Парусная лодка – это судно, оснащенное парусами для передвижения под воздействием ветра. Принцип работы паруса основан на использовании аэродинамических сил, которые создаются движущимся потоком воздуха вокруг паруса. В данном материале рассмотрим основные аспекты работы паруса.
При плавании, используя эти принципы, лодка может двигаться как по направлению ветра (бейдевинд), так и в противоположном направлении (поддевинд), а также в боковом направлении (бакштаг). Умение эффективно маневрировать с использованием ветра требует опыта и навыков яхтенного капитана.
Как работают паруса
Когда вы начинаете заниматься парусным спортом, не так важно знать все о теории парусов. Огромной помощью будет некоторое ваше представление о том, как паруса работают, чтобы лодка двигалась. Изучив немного теории до того, как вы выйдете в море, вы затратите меньше времени, пытаясь исправить ошибки на воде.
Движущая сила
Парусные лодки движутся благодаря Гидроаэродинамика парусного суднасиле ветра, скользящего по изогнутым линиям парусов. Это очень похоже на аэродинамическую подъемную силу, действующую на крыло самолета, чтобы держать его в воздухе. Парус развивает лучшую тягу, будучи поставленным под острым углом по отношению к ветру. Следовательно, эффективное плавание нуждается в постоянной настройке паруса (рис. 1) и сохранении необходимо оптимального угла к ветру.
Если парус слишком потравлен, то будет просто развеваться как флаг и не приводить лодку в движение. Если же он излишне набит, поток воздуха соскальзывает вдоль поверхности паруса, и он блокируется, как и крыло самолета, выпустившего закрылки.
Регулярно это повторяйте, чтобы лучше ловить ветер.
Боковой снос
Не все силы, действующие на парус, будут толкать лодку вперед, если только это не ветер, дующий прямо сзади (фордевинд). Во всех других случаях общая составляющая вектора тяги имеет элемент бокового сноса, который старается столкнуть лодку с курса. Боковой снос (рис. 2) (дрейф) зависит от того, как лодка расположена. Дрейф сильнее всего, если лодка лежит круто к ветру, и меньше всего, если лодка идет по ветру.
В любом положении, если парус набит слишком сильно, движущая сила уменьшается, тогда как дрейф увеличивается. Лодка замедляется и начинает крениться.
Роль киля
Киль или шверт используются, чтобы сопротивляться дрейфу. Для этого площадь поверхности киля должна быть достаточной. На швертботах площадь может изменяться поднятием шверта, но килевая яхта имеет постоянную поверхность киля под водой.
Хотя киль и сопротивляется дрейфу, устранить его полностью невозможно, и при курсах бейдевинд или галфвинд парусная лодка всегда мягко уклоняется в сторону. Разница между истинным курсом и тем, который проходит фактически, называется дрейфом в подветренную сторону.
Кренящая сила
Боковой снос, созданный парусами, действует выше ватерлинии и создает кренящий момент (рис. 3).
Киль сопротивляется боковой силе ветра, но действует под водой, поэтому созданное боковое сопротивление увеличивает эффект.
Эта сила крена на швертботе должна быть уравновешена, весом его экипажа, или весом киля на яхте.
Истинный и вымпельный ветер
Истинный ветер – это тот, который мы чувствуем при стоянке на якоре. Когда мы плывем на лодке, то чувствуем ветер вымпельный, который является комбинацией истинного и созданного движением лодки. Анемометры (флюгеры) на движущейся лодке показывают вымпельный ветер, тогда как анемометры на берегу показывают истинный.
Истинный ветер. Единственный момент, когда вы чувствуете истинный ветер на воде, это при стоянке лодки. Проверьте направление ветра, используя флаги на берегу или на пришвартованных лодках, дым из печных труб и т. п. (рис. 4).
Вымпельный ветер (рис. 5). Когда лодка движется, она создает свой собственный ветер, который объединяется с истинным.
Вымпельный ветер кажется дующим более спереди, чем истинный, если, конечно, лодка не стоит.
Понимание дрейфа
Если вы плывете курсами бейдевинд или галфвинд, то заметите, что ваша лодка плавно смещается в сторону на некоторое расстояние. Этот боковой снос, называемый дрейфом, становится тем больше, чем круче лодка идет к ветру.
Уменьшение дрейфа. Удостоверьтесь, что шверт полностью опущен, когда вы идете круто к ветру и паруса правильно настроены. Дрейф более заметен, когда вы плывете медленно, потому что киль не может работать с максимальной эффективностью, одновременно поддерживая скорость и уменьшая дрейф (рис. 6).
Когда вы идете круто к ветру, не пытайтесь противостоять боковому сносу, так как лодка просто потеряет скорость, а дрейф только усилится.
Крутой бейдевинд. Маленькая Популярные типы яхткилевая лодка, когда идет круто к ветру, сопротивляется боковому сносу (рис. 7).
Но для эффективного плавания, чтобы избежать сильного крена, команда должна сидеть на боковой палубе в противовес кренящей силе.
Движущие силы парусника
Правильно настроенные паруса изменяют направление потока воздуха, который соскальзывает с плоскости паруса.
Тяга паруса
Чтобы понять эффект, когда воздух течет вдоль паруса, попробуйте сделать этот простой опыт: слегка удерживая ложку, прислоните ее задней частью к струе воды из-под крана. Вместо того, чтобы быть вытолкнутой из потока, как вы можете предположить, ложка будет втянута в струю водой, скользящей по выгнутой стороне ложки (рис. 8).
Почувствовать силу. Проверьте эффект потока, проходящего по выпуклой поверхности, с помощью простого опыта с ложкой и водой из крана.
Форма парусаФорма паруса решающим образом влияет на его работу, баланс яхты, остроту и скорость! Хорошая форма паруса предполагает расположение пуза (точка максимальной полноты) в передней части паруса (на расстоянии от 3/8 до 1/2 ширины грота от передней шкаторины). Пузо смещается назад, если затянуть заднюю шкаторину, что даст острый вход ветра. При этом заворачивается задняя шкаторина, что «закроет» парус, а из практики известно: ничто не останавливает небольшой швертбот так, как закрытый (с завернутой на ветер задней шкаториной) парус.
Вход ветра в парус влияет на остроту движения к нему: плоский вход – яхта идет круче к ветру; полный вход – яхта идет более увалисто.
Форма паруса может быть настроена, в пределах возможного, натягиванием подъемного фала, оттяжкой Каннингхема и шкотом. Паруса настраивают так, чтобы они были плоскими при слабом ветре (когда ветру недостаточно энергии, чтобы надуть целый парус), наполненными при ветре от слабого до умеренного, и снова плоскими при сильном ветре, когда лодка в избытке мощности.
Поток воздуха на одном парусе. Так как ветер течет, пересекая парус, он движется быстрее с подветренной (выпуклой) стороны паруса, создавая низкое давление, и медленнее с наветренной стороны, что создает поверхность с высоким давлением. Разница давления эффективно засасывает парус в подветренную сторону и создает силы, действующие под прямым углом к поверхности в каждой точке паруса. Сумма этих сил приложена в точке, называемой центр усилия паруса (рис. 9).
Поток воздуха на двух парусах. Когда используются два паруса, их взаимодействие очень важно для хорошего хода. Хотя стаксель намного меньше, чем грот, он потенциально более эффективен, так как не имеет впереди мачты, которая мешает потоку. Стаксель настраивают так, чтобы линии между задней шкаториной стакселя и передней – грота были по возможности параллельны. Воздух, протекающий сквозь эту «щель», сжимается и поэтому убыстряется, что еще больше уменьшает давление с подветренной стороны грота и ускоряет Поперечное и продольное движение суднадвижение судна (рис. 10).
Движение под двумя парусами
Стаксель создает свою собственную движущую силу, как и любой другой одиночный парус, но он также увеличивает эффективность грота, направляя поток воздуха вдоль его выпуклой поверхности. Так как воздух течет сквозь «прорезь» между задней шкаториной стакселя и передней шкаториной грота, он сжимается между ними и поэтому ускоряется. Это еще больше уменьшает давление с подветренной стороны грота и заметно увеличивает движение. Вот причина, по которой большинство лодок управляются гротом и стакселем.
Если стаксель слишком набит или грот слишком потравлен, щель будет сжата и движение потеряно. Если стаксель не набит достаточно сильно или грот слишком набит, щель будет чрезмерно широкая и движение снова уменьшится.
Движение вперед
Полная сила, с которой ветер давит на парус, может быть разложена на две составляющие:
- направленную вдоль плоскости паруса;
- направленную перпендикулярно плоскости паруса.
Все движение парусника осуществляется за счёт силы, действующей перпендикулярно плоскости паруса.
Сила бокового сноса фактически толкает корабль вбок, в то время как нам необходимо двигаться вперёд.
Из достаточно большой силы, с которой ветер изначально действует на парус, мы остаемся с очень маленькой её частью, эффективно двигающей парусник вперед. Это очень малая сила по сравнению с той, что можно было бы использовать, если бы парусник шёл в бакштаг или уж тем более в фордевинд. Тем не менее, парусник движется навстречу ветру.
Читайте также: Яхтинг и меры безопасности во время плавания
Понятно, что чем круче к ветру будет идти судно, тем меньшая часть силы ветра будет использоваться и, тем самым, меньше будет скорость. С другой стороны, чем круче к ветру, тем ближе к прямолинейному курсу. Таким образом, нахождение оптимального соотношения между скоростью и направлением движения на совести рулевого.
Движение и боковая сила. Относительная интенсивность движущей и боковой сил зависит от угла парусов к срединной линии, которая меняется в зависимости от точки движения. Когда лодка идет круто к ветру (бейдевинд) с натянутыми парусами, движение вперед меньше, чем когда лодка идет в галфвинд и дрейф больше (рис. 11).
Щель. Для эффективного плавания стаксель и грот должны быть настроены так, чтобы сохранить щель (рис. 12), параллельную задней шкаторине стакселя и передней шкаторине грота, через которую воздух может ускоряться.
Здесь лодка идет в галфвинд с обоими правильно настроенными парусами.
