Layar sayap

Layar sayap, layar kulit berkembar^[1] atau layar kulit berganda^[2] ialah sebuah struktur aerodinamik dengan kamber (permukaan melengkung di depan sayap) yang boleh diubah dan dipasang pada kapal laut sama seperti layar biasa. Layar sayap adalah seperti sayap pesawat cuma ia direka untuk memberikan daya angkat pada kedua-dua belah kapal. Sayap pesawat menyelaraskan kamber dengan kepak manakala layar sayap menyelaraskan kamber dengan struktur fleksible atau bersendi (dalam layar sayap keras). Layar sayap biasanya dipasang pada andang-andang yang tidak bertambat—selalunya diperbuat daripada gentian karbon kerana ringan dan kuat. Geometri layar sayap memberikan lebih banyak daya angkat, dan daya angkatnya lebih seimbang dengan daya seret, daripada layar biasa. Layar sayap adalah lebih kompleks dan mahal daripada layar konvensional.^[3]

Pengenalan

Bahagian atas sayap katamaran lumba Oracle AC45

Layar sayap mempunyai dua bahagian yang membentuk aerofoil, bahagian "lembut" dan "keras". Kedua-duanya dipasangkan pada tiang yang berputar tanpa pengukuh.^[4] Layar sayap keras adalah tegar dan hanya dapat disimpan jika dicabut daripada bot manakala layar sayap lembut^[5]^[6] boleh digulung atau disimpan di atas bot.^[4]

L. Francis Herreshoff memelopori sejenis laberang khas untuk kapal dengan layar dua, satu dipanggil layar cucur dan satu lagi dipanggil layar agung. Layar-layar ini diperbuat daripada dua lapisan kain dan dipasangkan pada tiang berputar di bahagian hadapan kapal. Katamaran Kelas C, kategori bot layar lumba berprestasi tinggi, telah menguji dan memperhalusi layar sayap untuk berlumba sejak 60-an. Seorang lelaki Inggeris bernama John Walker telah menguji layar sayap pada kapal kargo dan kemudian membangunkannya untuk digunakan pada kapal layar pada 1990-an. Layar sayap telah digunakan pada pelbagai jenis bot, daripada bot kecil seperti dingi Optimist dan Laser, kepada bot yang lebih besar seperti kapal layar persiaran, malah pada bot layar perlumbaan yang pantas seperti USA-17. Bot-bot kecil mempunyai sehelai fabrik untuk layar sayap yang perlu didirikan secara manual. Bot pelayaran mempunyai layar sayap yang lebih fleksibel yang boleh diturunkan apabila tidak digunakan. Bot berprestasi tinggi mempunyai layar sayap yang diperbuat daripada komponen-komponen tegar yang perlu didirikan (dipasang) dan diturunkan menggunakan peralatan di darat.^[3]

Pelarasan kamber

Keratan rentas aerofoil yang menunjukkan garisan kamber.

Layar sayap bertukar kamber (lengkung di antara permukaan atas dan bawah aerofoil), mengikut arah dan kelajuan angin.^[7]^{[halaman diperlukan]} Apabila angin datang dari belakang layar, layar sayap melengkung lebih pada satu sisi supaya lebih cekap. Disebabkan belah yang menghadap angin berubah dengan setiap belokan, maka kelengkungan layar mesti berubah. Ini berlaku dengan sendirinya pada layar biasa apabila angin ditangkap dengan setiap belokan. Namun pada layar sayap, mekanisme diperlukan supaya bentuknya berubah. Layar sayap juga bertukar kamber untuk selaras dengan kelajuan angin. Pada pesawat, kepak meningkatkan kamber atau kelengkungan sayap, meningkatkan pekali daya angkat maksimum—daya angkat yang boleh dihasilkan oleh sayap—pada kelajuan udara yang lebih rendah (kelajuan udara yang lalu di atasnya). Layar sayap juga melaraskan kamber mengikut kelajuan angin—lengkungan kamber lebih lurus apabila kelajuan angin meningkat, lebih melengkung apabila angin tenang.^[3]

Mekanisme untuk pelarasan kamber adalah serupa untuk layar sayap lembut dan keras. Kedua-duanya menggunakan segmen aerofoil depan dan belakang yang dilaraskan secara bebas untuk kamber. Laberang yang lebih canggih membolehkan kamber dilaraskan dengan lebih banyak dengan ketinggian dari air untuk mengambil kira kelajuan angin yang meningkat.^[3]^[8]

Perbandingan dengan laberang konvensional

Laberang pada layar luan dan buritan konvensional membataskan geometri layar, menghasilkan bentuk yang kurang efisien dibandingkan dengan layar sayap yang garisan perentasnya sempit. Namun, layar konvensional mudah dilaraskan mengikut kelajuan angin dengan mengandak layarnya. Layar sayap pula biasanya mempunyai luas permukaan yang tetap. Layar konvensional boleh dilabuhkan dengan mudah, manakala sesetengah layar sayap fleksibel boleh dilepaskan apabila tidak digunakan; layar sayap tegar mesti ditanggalkan apabila pendedahan kepada angin tidak diingini.^[3]

Hala layar

Nielsen meringkaskan kecekapan layar sayap, berbanding layar konvensional, untuk hala layar yang berbeza, seperti berikut:^[3]

Menyongsong angin: Pada 30° angin ketara, layar sayap mempunyai sudut tumpu 10 darjah dan lebih daya angkat, berbanding dengan pelan layar konvensional dan sudut tumpunya 15° untuk layar tanjung dan 20° untuk layar utama.
Jangkauan pelancar: Pada 90° angin ketara, layar sayap, diletakkan melintang bot, berfungsi dengan cekap sebagai sayap, menghasilkan daya angkat ke hadapan, sedangkan jib pelan layar konvensional sukar untuk dibentuk sebagai sayap (layar utama masih agak cekap).
Jangkauan meluas: Pada 135° angin ketara, layar sayap boleh dilonggarkan sehingga ia masih berfungsi dengan cekap sebagai sayap, manakala layar tanjung dan layar utama tidak lagi memberikan daya angkat—sebaliknya ia berserenjang dengan angin dan memberikan daya daripada seretan sahaja.

Rujukan

^ Reed, Dave (August 27, 2019). "Intel on the AC75's Twin-Skin Main". Sailing World (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2020-12-28.
^ Griffin, Jack (August 27, 2018). "AC75 Double Luff Mainsail". www.sail-world.com. Dicapai pada 2020-12-28.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Nielsen, Peter (14 Mei 2014). "Have Wingsails Gone Mainstream?". Sail. Dicapai pada 2015-01-24. Ralat petik: Tag <ref> tidak sah, nama "Sail" digunakan secara berulang dengan kandungan yang berbeza
^ ^a ^b Nielsen, Peter (August 2, 2017). "Have Wingsails Gone Mainstream?". Sail Magazine (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2021-03-24.
^ Heppell, Toby (2021-02-26). "America's Cup: Our analysis of INEOS' development". Yachting World (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2021-03-24.
^ Reynolds, Pat (2016-01-13). "What's In A Rig? - Wingsail". American Sailing Association (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2021-03-24.
^ Houghton, E. L.; Carpenter, P. W. (2003). Butterworth Heinmann (penyunting). Aerodynamics for Engineering Students (ed. 5th). ISBN 0-7506-5111-3.
^ Widnall, Sheila; Cornwell, Hayden; Williams, Peter (2014). "Effects of Spanwise Flexibility on Lift and Rolling Moment of a Wingsail". Widnall. Massachusetts Institute of Technology Department of Aeronautics and Astronautics.

Pautan luar

Kategori berkenaan Layar sayap di Wikimedia Commons

[1] Reed, Dave (August 27, 2019). "Intel on the AC75's Twin-Skin Main". Sailing World (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2020-12-28.

[2] Griffin, Jack (August 27, 2018). "AC75 Double Luff Mainsail". www.sail-world.com. Dicapai pada 2020-12-28.

[Sail-3] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Nielsen, Peter (14 Mei 2014). "Have Wingsails Gone Mainstream?". Sail. Dicapai pada 2015-01-24. Ralat petik: Tag <ref> tidak sah, nama "Sail" digunakan secara berulang dengan kandungan yang berbeza

[:0-4] Nielsen, Peter (August 2, 2017). "Have Wingsails Gone Mainstream?". Sail Magazine (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2021-03-24.

[5] Heppell, Toby (2021-02-26). "America's Cup: Our analysis of INEOS' development". Yachting World (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2021-03-24.

[6] Reynolds, Pat (2016-01-13). "What's In A Rig? - Wingsail". American Sailing Association (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2021-03-24.

[houghton&carpenter-7] Houghton, E. L.; Carpenter, P. W. (2003). Butterworth Heinmann (penyunting). Aerodynamics for Engineering Students (ed. 5th). ISBN 0-7506-5111-3.

[Widnall-8] Widnall, Sheila; Cornwell, Hayden; Williams, Peter (2014). "Effects of Spanwise Flexibility on Lift and Rolling Moment of a Wingsail". Widnall. Massachusetts Institute of Technology Department of Aeronautics and Astronautics.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]