セーリングは、帆、ウィングセイル、または凧に作用する風を利用して、水面(帆船、セイルボート、ラフト、ウィンドサーファー、カイトサーファー)、氷上(アイスボート) 、または陸上(ランドヨット)で、選択されたコースに沿って船を推進します。 これは、多くの場合、より大きな航海計画の一部です
先史時代から19世紀後半まで、帆船は海上貿易と輸送の主要手段でした。海や大洋を横断する探検は、短距離移動以外では帆に頼っていました。この時代の海軍力は、当時の技術に応じて帆を様々な程度に活用し、最終的には帆船時代の砲を装備した帆走軍艦に至りました。19世紀後半には、船舶の推進手段として帆船は徐々に蒸気に取って代わられ、蒸気技術は数々の開発段階を経て徐々に進歩しました。[a]蒸気は、帆船よりも平均速度の高い定期航行を可能にしました。燃費の大幅な向上により、蒸気は最終的にあらゆる商業状況において帆船を凌駕するようになり、船舶を所有する投資家はより高い資本収益率を得ることができました。[2] : 9, 16
21世紀において、セーリングのほとんどはレクリエーションまたはスポーツの一形態です。レクリエーションとしてのセーリング、またはヨット遊びは、レースとクルージングに分けられます。クルージングには、長期の沖合航海や大西洋横断旅行、陸地が見える沿岸航海、日帰りセーリングなどが含まれます
セーリングは、帆が風から力を得て揚力と抗力の両方を生み出すという物理的な原理に基づいています。特定のコースでは、帆は見かけの風(移動中の船舶から感じられる風)によって決定される風力の発達を最適化する角度に設定されます。帆を介して伝達される力は、帆船の船体、竜骨、舵からの力、氷上船のスケートランナーからの力、または航路を操舵する陸上帆船の車輪からの力によって抵抗されます。これらの力の組み合わせにより、風下だけでなく風上への航路も航行することが可能になります。真の風向(静止旗で示される)に対する航路は、帆走点と呼ばれます。従来の帆船は、帆走点が風上に近すぎるコースでは風力を得ることができません。
歴史を通して、航海は陸上での移動よりも優れた移動性を可能にする重要な推進力でした。この優れた移動性は、特に陸上での選択肢と比較して、探検、貿易、輸送、戦争、漁業の能力を高めました。[3] :第2章
19世紀に陸上輸送が大きく進歩するまでは、水上輸送は陸路で同じ旅をするよりも速く、安く、安全でした。これは海上横断、沿岸航海、河川や湖の利用にも同様に適用されました。その結果の一例として、古典期における地中海での大規模な穀物貿易が挙げられます。ローマなどの都市は、大量の穀物の輸送を帆船に全面的に依存していました。ローマ帝国の帆船が地中海を横断して穀物を運ぶコストは、同じ量の穀物を道路で15マイル運ぶコストよりも低かったと推定されています。ローマは紀元後3世紀にわたって、毎年約15万トンのエジプト産穀物を消費しました。[4] : 297 [3] : ch. 2 [5] : 147 [b]
同様ではあるものの、より最近の石炭貿易は、タイン川近くの鉱山からロンドンへの貿易でした。これは14世紀にすでに行われており、都市の規模が拡大するにつれて成長しました。1795年には、4,395隻の石炭がロンドンに運ばれました。これには約500隻の帆船(年間8~9回の航海)の船団が必要でした。この量は1839年までに倍増しました。(最初の蒸気動力の石炭船は1852年まで進水せず、帆船は20世紀まで稼働を続けました。)[7] [c]

船の帆の使用を示唆する最も古い絵は、紀元前6千年紀のメソポタミアの陶器に描かれている可能性があります。この絵は、葦船の船体に取り付けられた二脚のマストを示していると考えられており、帆は描かれていません。 [8]帆の最も古い描写はエジプトで、紀元前3100年頃のものです。[4] :図6 ナイル川は、推進力として帆を初期に使用するのに適した場所と考えられています。これは、川の流れが南から北へ流れ、卓越風向が北から南であるためです。したがって、当時の船は流れを利用して北へ(障害物のない750マイルの旅)行き、帰りは帆走することができました。[4] :11 初期の船乗りの証拠は、クウェート、トルコ、シリア、ミノア、バーレーン、インドなど、他の場所でも発見されています。[9]
オーストロネシア人は、紀元前2000年より前のころから帆を使っていた。[10] : 144 現在の中国南部と台湾から彼らが拡張を始めたのは、紀元前3000年頃である。彼らの技術には、アウトリガー、双胴船[11]、カニの爪帆[12]が含まれるようになり、これらにより、紀元前3000年から1500年頃の東南アジア海域の島々、さらにミクロネシア、島嶼メラネシア、ポリネシア、マダガスカルへのオーストロネシア人の拡張が可能になった。中国の船の技術とオーストロネシア人の技術に共通点はないため、これらの独自の特徴は拡張が始まったときか、それ以降のある時点で発達したに違いない。[13]彼らは、棒グラフなどの航海法を使ってアウトリガーカヌーで外洋を長距離航海した。[14] [15]オーストロネシアの船は風上航行能力を持っていたため、探検航海では風上に向かって航行し、発見を報告するか陸地が見つからなかった場合は風下に戻る戦略をとることができました。これは、太平洋の島々が着実に植民地化されるにつれて、卓越風によく適合しました。[13]
15世紀に始まった大航海時代の頃には、横帆と多マストの船が一般的となり、磁気コンパスや太陽や星の観測などの航海技術によって誘導され、大洋横断航海が可能になりました。[16]
大航海時代、帆船はヨーロッパのアフリカ周辺から中国や日本、そして大西洋を横断して南北アメリカへの航海に重要な役割を果たしました。その後、帆船は北極海航路を探検し、天然資源を評価するために北極圏へ進出しました。18世紀と19世紀には、帆船は航海用の海図を作成するために水路測量を行い、時にはジェームズ・クックの航海や博物学者チャールズ・ダーウィンを乗せたビーグル号の第二次航海のように、科学者を乗せることもありました。


1800年代初頭、高速封鎖突破用のスクーナーとブリガンティン、すなわちボルチモア・クリッパーは、3本マストで通常は帆装式の帆船へと進化し、細いラインにより速度は向上したが、中国からのお茶など高価値貨物の積載量は減少した。[17]マストは100フィート(30メートル)もの高さがあり、19ノット(時速35キロメートル)の速度を達成することができ、24時間で最大465海里(861キロメートル)の航海を可能にした。クリッパーは、19世紀半ばに経済的に競争力を持つようになった、より大型で低速の船舶に取って代わられた。[18]前後に2つの帆だけを備えた帆の設計(スクーナー)、または2つの帆を組み合わせたもの(ブリガンティン、バーク、バーケンティン)が登場した。[16]わずか2人の乗組員が帆の取り扱いを管理する沿岸トップセイルスクーナーは、帆走中に前帆のみの手入れが必要であり、帆と錨を上げるために蒸気駆動の機械が利用できることが多かったため、ばら積み貨物を輸送する効率的な方法となりました。[19]
鉄船体帆船は、帆船時代末期の帆船の最終的な進化を表しています。19世紀から20世紀初頭にかけて、ばら積み貨物を長距離輸送するために建造されました。[20] 3本から5本のマストと横帆、その他の帆の設計を備えた、最大の商船でした。大陸間でばら積み貨物を輸送しました。鉄船体帆船は主に1870年代から1900年にかけて建造され、風に左右されずにスケジュールを維持できるため、蒸気船が経済的に鉄船を追い越し始めました。ほぼ同じ時期に、鉄船体も鉄船体に取って代わりました20世紀に入っても、帆船はオーストラリアからヨーロッパへの大洋横断航海などでは、石炭の燃料補給や蒸気用の真水を必要とせず、通常8ノット(時速15km)がやっとだった初期の蒸気船よりも速かったため、自力で航海を続けることができました。[21]最終的に、蒸気船は風の影響を受けず、スエズ運河やパナマ運河を通過するより短いルートを取れるため、帆船は非経済的になりました。[22]
船の重量を支える内部の骨組み構造に依存し、側面に砲門を切ったカーベル式船が一般的に採用されるまで、帆船は戦闘のために敵に戦闘員を送るための乗り物に過ぎませんでした。 [23]初期のフェニキア、ギリシャ、ローマのガレー船は互いに体当たりをし、その後敵軍の甲板に流れ込み手で戦闘を続けました。つまり、これらのガレー船には速度と操縦性が求められました。[24]この速度の必要性は、側面に複数列のオールを備えた長い船、つまり二段櫂船や三段櫂船につながれました。[25]この時代の帆船は典型的には商船でした。[26]
1500年までに、砲門の発達により、帆船は敵艦の横を航行し、複数の大砲を片舷に発射することが可能になりました。 [27]この発達により、海軍艦隊は戦列を組むことが可能になり、軍艦は戦列内の位置を維持し、敵艦と平行または垂直に交戦することができました。[28]



商業や海軍の動力源として帆船を使用することはエンジン駆動船に取って代わられましたが、乗客を乗せてセーリングクルーズを行う商業運航は依然として行われています。[29] [30]現代の海軍は、士官候補生の航海術訓練にも帆船を使用しています。[31]現代の船舶におけるセーリングの大部分は、レクリエーションまたはスポーツです。
レクリエーションセーリングは、夜間に船を降りるデイセーリングと、船内にとどまるクルージングの2つのカテゴリーに分けられます
デイセーリングは、主にボートを操縦する喜びを体験できるものです。目的地は問いません。他の人と経験を共有する機会となります。[32]全長10フィート(3.0メートル)から30フィート(9.1メートル)を超えるサイズまで、宿泊施設のない様々なボートは、デイセーラーとみなすことができます。[33]
セーリングヨットでのクルージングは、沿岸域または陸地から離れた航路を航行するもので、夜間の持続的な使用をサポートする帆船の使用を伴います。[34]沿岸クルージング海域には、地中海と黒海、北欧、西ヨーロッパと北大西洋の島々、西アフリカと南大西洋の島々、カリブ海、北米と中米の地域が含まれます。[35]帆走による航行は、世界中の海路で行われています。アメリカ大陸とヨーロッパの間、南アフリカと南米の間には循環航路が存在します。アメリカ大陸、オーストラリア、ニュージーランド、アジアから南太平洋の島々への航路は数多くあります。地球を一周するクルーザーもいます。 [36]
セーリングは、ヨットクラブレベルから始まり、国内および国際連盟に至るまで、階層的に組織されています。レーシングヨット、セーリングディンギー、またはアイスボートやランドヨットを含むその他の小型オープンセーリングクラフトが含まれる場合があります。ヨットレースは国際セーリング連盟によって統括されており、ほとんどのレース形式ではセーリング競技規則が用いられています。[37]セーリングには、以下を含む様々な競技が含まれます。

帆船が風から動力を得る能力は、帆の点、つまり地表の実際の風向に対する帆走方向に依存します。主要な帆走点は、風に向かって0°から始まる円の45°のセグメントにほぼ対応します。多くの帆船にとって、風の両側に45°広がる弧は「立ち入り禁止」区域であり、[44]帆は風から動力を得ることができません。[45]可能な限り風に近いコース(約45°)で航行することを「クローズホールド」と呼びます。風から90°離れると、帆船は「ビームリーチ」になります。風から135°離れると、帆船は「ブロードリーチ」になります。風から180°離れると(風と同じ方向に航行すると)、帆船は「風下に向かって走っている」ことになります
クローズホールドからブロードリーチまでの帆走点では、帆は実質的に翼のように機能し、主に揚力が船を推進します。ブロードリーチからダウンウィンドまでの帆走点では、帆は実質的にパラシュートのように機能し、主に抗力が船を推進します。アイスボートやランドヨットなど、前方抵抗の少ない船の場合、この変化はセイルボートや帆船よりも風上で発生します。[45]
帆走点における風向は常に真風、つまり静止した観測者が感じる風を指します。見かけの風、つまり移動中の帆船上の観測者が感じる風が、帆船の 推進力を決定します。
波は真風向を示します。旗は見かけの風向 を示します
真風速(VT)は帆船の速度(VB)と組み合わさって見かけの風速(VA )となります。これは、移動中の帆船の計器や乗組員が経験する空気の速度です。見かけの風速は、任意の帆走点における帆の推進力となります。それは、立ち入り禁止区域で停止した帆船の真風速から、リーチで帆船の速度が真風速に加算されるため真風速よりも速くなるまで変化します。真風下を航行する帆船では、ゼロに向かって減少します。[46]
帆船Aはクローズホールド(帆を寄せる)です。帆船Bは横風(ビームリーチ)です。帆船Cは横風(ブロードリーチ)です。
船速(黒色)は、等しく反対方向の見かけの風成分(図示せず)を発生させ、これが真風と組み合わさって見かけの風となります。
帆船の水上速度は、船体の水中抵抗によって制限されます。氷上船は通常、あらゆる帆船の中で前進抵抗が最も少ないです。[45]その結果、帆船は氷上船よりも広い範囲の見かけの風の角度を経験します。氷上船は通常、速度が十分であるため、見かけの風が進路の片側数度から吹くため、ほとんどの帆走点で帆を折り畳んで航行する必要があります。従来の帆船では、帆は帆の前縁を見かけの風に合わせることができる帆走点で揚力を生み出すように設定されています。[46]
帆船の場合、帆の位置は横方向の力に大きく影響します。帆走中に船が風に対して高い位置を向いているほど、横方向の力は強くなり、キールやダガーボード、センターボード、スケグ、舵などの水中のフォイルからの抵抗が必要になります。横方向の力はまた、帆船の傾斜も引き起こし、乗組員や船自体のバラストの重量、そして特に双胴船の場合は船の形状による抵抗が必要になります。船が風に対して逆方向に向いている場合、横方向の力とそれに抵抗するために必要な力はそれほど重要ではなくなります。[47] 氷上船では、横方向の力は氷上のブレードの横方向の抵抗とブレード間の距離によって相殺され、一般的に傾斜を防ぎます。[48]


風と潮流は、沖合航行と沿岸航行の両方において、航行計画を立てる上で重要な要素です。風の有無、強さ、方向を予測することが、目的の航路に沿って風の力を利用する鍵となります。海流、潮汐、河川の流れによって、帆船は目的の航路から逸れる可能性があります。[49]
目的の航路が進入禁止区域内にある場合、帆船はウェイポイントまたは目的地に到達するために、風上に向かってジグザグのルートをたどる必要があります。風下側では、一部の高性能帆船は、一連の広いリーチでジグザグのルートをたどることで、より早く目的地に到達できます。
障害物や水路を通過するには、風に対する方向転換が必要になる場合があり、以前とは反対側の風に合わせて船の向きを変える必要があります。
船が旋回する際に風が船首を横切る場合はタック、船尾を横切る場合はジャイビング(またはジャイブ)と呼ばれます。
帆船は、その航路の立入禁止区域外であればどこへでも航行できる。[50]次のウェイポイントまたは目的地が、船の現在の位置から立入禁止区域によって定義される円弧内にある場合、ジグザグの航路でそこに到達するためには、一連のタック操作を実行する必要がある。この操作は、風上へのビーティングと呼ばれる。[51]この航路に沿った進行方向は、コース・メイド・グッドと呼ばれ、航路の開始地点と終了地点の間の速度は、スピード・メイド・グッドと呼ばれ、2 地点間の距離を移動時間で割って算出される。[52]帆船がウェイポイントから風下に出ることができる制限線は、レイラインと呼ばれる。[53]一部のバミューダ帆船は風に対して 30° まで接近して航行できるが、[52]ほとんどの 20 世紀のスクエア・リガーは風下 60° までに制限されている。[54] 前後帆装は風のどちら側からでも操作できるように設計されていますが、スクエア帆装とカイト帆は風が帆の片側からのみ来るように設計されています。
風圧で航行しているときに横方向の風力が最大になるため、横方向の動きや風下を制限するために、船のキール、センターボード、舵、その他のフォイルの周りの抵抗水力も最大でなければなりません。アイスボートとランドヨットは、ブレードまたはホイールの抵抗によって横方向の動きを最小限に抑えます。[55]

タックまたはカミングアバウトとは、帆船が船首を風上(「風の目」[56]と呼ばれる)に向け、見かけの風が一方から他方へと変化し、反対のタックで進むことができるように操縦することです。[57]帆走リグの種類によって、タック操縦を達成するための手順と制約が決まります。前後リグは、タック時に帆を垂らしたままにすることができます。スクエアリグは、左右に変化する際に、帆の前面全体を風に向ける必要があります。ウィンドサーファーは、柔軟に旋回したり、完全に回転したりするマストを持ち、左右に反転します。

帆船は風速よりも遅い速度でのみ、風下に向かって直接航行できます。しかし、アイスボート、サンドヨット、一部の高性能セイルボートなどの一部の帆船は、ジャイブを挟みながら、一連のブロードリーチを航行することで、より高い風下速度を達成できます。これは1975年から帆船によって研究され、現在では高性能スキフ、カタマラン、フォイルヨットにも広がっています。[58]
障害物のある水路やダウンウィンドコースを航行する場合、ジャイブによって行われるタックの変更を必要とする方向転換が必要になる場合があります。
ジャイビングとは、帆船が船尾を風の目を越えて回すことで見かけの風が一方から他方へ変化し、反対のタックで進むことができるようにするための帆走操作です。この操作は、小型ボートではティラーを自分の方(帆の反対側)に引くことで行うことができます。[57]タックと同様に、帆装の種類によってジャイビングの手順と制約が決まります。ブーム、ガフ、またはスプリットを備えた前後帆は、自由端が風の目を指すと不安定になり、反対側への急激な変化を避けるために制御する必要があります。スクエアリグは、帆の全面積を後方からの風にさらすため、タック間で操作にほとんど変化がありません。また、ウィンドサーファーは、柔軟に旋回したり完全に回転したりするマストを持ち、左右に反転します。

風と海流はどちらも、それぞれの流体媒体に太陽のエネルギーが供給された結果です。風は帆船に動力を与え、海は帆船の進路を支えます。海流は海や川上の帆船の進路を変えることがあります

トリミングとは、風に対する帆の角度を制御するシート、帆を上げたり締めたりするハリヤードなど、帆を制御するラインを調整すること、そして船体の傾斜、偏揺れ、水中での進行に対する抵抗を調整することを指します。

最も発達したバージョンでは、方帆はシート、ブレース、クルーライン、リーフタックルがそれぞれ2つずつ、さらに4つのバントラインによって制御され、帆の調整時に乗組員がそれぞれ制御できます。[64]帆船時代の終わり頃には、蒸気動力機械によって帆の調整に必要な乗組員の数が削減されました。[65]
見かけの風に対する前後の帆の角度の調整は、「シート」と呼ばれるラインで制御されます。クローズホールドとブロードリーチの間の帆走ポイントでは、通常、帆に沿って流れを作り、揚力によるパワーを最大化することが目標です。帆の表面に配置されたストリーマー(テルテール)は、流れが滑らかか乱流かを示します。両側の滑らかな流れは、適切なトリムを示します。ジブセールとメインセールは通常、「スロット効果」と呼ばれる滑らかな層流を作り出すように調整されるように構成されています。 [66]
風下側の帆走地点では、垂れ下がったテルテールで示されるように、主に風が帆を押すことで動力が得られます。スピネーカーは軽量で面積が大きく、大きく湾曲した帆で、風下に向かって帆走するのに適しています。[66]
見かけの風に対する角度を調整するためにシートを使用することに加えて、アウトホール、ハリヤード、ブームバング、バックステーなどの他のラインが帆の形状を制御します。これらは風速に適した曲率を制御し、風が強いほど帆は平らになります。風の強さがこれらの調整で対応できる範囲を超え、帆船が過負荷にならないようにする場合、リーフィング、より小さな帆への交換、またはその他の手段によって帆面積が縮小されます。[67] [68]
横帆船の帆を小さくするには、各帆の露出部分を少なくし、リーフィングポイントでより高い位置に結び付けます。[65]さらに、風が強くなるにつれて、帆を巻き取ったり、桁から完全に取り外したりすることができ、船が「裸の帆」の下でハリケーン級の強風に耐えられるようになります。[61] : 137
前後艤装船では、帆を小さくするとジブが巻き取られる可能性があり、メインセールをリーフまたは部分的に下げることで、実際には小さい帆に交換することなく、帆の面積を減らすことができます。これにより、帆の面積が減少するだけでなく、帆の作用中心も低くなり、傾斜モーメントが減少し、船の直立状態が維持されます。
メインセールをリーフする方法は3つあります。[67] [68]
船体トリムには3つの側面があり、それぞれが回転軸に結びついており、以下を制御します。 [61] :131–5
これらはすべて、帆にかかる力に対する反応であり、重量配分、または水中のフォイル(キール、ダガーボードなど)の力の中心を帆の力の中心と比較して管理することによって実現されます。

帆船は、帆にかかる風の力に反応して横に傾くと傾きます。
帆船の形態安定性(船体の形状と重心の位置から得られる)は、傾斜に抵抗するための出発点です。双胴船やアイスボートはスタンスが広いため、傾斜に抵抗します。帆船の傾斜を制御するためにトリムするための追加的な対策には、以下のものがあります。[61] :131–5
帆の力の中心と船体およびその付属物の抵抗中心の一致は、船がほとんど操舵入力なしで直進するか、風上舵(風下舵)または風下舵(風下舵)を避けるために修正が必要になるかを制御します。抵抗中心の後ろにある力の中心は風下舵を引き起こします。抵抗中心の前にある力の中心は風下舵を引き起こします。この2つが近い位置にある場合、舵は中立となり、進路を維持するためにほとんど入力を必要としません。[61] : 131–5
船の前後の重量配分は、水中での船の断面積を変化させます。小型帆船は乗組員の配置に敏感です。通常、水中での船体抵抗を最小限に抑えるため、乗組員は船体の中央部に配置されるよう設計されています。[61] : 131–5

シーマンシップとは、帆船の入港と出港、目的地までの航行、そして錨泊またはドックへの着岸といったあらゆる側面を網羅するものです。シーマンシップの重要な側面には、帆船内での共通言語の使用や、帆や索具を制御するロープの管理が含まれます。[70]
船の構成要素を表す航海用語:スターボード(右舷)、ポートまたはラーボード (左舷)、フォワードまたはフォー (前方)、アフトまたはアバック (後方)、バウ (船体の前部)、スターン (船体後部)、ビーム (最も広い部分)。帆を支えるスパーには、マスト、ブーム、ヤード、ガフ、ポールが含まれます。帆やその他の装置を制御する可動式のラインは、まとめて船舶のランニング リギングと呼ばれます。帆を上げるラインはハリヤードと呼ばれ、帆をたたくラインはダウンホールと呼ばれます。帆を調整 (トリム) するラインはシートと呼ばれます。これらは、制御する帆の名前 (メイン シートやジブ シートなど) を使用して呼ばれることがよくあります。ガイは、スピネーカー ポールなどの他のスパーの端を制御するために使用されます。船を横付けする際に係留するために使用されるラインは、ドックライン、ドッキングケーブル、または係留ワープと呼ばれます。ロープは、錨泊した船を錨に取り付けるものです。[71]右舷と左舷以外に、船の側面は風との関係によって定義されます。2つの側を表す用語は、風上と風下です。船の風上側は風上側であり、風下側は風下側です。
以下の結び目は、帆船のロープやラインの取り扱いに一般的に使用されます。[72] [73]
ラインとハリヤードは通常、収納と再利用のためにきちんと巻かれています。[74]

セーリングの物理学は、帆船が帆の上を通過する際に風力発電船に動力を与える力と、航路から外れないように帆船が受ける抵抗力との間の力のバランスから生じます。この抵抗力は、水中では帆船のキール、舵、水中フォイル、その他の船体下部の要素によって、氷上ではアイスボートのランナーによって、陸上では帆走式陸上車両の車輪によって提供され ます
帆にかかる力は、風速と風向、そして船の速度と方向に依存します。特定の帆走地点における船の速度は、「見かけの風」(移動中の船上で測定される風速と風向)に影響します。帆にかかる見かけの風は、総空気力を生み出し、これは抗力(見かけの風の方向の力成分)と揚力(見かけの風に垂直(90°)の力成分)に分解できます。帆と見かけの風の向き(迎え角)に応じて、揚力または抗力が主な推進力成分となる場合があります。見かけの風に対する一組の帆の迎え角に応じて、各帆は揚力優位の付着流または抗力優位の剥離流のいずれかから帆船に推進力を提供します。さらに、帆は互いに相互作用し、単独で使用された場合の各帆の個々の寄与の合計とは異なる力を生み出すことがあります。
「速度」という用語は、速度と方向の両方を指します風に関して言えば、見かけの風速(V A)は、最前部の帆の前縁に作用する空気の速度、または航行中の帆船の計器や乗組員が経験する空気の速度です。航海用語では、風速は通常ノットで、風向は度で表されます。すべての帆船は、与えられた真風速(V T)と帆走地点において、一定の前進速度(V B )に達します。帆走地点は、与えられた真風速における帆船の速度に影響します。従来の帆船は、船によって異なりますが、真風から約40°から50°離れた「航行禁止」区域では、風から動力を得ることができません。同様に、すべての従来の帆船の真風下方向の速度は、真風速に制限されます。帆船が風から遠ざかるほど、見かけの風は小さくなり、横方向の成分も小さくなります。船速は横方向リーチで最高になります。翼のように機能させるために、帆船の帆は、コースが風から離れるほど外側に展開されます。[46]氷上船が風から遠ざかるにつれて、見かけの風はわずかに増加し、船速はブロードリーチで最高になります。翼のように機能させるために、氷上船の帆は3つの帆の点すべてでシートインされます。[45]

翼型として機能する帆の揚力は、入射気流(ヘッドセイルの見かけの風速)に垂直な方向に発生し、風上面と風下面の圧力差によって生じ、迎え角、帆の形状、空気密度、見かけの風速に依存します。揚力は、帆の風上面の平均圧力が風下側の平均圧力よりも高いことから生じます。[75]これらの圧力差は、湾曲した気流と連動して発生します。空気が帆の風上側に沿って曲線を描くため、流れの方向に対して垂直な圧力勾配が生じ、曲線の外側では圧力が高く、内側では圧力が低くなります。揚力を発生させるには、帆は帆の弦線と見かけの風速の間に「迎え角」を示さなければなりません。迎え角は、帆船の帆走点と、見かけの風に対する帆の調整方法の両方の関数です。[76]
帆によって発生する揚力が増加すると、揚力誘導抵抗も増加します。これは寄生抵抗と合わせて全抵抗を構成し、入射気流と平行方向に作用します。これは、帆のトリムまたは進路変更によって迎え角が増加すると発生し、揚力係数と揚力誘導抵抗係数が失速点まで増加します。失速が始まると、揚力は急激に減少し、揚力誘導抵抗も減少します。見かけの風が後ろから吹いている帆(特に風下に向かう帆)は、失速状態で動作します。[77]
揚力と抗力は、帆にかかる空気力の構成要素であり、水中(ボートの場合)または航行面上の力(氷上船または陸上帆船の場合)によって抵抗されます。帆は2つの基本的なモードで動作します。揚力優位モードでは、帆は両面に空気流が付着した翼と同様に動作します。抗力優位モードでは、帆はパラシュートと同様に動作し、空気流は剥離流となり、帆の周りを渦巻きます。
帆は揚力を発生させる能力(およびそれによって生じる横方向の力に抵抗する能力)により、帆船が風上へ進むことを可能にします。それぞれの帆の形状には、特徴的な揚力係数とそれに伴う抗力係数があり、これらは実験的に決定し、理論的に計算することができます。帆船は、進路を変える際も、帆の入口点と見かけの風との間に好ましい迎え角で帆を向けます。揚力を発生させる能力は、有効な迎え角が得られず風に近づきすぎて揚力を発生させられない場合(ラフィングを引き起こす)、または風から十分に離れて帆を好ましい迎え角に向けることができず、流れの剥離による失速を防ぐことができない場合に制限されます。
帆と見かけの風の角度(迎え角)が最大揚力点を超えるコースを帆走している場合、流れの剥離が発生します。[78]迎え角が増加するにつれて、剥離が徐々に顕著になり、帆が見かけの風に垂直になると揚力は無視でき、抗力が支配的になります。風上で使用される帆に加えて、スピネーカーは、揚力と抗力の両方を提供するパラシュートと同様に、風下の帆走点で剥離した流れで航行するのに適した面積と曲率を提供します。[79]
風速は地表からの高さとともに増加します。同時に、風速は突風として短時間で変化することがあります
風せん断は、マストに沿ったさまざまな高さで異なる風速と風向を示すことで、移動中の帆船に影響を及ぼします。風せん断は、水面上の摩擦によって空気の流れが遅くなるために発生します。[80]海上では、地表の風と水面上の高さの風の比率は、指数が 0.11-0.13 のべき乗法則で変化します。つまり、水面上 3 メートルで 5 m/s (9.7 kn) の風が、水面上 15 メートル (50 フィート) では約 6 m/s (12 kn) になります。地表で 40 m/s (78 kn) のハリケーン並みの風の場合、15 メートル (50 フィート) での速度は 49 m/s (95 kn) になります。[81]これは、水面からより高く伸びる帆は、より強い風の力の影響を受けやすく、帆の力の中心が水面上により高く移動して傾斜モーメントが大きくなることを示しています。さらに、見かけの風向は水面からの高さとともに後方に移動するため、高さに応じて付着流を発生させるためには、帆の形状をそれに応じてねじる必要がある場合があります。 [82]
突風は、風せん断の指数として役立つ同じ値、つまり突風係数によって予測できます。したがって、突風は卓越風速の約1.5倍の強さになると予想されます(10ノットの風が最大15ノットの突風を発生する可能性があります)。これと風向の変化を組み合わせることで、帆船が特定のコースで突風に対して帆の角度をどの程度調整する必要があるかを示唆します。[83]
水上帆船は、帆の推進力に対抗する前方抵抗を最小限に抑え、帆の横方向の力に対する抵抗を最大限にするために、船体とキールの設計に依存しています。現代の帆船では、船体の形状(鈍角または細角)、付属物、滑りやすさを制御することで抵抗を最小限に抑えています。キールやその他の水中のフォイルは、帆にかかる力に対する横方向の抵抗を提供します。傾斜は抵抗と、船が目的のコースに沿って進む能力の両方を増加させます。排水型船体における波の発生は、船の速度を制限するもう1つの重要な要因です。[84]
その形状による抗力は、柱状係数C pで表され、C pは船体の排水容積÷水線長×最大排水断面積で、最大値C p = 1.0は、はしけ船のように排水断面積が一定である場合に最大値となる。現代の帆船では、両端に向かって水中に沈んだ船体の形状が先細りになっているため、0.53 ≤ C p ≤ 0.6の値が妥当である。内部容積を減らすことで、より小さな抗力で船体を細くすることができる。キールなどの水中翼は揚力を生み出すため、同時に抗力も生み出し、船が傾くと抗力が増加する。船体の濡れ面積は、水と船体表面の間の摩擦量に影響し、抗力の別の要素を生み出す。[84]
帆船は、帆走中に船の前進方向を維持するために、何らかの水中フォイルを使用して揚力を発生させます。帆は風に対して10°から90°の迎え角で作動しますが、水中フォイルは通過する水に対して0°から10°の迎え角で作動します。迎え角も表面も調整できず(可動式フォイルを除く)、水中を進む際に意図的に失速することはありません。船を水面に対して垂直から傾けると、風上に向かう船の能力が著しく低下します。[84]
船体速度とは、船首波の波長が水線長に等しくなる速度であり、水線における船体の長さの平方根に比例します。出力を上げても、排水量船の速度は船体速度を超えて大幅に上昇することはありません。これは、出力の増加に伴い、船首波が前方に速く伝播することなく、船が徐々に急峻になる船首波を登っていくためです。[84]
プレーニング船とフォイル船は、出力を加えても船首波を発生させることなく水面から浮上するため、船体速度によって制限されません。双胴船のような細長い船体は、船首波を突き抜けることで船体速度を上回ります。氷上を走る帆走艇や車輪を持つ帆走艇は水を排水しないため、船体速度は適用されません。[85]
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