Højtydende sejlads
Mens isbåde i et århundrede har været i stand til at overgå vindens hastighed, både for og bag vinden, blev denne evne først rutine med udviklingen af 18 fods skiffs i tredje fjerdedel af det 20. århundrede, hvor deres hastighed blev tredoblet i forhold til 1950’erne. Fartøjer, der sejler hurtigere end vindhastigheden, både i medvind og modvind, er i stand til at vende i medvind, fordi den tilsyneladende vind altid er foran masten. Dette førte til begrebet “sejlads med tilsyneladende vind”.
Tilsyneladende vindRediger
Den tilsyneladende vind er vindhastigheden (retning og hastighed), VA, målt om bord på et sejlfartøj i bevægelse; den er nettoeffekten (vektorsummen) af bådvinden, VB – luftstrømmen over fartøjet induceret af dets hastighed over jorden (lig med i størrelse, men modsatrettet i retning af fartøjets hastighed) – og den sande vind, VT. Den tilsyneladende vind målt om bord på et fartøj med motorkraft, der sejler under rolige forhold, VT = 0 knob, vil komme direkte forfra og med en hastighed, der er den samme som bådens hastighed over bunden (VA = VB + 0 = VB). Hvis fartøjet sejler med VB = 10 knob med en rygvind på VT = -5 knob, oplever det en tilsyneladende vind på VA = 5 knob direkte på stævnen (VA = VB + VT = 10 – 5). Den tilsyneladende vind, som et stationært fartøj oplever, er den sande vindhastighed. Hvis et fartøj sejler 90° til en sand vind på VT = 10 knob og selv sejler med en hastighed, der fremkalder VB = 10 knob, vil den tilsyneladende vindvinkel være 45° fra stævnen, og den tilsyneladende vindhastighed vil være ca. 14 knob, beregnet som: kvadratrod = kvadratrod = 14,14. Da fartøjet bliver hurtigere end den sande vind, er den tilsyneladende vind altid foran sejlet.
Når skrogets modstandsvinkel er ubetydelig, er formlerne til beregning af VA og β:
- VA = kvadratrod {2 + 2}
- β = 90° – arctan { / }
SejlkraftRediger
Et sejl genererer løft med en fremadgående fremdriftskomponent og en sidekomponent, baseret på en optimal angrebsvinkel, der begrænses af, at den tilsyneladende vind, VA, er foran og omtrent på linje med sejlet.
-
Desammensætning af den vindkraft, der virker på et sejl, og som frembringer løft.
(FT = samlet aerodynamisk kraft, L = løft
D = slæb, α = angrebsvinkel) -
Omdannelse af løft til fremdrift.
(FR = fremdriftskraft, FLAT = sidekraft)
Beta-teoremRediger
Garrett introducerer beta-teoremet (eller kurs-teoremet) som en måde at forstå, hvordan den tilsyneladende vindvinkel er resultatet af samspillet mellem drivkraften fra vinden og modstandskraften fra vandet (eller den hårde overflade), resultatet af nettoeffekten af to modvirkende folier, sejlet i luften og kølen i vandet. Når man opløser forholdet mellem løft og modstand for hver af dem i deres medium, er den resulterende bevægelse af sejlskibet opløst til en vinkel, beta (β), mellem den tilsyneladende vind og kursen over vandet. Skroget (under vandet) og sejlerriggen (over vandet) har hver især en modstandsvinkel i forhold til det medium, der strømmer forbi dem (vand eller luft), de er λ og αm i det vedlagte diagram. Summen af disse to modstandsvinkler er lig med β, dvs. vinklen mellem den tilsyneladende vind og den sejlede kurs (β = λ + αm). Denne sætning gælder for hvert sejlpunkt. Et lille β betegner en høj effektivitet og et potentiale for høj hastighed. Efterhånden som fremadgående hastighed øges, bliver β mindre; på sejlbåde med effektive undervandsfolier bliver skrogets modstandsvinkel, λ, mindre med stigende hastighed, den bliver ubetydelig med hydrofoilende fartøjer og stort set ikke-eksisterende for isbåde og landsejlende fartøjer.
Grænse for tilsyneladende vindvinkelRediger
Givet en ideel omstændighed med en gnidningsfri overflade og et flyveprofil, der kan udvikle kraft, er der ingen teoretisk grænse for, hvor hurtigt et sejlfartøj kan sejle ud af vinden, når den tilsyneladende vindvinkel bliver stadig mindre. I virkeligheden sætter både sejlets effektivitet og friktion en øvre grænse. Hastigheden bestemmes af forholdet mellem den kraft, som sejlet udvikler, og den kraft, der går tabt på grund af forskellige former for modstand (f.eks. overflademodstand og aerodynamisk modstand). Ideelt set er et mindre sejl bedre, efterhånden som hastigheden stiger. Desværre mindsker et lille sejl et fartøjs – selv en isbåd – evne til at accelerere til hastigheder, der er højere end vinden. Den vigtigste begrænsning for hastigheden i højtydende sejlskibe er formmodstanden. Bestræbelserne på at overvinde denne begrænsning er tydelige i de strømlinede skrog i højtydende isbåde og forbedringerne i forbindelse med reduktion af luftmodstanden på planende joller. En hurtig isbåd kan opnå en tilsyneladende vind på 7,5° og en hastighed på seks gange den reelle vindhastighed på en kurs, der ligger 135° fra vinden. Bethwaite foreslår, at dette kan være en praktisk grænse for et fartøj, der drives af sejl.
SejlpunkterRediger
De sejlpunkter, hvor højtydende sejlbåde kan opnå de højeste hastigheder og opnå den bedste hastighed, der er gjort godt for over en kurs spændvidde mellem et beam reach (90° i forhold til den sande vind) og et broad reach (ca. 135° væk fra den sande vind). Ifølge Bethwaite, der har foretaget sammenlignende målinger i en sand vind på 15 knob (28 km/t; 17 mph), kan en deplacement Soling opnå hastigheder, der er lidt højere end den sande vind, og sejle 30° fra den tilsyneladende vind, mens en planende 18-fods Skiff opnår hastigheder på næsten 30 knob (56 km/t; 35 mph) ved en tilsyneladende vind på 20°, og en isbåd kan opnå 67 knob (124 km/t; 77 mph) ved en tilsyneladende vind på 8°.
Under tilsyneladende vindsejlads er målet at holde den tilsyneladende vind så langt fremme, som det er praktisk muligt, for den sejlede kurs for at opnå den hurtigste kurs, der er god nok til at nå målet. Dette kræver et fartøj, der kan overstige den sande vindhastighed, både for og bag vinden; dette gør det muligt for den tilsyneladende vind at forblive et godt stykke foran sejlet på de kurser, der sejles, hvoraf de hurtigste er reaches. Det skal undgås at sejle for langt i medvind, hvor den tilsyneladende vind bevæger sig bag sejlet, og hastigheden falder under den sande vindhastighed, når kursen udvikler sig fra et bredt reach til at løbe i kvadrat (død i medvind).
OpvindRediger
Afhængigt af det fartøj, der sejles, kan den kurs, der gøres god i vinden, udvikle sig væk fra det nærmeste punkt i vinden for at give fartøjet mulighed for at sejle med optimal hastighed. Bethwaite forklarer, at højhastighedssejlads kræver uafhængig handling af både rorpinden og storskødet, hvorved personen ved roret undgår at reagere på vindstød og i stedet lemper storskødet efter behov, hvorved bådens hastighed made good øges i forhold til den tidligere teknik, hvor fartøjet peger mere ind mod vinden.
Uden for vindenRediger
Ifølge Bethwaite kræver det at sejle uden for den sande vind ved hastigheder, der er højere end vinden (med den tilsyneladende vind foran sejlet), en anden reaktion på vindstød end den tidligere anvendte. Mens en traditionel sejler refleksivt ville styre ind i den tilsyneladende vind i en vindstød, er den korrekte reaktion, når man sejler uden for vinden, hurtigere end den sande vindhastighed, at dreje væk fra vindstødene og gå mere i medvind. Dette har den dobbelt gavnlige virkning, at det mindsker vindstødets krængningskraft og gør det muligt for fartøjet at sejle endnu hurtigere uden for vinden.