aerodynamik & segeltrim

De senaste inläggen här på Life on the layline har handlat om de teoretiska aspekterna av segling,om aerodynamik och mer generellt, hur vi kan använda oss av relativt enkel matematik och enkla fysikaliska modeller för att bättre förstå vad det är som händer när vi seglar.

I detta inlägg tänkte jag försöka koppla ihop några av de teoretiska resonemangen från de senaste inläggen till mer praktiska ting, t.ex att illustrera varför vi ( i de flesta fall, sannolikt omedvetet) faktiskt använder oss av t.ex L/D ratio när vi skotar våra segel.

I de senaste inläggen har vi bl.a konstaterat att den drivande kraften, dvs den aerodynamiska kraftkomposant som verkar i båtens rörelseriktning, är en funktion av den skenbara vindvinkeln (AWA), samt av det Lift (L) och Drag (D) som seglen genererar. AWA är ingenting som vi kan påverka direkt, utan AWA är en funktion av den sanna vindens vinkel och styrka (TWA, TWS) samt båtens fart.

Seglens L och D kan vi däremot påverka, det är detta vi gör när vi trimmar seglen, t.ex genom att ändra anfallsvinkeln, vilket vi gör när vi ändrar skotningen, eller genom att ändra seglets form, t.ex göra det bukigare eller planare, eller ändra twisten mm.

Lift påverkas av följande faktorer: anfallsvinkel, vindhastighet, segelyta, seglets form, ju mer profil, desto mer lift. Drag påverkas i princip också av samma faktorer, men där tillkommer dessutom det inducerade motståndet, som orsakas av tryckskillnaden och läckaget mellan lä och lovartsidan av seglet. Det inducerande motståndet är beroende av ytterligare en parameter, Aspect Ratio (AR), som beskriver seglets planform. Jag kommer inte här att gå in på mer om inducerat motstånd, utan kanske återkommer till det i ett senare inlägg.

Om man tittar på grafen ovan, som beskriver L, D och L/D ratio per given anfallsvinkel för en given vingprofil, så kan man upptäcka några intressanta saker som är av direkt betydelse för hur vi trimmar våra segel:

Om vi tittar på kurvan för Lift, markerad med CL, så ser vi att Lift växer linjärt med anfallsvinkeln, dvs ju mer vi skotar desto mer Lift tar vi ur seglet, ända tills vi kommer till punkten markerad med CD Max, efter vilken Lift snabbt rasar ner.

Detta är vad som i aerodynamiken kallas för stall, dvs den situation där ett flygplan ramlar ner från luften, och där en segelbåt stannar upp, eftersom luften inte längre klarar av att följa seglet, och allt undertryck på läsidan försvinner, och Drag blir väldigt stor. Detta är också den situation där dina lä-tellisar fladdrar vilt, vilket alltså indikerar att luftströmmen på läsidan blivit turbulent.

Från grafen kan vi också se Drag, markerad med CD. Värt att notera är att Drag växer icke-linjärt, initialt relativt långsamt, men allt eftersom vi ökar anfallsvinkeln ("skotar hårdare") så börjar Drag växa allt snabbare.

Den tredje kurvan i grafen visar L/D ratio, som vi redan stött på i tidigare inlägg här på bloggen. Titta på L/D kurvan, så ser man att punkten markerad L/D Max, dvs där förhållandet mellan lift och drag är maximalt, dyker upp tidigt, dvs vid en relativt liten anfallsvinkel.

Med andra ord, maximalt L/D får vi långt före det att vi har maximalt lift i våra segel. Detta betyder att på uppvindssegling, där vi oftast vill minimera drag och maximera lift, så ska vi i allmänhet köra med relativt liten anfallsvinkel, alltså relativt lätt skotat, medan vi på undanvinden, där drag faktiskt ger ett positivt bidrag till framfarten, kan kosta på oss hårdare skotdrag (och bukigare segel).

Hur ska man då veta var max L/D är när man seglar ? Det går inte att ge ett precist svar på det, men återigen kan tellisarna fungera som goda indikatorer: när lovarts tellisar börjar lyfta, så är man om inte på, så åtm i närheten av L/D max för gällande förhållanden.

Så låt oss anta att vi seglar uppvind, initialt med seglen oskotade, fladdrande i vinden, liksom våra tellisar. I detta läge befinner vi oss längst ner till vänster i grafen ovan, med noll anfallsvinkel. Notera att i detta läge är vår Lift noll, men att Drag har ett positivt värde, dvs vi skapar ingen Lift, men vi är utsatta för Drag, vilket får båten att driva ner mot lä.

Om vi nu sakta börjar skota in, så ökar vi vår anfallsvinkel, vilket innebär att vi rör oss längre och längre högerut på grafen. Vi kan se från grafen att lift ökar initialt snabbare än drag, och att vår L/D ökar snabbt, när seglet fyller och får form, och lovartstellisarnas oro minskar, och de börjar gradvis falla ner mot mer horisontellt läge, streamandes längs seglet . Lätellisarna har också stabiliserat sig och streamar längs seglet så fort som vi får ett laminärt flöde på läsidan.

Strax innan vi når anfallsvinkeln för L/D max, ser vi från grafen att drag börjar öka i rask takt, och kort därefter når vi L/D max. I närheten av detta läge har våra våra lovartstellisar "ramlat ner" så att de lyfter nånstans runt 40grader eller under.

Skotar vi nu ännu mer, så kommer tellisarna i lovart att så småningom ligga horisontellt längs seglet, och nu börjar vi klättra ännu länge högerut på grafen. Tellisarna streamar nu horisontellt både i lovart och i lä. Fortsätter vi att skota in mer, Så når år vi så småningom läget för CL Max, dvs där vi tar ut max lift från seglen, och skotar vi ytterligare så når vi så småninngom den punkt där seglet stallar, vilket indikeras av att dina lätellisar samt ev. akterlikstellisar fladdrar vilt.

Det som är viktigt att notera från grafen är att när vi väl kommer till stall, så har Drag redan hunnit växa sig enormt mycket, och att vår L/D ratio är usel, redan innan seglen stallar.