Trim plachet 1.díl - fyzikální principy

Publikováno 1.4.2022

Zvláště za slabého větru, kdy chceme z lodě dostat maximum, velmi záleží na správném nastavení (trimu) plachet. V dalším textu si ukážeme, jak co nejlépe využít slabý vítr k tomu, aby loď plula co nejrychleji k cíli. Samozřejmě dále uvedené platí obecně a lze aplikovat i pro větry silné. Budeme se zabývat plachetnicí s bermudským oplachtěním - hlavní plachtou a genou, se kterou se nejčastěji setkáte při charteru. Nejdříve se seznámíme s fyzikálními principy, abychom rozuměli tomu jak vítr pohání plachetnici a díky tomu si mohli v aktuálních podmínkách sami představit jak plachty nastavit. Následně si ukážeme konkrétní příklady, jak trimovat plachty především do slabšího větru.

Aerodynamika

Co způsobí, že plachetnice může plout šikmo proti větru? Pokud vítr fouká na plachetnici od přídě v úhlu vetším než přibližně 30°, plachetnice pluje vpřed. Pro pochopení si osvěžíme trochu aerodynamiku. Plachta napnutá větrem je zakřivená (prohnutá), zde mluvíme o profilu plachty. Míru tohoto zakřivení nazýváme hloubkou profilu. Proto vítr foukající do plachty z boku se rozdělí na dva proudy. Jeden proud obtéká plachtu z návětrné strany a druhý ze strany závětrné. Dráhy obou proudů jsou však rozdílně dlouhé. Závětrný proud má delší dráhu než proud návětrný. Podle Bernoulliho zákona platí, že čím rychleji plyn (vzduch) proudí, tím nižší nastává tlak. Dráha na závětrné straně plachty je delší než dráha vzduchu na návětrné straně a tím je způsobena vyšší rychlost proudění vzduchu kolem závětrné strany. Proto na závětrné straně plachty vzniká podtlak, který plachtu nasává a naopak na straně návětrné vzniká tlak tím, že plachta klade proudění odpor a vzduch se stlačuje (obr.1).

Co to prakticky znamená? Celková síla plachty je složena ze dvou sil. Síly sací - vztlak (lift) a síly tlačné (drag) způsobené odporem plachty (obr.2). Obě tyto síly vzrůstají s rychlostí (sílou) větru ale ne stejně. Síla tlačná způsobená odporem roste rychleji než síla vztlaku. Dále poměr mezi těmito silami také záleží na úhlu pod kterým vítr fouká do plachty. Z toho pro nás jachtaře vyplývá důležitá skutečnost: Plachta pracuje podle kurzu k větru ve dvou odlišných fyzikálních režimech, které se řídí protichůdnými požadavky na její nastavení. Při plavbě proti větru potřebujeme získat maximální sací sílu - tedy vztlak a minimalizovat odpor plachty, zatímco při plavbě na zadní a zadoboční vítr právě tlak způsobený odporem plachty pohání loď vpřed.

Hnací síla je síla, která pohání plachetnici vpřed. Celková síla plachty se rozkládá do síly boční a síly hnací (obr.3). Vpřed je loď poháněna silou hnací, zatímco boční síla se snaží plachetníci sunout bokem a naklánět ji. O omezení bočního sunutí a náklonu se stará konstrukce trupu a kýl. Samozřejmě vždy k nějakému sunutí bokem dochází a označujeme je jako drift. Rychlost plachetnice není tedy rovnoběžná s osou lodi a je složená z dopředné rychlosti a driftu (obr.4).

Pro získání největšího vztlaku na plachtě je důležitý úhel náběhu (obr.5). Při velkém úhlu náběhu se laminární proudění na závětrné straně plachty mění na turbulentní, sání výrazně klesá a s ním klesá i hnací síla. V případě malého úhlu náběhu, vítr nedokáže dostatečně nafouknout profil plachty, ten se pak v přední části deformuje (prolamuje) a plachta ztrácí účinnost (obr.6) - plachta začne flatrovat. Optimální úhel náběhu bývá těsně před tím, než plachta začne flatrovat a bývá přibližně kolem 10°.

Vítr zdánlivý / skutečný

V okamžiku, kdy loď pluje, vytváří si na palubě vítr svým pohybem. V případě bezvětří bychom tak na lodi vnímali vítr od přídě o rychlosti stejné jako je rychlost lodi. Tento vítr označujeme jako zdánlivý. Skutečný vítr je ten, který fouká nad povrchem a pokud by loď stála třeba na kotvě, vnímali bychom pouze skutečný vítr. Za pohybu lodě je zdánlivý vítr dán vektorovým součtem větru skutečného a větru vyvolaného pohybem lodě. Pro nastavení plachet je podstatný zdánlivý vítr - ten na plachty působí, protože plachty se pohybují společně s lodí. Při předobočních kurzech je zdánlivý vítr vždy silnější než skutečný a naopak při zadních a zadobočních kurzech zdánlivý vítr je slabší než vítr skutečný.

Názvosloví u plachet

Pro srozumitelnost dalšího textu si zde sjednotíme názvy jednotlivých částí plachet a takeláže. Názvy související s plachtami ukazuje obr.7. Otěže hlavní plachty a kiking znázorňuje obr.8.

• Přední roh (tack) - uchycen k palubě nebo ráhnu.
• Horní roh (head) - připevňuje se na výtah.
• Otěžový roh (clew) - připevňují se k němu otěže nebo napínání spodního líku (outhaul)

Hloubka profilu - břicho: Síla způsobená větrem prohybá plachtu a vytváří vydutí, kterému říkáme břicho. Velikost břicha (hloubka profilu) a jeho poloha (vzdálenost od předního líku) má významný vliv na vlastnosti plachty. Velké břicho vyvozuje velký vztlak a také i velký odpor. U ploché plachty je naopak vztlak i odpor menší. Dále také záleží na umístění břicha. To zda je břicho více v přední nebo zadní části plachty ovlivňuje napětí předního líku plachty, které souvisí s napětím výtahu (obr.9).

Přetočení plachty: Třením o hladinu se rychlost větru snižuje, to znamená, že u vrcholu stěžně vane vítr rychleji než na palubě. To má za následek, že s výškou nad hladinou se mění úhel zdánlivého větru. Čím výše, tím zdánlivý vítr při stoupání vane více z boku lodi. Proto také plachtu potřebujeme v různých výškách různě natočit vzhledem k ose lodi. Velikost přetočení (twist) plachty ovlivníme napětím kikingu a otěže. Čím více stahujeme kikingem ráhno dolů, napínáme zadní lík a zmenšujeme přetočení hlavní plachty (obr.9).

Pokračování příště od 1.5.2022.