Wskaźniki na grocie - tekst z cyklu "Prześcignąć wiatr" Jerzego Pieśniewskiego

2014-11-21 10:22 Jerzy Pieśniewski
Prześcignąć wiatr, trymowanie
Autor: Archiwum Żagli

Trymowanie żagli „na oko” nie zawsze daje dobre efekty, nawet gdy czyni to doświadczony regatowiec. Ale od czego są przyrządy pomiarowe? Tak się składa, że te najbardziej precyzyjne i skuteczne kosztują tyle co nic. Mowa o wskaźnikach nitkowych na foku i krawędzi spływu grota, czyli tzw. ickach (po angielsku tall tales).

W poprzednim numerze „Żagli” omówiliśmy wykorzystanie icków jako wskaźników opływu powietrza wokół foka. Te przydatne nitki pomagają także ustalić właściwy kąt natarcia i skręt grota. Jednak z powodu zakłóceń opływu za masztem na ogół nie naszywa się wskaźników tuż za likiem przednim żagla głównego. Na większości grotów, zwłaszcza regatowych, kolorowe tasiemki mocuje się w kilku miejscach wzdłuż wysokości liku tylnego grota (rys. 1). Mówiąc naukowo, wskaźniki te służą do weryfikacji stopnia spełnienia przez opływ tzw. warunków Kutty. Rzecz w tym, że opływ grota na kursach ostrych można uznać za prawidłowy na całej jego wysokości wówczas, gdy wszystkie wskaźniki układają się na przedłużeniu liku tylnego. Jeśli zawijają się na zawietrzną, to znaczy, że żagiel pracuje przy nazbyt dużych kątach natarcia. Takie usytuowanie wskaźników pozwala również na kontrolę skrętu żagla wzdłuż wysokości.

Dopasować skręt do wysokości

Czy i kiedy żaglowi powinno się nadać skręt wzdłuż wysokości, czyli powiększać stopniowo kąt trymu jego profili, aby utrzymać mniej więcej jednakowy kąt natarcia na całej wysokości? Skręt dla żagla, czyli płata miękkiego, jest stanem naturalnym. Nie sposób go usztywnić całkowicie. Na szczęście nie zawsze trzeba to zjawisko uznać za niekorzystne, pogarszające efektywność żagla.

CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO? POLUB ŻAGLE NA FACEBOOKU

Ruch powietrza wokół żagli odbywa się w przybliżeniu horyzontalnie. Niestety, struktura wiatru na różnych wysokościach nad powierzchnią ziemi czy wody daleka jest od jednolitości. Istnieje coś w rodzaju warstwy przyściennej, a raczej przyziemnej, sprawiającej, że prędkość wiatru rośnie wraz z wysokością. Wynika to z lepkości powietrza, która hamuje przepływ tuż przy powierzchni opływanych przedmiotów. Szczególnie silnie czyni to wzburzona powierzchnia wody.

Gradient prędkości i efekt Coriolisa

Rozkład prędkości w warstwie przyściennej ziemi, zwanej przez meteorologów warstwą Eckmana, zależy nie tylko od prędkości wiatru, ale i od wielu innych parametrów, np. wilgotności powietrza. Dla porządku dodajmy, że intensywność zmiany prędkości wiatru wraz z wysokością nazywa się gradientem pionowym prędkości (przyrost prędkości na jednostkę wysokości nad powierzchnią). Ma on niewielką wartość, gdy wieje słabo i powietrze jest wilgotne – wtedy skręt wiatru pozornego jest większy. Zwiększa się wyraźnie przy słonecznej i suchej pogodzie i przy silnym wietrze (rys. 2). Ponadto ruch obrotowy kuli ziemskiej wywołuje tarcie powietrza o jej powierzchnię. Zjawisko to z kolei odpowiada za skręt kierunku wiatru w warstwie przyściennej. Dlatego na półkuli północnej wiatr skręca w prawo, na południowej odwrotnie – w lewo. Zmiana kierunku jest tym większa im dalej od powierzchni ziemi. Odpowiedzialny za to zjawisko jest tzw. efekt Coriolisa. Za dowód wystarczy obserwacja różnicy kierunku przemieszczania się chmur i wiatru przyziemnego. Bliższe informacje o nim znajdziemy w każdym podręczniku meteorologii. Również bez dowodu możemy przyjąć, że na półkuli północnej skręt wiatru pozornego na lewym halsie będzie większy niż na prawym.

Wiatr pozorny – inny na topie, inny przy bomie

Nawet ignorując skręt kierunku wiatru, już wskutek gradientu pionowego przedstawionego na rys. 2, gdyby żagiel pracował tak, jak sztywne skrzydło samolotu, jego górne profile działałyby na znacznie większych kątach natarcia niż dolne, w pobliżu bomu (rys. 3). Wynika to ze struktury wiatru pozornego, stanowiącego sumę geometryczną prędkości wiatru rzeczywistego i prędkości jachtu. Większa prędkość wiatru rzeczywistego przy topie masztu niż przy bomie sprawia, że po jej zsumowaniu z prędkością jachtu kierunek „topowego” wiatru pozornego staje się zdecydowanie pełniejszy (rys. 3) niż na wysokości bomu. Tak więc, wychodząc z postulatu utrzymania optymalnych, jednakowych na każdej wysokości kątów natarcia, kąty trymu górnych partii żagla powinno się stopniowo powiększać. Żaglowi zatem, przynajmniej w bajdewindzie, powinno się nadać odpowiedni skręt (rys. 4), naturalny zresztą dla miękkiego płata. Pozostaje problem, jak duży powinien być stopień skręcenia? W sukurs znów przychodzą omówione wyżej „czujniki” – nitki w pobliżu krawędzi natarcia foka oraz taśmy na spływie grota. Skręcenie trzeba regulować tak, aby wzdłuż całej wysokości układały się one bez trzepotania. Sygnalizuje to ustawienie żagla pod optymalnym kątem natarcia.

Różny skręt na różnych kursach

W bajdewindzie kąt wiatru pozornego, a tym samym i kąt natarcia, zmienia się nieznacznie, przynajmniej w porównaniu z żeglugą półwiatrem. Tym ostatnim kursem żegluje się zazwyczaj znacznie szybciej. Ta sama różnica prędkości wiatru rzeczywistego między topem i bomem prowadzi do większych niż w bajdewindzie zmian kąta wiatru pozornego (rys. 5). Wydawałoby się więc, że żagiel należałoby skręcić jeszcze bardziej niż w bajdewindzie. Paradoksalnie większość podręczników żeglarstwa regatowego zaleca likwidację skrętu żagla na kursach w dół od półwiatru, przynajmniej przy wiatrach słabych i umiarkowanych, gdy załoga jest w stanie wybalastować jacht, żeglując na maksymalnych kątach natarcia żagli o możliwie głębokim profilu (postulat maksymalnej siły aerodynamicznej). W żegludze półwiatrem, a zwłaszcza w baksztagu, składowa przechylająca jacht nie ma takiego znaczenia jak w bajdewindzie. W pełnym baksztagu, szczególnie w fordewindzie, dobór optymalnych kątów trymu przestaje obowiązywać. Żagiel na całej powierzchni pracuje poza granicą oderwania. Oczywiście wszystkie te uwagi dotyczą obu żagli podstawowych oraz dodatkowych, jak spinaker i genaker, na których icki także dobrze spełniają swą rolę.

CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO? POLUB ŻAGLE NA FACEBOOKU

Wszystkie uwagi o skręcie obowiązują również w przypadku trymu foka. Odpowiedni kąt natarcia na wszystkich partiach żagla wskazuje jednakowe ułożenie wszystkich icków – od dołu do góry. Pozornie nielogiczne może się wydawać zalecenie regatowców. Twierdzą oni mianowicie, iż najlepsze rezultaty (prędkość) w żegludze na wiatr uzyskuje się wówczas, gdy pierwszy od liku przedniego nawietrzny icek na foku lekko oscyluje w pionie lub nawet zawija się do przodu. Wynika to z podziału strumienia na zawietrzną i nawietrzną część. Podział ten następuje nie na krawędzi natarcia, lecz za likiem przednim, właśnie na nawietrznej stronie żagla, co może destabilizować pierwszy w rzędzie wskaźnik.

Jak widać, wskaźniki nitkowe, mimo swojej prostoty, dają spore możliwości precyzyjnej regulacji kąta natarcia żagli i dostosowania go do warunków wietrznych i kursu.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.