ビームが現代の帆船の最速の帆点に到達するのはなぜですか？

現代の帆船では、ビームリーチ（風に垂直）が最速の帆のポイントであると聞きましたが、満足のいくものは聞いていません。主張の背後にある物理学の説明。

三角形の帆は、翼を形成し、揚力を生成することによってボートを推進します。飛行機の翼などの剛性のある翼型では、揚力は翼上の空気の速度に比例する必要があると私は理解しています。これは、真の風に逆らって航行するときの見かけの風が大きいため、風上での航行はより速くなるはずであることを意味します。同時に、風の目に入ると帆の形が崩れ、翼のように振る舞うのをやめます。

これら2つのプロセス間の張力は、近距離での帆走（帆の形状を維持しながらできるだけ風向に近い、通常は風から約45度離れた位置）と広い帆走の間のどこかで最適であることを示します。

風の前を走る（帆が直接離れる）ことを除外できます。帆がエアフォイルではなくパラシュートのように機能するため、ボートが風より速く進むことはありません（ 、空気抵抗のない摩擦のない水の無限の海で、風上を航行すると、ボートは永遠に加速します-はるかに良いです！）

また、風からの力の方向を考慮する必要があると思います。帆にかかる風の力がブームに垂直であると仮定できる場合（これができるかどうかはよくわかりません）、ビームに到達すると、風の力ベクトルの前方成分は、近くを航行するときよりも大きくなります。ブームがボートの中心線により近く整列している運搬。おそらくそれが実際に最も重要な要因です。

次に、風と水からの抗力がありますが、よくわかりません。この特定の質問にとってどれほど重要か…考慮すべき波もあります。これは風と同じ方向に移動するため、ビームリーチにも有利ですが、「重要ではない」と仮定しましょう。

ですから、素人として、私の考えが本当に水を保持しているかどうかはわかりません（いわば）。私の考えは正しいですか？もしそうなら、どの現象がビームリーチが最も速い原因ですか？

コメント

• 私が戻ったときセーリングを学んでいたとき、彼らは広い範囲がビームより少し速いと私に言いました。しかし、いずれにせよ、なぜスループでリーチが（一般的に）速いのかという質問は良い質問です。
• 'それも聞いたことがあります。通常、それはボートに依存します。ほとんどのボートはビームで最速だと思いますが、一部のクラスはブロードで最速です。はい、問題はもっと根本的に、風上でのセーリングがなぜそれほど速くないのかということです:)
• 親指と指の間に濡れたスイカの種を入れたことがありますかそれを絞って、それを撃ち抜くために？これは、'が何が起こっているのかを説明するための大まかな方法です。'帆は1本の指で、センターボードはもう1本の指です。水の抵抗がなければ、ボートの速度に制限はありません。風下でも風上でも実際にこれを行うことができますが、リーチで最も効果があります。
• 私が航海したすべてのレーシングディンギーで、セーリングの最速ポイントは通常、わずかに近いリーチでした（ビームまたは広いリーチとして開始されましたが、ボートが高速で移動するまでには、近接リーチでした）。重要な要素は、ジブとメインの間のスロットです。これは、より近い範囲でより多くのことを行います。スピネーカーを設定できるクラスの場合、スピネーカーを非常に近い距離に設定できないため、セーリングの最速ポイントが広くなる可能性があります。'カタマラン（私が真剣に航海したことはありません）の場合、多かれ少なかれ、すべての航海地点は、ボートが非常に速いのと同じくらい近くに行き着きます。

  ビームリーチでは、ブームはボートの側面から出ており、風からの揚力は、進行方向の船首に向けられたベクトルです。

  近距離では、ブームはボートの中心線の近くにあり、風からの揚力は、進行方向にほぼ直交する、ボートの側面に向けられたベクトルです。

  A近距離ボートは、横に押されるのではなく、キールの風下側に対する水圧に依存して前進し続けます。

  ビームリーチでは、風下側の水圧が低くなり、ボートは抵抗を少なくして水を切り裂くことができます。

  実際の帆走角度はさまざまであるため、これは単純化されていますが、リーチの速度が速いのは、風がボートをボートの方向に持ち上げているためです。プルリではなく旅行近距離でのように、進行方向に対して横向きに移動します。

  別の言い方をすれば、ボートを親指と人差し指の間（風と水の間）に保持された湿った滑らかなオレンジ色のピットと考えると、ピットの先細りのポイントを絞ると、ボートが飛び出します。ただし、ピットの平らな面を絞ってもほとんど効果はありません。

  回答

  帆の最速ポイントはボートによって異なります（船体の形状と帆の計画の両方）、風の強さ、および海の状態。一般に、ビームリーチは帆の最速ポイントではありません 。

  たとえば、非常に弱い風では、風に向かって進むことから見かけの風が増えるため、一部のボートは近距離で最も速く進みます。風よりも速く航行するボートの場合、速度の制限要因は、見かけの風にどれだけ近づけることができるかです。それらが風速より速く進んでいるとき、見かけの風は常にビームの前方にあります。真の風に対する角度が広いと、帆が完全にシート状になる前に速く進むことができるため、広いリーチが最速です。

  このサイトの極座標図を確認してください：

  
  https://76trombones.wordpress.com/2009/10/17/polar-diagrams-vmg/

  通常、真の風に対して90度は最速ではありません。

  一部の角度がより速い理由について他の人は、「少し複雑で、この回答の範囲を超えています。風に近づくにつれて、進行方向の揚力の成分が少なくなり、それに加えて抗力が増加すると言えば十分です」。したがって、近距離のコースに近づくと速度が低下します。走りに耐えると、帆はやがて失速し、効率が低下します。近距離のコースとランの間のどこかで、最高速度の角度がわかります。これは、実際の風に対して約90度になることもありますが、常にそうとは限りません。

  ところで、この用語を追加する必要があります。 「ビームリーチ」には正確な定義がありません。ビームの到達距離が真の風に対して90度であると言う情報源もあれば、見かけの風に対して90度であると言う情報源もあります。ほとんどの情報源は、見かけの風の概念の前に帆のポイントを紹介し、違いを完全に乗り越えます。風速のほんの一部（つまり、それらの大部分）を通過するボートの場合、それほど重要な違いではありません。上記の回答では、真の風の定義を使用しましたが、見かけの風の定義を選択しても、ビームの到達距離が常に最速であるとは限りません。風よりも速く進むボートは、ポイントに関係なく、帆をトリミングして近距離で運搬します。帆。

  コメント

  • ディンギーのレースに数千時間を費やした人として、この回答のほとんどは理にかなっていますが、" 風より速く進むボートは、帆のポイントに関係なく、帆をトリムして閉じます。 "は単純に明らかに、一般的な声明としては誤りです。多くの小さなディンギーは、ビームリーチの周りの帆のポイントで実際の風よりも速く進み、帆の構成または真のヒール角度に近づくことはありません。近距離の構成。
  • 多くの現代のディンギーは、最大速度を達成するために飛行機することは事実ですが、これらの帆のポイントは広い範囲でなければなりません。 、n計画を立てるにはセンターボードを持ち上げる必要があるため、近距離でも可能です。古いスタイルの Albacore は、広い範囲でそよ風に乗って飛行機に乗ります。

  回答

  最速のコースは、真の風に対して正確に垂直ではありませんが、わずかに風下にあります。最適な風下オフセットは、ボートが航行できる見かけの風の角度（ベータ）です。これは、効率的なボート（15度）やアイスボート（< 10度）では小さいです。

  ジオメトリの説明は次のとおりです： http://en.wikipedia.org/wiki/Sailing_faster_than_the_wind#Maximum_speed_course_sailing_angle

  回答

  最後のアメリカズカップで見られたように、風下へのリーチははるかに高速です。

  単純な理由：船体の抗力が低い場合は、見かけの風を与えるために実際の風ベクトルに追加する重要な「向かい風」を取得します。

  この見かけの風は、ボートに対して「適切な」角度である必要があります。それでも帆を「押し」ます。

  ボートの抗力が低いほど、この最適な風下にあります。アメリカズカップで使用されたAC72は、20ノットの風で40ノットを超える速度に達しました。 ;その時点で、ボートは名目上広い範囲にありますが、見かけの風の角度は19度でした。

  優れた図と説明は