Uneton moottorimies tässä taas terve.
Olen tuulenviemiä katsellessani pohtinut, eivätkö purjeet varjosta toisiaan joistain tuulensuunnista. Laitoin esimerkiksi pari kuvaa. Mikä idea on pystyttää rätti toisen eteen?
http://goo.gl/bZKtIJ
http://www.luxuryatch.com/wp-content/uploads/2007-noordkaper-43--3.jpg
Olen tuulenviemiä katsellessani pohtinut, eivätkö purjeet varjosta toisiaan joistain tuulensuunnista. Laitoin esimerkiksi pari kuvaa. Mikä idea on pystyttää rätti toisen eteen?
http://goo.gl/bZKtIJ
http://www.luxuryatch.com/wp-content/uploads/2007-noordkaper-43--3.jpg
Vastaukset 35
Vanhimmat
Joku spede vastaa sulle, niin ei tarvitse googlata miksi purjeilla pääsee!
Tossa sun kuvassa tuuli tulee etuviistosta ja osuu kyllä kaikkiin purjeisiin.
tarkoitin siis jälkimmäistä kuvaa, kuvia olikin kaksi huomasin vasta.
vastaus meni väärään vastaukseen, molemmissa kuvissahan tuulee etuviistosta
Siinä muodostuu sola purjeiden väliin, jossa tuuli kiihtyy. Noste siiven pinnalla vetää eteenpäin.
Virtaus hidastuu solassa, ei kiihdy. Siksi solassa on korkeapaine ja jos on tarpeeksi suuri niin iso pakittaa etureunasta.
Tuuli kiihtyy keulapurjeen etureunan lähellä suojanpuolella enemmän kuin kiihtyisi ilman isopurjetta.
Ei purjehtimisessa olekaan mitään järkeä, suurin osa ajeleekin koneella purjeet piukasti rullilla/laskoksilla.
P.S purjeilla tuuli ei työnnä vaan imee venettä eteenpäin. Esim. alemmassa likissä purjeet muodostavat "kanavat" tuulelle joka imee venettä etiä päin vaikka tuulen suunta on edestä sivulla kuten lipusta voit päätellä.
Nyt on paljon p:skapuheita vaikka oli oikeasti relevantti ja kiinnostava kysymys. Mutta siis tuo moottorinpärisijän vastaus on kyllä oikea. Ainakin siitä PS:stä alkaen:)
Purjeen ja vaikkapa linnun siiven idea on yhtä hieno ja monille "mystinen". Siksi se kannattaa aina kerrata ainakin "moottorimiehille". Lyhyestisanottuna : kumpikin poikkeuttaa ohikulkevaa ilmavirtaa ja näin syntyy purjeen eri puolille paine-ero, joka aiheuttaa venettä kuljettavan voiman.
Yksinkertaine koe tehdään A4 paperiarkilla. Otetaan lyhyen sivun nurkista kiinni ja viedään arkki suun lähelle ja puhalletaan reippaasti arkin yläpintaa pitkin. ( Ei siis puhalleta alapinnalle) Jos puhallus oli tarpeeksi kova niin arkki alkaa nousta, koska yläpuolen paine on pienempi kuin alapuolen.
Itse asiassa, asia on näin vain mentäessa vastaiseen. Myötäiseen mennessä tuuli työntää purjetta, ja silloin tehokkain olisi yksi suuri vaikkapa suorakulmion muotoinen raakapurje.
...ja siksi myötäiseen lasketellaan usein purjeet auki vastakkain kuin kirjan aukeama ("virsikirjana") tai käytetään erillisiä myötätuulipurjeita. Suoraan myötätuuleen ei kuitenkaan saavuteta parasta nopeutta.
Onko näin tosiaan kaikilla purjeilla? Jos on kuvaamani yksi raakapurje, niin eikös sillä nyt sentään saavuteta paras vauhti kohteeseen suoraan myötäiseen? Jos on enemmän purjeita ja mastoja, niin silloin ei. Venelehdessä oli juttua siipipurjeesta. Varmaan joillain siipipurjeillakin kannattaa ajaa suoraan myötäiseen.
Purjeissa on aina paine-ero, joka pitää purjeen muodossaan ja aiheuttaa sekä kallistavan että eteenpäinvievän voiman. On ihan yhtä väärin tai oikein sanoa purjeen (tai siiven) "työntävän" kuin "imevän". Paine-ero kankaan puolelta toiselle on se ratkaiseva.
Joissain tilanteessa "imupuolen" alipaine on suurempi kuin "painepuolen" ylipaine ja joissain toisinpäin, mutta käytännössä aina "imupuolelta" löytyy vallitsevaa ilmanpainetta alempi ja "painepuolelta" ylempi paine.
Benoullin lain mukaan dynaaminen paine on 1/2*rho*V^2 ja häviöttömässä virtauksessa staattisen ja dynaamisen paineen summa on vakio. Virtauksen hidastuessa staattinen paine siis kasvaa (enintään tuon 1/2*rho*V^2 verran, V on suhteellinen tuuli kaukana veneestä) ja kiihtyessä staattinen paine laskee (voi periaatteessa laskea tyhjiöön saakka). Käytönnössä virtaus ei ole häviötöntä eli dynaamisen ja staattisen paineen summa alenee purjeen vaikutuksesta.
Tässä on nyt juuri kysessä se iso ero että onko purje säkki vai siipi.
Säkki on kysessä kun esim. spinnulla ajetaan täysmyötäiseen tai ajetaan "virsikirjalla".
Kyseessä on siipi kun luovitaan tai vaikkapa ajetaan myötäistä leikaten (eli siksakkia).
Modernit kilpaveneet, erityisesti monirungot, kulkevat enimmäkseen kovempaa kuin tuuli, eli menevät aina sivuvastaiseen. Siis myös myötätuulessa. Eli purjeet ovat aina siipiä.
Leikkaamise etu perustuu kasvavaan suhteelliseen tuuleen, joka mahdollistaa suuremman voiman purjeesta/siivestä. Leikkaamisen hyöty riippuu siitä kuinka paljon suhteellinen tuuli kasvaa ja miten sen saa hyödyksi. Mitä tehokkaampi takila on pienemmällä kohtauskulmalla ja mitä enemmän vene kihtyy leikatessa, sitä enemmän kannattaa leikata.
Uppoumarunkoisilla veneillä vauhti ei juuri kiihdy, kun ollaan runkonopeusalueella. Tällöin kannattaa ajaa mahdollisimman lähellä myötätuulta ja hankkia siihen sopivia purjeita.
Puoliplaanaavilla tai varsinkin jääpursilla nopeus kasvaa huimasti leikatessa, joten niillä kannattaa leikata ja niissä yleensä purjeetkin on sellaisia, ettei niitä ole ajateltu plattikselle lainkaan, koska se olisi hitaampaa.
Siipipurjeen idea on olla tehokas eli tuottaa suuri nostovoima vastukseen nähden. Plattiksella on vain vastusta, joten se on kaikkein epäoptimaalisin suunta siipipurjeelle.
Kulkevat kovempaa kuin tuuli, joo-o mutta mihin suuntaan? Jos olen matkalla pohjoiseen ja tuulee pohjoisesta, niin ainoa millä on merkitystä on se kuinka nopeasti matka taittuu pohjoisen suuntaan. Se mikä on nopeusvektori idän tai lännen suuntaan ei ole kiinnostavaa.
Eikös tuo ole sama ilmiö kuin leijaa lennätettäessä? Kun tuuli puhaltaa kovasti vastaan, sopivalla kulmalla leija "kryssii" kovaa vauhtia sivulle.
Muuten, huippufyysikotkin kinastelevat vielä siitä miksi lentokone pysyy ilmassa. Ei, se ei johdu että siiven yläpuoli on kupera jolloin ilmaviirralla on pidempi matka sitä kautta, jolloin tiheys pienee jolloin muodostuu alipaine joka nostaa siipeä.
Nopeat purjeveneet kulkevat tuulta kovempaan myös suoraan vastatuulen, mutta vain leikaten. Esimerkiksi tuollaisen 100-jalkaisen raaserin (Leopard, WOXI jne.) VMG suoraan myötätuuleen on tuulennopeutta suurempi n. 10 solmuun saakka. Vaikkapa 6 solmun tuulessa ajetaan ~135 asteen tosituulta (eli 90 asteen jiippejä) n. 11 solmun vauhtia, jolloin suoraan myötätuuleen vauhti on n. 8 solmua.
Löytyy niitä suoraan vastatuuleenkin yli tuulennopeutta kulkevia, mutta piti olla suoraan myötötuuleen.
Tuuli puhaltaa jotakuinkin kohtisuoraan päin tuon kuvan ottaneen kameran linssiä, ja kaikki purjeet vetävät, tuulta tulee purjeiden välistä.
Jälkimmäisessä kuvassa.
Purjelentäjänä ymmärrän, että purje on useimmissa tilanteissa siipi. Yhtä paljon ihmettelen sitä, kuinka se voi toimia siipenä, koska profiili muuttuu koko purjeen matkalta. Luulisi, että hyvän virtauksen saamiseen olisi nykyään parempia tapoja kuin muotoaan muuttavat kankaat, joiden edessä on jos jonkinlaista virtausta sotkevaa hässäkkää. Ei saisi tuolla keinoin purjekoneeseen kummoista liitolukua. Parhaimmat kuitenkin liitävät jo suhteessa 1:60.
Ja miten tuo mesaanimasto. Eikö se takaapäin tulevissa tuulissa tuppaa olemaan tiellä?
Siipipurjeita kehitetään koko ajan. Ehkä ne syrjäyttävät tavalliset purjeet joskus tai sitten ei.
http://www.beneteau.com/Sailing-Yachts/Wing-Sail
Mitähän nyt tarkoitat profiilin muuttumisella purjeen eri osissa? Jossain määrin tosin on tarkoituskin muuttua, koska tuulen nopeus hidastuu kohti veden pintaa. Eniten se näkyy purjeen ylöspäin muuttuvana kohtauskulmana. Tai paremminkin vakiokohtauskulmana purjeen asennon muuttuessa.
Purjelentäjänä tämän pitäisi olla tuttu juttu:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Leading_edge_slot.jpg
Muutoinkin vaikea keksiä, miksi purjelentäjälle on vaikea ymmärtää purjehtimisen teoriaa. Kunhan muistaa, että purjeet pitää saada toimimaan erittäin laajalla virtausnopeusalueella ja lähes kaikilla kohtauskulmilla. Lisäksi tulee käsiteltävyyskysymykset, jotka yksinään pakottavat purjealan jakamiseen useampaan osaan.
Purjelentokoneen siipien kohtauskulma ei kauheasti vaihtele riippumatta siitä mihin suuntaan lennetään. Lentokoneen siivessä ei myöskään tarvitse mitenkään huomioida gradienttia eli tuulen nopeuden muutosta pystysuunnassa. Purjeveneen purjeisen pitää toimia keskimäärin tulokulmilla 25-180 astetta. Äärimmäisen kapea ja korkea purjelentokonemainen "siipi" on mahdoton toteuttaa veneessä ja toimisi vain kevyelle kelillä ja luovilla. Yhdellä siivellä/purjeella on rajallinen mahdollisuus kääntää virtausta. Kun virtaus irtoa romahtaa saatu voima. Laittamalla useampi purje/siipi peräkkäin, voidaan kääntää virtausta huomattavasti enemmän alkuperäisestä ja kokonaisvoima kasvaa. Esimerkkinä tästä vaikka formuloiden moniosaiset siivekkeet. Sivutuulella usea perättäinen purje on parempi vaihtoehto kuin yksi suuri. Luovilla periaatteessa yksi purje on tehokkaampi samoin kuin suoraan myötäiseen mentäessä. Mikäli purjealuksen suorituskyky on riittävän hyvä, riittää kaikkiin suuntiin yksi säädettävä siipi. AC katit kulkivat avotuulella niin nopeasti, että apparenttikulma oli vain viitisen astetta suurempi luoviin nähden.
Purjelentokoneen siipien kohtauskulma ei kauheasti vaihtele riippumatta siitä mihin suuntaan lennetään. Lentokoneen siivessä ei myöskään tarvitse mitenkään huomioida gradienttia eli tuulen nopeuden muutosta pystysuunnassa. Purjeveneen purjeisen pitää toimia keskimäärin tulokulmilla 25-180 astetta. Äärimmäisen kapea ja korkea purjelentokonemainen "siipi" on mahdoton toteuttaa veneessä ja toimisi vain kevyelle kelillä ja luovilla. Yhdellä siivellä/purjeella on rajallinen mahdollisuus kääntää virtausta. Kun virtaus irtoa romahtaa saatu voima. Laittamalla useampi purje/siipi peräkkäin, voidaan kääntää virtausta huomattavasti enemmän alkuperäisestä ja kokonaisvoima kasvaa. Esimerkkinä tästä vaikka formuloiden moniosaiset siivekkeet. Sivutuulella usea perättäinen purje on parempi vaihtoehto kuin yksi suuri. Luovilla periaatteessa yksi purje on tehokkaampi samoin kuin suoraan myötäiseen mentäessä. Mikäli purjealuksen suorituskyky on riittävän hyvä, riittää kaikkiin suuntiin yksi säädettävä siipi. AC katit kulkivat avotuulella niin nopeasti, että apparenttikulma oli vain viitisen astetta suurempi luoviin nähden.
Solakkoviite ilmailusta ei kuvaa kahden purjeen toimintaa. Jos virtaus purjeiden välissä hidastuisi, kuten solakon raossa yapahtuu, niin ne on niin väärin skuutattu. Silloin yksi keulapurje olisi parempi. Tämä on olemassa oleva käytännön ongelma spinaakkerin tai genoan haruspurjeen käytössä.
"purjeet pitää saada toimimaan erittäin laajalla virtausnopeusalueella ja lähes kaikilla kohtauskulmilla." Tämä on ns hyvä kysymys ja sopivaa pähkäiltäväksi. Tuulen kohtauskulma purjeeseen (entry angle) ei voi vaihdella laajasti vaan pikemmin päin vastoin. Pulleassa purjeessa kulma on isompi ja hyvin latteassa pinempi. Mutta yleensä luokkaa 22 astetta ja toivottava vaihtelu /- pari astetta. Tätä yritämme kontrolloida tell taleilla, purjeen twistillä ja skuutilla.
Kohtauskulma (angle of attack) siten kuin se siipiprofiilissa määritellään etureunan ja takareunan välisenä janan ja tuulen suunnan välisenä kulmana luultavasti vaihtelee enemmän mutta tuskin suurissa rajoissa. Ainakin lentokoneen siipi sakkaa kaikilla nopeuksilla samassa kohtauskulmassa esim 14 astetta. Suuret vaihtelut kohtauskulmissa vievät siipiprofiilin tehon.
Kryssiltä lenssille vaihtuu jopa kohtauskulma todella merkittävästi. Isopurjeessa se kääntyy lenssillä jopa vastakkaiseksi. Mutta varsinaisesti kohtauskulma on hiukan ongelmallinen käsite sikäli, että sen voi ymmärtää myös kohtauskulmaksi veneen suhteen.
Mutta huono sanavalinta se oli joka tapauksessa, kun ajatteli kaikkia tuulikulmia, joihin purjeiden täytyy sopeutua.
Ja kyllä siiven solakolla on aika lailla sama tehtävä kuin etummaisella purjeella, kääntää virtausta, jonka toinen purje kohtaa.
Lentokoneen solakko on paljon monimutkaisempi ( yhdessä laskusiivekkeiden kanssa mm. pinta-ala kasvaa, profiili paksuuntuu ja nostovoima kasvaa huomattavasti) eikä siinä virtausnopeus ole suurempi kuten kahden keulapurjeen solassa.
"kohtauskulma on hiukan ongelmallinen käsite sikäli, että sen voi ymmärtää myös kohtauskulmaksi veneen suhteen.". Ei voi- jos purjeista puhutaan.
Isopurje on tosiaan onneton siipiprofiili lenssissä kun säätövara loppuu, Kohtauskulma on silloin aina väärä.
Lentokoneen solakko voi olla paljon monimutkaisempi. Mutta kuten kuvassa, solakko voi olla myös kinteä ja täysin erillään laipoista, eikä muuta profiilia.
Kuten sanottu, kohtauskulma oli huono sanavalinta. Mutta sitä kirjoittaessa kuvittelin kirjoittavani moottoriveneilijälle, jolle aerodynamiikan sanasto on täysin vierasta. Seuraavassa kävikin ilmi, että kyse olikin purjelentäjästä. Sen suhteen yllättikin kysymysten taso.
Virtaus hidastuu aina solassa. Se nyt on vaan aerodynaaminen tosiasia, jota ei skuuttaamalla tai trimmaamalla voi toiseksi muuttaa.
Lue vaikka wb newseista jos et minua usko. Kyllä se sieltäkin löytyy.
Se virtauksen kiihtyminen solassa on vanha myytti, sellaisena minäkin sen 70-luvulla opin. Mutta silloin opittiin nostovoiman syntyminenkin sillä profiilin pidemmällä matkalla yläpintaa pitkin. Nyttemmin on opittu uudet opit molemmista.
Eikö tuo nostovoiman syntyminen siipiprofiilin kuperan pinnan virtauksen pidemmän matkan johdosta kuitenkin ole hyvä analogia paine-eron selittämiseksi vai onko se siis ihan väärä mielikuva?
Purjeelle se on kertakaikkiaan onneton selitys, silä purje on hyvin ohut eli sen eri puolilta on yhtä pitkä matka. Toinen syy selityksen vääryytee on se, ettei ole mitään syytä, että eri puolilta menevät ilmamolekyylit käyttäisivät saman ajan purjeen ohitukseen eli ne kohtaisivat jälleen purjeen takaliikissä.
Tuosta selityksestä on tullut paljon harhaluuloja. Kuvitellaan esimerkiksi, ettei nostovoimaa synny symmetrisellä siipiprofiililla tai vaikkapa pelkällä suoralla levyllä. Molemmat tuottavat aivan hienosti nostovoimaa, kunhan kohtauskulma ei ole nolla.
Se teoria on hyvin yksinkertainen ja helppo omaksua. Sehän aina selitetään, miten kaksi partikkelia erkanee profiilin edessä ja kohtaavat taas profiilin takana. Kukaan ei vain siinä kerro, miksi ne partikkelit olisivat samassa ajassa kulkeneet eri matkan ja kohtaisivat taas.
Oikea selitys on aika pitkä juttu, turhan pitkä tähän. Jos asia kiinnostaa, kehotan etsimään googlella, linkkejä kyllä löytyy helposti.
Alkuperäiset kysymykset:
"Miksi monta pientä purjetta?": Yllä selostetun sola-effektin tai venturi-ilmiön vuoksi. Toinen syy voi olla matkaveneissä fyysinen. Pieniä purjeita on helponpi käsitellä.
"eivätkö purjeet varjosta toisiaan joistain tuulensuunnista". Vastaus on kyllä, joillakin tuulen suunnilla vaaditaan toimenpiteitä.
Kuvassa on nätisti skuutattu douple head riki, joka esim. 60-100 astetta
AWA on vain marginaalisesti nopeampi kuin ilman kutterifokkaa.