Как плавает парусное судно при попутном ветре, специально объяснять
не нужно. Передвигаться по ветру можно на любой лодке и с парусом
простейшей конструкции.
Иное дело движение под углом навстречу ветру и против него (так
называемая лавировка). Для этого требуются эффективные косые паруса и
корпус со специальными обводами. Парус располагается по одну сторону от
мачты или штага, к которым крепится его передняя кромка - шкаторина,
поэтому он развивает достаточно большую силу тяги не только при попутном
ветре, но и при встречном, если его направление составляет даже 35-40°
по отношению к курсу судна.
В этом случае парус работает подобно крылу самолета: при обтекании
паруса потоком воздуха на его подветренной (выпуклой) стороне создается
разрежение, на наветренной - повышенное давление. Суммарное действие
этих давлений может привести к результирующей аэродинамической силе А
(рис. 186), которую по авиационной терминологии можно назвать подъемной
силой. Сила А раскладывается на силу тяги Т, движущую судно вперед, и
силу дрейфа D, сносящую его в подветренную сторону. При ходе под острым
углом к ветру (бейдевинд) сила дрейфа вчетверо превышает силу тяги; при
направлении ветра перпендикулярно курсу (галфвинд) они примерно равны, и
при попутном ветре сила дрейфа практически отсутствует. Эти силы
действуют на парус. Однако по законам механики при равномерном
установившемся движении к судну должны быть приложены равные по величине
и противоположно направленные силы. Такими силами являются сопротивление
воды движению судна RT и сила сопротивления дрейфу (или боковое
сопротивление) Ro приложенные в подводной части корпуса.
Рис. 186. Схема сил, действующих на парус и
корпус яхты при ее движении под углом к направлению ветра.
Появление силы бокового сопротивления обусловлено тем, что парусник
фактически идет не по направлению ДП, а под углом дрейфа а. Таким
образом, подводная часть парусника, обтекаемая косым потоком воды,
работает подобно крылу, развивая достаточно большую по величине
подъемную силу R. В идеальном случае силы А и R должны действовать в
одной вертикальной плоскости, т. е. в этой плоскости должны
располагаться центр аэродинамического давления на паруса или центр
парусности (ЦП) и центр бокового сопротивления корпуса (ЦБС). Однако
рассчитать точно положение этих точек на корпусе и парусах практически
невозможно, так как оно меняется в зависимости от курса яхты и угла
установки парусов относительно ветра. На практике считается достаточным,
чтобы геометрический центр тяжести площади парусов, поставленных в ДП,
располагался перед центром тяжести боковой проекции подводной части ДП
(с учетом киля и руля) на некоторую величину а. Эта величина зависит от
обводов корпуса и типа парусной оснастки и может изменяться в пределах
от 0,04 до 0, 18 L (здесь L - длина по ватерлинии). На плоскодонных
лодках с опускным килем (швертботах) а= (0,04-f-0,06) L; на яхтах,
имеющих специальные обводы с глубоким килем и полными оконечностями, а=
(0,06-е-0,10) L; на легких яхтах с плавниковым килем и мелкосидящим
корпусом а = (0,08-Л0,18)Ь.
Нетрудно заметить, что на продольную устойчивость движения помимо
относительного положения ЦП и ЦБС влияет также пара сил тяги Т и силы
сопротивления R,, появляющаяся вследствие крена судна. Эта пара
оказывает противоположное действие паре сил RD и D, поэтому, чем меньше
остойчивость судна (больше крен при действии ветра), тем меньшую
величину а следует принимать. Кроме того, небольшую корректировку в
описанную картину действия сил вносит отклонение руля.
На рис. 186 обозначены еще два момента сил: кренящий М , возникающий
вследствие наличия плеча I между силами D и RD, и противодействующий ему
восстанавливающий момент поперечной остойчивости судна М.
Требования, предъявляемые к парусной лодке, которая должна идти под
углом к ветру - курсом бейдевинд, кратко можно сформулировать следующим
образом:
1. Лодка должна быть оборудована парусами достаточно большой площади S
по отношению к смоченной поверхности корпуса Q. У спортивных яхт S/Q =
2ч-2,5; у лодок со вспомогательными парусами S/fi= 1,5-М ,8.
2. Корпус должен иметь развитую боковую проекцию ДП с эффективным килем
в виде профилированного крыла. Обычно площадь бокового сопротивления
составляет 1/20 - 1/17 площади парусов.
3. Судно должно обладать хорошей остойчивостью, чтобы в
трех-четырехбалльный бриз рэн его под всеми парусами не превышал 20-
25°.
4. Судно должно быть хорошо отцентровано (правильно выбрана величина а).
