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zoom RSS (58)ヨットはどうして進むのでしょうか? その1

<<   作成日時 : 2010/10/01 20:13   >>

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勿論ヨットは風によって進みます。
追い風の時は風に押されて進みますが、追い風ばかりが吹いているわけではありません。ヨットは風に向かっても進みます。どうして風に向かって進むことが出来るのでしょうか?
この疑問を少し考えてみたいと思います。

(1)物理の復習
まず高校で習った物理の力学を少し復習します。

A 揚力
画像
上図のように飛行機の主翼は上面が下面に比べてふくらんでいます。
プロペラやジェットの力で機体が前に進むと、主翼には青い矢印のような空気の流れができます。上面を流れる空気は下面に比べて速く進むために、主翼上面の空気圧(密度)は下面に比べて低くなります。これを「ベルヌーイの定理」といいます。
主翼はこの圧力差により上方に持ち上げられます。これを揚力と呼びます。

B 力の合成・分解
画像
合力は上図Oに作用する向きの異なる二つの力、F1・F2を二辺とする平行四辺形(OBDA)を作れば、その対角線Rが、求める合力の大きさと向きです。これを「平行四辺形の法則」といいます。逆に合力Rから、力を分解しF1・F2も求めることも出来ます。(ここが次で重要になります)

(2)ヨットに働く力(推進力)
それでは、以上の物理の基礎を使って、ヨットの進む力を考えてみます。
画像
ヨットに左前方の風(a)が吹いています。
メインセール(帆)は風を受けてちょうど飛行機の主翼のような形になり上ので復習したような空気の流れによって揚力(b)が発生します。
ここで、揚力(b)は上ので復習したように(c)と(d)の力に分解して考えることができます。
船体中央部の水中にはキールやセンターボードなどが突き出て水中の側面積を大きくしています。これによって横流れ力(c)は(e)によって打ち消されます。(実際には完全に打ち消すことはできず、少し横流れします。)
残った推進力(d)により艇は風上へと進むことができるのです。
ヨットを早く進めるためには、セールの位置を風向と進路の作る角の二等分線上に置くのが良いといわれています。その位置が推進力が最大のなる位置なのです。

(3)セーリング(帆走)
風に対する帆走角度や、左右どちらから風を受けるかによって、セーリングの種類が分けられています。
画像
通常、風上に対して左右約40〜45度の範囲は帆走出来ません。
セーリングの状態には以下のような名称がつけられています。

左右どちらから風を受けているかによる名称
ポートタック
艇の左舷をポートサイドと呼びます。(これは船は左舷を岸壁に着けるのが慣習であることから、こう呼ばれたとされています。)そして左舷側から風を受けて帆走する状態をポートタックと呼びます。
スターボードタック
逆に右舷(スターボードサイド)から風を受けて帆走する状態をスターボードタックと呼びます。

風に対する角度による名称
クローズホールド
風上に向かって約45度の上り角度の状態、セールは最も引き込まれた状態です。
アビーム
真横から風を受けて帆走している状態、セールは45度ぐらいまで出します。
クオータリー
後方約45度から風を受けている状態、セールは45度以上出します。
ランニング
ほぼ真後ろからの風での帆走、セールはほぼ90度(真横)まで出します。

(4)タッキング
画像
風に向かって進むには、クローズホールドのセールの開きを左右交互に開こと(タッキング)によりジグザグなコースを辿ると、風上に達することが出来ます。このような進み方を間切るといいます。

以上が現在までに私が理解出来たところです。タッキングの技術については難しいのでもう少し勉強して稿を改め、学んだ結果は
http://21432839.at.webry.info/201012/article_6.html
に書いています。
また、セーリングの種類についても、もっと細分化して名称がついていますので、これもまた稿を改めます。



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