Сергей Балакин
В статье, посвящённой любопытным фактам о парусах, был задан вопрос: может ли судно под парусом идти быстрее ветра? Там же прозвучал и ответ: может! «Но как, Ватсон?»… Расскажу об этом чуть подробнее.
Понятно, что обычный прямой парус не может придать судну скорость больше скорости попутного ветра, который этот парус наполняет. И чтобы обогнать ветер, парус должен быть необычным, создающим тягу на других принципах, нежели традиционные марсели-брамсели, – это раз. А сопротивление движению должно быть минимальным, это два. Выполнить оба требования помогли крылья – воздушные и подводные.
Начнём с крыльев подводных. Идея их применения на парусных яхтах возникла давно, но долгое время она не выходила за рамки экспериментов. Первое парусное судно на подводных крыльях, пусть и неудачное, американцы Роберт Гилрут и Билл Карл испытали ещё в 1938 году. А в 1955-м в США появилась яхта «Монитор» («Monitor»), спроектированная Гордоном Бейкером и построенная компанией Baker Manufacturing Co. Она была оснащена подводными крыльями «этажерочного» типа и оказалась весьма успешной. На испытаниях лодка разогналась до скорости 25 узлов.
Любопытно, что в 1967 году в СССР в Горьком (нынешнем Нижнем Новгороде) энтузиастами из ЦКБ Р.Е.Алексеева в инициативном порядке была построена первая советская яхта-катамаран на подводных крыльях «Андромеда». Судно из алюминиевых сплавов, оснащённое парусами площадью 25 кв. метров, могло выходить на крыло уже при ветре 2 балла, а при свежем ветре развивало скорость свыше 40 км/ч. К сожалению, «Андромеда» сгорела во время пожара, и дальнейшего развития её конструкция не получила.
Впрочем, за рубежом особого интереса к парусникам на подводных крыльях тоже не наблюдалось. До тех пор, пока не появились новые конструкционные материалы – углепластик, кевлар, различные композиты. Они начали применяться не только при изготовлении корпуса, но и позволили создать принципиально новые жёсткие паруса. Произошла настоящая революция в области яхтостроения.
Напомним принцип работы косых парусов. В отличие от квадратного паруса, у которого только одна сторона воспринимает ветер, косой парус раскалывает поток воздуха своей кромкой и заставляет его обтекать обе поверхности. В результате образуется воздушный поток, аналогичный тому, что обтекает крыло самолёта. При этом по законам аэродинамики с двух сторон образуются области высокого и низкого давления. Низкое давление, возникающее на подветренной стороне, создаёт эффект отсасывания, и образующаяся подъёмная сила тянет лодку по воде в направлении вектора этой силы.
Однако с точки зрения аэродинамики профиль обычного «мягкого» паруса далеко не идеален. Если сделать парус жёстким, с оптимальным профилем, то можно существенно увеличить его тягу и, соответственно, скорость судна. Так появилась идея жёсткого паруса, сходного по конструкции с крылом самолёта.
Вообще-то эта идея не нова, о ней заговорили ещё столетие назад. Но осуществить замысел удалось лишь относительно недавно, когда современные технологии позволили сделать парус-крыло лёгким и прочным. И сразу выявились его преимущества перед традиционными парусами.
Сегодня конструкций жёстких аэродинамических парусов довольно много. Например, на 27-метровом гоночном тримаране «USA-17», построенном для участия в 33-м розыгрыше «Кубка Америки» (2009 г.), парус выполнен в виде крыла, состоящего из двух секций, разделённых вертикальной щелью, через которую протекает воздушный поток. Задняя часть паруса состоит из девяти отдельных элементов, каждый из которых может быть настроен независимо от остальных. Такая конструкция позволяет быстро менять профиль, регулируя тем самым подъёмную силу.
Один из самых амбициозных проектов в истории паруса – французский экспериментальный тримаран на подводных крыльях «Идроптер» («Hydroptere»). Огромное судно строилось из титана и углепластика по аэрокосмическим технологиям, но всё равно не выдерживало нагрузок – аварии происходили одна за другой. Тем не менее, в 2009 году «Идроптер» на 500-метровой дистанции показал скорость 52,86 узла (97,90 км/ч), впервые в истории преодолев рубеж в 50 узлов. Любопытно, что годом ранее он достиг скорости 56,3 узла (104,3 км/ч), но перевернулся, и результат не был засчитан.
Побить рекорд французского тримарана смог австралийский гоночный парусник «Вестас Сэйлрокет 2» («Vestas SailRocket 2»). Правда, этот сверхлёгкий летучий катамаран с крылом-парусом вообще трудно назвать судном, а уж тем более яхтой. В ноябре 2012 года на 500-метровой дистанции он под управлением гонщика Пола Ларсена развил скорость 65,45 узла (121,06 км/ч). Примечательно, что скорость ветра в тот день не превышала 25 узлов, то есть «Парусная ракета» (так переводится название SailRocket) мчалась в 2,5 раза быстрее! Этот абсолютный рекорд скорости под парусом на воде считается действующим по сей день. Но, возможно, и он будет побит. «80-узловая скорость под парусом вполне достижима», - уверяет конструктор катамарана-рекордсмена Крис Хонзи-Джонс.
Итак, суммируем сказанное. Может ли судно под парусом обогнать ветер? Если ветер попутный, то нет: с набором хода он всё слабее наполняет паруса, и яхта никогда не обгонит его. Но на курсе, перпендикулярном ветру (галфвинде), картина иная. Давление воздуха на косой парус мало зависит от скорости; на парус давит воздушный поток и дополнительно – подъёмная сила. Причём подъёмная сила может создавать тягу сильнее, чем давление воздушного потока. Поэтому если у судна минимальное сопротивление движению (оно на подводных крыльях), то при определённых условиях его скорость может быть в два-три раза больше, чем скорость ветра.
Ну, и немного о «мошках». Безумно дорогие крылатые аппараты строились исключительно для рекордов; они страшно далеко от народа, то есть рядовых яхтсменов. Многие были уверены, что парусные яхты на подводных крыльях никогда не станут массовыми и доступными всем желающим. Я тоже так считал, пока 2019 году, накануне пандемии, не оказался в австралийском Сиднее. И был поражён количеством носящихся по заливу лёгких крылатых лодок. В общем-то это неудивительно: Австралия в данной области «впереди планеты всей». Именно здесь родился класс гоночных яхт Moth («Мотылёк») с подводными крыльями в виде перевёрнутой буквы Т, начавший своё триумфальное шествие по всему миру. С каждым годом парящие над водой миниатюрные парусники становятся всё более и более популярными.
Ещё статьи на тему: 10 любопытных фактов о парусах