شبیه‌سازی‌ها، چگونگی بهینه‌سازی بادبان برای تغییر جهت را بررسی کرده اند.

عملکرد بادبان اصلی یک قایق بادبانی، مانند بال است. بادی که از روی آن عبور می‌کند، نیروی بالابر افقی ایجاد می‌کند. در همین حال، آب نیروهایی را بر بدنه و تیرک قایق وارد می‌کند. دریانوردان ماهر می‌توانند کشش و مکان بادبان را طوری تنظیم کنند که اطمینان حاصل شود برآیند نیروها همیشه یک مولفه رو به جلو ایجاد می‌کند، حتی زمانی که با زاویه به سمت باد حرکت می‌کنند. برای رسیدن به مقصدهای رو به باد، دریانوردان یک مسیر زیگزاگ را دنبال می‌کنند که به مانوری با نام قلاب زدن (tacking) ختم می‌شود: تغییر جهت سریع قایق، که بادبان را به شکلی آینه‌ای برعکس می‌کند. در شبیه‌سازی‌ها، کریستیانا ماوروییاکوموی Christiana Mavroyiakoumou از دانشگاه نیویورک وSilas Alben سیلاس آلبن از دانشگاه میشیگان بررسی می‌کنند که چه زمانی قلاب زدن باعث می‌شود بادبان به شکل بهینه برعکس شود و چه زمانی این اتفاق نمی‌افتد [1].

ماوروییاکوموی و آلبن برای بررسی مانور قلاب زدن، یک مدل غشایی را با یک مدل سیال ترکیب کردند. در ابتدا یک غشای انعطاف‌پذیر با زاویه ۰ تا ۲۰ درجه نسبت به جریان پس‌زمینه ثابت قرار گرفت و باعث خمیدگی آن شد. سپس، زاویه غشا برعکس شد تا جریان از طرف دیگر بیاید. محققان بررسی کردند که کدام یک از پارامترهای مدل بر اینکه آیا و چگونه غشا در پاسخ به جهت باد جدید شکل برعکسش را به خود می‌گیرد، تأثیر می‌گذارد.

احتمال اینکه غشا برای مقادیر بزرگتر پارامترهای ثابت - سفتی کششی، تنش و زاویه برخورد نهایی، یعنی زاویه بین باد و بادبان - بچرخد، بیشتر بود. مدت زمان چرخش به سرعت و شتاب مانور قلاب زدن و همچنین جرم غشا بستگی داشت. غشایی با جرم کافی، تکانه خود را به مدت کافی برای چرخش حفظ می‌کرد؛ با این حال، مدت زمان بیشتری طول می‌کشید تا به شکل ثابتی برسد.

این مطالعه نه تنها برای دریانوردان، بلکه برای طراحان غشاهایی که وسایل نقلیه متحرک، مانند ربات‌های بادبانی خودکار را هدایت و پیشران می‌کنند، بینش‌هایی را ارائه می‌دهد.

-1 C. Mavroyiakoumou and S. Alben, “Sail dynamics during tacking maneuvers,” Phys. Rev. Fluids 10, 073901 (2025).

منبع:

How a Sail Inverts Its Shape

ترجمه خبر: شهره کرمی