ARVEL GENTRY repülőmérnök és sikeres tengeri vitorlázó. Több mint 40 éven át dolgozott a repülőgépiparban. Aerodinamikai szakemberként megdöbbenve látta, hogy milyen zavaros állapotok uralkodnak a vitorlázáselmélet területén. Még a felhajtóerő keletkezésének a magyarázatai is rosszak voltak, a vitorlák kölcsönhatásának magyarázatairól nem is beszélve. A múlt század 70-es évei elején tette közzé az e területen végzett kutatásainak eredményeit, melyekkel teljes egészében megcáfolta a korábbi elméleteket, és először adott helyes magyarázatot a vitorlázáselmélet ezen alapvető kérdéseire.

A felhajtóerő keletkezésének egyik legelterjedtebb téves elmélete szerint a vitorla körül áramló levegőt a vitorla alakja arra kényszeríti, hogy a szél alatti oldalon hosszabb utat tegyen meg, mint a szél felőlin. Így a szél alatti oldalon az áramlás sebessége megnövekszik, aminek következtében csökken a légnyomás. Ahogy Bernoulli tétele is kimondja: az áramló anyagok sebességnövekedése nyomáscsökkenéssel jár. A szél felőli oldalon ennek az ellenkezője játszódik le, a levegő áramlása lelassul és megnövekszik a nyomás. A felhajtóerőt a két oldal közötti nyomáskülönbség hozza létre. Ez azért tetszetős elmélet, mivel van benne két dolog, ami igaz: az egyik Bernoulli tétele, a másik az, hogy a felhajtóerőt a vitorla két oldala között kialakuló nyomáskülönbség hozza létre. A nyomáskülönbség kialakulását magyarázó „hosszabb út" azonban alapvetően téves.

Arvel Gentry kísérletekkel mutatta ki a nyomáskülönbség kialakulásának okát. Elmélete szerint a mozgásban lévő vitorla körül két áramlási mező alakul ki: az egyik a vitorla körül cirkuláló, a másik a látszólagos szél irányával és nagyságával azonos, a vitorlával nagyjából párhuzamos, súrlódásmentes áramlási mező. Mindkét áramlási mezőnek megvan a saját sebessége és iránya, melyek eredői - a látszólagos szél kialakulásához hasonlóan - összeadódnak, de egy kicsit bonyolultabb módon, mivel a vitorla körül az áramlási mezőkben az áramlások iránya és nagysága pontról-pontra változik. A vitorla körüli légáramlás sebessége és iránya ennek a pontról-pontra történő összegzésnek megfelelően alakul. A vitorla előtt a cirkulációs áramlás nem nagyon változtatja meg az eredő sebességvektorának  nagyságát, viszont jelentős, felfelé irányuló irányváltozást idéz elő. Ez a magyarázata a vitorla előtti ún. feláramlásnak (upwash). A vitorla szél alatti oldalán, a cirkulációs vektor iránya azonos a másik áramlás irányával, így azok összeadódnak, ezért a vitorla szél alatti oldalán sokkal nagyobb lesz a helyi sebesség, ami kisebb nyomást eredményez. A vitorla hátsó éle mögött a cirkulációs vektor lefelé irányul, ezért az eredő sebesség nagyságát itt is csak kis mértékben változtatja meg, viszont jelentős lesz a lefelé irányuló irányváltozás (leáramlás - downwash). A vitorla szél felőli oldalán a cirkulációs áramlási vektor iránya ellentétes a másik áramláséval, ezért ott kisebb lesz az eredő sebesség, ami nagyobb nyomást jelent.

A vitorlák közötti kölcsönhatásnál (réshatás, dűznihatás) a régi elméletek szerint a két vitorla közötti résben az orrvitorla hátsó éle és a grósz között a távolság sokkal kisebb, mint a forstág és az árboc között, és mivel azonos idő alatt ugyanolyan mennyiségű levegőnek kell átáramlania a vitorlák között, a grósz szél alatti oldala mentén sokkal nagyobb sebesség jön létre, ami növeli a szívást és így a grósz hatásosságát.

A valóságban ennek éppen az ellenkezője történik, azaz nem az orrvitorla növeli a grósz hatásosságát, hanem a grósz az orrvitorláét. A magában álló grósz és a magában álló orrvitorla körül kialakuló áramlásokat és a két vitorla kölcsönhatását vizsgálva Arvel Gentry az alábbiakban foglalta össze a vitorlák közötti kölcsönhatást.

Az orrvitorla főbb hatásai a grószra:

Az orrvitorla hatására a grósz élesebb szögből kapja a szelet, aminek  eredményeképpen a grósz szél alatti oldalának első szakaszán jelentősen lecsökken az áramlási sebesség, így kisebb lesz a nyomáscsökkenés, valamint csökken a határréteg leválásának és a vitorla túlhúzottá válásának az esélye.A grószt nagyobb állásszög-tartományban lehet hatásosabban működtetni az áramlás leválása és a vitorla túlhúzottá válása nélkül, mint akkor, amikor a grósz egymagában van.A két vitorla jelenlétében sokkal kevesebb levegő áramlik a grósz szél alatti oldala mentén, azaz a forstág és az árboc között, mint amikor a grósz magában van.A két vitorla között a grósz és az orrvitorla körül létrejövő cirkulációs áramlások ellentétes irányúak, ezért ott részben kioltják egymás hatását, így több levegő kényszerül az orrvitorla szél alatti oldalára.Az orrvitorlát közelebb húzva a grószhoz, folyamatosan csökkenő szívás alakul ki a grósz szél alatti oldalán. Amikor a grósz szél felőli és szél alatti oldalán azonosak lesznek a nyomások, akkor eltűnik a vitorla alakjának fenntartásához szükséges nyomáskülönbség a két oldal között, és a grósz belobban („ráver az orrvitorla").

A grósz főbb hatásai az orrvitorlára:

Arvel Gentrynek a felhajtóerő keletkezésével és a vitorlák kölcsönhatásával kapcsolatos kutatási eredményeinek részletes leírása a www.vitorlasszotar.hu honlapon a „Vitorlázáselmélet" menüből érhető el.

Mint láthatjuk, a repülőgépmérnök megfejtése egyáltalán nem légből kapott. Mindenesetre a szárnyak már egy ideje a vitorlázásában is felütötték a fejüket - és jól ismerjük a hazai adaptációt is. Az először a Mediacontact Avataron feltűnő szerkezetet jelenleg az Irokézen tesztelik.

Kíváncsiak vagytok a többi műhelyfotóra is?A Galériánkban megtaláljátok!

Elmondanátok a véleményeteket a projekttel kapcsolatban? Várjuk a kommenteket!

Nagy Zoltán