Первый выход ребят в море состоялся на "Орионе" - Жорес Иванович был
на нем штатным капитаном. Сам он, впрочем, выходил на "Орионе" нечасто -
боцманские обязанности в клубе прочно удерживали его на берегу. Команда
"Ориона" состояла из заводских парней, многие из которых имели не только
немалый опыт плаваний под парусами, но и диплом яхтенного капитана,
дающий право выхода в море на любом спортивном парусном судне с
неограниченным районом плавания. Так что яхта, в отличие от основного ее
капитана, задерживалась в клубе редко.
Старый двухмачтовый "Орион" по праву считался флагманским судном: по
количеству пройденных миль у него равных не было. Белые борта,
некрашенная палуба из тика - легкого и прочного дерева, просторная
каюта, мачты, такелаж, паруса, якоря, - все содержалось в образцовом
порядке. Ребят Жорес Иванович пустил на борт только после того, как
каждый тщательно вытер ноги о положенный на бон коврик, собственноручно
сплетенный им из пенькового каната.
- На первый случай ваша задача - смотреть и слушать. Вмешиваться в
работу экипажа, только если об этом попросят.
На "Орионе" имелся двигатель, но капитан дал команду готовиться к выходу
под парусами:
- Выходить под стакселем и бизанью!
Вскоре белые полотнища зашелестели на мачтах. Ветер еще не наполнил их -
шкоты были растравлены, а яхту уже заметно потянуло на швартовах. Одного
яхтсмена Жорес Иванович послал на бак -приготовиться к отдаче носового
швартовного конца, заведенного на рым буя, второго отправил отдавать
кормовые швартовы, третьему приказал заняться парусами. Сам стал за
руль.
Яхта тихо стронулась с места - яхтсмен на баке дал ей ход, выбирая
носовой, подвел ее к бую, выбрал конец на палубу. Тем временем капитан
дал команду подобрать шкоты стакселя и бизани и немного повернул
медленно идущую по инерции яхту так, чтобы паруса взяли ветер. "Орион",
набирая ход, уверенно пошел к выходу из гавани.
Когда миновали поворотный буй, за которым начинался фарватер, ведущий в
залив, Жорес Иванович дал команду готовить к постановке главный парус -
грот.
- Можно было сделать это и в гавани, - объяснил он ребятам, - но "Орион"
для команды из четырех человек великоват, а в гавани тесно. Бизань мы
поставили потому, что с двумя парусами - самым носовым и самым кормовым
- двухмачтовая яхта и без грота управляется хорошо, ее можно развернуть,
как говорится, на пятке даже на малом ходу. - Для постановки паруса
нужно стать носом против ветра -в положение левентик, иначе грот прижмет
к мачте и вантам. Это значит, что мы сейчас повернем на ветер -
приведемся...
После того, как был поднят грот, яхта легла на прежний курс. Теперь она
заметно прибавила ходу.
- Поздравляю с выходом в плавание, - сказал Жорес Иванович. - Установим
вахты: кому сидеть на руле, кому чистить картошку. Путь у нас недолгий,
но порядок должен быть! Свободных от вахты прошу ко мне. Впрочем,
вахтенным тоже рекомендую послушать.
- Чтобы управлять парусным судном, пусть это будет самый маленький
швертбот, мало знать устройство его вооружения, надо еще иметь четкое
представление о том, как работает парус.
Курсы яхты относительно ветра.
Сейчас мы идем с попутным ветром, но все же он дует нам не совсем в
корму, а чуть сбоку. Такой курс яхты относительно ветра называется
бакштаг. Паруса у нас вынесены на левый борт, а ветер дует справа: мы
идем в бакштаг правым галсом. Я слегка перекладываю руль направо - на
ветер, т. е. привожусь. Видите, паруса уже не тянут яхту, они не
работают, шкоты провисли. Но вот матросы выбрали шкоты, и все три паруса
вновь надуты, яхта снова набирает ход. Теперь ветер дует нам прямо в
борт - мы идем в галфвинд или иначе - в полветра. Галс тот же - правый.
Силы, благодаря которым летает воздушный змей. а
- угол атаки.
Еще немного поворачиваю на ветер. Опять подбираем шкоты. Чувствуете,
как резко увеличился крен? Вы уверены, что усилился ветер, но это не так
- тревожиться нечего! Просто, когда он был попутным, вы его не замечали,
а сейчас он стал почти встречным. Он дует в правую скулу. Теперь мы идем
курсом бейдевинд и по - прежнему правым галсом.
Выполняя все эти маневры, мы приводили яхту к ветру. Проделаем все
операции в обратном порядке -увалимся под ветер. Теперь мы вновь идем в
бакштаг. Обратите внимание - мы приводились и уваливались, но галс не
меняли, т. е. поворотов не делали. На парусном судне поворотом
называется смена галса. Возможны два типа поворотов. При ходе попутными
курсами - поворот фордевинд, а при ходе встречными курсами - поворот
оверштаг. Скоро вы с этим познакомитесь практически, а пока нам поворота
делать не нужно, вернемся к теории плавания под парусами.
Разберемся, как работают паруса, каким образом на каждом курсе возникает
сила тяги, которая движет яхту вперед. На бакштаге или, тем более, при
чисто кормовом ветре - на курсе фордевинд - все очень просто. Паруса,
поставленные поперек потока ветра, оказывают ему сопротивление, поток
ветра движет их вместе с яхтой вперед.
Однако, как вы видите сами, уже на курсе галфвинд паруса устанавливаются
не поперек направления ветра, а под углом к нему. Какой в этом смысл?
Вам, конечно же, приходилось запускать воздушный змей. В самом простом
виде это - лист бумаги, раскрепленный легкой рамкой. Воздушный поток
давит на лист, стремясь унести его, но этому препятствует нитка, на
которой вы удерживаете змея. Так как лист расположен наклонно - под
углом к направлению ветра, то воздушный поток, притормаживаемый у нижней
его поверхности, создает здесь повышенное давление. За верхней стороной,
наоборот, получается разрежение. Вот эта разность давлений по обе
стороны листа и создает ту силу, которая уносит змея ввысь - она так и
называется подъемной силой.
Правда, надо сделать небольшую, но очень важную поправку. Эта разность
давлений создает силу R, направленную перпендикулярно поверхности змея,
а подъемная сила увлекает змей перпендикулярно направлению воздушного
потока. Здесь, следовательно, мы имеем дело с разложением силы R на две
составляющие: вертикальную и горизонтальную. Горизонтальная составляющая
в данном случае бесполезна: это - сила сопротивления, которую приходится
преодолевать, удерживая змей за нитку.
Нетрудно убедиться на опыте, что обе эти силы зависят от угла наклона
змея к направлению ветра - от угла атаки а. Если поставить змей (любую
пластину) поперек потока (а - 90°), никакой подъемной силы не возникнет,
будет действовать только сила сопротивления R. По мере уменьшения угла
атаки появляется и постепенно увеличивается подъемная сила; она
достигает наибольшей величины при а =15 - 20°. А сила сопротивления,
имевшая максимум при а = 90°, наоборот, с уменьшением угла атаки
уменьшается.
Есть еще одно "крайнее" положение пластины - флюгерное, когда а = 0, т.
е. плоскость пластины совпадает с направлением ветра. Здесь подъемной
силы нет, но и сила сопротивления минимальна: величина ее определяется
только трением пластины о воздух. Вот почему мы ставили парус именно в
положении левентик, т. е. во флюгерном положении!
Принцип работы парусов яхты (на острых курсах) тот же, что и воздушного
змея. Разница заключается в том, что возникающая на парусе подъемная
сила хотя и называется подъемной, но направлена не вверх, а
горизонтально, если, конечно, яхта идет без большого крена. Еще одно
важное отличие: яхта не удерживается на месте ниткой, а имеет ход
вперед, поэтому и все силы, действующие на паруса и корпус, принято
раскладывать на две основные составляющие - по направлению движения яхты
и перпендикулярно ему.
Когда яхта идет в бейдевинд (ее нос направлен под углом навстречу
ветру), паруса выбраны втугую и работают под малым углом атаки. Как и у
змея, подъемная сила А имеет при этом наибольшую величину. И здесь мы
различаем две составляющие. Сила Т направлена вперед - движет яхту. А
вторая составляющая D направлена поперек движения яхты - вызывает крен и
сносит ее боком по ветру. Точнее, сносила бы, если бы конструкторы
специально для противодействия боковому сносу не предусматривали под
днищем яхт киль или шверт достаточной площади. Благодаря килю,
оказывающему большое сопротивление боковому сносу, яхта идет вперед,
имея лишь небольшой угол между ДП и направлением движения - угол дрейфа.
Этот угол дрейфа, являющийся в свою очередь углом атаки, обуславливает
появление на киле силы сопротивления дрейфу RD. Явления здесь опять -
таки . те же самые, что и на воздушном змее, только нужно представить
себе, что не киль движется в воде, а наоборот - на него натекает
встречный поток воды (аналогично ветру, поднимающему змей). Точно так
же, как и на змее или на парусе, на киле возникает подъемная сила R,
одна из составляющих которой и является силой сопротивления дрейфу RD.
Другая гидродинамическая сила R, действующая на корпус яхты, это
сопротивление воды движению яхты вперед, обусловленное трением обшивки
яхты о воду и затратами энергии на образование завихрений и волн. По
своей величине эта сила равна движущей силе - тяге парусов, но
противоположна ей по направлению.
Силы, действующие на корпус и паруса яхты.
Теперь представим, что яхта идет с попутным ветром - на фордевинд. Ее
паруса потравлены и стоят почти перпендикулярно направлению ветра
(поперек потока), т. е. угол атаки близок к 90°. Следовательно, никакой
подъемной силы возникать не будет, яхта идет вперед вместе с потоком
воздуха - только благодаря аэродинамическому сопротивлению паруса. Более
того, идя с попутным ветром яхтсмены всегда стараются увеличить это
сопротивление, повышая общую площадь "перегораживающих поток" парусов -
поднимая огромные плохо обтекаемые дополнительные паруса спинакеры.
Заметим теперь, что на курсе фордевинд паруса не будут давать никакой
боковой силы - дрейфа нет. Следовательно, оказываются ненужными (с точки
зрения сопротивления дрейфу!) кили и шверты: яхтсмены на гоночных
швертботах, ложась на курс фордевинд, сразу же выбирают шверт, чтобы
уменьшить тормозящее воздействие сопротивления воды.
Между парусом и змеем имеется, однако, и ряд различий. Одним из них
является выпуклость, которую приобретает парус, наполненный ветром.
Выпуклость или пузо, как говорят яхтсмены, играет важную роль в создании
тяги паруса.
Парус разделяет набегающий поток воздуха на две части. Одна из них
обтекает парус с наветренной вогнутой стороны - практически без
изменения длины пути каждой частицы, как если бы паруса и не было;
происходит лишь небольшое подтормаживание частиц вследствие того, что
парус расположен под углом к потоку. Согласно закону, открытому еще в
XVIII веке швейцарским физиком Бернулли, это снижение скорости частиц
вызывает соответствующее повышение давления.
Чтобы обе частицы потока вновь соединились за задней шкаториной паруса,
частицам воздуха с подветренной выпуклой стороны паруса за то же время
приходится пройти несколько более длинный
ЯХТА УВАЛИВАЕТСЯ ЯХТА УЦЕНТРОВАНА ЯХТА
ПРИВОДИТСЯ
Влияние положения центра парусности ЦП
относительно центра бокового сопротивления ЦБС на движение яхты по
курсу.
путь, чем с наветренной. Следовательно, на подветренной стороне
частицы воздуха должны нестись с более высокой скоростью и здесь,
согласно тому же закону Бернулли, образуется понижение давления
-разрежение.
Сумма повышенного, благодаря выпуклости паруса, давления на одной
стороне и увеличения разрежения на другой и создает дополнительную
подъемную силу. Величина этой дополнительной подъемной силы в
зависимости от глубины и формы (профиля) пуза паруса составляет 20 - 25%
от значения подъемной силы совершенно плоской пластины.
Говоря об остойчивости, мы имели в виду крен от давления ветра на
паруса. Теперь вам уже ясно, что крен любого парусника обусловлен
действием двух определенных сил: силы дрейфа D, приложенной в центре
парусности (ЦП), находящемся примерно на высоте одной трети длины
передней шкаторины от гика, и силы сопротивления дрейфу RD со стороны
воды, приложенной к корпусу ниже ватерлинии в так называемом центре
бокового сопротивления ((ЦБС).
Яхта сохраняет устойчивое движение по прямой, если обе эти силы
действуют в одной вертикальной плоскости или, что то же самое, если ЦП и
ЦБС лежат примерно на одной вертикали. Если ЦП при том наборе парусов,
который в данный момент несет яхта, лежит впереди ЦБС, яхта будет
стремиться повернуть носом по ветру - уваливаться. Если ЦП окажется
позади ЦБС, яхта будет поворачивать к ветру - приводиться . И в том и в
другом случае у рулевого будет немало забот, чтобы удерживать яхту на
курсе. А перекладка руля - лишнее сопротивление движению, снижение хода.
Поэтому каждый экипаж старается настроить - отцентровать свою яхту
наилучшим образом.
Скорость вымпельного ветра в зависимости от
курса яхты.
Дрейф оказывает отрицательное влияние на ходкость яхты, увеличивая
сопротивление воды движению. Ведь поток воды обтекает корпус не по
стройным ватерлиниям, которые имел в виду конструктор, а набегает сбоку.
8 результате с кормовой кромки киля и кормовой оконечности корпуса
срываются вихри, оказывающие тормозящее действие. С этой точки зрения
также очень важно уменьшать дрейф до минимума. Например, если удастся
угол дрейфа уменьшить всего на 1°, сопротивление движению снизится на
целых 10%, соответственно возрастет скорость!
Разберем еще один вопрос.
Вы заметили, что когда яхта пошла острым курсом, ветер как бы усилился.
Произошло это за счет сложения скоростей ветра и яхты, поскольку они
двигались навстречу друг другу. Таким образом фактическая скорость ветра
относительно движущейся яхты оказалась явно больше истинной скорости
ветра над заливом. Это - вымпельный ветер: именно его направление
указывает вымпел на мачте.
На попутном же курсе скорость вымпельного ветра становится меньше
скорости истинного ветра, поскольку яхта "убегает" от ветра. Сказанное
можно показать на схемах, складывая вектора этих скоростей.
Вы имеете полное право задать вопрос: если на бейдевинде фактически
действующий на паруса вымпельный ветер всегда сильнее, чем истинный,
значит ли это, что скорость яхты при ходе в бейдевинд будет больше, чем
на фордевинде? Увы, этот прирост скорости ветра у обычной яхты
"съедается" существенным возрастанием дрейфа. Практически использовать
увеличение скорости вымпельного ветра на бейдевинде могут только суда,
корпуса которых имеют минимальное сопротивление движению и хорошо
противостоят дрейфу.
Идеальным вариантом такого парусника, который в бейдевинд идет быстрее,
чем на фордевинд, является ледовая яхта - буер. Коньки, на которых
скользит буер по льду, не дают ему дрейфовать, а трение их об лед -
сопротивление движению - ничтожно. Чем быстрее идет буер, тем выше
скорость вымпельного ветра, тем больше сила тяги! Конечно, такой "саморазгон"
не продолжается бесконечно. На какой - то скорости сила тяги и сила
трения коньков уравновешиваются, однако порой буеристам удается достичь
поразительных результатов, разогнавшись быстрее скорости истинного
ветра.
На буерах регулярно устраиваются заезды на установление рекорда. На
сегодня в нашей стране абсолютный рекорд скорости под парусом
принадлежит эстонскому гонщику Владимиру Гирсу. Его буер с фанерным
парусом - крылом развил скорость 140 км/4 при ветре... всего 7 баллов,
что лишь немногим больше 50 км/ч!
С недавних пор рекордные заезды под парусом проводятся не только на
льду, но и на воде. В Англии с 1972 г. такие гонки организуются
ежегодно. Для их участников специально проектируются "сверхбыстроходные"
парусники самых необычных конструкций - здесь фантазия инженеров и
ученых не ограничивается ничем. Наивысшую скорость - 36,4 узла - удалось
развить на двухмачтовом гоночном катамаране "Кроссбау - П" ("Арбалет -
ll"). Его 18 - метровые корпуса очень узкие и острые. При общей площади
парусности 130 м2 на каждую тонну водоизмещения приходится 52 м2. Экипаж
на "Кроссбау - 11" размещается на легком тенте из прочной нейлоновой
сетки. Конечно, говорить о серьезном выходе на таком судне в открытое
море нельзя.
В некоторых заездах участвовали и обычные гоночные катамараны типа наших
"Торнадо". Дистанцию они прошли далеко не так быстро, но все же смогли
превзойти скорость истинного ветра.
На обычных яхтах и швертботах использовать "саморазгон" невозможно.
Недостаточную мощность вооружения и слишком большое сопротивление на
острых курсах, вызываемое дрейфом, не удается компенсировать приростом
скорости вымпельного ветра. Однако и для них чистый фордевинд - не
лучший ветер. Наибольшую скорость килевые яхты развивают в бакштаг, а
наиболее быстроходные из них - гоночные - в галфвинд.
Теперь о форме и расположении парусов.
В расчетах силу ветра считают приложенной к центру суммарной площади
поднятых парусов - ЦП. Однако имеет значение не только их площадь. Узкие
и длинные паруса выгоднее коротких и широких, так как создают большую
подъемную силу. (Сравните, для примера, длинные крылья планера, который
может свободно парить, не затрачивая механической энергии, и короткие
крылья реактивного истребителя, которому планирование недоступно).
Однако, чем больше парус вытянут вверх, тем выше положение ЦП, а это
влечет за собой увеличение крена. На большом крене возрастает дрейф,
растет сопротивление, сами паруса работают уже не так эффективно; в
результате - теряется скорость.
Вы видите, какой клубок противоречий, сколько разных задач приходится
решать конструктору любой большой или маленькой яхты! Приходится идти на
компромисс, жертвуя какими - то одними качествами в пользу других. На
нашем "Орионе" благодаря двухмачтовому варианту вооружения ЦП расположен
относительно низко. В результате даже в свежий ветер яхта хорошо идет
любым курсом, неся полную парусность. На гонках, однако, "Орион" уже
претендовать на призы не может. Современные яхты таких же размеров,
вооруженные шлюпом или, чаще, тендером, ходят быстрее. Их высокие узкие
паруса работают эффективнее. Благодаря большой ширине корпуса и очень
тяжелому балласту они, несмотря на высокое расположение ЦП, кренятся не
больше, чем наш "Орион"...
Если бы была у нас парочка "Оптимистов", вы бы все эти тонкости
прочувствовали сами!
- Жорес Иванович! А может быть, мы смогли бы построить эти лодки? -
спросил кто - то. - Я читал в "Катерах и яхтах" о ребятах из Геленджика,
которые сами построили несколько "Оптимистов" и теперь даже устраивают
на них гонки.
- Построить "Оптимист" - дело вполне возможное. Но ведь нужно иметь
место, инструменты, материал. Впрочем, пожалуй, главное - желание и
трудолюбие. Скоро зима. Я буду посвободнее, так что, если соберется вас
пять - шесть человек, если вы поставите перед собой цель - сделать
несколько лодок и будете полны решимости довести дело до конца, я готов
вам помочь!
Ребята в один голос заверили Жореса Ивановича, что будут его верными
помощниками.
- Значит, решено. Закрываем навигацию, ставим яхты на зимнюю стоянку и
открываем свою верфь. А сейчас, вроде, пора ложиться в дрейф. С камбуза
пахнет борщом, а обедать, если есть возможность, лучше не на ходу. Как
ложиться в дрейф? Забыл сказать, что так называют маневр, при котором
судно, оставаясь под парусами, не имеет ходу, а лишь слегка дрейфует под
ветер. Сейчас выберем шкоты втугую и положим яхту на другой галс.
Видите, что получилось? Грот и бизань пытаются двигать яхту вперед и на
ветер, а стаксель, располагаясь с наветренной стороны, уваливает ее под
ветер и сдерживает движение вперед.
