Maszt – podstawy teorii i praktyki

Poprzednie artykuły dotyczące trymowania jachtu, wykorzystania wskaźników wiatru oraz żeglugi na spinakerze spotkały się z zainteresowaniem mniej doświadczonych kolegów żeglujących nie tylko w klasie 505. Bazując na swoich doświadczeniach, starałem się poruszyć w tematykę, z którą ma problemy większość początkujących załóg.

Maszt i jego odpowiednie ustawienie oraz zgranie z żaglem jest jednym z elementów, który ma największy wpływ na sprawność jachtu i wyniki sportowe załogi. Aby dobrze ustawić współpracujące ze sobą elementy pędnika konieczne jest zrozumienie zasad dotyczących pracy masztu.

Rozkład sił działających na maszt:

Na potrzeby niniejszego artykułu przedstawię ten temat w znacznie uproszczonej formie.

Elementy stałe wpływające na pracę masztu:

  • sztywność masztu,
  • charakterystyka pracy profilu,
  • wysokość zamocowania want i sztagu,
  • wysokość zamocowania bloczka zwrotnego fału spinakera,
  • punkt zamocowania sztagu na pokładzie.

Elementy zmienne wpływające na pracę masztu:

  • naciąg want i sztagu
  • punkt zamocowania want na pokładzie
  • wysokość zamocowania trapezu
  • pozycja mast ram (strut)
  • naciąg obciągacza bomu
  • działanie spinaker bomu
  • naciąg liku wolnego grota
  • masa załoganta na trapezie (oraz pozycja balastowania).

Każdy z wymienionych elementów ma wpływ na pracę masztu.

Sztag

Długość sztagu na jachcie 505 jest płynnie regulowana. Luzując sztag zwiększamy pochylenie masztu w stronę rufy. Wybierając sztag prostujemy maszt oraz zwiększamy napięcie takielunku. W zależności od siły napięcia sztagu zmianie ulega profil żagla przedniego. W przypadku mniejszego napięcia lub wzrostu siły wiatru wzrasta ugięcie sztagu. Ugięcie sztagu zależne jest od grubości i jakości liny, z jakiej wykonany jest sztag, naciągu sztagu i want, sztywności masztu oraz siły wiatru. Im większe ugięcie sztagu tym profil żagla przedniego staje się głębszy (pozwala to np. generować większą siłę ciągu w przypadku żeglugi na zafalowanym akwenie). W przypadku pojawienia się nadmiernego ugięcia sztagu jacht traci na zdolności do żeglowania ostro na wiatr. Szczegóły i dobre ilustracje znajdziecie w artykule: http://www.sailingworld.com/experts/sag-for-speed

sztag

Wanty

Długość want i ich napięcie również jest płynnie regulowane. Siła napięcia want, poprzez salingi przekłada się na pracę masztu. Zmieniając długość salingów i kąt ich ustawienia zmienia się sposób działania sił na maszt. Napinanie want powoduje, poprzez salingi, „wypchnięcie” masztu do przodu, czyli jego ugięcie (największa strzałka ugięcia powinna występować na wysokości salingów).

Za pomocą ugięcia masztu zmieniamy położenie środka ożaglowania oraz wpływamy na kształt grota. Im bardziej ugięty jest maszt, tym bardziej płaski staje się profil grota (otwiera się także jego krawędź spływu, brzuch żagla przesuwa się do tyłu) i analogicznie prostowanie masztu powoduje pogłębienie jego profilu (oraz zamknięcie krawędzi spływu, brzuch żagla przesuwa się w stronę masztu).

Uwaga: dla każdego takielunku istnieje moment graniczny zginania masztu. Zależny jest on od długości salingów i kąta ich ustawienia w płaszczyźnie poziomej. Dobierając wanty osiągamy moment, w którym przebiegają one w linii prostej a salingi nie mają już wpływu na dalsze wyginanie masztu. Dalsze zwiększanie napięcia want powyżej tego punktu powoduje jedynie powstawanie dużych naprężeń kadłuba oraz znacznej siły wciskającej maszt w jego podstawę.

Ponieważ kąt utworzony przez sztag jest znacznie większy niż kąt utworzony przez wanty, zmiana długości sztagu wywiera większy wpływ na pochylenie masztu niż napięcie takielunku. Zmiana długości want o taką samą odległość wywoła większy wpływ na napięcie takielunku niż na pochylenie masztu.

Dla uproszczenia można przyjąć, iż zmieniając długość sztagu wpływamy na pochylenie masztu, natomiast zmieniając długość want na napięcie takielunku.

Zmiana napięcia takielunku wywołuje zmianę ugięcia masztu oraz zmianę napięcia sztagu. Oba te elementy wpływają na zmianę kształtu żagli, z którymi są połączone. Szczegóły znajdziecie w artykule: http://www.sailingworld.com/racing/bend-for-speed

art_maszt_rysunek_wanty

Mast ram

Podniesienie mast ram w górę zwiększa ugięcie dolnej części masztu. Opuszczenie prostuje maszt, czyli zmniejsza wielkość ugięcia.

art_maszt_mast_ramart_maszt_mast_ram_w_d-

Obciągacz bomu

Wybieranie obciągacza bomu powoduje powstanie sił w dwóch kierunkach. Jedna składowa powoduje obniżenie bomu grota (zapobiega jego unoszeniu na kursach z wiatrem), druga powoduje „wypychanie” masztu do przodu na wysokości zamocowania bomu. Należy dodać, iż nadmiernemu ugięciu masztu spowodowanemu przez dobieranie obciągacza bomu można przeciwdziałać za pomocą mast ram.

Szoty grota

Zwiększanie naciągu liku wolnego grota (poprzez dobieranie szotów lub obciągacza bomu) powoduje dodatkowe ugięcie masztu. Ze względu na to, że maszty 505 sa taperowane, największemu ugięciu podlega szczytowa część masztu.

mainsheet_and_vang

Źródło: „Yacht racing and Crusing”, kwiecień 1985

Spinakerbom

W trakcie żeglugi ze spinakerem powstają siły „wciskające” spinakerbom w maszt. Aby zapobiec nadmiernemu przeprostowaniu masztu w tym obszarze (przy silnym wietrze), można podnieść mast ram w górną pozycję.

Załogant na trapezie

Masa załoganta balastującego na trapezie powoduje dodatkowe ugięcie masztu. Punkt zaczepu trapezu „ciągnięty” jest na stronę nawietrzną. W związku z tym, że trapez jest obciążony jedynie z jednej burty, powstaje dodatkowa siła wyginająca maszt.

Na 505 stosuje się często system regulacji punktu zaczepu trapezu. Trapez może być zamocowany w dolnym punkcie (dla kursów na wiatr) lub w górnym punkcie (dla kursów z wiatrem). Wysoki zaczep trapezu jest potrzebny w trakcie żeglugi ze spinakerem. Kilka lat temu zmiana przepisów umożliwiła zastosowanie większych spinakerów. W związku z tym wysokość zamocowania bloczka zwrotnego została podniesiona. Pracujący spinaker powoduje duże odginanie masztu na zawietrzną. Aby temu przeciwdziałać stosuje się wysoki zaczep trapezu.

Punkt zaczepu want na pokładzie

W najnowszych jachtach 505 stosuje się regulowany punkt zaczepu want na burcie. W zależności od warunków wiatrowych punkt zaczepu może zostać przesunięty do dziobu lub rufy. Przesunięcie want do dziobu wspomaga gięcie masztu za pomocą want.

Źródło:https://plus.google.com/photos/101998199332866335662/albums/5537384640044640961/5606787640507109010?banner=pwa

Parametry profilu

Każdy profil masztu charakteryzuje się określonymi parametrami. Najważniejsze z nich to sztywność profilu w płaszczyźnie dziób-rufa oraz lewa-prawa burta. Maszty 505 sa również odpowiednio „taperowane” – szczytowa część masztu jest zwężona. Zapewnia to odpowiednie jej ugięcie.

Poniższa tabela pokazuje różnice w sztywności profili najczęściej używanych na 505:

Manufacturer Section Weight Fore/Aft Dimension Athwart Dimension Stiffness fore/aft Stiffness athwart
kg/m mm mm cm⁴ cm⁴
SuperSpars M2 1.05 72 57 21.7 14.7
Selden Alto 1.07 70.5 59.5 21.49 14.96
Selden Cumulus 1.04 70.5 58.7 20.41 14.37
SuperSpars M7 0.95 69 57 21 X
Selden Episilon 1.09 72 57 21.8 15.6
Selden D 0.97 73 57 19.5 12

Źródło: http://www.usa505.org/rigging/mast-data

Salingi

Salingi mają decydujący wpływ na pracę masztu. Salingi masztów 505 zazwyczaj są regulowane.

Możemy zmieniać:

  • długość salingów
  • kąt ustawienia w płaszczyźnie pionowej
  • kat ustawienia w płaszczyźnie poziomej

Długość salingów

Im dłuższe salingi, tym większy ich wpływ na profil masztu.

Kąt ustawienia salingów w płaszczyźnie pionowej

mst_salingi_2

Źródło: www.seldenmast.com

Kąt ustawienia salingów w płaszczyźnie poziomej:

Zwiększanie kąta ustawienia salingów w płaszczyźnie poziomej redukuje ugięcie boczne masztu.

mst_salingi_3

Źródło: : www.seldenmast.com

Im większy jest kąt, pod którym salingi skierowane są ku rufie tym większa powstaje siła wypychająca maszt do przodu. Mały kat odchylenia salingów zapewnia dużą stabilizację boczną masztu (zmniejsza ugięcie boczne) oraz redukuje efekt gięcia maszty.

mst_salingi

Źródło: : www.seldenmast.com

salinigi_angles

Powyższe rysunki pokazują różnice pomiędzy dwoma ustawieniami salingów.

Rysunek po lewej stronie: salingi krótkie (mniejszy kąt a), ustawione poziomo (kąt c=0)

Rysunek po prawej stronie: salingi długie, podniesione do góry o kąt c.

Boczne ugięcie masztu

art_maszt_boczne_ugicie

Ugięcie boczne masztu jest regulowane głównie przez długość salingów i kąt ich ustawienia w płaszczyźnie pionowej. Zwiększanie długości salingów lub kąta ich podniesienia redukuje boczne ugięcie masztu. Krótkie salingi pozwalają na większe ugięcie boczne masztu. Oczywiście napięcie takielunku ma olbrzymie znaczenie – im większe napięcie tym większy efekt działania salingów na maszt.

Podobnie jak ugięcie w płaszczyźnie dziób – rufa, ugięcie boczne masztu również wpływa na kształt i skręt żagla. Różnice w działaniu na pędnik dotyczą głównie wpływu bocznego ugięcia na dyszę pomiędzy fokiem i grotem.

Ugięcie masztu na zawietrzną zmniejsza skręt żagla.

Ugięcie na nawietrzną zwiększa skręt żagla. Powoduje również szersze otwarcie dyszy pomiędzy grotem i fokiem. Efekt ten jest pożądany w warunkach silno – wiatrowych. Otwarcie dyszy powoduje „de-power” mocy generowanej przez żagle, często pozwala na wzrost prędkości jachtu z niewielką stratą jego zdolności do żeglugi ostro na wiatr.

W teorii, optymalne ustawienie salingów 505 powinno zapewniać:

  1. W warunkach słabo – wiatrowych maszt nie powinien uginać się na boki.
  2. W warunkach średnio – wiatrowych maszt powinien mieć niewielkie ugięcie na zawietrzną (mniejszy skręt żagla, bardziej zamknięta krawędź spływu)
  3.  W warunkach silno – wiatrowych powinno wystąpić ugięcie boczne na nawietrzną (otwarta dysza, większy skręt żagla)

Jak zacząć, czyli wskazówki dla początkujących załóg 505

Po powyższej dawce teorii, proponuję Wam skupić się na najważniejszych elementach:

  1. Maszt powinien być prosty w płaszczyźnie lewa – prawa burta.
  2. Pięta masztu powinna być ustawiona dokładnie w osi centralnej jachtu
  3. Pięta masztu powinna być sztywno obsadzona w okuciu
  4. Maszt powinien być ustawiony idealnie pionowo
  5. Maszt powinien być ustawiony około 305 cm od rufy jachtu (najdalszego elementu, nie uwzględniając okuć sterowych)
  6. Kąty ustawienia salingów podają tabele trymu przygotowane przez żaglomistrzów
  7. Jacht powinien być wyposażony w systemy umożliwiające płynna regulację want i sztagu

Luk

POL – 8665