ΑΕΡΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΠΑΝΙΩΝ

Transcript

1 ΑΕΡΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΠΑΝΙΩΝ ΓΕΝΙΚΑ: Για να κατανοήσουµε τον τρόπο λειτουργίας ενός σύγχρονου πανιού πρέπει να έχουµε υπ όψη µας τους εξής νόµους της αεροδυναµικής: 1. Μέσα σ ένα σωλήνα που ρέει κάποιο ρευστό, η ταχύτητά του (V) είναι αντιστρόφως ανάλογη της διατοµής του σωλήνα. Εποµένως όταν ο σωλήνας γίνεται στενότερος (δηλαδή η ροή πυκνότερη) η ταχύτητα του ρευστού θα αυξάνεται (σχήµα 1). 2. Σύµφωνα µε τον νόµο του Bernoulli, που εκφράζει τον νόµο της διατήρησης της ενέργειας των ρευστών, η ταχύτητά τους είναι αντιστρόφως ανάλογη της πίεσης. Αυτό µπορούµε να το δούµε µε ένα πολύ απλό πείραµα: κρατάµε οριζόντια την µία πλευρά ενός φύλλου χαρτιού. Φυσάµε δυνατά και οριζόντια στην επάνω επιφάνεια του χαρτιού. Βλέπουµε ότι το χαρτί «ρουφιέται», λόγω της χαµηλής πίεσης, προς τα επάνω (σχήµα 2). Συνδυάζοντας τους δύο νόµους, βγαίνει (µε απλά λόγια) το εξής συµπέρασµα: Όταν σ ένα ρευστό πυκνώνει η ροή του, η πίεσή του ελαττώνεται και αντιστρόφως.

2 ΠΩΣ ΟΥΛΕΥΕΙ Η ΜΑΪΣΤΡΑ Όταν η µαΐστρα µας τοποθετηθεί (τριµαριστεί) στη σωστή γωνία ως προς τον άνεµο, τότε έχουµε πύκνωση της ροής του ανέµου στην σταβέντο πλευρά και εποµένως χαµηλή πίεση (υποπίεση) στην περιοχή αυτή. Αντίθετα στην σοφράνο πλευρά έχουµε αραίωση της ροής µε συνέπεια την αύξηση της πίεσης (σχήµα 3). Εποµένως, σε κάθε σηµείο του πανιού µας ασκείται µια δύναµη λόγω της υποπίεσης και µια λόγω της πίεσης. Οι δυνάµεις αυτές, επειδή έχουν την ίδια φορά, προστίθενται. Η συνισταµένη δύναµη F (σχήµα 4) έχει σηµείο εφαρµογής περίπου στο 1/3 της οριζόντιας τοµής του πανιού µετρώντας από µπροστά και είναι ελαφρά στραµµένη προς τα εµπρός σε σχέση µε την κάθετη στην επιφάνεια του πανιού. Ας αναλύσουµε την F σε δύο συνιστώσες,µια παράλληλη µε τον διαµήκη άξονα του σκάφους και µια κάθετη σ αυτόν. Η F1 λέγεται δύναµη πρόωσης και είναι η κινητήρια δύναµη του σκάφους ενώ η F2 λέγεται πλάγια δύναµη (σχήµα 5).

3 Το αποτέλεσµα της F2 που θα ήταν η πλάγια κίνηση («εκπεσµός») του σκάφους εξουδετερώνεται (σχεδόν ολοκληρωτικά) από την καρίνα. Η πλάγια δύναµη µαζί µε την αντίσταση της καρίνας (Α) δηµιουργούν ένα ζεύγος δυνάµεων που προκαλεί κλίση του σκάφους (σκάφος 6). Ένα άλλο ζεύγος δυνάµεων που δηµιουργείται από το βάρος και την άνωση του σκάφους έχει αντίθετη ροπή και κάποια στιγµή τα δύο ζευγάρια ισορροπούν. Εάν αρχίσουµε να µεγαλώνουµε την γωνία του πανιού µας σε σχέση µε τον άνεµο (φερµάρουµε δηλαδή περισσότερο από όσο χρειάζεται) θα αρχίσει να αποκολλάται η ροή στην σταβέντο πλευρά κοντά στον αετό (σχήµα 7) και έτσι χάνουµε σταδιακά την υποπιέση. Όταν η γωνία πανιού ανέµου µεγαλώσει πολύ (κοντά στις 90 0 ) τότε θα έχουµε πλήρη αποκόλληση της ροής («στολάρισµα») στην σταβέντο πλευρά οπότε και χάνουµε την υποπίεση στην περιοχή αυτή (σχήµα 8). Αυτό συµβαίνει στα πρίµα, όπου ο άνεµος απλά σπρώχνει το πανί µας µε σηµαντικά µειωµένη δύναµη. Πρέπει να σηµειώσουµε ότι η δύναµη που οφείλεται στην υποπίεση είναι σχεδόν διπλάσια από την δύναµη λόγω πίεσης. Είναι λοιπόν πολύ σηµαντικό να ελέγχουµε συνεχώς την γωνία σκάφους πανιού για να εκµεταλλευόµαστε καλύτερα το σύστηµα πίεσης - υποπίεσης.

4 Ας υποθέσουµε ότι το πανί µας είναι τριµαρισµένο σωστά. Σε κάθε πλεύση η γωνία του ως προς το σκάφος θα αλλάζει, εποµένως και η διεύθυνση της ολικής F αλλάζει επίσης. Αυτό επηρεάζει βέβαια και την σχέση µεταξύ δύναµης πρόωσης και πλάγιας δύναµης. Στην πλεύση όρτσα έχουµε την µικρότερη δύναµη πρόωσης και την µεγαλύτερη πλάγια δύναµη. Εποµένως πρέπει να περιµένουµε µεγάλη κλίση (κουπαστάρισµα) και µεγάλο εκπεσµό, ανάλογα µε την ένταση του ανέµου και τον κυµατισµό. Όσο ποδίζουµε, η δύναµη πρόωσης αυξάνεται και η πλάγια δύναµη µειώνεται (σχήµα 9).

5 ΠΩΣ ΟΥΛΕΥΕΙ Η ΤΖΕΝΟΑ Μια σωστά τριµαρισµένη τζένοα λειτουργεί όπως ακριβώς και η µαΐστρα. Υπάρχουν όµως δύο σηµαντικά οφέλη, εκτός από το προφανές που είναι η αύξηση της ιστιοφορίας: A. Ανάµεσα στην µαΐστρα και την τζένοα δηµιουργείται ένα στενό πέρασµα, το slot, όπου ο άνεµος επιταχύνεται (σχήµα 10). Εποµένως θα έχουµε ακόµα µεγαλύτερη υποπίεση στην σταβέντο πλευρά της µαΐστρας. B. Ο άνεµος, πριν την είσοδό του στην αεροτοµή της µαΐστρας, στρέφεται προς την σοφράνο πλευρά (σιγόντο). Αυτό σηµαίνει ότι στις κλειστές πλεύσεις η τζένοα σχηµατίζει λίγο µεγαλύτερη γωνία ως προς τον διαµήκη άξονα του σκάφους σε σχέση µε την µαΐστρα, το οποίο έχει σαν αποτέλεσµα µεγάλη δύναµη πρόωσης (σχήµα 11). Στις πλεύσεις από όρτσα έως ανοικτή πλαγιοδροµία τριµάρουµε πρώτα την τζένοα επειδή ο φαινόµενος άνεµος συναντά πρώτα αυτήν. Στις ανοικτές πλεύσεις (δευτερόπριµα - πρίµα) η τζένοα αποδυναµώνεται λόγω της σταδιακής καταστροφής της υποπίεσης αλλά και λόγω του «βρώµικου» ανέµου που δέχεται από την µαΐστρα. Το πρόβληµα αυτό, στις ανοικτές πλεύσεις, το λύνουµε µε την χρήση ενός διαφορετικού πανιού που ονοµάζουµε «µπαλόνι» Το µπαλόνι είναι ένα πανί (συµµετρικό ή ασύµµετρο) µε µεγάλη επιφάνεια (σε σύγκριση µε αυτή της τζένοας) που στα πρίµα έχουµε την δυνατότητα να το µεταφέρουµε σοφράνο για να µην επηρεάζεται από την µαΐστρα. Η χρήση του απαιτεί µεγάλη προσοχή και πρέπει να γίνεται µόνο από έµπειρα πληρώµατα. Σχήµα 10 Σχήµα 11

6 ΠΩΣ ΟΥΛΕΥΕΙ ΤΟ ΜΠΑΛΟΝΙ Όταν ο πραγµατικός άνεµος πέφτει µε γωνία ως προς την κατεύθυνση του σκάφους, τα τριγωνικά πανιά αποδυναµώνονται σηµαντικά. Το µπαλόνι λόγω του σχήµατός του µπορεί να εκµεταλλευτεί την αεροδυναµική ακόµη και στις πολύ ανοικτές πλεύσεις και επιπλέον είναι τοποθετηµένο σε τέτοια θέση ώστε να µην δέχεται «βρώµικο» αέρα από την µαΐστρα (σχήµα 14) Σχήµα 14

7 ΠΩΣ Η ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΣΤΕΡΙΑΣ ΕΠΗΡΕΑΖΕΙ ΤΟΝ ΑΝΕΜΟ ΛΟΓΩ ΑΕΡΟ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Όταν ο άνεµος πνέει από την στεριά, επηρεάζεται, λίγο ως πολύ, από την µορφολογία της. Είναι χρήσιµο να γνωρίζουµε πως γίνεται αυτό, για να µπορούµε να προβλέπουµε τις µεταβολές. Οι πιο χαρακτηριστικές περιπτώσεις είναι: 1. Πολύ απότοµα βράχια κοντά στην θάλασσα: Η ροή του ανέµου δεν συνεχίζεται οµαλά, αλλά δηµιουργούνται δίνες, κοντά στην στεριά. Αυτό στην πράξη σηµαίνει απότοµες µεταβολές της έντασης και της διεύθυνσης του ανέµου. Αρα πρέπει να αποφεύγουµε να ταξιδεύουµε µε τα πανιά σε αυτήν την περίπτωση (σχήµα 15). 2.Ο άνεµος περνά από µια χαράδρα ή ένα στενό πέρασµα ανάµεσα σε δύο νησιά: Η ταχύτητά του αυξάνεται σηµαντικά επειδή αναγκάζεται να περάσει από το στένεµα (όπως συµβαίνει στο slot). Ένα σκάφος µπορεί, λοιπόν, να βρεθεί ξαφνικά σε µεγάλης έντασης αλλά σταθερής διεύθυνσης άνεµο (σχήµα 16) Σχήµα 15 Σχήµα 16

8 ΤΡΙΜΑΡΙΣΜΑ Για να λειτουργήσουν σωστά τα πανιά και να επιτευχθεί το µέγιστο της απόδοσής τους, πρέπει να είναι ρυθµισµένα έτσι ώστε ο άνεµος να προσπίπτει σ αυτά µε µια συγκεκριµένη γωνία. Η προσπάθεια κάθε ιστιοπλόου είναι (χρησιµοποιώντας διάφορες ενδείξεις) να πετύχει αυτήν την ιδανική γωνία, φερµάροντας ή λασκάροντας τα πανιά σε κάθε αλλαγή πλεύσης. Η διαδικασία αυτή, µαζί µε την προσπάθεια να δοθεί σωστό σχήµα στο πανί, ονοµάζεται τριµάρισµα του πανιού Σαν ένδειξη για το σωστό τριµάρισµα του πανιού παίρνουµε κατ αρχήν το γραντί του. ιακρίνουµε την διαδικασία τριµαρίσµατος του πανιού σε δύο περιπτώσεις ανάλογα µε την πλεύση: Α. Τριµάρισµα σε «κλειστές» πλεύσεις (όρτσα πλαγιαδροµία): Λασκάρουµε (εφ όσον το πανί δεν «φυλλίζει») το πανί έως ότου το γραντί αρχίσει να «φυλλίζει» Φερµάρουµε ελάχιστα - το πανί έως ότου σταµατήσει να «φυλλίζει». Β. Τριµάρισµα σε «ανοικτές» (δευτερόπτιµα πρίµα): Λασκάρουµε τα πανιά ώστε να σχηµατίσουν όσο το δυνατόν (~ 90 0 ) µεγαλύτερη γωνία µε τον διαµήκη άξονα του σκάφους Στις «κλειστές» πλεύσεις τα ανεµούρια µας δείχνουν την ροή του ανέµου στο πανί. Όταν τριµάρουµε τα πανιά, πάντα αρχίζουµε από το πλωριό. ΤΡΙΜΑΡΙΣΜΑ ΠΛΩΡΙΟΥ ΠΑΝΙΟΥ: Για το τριµάρισµα του φλόκου (ή της τζένοας), τοποθετούµε ανεµούρια στις δύο πλευρές του πανιού σε απόσταση ~ 15 εκ. από το γραντί. Όταν τα δύο ανεµούρια (σοφράνο σταβέντο) είναι οριζόντια, παράλληλα µεταξύ τους, σηµαίνει ότι ο άνεµος µπαίνει στο πανί µε την σωστή γωνία (δεν δηµιουργούνται δίνες σε καµία από τις δύο πλευρές), δηλαδή είναι σωστά τριµαρισµένο. Όταν «παίζει» το σοφράνο ανεµούριο (ενώ το σταβέντο είναι οριζόντιο) σηµαίνει ότι ο φλόκος (ή η τζένοα) χρειάζεται φερµάρισµα, ή, το σκάφος πόδισµα, έως ότου το ανεµούριο γίνει παράλληλο µε το σταβέντο. Όταν «παίζει» το σταβέντο ανεµούριο (ενώ το σοφράνο είναι οριζόντιο) σηµαίνει ότι ο φλόκος (ή η τζένοα) χρειάζεται λασκάρισµα, ή, το σκάφος ορτσάρισµα, έως ότου το ανεµούριο γίνει παράλληλο µε το σοφράνο. Μπορούµε να διορθώσουµε το πανί είτε µε την σκότα (φέρµα ή λάσκα) ή µε το τιµόνι (όρτσα ή πόδισε).

9 Το τι θα κάνουµε εξαρτάται από το τι θέλουµε να πετύχουµε: Να κρατήσουµε σταθερή πορεία, οπότε διορθώνουµε µε την σκότα Να κρατήσουµε σταθερή πλεύση, οπότε διορθώνουµε µε τοπ τιµόνι Είναι προφανές ότι στα όρτσα (εγγυτάτη) µοναδική επιλογή είναι να κρατάµε σταθερή πλεύση, άρα στην εγγυτάτη το τριµάρισµα γίνεται µόνο µε το τιµόνι Εκτός από την σκότα και η θέση του βαγονέτου βοηθά στο τριµάρισµα του πανιού (όσον αφορά το σχήµα και όχι την γωνία του). Όσο το βαγονέτο πηγαίνει πρίµα (σχήµα 1), ο αετός του πανιού «ανοίγει», ενώ η ποδιά του τεντώνει. Το αντίθετο συµβαίνει όταν το βαγονέτο πηγαίνει πλώρα (σχήµα 3). Η σωστή θέση του βαγονέτου είναι αυτή όπου η προέκταση της σκότας είναι διάµεσος του γραντιού (σχήµα 2). Το σηµείο όπου θα τοποθετείται, κάθε φορά, το βαγονέτο εξαρτάται από: 1. Το µέγεθος του πανιού που χρησιµοποιούµε: Πρίµα στην Ν ο Ι τζένοα πλώρα στον φλόκο 2. Την πλεύση του σκάφους: Στις ανοικτές πλεύσεις τοποθετείται λίγο πλώρα σε σχέση µε τις κλειστές 3. Την ένταση του ανέµου: Όσο αυξάνει ο άνεµος µετακινείται λίγο πρίµα.

10 ΤΡΙΜΑΡΙΣΜΑ ΜΑΪΣΤΡΑΣ Η φιλοσοφία του τριµαρίσµατος της µαΐστρας είναι όµοια µε αυτή του φλόκου. Τριµάρεται ανάλογα µε την πλεύση: Ελέγχοντας το γραντί στις κλειστές πλεύσεις. Λασκάροντας (µέχρι να φτάσει στα ξάρτια) στις ανοικτές πλεύσεις. Για καλύτερο έλεγχο του σχήµατος της µαΐστρας, τοποθετούµε ανεµούρια στον αετό της (ένα σε κάθε µπανέλα). Για να έχει σωστό σχήµα, πρέπει τα ανεµούρια του αετού της να είναι οριζόντια (µε ελαφρά κλίση προς τα επάνω) εκτός από το υψηλότερο που πρέπει να «σταβεντώνει».