Урок 6 можно найти по ссылке:
Сначала, разберемся, как работает парус.
Давным давно, парусники могли двигаться против ветра только на веслах, а по ветру, ставили паруса, отсюда и пошло пожелание «Попутного ветра!». Косые паруса спереди служили для разворота парусников по ветру. В общем, с маневренностью у них было не очень, но зато все понятно)
Сейчас, на смену большим парусникам, пришли суда с мощными двигателями, а парусники используют для спорта и отдыха, поэтому изменились как их корпуса (вес и форма), так и паруса (материалы и форма). Теперь, чаще всего шьются паруса треугольной формы и располагают их, относительно мачты так, что у современных яхт есть возможность ходить под достаточно небольшим углом к ветру.
Парус имеет форму крыла, только крыло располагается в горизонтальной плоскости, а парус в вертикальной. В основном, паруса для яхт шьются из ткани, но на буерах (ледовых яхтах) иногда используют жесткие крылья. Сейчас таких буеров, в мире, осталось мало, но при СССР их проектировали и строили очень активно, стараясь увеличить скорость буера.
Итак, за счет чего же парусная яхта может двигаться против ветра? То есть, не прямо против ветра, а под углом 40-45° (почему не может, было в предыдущем уроке)
Поток воздуха обтекает парус (так же, как и крыло самолета). Форма паруса вынуждает поток воздуха проходить по подветренной стороне более длинный путь, чем по наветренной.
Скорость потока на подветренной стороне паруса увеличивается, из-за
чего давление с этой стороны падает (согласно закону Бернулли, увеличение скорости потока жидкости или газа приводит к уменьшению давления в потоке). Фактически, парусная яхта движется за счет «всасывания» парусов в область низкого давления на подветренной стороне.
«+++» - зона повышенного давления, «- - -» - пониженного. Красной стрелкой обозначена аэродинамическая сила, которая образуется из-за разницы давлений с наветренной и подветренной сторон паруса.
Ну а теперь вспомним школу и правило сложения векторов)
Результирующая аэродинамическая сила паруса образуется двумя основными составляющими:
подъемной силой и силой сопротивления.
Подъемная сила действует под прямым углом к ветру, а сила сопротивления - по ветру.
С увеличением скорости ветра обе силы увеличиваются, но сила сопротивления растет быстрее. Как следствие, для разных скоростей ветра есть различные формы парусов, имеющие оптимальные отношения подьемной силы к силе сопротивления.
Хорошая новость в том, что форму паруса мы можем настроить при помощи стоячего и бегучего такелажа (об этом, в одном из следующих уроков)
Например, при движении против ветра, (бейдевинд) требуется максимальная подъемная сила при минимальном сопротивлении. Однако, при ветре с кормы (бакштаг, фордевинд) сила сопротивления работает в нужном направлении и вносит свой вклад в скорость лодки.
На следующей картинке,
результирующая аэродинамическая сила паруса разложена на два других вектора: силу тяги, действующую по направлению движения , и кренящую силу, направленную поперек курса яхты. Кренящая сила вызывает крен и стремится двигать лодку боком (дрейф).
Чтобы устойчиво двигаться против ветра, требуется добиваться максимальной силы тяги, не допуская превышения кренящей силой определенных пределов.
Крен 15-20* даже полезен, так как при этом, подводная часть корпуса (смоченная) становится чуть меньше и, как следствие, сопротивление корпуса воде становится чуть меньше, поэтому если ветра мало и яхта совсем не кренится, то ее немножко закренивают, перемещая вес экипажа на подветренный борт, но большой крен вреден, поэтому яхтсмены с ним, активно борются, в сильный ветер, сидя или даже стоя на наветренном борту (на швертботах используется трапеция).
Эффективно работающий киль - основной фактор, определяющий способность лодки идти под углом к ветру.
Киль (и руль) работает в воде, как парус в воздухе. Из-за дрейфа лодки, поток воды обтекает киль под углом. Возникает подьемная сила, действующая в направлении, противоположном дрейфу. На бакштаге или фордевинде, при небольшом или нулевом дрейфе, подъемная сила киля исчезает.
Вес киля противодействует крену яхты.
Продолжение следует…..
В статье использовались материалы из книги Ивара Дедекама «Настройка парусов и такелажа»
Все уроки, со ссылками здесь: