Жел қуатымен көлік құралын қозғау

Кіріспе

Жел қуатымен көлікті қозғау

Желкенді жүзу желдің – желкендерге, қанатты желкендерге немесе желкендерге әсер етуін пайдаланып, су бетінде (кеме, қайық, сал, виндсерфинг тақтасы немесе кайтсерфинг тақтасы), мұз үстінде (мұз қайығы) немесе құрлықта (жер жағалауы яхтасы) таңдалған бағыт бойынша қозғалу үшін қолданады, бұл көбінесе кеме жүргізудің кең ауқымды жоспарының бір бөлігі болып табылады. Тарихқа дейінгі дәуірден бастап 19 ғасырдың екінші жартысына дейін желкенді кемелер теңіз саудасы мен көлігінің басты құралы болды; теңіздер мен мұхиттарды зерттеу, ең қысқа қашықтықтан басқа жағдайларда, желкенге тәуелді болды. Осы кезеңде теңіз күштері ағымдағы технологияға байланысты желкенді әртүрлі деңгейде пайдаланды, нәтижесінде Желкенді кемелер дәуірінің қаруланған соғыс кемелері пайда болды. 19 ғасырдың соңында кемелерді қоздыру үшін желкенді бу машиналары біртіндеп ығыстырды – бу технологиясы бірқатар кезеңдік жетістіктер арқылы жақсарылып келді. Бу машиналары желкенді кемелерге қарағанда жоғары орташа жылдамдықпен жүретін жоспарлы қызметтерді ұсынуға мүмкіндік берді. Отынның үнемділігінің айтарлықтай артуы бу машиналарының барлық коммерциялық жағдайларда желкенді толығымен басып озуына әкелді, бұл кеме иелеріне капиталдан жоғары кіріс әкелді. 21 ғасырда желкенді жүзу көбінесе демалыс немесе спорт түрі болып табылады. Демалыстық желкенді жүзуді немесе яхтингті жарыс және круизге бөлуге болады. Круиздерге ұзақ теңіз саяхаттары, жағалау бойында жүзу және күндізгі саяхаттар кіруі мүмкін. Желкенді жүзу желдің күшін пайдаланатын желкендердің физикасына сүйенеді, олар көтерілу және қарсылық күштерін тудырады. Белгілі бір бағытта желкендер жел қуатын оңтайландыру үшін бұрышпен орнатылады, бұл қозғалатын кемеден сезілетін нақты желмен анықталады. Желкендер арқылы берілетін күштерге желкенді кеменің корпусы, келі және рулі, мұз қайығының шанасы немесе бағытты басқаратын құрлықтағы желкенді кеменің доңғалақтары арқылы туындайтын күштер қарсы тұрады. Бұл күштердің үйлесімі желдің бағытына қарай да, кері бағытына да жүзуге мүмкіндік береді. Нақты жел бағытына қатысты бағыт (тұрақты тумен көрсетілген) желбеу нүктесі деп аталады. Дәстүрлі желкенді кемелер желге тым жақын болған бағытта жел қуатын ала алмайды.

Sailing employs the wind—acting on sails, wingsails or kites—to propel a craft on the surface of the water (sailing ship, sailboat, raft, windsurfer, or kitesurfer), on ice (iceboat) or on land (land yacht) over a chosen course, which is often part of a larger plan of navigation. From prehistory until the second half of the 19th century, sailing craft were the primary means of maritime trade and transportation; exploration across the seas and oceans was reliant on sail for anything other than the shortest distances. Naval power in this period used sail to varying degrees depending on the current technology, culminating in the gun armed sailing warships of the Age of Sail. Sail was slowly replaced by steam as the method of propulsion for ships over the latter part of the 19th century – seeing a gradual improvement in the technology of steam through a number of stepwise developments. Steam allowed scheduled services that ran at higher average speeds than sailing vessels. Large improvements in fuel economy allowed steam to progressively outcompete sail in, ultimately, all commercial situations, giving ship owning investors a better return on capital. In the 21st century, most sailing represents a form of recreation or sport. Recreational sailing or yachting can be divided into racing and cruising. Cruising can include extended offshore and ocean crossing trips, coastal sailing within sight of land, and daysailing. Sailing relies on the physics of sails as they derive power from the wind, generating both lift and drag. On a given course, the sails are set to an angle that optimizes the development of wind power, as determined by the apparent wind, which is the wind as sensed from a moving vessel. The forces transmitted via the sails are resisted by forces from the hull, keel, and rudder of a sailing craft, by forces from skate runners of an iceboat, or by forces from wheels of a land sailing craft which are steering the course. This combination of forces means that it is possible to sail an upwind course as well as downwind. The course with respect to the true wind direction (as would be indicated by a stationary flag) is called a point of sail. Conventional sailing craft cannot derive wind power on a course with a point of sail that is too close into the wind.

Тарих

Тарих бойында желкендік, құрлықтағы саяхаттан гөрі жоғары жылдамдық пен икемділікті қамтамасыз ететін маңызды қозғалыс түрі болды. Бұл артық жылдамдық зерттеулер, сауда, тасымал, соғыс және балық аулау мүмкіндіктерін кеңейтті, әсіресе құрлықпен салыстырғанда. 19-ғасырда құрлықтағы көлік құралдарындағы маңызды жақсартуларға дейін, су көлігі мүмкін болған жағдайда, ол бірдей сапарды құрлықпен жүруден жылдам, арзан және қауіпсіз болды. Бұл теңіз арқылы өтуге, жағалау бойымен саяхаттауға және өзендер мен көлдерді пайдалануға да қатысты. Мұның салдары ретінде классикалық дәуірде Жерорта теңізіндегі ірі астық саудасын мысалға келтіруге болады. Рим сияқты қалалар қажетті астық көлемін желкенді кемелермен жеткізіп алуға толыққанды тәуелді болды. Рим империясының кемесі Жерорта теңізінің бойымен астық тасымалдаудың құны, сол көлемді жолмен 15 шақырымға тасымалдаудан арзанға түсетін еді. Рим біздің заманымыздың алғашқы үш ғасырында Египеттен жыл сайын шамамен 150 000 тонна астық тұтынды. Осыған ұқсас, бірақ жақындағы тағы бір сауда – көмір, Тайн өзенінің жанындағы шахталардан Лондонға тасымалданды. Бұл сауда 14-ғасырда басталды және қаланың өсуімен бірге кеңейді. 1795 жылы Лондонға 4395 жүк көмір жеткізілді. Бұл үшін шамамен 500 желкенді көмір тасушы кемелер қажет болды (жылына 8 немесе 9 рейс жасап). Бұл көрсеткіш 1839 жылға қарай екі есеге артты. (Алғашқы бу машинасымен жұмыс істейтін көмір тасушы кеме 1852 жылға дейін құрылмады, ал желкенді көмір тасушылар 20-ғасырға дейін жұмыс істей берді.)

Барлау және зерттеу

Кемеде желкенді қолдануды көрсететін ең көне бейне Месопотамиядағы керамикалық бұйымдарда б.з.д. 6 мың жылдыққа дейін сақталған. Суретте қамыс қайықтың корпусына орнатылған екі тіректі мачта бейнеленген деп есептеледі, бірақ желкен бейнеленбеген. Египеттен келген ең көне желкен бейнесі шамамен б.з.д. 3100 жылға жатады. Аустронезиялық халықтар б.з.д. 2000 жылға дейін желкендерді пайдаланған. Олардың қазіргі Оңтүстік Қытай мен Тайвань аймағынан б.з.д. 3000 жылдан бастап кеңеюі басталды. Олардың технологиясына аутриггерлер, катамарандар және краб тырнақтары тәрізді желкендер кірді, бұл шамамен б.з.д. 3000-1500 жылдар аралығында Аустронезиялықтардың Теңіз Оңтүстік-Шығыс Азия аралдарына, содан кейін Микронезияға, Аралық Меланезияға, Полинезияға және Мадагаскарға кеңеюіне мүмкіндік берді. Қытай мен аустронезиялықтардың қайық технологияларында ортақ белгілер болмағандықтан, осы ерекшеліктер кеңеюдің басында немесе кейінірек пайда болған болуы керек. Олар ашық мұхитпен ұзақ қашықтықтарды аутриггерлі каноэлермен, мысалы, таяқша карталары сияқты навигациялық әдістерді қолдана отырып жүрді. Аустронезиялық қайықтардың желге қарсы жүзу қабілеті саяхат кезінде желге қарсы бағытпен жүру стратегиясын мүмкін етті, ал жаңа жер табылмаса немесе хабар беру үшін жел бағытымен қайтуға болатын. Бұл Тынық мұхиты аралдарының тұрақты түрде жайлануы кезінде басым желдерге өте қолайлы болды. 15 ғасырда басталған "Ұлы Географиялық Ашулар дәуірінде" шаршы желкенді, көп мачталы кемелер кең таралды және олар магниттік компас пен күн мен жұлдыздарды бақылау арқылы мұхиттарды кесіп өтуге мүмкіндік беретін навигациялық техникаларды пайдаланды. Ұлы Географиялық Ашулар дәуірінде желкенді кемелер Еуропаның Африка, Қытай және Жапонияға, сондай-ақ Атлант мұхиты арқылы Солтүстік және Оңтүстік Америкаға жасаған саяхаттарында маңызды рөл атқарды. Кейіннен желкенді кемелер Арктикаға солтүстік теңіз жолдарын зерттеу және табиғи ресурстарды бағалау үшін бағытталды. 18 және 19 ғасырларда желкенді кемелер навигациялық карталарды жасау үшін гидрографиялық зерттеулер жүргізді және кейде ғалымдарды, мысалы, Джеймс Кук пен Чарльз Дарвиннің HMS Beagle кемесімен жасаған екінші сапарына алып жүрді.

The earliest image suggesting the use of sail on a boat may be on a piece of pottery from Mesopotamia, dated to the 6th millennium BCE. The image is thought to show a bipod mast mounted on the hull of a reed boat – no sail is depicted. The earliest representation of a sail, from Egypt, is dated to circa 3100 BCE. Austronesian peoples used sails from some time before 2000 BCE. Their expansion from what is now Southern China and Taiwan started in 3000 BCE. Their technology came to include outriggers, catamarans, and crab claw sails, which enabled the Austronesian Expansion at around 3000 to 1500 BCE into the islands of Maritime Southeast Asia, and thence to Micronesia, Island Melanesia, Polynesia, and Madagascar. Since there is no commonality between the boat technology of China and the Austronesians, these distinctive characteristics must have been developed at or some time after the beginning of the expansion. They traveled vast distances of open ocean in outrigger canoes using navigation methods such as stick charts. The windward sailing capability of Austronesian boats allowed a strategy of sailing to windward on a voyage of exploration, with a return downwind either to report a discovery or if no land was found. This was well suited to the prevailing winds as Pacific islands were steadily colonized. By the time of the Age of Discovery—starting in the 15th century—square rigged, multi masted vessels were the norm and were guided by navigation techniques that included the magnetic compass and making sightings of the sun and stars that allowed transoceanic voyages. During the Age of Discovery, sailing ships figured in European voyages around Africa to China and Japan; and across the Atlantic Ocean to North and South America. Later, sailing ships ventured into the Arctic to explore northern sea routes and assess natural resources. In the 18th and 19th centuries sailing vessels made Hydrographic surveys to develop charts for navigation and, at times, carried scientists aboard as with the voyages of James Cook and the Second voyage of HMS Beagle with naturalist Charles Darwin.

Сауда

1800 жылдардың басында жылдам блокадалық шхуналар мен бригантиндар – Балтимор клиперлері – үш мачталы, көбінесе кемелік желкенді кемелерге айналды. Олар жылдамдықты арттырды, бірақ Қытайдан келетін шай сияқты құнды жүктерді тасымалдау мүмкіндігін төмендетті. Мачталардың биіктігі 30 метрге дейін жететін, ал 24 сағат ішінде жолға шығуға мүмкіндік беретін жылдамдыққа қол жеткізе алатын. 19 ғасырдың ортасында клиперлер көлемді, баяу кемелерге жол берді, олар экономикалық жағынан бәсекеге қабілетті болды. Тек алдыңғы және артқы желкендері (шхуналар) немесе екеуінің қосындысы (бригантиналар, барктар және баркентиналар) бар желкендік жоспарлар пайда болды. Темір корпусты желкенді кемелер – желкенді кемелердің дамуының соңғы кезеңін білдірді. Олар 19 және 20 ғасырдың басында алыс қашықтыққа көлемді жүк тасу үшін салынды. Олар сауда кемелерінің арасындағы ең ірілері болды, үштен бес мачтасы және тік желкендері, сондай-ақ басқа да желкендік жоспарлары болды. Олар континенттер арасында көлемді жүктерді тасыды. Темір корпусты желкенді кемелер негізінен 1870 жылдардан 1900 жылға дейін салынды, осы кезде бу кемелері желдің күйіне қарамастан кестеге сәйкес келу қабілеті арқасында экономикалық жағынан олардан басып өтті. Шамамен осы уақытта темір корпустар да болат корпустармен ауыстырылды. Тіпті 20 ғасырда да желкенді кемелер Австралиядан Еуропаға дейінгі мұхиттық сапарларда өзін ұстай алды, себебі олар көмірге арналған бункерге немесе бу үшін таза суға мұқтаж болмады және олар ертедегі бу кемелерінен жылдам болды, олар көбінесе қиындықтарға тап болды. Ақырында, бу кемелерінің желден тәуелсіздігі және Суэц және Панама каналдары арқылы қысқа жолдармен жүруге мүмкіндігі желкенді кемелерді экономикалық тұрғыдан тиімсіз етті.

Теңіз күштері

Карвелдік кемелердің, кеме салмағын көтеруге арналған ішкі қаңқа құрылымы мен бортындағы зеңбірек тесіктеріне сүйенген кемелердің кеңінен қолданылуына дейін, желкенді кемелер жауға саясаткерлерді жеткізу үшін ғана қолданылатын көлік құралы еді. Ерте финикиялық, грек және римдік галереялар бір-біріне шабуыл жасап, содан кейін қарсыластың палубасына өтіп, қолма-қол соғыс жүргізер еді, сондықтан бұл галереяларға жылдамдық пен маневрлік қабілет қажет болды. Осы жылдамдық қажеттілігі екі немесе үш қатар ескектермен жабдықталған кемелерге, яғни биремалар мен триремаларға әкелді. Көбінесе, сол кездегі желкенді кемелер – сауда кемелері болатын. 1500 жылға қарай, зеңбірек тесіктері желкенді кемелерге жау кемесімен қатар жүзіп, бірнеше зеңбірекпен атуға мүмкіндік берді. Бұл жаңалық теңіз флотының жауынгерлік шегініске тұруына мүмкіндік берді, онда соғыс кемелері жауға параллель немесе перпендикуляр бағытта қарсыласу үшін өз орнын сақтайтын.

Қазіргі заманғы қолдану

Сауда немесе әскери теңіз күштері үшін желкенді кемелердің қолданылуы қозғалтқышты кемелерге ауысқанмен, жолаушыларды желкенді круиздерге апаратын коммерциялық қызметтер әлі де жалғасуда. Заманауи әскери-теңіз күштері теңізшілік дағдыларын үйрету үшін курсанттарды дайындауға желкенді кемелерді пайдаланады. Қазіргі кезде желкенді қайықтардың көп бөлігі демалыс және спорт үшін қолданылады.

Демалыс

Көңіл көтеру мақсатындағы желкенді жүзуді екі санатқа бөлуге болады: күндізгі жүзу, онда адам түнде қайықтан түсіп, және круиздік жүзу, онда адам қайықта қалады. Күндізгі жүзудің басты артықшылығы – қайықпен жүзудің ләззатын сезіну. Белгілі бір мақсатты жер қажет емес. Бұл тәжірибені басқалармен бөлісу мүмкіндігін береді. 3 метрден 9 метрге дейінгі ұзындығы бар, түндеуге арналмаған әртүрлі қайықтар күндізгі жүзуге жарамды деп есептеледі. Желкенді қайықпен жасалатын круиз жағалауға жақын немесе құрлықтан алыс теңізде болуы мүмкін, және ол ұзақ уақыт бойы тұрақты пайдалануға мүмкіндік беретін қайықтарды қажет етеді. Жағалау круиздеріне Жерорта және Қара теңіздер, Солтүстік және Батыс Еуропа, Солтүстік Атлантика аралдары, Батыс Африка және Оңтүстік Атлантика аралдары, Кариб теңізі, Солтүстік және Орталық Америка аймақтары жатады. Теңізден өту (passage making) әлемдік мұхиттар арқылы жүзеді. Америка мен Еуропа, Оңтүстік Африка мен Оңтүстік Америка арасында айналма жолдар бар. Америка, Австралия, Жаңа Зеландия және Азиядан Оңтүстік Тынық мұхитындағы аралдарға көптеген бағыттар бар. Кейбір жүзушілер бүкіл әлемді айналып өтеді.

Спорт

Желкен спорты иерархиялық принцип бойынша ұйымдастырылады, яхта клубы деңгейінен басталып, ұлттық және халықаралық федерацияларға дейін жетеді; ол жарысқа арналған яхталарды, желкенді қайықтарды немесе басқа да кішкентай, ашық желкенді кемелерді, тіпті мұз қайықтары мен құрлықтағы яхталарды қамтуы мүмкін. Желкенді қайықтардағы жарыстар World Sailing ұйымының басқаруында болады, ал көптеген жарыс форматтары Racing Rules of Sailing ережелерін қолданады. Оған түрлі салалар кіреді, мысалы:
Океандық жарыстар, ұзақ қашықтықтарда және ашық суда өтеді, көбінесе бірнеше күнге созылады және Vendée Globe және The Ocean Race сияқты әлемді айналып өту жарыстарын қамтиды. Флоттық жарыстар, бірнеше қайықтардан тұратын регатада бірнеше жарыс немесе кезеңдерден тұрады. Матч-рейс екі қайықтың бір-бірімен жарысуын қамтиды, Америка кубогындағыдай, бірінші болып финиш сызығын кесіп өту үшін күреседі. Командалық жарыстар, екі командадан үш қайықтан тұратын командалардың арасында матч-рейске ұқсас форматта өтеді. Желкенді кемелердің әртүрлі санаттары бойынша жаңа рекордтарды орнату, World Sailing Speed Record Council кеңесінің қадағалауымен жүзеге асырылады. Виндсерфингтің осы спортқа тән түрлі дисциплиналары бар.

Желінің нүктесі

Желкенді кеменің желден қуат алу қабілеті, желдің беткі қабаттағы нақты бағытына шағылысты, желкенмен жүргендегі бағытына байланысты болады. Желдің бағыттары шамамен 45° бұрыштарға бөлінеді, 0° тікелей желге қарсы бағыттан басталады. Көптеген желкенді кемелер үшін желдің екі жағындағы 45° аралықтағы доға "өтпес" аймақ болып табылады, онда желкен желден қуат ала алмайды. Мұз қайықтарында бүйірлік күштер мұздың бетіндегі шаналардың қарсылығымен теңестіріледі және олардың арақашықтығы, әдетте, кемені қисайтудан сақтайды.

Желкенде жүзу бағыты

Жел мен ағымдар – жағалауда және ашық теңізде жүзуді жоспарлау үшін маңызды факторлар. Желдің болуын, күшін және бағытын болжау – қажетті бағыт бойынша оның қуатын пайдаланудың кілті. Теңіз ағыстары, толқындар мен өзен ағындары желкенді кемені жоспарланған бағытынан ығыстыруы мүмкін. Егер жоспарланған бағыт желге қарсы аймақта болса, онда желкенді кеме өзінің нүктесіне немесе бағытына жету үшін желге қарай зигзаг жолмен жүруі керек. Желге қарай жүзуге арналған кейбір жоғары өнімді кемелер кең бұрыштар арқылы зигзагпен жүзу арқылы бағытына тез жете алады. Кедергілерді немесе арнаны басып өту үшін де желге қатысты бағытты өзгерту қажет болуы мүмкін, бұл желдің бағытын кеменің қарсы жағына бұруды талап етеді. Жел кеменің мұртынан өтетін кезде бұрылу "тәктік бұрылыс" деп, ал жел кормадан өтетін кезде "жыбырлау" (немесе "гибинг") деп аталады.

Желдің қарсы бағыты

Желкенді кеме өзінің тыйым салынған аймағынан тыс кез келген бағыт бойынша жүзе алады. Егер келесі жол нүктесі немесе баратын жер кемедегі қазіргі орналасқан жерінен бастап, тыйым салынған аймақпен белгіленген доғаның ішінде болса, онда ол сол жерге жету үшін бірнеше маневрлер жасап, зигзаг тәрізді бағытты ұстауы керек, бұл желге қарсы жүзу деп аталады. Осы бағыт бойынша қозғалыс жасалған прогресс – жасалған бағыт деп аталады; бағыттың бастапқы және соңғы нүктелері арасындағы жылдамдық – жасалған жылдамдық деп аталады және ол екі нүкте арасындағы қашықтықты, сапар уақытына бөлгеннен кейін есептеледі. Жел бағыты бойынша жүзуге мүмкіндік беретін жол нүктесіне дейінгі шекті сызық – лайлин деп аталады. Кейбір Бермуда типті желкенді яхталар желге 30° дейін жақын жүзе алады, ал алдыңғы және артқы желкендер желдің екі жағынан жұмыс істеуге арналған, ал тікбұрышты желкендер мен желкендер желдің тек бір жағынан келуі үшін жасалған. Себебі, желдің бүйінен соққан күші желкенді кемеде ең жоғары болады, осыған байланысты, жақыннан жүзгенде және желге қарсы жүзгенде, кеменің келі, орталық тақтасы, руль және басқа да қанаттарының айналасындағы судың қарсылық күштері де жоғары болады, бұл кеменің бағытынан леуарға (жел бағытына қарай) сырғуын азайтуға көмектеседі. Мұз қайықтары мен құрлықтағы яхталар бүйінен қозғалысты олардың шаналары мен доңғалақтарының қарсылығы арқылы азайтады.

Тэкстіні тіктеп ауыстыру

Такинг немесе айналу – желкенді кеменің басын желге қарай және жел арқылы бұруы (желдің көзі деп аталады), осы арқылы көзге көрінетін жел бір жақтан екінші жаққа өтеді, соның нәтижесінде кеме қарама-қарсы бағытта жылжуға мүмкіндік алады. Желкендік жабдықтың түрі такинг маневрін орындау процедуралары мен шектеулерін анықтайды. Алдыңғы және артқы желкендік жабдықтар желкендердің айналу кезінде бос түсуіне мүмкіндік береді; төртбұрышты желкендік жабдықтар бағытты өзгертетін кезде желкеннің толық бетін желге ұсынуы керек; ал желқозғыштар иілгіш және толық айналатын мачталарды пайдаланады, олар бір жақтан екінші жаққа ауыстырылады.

Желдің соғатын бағыты

Желдің бағыты бойынша тікелей жүретін желкенді кеме тек жел жылдамдығынан кем жылдамдықпен ғана қозғала алады. Дегенмен, түрлі желкенді кемелер кең бұрыштармен жүріп, арасында қайыру арқылы желден төменгі жаққа жоғары жылдамдықпен жете алады. Бұл мұз қайықтары мен құм яхталарына да қатысты. Суда бұл 1975 жылдан бастап желкенді кемелермен зерттелді, ал қазір жоғары өнімділікке ие катерлер, катамарандар және фойлдік желкенді кемелерге дейін қолданылады. Арнаны немесе кедергілер арасында жел бағытында жүзу үшін бағытты өзгерту қажет болуы мүмкін, бұл қайыру арқылы жүзеге асырылады.

Жабынмен бағытты ауыстыру

Жибинг немесе гибинг – желкенді кеменің жел көзінен өтуі арқылы желдің бағытын бір жағынан екінші жағына бұрып, қарсы бағытта қозғалуға мүмкіндік беретін маневр. Бұл маневрді кішірек қайықтарда рульді өзіңізге қарай тартып (желкенге қарама-қарсы жаққа) жасауға болады. Теңізшілер желдің бағытын және күшін жоғары және төмен қысым аймақтары мен оларға байланысты ауа райы фронттарын білу арқылы болжайды. Жағалау аймақтарында теңізшілер желдің күндізгі өзгерісіне тап болады – түнде жағалаудан сыртқа, ал күндіз жағалауға қарай соғады. Жергілікті уақытша жел өзгерістері "жел көтеру" деп аталады, ол желкенді кеменің келесі нүктеге қарай тікелей бағытта жүру қабілетін жақсартады. Қолайсыз жел өзгерістері "жел бастыру" деп аталады. Токтар – Жалпы масштабта, ұзақ сапарларға шығатын кемелер негізгі мұхит ағымдарының айналысын ескеруі керек. Атлант мұхитындағы Гольфстрим және Тынық мұхитындағы Куросио сияқты ірі мұхит ағымдары, кеменің өту жолына тигізетін әсерін ескере отырып, жоспарлауды талап етеді. Сол сияқты, толқындар да кеменің жолына әсер етеді, әсіресе үлкен толқынды аймақтарда. Теңізшілер навигация үшін толқын және ағын кестелерін пайдаланады. Желкенді кемелер дәуірінің соңында, бу машинасы желкенді басқаруға қажетті экипаж санын азайтты. Жеңілкеннің бұрышын желге қатысты реттеу "жапсырма" деп аталатын арқанмен басқарылады. Желді жақыннан ұстап, кең бұрышпен жүргенде, мақсат әдетте желкен бойымен ағыс жасап, көтеру арқылы қуатты арттыру болып табылады. Желкен бетіне орналасқан "жел көрсеткіштері" ағыстың тегіс немесе бұрқыраған болуын көрсетеді. Екі жақта да тегіс ағыс дұрыс реттеуді білдіреді. Жиб және басты желкен әдетте тегіс ламинарлық ағыс жасау үшін реттеледі, бұл "ұя эффектісі" деп аталады, бірінен екіншісіне ағыс жасап. Желдің бағытынан төмен қарай жүргенде, қуат негізінен желдің желкенге түсуімен қамтамасыз етіледі, бұл құлап жатқан жел көрсеткіштерімен көрінеді. Спинкерлер – желге қарсы жүруге бейімделген, жеңіл, үлкен ауданы бар, иілген желкендер.

Jibing or gybing is a sailing maneuver by which a sailing craft turns its stern past the eye of the wind so that the apparent wind changes from one side to the other, allowing progress on the opposite tack. This maneuver can be done on smaller boats by pulling the tiller towards yourself (the opposite side of the sail). Sailors predict wind direction and strength with knowledge of high and low pressure areas, and the weather fronts that accompany them. Along coastal areas, sailors contend with diurnal changes in wind direction—flowing off the shore at night and onto the shore during the day. Local temporary wind shifts are called lifts, when they improve the sailing craft's ability travel along its rhumb line in the direction of the next waypoint. Unfavorable wind shifts are called headers. Currents – On a global scale, vessels making long voyages must take major ocean current circulation into account. Major oceanic currents, like the Gulf Stream in the Atlantic Ocean and the Kuroshio Current in the Pacific Ocean require planning for the effect that they will have on a transiting vessel's track. Likewise, tides affect a vessel's track, especially in areas with large tidal ranges, Mariners use tide and current tables to inform their navigation. Towards the end of the Age of Sail, steam powered machinery reduced the number of crew required to trim sail. Adjustment of the angle of a fore and aft sail with respect to the apparent wind is controlled with a line, called a "sheet". On points of sail between close hauled and a broad reach, the goal is typically to create flow along the sail to maximize power through lift. Streamers placed on the surface of the sail, called tell tales, indicate whether that flow is smooth or turbulent. Smooth flow on both sides indicates proper trim. A jib and mainsail are typically configured to be adjusted to create a smooth laminar flow, leading from one to the other in what is called the "slot effect". On downwind points of sail, power is achieved primarily with the wind pushing on the sail, as indicated by drooping tell tales. Spinnakers are light weight, large area, highly curved sails that are adapted to sailing off the wind.

Желкенді азайту

Төртбұрышты кемелердің желкенін кішірету әрбір желкеннің көрінетін бөлігін азайту арқылы, оны рифтік ұштармен жоғарырақ байлап жасауға болады.

Теңіз терминдері

Кеме элементтеріне арналған теңіз терминдері: оң жақ (старборд), сол жақ (лаборд), алға қарай (forward/fore), артқа қарай (aft/abaft), кеменің алдыңғы бөлігі (bow), кеменің артқы бөлігі (stern), ең кең бөлігі (beam). Желкендерді ұстап тұратын құрылымдарға мачталар, гимбалар, реилер, гаффтар және тіректер жатады. Желкендерді немесе басқа жабдықтарды басқаратын жылжымалы сызықтар жиынтығы – кемелік жүріс құралдары деп аталады. Желкендерді көтеруге арналған сызықтар – канаттар (halyards), ал түсіруге арналғандары – түсіру сызықтары (downhauls) деп аталады. Желкендерді реттеуге (trim) арналған сызықтар – жаймалар (sheets) деп аталады. Олар көбінесе басқаратын желкенің атымен аталады (мысалы, бас жайма немесе jib жаймасы). Спиннакер тіректері сияқты басқа құрылымдардың ұштарын басқару үшін гайлар қолданылады. Қайықты тоқтатып тұру үшін қолданылатын сызықтар – док-линиялар, док-кабельдер немесе шұңғымалар (mooring warps) деп аталады. Род – якорьге бекітілген қайықты ұстап тұратын сызық.

Желкен физикасы

Кеме қатынасының физикасы желдің желкендермен кемені қозғалтатын күштері мен кеменің бағытынан ауытқуға қарсы тұру күштері арасындағы тепе-теңдіктен туындайды. Бұл күштер суда кеменің кілі, руль, су асты қанаттары және корпусының басқа элементтері арқылы, мұзда мұз қайығының шаналары арқылы, ал құрлықта желкенді көліктің дөңгелектері арқылы қамтамасыз етіледі. Желкендерге түсетін күштер желдің жылдамдығы мен бағытына, сондай-ақ кеменің жылдамдығы мен бағытына байланысты. Кеменің белгілі бір бағыттағы жылдамдығы "көрінетін желге" әсер етеді – қозғалмалы кемеде өлшенетін желдің жылдамдығы мен бағыты. Желкендегі көрінетін жел жалпы аэродинамикалық күшті тудырады, оны жел бағытындағы соққы күшіне және желге перпендикуляр (90°) көтерілу күшіне бөлуге болады. Желкеннің көрінетін желмен сәйкестігіне (шабуыл бұрышына) байланысты, көтерілу күші немесе соққы күші басым қозғаушы күшке айналуы мүмкін. Көрінетін желге қатысты желкендер жиынтығының шабуыл бұрышына байланысты, әрбір желкен кемеге қозғаушы күшті көтерілу күші басым жабысқан ағын немесе соққы күші басым ажыратылған ағын арқылы жеткізеді. Сонымен қатар, желкендер бір-бірімен өзара әрекеттесіп, әрбір желкеннің жеке үлесінің қосындысынан өзгеше күштер тудыруы мүмкін.

Желдің көрінетін жылдамдығы

"Жылдамдық" термині жылдамдық пен бағытты білдіреді. Желге қатысты, желдің көрінетін жылдамдығы (VA) – ең алдыңғы желкеннің алдыңғы жиегіне әсер ететін ауа жылдамдығы немесе жылжымалы желкенді кеменің аспаптары мен экипажы сезінетін жылдамдық. Теңіз терминологиясында желдің жылдамдығы әдетте түйіндермен, ал желдің бұрышы градустармен беріледі. Барлық желкенді кемелер нақты жел жылдамдығы (VT) мен желкенге қатысты бағытқа байланысты тұрақты алға жылдамдыққа (VB) жетеді. Кеменің желкенге қатысты бағыты берілген нақты жел жылдамдығында оның жылдамдығына әсер етеді. Дәстүрлі желкенді кемелер нақты желден шамамен 40° - 50° қашықтықтағы "жетпес" аймақта желден қуат ала алмайды. Сондай-ақ, барлық дәстүрлі желкенді кемелердің тікелей жел бағытындағы жылдамдығы нақты жел жылдамдығымен шектеледі. Желкенді қайық желден алыстаған сайын, көрінетін желдің күші әлсірейді және бүйірлік компоненті төмендейді; қайық жылдамдығы бағытталған бағытта ең жоғары болады. Желкеннің аэродинамикалық қасиеттермен жұмыс істеуі үшін желкенді қайықта желкен желден алысқан сайын көбірек тартылады. Мұз қайығы желден алыстаған сайын, көрінетін желдің күші сәл артады және қайық жылдамдығы кең бағытта ең жоғары болады. Аэродинамикалық қасиеттермен жұмыс істеуі үшін мұз қайығының желкені үш бағыттың барлығында да тартылады.

Желкені көтеріп сүйреу

Желкендегі көтергіш күш, ауа профилі ретінде әрекет ете отырып, соққы беретін ауа ағынына перпендикуляр бағытта (бас желкен үшін – желдің көрінетін жылдамдығы) пайда болады және жел беті мен арқа беті арасындағы қысымның айырмашылығынан туындайды. Көтергіш күші шабуыл бұрышына, желкен пішініне, ауа тығыздығына және көрінетін желдің жылдамдығына байланысты. Желкеннің жел бетіндегі орташа қысым, арқа бетіндегі орташа қысымнан жоғары болғандықтан көтергіш күш пайда болады. Бұл қысым айырмашылықтары қисық ауа ағынымен байланысты. Ауа желкеннің жел бетімен қисық жолмен қозғалғанда, ағыс бағытына перпендикуляр қысым градиенті пайда болады, қисықтың сыртқы жағында қысым жоғары, ал ішкі жағында төмен болады. Көтергіш күшті тудыру үшін желкеннің хордасы мен көрінетін желдің жылдамдығы арасында "шабуыл бұрышы" болуы керек. Шабуыл бұрышы кеменің бағытына және желкеннің көрінетін желге қатысты реттелуіне байланысты өзгереді. Желкеннен туындайтын көтергіш күш артқан сайын, соған сәйкес көтергіш күштен туындайтын қарсылық та артады. Бұл екі фактор – көтергіш күштен туындайтын қарсылық және паразиттік қарсылық – жалпы қарсылықты құрайды, ол соққы беретін ауа ағынына параллель бағытта әрекет етеді. Бұл желкенді бұру немесе бағытын өзгерту кезінде шабуыл бұрышының ұлғаюымен және аэродинамикалық тоқталуға дейін көтергіш коэффициентінің артуымен байланысты. Тоқталу басталғанда, көтергіш күш пен көтергіш күштен туындайтын қарсылық күрт төмендейді. Желдің артында орналасқан желкендер (әсіресе попутный желде) тоқтау күйінде жұмыс істейді. Көтергіш күш және қарсылық – желкенге түсетін жалпы аэродинамикалық күштің құрамдас бөліктері, олар судың (кемеде) немесе жүретін беттің (мұз қайығында немесе құрлықтағы желкенді кемелерде) қарсы күшімен теңестіріледі. Желкендер екі негізгі режимде жұмыс істейді: көтергіш күш басым режимінде желкен екі бетіне де ауа ағыны бекітілген қанатқа ұқсас әрекет етеді; ал қарсылық күш басым режимінде желкен парашют сияқты әрекет етеді, ауа ағыны ажыратылып, желкенді айналып өтеді.

Lift on a sail, acting as an airfoil, occurs in a direction perpendicular to the incident airstream (the apparent wind velocity for the headsail) and is a result of pressure differences between the windward and leeward surfaces and depends on the angle of attack, sail shape, air density, and speed of the apparent wind. The lift force results from the average pressure on the windward surface of the sail being higher than the average pressure on the leeward side. These pressure differences arise in conjunction with the curved airflow. As air follows a curved path along the windward side of a sail, there is a pressure gradient perpendicular to the flow direction with higher pressure on the outside of the curve and lower pressure on the inside. To generate lift, a sail must present an "angle of attack" between the chord line of the sail and the apparent wind velocity. The angle of attack is a function of both the craft's point of sail and how the sail is adjusted with respect to the apparent wind. As the lift generated by a sail increases, so does lift induced drag, which together with parasitic drag constitute total drag, which acts in a direction parallel to the incident airstream. This occurs as the angle of attack increases with sail trim or change of course and causes the lift coefficient to increase up to the point of aerodynamic stall along with the lift induced drag coefficient. At the onset of stall, lift is abruptly decreased, as is lift induced drag. Sails with the apparent wind behind them (especially going downwind) operate in a stalled condition. Lift and drag are components of the total aerodynamic force on sail, which are resisted by forces in the water (for a boat) or on the traveled surface (for an iceboat or land sailing craft). Sails act in two basic modes; under the lift predominant mode, the sail behaves in a manner analogous to a wing with airflow attached to both surfaces; under the drag predominant mode, the sail acts in a manner analogous to a parachute with airflow in detached flow, eddying around the sail.

Көтергіштің басымдығы (қанат режимі)

Желкендер кемеге желге қарсы қозғалуға мүмкіндік береді, олардың көтергіш күш тудыру қабілеті (және кеменің осы күштерге қарсы тұру қабілеті) арқасында. Әрбір желкен конфигурациясының өзіндік көтеру және сүйрелу коэффициенттері болады, оларды тәжірибе жүзінде анықтап, теориялық түрде есептеуге болады. Кемелер желкендерін желдің бағыты мен желкенге түсетін нүкте арасындағы тиімді шабуыл бұрышымен бағыттайды, тіпті бағыттары өзгерген кезде де. Көтергіш күш тудыру қабілеті, желге тым жақын келгенде, көтеруге қажетті шабуыл бұрышы болмағанда (желкеннің қанатын шығарып, қозғалысын тоқтатуға себеп болады) және желден тым алыс кеткенде, желкенді тиімді шабуыл бұрышымен бағыттап, ағынның бөлінуіне және желкеннің тоқтауына жол бермеу мүмкін болмағанда шектеледі.

Желдің биіктік пен уақытқа байланысты өзгеруі

Желдің жылдамдығы жер бетінен биіктікпен бірге артады; сонымен бірге, желдің жылдамдығы қысқа мерзімдерде күйбеңдеулер түрінде өзгеруі мүмкін. Желдің қиылысы, желкенді кеме қозғалыста болғанда, маст бойындағы әртүрлі биіктіктердегі желдің әртүрлі жылдамдығы мен бағытын көрсетеді, осылайша кемеге әсер етеді. Желдің қиылысы су бетіндегі үйкеліс салдарынан ауа ағынының баяулауынан туындайды. Мұхит үстінде жер бетіндегі желдің, жер бетінен жоғарыдағы желге қатынасы 0,11–0,13 көрсеткішімен қуат заңы бойынша өзгереді. Яғни, судан 3 метр биіктіктегі жел, су бетіндегі желге қарағанда шамамен жоғары болады. Бұл, желкендер судан жоғары көтерілгенде, олар күшті жел күштеріне ұшырауы мүмкін екенін көрсетеді, бұл күштің орталық нүктесін жоғары көтеріп, кеменің қисайю моментін арттырады. Сонымен қатар, желдің көрінетін бағыты судан жоғары биіктікте артқа қарай жылжиды, бұл биіктікте ағынның тұрақты болуын қамтамасыз ету үшін желкен пішінінде сәйкес бұрылыс жасау қажеттігін білдіреді. Күйбеңдеулерді желдің қиылысының көрсеткіші ретінде қызмет ететін сол мән арқылы болжауға болады, ол күйбеңдеу факторы болып табылады. Демек, күйбеңдеулердің басым жел жылдамдығынан шамамен 1,5 есе күшті болуын күтуге болады (10 түйіндік жел 15 түйінге дейін күйбеңдеуі мүмкін). Бұл, желдің бағытындағы өзгерістермен бірге, желкенді кеменің белгілі бір бағыттағы желдің күйбеңдеуіне сәйкес желкен бұрышын реттеу қажеттігін көрсетеді.

Қаптама физикасы

Суда жүзетін желкенді кемелер желкеннің итеру күшіне қарсы алға қарай кедергіні ең азайту және желкеннің бүйірлік күштеріне ең жоғары қарсылық көрсету үшін корпустың және кілдің конструкциясына сенеді. Заманауи желкенді қайықтарда кедергі корпустың пішінін (дөңгелек немесе жіңішке), қосымша бөліктерін және бетінің тегістігін бақылау арқылы азайтылады. Кіл немесе басқа су астындағы қанаттар желкенге түсетін бүйірлік күштерге қарсы тұрады. Кеменің еңкейіп (heel) тұруы кедергіні де, кеменің қалаған бағытта жүру қабілетін де арттырады. Суды ығыстырып жылған корпустың толқын тудыруы – кеме жылдамдығының тағы бір маңызды шектеуі.

Тарқату

Кеменің пішінінен туындайтын сүйреу призмалық коэффициентпен сипатталады, Cp = кеменің ығыстырылған көлемі су сызығының ұзындығына бөлінген, ең үлкен ығыстырылған қима ауданымен көбейтілген. Cp = 1.0 ең жоғары мәні тұрақты ығысу қима ауданы үшін, мысалы баржада кездесетіндей. Қазіргі заманғы желкенді қайықтар үшін 0,53 ≤ Cp ≤ 0,6 мәндері болуы мүмкін, себебі су астындағы корпустың екі басында да жіңішкеленіп келеді. Ішкі көлемді азайту арқасында, кедергісі аз, жіңішке корпус жасауға болады. Киль немесе басқа су астындағы қанаттар көтеру күшін тудыратындықтан, сонымен қатар сүйреу де тудырады, ол қайық еңкейгенде артады. Корпустың сумен жабысқан бетінің ауданы, су мен корпус беті арасындағы үйкелістің жалпы мөлшеріне әсер етеді, бұл сүйреудің тағы бір құрауыш бөлігін құрайды.