Siła wyporu hydrodynamicznego

Siła wyporu hydrodynamicznego – siła wyporu działająca na poruszającą się deskę.

na rysunku:

– siła wyporu hydrodynamicznego

– udźwig dynamiczny

– opór bryzgów

 

Opór bryzgów – suma oporów bryzgów wody, które napotyka dno deski w kontakcie z wodą.

Udźwig dynamiczny – udźwig wypierający poruszającą się deskę z deskarzem.

Powstawanie udźwigu dynamicznego

1. Dno deski ustawione pod pewnym kątem do powierzchni wody napotyka jej cząsteczki.
2. Pod dnem następuje zwolnienie przepływu strug wody.
3. Różnica prędkości przepływu strug wody z dna deski w stosunku do tych co znajduję się poza dnem powoduje powstanie siły zwanej udźwigiem dynamicznym.

Warstwa przyścienna

Warstwa przyścienna – warstwa, w której cząsteczki powietrza poruszają się wolniej niż w strudze otaczającej żagiel. Powstaje ona na skutek działania siły lepkości.

Zależy od:

• krawędzi natarcia
• prędkości przepływu
• opływowości powierzchni

Grubość profilu

Grubość profilu – odległość pomiędzy wybrzuszeniem żagla, a jego cięciwą. Jest jednym z czynników wpływających na siłę aerodynamiczną.

Za duży profil

Zbyt duże wybrzuszenie profilu zaburza przepływ laminarny powietrza (taki, w którym opór jest minimalny) i zmienia go w turbulenty. Za wybrzuszeniem strugi powietrza się odrywają się co nie powoduje znaczącej różnicy ciśnień.

Za mały profil

Za małe wybrzuszenie żagla powoduje bardzo podobny tor cząstek po obu stronach żagla co powoduje nieznacząca wartość siły aerodynamicznej.

Kąt natarcia

Kąt natarcia – kąt pomiędzy kierunkiem przepływu wiatru, a cięciwą żagla, jest jednym z czynników od których zależy siła aerodynamiczna.

na rysunku:

czerwona linia – cięciwa żagla

niebieska linia – kierunek przepływu wiatru [W]

przy prawidłowym ustawieniu kąt:

Żagiel przeluzowany

żagiel jest przeluzowany gdy:

Gdy żagiel jest przeluzowany to poruszające się po stronie zawietrznej cząstki odrywają się od powierzchni żagle nie powodując znacznej różnicy ciśnień, a więc siła aerodynamiczna ma nieznaczną wartość.

Żagiel przebrany

żagiel jest przebrany gdy:

Gdy żagiel jest przebrany cząstki po obu stronach żagla mają bardzo podobny tor co nie powoduje znacznej różnicy ciśnień.

Składowe siły aerodynamicznej

Siła ciągu – siła powodująca ruch deski.

Siła przechylająca – siła powodująca przechylanie nas w raz z pędnikiem na stronę zawietrzną.

Siła aerodynamiczna

Siła aerodynamiczna – siła, która powstaje na pędniku w wyniku opływania go przez strugi powietrza.

Powstawanie

1. Cząsteczki powietrza poruszające się po stronie zawietrznej mają do przebycia dłuższą drogę niż po nawietrznej.
2. Ze względy na to, że powietrze jest nieściśliwe i nierozciągliwe czas, w którym  cząstki muszą opłynąć żagiel po obu stronach jest taki sam.
3. Efektem przyczyn opisanych w pkt. 1 i 2 cząsteczki po stronie zawietrznej muszą zwiększyć swoją prędkość.
4. Zgodnie z prawem Bernoulliego wzrost prędkości przepływu powoduje spadek ciśnienia:



5. 
6. Różnica ciśnień powoduje powstanie siła, która stara się przesunąć swoją przeszkodę, którą stanowi żagiel z ciśnienia wyższego do niższego.