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双胴船、帆走水中翼船、氷上船、陸上帆走船が遭遇する前方表面抵抗が低い場合、高性能な帆走が実現します。これは、帆走船が帆または翼で推進力を得るため、風上と風下の両方の帆走点で風よりも速い速度になることが多いためです。風より速い帆走とは、移動中の船が受ける見かけの風の角度が常に帆よりも前にあることを意味します。[1]これにより、「見かけの風帆走」と呼ばれる新しい帆走の概念が生まれ、風下帆走点でのタックなど、実践者に新しいスキルセットが求められます。[2]
歴史
フランク・ベスウェイトは、高性能なセーリングに不可欠な要素を提供したセーリング技術の主要な進歩について、次のような年表を提示している。[2]
- 1900 年代: 移動可能なバラストと滑走船体が登場しました。
- 1960 年代: フレキシブル マスト、帆の形状制御、レースでの風向きの変化を利用する知識が開発されました。
- 1970 年代:ウィングセイルなどの強力な帆装と、ラックまたは翼からの乗組員のトラペーズによるオフセットにより、風よりも速く航行し、風下に向かって進むことが可能になりました。
高性能帆船
実際の風速を超えることができる高性能の水上艇には、帆走双胴船やフォイル帆走艇などがある。氷上艇や陸上帆走艇は、多くの場合、それが可能である。また、ローター駆動のブラックバードなど、風よりも速く移動できる風力車両もあるが、この記事の範囲外である。
スキフ
1975年頃から、18フィートのスキフは風速よりも速く風下に向かって航行するようになりました。つまり、風向を変えるには、ジャイブではなくタックする必要がありました。[3]風よりも速く航行できる他のスキフには、ジュリアン・ベスウェイトが設計した29erと49erがあります。[4]
多胴船
2013年、アメリカズカップ用に風速の2倍をはるかに超える速度を達成できる新しいクラスの双胴船が発表されました。[5] 2013年のアメリカズカップで使用された双胴船は、風上に向かっては実際の風速の1.2倍、風下に向かっては実際の風速の1.6倍で航行することが期待されていました。[6] [7] [8]それらはより速く、平均して風速の約1.8倍、ピーク時には2.0をわずかに超える速度であることが証明されました。[9]
エクストリーム40カタマランは、風速20～25ノット（時速37～46km、時速23～29マイル）のときに、35ノット（時速65km、時速40マイル）で航行することができます。[10]高性能のインターナショナルCクラスカタマランは、風速の2倍の速度で航行することができます。[11]
水中翼船
セーリング用水中翼船には多くの種類があります。モノハルの例としては、インターナショナル・モス、レーザー、AC75などがあります。アメリカズカップのカタマランでは、2013年から水中翼船が使用されています。[12]その他のフォイル式カタマランには、Aクラス、[13] Cクラス、[14] Nacra 17、Nacra F20、[15] GC32などがあります。[16]
2009年、水中翼 三胴船「ハイドロプテール」が、風速の約1.7倍の速度で水上で50.17ノット（時速92.9km）の世界速度記録を樹立した。[17] [18] 2012年後半には、ヴェスタス・セイルロケット2が、風速の約2.5倍の速度で水上で65.45ノット（時速121.2km）の世界速度記録を樹立した。[19]
氷上船
19世紀後半のニューヨーク州ハドソン川の氷上船は、全長69フィート（21メートル）で時速107マイル（172キロメートル）の速度で航行し、1885年にアイシクル号が樹立した他のあらゆる乗り物を上回る記録となった。20世紀中ごろ以降の氷上船の設計は、通常、三角形または十字形のフレームと、その前に操舵用のランナーがある3枚のスケートブレード「ランナー」で支えられている。ランナーは鉄製または鋼製で、先端が鋭く尖っており、氷をしっかりと掴むことで、帆に働く風の横方向の力で横滑りするのを防ぎ、推進力を生み出す。氷上船は前方抵抗が低いため、通常、風速の5～6倍の速度で航行できる。[3]古典的な氷上船とスキーターは、時速100～150マイル（160～240キロメートル）の速度に達した。記録速度は、スキーター船「ダス・ブート」で時速155.9マイル（250.9 km/h）[20]、クラシックな氷上船「デビトゥンテ」で時速143マイル（230 km/h）[21] [22]である。
陸上航行船
風下に向かって風に対して135°の角度で航行することで、陸上帆船は風よりもはるかに速く航行することができます。[23]風下に向かって進む速度は、同じ船が直接風下に向かって航行する場合と比べて、2倍以上になることがよくあります。[23] 2009年、風力車両の世界陸上速度記録は、帆船「グリーンバード」によって樹立されました。この船は風速の約3倍の速度で航行し、[24]最高速度は時速202.9キロメートル（126.1マイル）を記録しました。[25]
- その他の高性能帆船
-
DN級氷上艇 -
見かけの風の航行
氷上船は1世紀も前から風上と風下の両方で風速を超えることができたが、この能力が当たり前になったのは、20世紀の第3四半期に18フィートのスキフが開発され、その速度が1950年代の3倍になったときだった。風上だけでなく風下でも風速より速く航行する船は、見かけの風が常にマストの前方にあるため、風下に向かって進むことができる。これが「見かけの風による航行」という概念につながった。[3]
見かけの風
見かけの風は、移動中の船舶上で測定される風速（方向と速度）V Aです。これは、船舶の風V B（地球に対する船舶の速度によって引き起こされる船舶上の空気の流れ（大きさは船舶の速度と等しいが方向は反対））と真風V Tの正味の効果（ベクトルの合計）です。動力を与えられた船舶で、無風状態で航行しているとき、V T = 0 ノットで航行しているときに測定される見かけの風は、正面から、海底上の船舶の速度と同じ速度で吹きます（V A = V B + 0 = V B）。船舶が V B = 10 ノットで航行し、追い風が V T = -5 ノットの場合、船首に直接見かけの風 V A = 5 ノットがかかります（V A = V B + V T = 10 − 5）。静止した船舶が受ける見かけの風が真風速です。船舶が V T = 10 ノットの真風に対して 90° で進み、それ自体が V B = 10 ノットを誘導する速度で移動している場合、見かけの風の角度は船首から 45° 離れ、見かけの風速は約 14 ノットとなり、次のように計算されます: 平方根 [(V B ) 2 + (V T ) 2 ] = 平方根 [10 2 + 10 2 ] = 14.14。船舶が真風よりも速くなると、見かけの風は常に帆より前になります。[26]
船体の抗力角が無視できる場合、VAとβ（見かけの風向角）を計算する式は次のようになる。[27]
- V A = 平方根 {[V T cos (90° – 真の風向)] 2 + [V T sin (90° – 真の風向) + V B ] 2 }
- β = 90° – arctan {[V T sin (90° – 真の風向) + V B ] / [V T cos (90° – 真の風向)]}
帆の力
帆は、帆の前方にあり、帆とほぼ一直線上にある見かけの風V Aによって制約される最適な迎え角に基づいて、前方推進成分と横方向成分によって揚力を生成します。 [28] [29]
-
帆に作用して揚力を生み出す風力の分解。
(F T = 総空気力、L = 揚力、
D = 抗力、α = 迎え角) -
揚力を推進力に変換する。
（F R = 推進力、F LAT = 横方向の力）
ベータ定理
ギャレットは、見かけの風向角が、風の推進力と水（または硬い表面）からの抵抗力の相互作用からどのように生じるかを理解する方法として、ベータ定理（または進路定理）を紹介しています。これは、2 つの反対向きのフォイル、つまり空中の帆と水中のキールの正味の効果の結果です。媒体内での揚力と抗力の比率をそれぞれに分解すると、帆船の結果として生じる動きは、見かけの風と水上の進路との間の角度ベータ（β）に分解されます。船体（水面下）と帆走装置（水面上）はそれぞれ、それらを流れる媒体（水または空気）に対して抗力角を持ちます。添付の図では、それらはλとα mです。これら 2 つの抗力角の合計は、見かけの風と航路との間の角度βに等しくなります（ β = λ + α m）。この定理は、すべての帆走ポイントに適用されます。β が小さいことは、効率が高く、高速になる可能性があることを表します。[26]前進速度が増加すると、βは小さくなります。効果的な水中翼を備えた帆船では、船体の抗力角λは速度の増加とともに小さくなり、水中翼船では無視できるほど小さくなり、氷上船や陸上帆船では実質的に存在しません。[30]
見かけの風向角の限界
摩擦のない表面と出力を発生できる翼という理想的な状況では、見かけの風角が小さくなるにつれて帆船が風に向かって進むことができる速度に理論的な制限はありません。実際には、帆の効率と摩擦の両方が上限を提供します。速度は、帆によって発生した出力とさまざまな形式の抗力（表面抗力や空気抵抗など）によって失われる出力の比率によって決まります。理想的には、速度が増加するため、帆は小さいほど良いです。残念ながら、帆が小さいと、船（氷上船であっても）が風よりも速い速度まで加速する能力が低下します。高性能帆船の速度の主な制限は形状抗力です。この制限を克服するための努力は、高性能氷上船の流線型の船体と滑走ディンギーの抗力低減の改善に明らかです。高速の氷上船は、見かけの風向 7.5° と、風から 135° 離れたコースで真風速の 6 倍の速度を達成できます。ベスウェイトは、これが帆で動く船の実際的な限界かもしれないと示唆している。[3]
航行地点
高性能帆船が最高速度を達成できる帆走地点は、ビームリーチ（真風に対して90° ）とブロードリーチ（真風から約135°離れたところ）の間のコーススパンで良好でした[31]。ベスウェイトによると、真風15ノット（28 km/h、17 mph）で比較測定を行ったところ、排水量ソリングは真風よりわずかに高い速度を達成し、見かけの風から30°外れて航行できますが、滑走する18フィートのスキフは見かけの風20°でほぼ30ノット（56 km/h、35 mph）の速度を達成し、アイスボートは見かけの風8°で67ノット（124 km/h、77 mph）を達成できます。[2]
見かけの風で帆走する場合、目標は帆走するコースに対して見かけの風を可能な限り前方に保ち、目標に最短で到達するコース[31]を達成することです。これには、風上と風下の両方で真風速を上回ることができる船が必要です。これにより、帆走するコース（最速はリーチ）で見かけの風が帆より十分に前方に留まります。避けるべきは、風下に行きすぎることです。風下に行くと見かけの風が帆の後ろに移動し、コースが広いリーチから真風（真下風）に変わるにつれて速度が真風速を下回ります。[3]
風上
航行する船によっては、船が最適な速度で航行できるように、風に向かって進むコースは、最も近い地点から風に向かって離れる傾向がある場合があります。[3]ベスウェイトは、高速航行には舵とメインシートの両方の独立した動作が必要であり、それによって舵を握っている人は突風に反応することを避け、代わりに必要に応じてメインシートを緩め、それによって船を風に向かってさらに向ける以前のテクニックよりも船の速度を上げることができると説明しています。[4]
風を離れて
ベスウェイトによれば、真風に逆らって風速よりも速い速度で帆走するには（見かけの風が帆の前方にある場合）、突風に対して従来とは異なる反応が必要となる。従来の船乗りは突風の際には反射的に見かけの風に向かって舵を切るかもしれないが、真風より速い風下に向かって帆走する際の正しい反応は突風から遠ざかり、より風下に向かうことである。これには突風の傾斜力を軽減し、船がさらに速く風下に向かって帆走できるという二重の有益な効果がある。[4]
参照
参考文献
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- ^ 「第34回アメリカズカップ用の高性能ヨット」(PDF)。第34回アメリカズカップ。2010年7月2日。 2010年9月14日閲覧。
- ^ 第34回アメリカズカップのモノハルコンセプトでは、風上では真風速の1.0倍、風下では真風速の1.4倍を達成する設計が求められました。 「AC34モノハルクラスルールコンセプトドキュメント」(PDF)を参照してください。第34回アメリカズカップ。 2010年9月14日閲覧。
- ^ 「エミレーツ・チーム・ニュージーランドがオラクル・チームUSAに優位に立つ」。2012-13アメリカズカップ・イベント・オーソリティー。2013年9月7日。2013年9月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年9月8日閲覧。
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外部リンク
- 世界セーリングスピード記録協議会
- 北米ランドセーリング協会
- フォーレイクスアイスヨットクラブ