Luovimisen kulma

Seuraa 
Viestejä9265
Liittynyt10.12.2006

Mikähän mahtaa olla teoriassa pienin mahdollinen kulma vastatuuleen nähden jossa luoviminen purjeveneellä on mahdollista? Jos purjevene olisi teoreettisesti täydellinen tai jotain.

くそっ!

Sivut

Kommentit (35)

Vierailija

Määräytyy varmaan purjeen ja kölin liito-ominaisuuksista ja tietty tuulen nopeudesta. Jos sekä köli että purje korvataan tehokkaimmalla mahdollisella siivekkeellä niin veikkaisin noin 10 astetta mutta se ei ole nopein etenemissuunta. Se lienee noin 30 astetta. Todellisen purjeen liitoluku on kyllä melko kehno eikä kölikään niin kovin tehokas ole joten ehkä silloin noin 20 ja 35 astetta. (Mutuilua valitettavasti).

Guarani River Oil
Seuraa 
Viestejä467
Liittynyt19.8.2010

Unohdetaan purjeen ''siipiefekti'' eli paine-erojen aiheuttama työntövoima, oletetaan ettei vene kallistu lainkaan, sekä oletetaan köli täydelliseksi niin että se kumoaa kokonaan sivulle vievän komponentin. Näin voit purjehtia melkein vastatuuleen, kunhan skuuttaat purjeet mahdollisimman kireälle.Pientä taktikointia kannattaa kuitenkin käyttää, sillä mitä korkeammalle tuuleen menet, sitä verkkaisemmin matka kuluu.

Vierailija

Pysyisin edelleen vanhassa kannassa, eli 45 astetta tuulen suunnasta poiketen vastaiseen. Purjetta voisi verrata lentokoneen siipeen, pullistuvalle puolelle syntyy ohuempi ilman tilavuusmassa, joka "vetää" purjetta ja siten myös venettä. Käsittääkseni tätä ei enää alle 45 asteen kulmilla pääse purjeen eteen syntymään.
Linkki http://www.kouvolansurffarit.fi/Opetus/Purjehdussuunnat

Guarani River Oil
Seuraa 
Viestejä467
Liittynyt19.8.2010
delta
Pysyisin edelleen vanhassa kannassa, eli 45 astetta tuulen suunnasta poiketen vastaiseen. Purjetta voisi verrata lentokoneen siipeen, pullistuvalle puolelle syntyy ohuempi ilman tilavuusmassa, joka "vetää" purjetta ja siten myös venettä. Käsittääkseni tätä ei enää alle 45 asteen kulmilla pääse purjeen eteen syntymään.



Purje myös muuttaa tuulen kulkusuuntaa, jolloin liikemäärän säilymislain mukaan vene lipuu eteenpäin. Empiirisesti voin todeta, että kryssiminen onnistuu kyllä tiukemmilla kulmilla kuin 45 astetta. Tällöin purjeen tulee olla erittäin tiukkana ja jäntevänä.

xork
Seuraa 
Viestejä383
Liittynyt6.11.2010

Tutkin asiaa hieman geometrisesti. En todennäköisesti ole ottanut huomioon kaikkia vaikuttavia tekijöitä mutta lähestyn aihetta tällein kömpelösti.

http://img20.imageshack.us/img20/1310/luoviminen.png

Kuvassa on kaksi luovimistapausta. Nuoli keskellä osoittaa tuulen suunnan ja sitä edustaa harmaat viivat. Vaaleanvihreä tasakylkinen kolmio edustaa alusta ja tummemman vihreä viiva edustaa purjetta. Purje oletetaan täysin taipumattomaksi tasoksi.

Vasemmassa kuvassa kulma alfa on 45 astetta, eli tuulta mennään vastaan siinä kulmassa. Jos käsitin oikein niin sitä sanotaan luovimiskulmaksi. Tuuli aiheuttaa purjeeseen voiman ja purje tuuleen vastavoiman. Tämä voima on piirretty keskelle purjetta harmaalla paksulla viivalla (merkitty numerolla 1) ja se on tietenkin päinvastainen tuuleen nähden. Tämä voima on jaettu purjeensuuntaiseen ja sitä kohtisuoraan komponenttiin punaisilla paksuilla viivoilla. Näistä kiinnostava on pieni, purjeen normaalin suuntainen, komponentti. Tämä komponentti on siirretty purjeen alkupäähän ja sitä on havainnollistamisen helpottamiseksi kasvatettu noin 10-kertaiseksi. (Merkitty numerolla 2) Tämä voimakomponentti on jaettu edelleen aluksen suuntaiseen ja sitä kohtisuoraan komponenttiin mustilla paksuilla viivoilla. Näistä veneen suuntainen komponentti on se, joka tuottaa venettä eteenpäin työntävän liikkeen.

Kysytään nyt, että kuinka jyrkästi tuulta vastaan voidaan luovia.

Tehdään pari oletusta täydellisestä luovimisveneestä: Vene on niin aerodynaaminen, että vastatuuli ei aiheuta minkäänlaista venettä hidastavaa voimaa. Tämä ei tietenkään pidä paikkaansa. Tuo tuulenvastus on suuressa roolissa määriteltäessä pienintä luovimiskulmaa. Oletetaan, että purjeeseen tuleva - purjeen suuntainen komponentti, ei aiheuta myöskään venettä hidastavaa voimaa. Tämäkään ei pidä paikkaansa. Purjeen pinta ja purjeen reuna aiheuttavat merkittävässä määrin liikkeen kannalta haitallisia voimia.

Katsotaan oikeaa kuvaa. Luovimiskulma on joitain asteita. Purjeen vastavoima tuulta vastaan on taas merkitty samanvärisinä kuin vasemmassa kuvassa. Pieni purjeen normaalin suuntainen komponentti on taas siirretty purjeen alkupäähän ja sitä on kasvatettu noin 15-kertaiseksi. Tämä komponentti on edelleen jaettu veneensuuntaiseen ja sitä kohtisuoraan komponenttiin. Huomataan, että vaikka veneen luovimiskulma (jos olen siis ymmärtänyt kulman laskentatavan oikein) lähestyy nollaa, niin silti löydetään venettä eteenpäin työntävä voima.

Jos nyt yritetään vastata kysymykseen, mikä on teoreettinen veneen minimiluovimiskulma, niin vastaus on α > 0. Ollaan tietenkin tehty törkeitä oletuksia. Käytännössä tätä luovimiskulmaa voidaan lähestyä minimoimalla tuulenvastusta. Purjeen jäykkyys lie myös vaikuttava tekijä.

Vierailija

Kuten tuolla alussa jo kerroin, purjeen ja kölin liitoluvut määrittävät pienimmän luovimiskulman. Purjekoneella liitoluku on parhaimmillaan 50 luokkaa joten purjeella tuskin ylittää 20 eikä kölilläkään voi kovin suuri olla koska se on symmetrinen. Kun ne yhdistetään kokonaisliitoluvuksi tulee korkeintaan 10. Mutta myös veneellä on virtausvastusta köliin verrattuna melkoisesti ja kun se huomioidaan niin joudutaan liki 30 asteeseen jotta veneellä olisi myös riittävä nopeus.

xork
Seuraa 
Viestejä383
Liittynyt6.11.2010

Uskon päästävän pienempäänkin, jos alus on mahdollisimman suurilta osin pinnan alla, jolloin sillä ei ole tuulenvastusta ja purje on mahdollisimman jäykkä ja tasonsa suunnassa aerodynaaminen.

Vierailija
Ronron
Mikähän mahtaa olla teoriassa pienin mahdollinen kulma vastatuuleen nähden jossa luoviminen purjeveneellä on mahdollista? Jos purjevene olisi teoreettisesti täydellinen tai jotain.

Nolla astetta, eli suoraan vastatuuleen.
Tämä selittyy sillä, että todellinen tuuli ei tule jatkuvasti samasta suunnasta, vaan oskilloi suunnaltaan. Lisäksi eri korkeuksilla tuulee ainakin hieman eri suunnista.

Tieteellinen englannin kielinen nimitys ilmiölle on : katzmayer effect
mitä googlaamalla löytää lisätietoa aiheesta.

Käytännössä Edellisessä americas cupissa käytetyssä trimaraanissa tuo ilmiö aiheutti sen, että vene pyrki satamassa poijussa ollessaan suoraan vastatuuleen, minkä estämiseksi veneeseen lisättiin aerodynaamiset "jarrut" jotta homma pysyi hanskassa. Eli siis aerodynaamista vastusta aiheuttavat lisä purjeet veneen takaosaan satamaolosuhteissa käytettäväksi, purjehdittaessa ne tietysti jätettiin rannalle hidastamasta vauhtia.
Eli siis myös käytännössä suoraan vastatuuleenkin voi sopivissa olosuhteissa päästä, eikä vain teoriassa. Tuo vaan vaatii isoin mittakaavan venettä kiinteäsiipisellä takilalla pehmeiden purjeiden sijasta.
Pienemmässä mittakaavassa ilmiö suoraan vastatuuleen pääsemisestä ei ainakaan yleensä esiintyne käytännössä.

Vierailija
delta
Täytyy tässä sitten vaihtaa kantaa. Käytännössäkin on päästy noin 60 asteen "no go zone" sektoriin, siis 30 astetta vastatuulesta poiketen. Linkissä on luovimiskulmia venetyypeittäin. http://en.wikipedia.org/wiki/Sailing

No niinpä näyttää olevan.
Typical minimum pointing angles to the true wind are as follows. Actual course over the water will be worse due to leeway.

about 35° for modern racing yachts which have been optimized for upwind performance (like America's Cup yachts)
about 40 to 45° for modern cruiser-racer yachts (fast cruising yachts)

Otsikointi vaan on virheellinen. Nuo mainitut kulmat ovat pienimpiä joihin kannattaa ajaa haluttaessa vastatuuleen mahdollisimman nopeasti. 10...15 astetta lähemmäksi tuulta pääsee jos on valmis tiputtamaan vauhtia kaikilla yllä mainituilla.

Vierailija
korant
Kuten tuolla alussa jo kerroin, purjeen ja kölin liitoluvut määrittävät pienimmän luovimiskulman. Purjekoneella liitoluku on parhaimmillaan 50 luokkaa joten purjeella tuskin ylittää 20 eikä kölilläkään voi kovin suuri olla koska se on symmetrinen.
Epäsymmetrisiä kölejäkin käytetään kun suorituskykyä oikeasti purjeveneeltä halutaan.
Purjehdusslangilla kyse on aerodynaamisen ja hydrodynaamisen häviökulman summasta, ainoastaan ilmailussa käytetään liitolukua ymmärrettävistä syistä.

korant
Kun ne yhdistetään kokonaisliitoluvuksi tulee korkeintaan 10. Mutta myös veneellä on virtausvastusta köliin verrattuna melkoisesti ja kun se huomioidaan niin joudutaan liki 30 asteeseen jotta veneellä olisi myös riittävä nopeus.

30 asteen kulmaan pääsee useimmilla suomen satamista löytyvillä purjeveneillä jossain tuulessa. Teoreettisesta ylärajasta se on aika kaukana. Jopa silloinkin jos purjehditaan teoreettisessa täysin suunnaltaan vaihtelemattomassa tuulessa.

Vierailija

Kerroinhan aiemmin että ajatukseni on lähinnä mutua eikä tarkempaa tietoa ole. Mikä sitten mahtaa olla tuo minimi kulma ja millaisella tuulella ja millaisella nopeudella? Tuskin kovin paljoa alle 30 asteen menee.
Jos käytetään epäsymmteristä köliä niin vaihdetaanko sitä aina halssin mukaan?

Vierailija
korant
Kerroinhan aiemmin että ajatukseni on lähinnä mutua eikä tarkempaa tietoa ole. Mikä sitten mahtaa olla tuo minimi kulma
Tuskin kovin paljoa alle 30 asteen menee.

post1663666.html#p1663666
Alkuperäisessä viestissähän kysyttiin teoreettista minimia, joten tuo on vastaus. Pääosassa kalustoa toki 25...30 astetta on lähempänä totuutta.
korant
ja millaisella tuulella ja millaisella nopeudella?

Vene oli poijussa, joten keskimäärin nolla veneen nopeudella, vauhtia toki hieman nopeutta enemmän, sehän ei skalaarina kumoudu kun keskiarvoa otetaan.
Tuuli varmaankin vaihteli tuon AC trimaraanin poijussa pidon aikana välillä 0...10 m/s pääosan aikaa, siis sillä aikaa kun siipi yleensäkään oli ylhäällä ja veneessä.
korant
Jos käytetään epäsymmetristä köliä niin vaihdetaanko sitä aina halssin mukaan?
Jos ne ovat trimaraanin sivurungoissa, niin ei vaihdeta, kun vedessä oleva vaihtuu ihan itsestään samalla kuin vedessä oleva sivurunkokin kallistuksen mukana, tosin ei välttämättä ihan tarpeeksi, joten kyllähän niitä ylös/alaskin vedetään.
Catamaraanin rungoissa tai yksirunkoisissa vastaavasti vedetään toinen ylös ja toinen alas.
Esim volvo70 luokan veneissä käytetään yleisesti kahta epäsymmetristä kölievää vierekkäin, joista toinen alhaalla kerrallaan sen sivulle käännettävän painokölin lisäksi.

Vierailija
kuukle
Vene oli poijussa, joten keskimäärin nolla veneen nopeudella..
Kölin häviökulma on siis kokonaan pois kuvioista vai miten tuo homma tarkemmin meni. Nollanopeudellahan ei köli voi toimia kuin painona.

Vierailija
korant
kuukle
Vene oli poijussa, joten keskimäärin nolla veneen nopeudella..
Kölin häviökulma on siis kokonaan pois kuvioista vai miten tuo homma tarkemmin meni. Nollanopeudellahan ei köli voi toimia kuin painona.

No se häviökulma on kyllä tuossa aikalailla määrittelemätön silloin kun veden suhteen ei liikuta.
Purjevoimat siis vetävät venettä keskimäärin suoraan eteenpäin, suoraan keskimääräiseen tuulen tulosuuntaan eli siis vastatuuleen.
Aerodynaamiset voimat vuorotellen sivusuunnassa suunnilleen vastakkaisiin suuntiin sen mukaan kummalta puolelta kullakin hetkellä sattuu tuulemaan. Kun tuulen suunnan muutos ylittää tuplaten aerodynaamisen häviökulman, saa tuo katzmayer efekti resultantin hiemankin pidemmän aikajakson yli tarkasteltuna suoraan eteenpäin, vaikkei millään yksittäisellä hetkellä niin olisikaan.
Ja 223ft korkeassa siipirikissä siiven ala- ja yläosa ottavat tuulen eripuolilta, jolloin tuo toteutuu jopa samaan aikaankin ilman niitä siftejäkin, jolloin resultantti on suoraan eteen myös hetkellisesti.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat