Техника хождения под парусом. Курс яхты относительно ветра. Уравновешивание паруса

Трейлерные яхты

Трейлерные яхты Эти суда гибридного дизайна, распространенные во всем мире, являются чем-то средним между килевой яхтой и швертботом. Такая лодка по размерам меньше, чем большинство килевых яхт, но больше среднего швертбота; внутрен нее пространство компактной каюты

2.4.5. Соображения относительно долгосрочного выхода с территории противникаТри главных соображения относительно долгосрочного выхода с территории противника: куда идти, отношение со стороны населения и соображения по поводу выживания. Некоторые дополнительные

Нет ветра – нет паруса

Ветер – основная движущая сила в яхтинге. Можно понять и отношение моряков к этой воздушной стихии, которые еще с давних пор говорили, что страшнее для корабля и экипажа не шторм, а полный штиль. Конечно, сейчас даже на парусных яхтах есть двигатели, что позволяет избежать бунта на корабле и добраться до порта. Но без ветра становится бессмысленной любая регата, пропадает все удовольствие от круиза. До сих пор живы морские суеверия, как можно призвать ветер. Например, считалось, что нужно «почесать» мачту или начать полоскать за бортом швабру, пока не подует.

Но давайте отложим пока шаманские ритуалы и разберемся, что представляет собой ветер с научной точки зрения? Это перемещение по горизонтали огромной по объему воздушной массы, где обычно сохраняется примерно одинаковая температура и уровень влажности. Причем воздух перемещается туда, где давление ниже. Погодные условия влияют на скорость, силу и направление ветра, поэтому яхтсменам важно знать прогноз до выхода на воду.

Вот что стоит знать о ветре:

Техника хождения под парусом. Курс яхты относительно ветра. Уравновешивание паруса

Яхтинг: Полное руководство

КАК ЛОДКА ИДЁТ ПОД ПАРУСОМ

Для многих людей плывущая лодка представляет собой загадочное зрелище. Действительно, если бросить в море кусок металла, он сразу утонет, между тем большие корабли, сделанные из многих тысяч тонн стали, благополучно в том же море плавают. Почему ?Первым на этот вопрос ответил греческий математик Архимед. Погружаясь в ванну, он обратил внимание на то, что вода, наполнявшая ее, выливается через край.

Продолжив наблюдения, Архимед обнаружил, что объем вытесненной воды совпадает с массой тела, а также то, что при погружении тела в воду на него действует выталкивающая сила, и если эта сила (вес вытесненной воды) равна весу тела, оно не тонет. Так была описана природа плавучести.

Лучше всего яхта идет в положении оптимального плавания (вверху в центре); скорость и ходовые качества лодки снижаются, если ее корпус находится выше или ниже этого положения. То же относится и к грузовому судну: груз заставляет его опускаться глубже в воду

Большой корабль плавает потому, что его корпус имеет огромный объем и вытесняет большое количество воды. С другой стороны, маленький кусочек металла вытесняет очень мало воды, поэтому фактически нет выталкивающей силы, которая могла бы удержать его на поверхности, и он тонет. Это элементарное объяснение можно проиллюстрировать на примере грузового судна: когда в трюме нет груза, оно немного поднимается на воде и опускается, если в трюм поместить груз (см. рис. вверху). Форма корпуса остается прежней, поэтому выталкивающая сила остается такой же, но вес груза увеличивает вес судна, заставляя его погружаться глубже в воду.

Если груз добавлять и добавлять, то наступит момент, когда судно исчезнет под водой, но, прежде чем это случится, оно достигнет точки, которую судостроители называют положением оптимального плавания. В этой точке судно наиболее устойчиво, его общий вес равен весу вытесненной воды.

Все эти рассуждения применимы к яхтам – они проектируются для погружения на уровень, который дает возможность достичь максимальной скорости и продемонстрировать ходовые качества при соответствующей форме корпуса, с учетом назначения судна. Легкие, быстрые гоночные яхты более плавучи, чем тяжелые крейсеры.

С точки зрения плавучести важным фактором является вес лодки, а при решении вопроса об эксплуатационных качествах судна конструктор должен принимать во внимание всю подводную часть корпуса. Ее форма и размер определяют скорость движения яхты, ее гоночные качества, а также размер внутренних помещений.

Форма корпуса самым непосредственным образом влияет на скорость судна. Чем более обтекаемую форму имеет его корпус, тем быстрее оно движется

Вес также влияет на остойчивость судна; тип и форма киля, количество балласта определяют, насколько оно устойчиво на воде. Глубокий балластный киль обеспечивает максимальную остойчивость, а выдвижной киль (шверт), прикрепляемый к бортам или днищу, уменьшает остойчивость.

Форма корпуса и вес судна – это те факторы, которые конструктор должен учитывать при разработке проекта, в соответствии с типом будущего судна.

Проект маленького круизера (лодки для путешествий, прогулочного судна) будет, разумеется, достаточно простым, а современные океанские гоночные яхты конструируются по очень сложным схемам.

Помимо плана размещения парусов, такелажа и общей компоновки внутренних помещений, чертежи корпуса обычно выполняются в трех видах: бок, полуширота и корпус, вместе они дают представление о форме корпуса судна и позволяют строителю в точности следовать указаниям проектировщика.

Бок показывает корпус яхты го стороны правого борта с контурными линиями (известными как батоксы), обозначающими форму корпуса, точно гак же как контурные линии на карте обозначают форму холмов и долин; вид со стороны левого борта будет, естественно, идентичным.

Полуширота похожа на бок, но эта проекция выполняется со стороны днища. На чертеже изображается только половина яхты ради экономии места (отсюда и название), наружный контур соответствует линии палубы.

Наконец, третья проекция показывает поперечное сечение корпуса, одна половина – со стороны носа к центру, а другая – от кормы к центру яхты.

Одна из самых важных задач, решаемых при проектировании парусного судна, – обеспечение его остойчивости. Стоит ступить в маленький круизер, он тут же наклонится в ту сторону, куда вы наступили, поскольку центр тяжести переместится.

Выталкивающая сила приложена в середине яхты, в точке, называемой центром плавучести (В), а сила тяжести (вес) действует в центре тяжести (G) и направлена вниз. Когда точка G находится прямо над точкой В, лодка пребывает в устойчивом положении, она не опрокидывается. Когда лодка наклоняется (кренится), например когда вы в нее ступаете, точки В и G уже не находятся на одной линии. Центр плавучести смещается вправо или влево относительно центра тяжести, и тогда лодка наклоняется в этом направлении. Однако, поскольку выталкивающая сила направлена вверх, а сила тяжести – вниз, вместе они создают поворачивающий рычаг, который стремится вернуть лодку в прежнее положение.

В – центр плавучести

G – центр тяжести

Эта сила известна как восстанавливающий момент, она противодействует крену и придает яхте остойчивость.

Хороший пример – яхта, идущая под парусом. Под давлением ветра на парус яхта кренится, точка В смещается в сторону от точки G, поэтому естественным стремлением для В и G является создание восстанавливающего момента, чтобы привести судно в исходное положение; это реакция остойчивой яхты.

На остойчивость лодки одновременно влияют несколько сил: боковая сила ветра, оказывающая давление на паруса, и противостоящая ей сила давления воды на киль. На швертботе (как показано на рисунке) вес членов команды помогает справиться с креном; на килевых лодках используется вес балласта

Однако у восстанавливающего момента есть предел, и, когда точка G оказывается по другую сторону от точки В, восстанавливающий момент оказывается направленным в другую сторону и превращается в опрокидывающий момент, что заставляет лодку переворачиваться, так как она теряет свою первоначальную остойчивость. Чтобы этого избежать, нужно восстановить положение, при котором яхта находится в нормальном состоянии, – когда точка G находится прямо над точкой В. Для достижения этого есть два способа:

1. Уменьшить давление ветра на паруса обезветриванием. Это дает лодке возможность вернуться в нормальное положение и возвращает G в положение над В. Обычно это достигается ослаблением, или травлением, шкотов (см. с. 189).

2. Использовать вес членов экипажа или балласта для увеличения восстанавливающего момента и противодействия крену. В плоскодонках в качестве балласта используется вес членов команды, они наклоняются в сторону высокого борта (или трапеции), чтобы вернуть судно в нормальное положение. На килевых яхтах используется вес балласта. Когда корпус кренится, киль поднимается, создавая сильный восстанавливающий момент, возвращающий яхту в нормальное положение.

С точки зрения плавучести важным фактором является вес лодки, а при решении вопроса об эксплуатационных качествах судна конструктор должен принимать во внимание всю подводную часть корпуса. Ее форма и размер определяют скорость движения яхты, ее гоночные качества, а также размер внутренних помещений.

Работа паруса при яхтинге.

Одна из основных задач для яхтсмена при работе с парусами заключается в том, чтобы ориентировать парус под оптимальным углом относительно ветра, чтобы наилучшим образом продвигаться вперед. Для этого нужно понимать, как парус взаимодействует с ветром.
Работа паруса во многом аналогична работе крыла самолета и происходит по законам аэродинамики. Для особо любознательных яхтсменов более подробно ознакомиться с аэродинамикой паруса как крыла можно в серии статей: теория паруса. Но лучше это сделать после прочтения данной статьи, постепенно переходя от легкого к более сложному материалу. Хотя, кому я это говорю? Настоящих яхтсменов трудности не пугают. И можно все сделать с точностью наоборот.

Основное отличие паруса от самолетного крыла в том, что для появления на парусе аэродинамической силы нужен некий ненулевой угол между ним и ветром, этот угол называют углом атаки. Крыло самолета имеет несимметричный профиль и может нормально работать при нулевом угле атаки, парус нет.
В процессе обтекания паруса ветром возникает аэродинамическая сила, которая в итоге и двигает яхту вперед.
Рассмотрим работу паруса в яхтинге под разными курсами относительно ветра. Сначала для простоты представим себе, что мачта с одним парусом вкопана в землю и мы можем направлять ветер под разными углами к парусу.

Угол атаки 0°. Ветер дует вдоль паруса, парус полощется, как флаг. Никакой аэродинамической силы на парусе нет, есть только сила лобового сопротивления.
Угол атаки 7°. Начинает появляться аэродинамическая сила. Она направлена перпендикулярно парусу и пока небольшая по величине.
Угол атаки около 20°. Аэродинамическая сила достигла своего максимального значения по величине, направлена перпендикулярно парусу.
Угол атаки 90°. По отношению к предыдущему случаю аэродинамическая сила существенно не изменилась ни по величине, ни по направлению.
Таким образом, мы видим, что аэродинамическая сила всегда направлена перпендикулярно парусу и величина ее практически не изменяется в диапазоне углов от 20 до 90°.
Углы атаки более 90° не имеет смысла рассматривать, поскольку паруса на яхте обычно не ставятся под такими углами относительно ветра.

Приведенные выше зависимости аэродинамической силы от угла атаки являются в большой степени упрощенными и усредненными.
На самом деле эти свойства заметно различаются в зависимости от формы паруса. Например, длинный, узкий и довольно-таки плоский грот гоночных яхт будет иметь максимум аэродинамической силы при угле атаки около 15°, на больших углах сила будет несколько меньше. Если же парус более пузатый и имеет не очень большое удлинение, то аэродинамическая сила на нем может быть максимальной при угле атаки около 25-30°.

Ветровой дрейф означает, что траектория движения яхты не совпадает с ее диаметральной плоскостью (диаметральная плоскость, или ДП, — «умный» термин, обозначающий линию нос — корма). Происходит постоянное смещение яхты под ветер, движение как бы немного боком.
Известно, что при яхтинге на курсе бейдевинд при средних погодных условиях ветровой дрейф как угол между ДП и реальной траекторией движения равен примерно 10-15°.

Как начинающему яхтсмену научиться понимать ветер?

Ветер является основным элементом сэйлинга. Это то, что питает каждую парусную лодку. Перед тем как выйти из марины, яхтсмен должен сначала оценить ситуацию с ветром. В каком направления дует ветер? Какая у него скорость? Как меняется ветер?

Как начинающему яхтсмену научиться понимать ветер?

Сейчас мы рассмотрим не погодные сайты, а базовые наблюдения за погодой и простую физику, которые должен освоить каждый яхтсмен. Для того чтобы понять ветер, как минимум посмотрите на окружающие флаги и определите, в каком направлении они развиваются. Ищите движение ветра на воде. Если вода плоская и гладкая, логично, ветра мало; однако, если вы видите белые шапки, то ветер намного сильнее. Находясь на яхте, вы можете заметить изменения ветра, по цвету воды. Более темное пятно показывает изменение ветра или порывы. Определять подобные изменения — это очень полезный навык для яхтсмена, поскольку это позволит вам быть готовым ослабить или набить паруса.

Парус тянет лодку вперед так же, как крыло поднимает самолет. Когда ветер проходит над верхней кривой крыла самолета, давление воздуха уменьшается, и более высокое давление под крылом поднимает его в сторону более низкого давления. На парусной лодке изогнутый парус функционирует таким же образом, создавая подъемную силу для продвижения яхты вперед.

Опытный яхтсмен также принимает во внимание разницу между истинным и вымпельным ветром.

Истинный ветер — это ветер, который вы чувствуете, когда стоите на месте.

Вымпельный ветер — это ветер, который вы чувствуете, когда двигаетесь. Это сочетание истинного ветра и ветра, созданного вашим движением. Поэтому вымпельный ветер достигает максимальной скорости на острых курсах — от галфвинда до бейдевинда, а своего минимального значения — на курсе фордевинд.

Еще один важный момент в сэйлинге, в котором нужно хорошо разбираться – это курс лодки относительно ветра – отношение лодки и паруса к направлению ветра. Парусная яхта не может идти прямо навстречу ветру — паруса будут просто трепыхаться. Большинство лодок могут идти курсом относительно ветра не меньше 45 градусов. Меньше — паруса больше не будут эффективно генерировать тягу.

Как начинающему яхтсмену научиться понимать ветер?

Курс относительно ветра (Points of Sail)

Левентик (Head to Wind) — это то самое положение, когда ветер по отношению к лодке дует спереди — в нос. Яхта на парусах не может идти против ветра, поэтому левентик в принципе не является курсом, правильно будет сказать «положение» или «мертвая зона».

Бейдевинд — курс, при котором угол между направлением ветра и направлением движения лодка составляет менее 90 градусов. Тяга паруса при этом курсе целиком определяется его подъемной силой, при увеличении давления ветра сила тяги уменьшается. Таким образом, при бейдевинде, парус, устанавливаемый с минимальным углом к вымпельному ветру, работает полностью по тому же принципу что и аэродинамическое крыло.

Читайте также:  Факторы влияющие на клев рыбы

Крутой бейдевинд (CloseHaul) – курс при котором лодка находится от 30 до 45 градусов от источника ветра, и паруса будут очень туго набиты.

Полный бейдевинд (Close Reach) – курс при котором лодка находится от 45 до 60 градусов от источника ветра, а паруса раздувает за пределы лодки.

Галфвинд (Beam Reach) — курс, при котором угол между направлением ветра и направлением движения лодки составляет около 90 градусов – от 80 до 100 градусов. На этом курсе ветер дует перпендикулярно диаметральной плоскости яхты (ДП), а вымпельный ветер оказывается направленным с носа под острым углом к ДП. Соответственно, парус устанавливается под меньшим углом, его тяга равна продольной составляющей подъемной силы. На этом курсе парус должен делить угол между ДП и направлением вымпельного ветра примерно пополам. Это самый быстрый, комфортный и управляемый курс для среднестатистической яхты.

Бакштаг (Broad Reach) — курс ветра, который дует на 100-170 градусов по отношению к лодке, проще сказать – сзади-сбоку. Парус устанавливается под углом к ветру и давление ветра играет основную роль в создании тяги паруса. Для подавляющего большинства лодок — это самый быстрый курс.

Крутой бакштаг – курс при котором лодка находится в положении менее 135 градусов от источника ветра.

Полный бакштаг – курс при котором лодка находится в положении более 135 градусов от источника ветра, то есть приближающийся к фордевинду.

Фордевинд (Run) — курс, при котором ветер направлен в корму под углом 180 градусов, и лодка идет полным ветром. Другими словами, фордевинд — это попутный ветер, но это не значит, что он самый быстрый. Более того, он требует от шкипера быть внимательным, и также дает возможность установки дополнительных парусов. Например, спинакер ставится исключительно на этом курсе.

Курс относительно ветра

Также важно знать разницу между следующими терминами:

Против ветра (Upwind): движение лодки против направления ветра

По ветру (Downwind): движение лодки в направлении, в котором дует ветер

С наветренной стороны (Windward): сторона лодки или направление, откуда дует ветер

С подветренной стороны (Leeward): сторона лодка, которая защищена от ветра

Правый галс (Starboard Tack): когда правый борт яхты находиться с наветренной стороны

Левый галс (Port Tack): когда левый борт яхты находиться с наветренной стороны

Привестись к ветру (Heading up): пойти под более острым углом к направлению ветра, что приводит к ускорению лодки

Уваливаться под ветер (Falling off): увеличить угол между направлением ветра и диаметральной плоскостью лодки, что приводит к замедлению хода

При смене курса относительно ветра, одновременно меняют и положение паруса. Для этого его необходимо выбирать (подтягивать), или же травить (отпускать).

Как начинающему яхтсмену научиться понимать ветер?

Если вы оказались в мертвой зоне, а вам необходимо попасть в какую-либо точку, расположенную с наветренной стороны, в таком случае применяется лавировка — это движение к вашей цели курсом бейдевинд переменными галсами. Для смены галса необходимо совершить поворот, и существует два типа лавировки:

Совершая маневр, нос лодки пересекает линию ветра. Судно приводится до положения левентика, затем уваливается на другой галс, до нужного курса. Это идеальный маневр для современных круизеров которые оснащены бермудским парусным вооружением.

Совершая этот маневр, теперь уже корма лодки пересекает линию ветра. Для яхт с бермудским парусным вооружением смена галса сопровождается стремительным перебросом парусов с одного галса на другой, а рангоут и такелаж испытывают динамический удар. Это достаточно опасная операция для неопытного экипажа, и чтобы избежать травм, маневр совершается очень технично и под четким контролем.

Теперь, когда вы понимаете, что нужно обязательно читать ветер, вы сможете начать практиковать это вживую на лодке. С практикой любой начинающий яхтсмен может научиться использовать ветер в своих интересах и получить лучшую круизную или гоночную скорость. А знание морских терминов крайне важно для управления лодкой и совершения маневров, в которых задействован экипаж. В таком случае все пройдет слажено и гладко.

Как начинающему яхтсмену научиться понимать ветер?

Техника хождения под парусом. Курс яхты относительно ветра. Уравновешивание паруса

Любой человек, который занимается парусным спортом обязан знать как свои пять пальцев основные моменты хождения под парусом. Виндсерфинг – не исключение. В этой статье мы начнем рассматривать основные правила для хождения под парусами для всех морских парусных шлюпок. И хоть в виндсерфе вы бороздите волны далеко не на шлюпке, тем не менее основы хождения под парусом должен знать каждый уважающий себя серфер.

В целом, под управлением парусным агрегатом подразумевается сочетание мастерства использования всех погодных и природных явлений и физики движения шлюпки на воде с искусством организации команды для достижения назначенного пункта в кротчайшие сроки с обеспечением высокой степени безопасности при наименьшем использовании человеческой силы. Рассмотрим по порядку основные факторы, которые необходимо учитывать при хождении под парусами.

Ветер и его характер

Ветер – это передвижение воздушных масс вследствие разницы атмосферного давления. Характер и сила ветра зависят от погодных условий, облачности, времени суток, а также рельефа и форм береговых областей района плавания. Движения шлюпки под парусом обеспечивается путем взаимодейтсвия силы действия ветра на парус и силы действия воды на борт шлюпки.

Положение парусов

Положение парусов – самое главное при управлении шлюпкой под парусами, так как это ее двигатели, с помощь которых также можно управлять шлюпкой (без участия руля). Управление шлюпки парусами осуществляется благодаря тому, что в парусном вооружении Ял-6 два паруса расположенных один за другим. Расслабив (потравив) передний парус, ветер будет больше давить на задний парус, оттолкнет корму, развернет шлюпку носом на ветер. Если расслабить задний парус (Фок), то ветер развернет шлюпку кормой к ветру (увалит ее). Во всех остальных случаях паруса надо держать в рабочем положении в зависимости от ветра и курса.

А теперь про рабочее положение парусов. Есть одно правило расположения парусов по отношению ветра для всех видов парусных судов. Плоскость паруса должна делить угол между диаметральной плоскостью шлюпки и линией ветра пополам.

Положение парусов управляется шкотами. Чем больше вытянуты шкоты, тем ближе поворачивается парус к диаметральной плоскости шлюпки. Однако при этом нельзя забывать о правильности натяжения самого паруса.

Следует помнить, что для хождения против ветра паруса должны быть туго натянуты, кливер-галс набивается достаточно сильно. В нормальной ситуации добиваются, чтобы паруса были как можно выше, передняя шкаторина фока сильно натянута и прижата к рангоуту, кливер-галс натянут максимально так, чтобы при выбранных фока-шкотах плоскость парусины фока была равномерно натянута (не было складок и не провисала). При хождении на попутных ветрах наоборот кливер-галс надо ослаблять, только тогда реек и сам фок сможет развернуться поперек диаметральной плоскости шлюпки.

Особого внимания требует хождение при сильном и порывистом ветре. При хождении против ветра во время порывов ветра необходимо травить шкоты и приводится носом ближе к линии ветра. Однако это не означает, что надо полностью приводится до противного, из-за чего терять ход или делать поворот. Задача заключается в том, чтобы не черпнуть воды бортом, сохранив скорость и управление, выиграть положение по отношению ветра.

Часто борьба с ветром бывает бесполезной из-за сильного бокового сноса, особенно при малых скоростях яла. Максимальный снос шлюпки происходит при уваливании после резкого приведения, когда шлюпка теряет ход вперед. Это еще одна причина не приводиться резко. Кроме того, при резком повороте на ветер из-за инерционности движения шлюпки возможно наоборот увеличение кренящего момента (так называемый занос на повороте самим парусом).

Теперь настало время четко уяснить понятия наветренного и подветренного борта. Запомнить легко: Наветренный борт – это тот борт, который находится ближе к ветру, который поднимается из воды и выставляет себя «на ветер». Подветренный борт – это тот, который «лежит под» наветренным бортом. Этот борт погружается в воду, именно через подветренный борт черпается вода, именно в сторону этого борта раздуваются паруса. Рабочий крен всегда делается именно на подветренный борт.

При сильном попутном ветре следует придерживаться одного разумного правила – не приближаться к фордевинду. Иначе произойдет спонтанный поворот через фордевинд, а это при сильном ветре грозит скоротечным переворотом (если паруса сами перебрасываются с борта на борт и при этом фока шкоты хотя бы немного зажаты, то сильный боковой толчок от переваливания паруса за две секунды может положить шлюпку на борт). Следует помнить еще другую опасность, что шлюпка идущая на бакштаге всегда сама стремится быстро привестись на ветер. Всегда нужно рулем противодействовать этой силе. Повороты через фордевинд при сильном ветре надо проводить очень аккуратно и всегда с правильным взятием фока к мачте.

Волна

Волны образовываются под действием продолжительного ветра (не обязательно сильного) на достаточно больших водных акваториях. Чем больше зона прямого действия ветра, тем выше возможная волна. Сильное волнение кроме как развитием морской болезни характеризуется и другими отрицательными явлениями в управлении.

При хождении на боковых и попутных ветрах высокая волна вызывает нежелательное расшатывание шлюпки, из-за чего паруса работают не в полную силу. При хождении на ветер этой проблемы не бывает, так как ял движется навстречу накатывающейся волне, залазит на нее под определенным углом. В этом случае борт шлюпки рассекает волну, а сам гребень волны достаточно быстро перемещается вдоль борт шлюпки. Шлюпка разбивает волну почти одновременно двумя бортами носовой части. Нос на волне поднимается равномерно без крена на дальний борт. При попутном же ветре или боковом волны догоняют борт шлюпки намного медленнее. Время за которое гребень волны переместится из-под ближнего борта под дальний достаточно большое. И поэтому подошедшая к ближнему борту волна успевает за это время накренить шлюпку на дальний борт.

При высокой волне наблюдается еще один эффект. Во время подъема носом шлюпки на волну, скорость яла уменьшается, нос яла приподнимается выше кормы и под действием ветра на поднятую переднюю часть шлюпка стремится увалиться. Этого следует избегать, так как именно в этот момент снос шлюпки наибольший: шлюпка ползет в бок на гребне волны. Необходимо перед самым выходом на гребень волны немного привестись. Далее ял сам сползет с волны носом вниз. Сейчас снова надо увалиться обратно и набрать ветер в паруса перед выходом на волну. Также следует вспомнить, что при высокой волне выполнить поворот Оверштаг крайне затруднительно.

Течения

Течения – явления перетекания водных масс вследствие неровностей рельефа земной поверхности и разностей температур воды разных областей водной акватории. Это явление можно назвать одинаково полезным и вредным в зависимости от направления движения шлюпки (против или по течению).

Самым простым случаем является спуск по течению за ветром, немного сложнее случаем есть подъем против течения по ветру (надо терпеливо ползти, не теряя ветер), нормальными условиями хождения можно назвать случай спуска по течению против ветра и почти нереальным случаем считается подъем против течения и против ветра.

Однако степень влияния одного и того же течения на скорость яла можно регулировать. Главный принцип использования течения есть разумная прокладка курса и каждого галса таким образом, чтобы течение наименьшим образом мешало генеральному продвижению шлюпки, либо наибольше помогало. При этом надо отчетливо знать характер течения в районе движения и рассчитывать повороты и длину галсов, чтобы они были максимально выгодны. Например, можно выбрать места поворотов и длины галсов такими, чтобы миновать области акватории со значительным течением или пересечь их с наименьшим углом атаки по отношению направления течения, либо все наоборот. Важно рассчитать время поворота таким образом, чтобы длины невыгодных галсов были минимальными. Это задачи прокладки курса, в которых нужно еще учитывать и многое другое.

Течения

Поделиться:

Итак, чтобы стать шкипером, потребуется знание устройства яхты, терминологии, правил предупреждения столкновений, метеорологии, навигации и прочего — теоретический курс укладывается в среднем в 32 часа и подкрепляется примерно недельной практикой в открытом море. Александр Подсветов не рекомендует записываться на интенсивы, проходить экспресс-курсы и обучаться заочно: «Ну, может, капитанку такой новоиспеченный шкипер и научится носить, но вот безопасно ходить в море — нет. Хороший результат дает такая система обучения: одна неделя в море — теоретический курс — еще одна неделя в море». Грубо говоря, это сумма знаний, полученная на курсах Competent Crew и Bareboat Skipper Sail.

Как парусники ходят против ветра?

Мы продолжаем серию публикаций, подготовленных интерактивным научно-популярным блогом « Объясню за две минуты ». Блог рассказывает о простых и сложных вещах, которые ежедневно нас окружают и не вызывают никаких вопросов ровно до тех пор, пока мы о них не задумываемся. Например, там можно узнать, как космические корабли не промахиваются и не сталкиваются с МКС при стыковке.

1. Строго против ветра под парусом ходить невозможно. Однако если ветер дует спереди, но чуть под углом, яхта вполне может двигаться. В таких случаях говорят, что судно идет острым курсом.

2. Тяга паруса образуется благодаря двум факторам. Во‑первых, ветер просто давит на паруса. Во‑вторых, косые паруса, установленные на большинстве современных яхт, при обтекании воздухом работают, как крыло самолета, и создают «подъемную силу», только направлена она не вверх, а вперед. Из-за особенностей аэродинамики воздух с выпуклой стороны паруса движется быстрее, чем с вогнутой, и давление с внешней стороны паруса меньше, чем с внутренней.

3. Полная сила, создаваемая парусом, направлена перпендикулярно полотну. По правилу сложения векторов в ней можно выделить силу дрейфа (красная стрелка) и силу тяги (зеленая стрелка).

4. На острых курсах сила дрейфа велика, но ей противостоит форма корпуса, киль и руль: яхта не может идти боком из-за сопротивления воды. Зато вперед она охотно скользит даже при небольшой силе тяги.

Читайте также:  Стримеры с крылом.

5. Чтобы идти строго против ветра, яхта лавирует: поворачивается к ветру то одним, то другим бортом, продвигаясь вперед отрезками - галсами. Насколько длинными должны быть галсы и под каким углом к ветру идти - важные вопросы шкиперской тактики.

6. Выделяют пять основных курсов судна относительно ветра. Благодаря Петру I в России укоренилась голландская морская терминология.

7. Левентик - ветер дует прямо в нос судна. Таким курсом под парусом ходить нельзя, зато поворот к ветру используют, чтобы остановить яхту.

8. Бейдевинд - тот самый острый курс. Когда идешь бейдевиндом, ветер дует в лицо, поэтому кажется, что яхта развивает очень большую скорость. На самом деле это ощущение обманчиво.

9. Галфвинд - ветер дует перпендикулярно направлению движения.

10. Бакштаг - ветер дует с кормы и с борта. Это самый быстрый курс. Быстрые гоночные суда, идущие бакштагом, способны разогнаться до скорости, превышающей скорость ветра, за счет подъемной силы паруса.

11. Фордевинд - тот самый попутный ветер, дующий с кормы. Вопреки ожиданиям, не самый быстрый курс: здесь подъемная сила паруса не используется, и теоретический предел скорости не превышает скорости ветра. Опытный шкипер умеет предугадывать невидимые воздушные течения так же, как пилот самолета - восходящие и нисходящие потоки.

Посмотреть интерактивную версию схемы можно в блоге «Объясню за две минуты».

2. Тяга паруса образуется благодаря двум факторам. Во‑первых, ветер просто давит на паруса. Во‑вторых, косые паруса, установленные на большинстве современных яхт, при обтекании воздухом работают, как крыло самолета, и создают «подъемную силу», только направлена она не вверх, а вперед. Из-за особенностей аэродинамики воздух с выпуклой стороны паруса движется быстрее, чем с вогнутой, и давление с внешней стороны паруса меньше, чем с внутренней.

Обучение яхтингу: курс судна относительно ветра

Сначала, может показаться, что, знать курс своего судна, относительно ветра, необходимо только яхтсменам — парусникам, преподавателям курсов судоводителей маломерных судов и Христофору Колумбу. Но это не так.

Иногда приходилось быть в ситуациях, приходя на помощь, когда четко отданное указание, с использованием обычных «ветровых» терминов, ставило горе-судоводителя в тупик. Объяснение на пальцах, в экстренных случаях, конечно, недопустимо.

И, конечно, эффективное передвижение на лавирующей парусной яхте или швертботе, без знания основ, немыслимо. В обучении яхтингу, этот раздел, занимает важнейшее место, наравне с теорией паруса. Теоритическая составляющая не менее увлекательна, чем практическая. Но, к делу.

Как мы знаем (должны знать), современный парус яхты и крыло самолета, в некоторых случаях — это одно и тоже. И, так же, при движении через него воздушного потока, создаются области высокого и низкого давления. Разница между ними и создает подъемную силу (конечно, при попутном ветре, парус, стоящий перпендикулярно диаметральной плоскости судна, аэродинамическим крылом, считаться не может). Отличие только в том, что, классический парус, что бы он приобрел профиль крыла, надо наполнить ветром.

Если мы стравим, то-есть, отпустим шкот, то парус просто встанет по ветру (допустим, что у нас швертбот, не имеющий стоячего такелажа: вант, краспиц и всего, что может помешать парусу, просто развернуться вокруг мачты). В таком виде, парус, конечно, бесполезен, он будет просто полоскать на ветру.

И вот, когда нос нашей яхты, смотрит прямо на ветер, а парус «полощет», то это положение, будет называться левентик. В таком положении, паруса работать, разумеется, не могут, а яхту будет просто сносить ветром, который (дующий прямо в нос судна), чаще всего, называют «противный». Частенько, положение левентик, ошибочно называют курсом. Конечно, это некорректно.

Парусная яхта не может идти прямо против ветра, ей приходится лавировать, т.е., идти к намеченной цели, зигзагообразно. Значит, периодически, менять галс. То идти правым галсом, когда ветер дует в правый борт, то левым галсом, соответственно, когда наветренный борт — левый.

Хорошая крейсерская парусная яхта, может ходить под углом к ветру, градусов 40-45 (спортивные — до 30). Это «острый» курс, который, называется острый бейдевинд. При этом, паруса, практически, находятся на грани заполаскивания.

Результирующая всех сил, действующих при этом на яхту, где самая главная составляющая — сила тяги паруса, позволяет нам двигаться вперед. Сопротивление водной среды, с одной стороны — серьезное препятствие, а с другой — сила, помогающая нам бороться с дрейфом. Конечно же, у плоскодонной лодки, дрейф будет настолько велик, что парус, в данном случае, будет работать, практически, только на снос судна.

На таких острых курсах, как нельзя лучше, у правильно сшитого и настроенного паруса, проявляется эффект крыла.

Минимальный угол к ветру — угол лавировки, при котором яхта способна продолжать движение, зависит от ее аэродинамических качеств, но, при уменьшении угла, так или иначе, наступает момент, когда сила лобового сопротивления яхты, превысит подъемную силу паруса.

Значит, суммарный угол, величиной 60-90 градусов, будет являться, так называемой, мертвой зоной, а, для смены галса, необходимо набрать достаточную скорость, что бы нос яхты успел пройти этот сектор. В случае, если инерции для поворота будет недостаточно, судно застрянет в положении левентик.

Сам же поворот, при котором нос судна, будет пересекать направление ветра, носит название оверштаг.

Вернемся к курсам, относительно ветра. Предположим, что наше парусное судно, идет левым галсом, с курсом, относительно ветра, острый бейдевинд. Если яхта намерена совершить разворот на 180 градусов по часовой стрелке, и лечь на обратный курс, то, уваливаясь (увеличивая угол, относительно направления ветра), или, как еще говорят, спускаясь под ветер, она сначала пройдет курс полный бейдевинд и ляжет на курс галфвинд.

При этом, ветер будет дуть под углом 90 градусов к диаметральной плоскости (ДП) судна. Чаще, такой курс яхты, называют полветра.

Если яхта продолжит уваливание, беря чуть еще правее, то она пойдет уже курсом бакштаг, относительно ветра. По аналогии с бейдевиндом, курс бакштаг, бывает крутым и полным. И, хотя лобовое сопротивление, никто не отменял, на этом курсе, парусная яхта, разовьет наивысшую скорость, с минимальным дрейфом, а угол атаки паруса, значительно увеличивается.

Для полного разворота, нашей парусной яхте, осталось только пройти «сектор попутного ветра», когда его направление, совпадает с направлением движения судна. В этот момент, яхта будет идти курсом фордевинд.

Казалось бы, установили парус перпендикулярно направлению ветра, подняли спинакер, и — яхта понеслась. Нет. Во-первых, она не понесется, этот курс, уступает в скорости бакштагу. Во-вторых, расслабиться могут только обладатели прямых парусов с реями. В случае нашего, бермудского грота, необходим постоянный контроль за ним, ветром и курсом.

При сильном волнении, держать курс становится сложнее. Это может привести к самопроизвольному перекидыванию гика на другой борт, что чревато серьезными поломками. А на швертботах — оверкилем. Один из признаков, что подобное вот-вот случится, это заполаскивание передней шкаторины грота, т.е., вдоль мачты.

Поворот через фордевинд, т.е., когда яхта пересекает направление ветра кормой, не то, что бы самый сложный, но требует очень быстрых и слаженных действий экипажа.

Ведь необходимо успеть, почти полностью, выбрать гика-шкот, в момент прохождения гиком ДП к другому борту, и отдать наветренный бакштаг, если таковой имеется. И, сразу же, проделать все это, в обратном порядке.

С усилением ветра, ситуация, конечно, усложняется еще больше, а, при шквалистом ветре, курс фордевинд, малоопытным яхтсменам, лучше вообще исключить.

После прохождения сектора фордевинд, яхте осталось только намного привестись к ветру (подняться по ветру), т.е., теперь уже уменьшить угол между направлением ветра и ДП судна. При этом, яхта снова возьмет курс багштаг. Только наветренный борт, теперь уже, будет правый, а гик будет лежать на левом борту. Яхта совершила разворот на 180 градусов и легла на обратный курс.

Настройка парусов, на любом курсе, играет решающее значение в эффективности их работы. Это, конечно, тема отдельной статьи, но, чем сильнее ветер, тем менее «пузатым», должен быть парус. От этого, напрямую зависит его эффективность, угол крена и величина дрейфа. Причем, в слабые ветра, все с точностью наоборот. Угол же дрейфа, довольно легко вычислить: это угол, образованный кильватерным следом и ДП яхты.

Так же, не стоит забывать, что паруса, всегда настраиваются относительно не истинного ветра, а относительно вымпельного, то есть, того, который ощущается на движущихся объектах. Но, ко всему этому, мы еще вернемся в общей теории паруса.

При этом, ветер будет дуть под углом 90 градусов к диаметральной плоскости (ДП) судна. Чаще, такой курс яхты, называют полветра.

Курсы яхты относительно ветра

Чтобы яхта пошла вперед, нужен определенный угол между линией ветра и диаметральной плоскостью яхты. Каждый из этих углов называется “курс яхты относительно ветра” (“point of sail”).

Ни одно судно под парусами не может двигаться прямо против ветра. В этом случае ветер дует одинаково на обе стороны паруса и не создает подъемную силу.

В такой ситуации судно “мертво” стоит на воде, и такое его положение называется “левентик” (“in irons”).

Самый близкий угол, под которым лодка может идти к ветру, приблизительно равен 40º; при более острых углах скорость судна будет снижаться. Такой курс называется “крутой бейдевинд” ( “close hauled”) . Паруса будут туго “набиты” (“sheeted”).

При повороте оверштаг рулевой поворачивает яхту на ветер, и, как только он видит, что парус начинает “заполаскивать” (“luffing”), он должен пересечь линию ветра, плавно отвести нос яхты от ветра и взять курс бейдевинд уже другим галсом. Если рулевой, не набрав ход яхты, снова будет заходить на оверштаг, парус заполощет, и яхта может остановиться.

Если яхта отклонилась от линии ветра, или “увалилась” (“bears away”), надо изменить угол атаки парусов. Такой курс будет называться “полный бейдевинд” (“close reach”).

Все сильнее уваливаясь, яхта достигает курса “галфвинд” (“beam reach”), когда ветер дует перпендикулярно диаметральной плоскости судна. Это самый удобный и управляемый курс, а для большинства яхт еще и один из самых быстрых.

Еще дальше отклоняясь от линии ветра, яхта достигает курса “бакштаг” (“broad reach”), когда ветер дует под углом 100 – 170º.

И последний курс яхты относительно ветра – “фордевинд” (“dead run”/”running before the wind”), когда ветер дует прямо через корму и паруса полностью потравлены.

Еще больше уваливаясь, яхта кормой пересечет линию ветра, совершив поворот “фордевинд” (“gybe”), и произойдет смена галса.

Правый галс (“starboard tack”) – когда правый борт яхты наветренный;

Левый галс (“port tack”) – наветренный – левый борт.

Борт судна, в который дует ветер, называется “наветренным” (“windward”).

Борт судна, противоположный наветренному, называется “подветренным” (“leeward”).

Лавировка

Если необходимо попасть в какую-либо точку, расположенную на ветре так высоко, что дойти до нее одним галсом невозможно, то яхта, идя курсом бейдевинд, будет вынуждена менять галсы, делая в определенных точках повороты.

Такое продвижение против ветра называется лавировкой (“tack”). При лавировке яхта будет выполнять повороты оверштаг (“go about”), каждый раз пересекая линию ветра носом.

Техника управления яхтой на лавировке несколько усложняется, поскольку рулевой должен не только достичь цели, лежащей на ветре, но и сделать это с наименьшей затратой времени и наименьшим количеством галсов. Поэтому курс бейдевинд на лавировке должен быть настолько крутым, насколько позволяют лавировочные качества яхты.

Повороты

Поворот оверштаг (“go about”) – это основной поворот на лавировке. Делается он против ветра и состоит из двух элементов: приведения яхты до положения левентик и последующего уваливания на новый галс. Для успешного поворота оверштаг необходимы хорошая скорость, особенно при волнении, и слаженная работа экипажа на шкотах. Поворот оверштаг на современных яхтах от первого движения рулем до того момента, когда судно ложится на новый галс, происходит в считанные секунды. За это время нужно не только положить руль, но и своевременно отдать и вновь выбрать стаксель-шкоты.

Поворот фордевинд (“gybe”) – осуществляется по ветру и на острых, и на полных (бакштаг и фордевинд) курсах. На острых курсах поворот через фордевинд обычно делают только в самых крайних случаях (например, когда на ветре обнаруживается какое-либо препятствие — мель, судно и т. п. — и поворот оверштаг сделать нельзя). Чтобы сделать поворот через фордевинд, необходимо сначала увалиться до курса чистый фордевинд, затем пересечь кормой линию ветра и перенести грот на другой галс. На полных курсах поворот через фордевинд всегда делают при перемене галса, когда ветер заходит или яхта меняет курс, пересекая кормой линию ветра.

Иногда идти курсом чистый фордевинд нельзя: либо ветер слабый, либо яхта сильно рыскает на попутной волне. В таких случаях можно лечь на курс бакштаг и, сохраняя неизменным генеральный курс, периодически менять галсы, делая повороты через фордевинд. Такое плавание под парусами называют «лавировкой на попутном» ветре» (или лавировкой на фордевинд).

Не лишним будет заметить, что поворот через фордевинд—довольно трудный по сравнению с поворотом оверштаг маневр, а в сильный ветер—даже опасный. При неуверенном управлении рулем или нечеткой работе на шкотах могут быть порваны паруса или поломан рангоут.

Борт судна, противоположный наветренному, называется “подветренным” (“leeward”).

Основные правила проведения парусных регат

Подветренная сторона – это сторона яхты, которая противоположна той, на которую дует ветер, или которая была противоположной до того, как яхта оказалась в положении левентик (положение судна, когда ветер дует строго спереди по курсу).

Тогхилл Джефф

Курс яхты относительно ветра (Румб движения под парусом)

Солнечный физик из Сан-Франциско

  • Recent Entries
  • Friends
  • Archive
  • Profile
  • Add to friends
  • RSS

Когда ветер дует в лицо (левентик), паруса болтаются из стороны в сторону и двигаться с парусом невозможно. Разумеется, всегда можно спустить паруса и включить мотор, но это уже не имеет отношения к хождению под парусом.

kak_eto_sdelano

  • Add to friends
  • RSS

Полная сила, создаваемая парусом, направлена перпендикулярно полотну. По правилу сложения векторов в ней можно выделить силу дрейфа (красная стрелка) и силу тяги (зеленая стрелка).

Читайте также:  Рыбалка в сочи в море

Техника хождения под парусом. Курс яхты относительно ветра. Уравновешивание паруса

Ю.В. Катинов и В.Н. Ноздрачёв Москва, Институт Теоретической и Экспериментальной Физики

Казалось бы: что нового можно рассказать о том, что заставляет двигаться судно под парусами? Вроде бы всё уже сказано, рассмотрено и опубликовано. Но существующие теории несколько противоречивы и не дают ответов на многие вопросы.

Мы публикуем с татью, которая полностью меняет концепцию движения парусной яхты и содержит новый подход к описанию её движения. В небольшом цикле из трёх частей мы даём возможность широкой яхтенной аудитории познакомиться с теоретическими разработками Ю.В.Катинова и В.Н. Ноздрачёва и открываем дискуссию на эту тему. Помимо основ теории в материалах статьи вы найдёте методы решения задач яхтенной навигации с использованием полярной диаграммы.

Впервые теория была представлена на Международной Конференции и Школы по стойкости социо-технических систем Resilience 25-28 ноября 2015 г . Доклад опубликован в Трудах Конференции (Изд. ИФТИ, Протвино-Москва, 2015, ISBN 978-5-88835-037-9, С.1-15)

Предисловие. Почему яхта движется?

(Фрагмент лекции, прочитанной в Школе Яхтенного Мастерства)

Если спросить даже опытного яхтсмена: «Что является причиной движения парусной яхты?», то, скорее всего, мы получим ответ, в котором, так или иначе, используется понятие «вымпельный ветер». При этом отвечающий хорошо знает (если он опытный яхтсмен), что вымпельный ветер зависит от действий экипажа и, уже только поэтому, не может быть исходной причиной движения.

Мы утверждаем, что это суждение ошибочно. И причина этой ошибки кроется в том, что такой ответ подсказывает ему множество книг, написанных чаще всего яхтсменами-практиками, описывающими настройку парусов под ветер, который они ощущают на яхте. Однако, в последнее время всё чаще приходится встречаться с полярными диаграммами, численными характеристиками парусов, полученными в аэродинамических трубах, и даже полным расчётом процессов обтекания парусов и корпуса при подготовке яхты к крупным соревнованиям. По нашему мнению, пришло время для общего понимания ответа на вопрос «Почему яхта движется?»

Начнём с общеизвестных фактов.

Зеркальная поверхность воды из-за отсутствия ветра – надёжная гарантия неподвижности парусной яхты относительно воды. С другой стороны, попробуйте остановить яхту на ветру, например, лечь в дрейф для того, чтобы при скорости ветра 10 узлов дать возможность экипажу искупаться в открытом море. Опыт говорит нам, что яхта будет двигаться относительно воды с заметной скоростью. И, что бы мы ни делали, купание будет комфортным разве что для мастеров спорта по плаванию.

Итак, при отсутствии движения воздуха относительно воды яхта не движется. Но, если воздух перемещается относительно воды, можно двигаться почти в любом направлении, при этом невозможно яхту остановить. Мы нашли причину движения яхты и попробуем разобраться, от чего зависит ее скорость и направление.

Яхта живёт на границе двух сред: корпус, плавник и перо руля в воде, надводная часть корпуса, такелаж и паруса – в воздухе. Если есть три тела, яхта, вода и воздух, есть три относительных движения: воздух движется относительно воды, яхта движется относительно воды (или вода относительно яхты) и воздух движется относительно яхты. Движение воздуха относительно воды от нас не зависит и даёт нам энергию, а движение яхты относительно воды и относительно воздуха в некоторых пределах может изменяться.

Паруса, подводный плавник и перо руля – это крылья, которые взаимодействуют с потоками воздуха и воды соответственно. Если удаётся сбалансировать силы, действующие на эти крылья со стороны воздуха и воды, мы наблюдаем установившееся движение яхты. Если мы хотим изменить это движение, можно повернуть перо руля, подтянуть или ослабить шкоты, фалы или брассы, изменив таким способом форму и положение крыльев в потоках воды и воздуха.

С точки зрения экипажа яхты при этом изменяется, во-первых, обтекающий корпус поток воды, скорость которого равна по величине и противоположна по направлению скорости движения яхты и, во-вторых, обдувающий паруса поток воздуха – действующий ветер . Скорость этого потока по законам векторного сложения представляется суммой скорости воздуха относительно воды и скорости переносного ветра, вызванного движением яхты. На острых курсах максимум скорости движения соответствует максимальной величине действующего ветра, на курсах, близких к фордевинду, наоборот, минимальной его величине. Сама причина движения, независимое от действий экипажа перемещение воздуха относительно воды на движущейся яхте непосредственно не наблюдается.

Направление ветра измеряется флюгаркой, а его скорость – анемометром.

Истинный ветер (береговой ветер) – измеряется на берегу или на яхте, стоящей на якоре.

Переносный ветер – возникает от движения воды относительно воздуха (переносный ветер от течения) и движения яхты относительно воды (переносный ветер от движения яхты.

Действующий ветер – измеряется на движущейся яхте. По этому ветру происходит настройка парусов на данном курсе. Действующий (вымпельный) ветер является векторной суммой внешнего ветра и переносного ветра от движения яхты относительно воды.

Расчетный ветер или внешний ветер – измеряется на метеорологическом буе, движущимся по течению. Рассчитывается на яхте как разность между действующим и переносным (возникающим от движения яхты) ветрами. Именно этот ветер и является источником движения парусной яхты, хотя не наблюдается на яхте непосредственно.

Тем более, не наблюдается течение воды относительно дна или берегов, которое тоже приводит к появлению дополнительной составляющей действующего ветра – переносного ветра за счёт течения.

Итак, наблюдаемый на яхте ветер складывается из трёх составляющих: истинного ветра, измеряемого относительно дна (или берегов), переносного ветра, связанного с течением, и переносного ветра, вызванного перемещением яхты относительно воды.

Первые две составляющих не зависят от действий экипажа и в сумме дают внешний ветер, который и является причиной движения. Парусная яхта может двигаться и при полном отсутствии истинного ветра, но при наличии течения, например, в средиземноморских проливах или во время приливов-отливов в Северном море.

Как же может двигаться парусное судно? Какие направления и скорости движения для него невозможны? Какой ветер определяет движение такого судна? Ответы на эти простые вопросы для многих яхтсменов оказываются совсем не простыми. Всё, что будет сказано ниже, относится к любому парусному судну, но чаще мы будем употреблять слово яхта, так как это наиболее популярное парусное судно в XXI веке.

С древних времён по сегодняшний день парусные суда прошли огромный эволюционный путь. Менялось парусное вооружение, менялась конструкция самих парусников. И только взгляды на то, что заставляет их двигаться оставались практически неизменными.

Сейчас можно найти любую книгу про парус, прочитать её в интернете, но огромный поток популярной яхтенной литературы обычно повторяет одни и те же утверждения, одни и те же картинки, большая часть которых появилась тогда, когда парусные суда ходили по морю заметно медленнее ветра. Уже тогда попытка смешивать ветер на яхте и движение воздуха относительно воды приводила к недоразумениям [1].

Сейчас для экипажа спортивного катамарана такое непонимание может кончиться трагически. Конструкторы яхт обычно хорошо разбираются в относительно простой физике движения, но не высказывают желания популяризировать свои знания, яхтсмены-практики, обучившись решать рутинные задачи управления, не задумываются о причинах. Проблема в том, что движение яхты не может быть описано с точки зрения только одного наблюдателя.

Необходимо совмещать три точки зрения: наблюдателя на яхте, где настраивают паруса и возникают силы, наблюдателя на воде, где можно измерять движение воздуха, который приводит яхту в движение, и наблюдателя на берегу, с которым приходится ассоциировать себя при работе на карте. Последние две точки зрения отличаются тем сильнее, чем больше скорость течения воды, а течение есть всегда. Заниматься физикой одновременно в трёх системах отсчёта в школе не учат, поэтому любое подробное описание явлений, имеющих отношение к делу, оказывается непонятным.

К сожалению, вопросы причины движения парусного судна, а также почему оно может двигаться равномерно и прямолинейно под различными углами к внешнему ветру недостаточно освещены в яхтенной литературе.

Так в общеизвестной книге Билла Гладстоуна «Настройка парусной яхты» , читаем: “Какие силы заставляют парусную яхту двигаться? Когда ветер попутный – ответ достаточно очевиден, но как яхта идет против ветра – совсем другая тема.

Хотя это и не чудо, тем не менее, хождение яхты против ветра – против направления той силы, которая приводит ее в движение, – определенно кажется совершенно необычным проявлением современной конструкторской мысли. Силы, которые здесь работают, достаточно сложные, и до сих пор они не нашли исчерпывающего объяснения – по крайней мере, я не могу сказать, что полностью их понимаю”. (Билл Гладстоун «Настройка гоночной яхты» [2]).

Итак, почему движется яхта? Ну, если совсем точно, почему она может двигаться по направлениям, имеющим различные углы к ветру, прямолинейно и равномерно? Яхта может двигаться так потому, что еѐ парус и корпус создают силы под заметным углом к потокам воды и воздуха, а баланс между этими силами возможен в широком диапазоне скоростей потоков и углов между ними.

Когда в результате действий экипажа этот баланс достигнут, устанавливаются скорости яхты относительно воздуха и воды. Установившаяся скорость по поверхности воды с учётом течения позволяет решать задачи навигации, скорость действующего ветра на яхте создаёт аэродинамическую силу [3], а скорость потока воды относительно яхты — поддерживать нужную для баланса гидродинамическую силу. Экипаж, добиваясь баланса сил, обеспечивает максимально достижимые аэродинамические и гидродинамические качества судна для движения в заданном направлении.

Картина движения парусного судна может быть понята при рассмотрении простого построения, которое приведено на рисунке для яхты Volvo Open 70.

Три вектора образуют треугольник скоростей внешнего ветра — причины движения парусного судна, скорости потока воздуха — ветра, действующего на паруса, и скорости потока воды омывающего корпус яхты. Для всех парусных судов можно изобразить подобную картину скоростей.

Яхта существует одновременно в воде и в воздухе и испытывает их воздействие. Собственного источника энергии, если выключен двигатель, она не имеет, значит, будет неподвижна, если нет энергии относительного движения воздуха и воды.

Действительно, все знают, что в штиль парусные суда не могут передвигаться. Поэтому в дальнейшем будем считать, что воздух движется относительно воды, или вода движется относительно воздуха, что, конечно, одно и то же.

В этом случае воздух движется относительно яхты и вода тоже относительно неё. Каждая среда действует на яхту с некоторой силой. Про силу Архимеда мы говорить не будем, она действует по вертикали, уравновешивает вес яхты и заботится о том, чтобы яхта не тонула. Нас интересуют только горизонтальные силы, которые могут двигать яхту по поверхности.

Если установилось прямолинейное и равномерное движение, значит, сумма сил равна нулю. Сил всего две – аэродинамическая сила, возникающая от движения воздуха относительно яхты, и гидродинамическая сила, возникающая от относительного движения воды. Они равны и противоположны, только в этом случае они уравновешивают друг друга. Равными нулю они быть не могут, ведь любой поток такие силы обязательно создаёт. Получается, что яхта должна обязательно двигаться относительно воды и воздуха, она не может быть неподвижна относительно каждой из этих сред. Итак, нам пришлось ввести три скорости:

1. скорость воздуха относительно воды,

2. скорость воды относительно яхты,

3. скорость воздуха относительно яхты.

Первая скорость от экипажа яхты не зависит, вторую экипаж обычно хочет увеличить или изменить её направление, при этом изменяется третья. Конечно, эти скорости связаны между собой.

Проще всего увидеть эту связь, если заметить, что скорость воздуха относительно яхты складывается из скорости воздуха относительно воды и скорости воды относительно яхты. Это одна из форм записи векторного уравнения, его можно записать шестью различными способами, меняя вектор, который мы хотим выразить через два других, и знак скорости относительного движения.

Можно изобразить это уравнение графически, но смысл его останется прежним: в него входит одна постоянная, не зависящая от человека величина – скорость воздуха относительно воды и две переменных, зависящих от экипажа яхты, скорости потоков воды и воздуха относительно яхты.

Причём, разность управляемых переменных скоростей потоков равна постоянной величине – скорости воздуха относительно воды или скорости внешнего ветра. Известно, что одного уравнения для определения двух переменных недостаточно, но вспомним, что у нас есть ещё условие баланса. Сумма сил, действующих на яхту со стороны потоков воды и воздуха, равна нулю. Таких двух уравнений хватит, чтобы определить движение. Решений у нашей системы из двух уравнений много, ведь известно, что яхта может двигаться в различных направлениях с различной скоростью. И надводная часть яхты – паруса, и подводная часть корпуса могут изменять свою форму, этим, собственно, и занимается экипаж, чтобы найти новую точку баланса сил при других скоростях воздуха и воды.

При изменении формы или угла поворота парусов, изменении положения пера руля изменяется величина и направление сил по отношению к направлениям соответствующих потоков, поэтому баланс теперь становится возможным при других углах между потоками и при другом отношении их скоростей. Внешний ветер от этих манипуляций зависеть не может, но ветер на палубе яхты изменяется радикально от сильного ветра в лицо рулевому на острых курсах до относительно слабого ветра в спину на курсе фордевинд.

Конечно, изменением формы парусов и корпуса можно только в ограниченных пределах изменять условия баланса сил, ведь их направление связано с направлением потоков и может отклоняться от этих направлений только на острый угол. Сами силы из условия баланса направлены противоположно друг другу, поэтому угол между потоками не может быть слишком малым, это не даёт яхте развивать очень большую скорость. Одновременно с этим, то же условие баланса не разрешает яхте иметь слишком малую скорость относительно воды или воздуха.

Как же может двигаться парусное судно? Какие направления и скорости движения для него невозможны? Какой ветер определяет движение такого судна? Ответы на эти простые вопросы для многих яхтсменов оказываются совсем не простыми. Всё, что будет сказано ниже, относится к любому парусному судну, но чаще мы будем употреблять слово яхта, так как это наиболее популярное парусное судно в XXI веке.

Добавить комментарий