Przepływ powietrza

Rodzaje przepływów

Przepływ laminarny – występuje, gdy opływamy przedmiot jest gładki, ma niewielką długość a prędkość przepływu jest mała.

Przepływ turbulentny – przepływ, w którym cząstki zaczynają prostopadle drgać do kierunku ruchu strug powietrza.

Przepływ oderwany – przepływ powodujący zanik siły aerodynamicznej. Następuje on, gdy strugi powietrza opływające żagiel w sposób nieuporządkowany tworzą zawirowania.

na rysunku:

Do wybrzuszenia można zaobserwować przepływ laminarny, za wybrzuszeniem następuje przepływ turbulenty, a na końcu przepływ oderwany.

Opór kształtu

Opór kształtu – opór, który powstaje na każdym opływanym przedmiocie. Powstaje on dzięki zaburzeniu ruchu cząstek, które tworzą wokół przedmiotu zawirowania.

Konstrukcja pędnika z kamberem

Opór indukowany

Opór indukowany – opór ściśle związany z powstawaniem siły aerodynamicznej. Powstaje on w wyniku zawirowań wokół lików żagla.

Powstawanie

Na likach cząsteczki powietrza próbują się przedostać ze strony nawietrznej (gdzie panuje nadciśnienie) do strony zawietrznej (gdzie panuje podciśnienie).

Największe straty powstają przy liku dolnym. Jest to powód, dla którego konstruuje się żagle tak by lik dolny był jak najbliżej pokładu. Co więcej podczas płynięcia na desce staramy się przybliżyć lik dolny do deski.

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.