Почему парусник может плыть против ветра? Как работает парус Продвижение против ветра. Лавировка

Передвижение парусной яхты по ветру фактически определяется простым давлением ветра на ее парус, толкающим судно вперед. Однако, как показали исследования в аэродинамической трубе, путешествие под парусом против ветра подвергает парус воздействию более сложного набора сил.

Когда набегающий воздух обтекает вогнутую заднюю поверхность паруса, скорость воздуха уменьшается, в то время как при обтекании выпуклой передней поверхности паруса эта скорость растет. В результате на задней поверхности паруса образуется область повышенного давления, а на передней - пониженного. Разность давлений на двух сторонах паруса создает тянущую (толкающую) силу, которая перемещает яхту вперед под углом к ветру.

Парусная яхта, расположенная примерно под прямым углом к ветру (по морской терминологии - яхта идет галсом), быстро движется вперед. Парус подвергается воздействию тянущей и боковой сил. Если парусная яхта идет под острым углом к ветру, ее скорость замедляется из-за уменьшения тянущей силы и увеличения боковой. Чем сильнее парус повернут к корме, тем медленнее яхта движется вперед, в частности из-за большой боковой силы.

Парусная яхта не может плыть прямо против ветра, однако может продвигаться вперед, совершая серию зигзагообразных коротких перемещений под углом к ветру, называющихся галсами. Если ветер дует в левый борт (1), говорят, что яхта идет левым галсом, если в правый борт (2) - правым галсом. Для того чтобы быстрее пройти дистанцию, яхтсмен старается увеличивать до предела скорость яхты, регулируя положение ее паруса, как это показано на рисунке слева внизу. Для минимизации отклонения в сторону от прямой линии, яхта передвигается, меняя курс с правого галса на левый и наоборот. Когда яхта меняет курс, парус перебрасывается на другой борт, и при совпадении его плоскости с линией ветра какое-то время полощется, т.е. находится в бездействии (средний рисунок под текстом). Яхта попадает в так называемую мертвую зону, теряя скорость до тех пор, пока ветер снова на надует парус с противоположной стороны.

Межрайонная научно-практическая конференция «Шаг в будущее»

Секция: физика

Тема: «Физика движения парусной яхты»

Руководитель: Бухольцева О.В., учитель физики

МОУ СОШ №11, г.Северобайкальск

Северобайкальск

Мы хотим уделить внимание актуальности обучения новичков: 2

Новизна 3

Яхты Северобайкальска 3

Физика 4

Движущая сила ветра 4

Закон Бернулли 4

Курс фордевинд 5

Курс галфвинд 6

Расположение веса и взаимодействие вода-корпус 7

Продольное распределение веса. Острые курсы 8

Продольное распределение веса. Полные курсы 8

Поперечное распределение веса при попутном ветре 9

Поперечное распределение веса при попутном ветре и волне 9

Заключение 11

В течение 10 лет мы занимаемся парусным спортом. Сначала ходили на «Оптимистах», со временем мы набрались опыта и стали ходить на яхтах класса «Луч-мини» и «Кадет». Теперь же став старше и еще более опытнее, мы можем управлять яхтой класса «Луч-стандарт» и крейсерскими судами. Участвовали в региональных регатах в Северобайкальске, Братске и Усть-Илимске. Неоднократно занимали призовые места и были победителями.

Мы хотим уделить внимание актуальности обучения новичков:

Летом в лагере «Байкальская регата» мы, «старички», обучаем новичков парусному спорту. Время обучения – 21 день. И тут будущий яхтсмен понимает, как важны знания физики, а не интуиция. Ведь каждый «новичок» считает, что главное в движении ветер и желательно попутный. Вот и есть первая и большая ошибка. И таких немало. Поэтому цель нашей работы: создать пособие для изучения физики движения парусной яхты.

Чтобы достичь цели, нам нужно решить следующие задачи :

1. 
   Рассмотреть виды яхт, которые доступны в Северобайкальске.
2. 
   Изучить природу движения яхты.
3. 
   Оспорить точку зрения новичков в том, что попутный ветер – самое главное.
4. 
   Изучить, как расположение веса влияет на скорость яхты.
5. 
   Рассмотреть влияние физических характеристик воды на скорость яхты.

Методы решения задач:

1. 
   Сбор и анализ информации.
2. 
   Интервью и опрос.
3. 
   Выполнение расчетов.
4. 
   Составление таблиц.
5. 
   Испытания яхт.

Новизна

В книгах и на сайтах есть описание физики движения яхты, но во всех этих материалах каждый фактор, влияющий на движение яхты, а именно взаимодействие ветра с парусом, распределение веса по яхте, взаимодействие воды с корпусом рассматривается в отдельности, что, по-нашему мнению, неправильно. Ведь яхтсмену для победы необходимо объединить в единое целое эти три фактора.

Яхты Северобайкальска

В Северобайкальске в наличии имеются некоторые классы яхт, такие как:

Название	Водоизмещение	Длинна	Парусность	Экипаж
Луч	≈ 160 кг	4.23 м	7.05 м 2	1 чел
Оптимист	аварийная плавучесть не менее 90 литров	≈ 2.3 м	3,33 м 2	1 чел
Финн	107кг	4,50м	10 м 2	1 чел
Кадет	95кг	3.22 м	9,41 м 2	2 чел
Ассоль	630кг	5,53м	13,66 м 2	4 чел

http://minitonnik.com.ua/?q=node/126

Физика

Движущая сила ветра

Движение яхты происходит благодаря тому, что ветер взаимодействует с парусом. Анализ этого взаимодействия приводит к неожиданным, для многих новичков, результатам. Оказывается, что максимальная скорость достигается, вовсе не когда ветер дует точно сзади, а пожелание «попутного ветра» несет в себе совершенно неожиданный смысл.

Как парус, так и киль, при взаимодействии с потоком, соответственно, воздуха или воды, создают подъемную силу, следовательно, для оптимизации их работы можно применить теорию крыла.

Закон Бернулли

Воздушный поток обладает кинетической энергией и, взаимодействуя с парусами, способен двигать яхту. Работа, как паруса, так и крыла самолета, описывается законом Бернулли, согласно которому увеличение скорости потока приводит к уменьшению давления. При перемещении в воздушной среде, крыло разделяет поток. Часть его обходит крыло сверху, часть снизу. Крыло самолета спроектировано так, что воздушный поток, проходящий над верхней стороной крыла движется быстрее, чем поток, который проходит под нижней частью крыла. В результате - давление над крылом значительно ниже, чем под. Разница давления и есть подъемная сила крыла.

Парус может двигать яхту только в том случае, если находится под некоторым углом к потоку и отклоняет его. Остается вопрос: какая часть подъемной силы связана с эффектом Бернулли, а какая является результатом отклонения потока. Согласно классической теории крыла подъемная сила возникает исключительно в результате разницы скоростей потока над и под ассиметричным крылом. Хорошо известно, что и симметричное крыло способно создавать подъемную силу, если установлено под определенным углом к потоку. В обоих случаях угол между линией соединяющей переднюю и заднюю точки крыла и направлением потока, называется углом атаки.

Подъемная сила увеличивается с увеличением угла атаки, однако эта зависимость работает только при небольших значениях этого угла. Как только угол атаки превышает некий критический уровень и происходит срыв потока, на верхней поверхности крыла образуются многочисленные вихри, а подъемная сила резко уменьшается.

Парус, находясь под углом к воздушному потоку, отклоняет его. Идущий через «верхнюю», подветренную сторону паруса, воздушный поток проходит более длинный путь и, в соответствии с принципом неразрывности потока, движется быстрее, чем с наветренной, «нижней» стороны. В результате – давление с подветренной стороны паруса гораздо ниже, чем с его наветренной стороны.

Курс фордевинд

При движении курсом фордевинд , когда парус установлен перпендикулярно к направлению ветра, степень увеличения давление с наветренной стороны больше, чем степень понижения давления с подветренной стороны, другими словами ветер больше толкает яхту , чем тянет. По мере того, как яхта будет поворачивать острее к ветру, это соотношение будет меняться. Так, если ветер дует перпендикулярно курсу яхты, увеличение давления на парус с наветренной стороны оказывает меньшее влияние на скорость, чем снижение давления с подветренной стороны. В следствии, при этом курсе, парус больше тянет яхту, чем толкает.

Яхтсмены знают, что фордевинд далеко не самый быстрый курс. Если ветер той же силы дует под углом 90 градусов к курсу, яхта движется намного быстрее. На курсе фордевинд сила, с которой ветер давит на парус, зависит от скорости яхты. По мере увеличения скорости давление на парус падает и становится минимальный, когда яхта достигает максимальной скорости. Максимальная скорость на курсе фордевинд всегда меньше скорости ветра . Причин тому, несколько: во-первых, трение, при любом движении некоторая часть энергии расходуется на преодоление различных сил препятствующих движению. Но главное то, что сила, с которой ветер давит на парус, пропорциональна квадрату скорости вымпельного ветра, а скорость вымпельного ветра на курсе фордевинд равна разнице скорости истинного ветра и скорости яхты.

Курс галфвинд

Курсом галфвинд (под 90º к ветру) парусные яхты способны двигаются быстрее ветра. Отметим только, что на курсе галфвинд, сила, с которой ветер давит на паруса, в меньшей степени зависит от скорости яхты

.

Расположение веса и взаимодействие вода-корпус

Всем полезно обратить внимание на эффект, который оказывает распределение веса в той или иной ситуации. Каждый раз, когда мы предлагаем поговорить о настройке яхты, новички уверены, что речь пойдет о рангоуте и парусах. Но есть область, о которой редко вспоминают – это положение корпуса в воде - как «уравновешивать», «удифферентовывать судно», «правильно распределять балласт на судне».

Очевидно, что правильное распределение веса может сыграть решающую роль в определении положения яхты на финише. Решить эту задачу можно при переносе веса в ту или иную точку на яхте.

Главный принцип балансировки яхты состоит в том, чтобы найти равновесие сил, действующих на корпус, и поддерживать положение корпуса в состоянии, которое обеспечит максимальную скорость при тех или иных погодных условиях.

Продольное распределение веса. Острые курсы

1. 
   Легкий ветер

Чем медленней движется яхта, тем больше вероятность возникновения турбулентных завихрений за кормой. Исправить положение можно, если разгрузить корму, т. е. перенести вес ближе к носу.

Обычная проблема при слабом ветре – это уменьшение тенденции яхты приводиться. Из-за этого становится трудно отслеживать изменения подъемной силы и идти максимально остро к ветру. При легком ветре положение парусов и такелажа уменьшает тенденцию приводиться и оставляет яхтсменов без ощущений, которыми они привыкли. Классическим решением этой проблемы будет накренить яхту в подветренную сторону, чтобы изменить форму подводной части и усилить тенденцию приводиться. К сожалению, для большинства корпусов этот шаг увеличивает площадь смачиваемой поверхности корпуса, а также увеличивает сопротивление кормы и, соответственно, уменьшает скорость яхты. Если вместо этого перенести вес вперед и пригрузить нос, центр бокового сопротивления сместится вперед, тенденция приводиться увеличится, а площадь смоченной поверхности останется в прежних значениях. Очевидно, что, используя крен для поворота в наветренную сторону, рулевой просто увеличивает сопротивление корпуса.

1. 
   Свежий ветер

Внимательно следите за тем, чтобы корма не опускалась слишком низко в воду, а нос поднимался над водой, это уменьшит длину ватерлинии. Обычно я понемногу смещаюсь к носу до тех пор, пока не почувствую, что яхта рыскает на курсе, после чего возвращаюсь немного назад. На швертботе с выносной трапецией можно сместить вес назад, это увеличит скорость, но уменьшит остроту курса. Кроме этого, такой режим движения позволит приподнять нос над поверхностью, чтобы избежать столкновения корпуса с волной.

Продольное распределение веса. Полные курсы

1. 
   Легкий ветер

Принцип остается тем же: свести к минимуму площадь смоченной поверхности. В этой ситуации преимущество может получить более тяжелый яхтсмен, потому что он способен больше углубить нос яхты, хотя в большинстве случаев считается, что чем легче яхтсмен, тем лучше он управляет небольшой яхтой.

Длина ватерлинии является одним из важнейших параметров, определяющим скорость водоизмещающих корпусов. В результате углубления носа может приподняться корма, а это резко уменьшит длину ватерлинии. (При слабом ветре длина ватерлинии менее важна, чем площадь смоченной поверхности). Если вы сидите удобно, скорее всего, вы недостаточно сместились вперед. Посмотрите на воду за кормой: если увидите завихрения потока, смещайтесь вперед.

1. 
   Ветер средней силы

Смещайтесь вперед, если яхта прекращает глиссирование, и назад, если яхта выходит на глиссирование. Однажды мой старинный товарищ сказал, что помнит важное правило: сидеть как можно ближе к корме… Я думаю, что он забыл важное дополнение: до тех пор, пока поток сзади остается плавным, без завихрений. Это и послужило причиной провального финиша, после того, как он вместе с братом прошел всю гонку сидя друг напротив друга у самой кормы. Для успеха в гонке необходимо поддерживать тонкий баланс между нагрузкой на нос и на корму.

Если принимать во внимание эффект, который создают волны, перемещение вперед-назад может существенно помочь удержать режим глиссирования.

1. 
   Сильный ветер

Расположитесь как можно ближе к корме – это поможет держать нос выше над водой и снизит вероятность удара корпуса о волну. К сожалению, этого порой оказывается недостаточно.

Поперечное распределение веса при попутном ветре

1. 
   Слабый ветер

Некоторые считают, что яхта всегда должна идти с легким креном, особенно при небольшой волне. Мы сторонники крена в подветренную сторону. Если от встречи с волной или захода ветра скорость вдруг резко снизится, у яхты, идущей с креном, остается возможность немного ускориться. Для этого достаточно ее выровнять.

Если сила ветра достаточна, на повороте фордевинд можно выполнить следующий трюк.

Сместитесь вперед насколько это возможно и накрените лодку на несколько градусов на ветер, рулем удерживая яхту на нужном курсе. Сначала вы почувствуете небольшую тягу руля, но как только шверт начнет генерировать подъемную силу, давление уменьшится, руль станет легким, нейтральным, и установится в нужном направлении. Такой поворот очень эффективен еще и потому, что позволяет набрать дополнительную высоту по ветру. Но будьте осторожны: если во время такого маневра появится волна, которая погасит скорость, эффект может оказаться катастрофическим.

1. 
   Средний ветер

Типичная проблема при усилении ветра – это постоянный крен, из-за которого тенденция приводиться увеличивается. Для того, чтобы ее компенсировать, приходится постоянно отклонять руль. Это все равно, что тащить ведро за кормой. Перо руля самый – большой тормоз на яхте. При повороте перо руля работает эффективней, если корма приподнята над водой. Опущенный в воду нос делает поворот на ветер еще более эффективным.

На современных яхтах существует множество приемов, с помощью которых можно уменьшить тенденцию приводиться. Но если сделать так, чтобы яхта кренилась в наветренную сторону, проблема исчезнет.

Поперечное распределение веса при попутном ветре и волне

Бакштаг

При движении полными курсами при сильном волнении форма корпуса должна быть использована для облегчения управления яхтой. Для того, чтобы оседлать попутную волну и предотвратить чрезмерный крен, необходимо резко двигать рулем, а это уменьшает шансы на успех.

Уваливание

Если рассмотреть силы, действующие на лодку, становится понятным, почему при уваливании нос лодки уходит в воду. Крен создает подъемную силу на руле, в результате которой нос притапливается, и усложняет уваливание. Чтобы компенсировать это, необходимо растравить гика-шкот, и нос начнет смещаться под ветер. Тонкую коррекцию курса можно сделать рулем. Во время поворота вес команды лучше сместить назад; в результате этого нос приподнимется, и это поможет ветру развернуть его в нужном направлении.

Поворот оверштаг

По опыту управления малыми швертботами я знаю, что в процессе поворота скорость может резко снизиться. Одной из причин этого является перемещение рулевого в кокпите. Ныряя под гик во время поворота, рулевой смещается назад, притапливает корму, и она начинает работать как неплохой тормоз. Исправить ситуацию можно, если обходить погон лицом назад. При этом центр тяжести смещается не так далеко назад, ведь «пятая точка опоры» тяжелее головы! Это эффективный маневр, но будьте осторожны, уклоняясь от гика, не сгибайтесь слишком сильно – одно движение ногой, и эффект от ваших действий исчез. (При подготовке текста эта рекомендация вызвала серьезное сомнение. Ведь при пересадке лицом назад, рулевой теряет ориентацию, контроль над происходящим вокруг. Предлагаем читателям, принять самостоятельное решение о том, какой способ лучше. – Прим. переводчиков.)

Итак, как распределяем вес:

Легкий ветер	Средний ветер	Свежий ветер
· смещайтесь вперед до тех пор, пока чувствуете себя комфортно; · не крените яхту в подветренную сторону, лучше сместитесь вперед.	· помните, что руль – это тормоз. Старайтесь держать его в среднем положении, изменяйте курс работой с парусами; · как только яхта начнет глиссировать, сместитесь назад, как только яхта перейдет в водоизмещающий режим, смещайтесь вперед; · уваливаясь, смещайтесь назад, начинайте маневр с потравливания шкотов.	· на полных курсах держите нос яхты как можно выше над водой; · на острых курсах, если сместиться слишком далеко назад – яхта будет тормозить кормой, слишком далеко вперед – яхта будет рыскать на волне.

Основным фактором, который препятствует увеличению скорости, является трение. Поэтому парусники с небольшим сопротивлением движению способны достигать скорости, намного превышающей скорость ветра, но не на курсе фордевинд. Например, буер, за счет того, что коньки обладают ничтожным сопротивлением скольжения, способен разогнаться до скорости 150 км/ч при скорости ветра 50 км/ч и даже меньше.

Заключение

Вывод: город Северобайкальск находится на берегу озера Байкал, в акватории есть единственный в Бурятии яхт-клуб, который является местной завлекалочкой для туристов и школьников. За короткое северное лето многие из них мечтают обучиться хождению на яхтах. Если с изучением снаряжения яхты можно справиться на берегу, то теоретический курс физики движения яхты плохо поддается усвоению. И данное пособие поможет каждому правильно распределить вес, настроить парус и выбрать курс согласно своим физическим данным и умениям.

§ 61. Использование паруса.

В практике управления маломерными моторными судами па море и реке известно много примеров, когда даже самый примитивный парус, сделанный из имеющихся на судне «подручных» средств, позволял небольшому самоходному судну, потерявшему возможность самостоятельно передвигаться, успешно окончить плавание без посторонней помощи.

Судоводителю-любителю надо хорошо знать, как действует парус и как сделать простое парусное оборудование на случай, если механический двигатель судна окажется неисправным, без топлива или за борт упадет подвесной мотор, а также на случай повреждения или потери гребного винта.

Соединение парусного вооружения с мотором увеличивает туристические возможности судна. С помощью паруса аварийное судно можно довести до базы или до ближайшего населенного пункта.

1. Действие паруса.

Давление воздушного потока на поверхность паруса движет судно. Направление этого движения зависит от положения паруса относительно направления ветра. Точка приложения равнодействующей всех сил давления ветра на парус называется центром парусности - ЦП.

Рис. 137. Силы, действующие на парус и судно при ветре с носовых углов

Если бы парус был вытянут вдоль диаметральной плоскости судна, то сила давления ветра А (рис. 137) кренила бы судно, но не двигала его вперед. Но если плоскость паруса поставлена под некоторым углом к направлению ветра, то сила А может быть разложена на две составляющие Б и В. Первая «работает», а вторая «скользит» вдоль паруса (см. рис. 137, а и 138, а).

Всякое судно обладает способностью сопротивляться боковому сдвигу в воде - оно имеет так называемое боковое сопротивление и центр его - ЦБС - располагается обычно близко от миделя судна в его подводной части и приблизительно на одной отвесной линии с ЦП (рис. 139). Перенося силу Б в ЦБС, пренебрегая креном и считая ЦБС неподвижной точкой, можно разложить Б на две составляющие Т и Д. Первая тянет судно вперед вдоль диаметральной плоскости, а вторая стремится сместить судно в бок, создавая ему дрейф (см. рис. 137, б). Величина дрейфа зависит от формы подводной части судна и угла между направлениями диаметральной плоскости ДП судна и ветра. В этом можно убедиться, построив схему сил для нескольких положений. Чем меньше угол между ДП и направлением ветра, тем больше сила А и меньше сила Т (см. рис. 138, а и б).

Рис. 138. Силы, действующие на парус и судно при ветре с кормовых углов

Если судно имеет сильно развитые продольные плоскости под водой (борта, угловатые скулы, киль, руль), то смещение судна в бок незначительно. Если же судно плоскодонное, незагруженное и широкое, то его БС ничтожно и дрейф велик. Поэтому суда первого рода, например, яхты или килевые шлюпки, способны двигаться вперед под углом до 40-30° к направлению ветра, считая от носа, а плоскодонные катера и лодки только при ветре с кормы, т. е. под углами ветра не менее 120° к диаметральной плоскости.

Рис. 139. Положение центра парусности относительно центра бокового сопротивления

Наивыгоднейшее положение паруса при любом направлении ветра такое, при котором плоскость паруса делит пополам угол между ДП и ветром (см. рис. 137, а, 138, а). Практически парус следует ставить так, чтобы угол I был немного меньше угла II .

Если ЦП по вертикали совпадает с ЦБС, то судно движется вперед без помощи руля. Однако на ходу ЦБС несколько смещается в нос или в корму, и поэтому судно на ходу будет всегда уклоняться от курса носом на ветер или под ветер. Обычно считается, что парусное судно под действием шквала или без управления рулем должно само под действием паруса «зарыскнуть» или «прийти к ветру», т. е. повернуть носом против него. Тогда само собой прекратится кренящее действие ветра. Поэтому мачту и парус на судне размещают так, чтобы ЦП был всегда несколько в корму (по вертикали) от ЦБС. Этого достигают при расчете на чертеже или же опытным путем на воде (см. рис. 139). Однако для судов, способных ходить под парусом только с попутными ветрами, ЦП должен быть расположен в нос от ЦБС. Тогда при шквале судно будет само уходить от него, т. е. стремиться «уваливаться под ветер». Это безопаснее и облегчает в случае усиления ветра быструю уборку паруса, если даже для этого будет брошено управление рулем.

2. Основные термины.

В зависимости от направления ветра относительно ДП и борта судна приняты следующие термины правил управления судна под парусами.

Борт, обращенный к ветру, называется наветренным. Борт, обращенный от ветра, называется подветренным. Ход с ветром, дующим в правый борт, называют правым галсом, в левый борт - левым галсом. Прямой отрезок пути под парусами называется галсом.

Двигаться к наветренной цели, расположенной в стороне, откуда дует ветер, значит подыматься; двигаться к подветренной цели - спускаться; парусное судно не может идти прямо против ветра, оно должно идти зигзагами, ложась то на правый, то на левый галс. Такое движение называется лавировкой.

Ветер, дующий с носовых курсовых углов в секторе 0-85°, называется бейдевинд; говорят: «Судно идет в бейдевинд» (правого или левого галса). Ветер, дующий в борт (85-95°), называется галфвинд; говорят: «Судно идет в галфвинд или в полветра» (правого или левого галса). Ветер, дующий с кормовых курсовых углов (95-170°), называется бакштаг; говорят: «Судно идет в бакштаг» (правого или левого галса). Ветер, дующий прямо в корму (175° левый борт- 175° правый борт), называется фордевинд; говорят: «Судно идет на фордевинд». Галс при этом не отмечается. Чем больше становится угол между направлением ветра и ДП, тем ветер делается «полнее», чем меньше, тем ветер и курс «круче».

3. Постановка парусов и управление парусным судном.

Постановку парусов следует сообразовать с направлением ветра. Как правило, косые паруса поднимают, поставив судно носом против ветра («на ветер», «к ветру»). Прямой же парус поднимают, поставив судно по ветру. Если ветер препятствует постановке паруса у берега, следует развернуть судно или отойти от берега. Первым ставят грот, ослабив шкот. Когда фал вытянут до места, обтягивают шкот и начинают править рулем, ложась на нужный курс. После этого ставят стаксель и обтягивают его подветренный шкот.

Грот и стаксель под действием ветра давят на соответствующую оконечность судна. Если эти силы неравны, то судно стремится вращаться вокруг своего ЦБС, зарыскивая или уваливаясь. При движении на прямом курсе при боковом ветре необходимо отрегулировать натяжением шкотов оба паруса так, чтобы судно при прямом руле шло прямо. Если сохраняется все же стремление увалиться или зарыскнуть, но необходимо выровнять судно на курсе рулем. Можно, однако, добиться уравновешенности действия парусов перемещением грузов или людей вдоль шлюпки. Если нос идет под ветер, загружают нос, если идет на ветер, загружают корму.

На ходу под парусами в шлюпке нельзя стоять. Все должны сидеть на сиденьях наветренного борта, а при сильном ветре - на дне лицом к парусу (т. е. с наветренной стороны). При движении под парусом судоводитель-любитель должен поддерживать на судне дисциплину, и только по его команде разрешается перемещаться на судне или выполнять ту или иную работу. Снасти не должны быть разбросаны в беспорядке внутри судна, их следует уложить в бухточки. Шкоты должны быть чисто расправлены; грота-шкот и стаксель-шкот следует держать на руках; запрещается завертывать их взахлест на утках.

В крайнем случае делают один-два оборота и ходовой конец держат на руках.

Грузы, инструменты и другие вещи должны быть уложены так, чтобы при крене судна они не могли сместиться и не препятствовали действиям с парусами, наблюдению вперед и откачиванию воды. Фалы должны быть завернуты так, чтобы в случае сильного шквала их можно было мгновенно отдать.

Если судно сильно кренит ветром, то при ветре с борта или с носа следует потравить шкоты, а затем «привести к ветру», для чего рулем поставить судно почти против ветра, раздернув стаксель-шкоты. При ходе с попутным ветром «приводить к ветру" при сильном шквале опасно, поэтому лучше убрать грот и продолжать движение под стакселем. При ходе в бейдевинд полезно несколько загрузить нос, при этом судно лучше слушает руля и парусов. Если нужно держать круче к ветру, то следует подобрать грота-шкот и несколько потравить стаксель-шкот. Однако нельзя при этом допускать, чтобы паруса «полоскали» (хлопали) по ветру.

Как уже было сказано, угол между ветром и ДП должен делиться парусом пополам. Поставив судно на курс и расположив соответственно парус, следует затем слегка подобрать грота-шкот так, чтобы передняя шкаторина его начала мелко дрожать. Это значит, что парус работает хорошо. Чрезмерное выбирание шкота только валит судно, убавляя ход и увеличивая дрейф (снос под ветер). Чем круче к ветру идет судно, тем ход меньше, а дрейф больше. При ходе в бакштаг дрейфа практически нет, а на фордевинде он отсутствует совершенно.

Управление рулем на фордевинде самое трудное. Судно стремится развернуться бортом к ветру, причем оно может броситься на любой галс. Парус стоит поперек судна и его наружная шкаторина все время рискует быть отдутой с подветра, т. е. с носа, когда ветер после порыва спадает. Тогда парус может стремительно переброситься с одного борта на другой с резким ударом, могут быть порваны ванты, шкот или опрокинуто судно.

Поэтому, идя на фордевинд, следует загрузить больше корму, а во избежание перебрасывания грота на другой галс полезно тонким шестом (багром, веслом) распереть шкотовый угол паруса. Для этого тонкий конец шеста вставляют в шкотовый кренгельс паруса, а толстый упирают во что-нибудь внутри судна - в борт, кильсон. У распорного шеста должен сидеть человек и придерживать его руками.

Если все же парус бросился на другой борт, то следует руками как можно быстрее подобрать слабину шкота, а телом нажать на румпель и вывести судно на курс бакштаг того галса, на который бросился парус. Иначе переброс может повториться. Это означает, что если, например, парус стоял на левый галс (был вывален на правый борт) и его бросило на правый галс, то при переходе паруса на левый борт следует привести судно в полный бакштаг правого галса (взять правее) и так править.

Если при ходе на фордевинд при крепком ветре волнение начинает заливать судно с кормы, а изменить курс почему-либо невозможно, то нельзя загружать корму для улучшения управляемости; вместо этого нужно выпустить с кормы на прочном конце длиной 5-8 м драгу (волокушу). Драгой может служить обвязанная прочная корзинка, загруженная так, чтобы она едва плавала, а также связка любых предметов, имеющих минимальную плавучесть и оказывающих значительное сопротивление. На неглубоком месте можно спустить с кормы небольшую гладкую балластину, волочащуюся по грунту за судном.

Прямой парус, как уже было сказано, непригоден для лавирования, но может все же работать и при боковых ветрах. По общим правилам оттяжками и шкотами его поворачивают в требуемое положение и рулем удерживают судно на нужном курсе или возможно ближе к нему. В этих случаях наветренные шкот и оттяжку реи заносят вперед, а подветренные - на корму.

4. Повороты.

Под парусами для перемены галса делаются повороты двух видов: поворот оверштаг делают, приводя судно к ветру и переходя носом через линию ветра; поворот через фордевинд делают, уваливая нос судна под ветер и переходя линию ветра кормой.

Рис 140. Поворот оверштаг

Поворот оверштаг (рис. 140) удобнее и безопаснее, чем через фордевинд, так как судно не разгоняется, а наоборот, почти останавливается, проходя носом линию ветра. Перед поворотом подают команду: «К повороту оверштаг готовиться», берут несколько полнее, чтобы увеличить ход, затем подбирают грота-шкот, кладут руль на ветер и травят стаксель-шкот. Судно пойдет носом к ветру, стаксель заполощет. В момент, когда судно стало носом на ветер и заполоскал грот, полезно снова подобрать стак сель-шкот, чтобы он помог перевалить через линию ветра, для этого командуют: «Стаксель на ветер». Затем травят грота-шкот, переводят шкотами стаксель на новый галс, командуя: «Стаксель на правый (или левый) борт», и дают судну под его действием увалиться под ветер на новом галсе, после чего выбирают грота-шкот и ложатся на нужный курс.

Рис. 141. Поворот через фордевинд

Для облегчения поворота оверштаг полезно перед его началом пересадить одного-двух человек в нос. Может случиться, что судно, придя носом к ветру, остановится и пойдет задним ходом. За этим надо следить и сразу же переложить руль. Тогда на заднем ходу рулем можно развернуть корму в нужном направлении и поворот удастся. Если же поворот совсем не удался, то следует быстрее лечь на прежний галс и повторить маневр.

Поворот через фордевинд (рис. 141) делается тогда, когда это требуется по форме фарватера или когда благоприятствуют погода и местность. Этот поворот требует простора, так как судно получает большой ход. Для поворота через фордевинд, после предупредительной команды, начинают уваливаться под ветер, постепенно потравливая грота-шкот. Придя в бакштаг, кладут постепенно руль еще больше под ветер, одновременно быстро выбирают грота-шкот, чтобы при перебрасывании паруса он был выбран, а парус вытянут посреди судна.

Тогда переход грота на другой борт произойдет без рывка. Судно перейдет кормой линию ветра, паруса перейдут на другой галс и «заберут» ветер. Стаксель-шкот травят, чтобы он не препятствовал судну идти носом к ветру. Как только судно пришло на новый галс, грота-шкотом и рулем приводятся на требуемый курс и правят им, подобрав соответственно шкоты стакселя и грота.

При сильном ветре поворот через фордевинд делают, убрав грот или прихватив его к мачте.

Вымпельный ветер

Попробуем понять за счет, каких сил, и на основании каких принципов происходит движение парусного судна под действием ветра. Рассмотрим только косые паруса, как наиболее часто встречающиеся в настоящее время. Косое парусное вооружение бермудского типа это основное вооружение большинства современных как одномачтовых, так и двухмачтовых судов. Все спортивные и круизные одномачтовые яхты так же вооружаются бермудским шлюпом.

Это вооружение дает максимальные возможности по выбору курса относительно направления ветра и требует существенно меньшего экипажа для управления парусами и не требует такой высокой его выучки как в случае применения прямого парусного вооружения.

Замечательной особенностью косого паруса является его способность создавать тяговое усилие на курсах до 30-40 градусов к направлению ветра.

При этом нужно учитывать, что парусное судно движется относительно вымпельного или кажущегося ветра, а не относительно истинного или метеорологического ветра.

При движении любого объекта в воздушной среде возникает поток набегающего воздуха, скорость которого определяется скоростью движения объекта. Соответственно, даже при полном отсутствии ветра (штиль) наблюдатель, находящийся на судне будет ощущать ветер равный скорости судна - курсовой ветер, который будет по величине равен скорости судна, а по направлению противоположен направлению движения судна. Таким образом, парусное судно, при своем движении испытывает действие двух потоков воздуха:

Действие потока, вызванного наличием истинного ветра;

Действие потока, вызванного движением судна – курсового ветра.

Для определения результирующего потока воздуха, ощущаемого наблюдателем, находящимся на движущемся объекте, необходимо произвести векторное сложение потоков. Результирующий вектор и будет по скорости и направлению, ощущаемым или кажущимся ветром, который называется вымпельным ветром. Этот ветер и будет рассматриваться как ветер, действующий на паруса судна при его движении (рис 1).

Этот ветер является единственным ветром, с которым взаимодействуют паруса, а разложение его на истинный ветер и курсовой является результатом анализа исходных воздушных потоков.

Вымпельный ветер является величиной переменной даже при стабильном по скорости и направлению истинном ветре, так как его скорость и направление зависят от скорости и направления движения судна. Для простоты рассуждений рассмотрим случай, при котором рис. 1.

истинный ветер направлен под прямым углом к направлению движения судна и скорость истинного ветра равна скорости судна (рис. 2). Из рисунка видно, что при движении под углом 90 градусов к истинному ветру судно движется под углом 45 градусов к вымпельному ветру.

истинный В соответствие с изложенным выше, можно

ветер вымпельный ветер утверждать, что два судна, движущиеся од-

ним и тем же курсом, при одних и тех же ветровых

условиях, но с разными скоростями относительно воды будут двигаться под разными углами к вымпельному ветру. Судно, движущееся с более высокой скоростью, будет идти острее к вымпель-ному ветру, сохраняя тот же курсовой угол относительно истинного ветра. При этом, ветро- указатели на то пах мачт этих судов будут находить-

курсовой ветер ся под разными углами к ДП судна, фиксируя направ-

рис. 2 ление вымпельного ветра каждого из судов (рис. 3).

судно 1 судно 2

Из рисунка видно, что судно, идущее с большей скоростью, идет под меньшим углом к вымпельному ветру. Из этого можно сделать вывод о том, что при увеличении скорости движения судна вымпельный ветер заходит (уменьшается угол между направлением движения судна и вымпельным ветром). При дальнейшем увеличении скорости судна (лучше обводы, меньше трение, эффективнее работают паруса, другая конструкция корпуса судна) угол между направлением движения судна и вымпельным ветром станет меньше минимального лавировочного угла (минимального угла между направлением движения судна и вымпельным ветром, при котором сохраняется возможность эффективной работы парусов). После этого судно, имеющее большую скорость, будет вынуждено увалиться (увеличить угол между направлением движения судна и направлением вымпельного ветра) до восстановления минимального лавировочного угла. Этим объясняются разные углы выхода на ветер (угол между направлением истинного ветра и направлением движения судна). При этом, скорость выхода на ветер (скорость сближения с точкой прихода, находящейся на ветре) может быть больше у судна с большим углом выхода на ветер, но и большей скоростью движения. В качестве примера рассмотрим скорость выхода на ветер килевой яхты, спортивного швертбота и катамарана (рис. 4).

Острее к ветру идет килевая яхта, имеющая наименьшую, из этих судов, скорость движения. За ней идет спортивный швертбот и наименее остро к истинному ветру идет спортивный катамаран. Каждое из этих судов идет под одним и тем же углом к вымпельному ветру, но под разными углами к истинному ветру. Но, при этом, самая высокая скорость выхода на ветер будет у спортивного катамарана. Из рассмотрения треугольника скоростей становится понятной возможность приводится к истинному ветру на порывах ветра (кратковременное ускорение ветра). В порыве скорость истинного ветра возрастает, а скорость судна остается, в течение какого-то времени, прежней. Вымпельный ветер отходит и появляется возможность привестись и восстановить лавировочный угол относительно вымпельного ветра (рис. 5)

рис. 4

Килевая яхта

швертбот

Катамаран

Через некоторое время скорость судна возрастет, и оно будет вынуждено увалиться до прежнего курса относительно истинного ветра, сохраняя угол относительно вымпельного ветра. Однако, увеличение скорости судна возможно до достижения скорости, предельной для движения судна в водоизмещающем режиме (скорость судна в водоизмещающем режиме, выраженная в узлах, не может превышать длину судна, выраженную в метрах). Следовательно, при дальнейшем увеличении скорости ветра скорость судна не будет возрастать и курс судна относительно истинного ветра может быть острее.

Очень важным является наличие течений в районе плавания судна, с точки зрения поведения вымпельного ветра. При плавании на течении скорость судна векторно складывается со скоростью течения. В результате меняется абсолютная скорость судна и происходит изменение скорости и направления вымпельного ветра. При движении с попутным течением вымпельный ветер заходит, а при движении со встречным течением отходит. Следовательно, при попутном течении лавировочный угол увеличивается, а при встречном ветре – уменьшается. При этом скорость выхода яхты на ветер сохраняется практически неизменной. При направлении течения по направлению или против направления истинного ветра происходит изменение скорости истинного ветра. При однонаправленных ветре и течении вымпельный ветер заходит, а при разнонаправленных отходит, в силу увеличения скорости истинного ветра. Взаимодействие ветра и течения менят лавировочные углы судна относительно истинного ветра.

Современное навигационное оборудование дает возможность получать информацию не только о направлении и силе вымпельного ветра, но и о силе и направлении истинного ветра, путем пересчета треугольника скоростей (рис. 1). GPS дает информацию о скорости и направлении движения судна, а анеморумбометр о скорости и направлении вымпельного ветра. Путем пересчета треугольника скоростей система получает информацию о скорости и направлении истинного ветра.

Понимание поведения вымпельного ветра является ключевым для планирования маршрута движения судна, при известном направлении и скорости истинного ветра и фактической скорости парусного судна.

Однако для тихоходных судов угол между направлением истинного и вымпельного ветра незначителен и можно, с определенной степенью точности, утверждать, что этот угол находится в пределах 10-20 градусов.

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти «против ветра» – или, по выражению моряков, идти «в бейдевинд». Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра. Но угол этот мал – около четверти прямого угла, – и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса. В самом деле: пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рисунке ниже; линия АВ обозначает парус.

Ветер толкает парус всегда под прямым углом к его плоскости.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем давление ветра силой R, приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q , перпендикулярную к парусу, и силу Р, направленную вдоль него (см. рис. вверху, справа). Последняя сила никуда но толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q , которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК изображает килевую линию судна.

Как можно идти на парусах против ветра.

Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном рядом стрелок. Линия АВ изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рисунке за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой Q , которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу R , перпендикулярную к килю, и силу S , направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении R встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила R почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S , которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, подвигает судно под углом, как бы навстречу ветру. [Можно доказать, что сила S получает наибольшое значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра.]. Обыкновенно это движение выполняется зигзагами, как показывает рисунок ниже. На языке моряков такое движение судна называется «лавировкой» в тесном смысле слова.