Кое-что о яхтах
Нетрудно понять, как движется яхта при попутном ветре; дав*ление ветра на паруса просто толкает ее вперед. Совсем дру*гое дело при встречном ветре, в этом случае скорее проявляется тенденция двигаться назад, чем вперед. И все же парусные суда могут двигаться против ветра, хотя и не прямо. Непосвященному трудно понять, как яхта может двигать*ся почти против ветра.
Секрет — в форме парусов. В те времена, когда старинные парусники бороздили океаны, у них были, за редким исклю*чением, прямые паруса, кото*рые ловили ветер, толкавший их вперед; и, естественно, таким судам было трудно двигаться против ветра. Поэтому торго*вые маршруты, по которым они следовали, были разработаны так, чтобы большую часть пути ветер был попутным или почти попутным.
Многие прекрасные клипе*ры намеренно делали большие петли в океане в погоне за нуж*ным попутным ветром. Один из основных маршрутов парус*ных судов в Южном полуша*рии пролегал от мыса Доброй Надежды через южные районы Тихого океана к Австралии и дальше — к знаменитому мысу Горн в Южной Америке. Суда шли, таким образом, все время на восток, используя попут*ные западные ветры, обычные в высоких южных широтах, и часто достигали скорости 16 или 17 узлов даже при малоэффек*тивных прямых парусах. Для них было бы почти невозможно идти под парусом в противопо*ложном направлении.
Изобретение носового и кор*мового парусов, позволяющих судну продвигаться навстречу ветру, совершило революцию в парусном мореходстве. Хотя движение прямо против ветра осталось по-прежнему невоз*можным, такой тип паруса поз*воляет яхтам с высокими гоноч*ными качествами идти под острым углом к направлению ветра и таким образом продвигаться навстречу ветру.
Идя под острым углом к ветру сначала одним бортом, а затем другим, яхта может достичь нужной точки, кото*рая находится прямо против ветра — эта техника называется сменой галса или лавировкой .
Насколько острый угол для движения против ветра может выбирать экипаж, зависит в основном от ее проекта и кроя парусов.
Мастерство изготовителя парусов высоко ценится и во многом определяется остро*той этого угла; этот показа*тель называется лавировочным углом. Крейсерские яхты с пару*сами среднего кроя могут идти под углом меньше 45° к ветру, а яхты с высокими гоночными качествами, такие, как огром*ные яхты, участвующие в сорев*нованиях за Кубок Америки, с точно скроенными (и очень
дорогими) парусами, могут дви*гаться под гораздо более острым углом к ветру.
Чтобы понять, как парус пре*образует энергию ветра и тянет лодку вперед, мы должны сна*чала рассмотреть форму паруса, а также траекторию обтекания его ветром. Большинство носо*вых и кормовых парусов кро*ятся и шьются так, чтобы они имели форму, напоминающую аэродинамическую поверхность крыла самолета, — действитель*но, парус во многом работает по тому же принципу, что и крыло. Главное различие между ними состоит в том, что крыло крепится горизонтально и полу*чает подъемную силу из обте*кающего воздуха, а парус кре*пится вертикально и получает из воздуха силу, толкающую вперед.
Если бы парус был плоским и равномерно рассекал воздух, тогда не происходило бы и дви*жения вперед, потому что воз*дух обтекал бы его одинаково со всех сторон. Но поскольку ему придается аэродинамичес*кая форма, воздух с наружной стороны изгиба движется быст*рее, чем с внутренней стороны. Более быстрый поток возду*ха с наружной стороны созда*ет эффект водоворота, кото*рый стремится «всосать» изгиб. В случае с крылом самолета это всасывание тянет крыло (и поэ*тому весь самолет) вверх. В слу*чае с яхтой оно тянет парус (и судно) вперед.
(Чтобы лучше понять это, представьте себе строй солдат, поворачивающих за угол зда*ния. Солдат, находящийся в ближайшей к углу точке, прак*тически остается на месте, едва движется, в то время как солдат в самом дальнем ряду должен
почти бежать, чтобы сохранить строй.)
Чтобы ускорить воздуш*ный поток с наружной сторо*ны изгиба и увеличить эффект водоворота, чаще всего исполь*зуется перекрывающий парус,
создающий «щелевой эффект» между парусами. Наиболее рас*пространенный вид оснастки на современных парусных судах — носовой парус, или стаксель, перекрывающий грот так, чтобы образовалась щель.
Центр парусности
Ветер оказывает давление на всю поверхность паруса, но при теоретических расчетах точ*кой приложения силы принято считать его центр. Эта точка определяется делением попо*лам трех углов паруса. Место пересечения биссектрис и есть точка, к которой, как принято считать, приложена сила ветра; она называется центром парус*ности. В результате давления на паруса возникает движение в двух направлениях — вперед и в сторону. Но требуется толь*ко движение вперед, а не в сторону, поэтому необходимо применять некоторые средства для преобразования бокового движения в тягу, направленную вперед.
Центр бокового сопротивления Некоторые швертботы, такие, как «Laser» или «Morh», имеют плоское днище, и давление ветра в центре парусности зас*тавляет их скользить в сторону по поверхности воды. Чтобы противодействовать этому, под корпусом вертикально вниз опускается выдвижной киль для создания сопротивления боко*вому движению.
Большие яхты имеют один или несколько килей, выступа*ющих под корпусом и направ*ленных вниз для противодейс*твия боковому дрейфу. Как и у паруса, у киля есть условная точка приложения силы сопро*тивления. Она называется цен*тром бокового сопротивления. Когда ветер толкает судно в сторону в центре парусности, а вода противодействует этому в центре бокового сопротив*ления, на лодку воздействуют
две силы — примерно таким же образом, как указательный и большой пальцы сжимают кос*точку апельсина. Подобно кос*точке, яхта устремляется вперед, преобразуя указанные силы в движение. Это самое простое объяснение того, почему яхта движется про*тив ветра или в любую другую сторону.
Разумеется, во время дви*жения при попутном ветре нет никакого бокового дрейфа, просто ветер толкает яхту впе*ред.