Vysoce výkonná plavba
Zatímco lední čluny byly schopny překonávat rychlost větru jak proti větru, tak po větru po celé století, tato schopnost se stala běžnou až s vývojem 18stopých skifů ve třetí čtvrtině 20. století, kdy se jejich rychlost oproti 50. letům ztrojnásobila. Plavidla, která plují rychleji, než je rychlost větru, a to jak po větru, tak proti větru, jsou schopna přetáčet po větru, protože zdánlivý vítr je vždy před stěžněm. To vedlo k pojmu „plachtění za zdánlivého větru“.
Zdánlivý vítrUpravit
Zjevný vítr je rychlost větru (směr a rychlost), VA, měřená na palubě pohybujícího se plachetního plavidla; je to čistý účinek (vektorový součet) větru z lodi, VB – proudění vzduchu nad plavidlem vyvolané jeho rychlostí nad zemí (rovné velikosti, ale opačného směru než rychlost plavidla) – a skutečného větru, VT. Zdánlivý vítr měřený na palubě plavidla s pohonem, které se pohybuje za klidných podmínek, VT = 0 uzlů, by přicházel přímo zepředu a rychlostí, která je stejná jako rychlost lodi nad dnem (VA = VB + 0 = VB). Pokud se plavidlo pohybuje rychlostí VB = 10 uzlů s větrem v zádech VT = -5 uzlů, je zdánlivý vítr VA = 5 uzlů přímo na přídi (VA = VB + VT = 10 – 5). Zdánlivý vítr, který zažívá stojící plavidlo, je skutečná rychlost větru. Pokud plavidlo postupuje pod úhlem 90° ke skutečnému větru VT = 10 uzlů a samo se pohybuje rychlostí vyvolávající VB = 10 uzlů, pak by úhel zdánlivého větru byl 45° od přídě a zdánlivá rychlost větru by byla přibližně 14 uzlů, což se vypočítá jako: odmocnina = odmocnina = 14,14. Jakmile se plavidlo stane rychlejším než skutečný vítr, zdánlivý vítr je vždy před plachtou.
Když je úhel odporu trupu zanedbatelný, vzorce pro výpočet VA a β jsou:
- VA = odmocnina {2 + 2}
- β = 90° – arctan { / }
Výkon plachetEdit
Plachta vytváří vztlak s dopřednou hnací složkou a boční složkou na základě optimálního úhlu náběhu, který je omezen zdánlivým větrem VA, jenž je před plachtou a přibližně v jedné přímce s ní.
-
Rozklad síly větru působící na plachtu a vytvářející vztlak.
(FT = celková aerodynamická síla, L = vztlak
D = odpor, α = úhel náběhu) -
Přeměna vztlaku na pohon.
(FR = hnací síla, FLAT = boční síla)
Beta větaEdit
Garrett zavádí větu beta (nebo větu o kurzu) jako způsob, jak pochopit, že zdánlivý úhel větru je výsledkem vzájemného působení hnací síly od větru a odporové síly od vody (nebo pevného povrchu), což je výsledek čistého působení dvou protichůdných fólií, plachty ve vzduchu a kýlu ve vodě. Vyřešíme-li poměr vztlaku a odporu pro každou z nich v jejím prostředí, výsledný pohyb plachetnice vyřešíme jako úhel beta (β) mezi zdánlivým větrem a kurzem nad vodou. Trup (pod vodou) a plachetnice (nad vodou) mají každý úhel odporu vzhledem k médiu, které kolem nich proudí (voda nebo vzduch), na přiloženém obrázku jsou to λ a αm. Součet těchto dvou odporových úhlů je roven β, úhlu mezi zdánlivým větrem a směrem plavby (β = λ + αm). Tato věta platí pro každý bod plachet. Malé β znamená vysokou účinnost a možnost dosažení vysoké rychlosti. S rostoucí dopřednou rychlostí se β zmenšuje; u plachetnic s účinnými podvodními fóliemi se úhel odporu trupu λ s rostoucí rychlostí zmenšuje, u hydroplášťů se stává zanedbatelným a u ledních lodí a suchozemských plachetnic v podstatě neexistuje.
Mezní úhel zdánlivého větruEdit
Při ideálních okolnostech s povrchem bez tření a aerodynamickým krytem, který dokáže vyvinout výkon, neexistuje žádné teoretické omezení, jak rychle se může plachetní plavidlo pohybovat mimo vítr, když se zdánlivý úhel větru stále zmenšuje. Ve skutečnosti je horní hranice dána jak účinností plachet, tak třením. Rychlost je dána poměrem výkonu vyvinutého plachtou a výkonu ztraceného různými formami odporu (např. povrchovým a aerodynamickým odporem). V ideálním případě je s rostoucí rychlostí lepší menší plachta. Bohužel malá plachta snižuje schopnost plavidla – dokonce i ledního člunu – zrychlovat na rychlosti vyšší než vítr. Hlavním omezením rychlosti u výkonných plachetnic je odpor formy. Snaha o překonání tohoto limitu je patrná z obtékaných trupů výkonných ledních člunů a ze zlepšení v oblasti snižování odporu u hoblovaných člunů. Rychlý lední člun může dosáhnout zdánlivého větru 7,5° a rychlosti šestinásobku skutečné rychlosti větru na kurzu, který je 135° od větru. Bethwaite naznačuje, že to může být praktická hranice pro plavidlo poháněné plachtami.
Body plachetUpravit
Body plachet, v nichž mohou vysoce výkonná plachetní plavidla dosahovat nejvyšších rychlostí a dosahovat nejlepší rychlosti, která je dobrá v rozpětí kurzu mezi paprskovým dosahem (90° od pravého větru) a širokým dosahem (asi 135° od pravého větru). Podle Bethwaita, který provedl srovnávací měření při skutečném větru 15 uzlů (28 km/h; 17 mph), může výtlačný Soling dosáhnout rychlosti o něco vyšší než skutečný vítr a plout 30° od zdánlivého větru, zatímco hoblovaný 18stopý Skiff dosahuje rychlosti téměř 30 uzlů (56 km/h; 35 mph) při zdánlivém větru 20° a lední člun může dosáhnout 67 uzlů (124 km/h; 77 mph) při zdánlivém větru 8°.
Při plachtění za zdánlivého větru je cílem udržet zdánlivý vítr co nejdále vpředu, jak je to prakticky možné, aby se dosáhlo co nejrychlejšího kurzu k cíli. To vyžaduje plavidlo, které může překonat skutečnou rychlost větru, a to jak proti větru, tak po větru; to umožňuje, aby zdánlivý vítr zůstal daleko před plachtou na tratích, které se plují, z nichž nejrychlejší jsou dojezdové. Je třeba se vyvarovat přílišného směřování po větru, kdy se zdánlivý vítr pohybuje za plachtou a rychlost klesá pod skutečnou rychlost větru, protože kurz směřuje od širokého dosahu k běhu po čtverci (mrtvý vítr).
Proti větruEdit
Závisle na plavidle, které se plaví, může kurz, který je dobrý proti větru, směřovat od svého nejbližšího bodu proti větru, aby plavidlo mohlo plout optimální rychlostí. Bethwaite vysvětluje, že vysokorychlostní plavba vyžaduje nezávislé působení kormidla i hlavního táhla, přičemž osoba u kormidla se vyhýbá reakci na poryvy a místo toho podle potřeby uvolňuje hlavní táhlo, čímž zvyšuje rychlost lodi v porovnání s předchozí technikou směřování plavidla více proti větru.
Mimo vítrUpravit
Podle Bethwaita vyžaduje plavba mimo skutečný vítr při rychlostech vyšších než vítr (se zdánlivým větrem před plachtou) jinou reakci na poryvy než dříve používaná. Zatímco tradiční jachtař může při poryvu reflexivně kormidlovat proti zdánlivému větru, správnou reakcí při plavbě mimo vítr, rychlejší než skutečná rychlost větru, je odklonit se od poryvu a zamířit více po větru. To má dvojnásobně příznivý účinek: zmírňuje náklonovou sílu poryvu a umožňuje plavidlu plout ještě rychleji mimo vítr.
.