Выше уже говорилось об аналогии работы косого паруса и самолетного
крыла, о том, что сила тяги его является одной из составляющих
аэродинамической подъемной силы. Следовательно, эффективность паруса
зависит не только от его площади, но и от тех же параметров, что и
эффективность аэродинамического крыла:
- аэродинамического удлинения и формы контура;
- профиля поперечного сечения;
- угла установки паруса по отношению к набегающему потоку воздуха
(вымпельному ветру) и его скорости.
Аэродинамическое удлинение парусов, имеющих очертания, близкие к
прямоугольным или эллиптическим, выражается отношением высоты паруса к
средней его ширине Я/6. Для парусов треугольной формы, у которых ширина
изменяется с высотой, Ь - величина условная, принимаемая как частное от
деления площади паруса на его высоту H4S.
Влияние удлинения паруса на его работу сказывается прежде всего через
индуктивное сопротивление, вызванное перетеканием воздуха с наветренной
стороны паруса (из зоны повышенного давления) на его подветренную
сторону (в зону разрежения). Как и на крыле, такое перетекание воздуха в
виде интенсивных завихрений происходит в основном по верхней и нижней
кромкам. Чем больше длина этих кромок по отношению к высоте паруса
(следовательно, меньше удлинение X), тем больше потери энергии ветра на
завихрения и меньше тяга паруса. Поэтому для того чтобы развить
достаточную тягу на острых курсах по отношению к ветру, парус должен
иметь аэродинамическое удлинение в пределах 4-5 (рис. 200). Кроме того,
индуктивное сопротивление меньше у паруса, контур которого в верхней
части близок к очертанию полуэллипса. Следует, однако, иметь в виду, что
на высоком парусе точка приложения подъемной силы располагается высоко и
парус дает больший кренящий момент на единицу своей площади. Поэтому
удлинение должно быть выбрано в соответствии с остойчивостью судна.
Если же парус предполагается использовать в основном при попутных
ветрах, то от него требуется не подъемная сила, а большое сопротивление
набегающему потоку воздуха. Иными словами, форма его должна быть плохо
обтекаемой. Низкий широкий парус в этом случае дает наибольшую тягу при
умеренном кренящем моменте. Такой парус может иметь четырехугольную
трапециевидную форму с рейком или гафелем.
Для эффективной работы на острых курсах по отношению к ветру парус
должен иметь правильный выпукло-вогнутый профиль поперечного сечения по
всей высоте (см. рис. 200), называемый яхтсменами "пузом". При малых
углах установки "пузатого" паруса к ветру обтекание его происходит
плавно, без срыва вихрей на подветренной стороне. Благодаря выпуклости
поток воздуха здесь получает дополнительное ускорение, что
сопровождается понижением давления и ростом подъемной силы.
При обтекании плоского паруса на его подветренной стороне образуются
вихри и срывы струй, на что затрачивается энергия ветра, а условия для
создания пониженного давления здесь ухудшаются. Поэтому плоский парус
имеет гораздо более низкие тяговые характеристики, чем "пузатый".
Относительная величина "пуза" f/b обычно принимается в пределах '/8 -
У10 для парусов, предназначенных для слабого ветра, и /р - */зо - Для
сильного. В сильный ветер судно с более плоским парусом идет круче к
ветру и с меньшим креном. Целесообразное расположение максимума "пуза" -
на расстоянии 1/3-х/2 ширины паруса От мачты.
Для шитья парусов применяют прочные и плотные хлопчатобумажные
(парусина, фильтромиткаль, плащ-палатка и т. п.) и синтетические
(дакрон, терилен, лавсан) ткани. Важно, чтобы ткань была
воздухонепроницаемой и гладкой, легкой и не деформирующейся под
нагрузкой. Желательно, чтобы масса ткани для парусов площадью до 15 м"
не превышала 250 г/м2, для парусов площадью до 25 м2- 350 г/м2 и только
для штормовых парусов могут применяться более тяжелые ткани.
Рис. 200. Профиль бермудского паруса-грота.
Необходимая величина "пуза" паруса обеспечивается за счет
серовидности передней и нижней шкаторин (рис. 201). Когда парус
растягивается по прямым мачте и гику (или рейку и гафелю), то
образующиеся около рангоута излишки материала под действием ветра
расправляются и благодаря этому получается "пузо". Форма профиля паруса,
положение "пуза" по его ширине и высоте зависят от очертаний шкаторин.
Дополнительным средством для регулирования формы "пуза" служат так
называемые закладки по полотнищам, с помощью которых возможно сшить
парус с профилем, плавно переходящим в почти плоский у задней шкаторины.
В нижней части паруса закладки делаются шире, чем в верхней, их
количество и суммарная ширина подбираются опытным путем с учетом
гибкости рангоута и свойств материала, из которого шьется парус.
Рис. 201. Раскрой паруса, обеспечивающий
правильную форму "пуза": а - бермудский грот; б - стаксель; в -
грот-гари и гафельный; г - рейковый парус для малых лодок. Штриховой
линией на рейковоч парусе показан серп по шкаторине при отсутствии гика.
Передние паруса-стаксели не крепятся к рангоуту, а растягиваются
между тремя точками - фаловым, шкотовым и галсовым углами. Штаг не
является жестким, как мачта, а растягивается и провисает под нагрузкой.
При провисании штага и натянутой задней шкаторине "пузо" стакселя
увеличивается неравномерно: в верхней части паруса оно становится
непропорционально большим и поток воздуха, стекающий со стакселя,
"отдувает" ткань грота, нарушая его эффективную работу. Поэтому при
раскрое стакселя его передней шкаторине придают S-образность, делая в
верхней части "отрицательный" серп, а в нижней - "положительный". По
нижней шкатор:гне делается небольшой серп (иногда в сочетании с
закладками по почотнищам), задняя шкаторина обычно прямая или слегка
вогнутая, особенно на стакселях для сильного ветра. Вогнутость
препятствует чрезмерной "пузатости" паруса в верхней части и
предотвращает загибание задней шкаторины в наветренную сторону и
задувание грота. Укладка полотнищ при шитье стакселя ведется
перпендикулярно задней и нижней шкаторинам с центральным швом,
проходящим по биссектрисе шкотового угла. Такой способ обеспечивает
более устойчивою форму паруса.
При проектировании стакселей необходимо учитывать, что слишком узкий
стаксель (с фаловым углом менее 18") работает плохо. Для слабого ветра
предпочтительны более низкие и широкие стаксели, с низким расположением
шкотового угла. Длина нижней шкаторины находится в непосредственной
зависимости от ширины яхты, которая является базовой для установки
блоков стаксель-шкотов. Положение блоков приблизительно может быть
определено двумя правилами;
1) угол установки стакселя между хордой паруса и ДП должен быть в
пределах 12-15° (большая цифра - предпочтительнее);
2) тяга шкота должна проходить примерно по биссектрисе шкотового угла.
Полотнища на бермудском гроте располагаются обычно перпендикулярно
прямой, соединяющей фаловый и шкотовый углы паруса.
Рис. 202. Типичная конструкция паруса. 1 - А -
"фальшивый шов", Б - Б - сшивка полотнищ, В - В - карман для латы, Г-Г -
подгиб передней шкаторины, Д - фаловый угол, Е - заделка люверса 1 -
усиливающая накладка-боут, 2 - люверс, 3 - ликтрос; 4 - проволочное
кольцо, 5 - накладка лат-кармана
Величина серпа по задней шкаторине определяется чаще всего площадью
паруса, которая в него помещается.
Следует учитывать, однако, что большой серп нуждается в длинных латах -
деревянных или пластмассовых линейках, обеспечивающих поддержание серпа
на заданном профиле паруса. Для повышения жесткости фалового угла
треугольного паруса к нему пришиваются металлические или фанерные
пластинки - фаловые дощечки.
Представление об общей конструкции паруса, способах его шитья и отделки
дает рис. 202. При раскрое парусов из хлопчатобумажной ткани учитывается
вытяжка ткани в процессе эксплуатации. Грот растягивается по передней
шкаторине примерно на 5%, по задней - на 2,5%, а стаксель - на 2,5% и 1%
соответственно. Поэтому при вычерчивании паруса длину его шкаторин
сокращают в соответствии с указанными цифрами. В поперечном направлении
(по основе) ткань садится на 1% , поэтому длину нижней шкаторины
необходимо увеличить. Для повышения прочности и жесткости паруса широкие
полотнища (ткань выпускается шириной 70-150 см) разбиваются складками
ткани - "фальшивыми швами" на полосы шириной 300-450 мм. Ширина
фальшивых швов, как и настоящих, принимается равной 1,5 см для небольших
швертботов и 2-2,5 см для килевых яхт и компромиссов.
