지만 동일하지는 않음).

둘째, 이것이 가장 중요한 것은 굽힐 때 돛의 견인력과 선체의 세로 저항력이 서로 다른 수직면에 놓이는 것으로 나타납니다 (그림 100). 이는 요트를 강제하는 레버처럼 나타납니다. 운전할. 롤이 클수록 선박이 기울어지기 쉽습니다.

이러한 내전을 제거하기 위해 CP는 중추신경계 앞에 배치됩니다. 요트를 주행하게 만드는 롤과 함께 발생하는 견인 모멘트와 종방향 저항은 CP가 전면에 있을 때 드리프트 힘과 측면 저항의 트래핑 모멘트에 의해 보상됩니다. 좋은 센터링을 위해서는 흘수선을 따라 요트 길이의 10-18%에 해당하는 거리에 CB 앞에 CP를 배치해야 합니다. 요트의 안정성이 낮을수록 중앙 스테이션 위로 CPU가 높아질수록 뱃머리로 이동해야 하는 양이 늘어납니다.

요트가 잘 움직이기 위해서는 중앙에 위치해야 합니다. 즉, 약한 바람 속에서 근거리 코스에 있는 선박이 돛에 의해 완전히 균형을 이룰 수 있는 위치에 CP와 CB를 배치해야 합니다. 즉, DP에 방향타를 던지거나 고정한 상태에서 코스에서 안정적이었고(매우 약한 바람에서는 약간 뜨는 경향이 허용됨), 강한 바람에서는 뜨는 경향이 있었습니다. 모든 조타수는 요트의 중심을 올바르게 잡을 수 있어야 합니다. 대부분의 요트에서는 후면 세일을 점검하고 전면 세일을 느슨하게 하면 굴러가는 경향이 증가합니다. 앞돛을 정밀 검사하고 뒷돛이 손상되면 배는 침몰합니다. 메인 세일의 "배부름"이 증가하고 돛의 위치가 잘못됨에 따라 요트의 주행 범위가 더 커지는 경향이 있습니다.

쌀. 100. 요트를 바람에 날릴 때 뒤꿈치가 미치는 영향

남쪽에서 부는 바람 태평양서쪽 방향으로 불어옵니다. 그래서 우리의 경로는 세일링 요트 "줄리엣"을 타고 동쪽에서 서쪽으로, 즉 바람이 등쪽으로 불도록 설계되었습니다.

그러나 우리의 경로를 살펴보면 예를 들어 사모아에서 토켈라우까지 남쪽에서 북쪽으로 이동할 때 바람에 수직으로 이동해야 하는 경우가 많다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 때로는 바람의 방향이 완전히 바뀌어서 우리는 바람을 거슬러 가야만 했습니다.

줄리엣의 루트

이 경우 어떻게 해야 합니까?

범선은 오랫동안 바람을 거슬러 항해할 수 있었습니다. 고전 Yakov Perelman은 오래 전에 "Entertaining Physics" 시리즈의 두 번째 책에서 이에 대해 간단하게 썼습니다. 나는 이 작품을 그림과 함께 말 그대로 여기에 제시합니다.

"바람을 거슬러 항해하다

범선이 어떻게 "바람을 거슬러" 항해할 수 있는지 또는 선원들이 말했듯이 "근거리 항해"를 할 수 있는지 상상하기는 어렵습니다. 사실, 선원은 바람을 거슬러 항해할 수는 없지만 바람의 방향에 대해 예각으로만 움직일 수 있다고 말할 것입니다. 그러나이 각도는 작습니다 (직각의 1/4 정도). 그리고 바람에 직접 대항하여 항해할지 아니면 22 ° 각도로 항해할지 여부도 똑같이 이해하기 어려운 것 같습니다.

그러나 실제로 이것은 무관심하지 않으며 이제 바람의 힘에 의해 약간의 각도로 그것을 향해 이동할 수 있는 방법을 설명하겠습니다. 먼저, 바람이 일반적으로 돛에 어떻게 작용하는지, 즉 돛이 불 때 바람이 밀어내는 위치를 살펴보겠습니다. 당신은 아마도 바람이 항상 돛을 부는 방향으로 밀어낸다고 생각할 것입니다. 그러나 이것은 그렇지 않습니다. 바람이 불 때마다 돛은 돛 평면에 수직으로 밀립니다. 실제로, 아래 그림의 화살표 방향으로 바람이 불게 하십시오. 라인 AB는 돛을 나타냅니다.

바람은 항상 돛을 비행기에 직각으로 밀어 넣습니다.

바람은 돛 전체 표면을 고르게 누르기 때문에 풍압을 돛 중앙에 가해지는 힘 R로 대체합니다. 우리는 이 힘을 두 가지로 나눌 것입니다: 돛에 수직인 힘 Q와 이를 따라 향하는 힘 P(위 그림 오른쪽 참조). 캔버스에 가해지는 바람의 마찰이 미미하기 때문에 마지막 힘은 돛을 아무데도 밀지 못합니다. 돛을 직각으로 미는 힘 Q가 남아 있습니다.

이것을 알면 범선이 어떻게 바람을 향해 예각으로 항해할 수 있는지 쉽게 이해할 수 있습니다. 선 KK가 선박의 용골선을 나타낸다고 가정합니다.

어떻게 바람을 거슬러 항해할 수 있나요?

바람은 일련의 화살표로 표시된 방향으로 이 선에 대해 예각으로 분다. 라인 AB는 돛을 나타냅니다. 평면이 용골 방향과 바람 방향 사이의 각도를 이등분하도록 배치됩니다. 그림의 힘 분포를 따르십시오. 우리는 돛에 가해지는 풍압을 힘 Q로 표현합니다. 이 힘은 돛에 수직이어야 합니다. 이 힘을 용골에 수직인 힘 R과 선박의 용골 선을 따라 앞쪽으로 향하는 힘 S로 나누겠습니다. R 방향으로 선박이 움직일 때 물로부터 강한 저항을 받기 때문에(용골이 범선매우 깊어짐) 힘 R은 물의 저항과 거의 완전히 균형을 이룹니다. 보시다시피 앞으로 향하는 힘 S는 단 하나뿐입니다. 따라서 마치 바람을 향하는 것처럼 배를 비스듬히 움직입니다. [돛의 평면이 용골과 바람 방향 사이의 각도를 이등분할 때 힘 S가 가장 크다는 것이 증명될 수 있습니다.] 일반적으로 이 동작은 아래 그림과 같이 지그재그로 수행됩니다. 선원들의 언어에서는 이러한 배의 움직임을 엄밀한 의미에서 "태킹(tacking)"이라고 합니다."

이제 보트의 방향을 기준으로 가능한 모든 풍향을 고려해 보겠습니다.

바람에 대한 선박의 경로 다이어그램, 즉 바람 방향과 선미에서 선수(코스)까지의 벡터 사이의 각도입니다.

바람이 얼굴에 불면(레벤틱) 돛이 좌우로 매달려서 돛과 함께 움직일 수 없습니다. 물론 언제든지 돛을 내리고 엔진을 켤 수 있지만 이는 더 이상 항해와 관련이 없습니다.

바람이 바로 뒤에서 불면(지베, 순풍) 가속된 공기 분자가 한쪽 돛에 압력을 가해 보트가 움직입니다. 이 경우 배는 풍속보다 느리게만 이동할 수 있습니다. 바람 속에서 자전거를 타는 것과 같은 비유가 여기에 적용됩니다. 바람이 등 뒤로 불고 페달을 돌리는 것이 더 쉽습니다.

바람을 거슬러 이동할 때(근접 운반) 돛은 지베의 경우처럼 뒤에서 돛에 가해지는 공기 분자의 압력 때문에 움직이는 것이 아니라, 서로 다른 공기 속도로 인해 생성되는 양력 때문에 움직입니다. 돛을 따라 양쪽에. 더욱이 용골 때문에 배는 배의 항로에 수직인 방향으로 움직이지 않고 앞으로만 움직인다. 즉, 이 경우의 돛은 근거리 돛의 경우처럼 우산이 아니라 비행기 날개입니다.

항해하는 동안 우리는 주로 평균 속도 7-8노트, 풍속 15노트로 백스테이와 만풍을 타고 항해했습니다. 때때로 우리는 바람을 거슬러 항해했고, 반바람과 근거리 항해를 했습니다. 그리고 바람이 잦아들자 그들은 엔진을 켰습니다.

일반적으로 돛을 달고 바람을 거슬러 가는 배는 기적이 아니라 현실이다.

가장 흥미로운 점은 보트가 바람을 거슬러 항해할 수 있을 뿐만 아니라 바람보다 더 빠르게 항해할 수 있다는 것입니다. 이는 보트가 백스테이하여 자체적으로 바람을 생성할 때 발생합니다.

우리는 대화형 대중 과학 블로그인 "2분 안에 설명하겠습니다"에서 준비한 출판물 시리즈를 계속합니다. 블로그는 우리를 매일 둘러싸고 있는 간단하고 복잡한 것들에 대해 이야기하며, 우리가 그것에 대해 생각할 때까지 어떤 질문도 제기하지 않습니다. 예를 들어, 여기에서 방법을 확인할 수 있습니다. 우주선도킹 중에 ISS를 놓치거나 충돌하지 마십시오.

1. 엄격하게 바람을 거슬러 항해하는 것은 불가능합니다. 그러나 바람이 앞쪽에서 불고 약간 비스듬히 불면 요트가 잘 움직일 수 있습니다. 이런 경우 배는 급경사 방향으로 항해하고 있다고 한다.

2. 돛의 추진력은 두 가지 요인에 의해 생성됩니다. 첫째, 바람이 돛을 누르는 것뿐입니다. 둘째, 대부분의 현대식 요트에 설치된 비스듬한 돛은 공기가 그 주위로 흐를 때 비행기 날개처럼 작동하여 "양력"을 생성하지만 위쪽이 아닌 앞으로 향하게 됩니다. 공기 역학으로 인해 돛의 볼록한 부분의 공기는 오목한 부분보다 빠르게 움직이며, 돛 외부의 압력은 내부보다 적습니다.

3. 돛에 의해 생성된 총 힘은 캔버스에 수직으로 향합니다. 벡터를 추가하는 규칙에 따라 드리프트력(빨간색 화살표)과 견인력(녹색 화살표)을 구분할 수 있습니다.

4. 급경사 코스에서는 표류력이 크지만 선체, 용골, 방향타의 모양으로 인해 저항이 발생합니다. 요트는 방수 때문에 옆으로 갈 수 없습니다. 그러나 작은 견인력에도 기꺼이 앞으로 미끄러집니다.

5. 바람에 맞서 항해하기 위해 요트는 먼저 한쪽 또는 다른 쪽에서 바람을 향하여 세그먼트별로 앞으로 이동합니다. 택의 길이와 바람의 각도는 어느 정도가 되어야 하는지가 선장의 전술에 있어서 중요한 문제입니다.

6. 바람과 관련된 배의 주요 경로는 다섯 가지입니다. Peter I 덕분에 네덜란드 해양 용어가 러시아에 뿌리를 내 렸습니다.

7. 레벤틱－ 바람은 배의 뱃머리에서 직접 분다. 이 코스에서는 항해할 수 없지만 바람 방향으로 방향을 돌려 요트를 멈추는 데 사용됩니다.

8. 닫힌 바람－ 같은 급성 과정. 가까이 다가가면 바람이 얼굴을 스쳐 지나가기 때문에 요트가 아주 빠른 속도로 발전하는 것 같습니다. 사실, 이 느낌은 기만적입니다.

9. 걸프윈드－ 바람은 진행방향과 수직으로 분다.

10. 백스테이－ 바람은 선미 쪽과 옆쪽에서 분다. 가장 빠른 코스입니다. 백스테이를 타고 항해하는 고속 경주용 보트는 돛의 양력으로 인해 바람의 속도를 초과하는 속도로 가속할 수 있습니다.

11. 포디윈드－선미에서도 같은 순풍이 불고 있다. 예상과는 달리 가장 빠른 코스는 아닙니다. 여기서는 돛의 양력을 사용하지 않으며 이론적인 속도 제한은 바람의 속도를 초과하지 않습니다. 숙련된 선장은 비행기 조종사가 상승 기류와 하강 기류를 예측할 수 있는 것처럼 보이지 않는 기류를 예측할 수 있습니다.

"2분 후에 설명하겠습니다" 블로그에서 다이어그램의 대화형 버전을 볼 수 있습니다.

움직임 세일링 요트순풍은 실제로 배를 앞으로 밀어내는 돛에 가해지는 바람의 단순한 압력에 의해 결정됩니다. 그러나 풍동 연구에 따르면 바람을 거슬러 항해하면 돛이 더 복잡한 힘에 노출되는 것으로 나타났습니다.

들어오는 공기가 세일의 오목한 후면 주위로 흐르면 공기 속도가 감소하고, 세일의 볼록한 전면 주위로 흐르면 이 속도가 증가합니다. 그 결과, 돛의 뒷면에는 고기압 영역이 형성되고, 앞면에는 저기압 영역이 형성됩니다. 돛 양쪽의 압력 차이로 인해 요트가 바람에 대한 각도로 앞으로 이동하는 당기는(미는) 힘이 생성됩니다.

바람과 거의 직각을 이루는 세일링 요트(해상 용어로 요트가 태킹됨)는 빠르게 앞으로 나아갑니다. 돛은 당기는 힘과 측면 힘의 영향을 받습니다. 세일링 요트가 바람에 예각으로 항해하면 당기는 힘이 감소하고 측면 힘이 증가하여 속도가 느려집니다. 돛이 선미쪽으로 더 많이 회전할수록 특히 큰 측면 힘으로 인해 요트가 전진하는 속도가 느려집니다.

세일링 요트는 바람을 맞으며 직접 항해할 수는 없지만, 택이라고 불리는 바람의 각도로 일련의 짧은 지그재그 움직임을 만들어 앞으로 나아갈 수 있습니다. 바람이 왼쪽(1)으로 불면 요트는 포트 택으로 항해 중이라고 하며, 우현(2)으로 불면 우현 택으로 항해 중이라고 합니다. 더 빠른 거리를 이동하기 위해 요트맨은 아래 왼쪽 그림과 같이 돛의 위치를 ​​조정하여 요트의 속도를 한계까지 높이려고 합니다. 직선에서 측면으로의 이탈을 최소화하기 위해 요트는 우현 택에서 좌현으로 또는 그 반대로 코스를 변경하여 이동합니다. 요트가 진로를 바꾸면 돛이 반대편으로 던져지고, 요트의 평면이 바람의 선과 일치하면 한동안 펄럭인다. 비활성 상태입니다(텍스트 아래 중간 그림). 요트는 소위 데드 존에 들어가 바람이 반대 방향에서 다시 돛을 부풀릴 때까지 속도를 잃습니다.

돛의 작동 방식을 살펴보기 전에 고려해야 할 짧지만 중요한 두 가지 사항이 있습니다.
1. 어떤 종류의 바람이 돛에 영향을 미치는지 확인합니다.
2. 바람과 관련된 코스와 관련된 특정 해양 용어에 대해 이야기해 보세요.

요트의 실제 바람과 겉보기 바람.

움직이는 배와 그 위의 모든 것에 작용하는 바람은 정지해 있는 물체에 작용하는 바람과 다릅니다.
우리는 땅이나 물에 상대적으로 부는 대기 현상으로서 바람 자체를 진정한 바람이라고 부릅니다.
요트 경기에서 움직이는 요트에 상대적인 바람을 겉보기 바람이라고 하며 이는 실제 바람과 선박의 움직임으로 인해 발생하는 다가오는 기류의 합입니다.
겉보기 바람은 항상 실제 바람보다 보트에 더 예리한 각도로 불어옵니다.
겉보기 풍속은 진풍(진풍이 정풍 또는 측풍인 경우)보다 클 수도 있고, 진풍(순풍인 경우)보다 작을 수도 있습니다.

바람을 기준으로 한 방향.

바람에바람이 불어오는 방향을 뜻합니다.
바람이 부는 방향- 바람이 부는 방향에서.
이러한 용어와 "바람이 불어오는 쪽", "바람이 불어오는 쪽"과 같은 파생어는 요트에서만 사용되는 것이 아니라 매우 널리 사용됩니다.
이러한 용어가 선박에 적용될 때 바람이 불어오는 쪽과 풍하측에 대해서도 이야기하는 것이 일반적입니다.
요트의 우현에서 바람이 불면 이 쪽을 요트의 우현이라고 합니다. 바람이 불어오는 쪽, 왼쪽 - 풍하측각기.
왼쪽 및 우현 압정은 이전 용어와 직접 관련된 두 가지 용어입니다. 바람이 배의 우현으로 불면 우현 압정으로 항해하고 있다고 말하고, 왼쪽에 있으면 왼쪽 압정으로 항해한다고 말합니다. .
영어 해상 용어에서 우현 및 좌현과 관련된 것은 일반적인 오른쪽 및 왼쪽과 다릅니다. 그들은 우현과 그와 관련된 모든 것에 대해 Starboard라고 말하고 왼쪽에 대해 Port라고 말합니다.

바람과 관련된 코스.

바람에 대한 경로는 겉보기 바람의 방향과 선박의 이동 방향 사이의 각도에 따라 달라집니다. 급성과 완전으로 나눌 수 있습니다.

클로즈 홀링은 바람에 비해 날카로운 코스입니다. 바람이 80° 미만으로 불 때. 가파른 근거리 바람(최대 50°) 또는 완전 근거리 바람(50~80°)이 있을 수 있습니다.
풍향 풀 코스는 요트가 진행하는 방향에 대해 90° 이상의 각도로 바람이 부는 코스입니다.
이 코스에는 다음이 포함됩니다:
걸프윈드(Gulfwind) - 바람이 80~100° 각도로 분다.
백스테이 - 바람은 100~150°(가파른 백스테이) 및 150~170°(완전한 백스테이) 각도로 분다.
Fordewind - 바람이 170° 이상의 각도로 후진으로 분다.
좌파 - 바람은 엄밀히 말하면 역풍이거나 그에 가깝습니다. 범선은 그러한 바람을 거슬러 움직일 수 없기 때문에 코스가 아니라 바람에 상대적인 위치라고 더 자주 불립니다.

바람에 따른 기동.

항해중인 요트가 항로를 변경하여 바람과 운동 방향 사이의 각도가 감소하면 배는 다음과 같이 변한다고 합니다. 주어진다. 즉, 평평하게 한다는 것은 바람에 대해 더 예리한 각도로 가는 것을 의미합니다.
반대 과정이 발생하면, 즉 요트가 바람과 사이의 각도를 증가시키는 방향으로 진로를 변경하면 선박은 떨어지다 .
보트가 동일한 택 내에서 바람에 따라 항로를 변경할 때 용어("리드" 및 "낙하")가 사용된다는 점을 명확히 하겠습니다.
배가 방향을 바꾸면 (그때에만!) 요트에서의 이러한 조작을 회전이라고 합니다.
압정을 변경하는 방법에는 두 가지가 있으며 그에 따라 두 가지 회전이 있습니다. 압정그리고 비웃음 .
압정은 바람으로의 전환입니다. 선박이 구동되고 보트의 뱃머리가 풍선을 가로지르며 어느 시점에서 선박은 왼쪽 위치를 통과한 후 다른 압정에 놓이게 됩니다.
요트 타기는 반대 방향으로 발생합니다. 배가 추락하고, 선미가 바람 선을 가로지르고, 돛이 반대편으로 이동하고, 요트가 다른 압정에 놓여 있습니다. 대부분 이것은 하나의 풀 코스에서 다른 풀 코스로의 전환입니다.

요트를 타는 동안 항해 작업.

돛을 다룰 때 선원이 겪는 주요 과제 중 하나는 돛을 앞으로 가장 잘 추진할 수 있도록 바람에 대해 최적의 각도로 돛의 방향을 맞추는 것입니다. 이렇게 하려면 돛이 바람과 어떻게 상호작용하는지 이해해야 합니다.
돛의 작용은 여러 면에서 비행기 날개의 작용과 유사하며 공기역학 법칙에 따라 발생합니다. 특히 호기심이 많은 요트맨의 경우 일련의 기사에서 날개로서의 돛의 공기 역학에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. 하지만 이 글을 읽은 후에는 쉬운 내용에서 더 복잡한 내용으로 점차 옮겨가는 것이 더 좋습니다. 그런데 내가 누구에게 이것을 말하고 있습니까? 진정한 요트맨은 어려움을 두려워하지 않습니다. 그리고 당신은 모든 것을 정반대로 할 수 있습니다.

돛과 항공기 날개의 주요 차이점은 돛에 공기 역학적 힘이 나타나기 위해서는 돛과 바람 사이에 0이 아닌 특정 각도가 필요하다는 것입니다. 이 각도를 공격 각도라고 합니다. 비행기 날개는 비대칭 프로필을 갖고 있어 받음각이 0일 때 정상적으로 작동할 수 있지만 돛은 그렇지 않습니다.
돛 주위로 바람이 흐르면 ​​공기 역학적 힘이 발생하여 궁극적으로 요트가 앞으로 이동합니다.
바람을 기준으로 다양한 코스에서 요트를 탈 때 돛의 작동을 고려해 봅시다. 먼저, 단순화를 위해 돛이 하나 달린 돛대가 땅에 파여 있고 바람을 돛에 다양한 각도로 향하게 할 수 있다고 상상해 봅시다.

공격 각도 0°. 돛을 따라 바람이 불고, 돛이 깃발처럼 펄럭인다. 돛에는 공기역학적 힘이 없고 항력만 있습니다.
공격 각도 7°. 공기역학적 힘이 나타나기 시작합니다. 그것은 돛에 수직으로 향하고 있으며 여전히 크기가 작습니다.
공격 각도는 약 20°입니다. 공기 역학적 힘은 최대 값에 도달했으며 돛에 수직으로 향합니다.
공격 각도 90°. 이전 사례와 비교하여 공기역학적 힘은 크기나 방향에서 크게 변하지 않았습니다.
따라서 우리는 공기 역학적 힘이 항상 돛에 수직으로 향하고 그 크기가 20°에서 90° 사이의 각도 범위에서 실질적으로 변하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
90°보다 큰 받음각은 고려하는 것이 의미가 없습니다. 왜냐하면 요트의 돛은 일반적으로 바람에 대해 그러한 각도로 설정되어 있지 않기 때문입니다.

받음각에 대한 위의 공기역학적 힘의 의존성은 크게 단순화되고 평균화됩니다.
실제로 이러한 특성은 돛의 모양에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 경주용 요트의 길고 좁으며 상당히 평평한 메인 세일은 약 15°의 받음각에서 최대 공기역학적 힘을 가지게 되며, 더 높은 각도에서는 힘이 약간 작아집니다. 돛이 좀 더 배가 불룩하고 종횡비가 매우 크지 않은 경우, 돛에 가해지는 공기역학적 힘은 약 25-30°의 받음각에서 최대가 될 수 있습니다.

이제 요트에서 돛이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.

단순화를 위해 요트에 돛이 하나만 있다고 가정해 보겠습니다. 동굴이되게하십시오.
첫째, 바람에 비해 가장 날카로운 코스에서 이동할 때 요트 + 돛 시스템이 어떻게 작동하는지 살펴볼 가치가 있습니다. 이는 일반적으로 가장 많은 질문을 제기하기 때문입니다.

요트가 선체에 대해 30-35° 각도에서 바람의 영향을 받는다고 가정해 보겠습니다. 코스에서 돛을 바람에 대해 약 20° 각도로 방향을 지정함으로써 우리는 돛에 충분한 공기역학적 힘 A를 얻습니다.
이 힘은 돛에 직각으로 작용하기 때문에 요트를 옆으로 강하게 당기는 것을 볼 수 있습니다. 힘 A를 두 가지 성분으로 분해하면 전방 추력 T가 보트를 옆으로 미는 힘(D, 표류력)보다 몇 배 더 작다는 것을 알 수 있습니다.
이 경우 요트가 앞으로 나아가는 원인은 무엇입니까?
사실 선체의 수중 부분의 설계는 측면 이동에 대한 선체의 저항(소위 측면 저항)이 전진에 대한 저항보다 몇 배 더 크도록 설계되었습니다. 이는 용골(또는 중앙판), 방향타 및 선체의 모양에 의해 촉진됩니다.
그러나 측면 저항은 저항할 것이 있을 때 발생합니다. 즉, 작동을 시작하려면 소위 바람 드리프트라고 하는 신체의 측면 변위가 필요합니다.

이러한 변위는 공기역학적 힘의 측면 성분의 작용에 따라 자연스럽게 발생하며, 이에 대한 응답으로 측면 항력 S가 즉시 반대 방향으로 발생합니다. 일반적으로 그들은 약 10-15°의 드리프트 각도에서 서로 균형을 이룹니다.
따라서 바람에 비해 급경사 코스에서 가장 두드러지는 공기 역학적 힘의 측면 구성 요소는 두 가지 바람직하지 않은 현상, 즉 바람 드리프트와 롤링을 유발한다는 것이 분명합니다.

바람 표류는 요트의 궤적이 중심선과 일치하지 않음을 의미합니다(직경 평면 또는 DP는 선수-선미 선을 가리키는 현명한 용어입니다). 요트가 바람을 향해 끊임없이 이동하며 마치 약간 옆으로 움직이는 것처럼 보입니다.
평균적으로 근거리 코스에서 요트를 탈 때 기상 조건 DP와 실제 이동 궤적 사이의 각도로서의 바람 드리프트는 약 10-15°입니다.

바람을 거슬러 전진하십시오. 시침.

돛 아래에서 요트를 타는 것은 엄밀히 말하면 바람을 거스르는 것이 아니라 특정 각도로만 움직일 수 있기 때문에 요트가 바람에 맞춰 얼마나 급격하게 움직일 수 있는지 생각해 보는 것이 좋을 것입니다. 따라서 바람에 대한 움직임이 불가능한 바람에 비해 느린 코스 구간은 무엇입니까?
경험에 따르면 경주용 요트가 아닌 일반 순항 요트는 실제 바람에 대해 50~55° 각도로 효과적으로 항해할 수 있습니다.

따라서 달성해야 할 목표가 엄격하게 바람에 맞서는 경우 요트 타기는 직선이 아니라 지그재그로 먼저 한 방향으로, 그다음 다른 방향으로 진행됩니다. 이 경우 각 압정에서 당연히 바람 속으로 가능한 한 급격하게 항해해야합니다. 이 과정을 태킹이라고 합니다.

태킹 시 인접한 두 개의 택에 있는 요트의 궤적 사이의 각도를 태킹이라고 합니다. 분명히 바람에 대한 움직임의 날카로움이 50-55°이면 태킹 각도는 100-110°가 될 것입니다.

태킹 각도의 크기는 바람의 반대 방향인 경우 목표를 향해 얼마나 효과적으로 이동할 수 있는지를 보여줍니다. 예를 들어 각도가 110°인 경우 직선으로 이동할 때보다 대상까지의 경로가 1.75배 증가합니다.

바람을 고려한 다른 코스에서의 항해 운영

이미 걸프윈드 코스에서는 추력 T가 드리프트 힘 D를 크게 초과하므로 드리프트와 롤이 작을 것이 분명합니다.

우리가 볼 수 있듯이 백스테이의 경우 걸프윈드 코스에 비해 많이 변하지 않았습니다. 메인세일은 DP와 거의 수직인 위치에 배치되어 있으며, 이 위치는 대부분의 요트에서 더 이상 배치하는 것이 기술적으로 불가능합니다.

지베 코스의 메인세일 위치는 백스테이 코스의 위치와 다르지 않습니다.
여기서는 단순화를 위해 요트 과정의 물리학을 고려할 때 메인 세일인 단 하나의 돛만 고려합니다. 일반적으로 요트에는 메인세일과 스테이세일(헤드세일)이라는 두 개의 돛이 있습니다. 따라서 지브 코스에서 지브(메인세일과 같은 쪽에 있는 경우)는 메인세일의 바람 그림자에 있으므로 실제로 작동하지 않습니다. 이것이 지베가 보트 타는 사람들 사이에서 인기가 없는 몇 가지 이유 중 하나입니다.