Nebojte se řízení modelu plachetnice 14.4.2005
1.část
No a pokud jsme zmínili stěžeň a ráhna, potom nelze pominout kování a takeláž. Je třeba zabezpečit ráhno hlavní plachty otáčení okolo stěžně, obdobně u ráhna kosatky. Samozřejmě doplníme otěže, které určují výchylku ráhen, jejich vedení na palubě a také fixujeme stěžeň vůči přídi a zádi a současně do boků trupu pomocí stěhů. Není to nic složitého, dokážeme si vystačit s běžným vybavením jako pilka, vrtačka, pilník apod. Vzhledem k již zmíněné vlhkosti raději pracujeme s materiály, které budou odolávat prostředí, jako dural, mosaz apod.Asi nezačneme hned vlastním návrhem lodi, využijeme vyzkoušený plán, tam také nalezneme potřebné detaily.
Jestliže směr odkud vane vítr si označíme jako 0°, pak při jízdě ostře na vítr dokážeme jet ve směru odchýleném o cca 35-40°. Jízda kolmo na vítr znamená odchylku směru jízdy vůči větru o 90° a při zadním větru je tento úhel 180°. Potřebné nastavení plachet ukazuje obrázek.
Zjednodušeně se dá říci, že úhel ráhna hlavní plachty musí být poloviční, než požadovaný úhel směru jízdy. Toto pravidlo nám napoví, jak později nastavit pomocí navijáku plachty na požadovaný směr plavby. Zdá se Vám to jednoduché? Je to jednoduché a současně není. – komplikací je skutečnost, že vlivem jízdy lodi, její rychlosti, na ni ve skutečnosti působí zdánlivý vítr. Pro naše potřeby se spokojíme s jeho sledováním pomocí vějičky na vrcholu stěžně (ukazatel směru větru), poslouží i vhodně upevněná stužka. Na břehu nám k obdobnému účelu poslouží stejná stužka upevněná a konci antény vysílače. Tím částečně eliminujeme nevýhodu pozorování modelu ze vzdáleného místa, kdy nemáme na rozdíl od skutečného jachtaře možnost bezprostředně vnímat vítr přímo v místě plavby. Řízení modelu pro nás bude jednodušší, pokud máme nějaké zkušenosti ze skutečné plachetnice, windsurfingu apod. …
Pokud naše loď jede alespoň trochu svižně, je celý obrat velice rychlý a neměli bychom jej „přetočit“. Nabrali jsme tedy opět vítr, rozjeli jsme se v ostrém úhlu proti větru a z tohoto kurzu povolíme otěže, nejprve na úhel ráhna hlavní plachty cca 45° po kterém upravíme odpadnutím kurs do směru kolmo na vítr.
Jakmile najedeme požadovaný
kurs, zkusíme další odpadnutí po větru pokud možno se současným
odvinutím otěží plachet do polohy maximálně povoleno. Model
držíme ve směru po větru, může se stát, že při případných
větších úpravách směru jízdy dojde k přehození plachet z jedné strany
na druhou – to vůbec nevadí. Dokonce se takto při jízdě na zadní
vítr dociluje „rozhození“ kosatky a hlavní plachty tak, aby byly
na opačných stranách – tím docílíme efektního „motýla“ využitím
nestejného okamžiku přehození kosatky a hlavní plachty. Cvičení efektů
ale zatím klidně odložíme
Naše plachetnice pluje
po větru s naplno povolenými plachtami, její rychlost je
pozorovatelně menší, než v bočním kurzu. Začneme opět navijákem
přitahovat plachty a loď by měla sama začít měnit kurs, případně
ji pomůžeme kormidlem, loď zrychlí plavbu.
Dostáváme se k závěrečné
části našeho malého seriálu, jehož cílem bylo ukázat, že začít jezdit s
rekreačním modelem plachetnice není složité. Skoro by se chtělo říci,
že už není co dalšího sdělit - bez problémů jedeme námi zvoleným
kursem, bravurně kormidlujeme a k tomu nastavujeme plachty. Většina z
nás, ale bude přemýšlet o tom, jak zlepšit výkony naší plachetnice.
Obzvlášť tehdy, jestliže máme možnost porovnat jízdu s druhým modelem a
nastane situace, že ten "druhý" je nevysvětlitelně rychlejší
Co pohání plachetnici? No jistě - vítr. Ale jak tato samozřejmost vlastně funguje? Pohonná síla vzniká prouděním vzduchu okolo plachet. Jak tato síla vzniká si můžeme představit na příkladu profilované desky, kterou můžeme natáčet okolo čepu (například hlavní plachta u stěžně). Pro proudící vzduch deska představuje překážku, kterou musí "obtékat". Tak proud vzduchu působí sílou ve směru svého pohybu, tu označujeme jako odpor R Velikost odporu závisí na úhlu náběhu "alfa" o který je osa desky odkloněna od směru proudu vzduchu. Současně vzniká na straně desky, kde musí proud urazit delší dráhu podtlak a na opačné straně přetlak. Hodnota podtlakové síly je rozhodující -je 3 až 5x větší jak tlaková. Výslednice podtlaku a přetlaku působí na desku silou, kterou nazýváme vztlak V. Velikost vztlaku závisí (při daném tvaru profilu a stálé rychlosti vzduchu před profilem) na úhlu náběhu alfa. Síly působí v aerodynamickém těžišti plachty Tp.
Závislost vztlaku na úhlu náběhu Typický průběh závislosti vztlaku a odporu na úhlu náběhu ukazuje následující obrázek:
Při nulovém úhlu náběhu (bod a) je nulový vztlak a minimální odpor. Se zvětšováním úhlu náběhu roste vztlak až do maxima (bod b), kde hovoříme o optimálním úhlu náběhu. Při dalším zvětšování úhlu náběhu dochází k narušení plynulého proudění a začne vznikat víření. Následkem toho klesá vztlak a roste odpor. Analogickým způsobem vzniká odpor a vztlak také na desce, kolem které proudí kapalina. Rozdíl je především v tom, že celková velikost vztlaku a odporu je (pro desku stejných rozměrů) v kapalině podstatně větší vzhledem k mnohokrát větší hustotě kapaliny. Vzájemné souvislosti úhlu náběhu, vztlaku, odporu a tvaru profilu je třeba pochopit, protože budou základem pro další výklad.
Obtékání plachty
Pro naši potřebu se zaměříme na základní charakteristiky profilu plachty, tedy na ty, které jsme schopni ovlivnit jejím střihem a seřízením. Opět platí analogie s profily letadel, kde je problematika obsáhle popsána, naše pasáž bude opravdu stručná
Tvary profilu plachty
Největší vztlak vykazuje profil s břichem v polovině délky profilu. Posunutím břicha dopředu klesá vztlak a také odpor, takže výsledná síla je menší, ale má směr více dopředu. Posouvání břicha dozadu má za následek především nárůst odporu, takže celková síla se zmenší a skloní dozadu. Proto se snažíme docílit břicha profilu v 33% až 50% délky profilu. Pokud se podaří docílit nezvířeného obtékání plachty, pak bohatý profil vytváří větší sílu než plochý profil. Výslednou aerodynamickou sílu F, která působí v těžišti plachty Tp , můžeme rozložit do dvou složek. Složky dopředné Fd působící v ose lodi a složky stranové Fs (kolmé k ose lodi).
Dopředná složka Fd je hnací silou plachetnice. Stranová složka je "nežádoucí" vedlejší produkt účinku větru na plachtu. Způsobuje boční (stranové) splouvání a náklon lodě do závětří (se zmenšením účinné plochy plachty), protože působí poměrně vysoko nad vodou na rameni r.
Zařízení, které zmenšuje stranové splouvání je kýl plachetnice. Jedná se o profilovanou desku umístěnou v ose lodi svisle do vody, na jejím konci je umístěna zátěž. Proudění okolo kýlu lodi ukazuje obrázek:
Jak jsme si již vysvětlili, síla vznikající na plachtě způsobí pohyb plachetnice. Ta se ale začne pohybovat ve směru síly
F, takže směr pohybu svírá s osou lodi úhel beta. Při tomto pohybu (šikmo proti vodě) proudí voda kolem zanořené části trupu plachetnice včetně kýlu v opačném směru, než je pohyb lodi. Úhel náběhu kýlu je roven úhlu splouvání. Na počátku pohybu proudí voda kolem kýlu pod úhlem beta. Vlivem podtlaku na jedné straně kýlu působí na kýl síla
Fl a to opačným směrem, než stranová síla na plachtě
Fs. Tím se stranové splouvání zmenší. Současně se tím zmenší i úhel náběhu beta a tedy i síla
Fl. Stranové splouvání se ustálí na takovém úhlu náběhu beta, kdy se přibližně rovná síla
Fl síle
Fs. Je žádoucí, aby kýl vytvářel potřebnou velikost síly
Fl při co nejmenším úhlu náběhu beta. Na vytváření síly
Fl
se podílí celá zanořená část trupu lodi.
Specifickým případem je jízda v skluzu (někdy se uvádí pojem kluz), kde
nastávají odlišné poměry . My si ale vystačíme s výtlačným režimem
plavby
Funkce kormidla
Kormidlo je opět profilovaná deska, takže vysvětlení jeho funkce bude triviální záležitostí. Je-li kormidlo v ose lodi, úhel náběhu je nulový a kormidlo vykazuje pouze odpor. Po vychýlení kormidla kolem něho proudí voda pod úhlem alfa a na kormidle vzniká vztlaková síla F. Vůči těžišti laterálu působí tato síla na rameni r a uvede loď do otáčení.
Zdánlivý vítr
Při plavbě se plachetnice pohybuje vůči vzduchu, čímž na modelu vzniká tzv. vítr způsobený pohybem. Ten má opačný směr, než je směr plavby a má rychlost shodnou s rychlostí plavby. Výsledný vítr Vz působící na plachetnici je vektorovým součtem skutečného větru Vs a větru Vp způsobeného dopředným pohybem modelu. Tento výsledný vítr nazýváme zdánlivý a působí z pohledu plachetnice více zpředu a je rozhodující pro správné nastavení plachet.
Přetočení plachty - "twist"
S rostoucí výškou nad hladinou roste rychlost skutečného větru. Protože spodní i horní část plachty mají shodnou dopřednou rychlost Vp, bude mít zdánlivý vítr v horní části plachty Vz2 jiný směr a sílu než zdánlivý vítr v dolní části plachty Vz1. Pokud chceme docílit na celé plachtě stejný úhel náběhu alfa, pak se musí s rostoucí výškou zvětšovat odklon profilu plachty.
Obtékání kosatky a hlavní plachty Doposud jsme pro jednoduchost demonstrovali probíhající děje na modelu s jednou plachtou. Naše rekreační plachetnice má ale plachty dvě - kosatku a hlavní plachtu. Nabízí se tedy otázka, zda každá z plachet působí samostatně, nebo jestli se nějak ovlivňují. Opět si pomůžeme obrázkem:
V námi použitém oplachtění má kosatka velice důležitou roli - přestože má obvykle menší plochu než hlavní plachta, má velký vliv na celkový výkon plachet, zesiluje účinnost hlavní plachty tím, že na ni usměrňuje proud vzduchu (obdoba slotu na letadle). Pokud nastavíme kosatku a hlavní plachtu správně (na obrázku případ a), vytvoří se mezi kosatkou a hlavní plachtou štěrbina, která zvyšuje rychlost proudění vzduchu a tím i účinek sání na závětrné straně hlavní plachty. Pokud kosatkovou otěž povolíme příliš, snižuje se účinek působení štěrbiny a zesilující účinek se ztrácí (případ b). Pokud je kosatka příliš přitažena, nebo pokud má vrchol profilu za polovinou své délky, způsobuje vlnu na hlavní plachtě narušující plynulost obtékání (případ c).
Návětrná a závětrná loď jsou pojmy, které charakterizují chování lodi snadno pozorovatelné například při náhlém poryvu větru. Pokud model v takové situaci pokračuje bez změny směru je neutrální - to je kýžený stav. Pravděpodobně ale zareaguje vyostřením, nebo odpadnutím od větru. Co je příčinou? Vezměme si stranový průmět zanořené části trupu (včetně kýlu a kormidla), tato plocha má své těžiště a jím prochází svislá osa, kolem které se loď otáčí. Pokud výslednice sil na plachtě působí za svislou osou, způsobuje samovolné stáčení lodi proti větru - plachetnice je návětrná. Pokud výslednice sil na plachtě působí před osou otáčení, loď otáčí po větru - je závětrná. V případě, že výslednice sil na plachtě působí ve svislé ose, nevykazuje žádný kroutící moment a loď je neutrální. Na modelu můžeme závětrnost, resp. návětrnost lodi korigovat posouváním oplachtění, naklápěním stěžně v předozadním směru, případně změnou velikosti kosatky a hlavní plachty. Posun kýlu většinou není možný bez zásahu do konstrukce.
Rychlost větru a síla zajímá Vás, jaké síly mohou na model ve větru působit? V době, kdy jsem se věnoval windsurfingu uváděla literatura pro podmínky na moři následující hodnoty, které můžeme přibližně použít pro orientační představu:
FAQ
Je lepší vybavit model plachetnice pomocným motorem ? Jsem přesvědčen, že to není vhodné řešení. Obvykle vychází dotaz z obavy, jestli půjde loď pouze s plachtami dostatečně řídit a pomocný pohon nám má dodat jistotu. Uvedené řešení má řadu nevýhod. Stavba je složitější, dražší, vyžaduje použít více prvků pro řízení. Zhorší se nautické vlastnosti i při použití sklopného lodního šroubu. Argument možného bezvětří také neobstojí, ještě jsem se nesetkal se situací, kdy by náhle přestalo foukat a neobjevil se alespoň závan, který by dovolil dojet dle potřeby ke břehu.
Je lepší začít s malou lodí (cca 50cm) ? Kladem je sice snadnější transport, ale lépe se nám bude jezdit s větší lodí, doporučoval bych alespoň 70cm. Pro začátek je velice vhodná loď třídy F5E, kde má trup délku 1metr.
Jsou nějaké zvláštnosti instalace RC vybavení?
Nejsou
Jaké je doporučené rozmístění ovladačů na vysílači? Zde záleží na typu soupravy a především zvyklostech pilota. Pokud máme naviják na ovladači s neutralizací, je poněkud nepohodlné jej stále držet v požadované poloze. Já jej mám na tahovém potenciometru, lze využít kanál "plynu". U kormidla si vybereme vysloveně variantu, která nám nejvíce vyhovuje.
Z jakého materiálu udělat plachty? Po materiálu požadujeme minimální, nebo nulovou propustnost větru. Vyhoví jak tkané materiály, tak folie. Pokud plachtu šijeme, použijeme steh "entl"(. . . . . . . . . ) jinak bychom stehem v linii vytvářeli zeslabené místo pro roztržení. Folie se lepí oboustrannou lepící páskou na šabloně. Plachty z folie je nutné skladovat a transportovat v rozvinutém tvaru.
A co vícetrupé plachetnice, třeba katamaran? Jednotrupá plachetnice je vyvážená tak, že ji zátěž na kýlu vrací vždy do svislé polohy - to si můžeme vyzkoušet tak, že oplachtění rukou skloníme tak, že jej položíme na vodu - ani "přilepení" plachet k vodní hladině by nemělo zabránit lodi návratu do normální polohy. Katamaran je velice rychlá loď, ale vyžaduje zkušenosti s řízením, jízda po jednom plováku je efektní, ale jakmile se loď převrhne, sama se do normální polohy nevrátí... U trimaranu je situace obdobná. Takže pro začátek doporučuji klasickou jednotrupou loď.
Velice děkuji svému synovi za vytvoření obrázků!!!
Související články:
|
|
||||||||||||||||||||||||||