Brzina jedrilice

Deplasmanska brzina i brzina glisiranja

Prema drugom Newtonovom zakonu F=m×a (a=F/m) može se primijetiti kako je akceleracija veća što je masa manja. Drugim riječima, što je jedrilica lakša, njena akceleracija, uz istu vrijednost sile, bit će veća. Što se tiče brzine, tu je situacija malo složenija. Maksimalna deplasmanska (potencijalna) brzina jedrilice ne ovisi o težini, već o njenoj duljini i dodatnim faktorima koji se pojavljuju u različitim vremenskim uvjetima.

Brzina jedrilice može se podijeliti u dvije kategorije: deplasmanska brzina i brzina glisiranja.

Deplasmanska brzina ima upravo ovakav naziv jer jedrilica, krećući se pre­ma naprijed, istiskuje (displasira) vodu ispred sebe. Dok se jedrilica kreće deplasmanskom brzinom njena maksimalna brzina ovisit će o valnom su­stavu kojeg stvara trup jedrilice. Dok jedrilica plovi malom brzinom, oko nje se može stvoriti sustav s puno valnih vrhova, no kako bude ubrzavala, valovi će postajati viši a njihova valna duljina bit će sve veća.

Jedrilica će dose­gnuti svoju maksimalnu deplasmansku brzinu kada oko njene vodene linije budu samo dva vrha vala, jedan na pramcu i jedan na krmi (slika 1.).

 

Kako valovi koji se kreću na vodi imaju svoju konačnu brzinu, koja ovisi o njihovoj valnoj duljini, jedrilica neće moći razviti veću brzinu, osim ako ne počne glisirati, tj. ako se ne podigne iznad svoga pramčanog vala.

 

Osim o valnoj duljini, maksimalna deplasmanska brzina ovisi i o vrijednosti prizmatičnog koeficijenta te o uzdužnom položaju težišta istisnine (LCB). Trupovi s većim prizmatičnom koeficijentom (uži trupovi) postižu veće deplasmanske brzine, kao i trupovi kod kojih smještaj težišta istisnine (LCB) omogućava maksimalnu iskoristivost duljine vodene linije.

Budući da val određene valne duljine ima svoju konačnu maksimalnu br­zinu, i jedrilica ima svoju maksimalnu deplasmansku brzinu (Vmax), koja se računa na sljedeći način;

 

1.) Vmax= 1.34 × √LWL 2.) Vmax= 1.25 × √LWL

2.1) Včv= 3600/1852 × Vm/s

 

Kada je duljina vodene linije (LWL) izražena u stopama (ft) tada se brzina jedrilice izražava u čvorovima (formula 1.). No, kada je duljina vodene linije (LWL) izražena u metrima (m) tada se brzina jedrilice izražava u m/s (formula 2.). Kako bi se brzina Vmax (izražena u m/s) preračunala u Včv (izražena u čv) potrebno je upotrijebiti formulu 2.1.

 

Da bi jedrilica povećala svoju brzinu preko maksimalne deplasmanske brzine, treba početi glisirati (surfati) odnosno, prelaziti preko svoga pramčanoga vala. Ta brzina naziva se brzina glisiranja. Za dosezanje brzine glisiranja, trup treba proizvesti dovoljnu silu koja će jedrilicu podignuti iznad vlastitog pramčanog vala. Brzinu glisiranja puno lakše dosežu lagane jedrilice s ravnijim ili plićim formama dna. Ipak, zaobljenije forme trupa učinkovitije su u postizanju maksimalne deplasmanske brzine pa se moderne jedrilice grade tako da pokušavaju doseći maksimum iskoristivosti iz obiju komponenti brzina.

 

Posrtanje

 

Način posrtanja i veličina sile posrtanja ovisi o položaju težišta jedrilice te o rasporedu težina oko njega. Kao što je središte kotača težišna točka oko koje se kotač vrti, tako i jedrilica ima svoju težišnu točku koja se nalazi u blizini težišta istisnine (CB). Položaj težišta ovisi o težini svih dijelova jedrilice i kvadratu njihove udaljenosti od težišta. Ovo je jedan od razloga zbog čega su lakši karbonski jarboli učinkovitiji od težih aluminijskih. Aluminijski jarboli svojom većom težinom povećavaju silu posrtanja. Položaj i težina kobilice i kormila, također utječe na veličinu sile posrtanja. Dulje kobilice s torpedima (bulbom) stvaraju znatno veću silu posrtanja od kraćih kobilica kod kojih je težina podjednako raspoređena. Teška kormila i kormila koja su udaljenija od težišta jedrilice također stvaraju veću silu posrtanja.

Raspored pomičnih težina

 

Prva i najvažnija pomična težina je posada. Osim posade, ne smijemo zanemariti niti: jedra, sidro te ostalu brodsku opremu. Raspored pomičnih težina, kao što smo već spomenuli, ima značajan utjecaj na brzinu jedrilice, a postaje posebno važan kod jedrenja na valovitom moru kada se javlja negativan faktor koji smanjuje brzinu jedrilice; sila posrtanja. Sve hidrodinamičke i aerodinamičke površine imaju najbolji učinak kada je strujanje stalno i stabilno, no kada se pojavi sila posrtanja, strujanje postaje nestabilno. Veličina sile posrtanja ovisi o rasporedu pomičnih težina u odnosu na težište jedrilice, a određuje se kao umnožak mase i kvadrata udaljenosti pomične težine od težišta (slika 1.21).

Fpj=m x x2 Fpj – sila posrtanja jarbola

Fpt=m x y2 Fpt – sila posrtanja trupa

Fpk=m x z2 Fpk – sila posrtanja kobilice

 

U praksi, kada se na pramcu jedrilice duljine 10m nalazi pomična težina mase 75kg, sila posrtanja se povećava kao da je riječ o masi od 187,5kg! Kako bi se smanjila sila posrtanja dok se jedri po valovitom moru i laganom vjetru, nekoliko članova posade može ući u kabinu i sjesti što bliže težištu jedrilice. Na ovaj način smanjuje se sila posrtanja, a dio sile koji se do tada gubio na posrtanje sada može biti iskorišten za povećanje porivne sile odnosno brzine.

 

Iz navedenog možemo zaključiti kako sve pomične težine treba koncentrirati što bliže težištu jedrilice. Također, prema gore navedenim formulama; što su težišta jarbola, trupa i kobilice međusobno bliža, jedrilica je stabilnija na valovima, sila posrtanja je manja a brzina jedrilice veća (slika 1.21).

 

Uzdužni trim trupa je također važan za brzinu jedrilice, a kontrolira se pomicanjem posade prema naprijed ili prema natrag. Po laganom vjetru, dok jedrilica ima malu brzinu, dobro je premjestiti posadu prema naprijed. Tako se smanjuje površina koja je u kontaktu s vodom (a time i otpor trenja), jer krmeni dio trupa najčešće ima veću površinu nego pramčani dio trupa. No kako se povećava brzina jedrilice, duljina vodene linije postaje sve važnija i posada se treba premjestiti prema natrag kako bi cijela vodena linija bila u kontaktu s vodom. Tijekom projektiranja jedrilice može se predvidjeti pravilna poziciju posade, no ona se s točnošću utvrđuje isljučivo jedrenjem. Npr., ako se iza krmenog zrcala pojavljuje pretjerano vrtloženje i veliki krmeni val Ili ako se na kormilu stvara prevelika sila (pretjerano privjetrinsko kormilo), posadu treba premještati prema naprijed sve dok se vrtloženje iza krmenog zrcala ne smiri ili sve dok se ne smanji sila na kormilu.

 

Odnos širine i gaza

 

Maksimalna deplasmanska brzina trupa je ograničena duljinom vodene linije. No, kada jedrilica jedri brzinama koje su manje od maksimalnih, tada za deplasmansku brzinu trupa postaju važni; odnos širina/gaz te stabilitet. Što je manji količnik širine i gaza, trup će lakše prolaziti kroz vodu, ali će imati i manji stabilitet. Dakle, uži trup će biti brži, ali će se puno lakše naginjati pod djelovanjem sile u jedrima nego širi trup. Najučinkovitiji odnos širine i gaza trupa dobiva se optimiziranjem ovih dimenzija, tako da jedrilica bude što uža, ali i da zadrži dobar stabilitet.

 

Oplakivana površina trupa

 

Što je veća površina trupa pod vodom, više vode mora strujati preko nje što povećava otpor trenja. Općenito, širi trupovi imaju manju oplakivanu površinu od užih trupova. Naravno, i ovaj faktor se optimizira u skladu s ostalim ali, primjerice, plići, širi trupovi, koji imaju manju oplakivanu površinu naročito u krmenom dijelu, lakše glisiraju.

 

Težina trupa

 

Težina trupa jedrilice je faktor koji je najčešće nepromjenjiv kada je trup jedrilice završen. Težina trupa ne utječe direktno na brzinu jedrilice, ali utječe na akceleraciju i na količinu sile koja je potrebna za postizanje određene brzine. Dakle, teža jedrilica će sporije ubrzavati, ali će zato moći dulje zadržati postignutu brzinu. No općenito, teški trupovi su puno sporiji a kada se jedri niz vjetar kasnije počinju glisirati. Za razliku od njih lakši trupovi postižu puno veće brzine a kada se jedri niz vjetar prije počinju glisirati.

Danas se grade sve dulje jedrilice kako bi se, razmjerno duljini, dobili što lakši trupovi. Dulji trupovi omogućavaju postizanje veće deplasmanske brzine, a lakoća trupa pruža sljedeće dvije prednosti. Prva je; težina koja nije iskorištena u trupu može iskoristiti kao balast što povećava moment stabiliteta jedrilice, a druga je; lakši trupovi proizvode manju silu posrtanja i zato imaju manji gubitak brzine na valovitom moru.

Stvaranje valova

 

Visina i količina valova koje jedrilica stvara ovisi o formi i težini trupa. Teži trupovi proizvode veće valove od lakših trupova. Također, trupovi uži u krmenom dijelu proizvode veće valove kako se približavaju maksimalnoj deplasmanskoj brzini, dok trupovi s širim linijama u krmenom dijelu kada se približavaju masimalnoj deplasmanskoj brzini proizvode manje valove. Indikator stvaranja valova je vrijednost prizmatičnog koeficijenta. Zadatak svakog projektanta je uskladiti i umanjiti stvaranje valova sa željenom težinom, širinom i duljinom trupa.

 

Glatkoća trupa

Glatkoća trupa je jako bitna pri malim brzinama jer je tada otpor trenja vrlo velik i jedrilica koja ima finije i glađe dno bit će brža. Pri većim brzinama otpor trenja se smanjuje, ali to ne umanjuje značaj finoće donjeg dijela trupa za brzinu.

Tekst i foto: Stjepan Vitaljić (iz knjige „Biti brži“) – http://www.sailing-point.hr/