Konstrukce plachetnice aneb jak si sám navrhnout a spočítat

Všechno možné o stavbě lodí, materiálech, způsobech spojování materiálů, technologiích, konstrukcích lodí a vše co s tím souvisí

Moderátoři: david, vilma, Pepa

Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Konstrukce plachetnice aneb jak si sám navrhnout a spočítat

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 10:54 pm

KONSTRUKCE PLACHETNICE
ANEB
JAK SI SÁM NAVRHNOUT A SPOČÍTAT


VÝPOČET TĚŽIŠTĚ LATERÁTU A TĚŽIŠTĚ SÍLY PLACHET



Před nedávnem jsem přislíbil, že stvořím jednoduchý návod, jak provést základní výpočet
těžiště laterátu a těžiště plachet a postup, jak je dát je do optimálního souladu. Protože
znám potřebné vzorce i postupy z paměti, nezdálo se mi až tak problematické, stvořit
„obecný vzorec pro výpočet, který by pochopil i …“ jak to nazval Alffa.
Jakmile jsem chtěl opravdu začít, bylo rychle zřejmé, že to tak jednoduché nebude, má li to sloužit tak, jak zněla objednávka. Proto ten časový skluz, za který se ještě jednou případným zájemcům o tyto informace omlouvám.
Pokusím se, dáti zde postupně návod od A do Z, s kterým může pracovat opravdu skoro každý, kdo o to má zájem. Nepotřebuje k tomu téměř nic. Lépe řečeno pár maličkostí. Archy čtverečkovaného papíru A3 /nikoliv milimetrového/, celulojdové pravítko 30cm a trojúhelník, mikrotužku 0,3mm /na té si dovolím bazírovat/ a může se hodit úhloměr nejlépe opět v trojúhelníku.
Naposledy upravil(a) Pepa dne úte srp 16, 2011 11:10 pm, celkem upraveno 1 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 10:56 pm

POUŽITÍ

Pokud se kdokoli odhodlá číst dále, měl by asi vědět, k čemu to pro něho bude dobré, co mu to přinese a k čemu se to dá použít.

Těmito výpočty zjistíte :
Bude moje loď, kterou si navrhuji návětrná, závětrná nebo vyvážená
Proč dochází k těmto jevům
Jak se dají tyto jevy odstranit /minimalizovat/ zásahem do plachet
Jak se dají tyto jevy odstranit zásahem do laterátu
Pokud změním kormidlo nebo kýl proti původnímu návrhu, jak na to reagovat změnou v oplachtění
Pokud změním oplachtění proti původnímu návrhu, jak na to reagovat laterátem

Pojmy a výpočty, které zde budou uvedeny, 99% z vás zná a umí. Není to tedy míněno urážlivě /prosím bez pošklebků a neházet houbou/, ale je to projev snahy podat ucelenou informaci i pro to jedno procento z vás, co nenosí v hlavě učivo 7 a 8 třídy ZŠ. Zároveň prosím učitele matematiky, diskriptivní geometrie a příbuzných věd o shovívavost
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 10:58 pm

TROCHU TEORIE ÚVODEM

Laterát je boční průmět tělesa pod cwl /vodoryska/. Jinak řečeno veškerá boční plocha lodě pod vodoryskou.Hodnotu této plochy nebo její část vyjadřujeme pro naše potřeby nejlépe v m2. Patří sem tedy trup, kýl a kormidlo. Plocha laterátu, především pak kýl a kormidlo
Zabezpečují schopnost plachetnice plout v před na boční vítr a do značné míry i proti větru /cca 30-35 stupňů od větru/. Na sací straně laterátu dochází ke stejnému jevu jako na plachtě. Jenom je sání na opačné straně a proto vzniklá síla vyvažuje složku boční síly vzniklé ze sání na plachtě.
Voda má vyšší hustotu než vzduch, proto je sací síla větší a nemusíme mít kýl tak velký jako
je plachta. Aby došlo k výraznému sacímu efektu, musí voda přicházet k náběžné hraně kýlu pod určitým úhlem cca 8-12 st., ovlivňuje to řada faktorů. Takže neplujeme přímo proti větru, ale ztrácíme oněch 8-12 st. aby na kýlu nastalo sání. Znáte to také pod pojmem splouvání, snášení a procuje se s ním při výpočtu kurzu. Podobný náběžný úhel musíme vytvořit i pro obtékání plachty.

Pro úplnost informace. Na sací straně médium /v našem případě voda/ proudí rychleji,protože musí běžet-téct po delší dráze, na opačné straně voda proudí řekněme svojí původní rychlostí. S nárůstem rychlosti /rozdílem rychlosti/ obtékání, ke kterému dochází na sací straně vzniká podtlak, tedy sání a to je síla, kterou využíváme. Vezměte dva papíry A4, každý do jedné ruky,držte je tak, aby byly plochou od sebe 1-2cm a prudce do té mezery foukněte, nerozletí se,ale přisají se na sebe. Fyzikáři by nás zahrnuli takovou hromadou vzorců pro výpočet těchto jevů, že by se nám orosilo čelo, ale naštěstí nic z toho nebudeme potřebovat.

Na tomto základě funguje plachta, lodní šroub, turbína, vrtule letadla, křídla letadla a mnoho dalších zázraků. Byl to tedy fantastický objev.

Jestliže nějaká plocha tělesa vyvodí při obtékání sílu, lze tuto sílu vyjádřit v těžišti.
Pro představu teoretický příklad - čtverec překližky 0,5 x 0,5 m postavím na zem přesně proti větru /nebo v potoce proti proudu vody/. Najdeme jeho těžiště /bude samozřejmě uprostřed kde se protnou úhlopříčky/ a podepřeme v těžišti tuto desku pouze jedním prstem. Bez ohledu na sílu větru /vody/, deska se nezhoupne ani doprava, ani doleva ani nahoru nebo dolu. Pokud náš prst vydrží a vyvine stejnou sílu jako vítr /voda/ z druhé strany, dojde k rovnovážnému stavu. Síla větru /vody/ soustředěná v těžišti plochy je eliminována stejnou silou působící rovněž v těžišti ale s opačnou orientací, tedy proti síle větru.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:00 pm

Plocha plachet nám zajišťuje získání síly pro pohon plachetnice. Jak to udělat, aby ta síla byla co největší – tedy maximálně efektivně proměnit sílu větru v sílu jež popožene naši jachtu, je úplně jiná otázka – trimování plachet. Na toto téma tu myslím psal Baharis.
Pro naši potřebu stačí, že v plachtách obtékáním vzduchu vzniká na sací straně síla, která je teoreticky přímo úměrná velikosti plachty. Tuto sílu můžeme vyjádřit /koncentrovat/ v těžišti plachty viz. překližka ve větru . Radši sám předešlu, že síla od čelního větru či od vody proudící kolmo na desku je jiného původu, než při laminárním obtékání. Pro naše potřeby to však v této chvíli na věci nic nemění.

Naším cílem u lodi je dosáhnout rovnovážného stavu mezi plochou nad vodou /plachta/ a plochu pod vodou/ laterát/ a to pouze v horizontálním /vodorovném/ vztahu. Jednoduše řečeno, obě propojené plochy při působení sil v těžištích, nesmí mít schopnost točit se doprava nebo doleva okolo svislé osy.
Tedy zjišťujeme, zda těžiště plochy plachty a těžiště laterátu je na jedné vertikální /svislé/ose.
Pokud tomu tak je , jedná se o požadovaný / hledaný / rovnovážný stav.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:01 pm

Vertikální vyvážení mezi laterátem a plachtou nás v tomto výpočtu nezajímá. To řeší jiné výpočty a zajišťují jiné prostředky. Zjednodušeně jde o vztah velikosti plachty, hmotnosti balastu a délka páky na které tyto síly působí. Sílící vítr v plachtách loď naklání, balast se ji snaží rovnat, poryv větru loď položí na bok, balast by ji měl následně zase postavit atd.

Použiji pro představu opět jednoduché příklady.
Rovnovážný vztah
Tentokrát máme překližku 0,5m x 1m. přesně polovina je pod vodou/ 0,5 x 0,5m / a působí na ni síla vody, druhá polovina / 0,5 x 0,5m / je nad vodou a působí na ni síla větru. Těžiště obou ploch leží nad sebou /v obou případech 25 cm od kraje desky/. Nevzniká žádná vodorovná páka pro vzájemné působení sil a deska se nepootočí ani doprava ani doleva okolo svislé osy procházející oběma těžišti.
Znovu opakuji, že při tomto výpočtu nebereme vůbec v úvahu, přetočení desky okolo jakékoli osy vodorovné.
Nerovnovážný vztah nastane, pokud překližku nad vodou seříznu tak, že nebude mít těžiště na stejné vertikální ose s překližkou pod vodou. Pokud budu držet prst na svislé ose těžište desky pod vodou, deska nad vodou s ní začne pootáčet doprava nebo do leva, podle toho kam se přesunulo těžiště horní desky. Síla od větru soustředěná v těžišti horní desky si vytvořila páku /rameno/ k těžišti spodní desky.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:03 pm

KONEC TEORIE
PÁR JEDNODUCHÝCH, ALE NUTNÝCH VZOREČKŮ A POSTUPŮ


Pokud jste dočetli až sem, /což u drtivé většiny pochybuji – hold nejsem pedagog/, tedy přečetli a pochopili, je to vše, co potřebujete znát k tomu, aby jste si udělali základní výpočet své plachetnice.
Ve výpočtu konkrétní lodě postupujete takto.
Musíte najít jediné těžiště celého laterátu.
Musíte najít jediné těžiště celého oplachtění.
Zjistit zda jsou na jedné vertikální přímce – pokud ano, jedná se o požadovaný rovnovážný vztah.
Pokud nejsou na jedné vertikální přímce, musíte provést takové úpravy laterátu nebo plachet, aby na jedné přímce byly.
Že bude na konec všechno trochu jinak asi tušíte, ale nepředbíhejme událostem.


Vypočítat těžiště plochy laterátu a těžiště plochy např. jen dvou plachet není tak jednoduché, jako tomu je u čtverce nebo obdélníku. Samozřejmě na to existují počítačové programy např. CAD LT a jistě řada dalších. Lze to však bez problému zvládnout s tužkou, pravítkem a kalkulačkou.
Tvary plachet, ale hlavně laterátu, neumožňují výpočet plochy a těžiště jedním vzorečkem. Tyto složitější tvary musíme rozdělit do jednodušších tvarů, u kterých jsme již schopni spočítat plochu a stanovit těžiště této plochy. Následně spočítané plochy opět postupně spojujeme a stanovujeme společná /výsledná/ těžiště, až se dostaneme k celé ploše laterátu a k jeho jedinému těžišti. Obdobně postupujeme u plachet.

Ty nejdůležitější vzorečky pro výpočet různých ploch a jejich těžiště sem dám jako přílohu. Pokud si je vytisknete, budete je mít vždy po ruce.

Za ruční zpracování příloh se omlouvám, šetřím čas. V dalších příkladech stejně již dojde na ruční kreslení.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:06 pm

pro čtení a kopírování použij FULL SIZE

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 1:10 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:09 pm

pro čtení a kopírování použij FULL SIZE

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 1:15 pm, celkem upraveno 3 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:12 pm

pro čtení a kopírování použij FULL SIZE

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:19 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:13 pm

OBRÁZEK 12
Jako příklad je zde tvar, která může být např. lodním kýlem. Přímý výpočet plochy není našimi prostředky možný. Je zde naznačeno jak lze plochy rozdělit na obrazce, u nichž spočítáme jejich plochu a ty sečteme. Dostaneme tedy plochu celého obrazce. Zároveň musíme být schopni u zvolené plochy definovat její těžiště Dělení na jednotlivé plochy provádíme s ohledem na jejich co nejmenší množství a také se snažíme, aby žádný obrazec nebyl výrazně menší. V dalším grafickém zpracování by nám to komplikovalo postup.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:15 pm

pro čtení a kopírování použij FULL SIZE

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:23 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:16 pm

OBRÁZEK 13
Jedná se o stejný tvar, jako v obrázku 12. Bylo zvoleno jeho členění. Kosodélník a trojúhelník. Vypočteny jednotlivé plochy a stanoveno jejich těžiště. Vidíte názornou ukázku, jak se hledá společné těžiště pro dva obrazce, u kterých již známe jejich plochu a jednotlivá těžiště.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:18 pm

pro čtení a kopírování použij FULL SIZE

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:25 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:20 pm

OBRÁZEK 14
Pokud by v tomto příkladu někdo spatřoval plachty plachetnice, jedná se o podobnost čistě záměrnou. Zdánlivě to je komplikovanější, ale postup je naprosto shodný. Abychom mohli dále procovat se získaným společným těžištěm, definujeme jeho souřadnice k osám X a Y.
Zdůrazňuji, že k přesnému rýsování opravdu potřebujete mikrotužku 0,3 mm a nové, neošoupané celulojdové pravítko a trojúhelník. Měly by jste se snažit rýsovat a odměřovat s přesností 0,2 mm. Jde to i na 0,1 mm.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:22 pm

pro čtení a kopírování použij FULL SIZE

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:26 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:23 pm

OBRÁZEK 15
Na tomto příkladu je již více ploch, které je potřeba postupně zpracovat. Opět vypočteme velikost ploch /vždy v m2/ , stanovíme jednotlivá těžiště a postupně, vždy po dvou obrazcích řešíme vzájemné vztahy. Tedy nejprve společné těžiště pro A a B, následně vztah AB které již bereme jako jeden obrazec s jednou plochu a jedním těžištěm proti obrazci C s jeho těžištěm a plochou. Řešení je opět vektorové.
Pokud by náhodou měl někdo zájem tyto postupy opravdu zvládnout, bylo by vhodné si tento příklad nakreslit a zpracovat.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:25 pm

pro čtení a kopírování použij FULL SIZE

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:28 pm, celkem upraveno 3 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:27 pm

OBRÁZEK 15,5
Vedle vektorového řešení hledání společného těžiště dvou a více obrazců, je možné použít metodu matematickou. Osobně se domnívám, že je pro naše potřeby vhodnější. Není zde tolik přesného rýsování. Při řešení např. trupu lodi je již obrazců více a v případě menšího výkresu, třeba jen na formátu A4, vektorové vynášení je skoro nemožné nebo značně nepřehledné. Ta matematická metoda je velmi jednoduchá viz. postup na obrázku. Je nutné pouze nezapomenout, že pokud k násobení na závěr použijete např. plochu A, vypočítanou vzdálenost společného těžiště vynášíme z těžiště Plochy B, samozřejmě vždy na spojnici T/A – T/B, tedy na úsečce označovanou jako W. Pokud mohu doporučit, - já vždy k násobení používám plochu menšího ze dvou počítaných obrazců a vynáším z těžiště většího obrazce.
Naposledy upravil(a) Pepa dne pon dub 09, 2007 10:39 am, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:29 pm

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:31 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:30 pm

OBRÁZEK 16
Cvičný příklad, jako v případě vektorového řešení. Jeden nebo dva příklady si to chce spočítat, než se dáte do své lodi. Případné chyby za vás asi nikdo neodhalí, takže jistota a pečlivost výpočtu je nutná. Tento tvar se již více blíží výpočtu skutečné lodi.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:31 pm

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:32 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:33 pm

OBRÁZEK 17
Čistý, nezpracovaný trup lodi, kterou zde spočítáme. Pokud bude chtít někdo cvičit, může si obrázek vytisknout, spočítat a potom zkontrolovat dle výpočtu na následujících obrázcích.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:35 pm

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:34 pm, celkem upraveno 2 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:35 pm

OBRÁZEK 18
Tentokrát již řešíme skutečné lodní těleso. Tedy zjišťujeme co nepřesněji těžiště laterátu tohoto trupu. J možné, že na výkresu, pokud si jej vytisknete, již nebudou patrny úhlopříčky definující těžiště jednotlivých obrazců, ale ty už umíte zkonstruovat sami. Laterát je rozdělen
Do ploch A B C D E F G .
V závěru je zde definován koeficient vzájemného posunutí těžiště laterátu a těžiště plachet. Jak jsem již v úvodu předeslal, nakonec bude vše jinak. K této otázce se ještě detailněji vrátím v další části.
Pokud by se někdo pozastavil nad tím, kde se tu vzala kóta 64,4 cm, odpověď najde na následujícím obrázku č. 19 . jedná se o vypočítanou vzdálenost mezi těžištěm plachet a osou paty stěžně.
DŮLEŽITÉ: VZDÁLENOST MEZI DEFINOVANÝM TĚŽIŠTĚM LATERÁTU A OSOU PATY STĚŽNĚ JE TVOŘENA
1/ 12 % CWL /76,7 /
2/ VZÁLENOSTÍ MEZI TĚŽIŠTĚM PLACHET A OSOU PATY STĚŽNĚ / 64,4 /
Naposledy upravil(a) Pepa dne pon dub 09, 2007 11:07 am, celkem upraveno 3 x.
Uživatelský avatar
Pepa
moderátor
Příspěvky: 2646
Registrován: pát dub 14, 2006 9:03 pm
Reputace: 11

Příspěvekod Pepa » ned dub 08, 2007 11:37 pm

Obrázek
Naposledy upravil(a) Pepa dne ned srp 03, 2014 5:38 pm, celkem upraveno 2 x.

Zpět na

Kdo je online

Uživatelé prohlížející si toto fórum: Žádní registrovaní uživatelé a 0 hostů