Школа яхтенного рулевого

Требования, предъявляемые к парусной яхте

Чтобы передвигаться по воде достаточно быстро и безопасно, яхта должна обладать известными мореходными качествами.

Главные мореходные качества всякого судна — плавучесть, остойчивость, ходкость и поворотливость. Кроме того, парусная яхта должна быть способной нести паруса.

Все эти качества судно должно сохранять при любых условиях плавания, то есть швертботы — в условиях рек и озер, гоночные килевые яхты — в условиях прибрежного морского плавания, мореходные крейсеры — в условиях открытого моря и т. д.

Изучение мореходных качеств является предметом специальной науки — теории корабля, на основных элементах которой применительно к парусной яхте мы и остановимся в этой главе.

Плавучесть — это способность судна держаться на воде (плавать). Она должна сохраняться при нагружении судна, его движении и преодолении волн.

Рис. 76. Главные размерения килевой яхты

Всякое плавающее судно в спокойном состоянии находится на воде в равновесии под действием двух сил: веса судна, направленного вертикально вниз, и силы давления воды на подводную часть его, направленной вертикально вверх. Сила давления воды на подводную часть корпуса называется силой плавучести. По закону Архимеда сила плавучести равна весу воды, вытесненной судном.

Вес воды, вытесненной судном, называется весовым водоизмещением судна, или просто водоизмещением. Отличают еще объемное водоизмещение, или объем воды, вытесненной судном.

Весовое водоизмещение измеряют в тоннах (реже-в килограммах), объемное — в кубических метрах. В пресной воде объемное водоизмещение равно весовому, так как кубический метр пресной воды весит одну тонну.

Одно и то же судно с определенным весовым водоизмещением (всегда равным весу судна) в разной воде может иметь разное объемное водоизмещение. В пресной воде объемное водоизмещение больше, чем в соленой, так как соленая вода тяжелее пресной и при равном весе занимает меньший объем. Поэтому суда в пресной воде сидят глубже, а в соленой — мельче.

С этим явлением яхтсменам зачастую приходится сталкиваться при обмере судов: килевая яхта будет иметь большую длину по ватерлинии (по зеркалу воды) в пресной воде, чем в соленой (рис. 76).

Объемное водоизмещение судна определяется его формой, а также длиной и шириной по ватерлинии и осадкой.

Длина по ватерлинии измеряется в диаметральной плоскости, между точками пересечения передней и задней кромок судна с плоскостью воды.

Ширина по ватерлинии измеряется в самом широком месте судна (в плоскости мидельшпангоута).

Осадкой называется расстояние самой углубленной точки подводной части судна от поверхности воды.

Если судно имеет вид прямоугольного понтона с вертикальными стенками, то очевидно, что объемное водоизмещение его равняется объему параллелепипеда с гранями, равными длине по ватерлинии, ширине по ватерлинии и осадке. Конечно, всякое судно с определенными длиной и шириной по ватерлинии и осадкой будет иметь меньшее водоизмещение, чем понтон с такими же размерами. Отношение объемного водоизмещения судна к объему параллелепипеда со сторонами, равными длине по ватерлинии, ширине по ватерлинии и осадке, называют коэффициентом полноты водоизмещения. Чем больше этот коэффициент, тем больше полнота обводов судна или полнота судна. Чем тихоходнее судно, тем обычно больше его полнота. Например, для тихоходных коммерческих судов этот коэффициент (в теории корабля он обозначается греческой буквой d — «дельта») равен примерно 0,8; для крупных военных кораблей и торговых парусников-от 0,6 до 0,7, для миноносцев и легких крейсеров — от 0,45 до 0,50. Парусные яхты имеют еще меньшие коэффициенты полноты. Так, для швертботов d= 0,28-0,33; для гоночных килевых яхт d=0,12-0,17; для крейсерских килевых яхт d=0,19-0,22.

Зная коэффициент полноты водоизмещения, можно приближенно подсчитать объемное водоизмещение судна, помножив этот коэффициент на произведение длины по ватерлинии на ширину по ватерлинии и на осадку. Если это выразить формулой, получим водоизмещение:

V=d * L_ВЛ* B_ВЛ* T (м³)

Пример. Надо подсчитать, каково водоизмещение швертбота длиной по ватерлинии 6,5 м, шириной по ватерлиния 1,7 м и осадкой 0,2 м. Если считать в среднем его коэффициент полноты равным 0,3, то по указанной формуле его водоизмещение равно:

V=0,3* 6,5* 1,7* 0,2=0,66 (м³)

При вычислении водоизмещения по этой формуле для швертботов и компромиссов надо брать осадку без шверта, а для килевых яхт — с фальшкилем.

Водоизмещение является мерой плавучести судна, но оно не полностью характеризует плавучесть его и безопасность его плавания.

Главную роль для сохранения плавучести при нагрузке судна играет высота надводного борта F (рис. 76). Судно с низким бортом будет легко захлестываться волной, поэтому высота борта определяется главным образом размером волны в тех водах, где ему предстоит плавать. Вот почему речным швертботам достаточно иметь надводный борт высотой 0,3–0,4 м; мореходным килевым яхтам надо иметь борт значительно выше-0,7–1,2 м. Чтобы яхта легче всходила на волну, высота борта в носовой части делается больше, чем в середине и в корме.

Запас плавучести судна тем больше, чем больше высота надводного борта.

Определяется он объемом надводной части судна от ватерлинии до палубы.

Если порожнее судно загрузить полностью, то оно сядет глубже и его водоизмещение станет больше. Разница между весовыми водоизмещениями груженого и порожнего судна называется его грузоподъемностью.

Остойчивость. Если судно сидит так, что его расчетная ватерлиния не параллельна действительной в продольном направлении (рис. 77), то говорят, что судно имеет дифферент на нос или корму. Дифферент обычно является следствием неверного расчета судна, или неправильного распределения грузов по длине судна, или, наконец, следствием затопления его кормовых или носовых отсеков.

Дифферент может образоваться также под действием гидродинамических сил при движении яхты: с увеличением скорости хода судно приобретает дифферент на корму.

Рис. 77. Крен и дифферент

Из-за несимметричного относительно диаметральной плоскости судна расположения грузов или действия внешних сил (силы давления ветра на паруса и т. д.) судно может иметь крен.

Способность судна противостоять крену и возвращаться в нормальное положение по прекращении действия кренящих сил называется поперечной остойчивостью.

Когда судно плавает без крена, оно находится в равновесии под действием силы плавучести и своего веса. Точка приложения силы тяжести судна со всеми его частями и грузами называется центром тяжести судна (ЦТ). Точка приложения силы плавучести будет находиться в центре тяжести вытесненной судном воды. Эта точка называется центром величины (ЦВ).

Если грузы или экипаж не перемещаются, то в любом положении судна центр тяжести сохраняет свое положение. Центр величины перемещается при крене из-за изменения формы подводной части корпуса.

Когда швертбот плавает без крена, то сила тяжести (вес) судна уравновешивается силой плавучести. Сила плавучести приложена в центре величины (ЦВ) и направлена вертикально вверх. Центр величины расположен в диаметральной плоскости судна, так как очертания подводной части судна без крена симметричны относительно этой плоскости.

Рис. 78. Остойчивость швертбота

Если рассматривать случай, когда все грузы размещены на судне симметрично относительно диаметральной плоскости, то центр тяжести (ЦТ) будет расположен также в диаметральной плоскости судна. Сила плавучести равна весу; они лежат в одной плоскости, и швертбот находится в равновесии (рис. 78, а).

Если швертбот накренится, то центр величины переместится в сторону крена вследствие изменения формы надводной части. Сила тяжести и сила плавучести уже не будут расположены в одной плоскости и образуют пару сил, стремящуюся возвратить швертбот в нормальное положение. Такая остойчивость называется положительной (рис. 78, б).

Мерой остойчивости является произведение весового водоизмещения на расстояние между силами веса и плавучести (плечо остойчивости) — так называемый момент статической остойчивости. Он измеряется в тонно-метрах. При данном крене момент остойчивости швертбота может быть увеличен, если экипаж переместится на борт, противоположный крену (рис. 78, в). Тогда центр тяжести судна переместится в точку ЦТ и плечо остойчивости l, а следовательно, и момент остойчивости также увеличатся. Это обстоятельство широко используют спортсмены, плавающие на швертботах, где для уменьшения крена (увеличения остойчивости) экипаж «вывешивается» за борт, или, как говорят, откренивает судно.

С дальнейшим увеличением крена форма подводной части продолжает меняться, остойчивость сначала достигает наибольшего значения (при угле крена 20–35°), затем постепенно уменьшается, и наконец наступает такое положение, когда сила веса приходит в одну плоскость с силой плавучести и снова наступает положение равновесия (рис. 78, г).

Если придать швертботу больший крен, то действие пары сил будет уже стремиться опрокинуть его (рис. 78, д). Такая остойчивость называется отрицательной. Для большинства швертботов отрицательная остойчивость начинается при углах крена порядка 60–70°.

Посмотрим, как будет меняться остойчивость при действии на судно волны (рис. 79). Набегающая волна вызовет перемещение ЦВ, а значит, и отрицательную остойчивость (рис. 79 справа), и судно начнет крениться в обратную сторону. При проходе следующих волн картина повторится, и судно все время будет раскачиваться на волне. На крупной волне эти качания могут приводить к опрокидыванию швертботов, так как действие бортовой качки в отдельные моменты может совпадать с действием ветра на паруса.

У килевой яхты, где благодаря тяжелому фальшкилю центр тяжести расположен очень низко, зачастую ниже ЦВ. картина остойчивости иная (рис. 80). Как видно из рисунка, килевая яхта с глухой палубой всегда имеет положительную остойчивость, причем с увеличением угла крена она увеличивается и достигает наибольшей величины при крене 90°, когда паруса лежат на воде. Конечно, на практике яхту с открытым кокпитом или плохо задраенными люками при этом зальет водой и она может затонуть, не успев выпрямиться.

Очень своеобразно с точки зрения остойчивости ведут себя катамараны. На рис. 81 показаны силы и моменты, действующие на катамаран при крене. При малых углах крена, когда подветренный корпус погружается в воду, а наветренный выходит из нее, ЦВ энергично перемещается под ветер (рис. 81, б). Наконец, когда наветренный корпус выйдет из воды, плечо остойчивости достигнет максимальной величины (рис. 81,в).

В этот момент плечо остойчивости примерно равно половине расстояния между корпусами, а крен относительно невелик-около 10–12°. В дальнейшем остойчивость уменьшается, и катамаран ведет себя как швертбот, вплоть до переворачивания; при этом он становится вниз мачтой. Начальная остойчивость катамарана очень велика, однако, достигнув максимума, она интенсивно падает. Отрицательная остойчивость у него начинается несколько раньше, чем у швертбота, — при крене примерно 50–60°.

Рис. 81. Остойчивость катамарана

Следует отметить, что для катамарана имеет значение и продольная остойчивость. У килевых яхт и швертботов обычно продольная остойчивость достаточна велика, чтобы не считаться с возможностью сколько-нибудь серьезного дифферента под действием ветра на паруса (даже под спинакером). Узкие корпуса катамарана не имеют столь большой продольной остойчивости, и при свежем ветре он может получить дифферент на нос. В результате нос подветренного корпуса зароется в воду и катамаран опрокинется, как говорят, через скулу.

Мы рассматривали остойчивость яхты под действием какого-либо момента, который вызывает определенный крен. Очевидно, что если кренящий момент, приложенный к яхте, больше момента остойчивости, то судно начнет крениться. С этим сталкиваются, например, когда на яхте, идущей без крена курсом бейдевинд с почти обезветренными парусами, начинают подбирать шкоты, увеличивая силу дрейфа, а значит, и кренящий момент. Так как с увеличением крена кренящий момент от давления ветра на паруса уменьшается, а восстанавливающий момент остойчивости растет, то оба момента придут в равновесие при некотором угле крена и, если ничего не изменится, крен этот будет сохраняться. На рис. 82 показана сравнительная диаграмма остойчивости швертбота и катамарана с одинаковыми парусами; следовательно, при равной силе ветра кренящие моменты у них одинаковы. Кривая А соответствует кренящему моменту при скорости ветра 5–6 м/сек. При этом у швертбота крен будет около 19°, у катамарана — 4°. При усилении ветра кренящий момент возрастает, и наступит положение, при котором для катамарана он будет равен моменту остойчивости в точке 1, соответствующей максимуму остойчивости и кренящему моменту по кривой Б. Из рисунка видно, что в такой ситуации малейшее увеличение крана (или усиление ветра) приведет к опрокидыванию катамарана, так как при большем крене кренящий момент все время больше момента остойчивости. Швертбот же при этом накренится больше (до точки 2). Но при увеличении угла крена момент остойчивости больше кренящего момента. Поэтому он перевернется лишь при силе ветра, соответствующей кривой В, которая проходит тоже вблизи максимума остойчивости (точка 3).

Рис. 82. Остойчивость швертбота и катамарана при действии ветра на паруса

Указанное обстоятельство свидетельствует о том, что хотя швертбот или катамаран сами по себе сохраняют положительную остойчивость до точек 4 и 5 соответственно, но опасность перевернуться возникает значительно раньше, при углах крена несколько больших, чем углы, соответствующие максимуму остойчивости, а вовсе не критическим углам крена (в точках 4 и 5), как иногда думают. Это следует иметь в виду при управлении швертботом, а в особенности катамараном, который в положении / переворачивается весьма стремительно.

Остановимся вкратце на наиболее существенных моментах рассмотренного материала (их надо знать, чтобы грамотно управлять яхтой):

— швертбот и катамаран могут опрокинуться, причем опрокидывание происходит при крене, близком к тому, при котором достигается максимальная остойчивость;

— килевая яхта опрокинуться не может, но если она имеет открытый кокпит, то при большом крене или волне ее может залить, и она затонет;

— бортовая волна раскачивает яхту и уменьшает ее остойчивость; швертбот на большой волне может перевернуться совершенно неожиданно;

— вода, находящаяся внутри судна, существенно уменьшает его остойчивость; при большом количестве ее в трюме швертбота достаточно совсем небольшого крена, чтобы он перевернулся;

— широкое судно остойчивее узкого;

— чем ниже центр тяжести, тем остойчивее судно, и наоборот;

— чем больше площадь парусности и чем выше расположен центр парусности, тем меньше, при прочих равных условиях, остойчивость судна.

Некоторые из этих выводов не объяснены, их придется принять на веру или самостоятельно познакомиться с литературой по теории яхты.

Управляемость судна — это его способность изменять направление движения (поворачивать) под действием руля и парусов. Схема действия руля показана на рис. 83. При движении судна давление воды на руль направлено примерно перпендикулярно плоскости руля. Силу R давления воды на руль можно разложить на две силы: N и Q.

Сила N толкает корму в сторону, противоположную той, в которую положен руль, поэтому судно начинает двигаться не по прямой, а по кривой. Сила Q вызывает добавочное сопротивление движению судна.

Если закрепить руль в одном положении, то судно пойдет примерно по окружности, которая называется циркуляцией. Диаметр или радиус циркуляции является мерой поворотливости судна: чем меньше радиус циркуляции, тем лучше поворотливость, и наоборот.

Наибольшая поворотливость получается, когда руль положен на определенный угол-обычно не больше 15–20° на килевых яхтах, у которых руль подвешен на ахтерштевне (например, класс «Дракон») и 30–40° на швертботах и килевых яхтах, где руль стоит отдельно от плавника (например, на монотипах класса «Солинг»).

Чрезмерно положенный руль, как видно на рис. 83, только тормозит ход и отнюдь не способствует улучшению поворотливости.

Поворотливость тем лучше, чем короче подводная часть судна и чем ближе к середине расположены места с наибольшей осадкой. Судно с равномерно распределенной осадкой (например, военно-морская шлюпка) обладает значительно худшей поворотливостью, чем парусная яхта с ее коротким, глубоким килем. Швертботы еще поворотливее, чем килевые яхты.

Излишняя поворотливость понижает устойчивость на курсе, то есть способность судна сохранять прямолинейность движения. Излишне поворотливая яхта резко отзывается на малейшее движение руля, а так как рулем приходится работать в какой-то мере постоянно, рулевой на такой яхте быстро утомляется. Большим дефектом является также рыскливость-склонность судна плохо слушаться руля и произвольно бросаться из стороны в сторону. Причинами рыскания чаще всего бывают люфты в рулевом устройстве (руль болтается относительно румпеля), дифферент на нос, попутная волна, слишком сильно выбранный шверт при попутном ветре (у швертботов). С рыскливостью, вызванной конструктивными дефектами судна, иногда удается справиться «домашними» средствами, без помощи верфи, — дифферент на корму и установление плавников дают желаемый результат. Если в рыскание не устраняется, надо обратиться к специалистам по судостроению или опытным путем найти причину дефекта, вызывающего рыскание, и устранить его, если это возможно. У нетренированного и малоопытного рулевого иногда рыскает и совершенно «здоровая» яхта.

Ходкостью (ходовыми качествами) называют способность судна развивать и удерживать скорость хода. Она определяется, с одной стороны, сопротивлением, которое оказывает движению судна вода (и в некоторой степени воздух), а с другой — величиной движущей судно силы, то есть силы тяги парусов.

Чем меньше сопротивление корпуса судна и чем больше сила тяги парусов, тем больше скорость судна.

Сопротивление воды движению яхты складывается из следующих частей: сопротивление трения корпуса о воду, волновое сопротивление и сопротивление формы корпуса. Кроме того, учитывается и сопротивление надводной части судна воздуху, обдувающему корпус (для парусного судна-при движении против ветра).

Для парусных яхт, передвигающихся со скоростями, обычно не превышающими 4–6 узлов, то есть 8-12 км/час, большое значение имеет сопротивление трения поверхности днища о воду. В зависимости от скорости оно составляет от 40 до 80 % и более общего сопротивления корпуса. Чем меньше скорость, тем больше доля сопротивления трения в общем сопротивлении корпуса.

При малых скоростях движения (до 2–2,5 узла) сопротивление трения составляет 70–80 % общего сопротивления яхты.

Сопротивление трения зависит от гладкости поверхности днища. Чем меньше шероховатость, тем меньше и сопротивление трения. А так как в девяти случаях из десяти гладкость днища яхты зависит только от умения и трудолюбия ее экипажа, то, значит, в его же руках и возможности повышения скорости яхты.

Опытами установлено, что особенно сильно отражается на сопротивлении трения обрастание днища водорослями. Если не мыть днище, то через один-два месяца сопротивление трения увеличится на 40–60 %, что равносильно потере скорости яхты в средний ветер на 8-15 %.

По сравнению с зеркально-гладким днищем даже такая малая шероховатость, как 0,2–0,3 мм, увеличивает сопротивление трения небольшой яхты на 15–20 %, что равноценно потере скорости до 6 %.

Сопротивление трения зависит также от величины смоченной поверхности, то есть погруженной в воду поверхности корпуса. Чем больше смоченная поверхность, тем больше сопротивление трения. Поэтому, например, на швертботах и яхтах с достаточно полными обводами бывает полезно при слабом ветре слегка закренивать судно: геометрические свойства корпуса яхты таковы, что при крене (до известного предела, обычно до 10–15°) смоченная поверхность меньше, чем на ровном киле. При этом сопротивление уменьшается и судно идет несколько быстрее.

Как видим, уменьшение сопротивления трения чрезвычайно важно для повышения быстроходности парусной яхты.

Волновое сопротивление возникает от того, что судно при движении по воде образует на ее поверхности волны. Затрата энергии на их образование определяет величину волнового сопротивления. С увеличением скорости волновое сопротивление растет, причем быстрее, чем сопротивление трения.

Этим и объясняется меньшая доля сопротивления трения при больших скоростях движения.

Волновое сопротивление, кроме того, зависит от длины судна и его водоизмещения, а также от формы корпуса (как говорят, обводов), в частности от его полноты. Чем больше длина судна, тем меньше, при прочих равных условиях, волновое сопротивление.

Точнее говоря, волновое сопротивление существенно зависит не от самой длины яхты, а от ее относительной скорости, которую определяют отношением скорости к квадратному корню из длины по ватерлинии. Опыты показывают, что волновое сопротивление практически отсутствует при относительной скорости

— меньше 0,4–0,45[20] и начинает интенсивно расти при

больше 0,9.

При больших скоростях волновое сопротивление увеличивается так сильно, что прирост скорости водоизмещающей яхты становится малозаметным даже при значительном усилении ветра или увеличении площади парусности. Обычным водоизмещающим яхтам практически трудно достичь скорости большей, чем

При этой скорости волновое сопротивление составляет уже 60–70 % общего сопротивления.

Сопротивление формы объясняется возникновением завихрений при обтекании корпуса водой. Эти завихрения (рис. 84) образуются на кривых участках корпуса, а также около выступающих частей (киль, рули, пазы обшивки и пр.). Сопротивление формы, как и волновое сопротивление, зависит от обводов корпуса, а также от соотношения его размеров. Чем плавнее линии, по которым вода обтекает корпус, и чем меньше на нем выступающих частей, тем меньше и сопротивление формы.

Экипаж может несколько уменьшить сопротивление формы. Если из пазов обшивки торчит конопатка и выдавилась шпаклевка, если на поверхности днища есть не заделанные заподлицо заплаты, головки винтов, заклепок и т. п., если, наконец, погнут шверт или перо руля, сопротивление формы увеличивается довольно ощутимо. Чтобы уменьшить его, необходимо убрать все ненужные выступы, наплывы краски, выемки на поверхности корпуса, а не убираемым выступающим частям (штевни, плавники, выступающий киль, шверт, руль и т. п.) по возможности придать обтекаемую форму.

Сопротивление формы в значительной степени зависит от соотношения главных размеров яхты — длины и ширины. Чем уже и длиннее яхта и чем острее ее обводы, тем меньше сопротивление формы.

Большое значение имеет правильная профилировка шверта у швертбота и плавника фальшкиля у килевой яхты. Если шверту или плавнику придать профиль, подобный профилю крыла самолета, то можно несколько уменьшить сопротивление подводной части.

Наконец, для получения хороших ходовых качеств при лавировке, то есть когда яхта идет против ветра (при большой силе дрейфа), она должна иметь достаточное боковое сопротивление.

Лавировочные качества яхты определяются не только величиной площади ее бокового сопротивления, но и его распределением: чем глубже под воду опущен киль или шверт, тем больше сопротивление дрейфу, а раз дрейф меньше, то она идет круче к ветру.

Значительное влияние на сопротивление движению яхты оказывают крен и дрейф. Установлено, что при увеличении крена сверх известного для каждой яхты предела общее сопротивление увеличивается. До крена 10–15° яхты с обычными обводами имеют даже меньшее сопротивление, так как при этом уменьшается смоченная поверхность. Однако при большем крене сопротивление корпуса возрастает довольно резко — на 15–25 % при крене 30–35°. Это приводит к уменьшению скорости судна. Кроме того, при крене сильно падает тяга парусов, что еще больше уменьшает скорость хода. Поэтому откренивать швертбот или небольшую килевую яхту нужно не столько для того, чтобы уменьшить возможность опрокидывания или заливания водой через кокпит, сколько для увеличения скорости хода.

Именно поэтому опытные яхтсмены на малых судах, где весом экипажа можно существенно уменьшить крен, стараются откренивать яхту, насколько позволяют правила и физические возможности. В ряде классов швертботов разрешается применять «летучие трапеции» — приспособления, позволяющие матросу откренивать судно, вывешиваясь за борт во весь рост. Это дает возможность вести яхту почти без крена на всех курсах и при сильном ветре.

Дрейф также очень сильно сказывается на сопротивлении. Обычно килевая яхта имеет дрейф примерно 2–4, а швертбот — 5–6°. Опыты показали, что увеличение (или уменьшение) дрейфа на 1° вызывает рост (или уменьшение) сопротивления яхты на 8-10 %. Таким образом, если бы мы добились уменьшения дрейфа килевой яхты с 3 до 2°, то уменьшили бы ее сопротивление на 8- 10 % и судно пошло бы круче на 1°. Это дало бы возможность увеличить скорость прохождения дистанции в лавировку на 4–6 % (2–3 мин. на каждый час лавировки).

Дрейф и появляющееся в результате добавочное сопротивление также неизбежны (на острых курсах), как неизбежно при этом возникновение и силы дрейфа. К сожалению, невозможно совсем избавиться от дрейфа, но совершенно реально уменьшить добавочное сопротивление от него, умело используя паруса и управляя яхтой с минимально возможным дрейфом.

В уменьшении дрейфа швертбота большую роль играет достаточная площадь шверта и правильная центровка. Площадь выступающей части шверта не должна быть меньше 2,5–3 % площади парусности, иначе швертбот будет иметь повышенный дрейф и пойдет в лавировку много хуже.

Теоретический чертеж яхты

Чтобы иметь возможность определить мореходные качества яхты и ясно представить себе форму ее корпуса, вычерчивают так называемый теоретический чертеж яхты — изображение внешней формы судна в трех проекциях (рис. 85):

Рис. 85. Теоретический чертеж килевой яхты класса «Темпест»

бок — изображение корпуса сбоку;

полуширота — изображение корпуса сверху[21];

корпус — изображение судна спереди и сзади.

Если пересекать судно горизонтальными плоскостями, то получатся линии, изображаемые на боку и корпусе прямыми, а на полушироте — кривыми. Эти половина корпуса, почему эта проекция и называется полушнротои, линии называются сечениями по ватерлиниям или просто ватерлиниями.

Различают конструктивную ватерлинию (КВЛ), до которой яхта сидит без груза, в обмерном состоянии, и грузовую (ГВЛ), до которой судно сидит в воде в груженом состоянии, а также подводные и надводные ватерлинии. По ватерлинии в известной степени можно определить характер обтекания судна водой.

При пересечении корпуса вертикальными плоскостями получатся линии, изображаемые на полушироте и боку прямыми, а на корпусе — кривыми. Они называются сечениями по шпангоутам, или просто шпангоутами. Так как яхта симметрична относительно диаметральной плоскости, то на корпусе изображают только половинки шпангоутов: справа- носовые, слева — кормовые. Шпангоуты определяют форму судна при его изготовлении, так как обшивку накладывают на лекала — деревянные рамы, вырезанные по теоретическим сечениям — шпангоутам. Среди шпангоутов выделяют мидель-шпангоут, находящийся на середине длины по ГВЛ. Иногда так называют самый большой по площади подводной части шпангоут (обычно он и самый широкий).

Если рассекать корпус плоскостями, параллельными диаметральной плоскости яхты, то на чертеже получатся линии, изображаемые на полушироте и корпусе прямыми, а на боку — кривыми. Эти линии называют батоксами. Кроме того, корпус рассекают плоскостями, наклонными к диаметральной плоскости, и получают линии, называемые диагоналями или рыбинами. Диагонали изображаются по полушироте снизу.

Все линии теоретического чертежа должны быть плавными, а положения точек согласованы во всех проекциях.

Глиссирование

Судно поддерживается на воде силами плавучести. Когда оно неподвижно, силы плавучести равны его весу. При движении частицы воды оказывают давление на днище. Наиболее заметным проявлением этого давления является гидродинамическое сопротивление, при котором появляется сила, направленная в сторону, противоположную направлению движения судна. Есть и другие силы. Одна из них — гидродинамическая сила поддержания — появляется вследствие давления воды на поверхность днища.

Возникает она следующим образом (рис. 87). Представим себе пластинку, движущуюся по воде под некоторым углом к ее поверхности. Очевидно, вода будет оказывать давление на поверхность пластинки вследствие ударов частиц воды о нее. Сила давления R примерно перпендикулярна плоскости пластинки. Силу R можно разложить на две: силу X, направленную горизонтально, и силу У, направленную вертикально. Сила Х — это сопротивление движению пластинки, а сила У-гидродинамическая сила поддержания.

Вот почему водные лыжи, плавучесть которых ничтожна, превосходно удержат человека. Если сравнить два способа передвижения человека по воде — например, на гребной лодке и на водных лыжах, — то они принципиальны различны. В одном случае поддержание на поверхности воды происходит исключительно за счет архимедовой силы плавучести (лодка), во втором-только за счет гидродинамической силы поддержания (водные лыжи).

В теории корабля первый способ поддержания на воде называют плаванием, второй — скольжением, или глиссированием. Поэтому суда, которые при движении по воде поддерживаются главным образом силами плавучести, называются водоизмещающими, а суда, которые держатся на воде за счет гидродинамической силы, — скользящими или глиссирующими.

Известно, что водоизмещающее судно может увеличивать скорость только в результате увеличения мощности своего двигателя, причем возрастание мощности примерно пропорционально кубу скорости. Это значит, что если катер водоизмещающего типа имеет скорость хода 6 узлов при мощности мотора 10 л. с., то для достижения скорости 12 узлов надо поставить мотор в восемь раз мощнее — 80 л. с., а для достижения скорости до 18 узлов (если все еще сохраняется водоизмещающий режим) понадобится мотор уже в 270 л. с. Поэтому до появления глиссирующих судов скорости на воде были ограничены. Так как сопротивление при глиссировании растет значительно медленнее, чем при плавании, то с появлением глиссеров стало возможно достигать скорости на воде 350–400 км/час и более.

Еще несколько лет назад считали, что яхта не может глиссировать. Во-первых, она является типичным водоизмещающим судном; а во-вторых, парус развивает недостаточную мощность, чтобы заставить ее глиссировать. Однако в последние годы термины «глиссирующий швертбот», «глиссирующая яхта», «глиссирование» стали обычными. Более того, неглиссирующие швертботы сохранились только в крейсерско-гоночных классах, а современные гоночные швертботы почти все глиссирующие.

Изучение движения судов на воде показало, что при движении с малыми скоростями гидродинамические силы поддержания очень малы и практически не оказывают влияния на судно. С ростом скорости гидродинамические силы увеличиваются и начинают понемногу выталкивать судно из воды, оно как бы всплывает. Если скорость еще больше возрастет, то в конце концов судно совершенно выйдет из воды и будет держаться на ее поверхности только благодаря действию гидродинамических сил поддержания.

С увеличением этих сил осадка корпуса уменьшается, уменьшается и смоченная поверхность; следовательно, величина сопротивления движению возрастает в значительно меньшей степени, чем при режиме плавания. Поэтому при больших скоростях глиссирующее судно оказывает сопротивление движению меньше, чем водоизмещающее.

Мы знаем, что скорость 5–6 узлов обычна для малых парусных судов, однако в подавляющем большинстве случаев они очень далеки от глиссирования, и мы почти не замечаем действия гидродинамических сил поддержания.

Каким же образом заставить парусное судно глиссировать?

Рассмотрим те условия, которые способствуют глиссированию моторных судов. Их три:

— наличие достаточной мощности на единицу веса судна, то есть высокое отношение мощности двигателя к весу судна;

— особые формы корпуса с большими плоскими поверхностями, создающими достаточно большую гидродинамическую силу поддержания;

— малый вес судна.

Мощность парусов зависит от трех факторов: скорости ветра, площади парусности и курса яхты относительно ветра. Не затрагивая влияния скорости ветра и курса яхты, остановимся на влиянии площади парусности. Поскольку мощность парусов пропорциональна их площади, то отношению мощности двигателя к весу моторного судна будет соответствовать отношение площади парусности к весу яхты. Существует мнение, что глиссирование парусного судна возможно при условии, если его парусность не менее 40 м² на каждую тонну водоизмещения. Уверенное глиссирование требует несколько большей нагруженности парусами — 45–50 м² на тонну: «Летучий голландец» отлично глиссирует при нагрузке 50 м² на тонну, а «Финн», имея около 45 м² на тонну, глиссирует несколько хуже.

Но даже если поставить очень большую парусность на маленький швертбот, он не обязательно будет глиссировать. Надо еще, чтобы глиссирующий швертбот был очень остойчив благодаря форме корпуса и открениванию.

Специальные формы корпуса способствуют глиссированию. Типичный глиссирующий швертбот или килевая яхта должны иметь острые носовые и плоские кормовые обводы с длинной и сравнительно широкой кормовой частью (рис. 85).

Глиссирование возможно главным образом на полных курсах, ибо на лавировке трудно удержать судно от сильного крена из-за большого давления на паруса. Кроме того, нужен достаточно сильный ветер, ибо мощность, развиваемая парусами, пропорциональна кубу скорости ветра. Глиссирование возможно при силе ветра не менее 4 баллов. Волнение способствует переходу на глиссирование, так как при скольжении по склону волны скорость яхты увеличивается.

Глиссирующие суда должны иметь минимальную смоченную поверхность, чтобы сопротивление трения было меньше. В итоге легче достигаются скорости, при которых начинается движение на переходном от плавания к глиссированию режиме.

Кратко подытожим сказанное. Для того чтобы парусная яхта глиссировала, необходимо, чтобы она:

— на полном курсе при ветре около 4 баллов легко достигала скорости 5–5,5 узлов, при которой небольшой швертбот переходит от плавания к глиссированию;

— была достаточно легкой и несла достаточную парусность, не меньше 40–50 м² на каждую тонну веса судна в гоночном состоянии, то есть с экипажем;

— имела достаточную остойчивость, обеспеченную формой и шириной корпуса или применением «летучей трапеции»;

— имела специальные обводы с плоч скими поверхностями в кормовой части, которые при глиссировании обладают хорошей несущей способностью;

— имела минимальную смоченную поверхность корпуса.

Кроме того, необходим сильный ветер и правильное управление судном. Глиссирующие швертботы с парусностью 12–20 м² достигают скорости 12–15 узлов при обычной скорости глиссирования 10–11 узлов, в то время как для водоизмещающих яхт и швертботов подобного размера такие скорости совершенно нереальны.

Ветер

Ветер характеризуется двумя основными элементами: направлением, в котором перемещается воздух, и скоростью, с которой происходит это перемещение. Направление ветра в морской практике принято означать той частью горизонта, откуда он дует. Таким образом, ветер, при котором воздух перемещается с юга на север, будет южным. Скорость его обычно определяют в метрах в секунду или в узлах.

Практически для определения скорости ветра учитывают производимое им действие, измеряя таким образом его силу, и уже по ней судят о скорости. Так, в шкале Бофорта (см. приложение 3) приводится таблица, где сила ветра определяется в баллах, и дается соответствующая ей скорость в м/сек, а также внешние признаки действия ветра.

Таким образом, можно говорить о силе ветра во столько-то баллов, но нельзя сказать, что сила ветра 5 м/сек, или 10 узлов.

На яхте скорость ветра измеряют с помощью анемометра. Ручной анемометр (наиболее распространенного типа) состоит из вертушки и системы зубчатых колес, связанных со стрелками. Для определения скорости ветра его укрепляют на торце двух-трехметрового шеста, записывают отсчет стрелок и, установив на открытом месте, включают с помощью тонкого шнурка. Одновременно пускают секундомер. Через 100 сек., также с помощью шнурка, анемометр останавливают и записывают отсчет. Разность отсчетов, деленная на 100, даст скорость ветра в м/сек. Для более точного измерения полученную скорость ветра нужно умножить на поправочный коэффициент из специальной таблицы, приложенной к аттестату анемометра.

На яхтах часто используют анемометры типа АРИ-49, которые сразу показывают скорость ветра в м/сек.

Ветер только при небольших скоростях (до 4 м/сек) спокойный — частицы воздуха перемещаются по параллельным траекториям. При скорости свыше 4 м/сек воздушный поток приобретает завихренный (турбулентный) характер, при котором пути отдельных струй воздуха пересекаются и становятся весьма сложными.

В силу вихревого строения направление и скорость воздушных струй в каждой точке воздушного потока непрерывно меняются. Резкие изменения скорости ветра называются порывами. Сильный ветер более порывист, чем слабый.

Ветер с резкими, значительными по силе порывами, продолжающимися несколько минут подряд, называется шквалистым, а резкое увеличение скорости и направления ветра в течение небольшого промежутка времени на фоне более слабого ветра, а иногда и штиля, называется шквалом.

Ветер, направление которого часто меняется, называется неустойчивым. Наиболее неустойчивы слабые ветры. Хотя неустойчивость ветра и возрастает с увеличением средней скорости, но при сильном ветре она не так заметна и меньше сказывается на работе парусов, чем при слабом.

Образование ветра обусловливается перемещением воздушных масс из областей с высоким атмосферным давлением в область низкого с отклонением до 60° в северном полушарии вправо, а в южном — влево. Отклонение перемещающихся масс воздуха вызывается вращением Земли. Поскольку у экватора всегда существует более низкое атмосферное давление, над океанами дуют постоянные ветры: северо-восточные пассаты — в северном полушарии и юго-восточные — в южном, распространяющиеся до 26-35-й параллели.

Периодическое (годовое) изменение атмосферного давления в различных областях земного шара вызывает сезонные ветры — муссоны. Зимой атмосферное давление выше над материками, летом — над океанами; поэтому зимой ветры дуют с материков на океаны, а летом — с океанов на материки, также отклоняясь вправо в северном полушарии и влево в южном. На территории Советского Союза муссоны дуют на Дальнем Востоке.

Ветры, вызываемые неодинаковым атмосферным давлением в смежных областях земной и водной поверхности, называют барическими; ветры, возникающие по местным причинам и захватывающие ограниченные районы, называются местными. К таким ветрам относятся в первую очередь бризы, практически наиболее важные для парусного спорта.

Бризы-ветры, дующие на морских (озерных) побережьях. Они меняют направление два раза в сутки: днем с 9- 10 часов утра по местному времени бриз дует с воды на сушу; после захода солнца начинается ночной бриз-с суши на воду (рис. 88). Бризы в умеренных широтах наблюдаются больше в первой половине лета.

Зона действия бриза в море и на суше не превышает 30–40 км. Бриз дует и на суше, например на границе полей и леса, где более влажный, медленно прогревающийся и медленнее остывающий лес играет роль «воды», а поля — «суши». Легко понять, что у скалистых, песчаных, безлесных берегов бриз сильнее, чем у болотистых и лесистых; это нередко приходится принимать в расчет.

Воздушный поток, соприкасаясь с поверхностью земли или воды, несколько задерживается, поэтому с высотой скорость ветра увеличивается.

На рис. 89 показан примерный график изменения скорости ветра в зависимости от высоты над уровнем моря.

Сила и направление ветра в течение дня меняются: обычно при хорошей установившейся погоде до 14–15 час. ветер усиливается, а затем начинает ослабевать. Усиливаясь, ветер обычно изменяет направление вправо, а ослабевая, — влево.

Береговая черта с препятствиями (высокий обрывистый берег, лес, близко расположенные к воде здания и т. п.) возмущает поток ветра, изменяет его направление и скорость, а также делает более завихренным. При ветре с берега высокие препятствия создают с подветренной стороны ветровую тень, и в пограничной зоне этой тени изменяются направления и скорость воздушной струи.

Высокие лесистые берега значительно ослабляют ветер. Действие леса (при ветре с берега) сказывается на расстоянии 150–200 м. У очень высоких, обрывистых берегов при ветре, дующем перпендикулярно к берегу, затишье (мертвая зона) может распространяться на несколько сот метров.

В море вдали от берега ветер более постоянен, чем в прибрежной полосе, проливах, реках.

Отметим основные особенности ветрового потока, с которыми чаще всего приходится сталкиваться на практике.

1. Когда ветер дует со стороны воды и перпендикулярно к берегу, под высоким берегом или стенкой у самой воды образуется обратный ветер, действующий на расстоянии, приблизительно равном высоте препятствия. Это хорошо видно зимой, когда у подножия препятствия с наветренной стороны не наметает снега.

2. Ветер, пересекающий наискось долину реки (пролива), отклоняется в середине долины по ее направлению.

3. При ветре со стороны высокого берега, против глубоких оврагов воздушный поток значительно увеличивает скорость и расходится веером. Особенно заметно это явление при ночном бризе.

4. Очень слабый ветер неустойчив. При затихающем ветре отдельные порывы и полосы ветра указывают направление нового ветра, который вскоре задует.

5. Сильный ветер, как правило, порывист.

6. Кучевые облака сопровождаются местным усилением слабого ветра (в пределах тени облака с наветренной стороны), мощные кучевые и грозовые- шквалом.

7. С высотой скорость ветра увеличивается. Это особенно заметно на озерах и реках с высокими, лесистыми берегами, когда при слабых ветрах яхты с более высоким вооружением имеют под берегом заметное преимущество в скорости по сравнению с яхтами с низкой парусностью. Такое явление наблюдается и в море, но в меньшей степени.

8. На озерах и больших реках в жаркие, штилевые дни ближе к полудню ветер можно найти, идя ближе к берегу. Вечером, после захода солнца, надо держаться ближе к безлесному, сухому берегу.

9. Ветер, усиливаясь, как правило, поворачивает направо, а ослабевая — налево.

Вымпельный ветер

Скорость и направление воздушного потока, встречаемого движущейся яхтой, зависят не только от истинного ветра, но и от скорости яхты.

Направление ветра по-разному воспринимается людьми, находящимися на движущейся яхте и на берегу.

При неизменном направлении ветра относительно водной поверхности направление флюгарки (вымпела) яхты будет меняться в зависимости от скорости и курса судна. Чем быстрее идет яхта, тем больше вымпел отклоняется к корме.

Направление действующего на движущуюся яхту и ее паруса ветра не совпадает с направлением истинного ветра, которое мы наблюдаем, например, по дыму заводских труб, флагам на берегу и т. п. Причина этого явления — влияние движения самой яхты на направление воздушного потока, воспринимаемого судном и его парусами.

Если в полный штиль начать буксировать яхту за катером, то паруса ее заполощут, а вымпел растянется.

В этом случае вымпел покажет так называемый курсовой ветер, равный скорости яхты и направленный в сторону, обратную ее курсу. При наличии истинного ветра вымпел расположится по направлению равнодействующей скоростей истинного и курсового ветров, показывая так называемый вымпельный ветер.

Рис. 90. Вымпельный ветер на разных курсах

Обратимся к рис. 90. В положении а яхта идет с углом истинного ветра (УВ) 45° со скоростью около 3 м/сек при ветре 8 м/сек. Скорость вымпельного ветра есть геометрическая сумма скоростей истинного и курсового ветров и в этом случае равна примерно 10 м/сек, а угол вымпельного ветра (УВВ) составляет около 32°. Скорости и углы вымпельного ветра для углов истинного ветра 90, 135 и 180° показаны на положениях б, в, г.

На острых курсах действие на яхту истинного и курсового ветров складывается, поэтому вымпельный ветер заметно ощущается даже при тихой погоде. Наоборот, на курсе фордевинд истинный ветер (направленный с кормы) и курсовой ветер (направленный с носа) взаимно противоположны, и в этом случае вымпельный ветер ощущается очень слабо. Паруса всегда ставятся в зависимости от вымпельного ветра, так как именно его скоростью и направлением определяется давление на паруса.

Известно, что скорость яхты растет медленнее, чем скорость истинного ветра. Следовательно, разница между углами ветра истинного и вымпельного уменьшается с увеличением скорости ветра. В этом легко убедиться. Рассмотрев рис. 90 и 91, мы можем сделать следующие выводы:

— работа парусов яхты определяется не истинным, а вымпельным ветром;

— вымпельный ветер на всех курсах, кроме курса фордевинд, всегда острее, чем истинный;

— скорость вымпельного ветра на острых курсах всегда больше, а на полных меньше скорости истинного,

— при сильных ветрах отношение скорости судна к скорости ветра меньше, чем при слабых. Поэтому скорость вымпельного ветра при слабых ветрах гораздо больше отличается от скорости истинного ветра. Это практически используют при так называемой лавировке на фордевинд, когда выгоднее идти по ломаной линии и галсами в бакштаг, чем по прямой курсом фордевинд. На буерах, катамаранах и глиссирующих судах, скорость которых увеличивается почти пропорционально скорости ветра (в известных пределах), лавируют на фордевинд и при средних ветрах.

Изменение скорости истинного ветра при лавировке заставляет изменять курс для сохранения оптимального угла вымпельного ветра. Каждому яхтсмену известно, что при порывах ветра можно идти круче к истинному ветру, а при ослаблении его приходится уваливать. Обратимся к рис. 92, на котором U-вектор истинного ветра, V — вектор курсового ветра (скорость яхты), W-вектор вымпельного ветра, и a_b — оптимальный угол вымпельного ветра, обеспечивающий наивыгоднейшую скорость лавировки.

Допустим, яхта попала в полосу более сильного ветра того же направления, вектор которого на рисунке обозначен U1. Она вначале по инерции будет идти с прежней скоростью V, а вектор вымпельного ветра окажется равным W1, и направление его отойдет от курса яхты еще на угол

Таким образом, сохраняя оптимальный угол вымпельного ветра а_b, можно привестись на величину угла

Увеличение скорости ветра, в свою очередь, несколько увеличит скорость яхты, и придется чуть-чуть увалиться, и все же курс будет круче первоначального. При ослаблении ветра — противоположная картина: надо уваливаться.

Теперь представим себе, что в полный штиль яхту (без парусов) несет быстрое течение. Очевидно, как и при буксировке, судно встретит поток воздуха, скорость которого равна скорости течения воды, но направленной в противоположную сторону. Таким образом, течение воды, сообщая яхте движение относительно воздуха, также влияет на вымпельный ветер, а следовательно, и на крутизну лавировки следующим образом:

— при лавировке по течению вымпельный ветер усилится и угол его будет больше, чем при отсутствии течения;

значит, яхта может идти круче, а снос течением увеличит ее скорость относительно берега:

— при лавировке против течения вымпельный ветер уменьшится и угол его будет меньше. Яхте придется идти полнее (относительно истинного ветра), а течение будет уменьшать ее скорость относительно берегов.

В заключение остановимся на одном очень важном с точки зрения работы паруса моменте. Напомним, что с высотой скорость ветра возрастает. Если построить параллелограммы скоростей ветра на разных высотах паруса (рис. 93), можно видеть, что при скорости яхты 3,5 м/сек и угле истинного ветра 45° скорость вымпельного ветра с увеличением высоты от 2 до 12 м возрастает с 7.8 до 10 м/сек. При этом угол вымпельного ветра (УВВ) увеличивается от 25 до 30°.

Вот почему парус необходимо кроить так, чтобы для сохранения оптимального угла атаки он несколько закручивался снизу вверх, с «отвалом» задней шкаторины под ветер. Надо сказать, что эта закрутка, естественно, может быть больше при слабых ветрах, чем при сильных.

Основные сведения из теории паруса

Не менее важное значение, чем сопротивление корпуса, имеет сила тяги, развиваемая парусами. Чтобы яснее представить себе работу парусов, познакомимся с основными понятиями теории паруса.

Мы уже говорили об основных силах, действующих на паруса яхты, идущей с попутным (курсом фордевинд) и со встречным ветром (курсом бейдевинд). Выяснили, что сила, действующая на паруса, может быть разложена на силу, которая вызывает крен и снос яхты под ветер, — силу дрейфа и силу тяги (см. Рис 2 и 3).

Теперь посмотрим, как определяется полная сила давления ветра на паруса я от чего зависят силы тяги и дрейфа.

Чтобы представить работу паруса на острых курсах, удобно вначале рассмотреть плоский парус (рис. 94), который испытывает давление ветра под определенным углом атаки. В этом случае за парусом образуются завихрения, на наветренной стороне его возникают силы давления, на подветренной — силы разрежения. Их результирующая R направлена примерно перпендикулярно к плоскости паруса. Для правильного понимания работы паруса ее удобно представить в виде равнодействующей двух составляющих сил: Х-направленной параллельно воздушному потоку (ветру) и Y-перпендикулярной ему.

Сила X, направленная параллельно воздушному потоку, называется силой лобового сопротивления; она создается, кроме паруса, еще и корпусом, такелажем, рангоутом и экипажем яхты.

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

Если при том же лобовом сопротивлении паруса Х (рис. 95) подъемная сила увеличивается, например, до величины Y1, то, как показано на рисунке, равнодействующая подъемной силы и лобового сопротивления изменится на R и соответственно сила тяги Т увеличится до Т1.

Подобное построение позволяет легко убедиться, что с увеличением лобового сопротивления Х (при той же подъемной силе) тяга Т уменьшается.

Таким образом, есть два пути увеличения силы тяги, а следовательно, и скорости хода на острых курсах: увеличение подъемной силы паруса и уменьшение лобового сопротивления паруса и яхты.

В современном парусном спорте подъемную силу паруса увеличивают придавая ему вогнутую форму с некоторой «пузатостью» (рис. 96): размер от мачты до наиболее глубокого места «пуза» обычно составляет 0,3–0,4 ширины паруса, а глубина «пуза»-около 6-10 % ширины. Подъемная сила такого паруса на 20–25 % больше, чем совершенно плоского почти при том же лобовом сопротивлении. Правда, яхта с плоскими парусами идет чуть круче к ветру. Однако с «пузатыми» парусами скорость продвижения в лавировку больше благодаря большей тяге.

Заметим, что у пузатых парусов увеличивается не только тяга, но и сила дрейфа, а значит, крен и дрейф яхт с пузатыми парусами больше, чем со сравнительно плоскими. Поэтому «пузатость» паруса больше 6–7 % при сильном ветре невыгодна, так как увеличение крена и дрейфа приводит к значительному повышению сопротивления корпуса и снижению эффективности работы парусов, которые «съедают» эффект увеличения тяги. При слабых ветрах лучше тянут паруса с «пузом» 9-10 %, так как из-за малого общего давления ветра на парус крен невелик.

Любой парус при углах атаки больше 15–20°, то есть при курсах яхты 40–50° к ветру и больше, позволяет уменьшить подъемную силу и увеличить лобовое сопротивление, поскольку на подветренной стороне образуются значительные завихрения. А так как основную часть подъемной силы создает плавное, без завихрений, обтекание подветренной стороны паруса, то уничтожение этих завихрений должно дать большой эффект.

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

Профиль мягкого паруса трудно сохранить неизменным при различных углах атаки. Раньше на швертботах ставили сквозные латы, проходящие через весь парус, — их делали более тонкими в пределах «пуза» и более толстыми к задней шкаторине, где парус гораздо площе. Сейчас сквозные латы ставят главным образом на буерах и катамаранах, где особенно важно сохранить профиль и жесткость паруса при малых углах атаки, когда обычный парус уже полощет по передней шкаторине.

Если источником подъемной силы является только парус, то лобовое сопротивление создает все, что оказывается в потоке воздуха, обтекающем яхту. Поэтому улучшение тяговых свойств паруса может быть достигнуто также и за счет снижения лобового сопротивления корпуса яхты, рангоута, такелажа и экипажа. Для этой цели используют различного рода обтекатели на рангоуте и такелаже.

Величина лобового сопротивления паруса зависит от его очертаний. По законам аэродинамики лобовое сопротивление крыла самолета тем меньше, чем оно уже и длиннее при той же площади. Вот почему парус (по существу то же крыло, но поставленное вертикально) стараются делать высоким и узким. Это позволяет также использовать верховой ветер.

Лобовое сопротивление паруса в очень большой степени зависит от состояния его передней кромки. Передние шкаторины всех парусов должны быть туго обтянуты, чтобы не допускать возможности вибраций.

Необходимо упомянуть еще об одном весьма важном обстоятельстве — так называемой центровке парусов.

Из механики известно, что всякая сила определяется ее величиной, направлением и точкой приложения. До сих пор мы говорили только о величине и направлении сил, приложенных к парусу. Как мы увидим дальше, знание точек приложения имеет большое значение для понимания работы парусов.

Давление ветра распределяется по поверхности паруса неравномерно (большее давление испытывает его передняя часть), однако для упрощения сравнительных расчетов считают, что оно распределяется равномерно. Для приближенных расчетов равнодействующую силу давления ветра на паруса полагают приложенной к одной точке; за нее принимают центр тяжести поверхности парусов, когда они помещены в диаметральной плоскости яхты. Эту точку называют центром парусности (ЦП).

Остановимся на самом простом графическом способе определения положения ЦП (рис. 98). Вычерчивают парусность яхты в нужном масштабе. Затем на пересечении медиан — линий, соединяющих вершины треугольника с серединами противоположных сторон, — находят центр каждого паруса. Получив таким образом на чертеже центры О и O1 двух треугольников, составляющих грот и стаксель, проводят через эти центры две параллельные линии ОА и O1Б и на них откладывают в противоположных направлениях в любом, но одинаковом масштабе столько линейных единиц, сколько квадратных метров в треугольнике; от центра грота откладывают площадь стакселя, а от центра стакселя — площадь грота. Концевые точки А и В соединяют прямой АБ. Другой прямой — O1O соединяют центры треугольников. На пересечении прямых А Б и O1O будет находиться общий центр. Четырехугольный грот предварительно разбивают диагональю на два треугольника, вычисляют их площади и описанным образом определяют отдельно ЦП такого грота.

Как мы уже говорили, силе дрейфа (будем считать ее приложенной в центре парусности) противодействует сила бокового сопротивления корпуса яхты. Силу бокового сопротивления считают приложенной в центре бокового сопротивления (ЦБС). Центром бокового сопротивления называется центр тяжести проекции подводной части яхты на диаметральную плоскость.

Центр бокового сопротивления можно найти, вырезав контур подводной части яхты из плотной бумаги и поместив эту модель на лезвие ножа. Когда модель уравновесится, легко нажимают на нее, затем поворачивают на 90° и снова уравновешивают. Пересечение этих линий дает нам центр бокового сопротивления.

Когда яхта идет без крена, ЦП должен лежать на одной вертикальной прямой с ЦБС (рис. 99). Если ЦП лежит впереди ЦБС (рис. 99, б), то сила дрейфа, смещенная вперед относительно силы бокового сопротивления, поворачивает нос судна под ветер — яхта уваливается. Если ЦП окажется позади ЦБС, яхта станет поворачиваться носом к ветру, или приводиться (рис. 99, в).

И чрезмерное приведение к ветру, и в особенности уваливание (неправильная центровка) вредны для хода яхты, так как заставляют рулевого все время работать рулем, чтобы сохранить прямолинейность движения, а это увеличивает сопротивление корпуса и снижает скорость судна. Кроме того, неправильная центровка приводит к ухудшению управляемости, а в некоторых случаях — к ее полной потере.

Если мы отцентруем яхту так, как показано на рис. 99, а, то есть ЦП и ЦБС окажутся на одной вертикали, то судно будет очень сильно приводиться и управлять им станет весьма трудно. В чем дело? Здесь две главные причины. Во-первых, истинное расположение ЦП и ЦБС не совпадает с теоретическим (оба центра сдвинуты вперед, но неодинаково).

Во-вторых, и это главное, при крене сила тяги парусов и сила продольного сопротивления корпуса оказываются лежащими в разных вертикальных плоскостях (рис. 100), получается как бы рычаг, заставляющий яхту приводиться. Чем больше крен, тем больше склонность судна приводиться.

Чтобы ликвидировать такое приведение, ЦП помещают впереди ЦБС. Возникающий с креном момент силы тяги и продольного сопротивления, заставляющий яхту приводиться, компенсируется улавливающим моментом сил дрейфа и бокового сопротивления при переднем расположении ЦП. Для хорошей центровки приходится ЦП помещать впереди ЦБС на расстоянии, равном 10–18 % длины яхты по ватерлинии. Чем менее остойчива яхта и чем выше поднят ЦП над ЦБС, тем больше в нос надо его передвигать.

Чтобы яхта имела хороший ход, ее надо отцентровать, то есть поставить ЦП и ЦБС в такое положение, при котором судно на курсе бейдевинд в слабый ветер было полностью уравновешено парусами, иными словами — было устойчиво на курсе с брошенным или закрепленным в ДП рулем (допускается легкая склонность к уваливанию при совсем слабом ветре), а при более сильном ветре имело склонность приводиться. Каждый рулевой должен уметь правильно центровать яхту. На большинстве яхт склонность приводиться увеличивается, если перебраны задние паруса и потравлены передние. Если же перебраны передние и перетравлены задние паруса, судно будет уваливаться. При увеличении «пузатости» грота, а также плохо стоящих парусах яхта склонна приводиться в большей степени.

Если яхта слишком приводится, следует перенести вперед ЦП или сместить назад ЦБС.

Чтобы сдвинуть вперед ЦП, можно:

— наклонить или передвинуть вперед мачту;

— перенести вперед (если позволяет обмер) точку крепления штагов передних парусов;

— увеличить площадь передних парусов;,

Чтобы сдвинуть назад ЦБС, можно:

— положить руль под ветер;

— подобрать шверт, особенно если он длинный и узкий-так называемый мечевидный;

— перенести шверт или плавник назад;

— дать дифферент на корму. Если яхта слишком уваливает, надо перенести вперед ЦБС или назад ЦП. Для этого выполняют операции, обратные указанным.

Каждый рулевой должен помнить, что центровка яхты очень важна для увеличения скорости хода и безопасности. плавания.