2024.12.11 Как парусное судно движется против ветра. Виктор Гладышев

Как парусное судно (парусный корабль, яхта, виндсерфер, кайтсерфер, сноукайтер, вингер) движется против ветра.

 

   В чем принципиальное отличие парусного судна от моторного? В чем сходство парусного судна и горнолыжника (сноубордиста), который рисует, словно шуточки, на склонах вираж (с)?

   Сила, которая двигает парусное судно и горнолыжника, направлена не в том направлении, в котором двигается объект. За исключением одного случая – когда парусное судно движется строго по ветру, т. е. курсом фордевинд, а лыжник едет с горы по направлению скатывающей силы, т. е. по кратчайшему расстоянию от вершины к подножью. И то, и другое бывает не часто.

   Многие ошибки начинающих виндсерферов и кайтеров вызваны именно непониманием того, как работает парус, куда он тянет, какова роль подводной части судна (или снаряда скольжения, если дело происходит зимой). Хотя то, что я сейчас рассказываю, обязательно присутствует в получасовой теоретической части на первом занятии и по виндсерфингу, и по сноукайтингу в Школе ветра.

   Если на пути потока воздуха (воды) мы поставим препятствие, то с одной стороны от препятствия возникнет область избыточного давления (в случае потока воздуха – это наветренная сторона), а с другой стороны (подветренной) возникнет область пониженного давления. Если в качестве препятствия будет парус или крыло, на этом парусе или крыле возникнет общая аэродинамическая сила (ОАС), действующая из области повышенного давления в область пониженного давления, и направленная почти перпендикулярно средней линии профиля паруса (насколько это «почти» близко к перпендикуляру, нам сейчас не важно).

   Взгляните на рис. 1.

Рис. 1

   Лодка здесь идет курсом галфвинд*, т. е. примерно 90 градусов к ветру.

   Представим ОАС как сумму двух сил: 1) одна действует в направлении диаметральной плоскости* (ДП) судна, и двигает лодку вперед, назовем ее силой тяги – Fт;

2) другая - в направлении перпендикулярном ДП, она заставляет лодку дрейфовать (двигаться перпендикулярно ДП), назовем эту силу силой дрейфа – Fд.

   Под действием силы тяги лодка довольно эффективно движется вперед, а под действием силы дрейфа слегка смещается в бок. Этому смещению активно мешает подводная форма корпуса лодки, а также шверт или фальшкиль, и перо руля. Зимой функцию препятствования дрейфу выполняют на льду канты лыж и сноуборда, на снегу – упор скользящей поверхности в снег.

   Как видно на рис. 1, сила, двигающая лодку вперед, меньше силы дрейфа даже на курсе галфвинд.

   А как изменится соотношение сил тяги и дрейфа, когда лодка изменит курс, и будет двигаться против ветра курсом бейдевинд*? Смотрим рис. 2.

Рис. 2

   Как мы видим, ОАС стала несколько меньше, т. к. парус перекрывает меньший воздушный поток, направлена ОАС по-прежнему перпендикулярно средней линии профиля, но соотношение проекций на направления тяги и дрейфа сильно изменилось. Сила тяги на курсе бейдевинд значительно меньше силы дрейфа. И она тем меньше, чем под более острым углом к ветру двигается наша лодка.
   Для каждого парусного судна существует предельный угол, на котором сила тяги сравняется с силой сопротивления всей надводной части, лодка перестанет двигаться в направлении ДП и будет только дрейфовать. Этот предельный угол зависит от характеристик и настроек паруса и корпуса лодки, а зимой – от характеристик и настройки кайта, сопротивления снаряда скольжения. Сила ветра, характер покрытия, мастерство рулевого, конечно, тоже влияют на предельный угол.

   Если, имея дело с парусом, начинающему яхтсмену или виндсерферу не всегда очевидно, куда тянет парус, и под каким углом к ветру его нужно поставить для эффективного движения вперед, то имея дело с кайтом, вы всегда знаете, куда направлена ОАС – она направлена туда, куда натянуты стропы.           Занимаясь сноукайтингом или кайтсерфингом, соотношение силы тяги и силы дрейфа вы всегда сможете определить по углам между стропами и ДП, и между стропами и перпендикуляром к ДП.

   Хочется остановиться еще на одном понятии парусного спорта –  понятии гоночный бейдевинд.

   Бейдевинд, это курс парусного судна менее 80 градусов к ветру. А курс гоночный бейдевинд – это курс, которым парусное судно максимально быстро выходит на ветер. Что это значит – выходит на ветер?

Если мы нарисуем ось Х перпендикулярно ветру, а ось Y в направлении на ветер – рис. 3, то «выход на ветер» - это увеличение координаты Y. Судно идет курсом гоночный бейдевинд, когда имеет самую большую проекцию своей скорости на ось Y, или максимально быстро набирает высоту (выходит на ветер), т. е. с максимальной скоростью приближается к точке, из которой дует ветер.

                                                                           Рис. 3

На рис. 3 лодка 1 идет полнее, и имеет бОльшую скорость, однако, проекция скорости на ось Y (Vy) меньше, чем у лодки 2, т. е. лодка 2 быстрее выходит на ветер, и ее курс ближе к курсу гоночный бейдевинд.

Измерением предельного угла (угла на котором лодка перестает двигаться вперед и только дрейфует) обычно никто не занимается, важен угол к ветру* на курсе гоночный бейдевинд (предельный угол меньше примерно на 5 градусов). Для учебных досок виндсерфинга гоночный бейдевинд – это 55-65 градусов, для гоночных досок класса Рейсборд* – примерно 45 градусов. Гоночные кайты зимой по быстрому покрытию (и летом с гидрофойлом) способны обеспечивать лавировочный угол 80 градусов (т. е. угол к ветру - 40 градусов).

*Если в этой статье вам встретились термины, значение которых хочется уточнить, это можно сделать в разделе Словарь терминов в футере сайта Школа ветра в Строгино windschool.ru