삼각형 돛을 단 항해는 17세기 초에 처음으로 스포츠로 기록되었다고 합니다. 물론 그 이전에도 아라비아 다우와 같은 삼각돛을 단 배는 여러 곳에서 볼 수 있었고 대항해시대에도 삼각돛과 사각돛을 함께 사용하였지만 역풍을 거슬러 항해할 수 있는 삼각돛의 능력에 대한 연구는 본격적으로 시작된 400년이 아니다.
삼각형 요트가 특별한 이유는 무엇입니까? 그것은 당신이 바람을 타고 탈 수 있다는 것을 의미합니다. 사각돛의 경우 바람을 받기 때문에 순풍에서는 추진력이 뛰어나지만, 바람이 옆으로 빠져나갈 수 없기 때문에 횡풍이나 역풍에서는 성능을 발휘하지 못한다. 그러나 삼각형 돛은 바람이 빠져나갈 공간을 남겨두기 때문에 측풍, 특히 정풍에서 추진력을 제공합니다.
돛의 포인트
원리에 들어가기 전에 삼각형 돛이 어떻게 생겼는지 추측해 봅시다. 네모난 돛을 단 배는 바람이 뒤에서 불어올 때 앞으로 나아가는 것을 이해하기 쉽습니다. 고대에 사람들은 배를 추진하기 위해 돛이나 노를 사용했습니다. 노는 모든 방향으로 추진력을 제공하지만 끊임없는 사람의 노를 저어야 하므로 한계가 분명했습니다. 범선은 바람이 불 때만 추진력을 발휘하지만, 돛은 바람의 힘을 온전히 사용할 수 없도록 횡풍 속에서 방향을 틀어야 했습니다. 특히 횡풍에서는 배가 반대 방향(바람 방향)으로 기울기 때문에 사람들은 배의 균형을 맞추기 위해 바람 방향(바람 방향)으로 움직여야 합니다. 그러나 측풍의 기압이 너무 크면 배는 바람이 불어오는 방향으로 크게 기울어지기 때문에 바람을 껴안는 사각 돛보다 약간 비켜서 바람을 잡을 수 있는 삼각 돛이 더 안전했을 것이다.
다만, 바람이 90도 측풍일 경우 삼각돛을 약 45도 회전시켜 측풍을 수용하고 선박의 무게중심을 풍상측(사람이나 물건을 싣고)으로 이동시켜 선박의 피치에 대응하여 보상한다. 또는 아래쪽에 배치(용골 마운트 등) 배가 균형을 찾으면서 전진하는 것을 발견했습니다. 이것은 요트의 첫 번째 발견입니다.
물론 이 속도를 보면 원래 바람(True Wind)의 방향이 정면에서 90도 이상이라는 것을 느낄 것이다. 배의 속력을 고려하여 진풍(true wind)에서 느끼는 바람을 겉보기 바람(apparent wind)이라고 합니다. 진풍이 90도라면 선속이 증가함에 따라 바람은 80도, 70도가 됩니다. 사람들은 약간의 역풍이 불어도 배가 앞으로 나아갈 수 있다는 것을 알게 되었고, 그래서 그들은 운전하기에 가장 좋은 각도를 찾고 그에 맞는 돛의 각도를 찾기 위해 점점 더 바람이 부는 방향으로 각도를 돌리기 시작했습니다. 이와 같이 경험적으로 결정된 최대 한계는 바람으로부터 약 45도 정도였으며, 바람을 더 향하게 되면 돛이 바람을 잡을 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 바람에 따라 90도 좌우 45도 범위에 들어갈 수 없는 각도, 이동금지구역그것은이라고. 그리고 90도로 바람을 받는다는 것은 바람이 배의 측면(바)에 닿는다는 뜻입니다(도달) 빔 범위라고 불리는.
공부를 너무 많이 하면 머리가 아프겠지만 조금만 더 노력해보자. 빔 도달 범위의 바람이 불어오는 쪽으로 더 가까이 진행하는 것은 가까운 거리바람이 불어오는 방향으로 더 넓게 진행 넓은 범위그것은이라고. 이제 하나만 기억하시면 됩니다. 바람이 불어오는 쪽으로 가까이 다가가서 바람이 불어오는 쪽으로 최대한 멀리 이동하는 것은 바람을 더 많이 들여오려는 정신이다. 단단한그것은 말한다. 각도에 따라 바람이 부는 라이딩은 넓은 달리기, 달리다, 데드 런(또는 훈련 런) 등. 순풍을 외울 필요가 없을 정도로 이해하기 쉽습니다. 이러한 방식으로 바람과 선박의 진행 방향 사이의 관계를 돛 배열 또는 돛의 지점이라고 합니다.
귀납적 연구 – 뉴턴과 베르누이
이것은 고대 선원들이 17세기까지 배를 조종하면서 경험적으로 배운 지식입니다. 이제 공은 과학자들에게 갑니다. 요트는 역풍 속에서 어떻게 앞으로 나아갑니까? 여러 과학자가 있을 수 있지만 가장 주목할만한 과학자는 Newton과 Bernoulli입니다.
작용과 반작용의 원리인 뉴턴의 제3법칙을 차용하여 바람이 돛을 통해 방향을 바꾸면 돛은 바람의 반대 방향으로 추진력을 얻는다고 합니다. 역풍에서는 돛을 똑바로 유지하여 최대 바람을 얻을 수 있지만 역풍에서는 돛이 회전하여 바람이 약간 스치고 바람이 빠져나가 돛을 반대 방향으로 밀어냅니다.
베르누이의 원리는 물이나 공기와 같은 유체가 흐를 때 통로가 좁아져도 에너지는 보존된다는 법칙이다. 액체의 속도가 빨라질수록 압력이 감소하는 원리로 타이트한 브라켓 각도에서 돛을 볼록하게 만들면 볼록부를 통과하는 기류가 증가하면서 그 쪽의 압력이 낮아져 돛이 당겨지는 현상이 발생한다. 된다.
https://www.youtube.com/watch?v=PqeMkvEjY6E
요트의 추진력
그러나 요트의 돛만으로 발생하는 양력만으로는 선박의 모든 전진 운동을 설명할 수 없습니다. 요트에는 또 다른 비밀이 숨겨져 있습니다. 그것은 바닥의 살인입니다. 공을 양쪽에서 밀어내는 것은 압력이 가해지는 방향의 합으로 작용합니다. 요트 양쪽에 가해지는 압력은 얼마입니까? 바람의 측면 압력과 용골의 무게로 인한 중력이 두 가지 힘이 요트에 반대 방향으로 작용하기 때문에 요트는 앞으로 나아갑니다. 요트를 역풍 속으로 몰면 보트가 처음에는 바람에 기울고 넘어진 다음 용골의 무게로 인해 수평으로 돌아가고 보트는 이 반복을 통해 앞으로 이동하는 것을 볼 수 있습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=FCcKeOmYHFY
요트는 돛과 용골의 두 날개로 움직입니다.
역풍 역설
다시 이 요트의 매력으로 돌아가 보자. 순풍을 의미하는 순풍은 배가 앞으로 나아갈수록 배에 가해지는 상대적인 압력이 감소합니다. 즉, 10의 힘으로 뒤에서 밀고 10의 힘으로 앞으로 나아가면 상대 압력은 0이 됩니다. 그러나 역풍이나 역풍은 완전히 다른 이야기입니다. 10의 힘으로 정면에서 밀고 5의 힘으로 전진하면 상대기압은 15가 된다. 배의 속도 더 큰 힘. 즉, 역풍이 있는 경우에는 풍속이 선박 속도의 한계가 되지만, 역풍이 있는 경우에는 선박 속도에 이론적 한계가 없습니다. 그러나 결정적인 것은 배가 얼마나 오래 바람의 힘을 견디고 전복되지 않는가 하는 것입니다. 그리고 그것이 떨어지는 것을 막는 것은 요트의 선체 아래에 있는 용골입니다.
그렇다면 좋은 요트, 균형 잡힌 요트란 무엇일까요? 배가 항해 중일 때는 용골의 무게를 변경할 수 없습니다. 선장과 승무원은 돛의 방향과 모양만 변경할 수 있습니다. 돛에 가해지는 측면 압력이 용골에 비해 너무 크면 배가 기울어지려고 하고, 돛에 가해지는 측면 압력이 너무 낮으면 추진력을 잃고 정지하게 됩니다. 따라서 용골은 선박의 크기와 형상에 적합한 형상과 중량을 가지는 것이 필요하다. 돛은 여러 개의 돛을 가질 수 있습니다. 바람의 세기와 방향, 용골의 무게 등을 고려하여 어떤 돛을 사용할지, 어떻게 장착할지 신중하게 결정함으로써 선박의 추진력을 극대화할 수 있습니다.
추진력
범선은 돛의 곡면을 따라 흐르는 바람으로부터 추진력을 얻습니다. 이것은 비행기의 날개가 이륙하는 것과 매우 유사합니다. 돛은 비행기 날개처럼 바람에 대해 특정 각도에서 가장 잘 작동합니다. 따라서 효율적인 항해를 위해서는 지속적인 세일 조정(트리밍)을 통해 세일을 바람에 직각으로 조정해야 합니다. 돛이 너무 멀리 떨어져 있으면 깃발처럼 펄럭일 뿐 추력을 생성하지 않습니다. 반면에 너무 많이 당기면 돛 표면 위의 기류가 중단되고 매우 느리게 비행하려는 비행기처럼 돛이 멈춥니다.
옆으로 힘
돛에 의해 생성된 힘은 바람과 정확히 같은 방향으로 움직이지 않는 한 단순히 보트를 앞으로 밀지 않습니다. 다른 경우에, 돛에 의해 생성된 총 힘에는 보트를 옆으로 미는 경향이 있는 측면 압력도 포함됩니다. 측면 압력의 강도는 보트의 항해 지점에 따라 다릅니다. 횡압력은 보트가 정지해 있을 때 가장 크고 바람을 피해 이동할 때 감소합니다. 돛의 모든 지점에서 돛이 너무 멀리 당겨져 멈추면 추진력은 급격히 떨어지지만 횡압력은 증가합니다. 보트는 속도가 느려짐에 따라 더 많은 피치를 던질 것입니다.
킬의 역할
용골, 대거보드 및 대거보드는 측면 압력에 저항하는 데 사용됩니다. 용골의 면적은 좁은 선창의 측면 압력을 견딜 수 있을 만큼 충분해야 합니다. 딩기에서는 중앙판을 펄럭이거나 중앙판을 들어 올려 용골의 면적을 조정할 수 있지만 킬보트에서는 용골이 물에 고정되어 있습니다.
용골이 측면 압력에 저항하더라도 측면 풍압은 완전히 사라지지 않으며, 특히 바람을 거슬러 올라갈 때 보트는 바람 방향으로 약간 밀려납니다. 조정 방향과 실제 진행 방향의 차이를 윈드 리버 정글(Wind River Jungle), 영어로 여유(leeway)라고 합니다.
반품 최소화
검이나 단검이 장착되어 있으면 좁은 그립에서 최대한 낮추고 근거리에서 3/4, 빔 범위에서 1/2, 넓은 범위에서 1/4로 낮추십시오.
반면에 선박의 속도가 느려지면 용골이나 센터보드가 최대한 효율적이지 않고 reway가 더 커지므로 reway를 최소화하기 위해 속도를 유지해야 합니다. 클로즈 홀드로 항해할 때 드리프트를 상쇄하기 위해 너무 바람이 부는 방향으로 선회하면 선박의 속도가 느려지고 드리프트가 증가하므로 주의하십시오.
기대는 힘
돛에 의해 생성된 횡방향 압력이 흘수선에서 약간 떨어진 위쪽으로 작용하기 때문에 배가 기울어집니다. 용골은 측면 압력에 저항하지만 용골이 얻은 측면 저항은 물에서 작용할 때 피치를 증가시킵니다. 딩기의 경우 이 기울어지는 압력은 승무원의 무게로, 킬보트의 경우에는 용골의 무게로 보상되어야 합니다.
올바른 각도(트리밍)
돛의 적절한 트림을 결정하려면 러프(돛의 앞쪽)가 펄럭일 때까지 펄럭인 다음 펄럭임이 멈출 때까지 집어넣습니다. 트림은 정기적으로 반복적으로 점검해야 합니다.
진풍과 겉보기 바람
진정한 바람은 가만히 서 있을 때 느껴지는 바람입니다. 항해를 하면서 진정한 바람과 보트의 움직임에 의해 생성된 바람의 조합인 겉보기 바람을 느끼게 됩니다. 움직이는 배에서 풍향계가 나타내는 바람은 겉보기 바람이고 육지의 풍향계는 진풍을 나타냅니다.
보너스 영상!
이것은 MIT에서 가르치는 요트에서 작동하는 물리 법칙입니다. 영어를 이해하고 물리학에 관심이 있다면 시청하는 것이 좋습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=YAeSFwzRETY