Основы теории движения под парусами

 

Основные сведения из теории паруса

 

Не менее важное значение, чем сопротивление

корпуса, имеет сила тяги, развиваемая паруса-

ми. Чтобы яснее представить себе работу пару-

сов, познакомимся с основными понятиями

теории паруса.

Мы уже говорили об основных силах, дейст-

вующих на паруса яхты, идущей с попутным

(курсом фордевинд) и со встречным ветром

(курсом бейдевинд). Выяснили, что сила, дей-

ствующая на паруса, может быть разложена на

силу, которая вызывает крен и снос яхты под

ветер,—силу дрейфа и силу тяги (см.Рис 2 и 3).

Теперь посмотрим, как определяется полная

сила давления ветра на паруса я от чего зависят

силы тяги и дрейфа.

 

Рис. 94. Силы, действующие на паруса яхты

Чтобы представить работу паруса на острых

курсах, удобно вначале рассмотреть плоский

парус (рис. 94), который испытывает давление

ветра под определенным углом атаки. В этом

случае за парусом образуются завихрения, на

наветренной стороне его возникают силы давления, на подветренной — силы разрежения. Их результирующая R направлена примерно перпендикулярно к плоскости паруса. Для правильного понимания работы паруса ее удобно представить в виде равнодействующей двух составляющих сил: Х—направленной параллельно воздушному потоку (ветру) и Y перпендикулярной ему.

Сила X, направленная параллельно воздушному потоку, называется силой лобового сопротив-

ления; она создается, кроме паруса, еще и корпусом, такелажем, рангоутом и экипажем яхты.

Сила Y, направленная перпендикулярно воздушному потоку, называется в аэродинамике подъемной силой. Именно она на острых курсах создает тягу в направлении движения яхты.

 

Рис. 95. Зависимость сил тяги я дрейфа от подъемной силы и лобового сопротивления паруса

 

Если при том же лобовом сопротивлении паруса Х (рис. 95) подъемная сила увеличивается, например, до величины Y 1, то, как показано на рисунке, равнодействующая подъемной силы и лобового сопротивления изменится на R и соответственно сила тяги Т увеличится до Т 1.Подобное построение позволяет легко убедиться, что с увеличением лобового сопротивления Х (при той же подъемной силе) тяга Т уменьшается.

 

Таким образом, есть два пути увеличения силы

тяги, а следовательно, и скорости хода на ост-

рых курсах: увеличение подъемной силы пару-

са и уменьшение лобового сопротивления па-

руса и яхты.

 

В современном парусном спорте подъемную

силу паруса увеличивают придавая ему вогну-

тую форму с некоторой «пузатостью» (рис. 96):

размер от мачты до наиболее глубокого места

«пуза» обычно составляет 0,3—0,4 ширины па-

руса, а глубина «пуза»—около 6—10% шири-

ны. Подъемная сила такого паруса на 20—25%

больше, чем совершенно плоского почти при

том же лобовом сопротивлении. Правда, яхта с

плоскими парусами идет чуть круче к ветру.

Однако с «пузатыми» парусами

скорость продвижения в лавиров-

ку больше благодаря большей тя-

ге.

Заметим, что у пузатых парусов

увеличивается не только тяга, но и

сила дрейфа, а значит, крен и

дрейф яхт с пузатыми парусами

больше, чем со сравнительно пло-

скими. Поэтому «пузатость» пару-

са больше 6—7% при сильном

ветре невыгодна, так как увеличе-

ние крена и дрейфа приводит к

значительному повышению со-

 

Рис. 96. Профиль паруса

 

противления корпуса и снижению

эффективности работы парусов, которые «съедают» эффект увеличения тяги. При слабых ветрах лучше тянут паруса с «пузом» 9—10%, так как из-за малого общего давления ветра на парус крен невелик.

 

Рис. 97. Работа стакселя

 

Любой парус при

углах атаки больше

15—20°, то есть

при курсах яхты

40—50° к ветру и

больше, позволяет

уменьшить подъ-

емную силу и уве-

личить лобовое со-

противление,

поскольку на подвет-

ренной стороне об-

разуются значи-

тельные завихре-

ния. А так как основную часть подъемной силы создает плавное, без завихрений, обтекание подветренной стороны паруса, то уничтожение этих завихрений должно дать большой эффект.

 

Уничтожают завихрения, образующиеся за гротом, постановкой стакселя (рис. 97). Поток воздуха, попадающий в щель между гротом и стакселем, увеличивает свою скорость (так называемый эффект сопла) и при правильной регулировке стакселя «слизывает» вихри с грота

Со стакселем грот увеличивает свою силу тяги аж на 50 - 100 %, то есть от полутора до двух раз, при неизменном или даже несколько уменьшившемся лобовом сопротивлении.

 

Даже небольшой по размерам стаксель, таким образом, резко увеличивает общую тягу парусного вооружения яхты.

 

Однако имеются и другие способы увеличить тягу без роста лобового сопротивления и площади парусности:

 

А) сделать матчу из каплевидного, обтекаемого профиля и сделать ее поворотной вдоль своей оси, чтобы при повороте гика с парусом профиль вставал вдоль потока ветра и не создавал завихрений перед парусом. Так делается почти на всех скоростных многокорпусных судах и на некоторых гоночных однокорпусных яхтах.

 

Как максимальное развитие этой идеи, нынче сконструированы и применяются на рекордных и гоночных яхтах объемные каркасные мачты-паруса крыльевого профиля, в некоторых случаях даже с управляемыми закрылками по задней кромке.

 

Б) Надеть грот на мачту широким вертикальным карманом, пришитым вдоль передней его шкаторины. Тогда натянутый назад парус будет иметь плавно сходящиеся от относительно толстой мачты стороны кармана в качестве обтекателей, не дающих возникать завихрениям позади мачты. Так делается на малых гоночных швертботах - кэтах, например в классе "Луч".