CO ODCZUWA ŻEGLARZ W CZASIE RUCHU BOJERA?

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

      CO   ODCZUWA  ŻEGLARZ  W CZASIE  RUCHU ŚLIZGU   LODOWEGO ?

Dla każdego kursu g względem wiatru rzeczywistego możemy odszukać na wykresie  Hereshoffa trójkąt prędkości składający się  z prędkości wiatru rzeczywistego VT, prędkości własnej ślizgu  VS  oraz prędkości wiatru pozornego VAP. Łatwo jest też odszukać  stałą ślizgu ,,k'' jako kąt pomiędzy bokiem przedstawiającym wiatr pozorny a kierunkiem ruchu ślizgu. Wykres ten pokazuje nam w przybliżeniu zmienność szybkości własnej ślizgu  zależnie od kursu względem wiatru rzeczywistego. Są to odcinki O-C,  O-D,  O-E,  O-F, O-G. Wielkość i kierunki wiatru pozornego przedstawiają odcinki D-B,  E-B,  F-B,  G-B. Na rysunku 1 przytoczono również obowiązujące wzory do obliczenia prędkości własnej  ślizgu VS  oraz prędkości wiatru pozornego VAP.

Omawiany wykres Hereshoffa został wykreślony dla stałej  k = 20 stopni. Z jego analizy wynikają wnioski znane wszystkim bojerowcom, co do charakterystycznych kursów.  Na wszystkich kursach  względem wiatru rzeczywistego ślizg lodowy żegluje zawsze pod kątem ostrym do wiatru pozornego i równym stałej ślizgu ,,k'', która wynosi 20 stopni.         

Aby lepiej uzmysłowić jak ze zmianą kursu zmienia  się  wiatr pozorny, wykonajmy drugi wykres na którym wyeksponujemy  na poszczególnych kursach prędkości wiatru własnego oraz pozornego. W każdym przypadku wiatr pozorny na danym kursie jest sumą wektorów wiatru  rzeczywistego VT oraz wiatru własnego (Obrócony na kierunek przeciwny wektor szybkości ślizgu VS ). Oczywiście największy wiatr pozorny  działa na ślizg jeśli żegluje on kursem półwiatr.   

W czasie ruchu ślizgu żeglarz odczuwa jedynie wiatr pozorny i to zakłócony obecnością żagla. Żeglarz nie jest jednakże pozbawiony informacji o kierunku wiatru rzeczywistego, bowiem te informacje stale do niego dopływają,  a osobisty komputer pod jego kaskiem  przetwarza je w niewiarygodnym tempie. Podczas zwrotów mózg zapamiętuje kierunki na których żagiel nie pracuje lub łopoce,  a podczas żeglugi wybranym kursem odmienne reakcje na sterownicy czy szotach lub ze strony ugięcia płozownicy natychmiast są przetwarzane na informacje o kierunku wiatru i o pracy żagla.  Podobnie doświadczeni piloci szybowcowi   po reakcji sterów trzymanych w ręku bezbłędnie czują prędkość szybowca. Niektórzy  piloci i sternicy łodzi regatowych do perfekcji rozwijają te umiejętności i wtedy mówimy o  mistrzach sportu.    

                                                                              Opracowano 15 czerwca 2017 r. w Gdańsku

Opracował na blogu Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego

CZY SKRZYDŁA SAMOLOTÓW SPRAWDZAJĄ SIĘ NA BOJERACH?

Witold Kurski –Były zawodnik bojerowy

   O WYBRANYCH ROZWIĄZANIACH AEROPŁATÓW

                         NA ŚLIZGACH LODOWYCH

Przygotowane dla kadry bojerowej na spotkanie w 2011 r.

1       Wstęp

Zarówno  obiekty latające, oraz żeglujące po wodzie lub lodzie, będą miały lepsze właściwości ruchowe jeśli przy uzyskaniu pożądanej siły wyporu (nośnej) będą miały jak najmniejsze opory aerodynamiczne.  Lotnictwo już od samego początku poszło drogą zastosowania sztywnych profili aerodynamicznych i osiągnęło sukces. Żeglarstwo tradycyjnie stosowało  żagle, to jest płaty o profilach samo budujących się pod wpływem działania powietrza. Aby polepszyć doskonałość aerodynamiczną, można stosować żagle o dużym wydłużeniu, ale mają one swoje ograniczenia. Dlatego poszukiwania idą dalej i w miejsce samo budującego się profilu żagla zaczęto stosować płaty o profilach sztywnych dla których w Polsce przyjęto używać nazwy aeropłat.  Sztywny profil ma małe opory profilowe co w zastosowaniu do płata o dużym wydłużeniu daje znakomity wynik – opór aeropłata jest bardzo mały. Należy jeszcze zadbać o aerodynamiczną sylwetkę kadłuba i mamy już ślizg o znakomitych właściwościach aerodynamicznych.

2 Układy konstrukcyjne ślizgów z aeropłatami  

2.1 Schematy statyczne konstrukcji aeropłatów.

Siły aerodynamiczne i  siły bezwładności działające na płat muszą być przeniesione na konstrukcję. Najbardziej preferowany jest jako najczystszy aerodynamicznie układ wolnonośny, ale wymaga zastosowania mocnych a więc ciężkich okuć do przeniesienia dużych momentów z płata na kadłub, a sam kadłub musi mieć mocne ramy wewnątrz, co zwiększa ciężar konstrukcji. Dlatego bardzo często konstruktorzy uciekają się do stosowania usztywnień zewnętrznych, przez co układ konstrukcyjny przybliża się do układu kratowego. A kraty to są najlżejsze konstrukcje na świecie. Przegląd układów statycznych na rysunku 1 wykazuje, że większość konstrukcji  ma usztywnienia zewnętrzne linkowe lub zastrzałowe.     

2.2 Ustawienie aeropłata

Ustawienie aeropłata na pożądany kąt trymu jest problemem, bowiem aeropłat nie łopoce jak żagiel, a więc sternik jest pozbawiony informacji o kącie natarcia. Dążenie do posiadania możliwości  ustawiania aeropłata na dowolny kąt trymu pociągnęło za sobą stosowanie mechanizmów napędowych, które uniemożliwiają ustawianie się aeropłata w łopot, co

jest charakterystyczne dla żagla.

Jak zrelacjonował autorowi znamienity konstruktor bojerów i mistrz sportu Włodzimierz Girs stało się to powodem samych kłopotów i kilku pozornie dziwnych wywrotek, gdyż ślizgi wywracały się nie tylko w kierunku na zawietrzną, lecz także w kierunku przeciwnym, co oznacza, że w tym momencie aeropłaty pracowały na ujemnych kątach natarcia.

Aby uniknąć takich wypadków sternicy ślizgów z aeropłatami (w dawnym Związku Radzieckim) wrócili do stosowania napędu linkami zwanych szotami mimo, że najczęściej są to linki stalowe i zachowali właściwość samoczynnego ustawiania się aeropłata w ,,łopocie" to jest w linii wiatru pozornego.

Najbardziej zaawansowanym sposobem ustawiania aeropłata względem strug wiatru pozornego jest zastosowanie urządzeń aerodynamicznych działających na zasadzie steru wysokości w samolocie.

2.3 Rozwiązania nietypowe

Układy konstrukcyjne.  Poza pojedynczymi płatami spotyka się dwupłaty, jak np. ślizg Ermakowa, czy też przedwojenny niemiecki ślizg dwupłat, oficera lotnictwa Storcha . Układ jaki zastosował Ermakow już po wojnie, można zobaczyć na fotografii wykonanej w Haapsalu w 1937 roku. Ermakow prawdopodobnie wzorce do swojej konstrukcji, czerpał z tego estońskiego ślizgu. Pod względem doskonałości aerodynamicznej dwupłat okaże się zawsze gorszy od pojedynczego płata, ale dwupłaty charakteryzują się również zaletami konstrukcyjnymi i użytkowymi.

Zastosowane profile aerodynamiczne. Powszechna opinia wśród konstruktorów jest taka, że najlepsze są klasyczne symetryczne profile NACA 0012. W żadnym wypadku nie należy stosować symetrycznych profili laminarnych, bowiem przy większych kątach natarcia, gdy przy rozruchu ślizgu, oczekujemy wysokich wartości współczynnika siły nośnej, współczynnik oporu aerodynamicznego gwałtownie rośnie a profil pracuje poza zakresem opływu laminarnego. Jeden z konstruktorów rosyjskich Mirochin specjalista aerodynamiki zastosował do aeropłata bardzo stary profil Munka, sądząc że profil pochodzący od tak wybitnego naukowca musi zachowywać się rewelacyjnie. Po zbudowaniu aeropłata do ślizgu Kańskiego krawędź spływu  przyjęła kształt falisty wskutek błędów konstrukcyjnych i technologicznych, które łatwo popełnić przy tak specyficznym profilu mającym małe grubości blisko krawędzi spływu. Oczywiście każdy element aeropłata pracował przy innym kącie natarcia co skutkowało pogorszeniem aerodynamiki aeropłata. Przy takim kształcie profilu jaki ma Munk, zastosowane żeberka i krawędź spływu powinny być znacznie wzmocnione. Profil Munka wykazujący doskonałe właściwości w badaniach modelowych, na ślizgu lodowym zawiódł.

 Obrys płata, skos płata, oś obrotu płata. Ten sam konstruktor zastosował w jednej wersji aeropłata skos do tyłu, przesuwając znacznie jego środek ciężkości też do tyłu względem osi obrotu aeropłata. Nie jest zrozumiałe czego oczekiwał konstruktor, po takim rozwiązaniu, ale mógł przewidywać że takie rozwiązanie zaowocuje flatterem tego aeropłata.

 Podział płata . Płaty mogą być nie dzielone lub dzielone. Stosowane podziały to na dwie lub trzy części. Często spotykany podział aeropłata w ślizgach rosyjskich to: dwie trzecie powierzchni to część dolna a pozostała jedna trzecia to część górna, która w warunkach silniejszego wiatru jest odciążana. Podobny podział aeropłata miał niemiecki ślizg ,,Götz von Berlichingen". W ślizgach rosyjskich taki podział płata stosowano do ślizgów klasy  aeropłat 12 m. kw. , a po wprowadzeniu w latach siedemdziesiątych klasy aeropłat 8 m. kw. , już takiego podziału nie stosowano.

Schemat statyczny aeropłata. Płaty moga być wolnonośne, bądź usztywnione zewnętrznie linkami lub zastrzałami. Konstruktor ślizgu Feuervogel  zastosował wprawdzie układ wolnonośny dla aeropłata, ale zesztywnił kadłub z płozownicą za pomocą zastrzałów.

Ustawianie aeropłata względem strug wiatru. Tradycyjnie za pomocą napędu linkowego lub ustawianie za pomocą urządzeń aerodynamicznych.

Położenie sternika w kadłubie. Prawdopodobnie już wypróbowano na zbudowanych konstrukcjach wszystkie możliwe rozwiązania. Na ślizgu z aeropłatem żeglującym w 1942 roku w Chrzykowych sternik zajmował pozycję leżącą na brzuchu, głową oczywiście w kierunku jazdy. Do  rozruchu ślizgu musiał sternik korzystać z pomocy ludzi znajdujących się na zewnątrz, którzy zamykali pokrycie kokpitu i rozpychali ślizg. Autor rozmawiał w 1957 roku z uczestnikami tych wydarzeń  między innymi z majstrem Franciszkiem Fiksa ze stoczni Chojnickiej i oglądał fotografię tego ślizgu. Zdaje się, że miał trójdzielny płat.

2       Uwagi końcowe

Z braku dostępu do materiałów źródłowych nie przytoczono wielu rozwiązań zwłaszcza nietypowych. Powielanie skróconych opisów prowadzi do przekłamań. Autor starał się korzystać wyłącznie z materiałów oryginalnych. Podczas rejsów żeglarskich w latach siedemdziesiątych  i osiemdziesiątych autorowi udało się osobiście dotrzeć do konstruktorów Eugeniusza Kańskiego z Rygi i Włodzimierza Girsa z Tallina i osobiście wykonać pomiary ich ślizgów i zapoznać się ze ślizgami z aeropłatami innych konstruktorów, zalegającymi hangary w Rydze i Tallinie. W Leningradzie podczas stażu naukowego autor zapoznał się z innym konstruktorem ślizgów z aeropłatami Mirochinem, specjalistą aerodynamiki i wytrzymałości. Ci dwaj pierwsi to mistrzowie sportu bojerowego, ostatni to naukowiec i żeglarz, a łączyła ich pasja do żeglarstwa lodowego.

Choć osiągnięcia konstruktorów ślizgów z aeropłatami mogą fascynować, to obecnie nie mają praktycznego znaczenia, bowiem  poza pojedynczymi rekordowymi egzemplarzami takie ślizgi nie będą  budowane. Nie należy jednak o tych rozwiązaniach zapominać. Konstruktorzy tych ślizgów napotkali wiele problemów technicznych, które ich zaskakiwały i musieli je rozwiązywać. Dlatego zapoznanie się z istniejącymi rozwiązaniami ma dużą wartość edukacyjną zwłaszcza dla żeglarzy młodego pokolenia.

                                          

                                                                   Tekst skorygowano i uzupełniono 9 maja 2017 r. 

Opracował na blogu

Paweł Kurski – fan żeglarstwa lodowego 

CZY NA MASZTACH BOJERÓW POTRZEBNE SĄ SALINGI???

 Witold Kurski  -- były zawodnik bojerowy

                                   

O  CELOWOŚCI  USZTYWNIANIA KONSTRUKCJI MASZTÓW ŚLIZGÓW LODOWYCH

 Prezentowane kadrze bojerowej na spotkaniu środowiskowym  w Kiekrzu  18 – 19  X  2008 r.

1. Wstęp

 Małe ślizgi są wyposażone w maszty nie posiadające salingów, i jak pokazuje praktyka mają one wystarczającą wytrzymałość w czasie jazdy, a przy tym mają wspaniałą właściwość jaką jest przyjmowanie pod obciążeniem postaci wygiętej, co poprawia aerodynamikę żagla.

Maszty większych ślizgów są usztywniane wantami opartymi o salingi. Stosuje się jedną lub dwie pary salingów. Ślizg L-8 ma jedną parę salingów, a Monotyp XV dwie pary salingów.

Nowoczesne systemy obliczeniowe takie jak np. FEMAP-NASTRAN lub też ANSYS stwarzają możliwość wykonywania szybko dokładnych obliczeń wytrzymałości masztów. Aby mieć jasny pogląd na celowość i skuteczność stosowania do masztów ślizgów lodowych want opartych o salingi wykonano dziesiątki przeliczeń masztów. Część obliczeń w ramach ćwiczeń studenckich wykonali studenci żeglarze.

2. Obciążenia robocze masztów ślizgów lodowych

Największe obciążenia masztów i olinowania w ślizgu lodowym w czasie jego ruchu, mają miejsce w chwili gdy nawietrzna płoza chce oderwać się od lodu. Mniej więcej dwie trzecie siły obciążającej maszt pochodzi od siły na żaglu wywracającej ślizg a jedna trzecia jest skutkiem naciągu szotów. Wyniki dokładnych przeliczeń obciążeń roboczych dla Monotypu~XV z dwoma członkami załogi oraz ślizgów L-8 i DN po zaokrągleniach zestawiono w Tabeli 1

                                                           Tabela 1: Obciążenia robocze masztów i want

	MONOTYP XV	WEILAND   L-8	DN60
SZTAG                                    daN	1000	325	510
WANTA  NAWIETRZNA      daN	650	315	125
KOLUMNA  MASZTU          daN	1700	654	660

 

Ponadto dochodzą przypadki obciążeń przy uderzeniu masztem o lód podczas wywrotki. To obciążenie jest znacznie trudniej ocenić niż obciążenie od żagla. Działając na maszt skutkuje ono nie tylko siłą osiową lecz nietypowym dla masztu obciążeniem poprzecznym przyłożonym na topie i wywołującym zginanie.

3. Obliczenia porównawcze dla masztu Monotypu XV

 Dla masztu Monotypu XV wykonano następujące obliczenia porównawcze:

a. Maszt Monotypu  pozbawiony salingów.

b. Maszt Monotypu z parą górnych want salingowych i linkami d=4 mm.

c. Maszt Monotypu z parą dolnych want salingowych i linkami d=4 mm.

d. Maszt Monotypu z dwiema parami want salingowych i linkami d=4 mm.

e. Maszt Monotypu z dwiema parami want salingowych i linkami d=3 mm.

We wszystkich przypadkach uwzględniono napięcie wstępne w istniejących wantach na poziomie sześciu procent siły zrywającej linę. Wyniki przedstawiono na rysunkach rys.1, rys.2, rys.3, rys.4  oraz na rysunku 5.

4.      Obliczenia porównawcze dla masztu ślizgu L-8

Dla ślizgu  Weilanda L-8 wykonano obliczenie dla masztu  pozbawionego  salingów a wyniki

przedstawiono na rysunku  6.

5.      Wnioski

Samonastawne maszty niewielkich ślizgów lodowych można z łatwością skonstruować tak,

aby nie musiały być dosztywniane wantami opartymi o salingi. Jedynie w dużych ślizgach problemem może być uderzenie topem masztu o lód.

Przy stosowaniu na maszty dużych ślizgów,  mało odpornego na gięcie drewna

w porównaniu z laminatem, celowe jest dosztywnianie masztu wantami opartymi o salingi,

 przy czym należy pamiętać o następujących prawidłowościach:

1. Celem zwiększenia odporności na wyboczenie kolumny masztu celowym jest jedynie dosztywnianie kolumny, a więc stosować należy  dolne salingi i wanty na nich oparte. Wprowadzanie górnych salingów zmienia nieznacznie wartość siły krytycznej.

2. Stosowanie górnych salingów i want ma sens jedynie wtedy, gdy chcemy zwiększyć odporność masztu na siłę udaru o lód przy wywrotce a nie ma jakiegokolwiek sensu jeśli celem jest powiększenie siły wybaczającej.

3. Wprowadzanie salingów i want na nich opartych likwiduje możliwość wykorzystania efektu gięcia masztu do poprawy aerodynamiki żagla.

Według przepisów klasowych minimalna średnica stosowanych w Monotypie XV

want opartych o salingi wynosi 3 mm. Linki o nieco większej średnicy byłyby przewymiarowane, natomiast cieńsze byłyby za słabe. Konstruktor Erik von Holst, nie dysponujący komputerami  znalazł rozwiązanie optymalne. Zapewnił stateczność kolumnie

masztu stosując dolne salingi i wytrzymałość na uderzenie masztem o lód przy wywrotce stosując górne salingi, używając przy tym na wanty najcieńszych linek stalowych.

Problem dostatecznej wytrzymałości masztu przy uderzeniu topem o lód przy wywrotce da  się rozwiązać bardzo łatwo bez stosowania górnych salingów i want jeśli zmniejszymy siłę udaru. Można to osiągnąć rezygnując z drewna jako materiału konstrukcyjnego masztów i budując elastyczny maszt  z laminatu, który przy wywrotce zamortyzuje uderzenie.  Nowoczesny  Skeeter ma właśnie tak skonstruowany maszt.

Z kolei odejście od dosztywniania kolumny masztu z pomocą dolnej pary want salingowych pozwala na wykorzystanie efektu gięcia masztu do polepszenia właściwości aerodynamicznych żagla.

                                                                                             Skorygowano 30 maja 2017 roku.

Opracował na blogu 

Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego