Teoria żeglowania

Teoria, która ma działać na wodzie

Teoria żeglowania nie jest zbiorem wzorów do zapamiętania. To proste zależności, które pozwalają rozumieć, czemu jacht przyspiesza, zwalnia, ostrzy, odpada albo staje się ciężki na sterze.

Najważniejsze pojęcia w tym dziale to: wiatr rzeczywisty, własny i pozorny, kurs względem wiatru, siła aerodynamiczna, siła hydrodynamiczna, SOZ, SBO, nawietrzność, zawietrzność i stateczność.

Trzy rodzaje wiatru

• Wiatr rzeczywisty — wiatr, który wieje względem brzegu lub nieruchomego obserwatora.
• Wiatr własny — ruch powietrza odczuwany dlatego, że jacht płynie do przodu. To tak jak wiatr w twarz podczas jazdy rowerem.
• Wiatr pozorny — wiatr odczuwany na płynącym jachcie. Jest wynikiem połączenia wiatru rzeczywistego i własnego.

Wiatr pozorny — typowe sytuacje

Podstawowe kursy

Kurs względem wiatru określa, pod jakim kątem jacht płynie do kierunku, z którego wieje wiatr.

Zanim spojrzysz na rysunek, zapamiętaj cztery podstawowe kursy:

• Bajdewind — kurs ostry; wiatr odczuwamy z przodu i z boku, z prawej albo lewej burty.
• Półwiatr — kurs ostry; wiatr odczuwamy mniej więcej z boku jachtu.
• Baksztag — kurs pełny; wiatr odczuwamy z tylnej ćwiartki, czyli od strony rufy i burty.
• Fordewind — kurs pełny; wiatr odczuwamy od rufy.

Kursy mogą być prawego halsu albo lewego halsu. Hals określamy po stronie, z której przychodzi wiatr. Na prawym halsie wiatr wieje z prawej burty, a grot i bom są zwykle po lewej stronie jachtu. Na lewym halsie wiatr wieje z lewej burty, a grot i bom są zwykle po prawej stronie.

Jak wiatr rozkłada się na żaglu?

Gdy kursant zna już kierunki wiatru i podstawowe kursy jachtu, warto zrozumieć, że wiatr na żaglu nie działa wyłącznie „od tyłu”. Strugi powietrza opływają żagiel z obu stron, a ich kierunek zależy od kursu jachtu względem wiatru i od ustawienia żagla.

Część oddziaływania wiatru pomaga przesuwać jacht do przodu, a część spycha go w bok i powoduje przechył. Dlatego żagiel musi być ustawiony do kursu: inaczej pracuje w bajdewindzie, inaczej w półwietrze, a jeszcze inaczej w baksztagu i fordewindzie.

Siła aerodynamiczna na żaglu

Żagiel działa podobnie do skrzydła. Opływający go wiatr tworzy wypadkową siłę aerodynamiczną. Ta siła rozkłada się na część użyteczną, która napędza jacht, oraz część przechylającą i powodującą dryf boczny.

Wartość siły aerodynamicznej rośnie bardzo szybko wraz z prędkością wiatru pozornego — w uproszczeniu jest proporcjonalna do kwadratu tej prędkości.

2 razy większy wiatr ≈ 4 razy większa siła na żaglach

• Siła ciągu to składowa siły aerodynamicznej skierowana do przodu, równolegle do osi jachtu.
• Siła powodująca dryf działa poprzecznie do osi jachtu.
• Na bajdewindzie siła powodująca dryf jest zwykle największa, a na baksztagu mniejsza.
• Największa użyteczna praca żagla pojawia się przy właściwym kącie natarcia; nadmierne wybranie żagli zmniejsza ciąg i może zwiększać dryf.
• Po stronie zawietrznej żagla ciśnienie spada — to ważny element działania profilu żagla.

Siła hydrodynamiczna powstaje na zanurzonej części jachtu: kadłubie, mieczu lub kilu oraz sterze. Działa w wodzie i przeciwdziała dryfowi bocznemu wywołanemu przez żagle. Dzięki niej jacht nie jest tylko spychany z wiatrem, ale może płynąć wybranym kursem, również ostro do wiatru.

Środek ożaglowania i środek bocznego oporu

Środek ożaglowania (SOZ) to punkt przyłożenia wypadkowej siły aerodynamicznej działającej na żagle.

Środek bocznego oporu (SBO) to punkt przyłożenia wypadkowej siły hydrodynamicznej działającej na zanurzoną część kadłuba, miecz, kil i ster.

Jak wyznaczyć SOŻ?

1. Wyznacz SOŻ każdego żagla. Z każdego narożnika żagla poprowadź prostą do środka przeciwległego boku. Punkt przecięcia wszystkich prostych jest środkiem ożaglowania (SOŻ) danego żagla.
2. Połącz środki obu żagli. Jeżeli jacht posiada grot i fok, wyznacz SOŻ każdego z nich, a następnie połącz oba środki prostą.
3. Wyznacz proste prostopadłe. Od każdego SOŻ poprowadź prostą prostopadłą do linii łączącej oba środki – od jednego żagla w górę, od drugiego w dół.
4. Uwzględnij powierzchnię żagli. Na prostopadłej od SOŻ foka odmierz liczbę jednostek odpowiadającą powierzchni grota. Na prostopadłej od SOŻ grota odmierz liczbę jednostek odpowiadającą powierzchni foka. Przykład: grot 20 m² – odmierz 20 jednostek od foka; fok 10 m² – odmierz 10 jednostek od grota. Ważne jest zachowanie proporcji, a nie rzeczywista jednostka długości.
5. Wyznacz wspólny SOŻ. Połącz wyznaczone punkty prostą. Miejsce, w którym przetnie ona linię łączącą SOŻ obu żagli, jest środkiem ożaglowania całego zestawu żagli.

Jak wyznacza się SBO?

SBO, czyli środek bocznego oporu, jest wyznaczany konstrukcyjnie. Zależy od kształtu zanurzonej części kadłuba, miecza lub kila oraz steru. Dla kursanta najważniejsze jest zrozumienie, że SBO dotyczy części jachtu pracującej w wodzie, a jego położenie porównuje się z położeniem SOZ.

Nawietrzność i zawietrzność

Na rysunku punkt zaznaczony na żaglu oznacza SOŻ, czyli środek ożaglowania. Punkt zaznaczony na płetwie mieczowej, balastowej lub podwodnej części jachtu oznacza SBO, czyli środek bocznego oporu.

• Jacht zrównoważony — SOŻ i SBO znajdują się w jednej linii działania sił. Jacht płynie stabilnie i nie wymaga ciągłej walki sterem.
• Jacht nawietrzny — SOŻ jest przesunięty za SBO. Jacht ma tendencję do samoistnego ostrzenia, czyli skręcania dziobem do wiatru.
• Jacht zawietrzny — SOŻ jest przesunięty przed SBO. Jacht ma tendencję do samoistnego odpadania, czyli skręcania dziobem od wiatru.

Wpływ refowania na SOŻ i zachowanie jachtu

Ster też jest płatem

Ster działa dzięki opływowi wody. Po wychyleniu steru pojawia się siła hydrodynamiczna, którą można rozłożyć na siłę skręcającą i hamującą.

Sterowanie do przodu i wstecz

Podczas ruchu do przodu wychylenie płetwy sterowej w lewo powoduje skręt w lewo: dziób idzie w lewo, rufa odchodzi w prawo. Analogicznie przy wychyleniu w prawo jacht skręca w prawo.

Podczas ruchu wstecz zachowanie jest odwrócone w praktycznym odczuciu: rufa idzie w stronę wychylenia steru. Dlatego przy cofaniu myśl najpierw o tym, gdzie chcesz przesunąć rufę.

Stateczność poprzeczna i wzdłużna

Stateczność poprzeczna to zdolność jachtu do przeciwstawiania się przechyłowi bocznemu oraz do powrotu do położenia równowagi po przechyle. To właśnie o niej mówimy najczęściej, gdy oceniamy, czy jacht jest „sztywny”, czy łatwo kładzie się na burtę.

Stateczność wzdłużna to zdolność jachtu do przeciwstawiania się przegłębieniu na dziób albo na rufę. Zależy od kształtu kadłuba, rozmieszczenia załogi, wyposażenia, silnika, zapasów i bagażu. Jeżeli ciężar jest źle rozłożony, jacht może płynąć z opuszczonym dziobem lub rufą, co pogarsza prędkość, sterowność i bezpieczeństwo.

Na wykresie dodatni zakres oznacza, że jacht wytwarza moment prostujący i dąży do powrotu z przechyłu. Po przekroczeniu kąta krytycznego może pojawić się ujemny moment prostujący, czyli sytuacja, w której układ sił nie pomaga już jachtowi wrócić do normalnego położenia.

Stateczność jachtu balastowego i mieczowego

C – siła ciężkości, W – siła wyporu, SC – środek ciężkości, SW – środek wyporu, MP+ – dodatni moment prostujący, MP− – ujemny moment prostujący.

Środek ciężkości (SC) zależy od rozmieszczenia masy jachtu, załogi, balastu i wyposażenia. Im niżej znajduje się SC, tym łatwiej uzyskać korzystny moment prostujący.

Środek wyporu (SW) jest środkiem działania siły wyporu wody na zanurzoną część kadłuba. Przy przechyle przesuwa się w stronę bardziej zanurzonej burty. Wzajemne położenie SC i SW decyduje o tym, czy powstaje moment prostujący dodatni, czy ujemny.

MP+ działa korzystnie — dąży do postawienia jachtu z powrotem. MP− działa niekorzystnie — po przekroczeniu krytycznego przechyłu może pogłębiać wywrotkę zamiast prostować jacht.

Stateczność i pływalność

Jacht wywracalny może być dopuszczony do żeglugi, jeżeli jest niezatapialny, czyli posiada elementy wypornościowe zapewniające pływalność po zalaniu lub wywrotce. W praktyce wyporność w litrach/dm³ powinna być większa od masy jachtu w kilogramach.

Duża liczba osób rozmieszczonych równomiernie na pokładzie jachtu mieczowego bez balastu może pogorszyć stateczność, bo środek ciężkości przesuwa się wyżej.

Najważniejsze pojęcia

• Wiatr rzeczywisty wieje względem brzegu, a wiatr pozorny jest tym, co odczuwasz na płynącym jachcie.
• Wiatr własny powstaje przez ruch jachtu do przodu i przesuwa wiatr pozorny bardziej w stronę dziobu.
• Kąt martwy to sektor pod wiatr, w którym żagle nie pracują skutecznie i jacht nie płynie normalnie pod żaglami.
• Bajdewind i półwiatr traktujemy jako kursy ostre, a baksztag i fordewind jako kursy pełne.
• Hals określamy po stronie, z której przychodzi wiatr: prawy hals przy wietrze z prawej burty, lewy hals przy wietrze z lewej burty.