Парус крыло. Дутые крылатые паруса: преимущества новой технологии. Концепция хорды, изменяемой с помощью паруса

Парус-крыло! Тема, конечно, акуенно оригинальная. Но как бы где-то в "бэкграунде" чувствуются некий комплекс неполноценности "рождённого ползать", но страстно желающего летать. Чел с таким комплексом как бы повышает статус паруса, этакого убогого невзрачного и примитивного устройства, до сверкающих небесных высей чуда эволюции - крыла.
Чтобы не было мешанины из мух и котлет, прежде чем начинать подобные темы, хорошо бы определиться, для себя, ап чом реь пойдёт? Чем крыло отличается от паруса? По-моему, тем, что крылья придуманы для свободного полёта в воздухе, а паруса - для движения по границе между воздухом и водой. И тогда совершенно не понятно, нахрена одно называть другим, или смешивать эти два разных термина в одну кучу. Парус, как идея, ничем не хуже и не лучше крыла, как идеи, он просто предназначен для выполнения соверженно иной, чем крыло, функции. То есть, как идея, парус совершенно не нуждается в каких-то "качественных" улучшениях и подтягиваниях до чего-то более совершенного, поскольку ничего более совершенного для выполнения той функции, для которой он предназначен, просто нету. Ну глупо же пытаться двигаться вверх, когда нам нужно двигаться вперёд, это разные направления движения.
Второй побудительной причиной игры в слова, помимо комплекса несостоявшегося пелота, обычно является техническая безграмотность: мол, парус - это такая тряпочка, привязанная к палке верёфками, а крыло - это такое длинное, толстое и гладкое, как... у самолёта с боков, кароче. Если слегка поинтересоваться вопросом, то становится ясно, что причина эта совершенно безосновательна: крылья первых самолётов (да и последних) были не толще "тряпки на палке с верёфками". То есть объёмность "несущей поверхности" (под это определение одинаково хорошо подходят и крыло и парус) не является принципиальной для выполнения несущей поверхностью своей функции: создавать большую поперечную (к направлению скорости обтекающего её потока) силу при малости силы продольной. Объёмные паруса создавались неоднократно, в том числе и для виндсерфинга, но каких-либо убедительных преимуществ именно объёмности так и не показали, а потому быстро забывались. Ну вот, очередное "изобретение велосипеда". Пачед? Уважуха? Да за что? Скорее всего мужик просто верит в один из мифов из "современной теории крыла", и с упорством, достойным лучшего применения тратит своё время и деньги на его доказательство, понятно - безуспешное. Если бы его средства к существованию зависели только от дохода с продажи его "чудо-парусов", то его упорство быстро сошло бы на нет, а так-то, в качестве хобби - почему бы и нет, без чудаков жить было бы скучно.

Скоростной экологически чистый транспорт

Абсолютный мировой рекорд скорости на воде для парусного судна - это 46.52 узла (86.16 км/ч), причем скорость рекордсмена - трехточечного аппарата "Еллоу Пэйджес Энде-вур" превышала скорость ветра (20 узлов) в два с лишним раза.
Мировой рекорд скорости на буере гораздо выше - 230.1 км/ч. Он установлен еще 60 лет назад на одном из североамериканских озер. На колесной (пляжной) яхте рекорд скорости превышает 160 км/ч. Как видим, минимальное сопротивление коньков и отсутствие дрейфа обеспечивают максимальную скорость паруснику, движущемуся по льду.
Для движения под парусами по воде условия наиболее неблагоприятны. Во-первых, это высокое гидродинамическое сопротивление, резко возрастающее с увеличением скорости. Во-вторых, чтобы развить высокую скорость, необходим очень сильный ветер, а чем он сильнее, тем выше волны, увеличивающие сопротивление воды движению яхты. В-третьих, с усилением ветра все более существенную долю сопротивления добавляют крен и особенно - дрейф яхты под ветер. А не препятствовать росту крена и дрейфа - не выставишь паруса на максимальную тягу, не будет скорости.
Вот и приходится для увеличения скорости на воде идти на всякие хитрости. А в результате тот же нынешний рекордсмен мира трехточечный "Еллоу Пэйджес Эндевур" (см."КиЯ" № 159) уже практически ничем не напоминает традиционную килевую яхту, пути совершенствования которой уже в значительной мере исчерпаны.
Характерно, что до "ЕЛЭ" в течение шести лет мировой рекорд скорости на воде под парусом держала парусная доска, также имеющая с классической яхтой очень мало общего. При площади паруса всего 4 м2 такой глиссирующий парусник имеет минимальное водоизмещение и, следовательно, минимальное гидродинамическое сопротивление. И дрейф, и крен доски яхтсмен парирует собственным весом, намного превышающим вес виндсерфера, и гидродинамической силой, возникающей на шверте. Совместить это с управлением, обеспечивающим наивысшую эффективность паруса при достаточно сильном ветре очень трудно, не говоря уже о том, что само удержание паруса в руках требует огромного усилия. Одно хорошо: если не считать разгона, само движение по мерной 500-метровой трассе занимает менее полминуты...
Конечно, на маленькой глиссирующей доске против даже не очень высокой волны не пойдешь. Заезды на побитие рекорда проводят только на узких каналах, на ограниченной поверхности которых волны не успевают развиваться даже при ветре 20 м/с.

Рисунок из " Описания изобретения к Авторскому свидетельству 8 и 1699860 А 1 - Виндг - ляйдер ". Автор - Ю. В. Макаров. Воплощение идеи совмещения виндсерфера и дельтаплана, а - план; 6 - вид сбоку при разгоне левым галсом ", в - вид спереди при у становившемся движении.

Но вот что интересно. Профессионалы-виндсерфисты, выступающие в соревнованиях по "вейву" - на прибойной волне, не гонятся за скоростью движения, но с парусом в руках демонстрируют чудеса акробатики.
Например, разогнавшись, яхтсмен ставит парус горизонтально на ветер и, взлетев на 2-3 м, продолжает полет в течение 8-10 секунд, при этом держится за гик, как за трапецию дельтаплана. Завершается неуправляемый полет падением виндсерфиста спиной в воду. Оно и неудивительно. Полет неустойчив, аэродинамическое качество такого варианта "летательного аппарата" не превышает 1.5-2.0.
Вид парусной доски во время такого полета под парусом является "дружеским шаржем" на дельтаплан. И действительно. Мы видим то же крыло-парус, только в два раза меньшей площади, а вместо трапеции поперек размаха крыла дельтаплана - гик паруса. Однако на парусной доске - много не полетаешь (балансирное управление не предусмотрено), а на дельтаплане - не разгонишься, используя энергию ветра. Попробуйте манипулировать крылом дельтаплана относительно ветра при размахе крыла 10 м и весе больше 30 кг!
И тут невольно возникает вопрос. А что, если совместить эти два устройства в единую конструкцию для расширения их области применения?
В процессе проектирования действительно удалось так оптимизировать конструкцию дельтаплана, чтобы его можно было использовать в качестве крыла-паруса виндсерфера.
Идеальным парусом является планер-паритель, давно и успешно эксплуатируемый в спортивной авиации. Используя его, можно создать ряд интереснейших парусников. Результаты этой работы были доложены еще в 1979 г. на I Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Исследование, проектирование и постройка современных парусных судов". Во-первых, был спроектирован дельтаплан широкого назначения с новой компоновочной схемой. Это - жесткое составное крыло, центроплан которого имеет малое удлинение и дугообразную заднюю кромку, а консоли пристыкованы под углом 30° к центроплану и соединены подкосом, который и служит трапецией управления.
Такой дельтаплан можно использовать в традиционном варианте, т.е. для полетов со склонов, в качестве мотодельтаплана, но также и как парус с повышенным аэродинамическим качеством для виндсерфера-катамарана или легкого буера. Дельтапланерист на роликовых коньках может разъезжать с большой скоростью, например - по взлетно-посадочной полосе в любом направлении - меняя галс. Зимой на коньках по хорошему льду он может развивать скорость больше 160 км/ч. Можно двигаться и на лыжах, причем возможности выбора площадки для полетов с помощью ветра будут гораздо шире, особенно в северных районах страны.
Достоинство этого многофункционального дельтаплана в том, что его можно использовать для взлета с помощью энергии ветра.
Происходит это так. Дельтапланерист на коньках или лыжах устанавливает крыло-парус (т.е. дельтаплан) вертикально - под углом к ветру и начинает разгон. По мере увеличения скорости он доворачивает крыло на истинный ветер и достигает скорости 80-130 км/ч (в зависимости от условий взлетной полосы - асфальт, лед, плотный снег). Теперь он устанавливает крыло горизонтально и, увеличив его угол атаки, плавно набирает высоту 20-30 м и совершает планирующий полет. Конечно, полет в этом случае существенно отличается от кратковременного полета на парусе виндсерфера. Здесь обеспечено заданное положение центра тяжести относительно хорды крыла (что обеспечивает устойчивость полета) и главное - имеется классическая балансирная система управления с рулевой трапецией. Набор высоты осуществляется за счет высокой скорости движения, набранной перед взлетом. Если учесть, что минимальная(посадочная)скорость полетадельтапланаЗбкм/ч (при нагрузке на крыло около 10 кг/м2), а скорость в момент движения взлета 80-130 км/ч, т.е. в два-три раза выше, то дельтапланерист может продолжать набор высоты, пока скорость не упадет до 40-45 км/ч. Достигнутая высота 30 м - будет являться динамическим потолком дельтаплана для данных условий полета.
Интересно отметить, что довоенный истребитель И-16 после разгона в горизонтальном полете у земли, набрав максимальную скорость (400 км/ч), мог вертикально выскочить на высоту 700 м, выполняя при этом восходящий штопор. А известный летчик Б.К.Подошва на пилотажном планере А-13 на воздушном параде в Тушино проходил над всем полем головой к земле на высоте 3 м на скорости 360 км/ч, а затем вертикально уходил на высоту 400 м.
Конечно,дельтаплану-паруснику такие скорости и динамические потолки не требуются. Ему нужны скорость около 150 км/ч, простор и полет на высоте 1.5-2 м с большим аэродинамическим качеством при легком ветре (какие-нибудь 5-6 м/сек).
И такой экзотический полет над водой уже не фантастика, а действительность, вполне достижимая для экраноплана с парусным вооружением. Парусное вооружение экраноплана - У-образное "качающееся" жесткое крыло площадью 6 м2 и размахом 8 м, установленное на топе короткой мачты. Для управления поворотом крыла служит кольцевой гик, а для перекладки (смены галса) - рукоятка с тягой.

Корпус экраноплана выполнен в виде крыла малого удлинения с двумя концевыми поплавками, на которых установлены шверты. Третий - центральный, поворотный шверт расположен на задней кромке крыла под вертикальным оперением с воздушным рулем поворота. (Для сухопутного или ледового экраноплана вместо поплавков и швертов устанавливаются колеса или коньки).
Разогнавшись, парусный экранолет сохраняет контакт с водой только концевыми участками трех швертов и совершает полет с использованием экранного эффекта. Кратковременный подлет экраноплана не предвещает аварийной ситуации, так как аппарат имеет аэродинамическую систему управления.

Одноместный экраноплан с V- образным " качающимся " жестким крылом

В этом случае экраноплан совершает планирующий полетнад экраном, но потеря контакта с водой приводит к исчезновению тяги паруса и экранплан, снижаясь, снова идет на контакт с водой швертами. Таким образом, яхтсмен периодически находится то в свободном планировании над поверхностью воды, то в режиме контакта с водой, возобновляющего тягу паруса.
Скорость движения парусного экраноплана 90-120 км/ч при скорости ветра всего 5-8 м/сек; другими словами, скорость движения в три-четыре раза выше скорости ветра, а не в два с половиной, как у "ЕПЭ". На шоссе парусный экраноплан - буер разгоняется до скорости 140-160 км/ч.
Рассмотренные выше паруса и крылатые парусники имеют небольшое, по авиационным понятиям, аэродинамическое качество - порядка 10-15 (ну, пусть 20 - с использованием экранного эффекта). А в активе-то у нас достижимое аэродинамическое качество паруса минимум 40-45! И такой оптимизм имеет практическое подтверждение: современные планеры-парители открытого класса обладают аэродинамическим качеством 63-65!
Жесткий аэродинамический парус типа планерного крыла часто используют на скоростных парусниках, но применяют только одну (левую или правую) консоль. С таким парусом можно ходить только одним галсом, потому что на них используют несимметричный профиль крыла для получения максимальной тяги. Для откренивания приходится применять противовесы - типа вынесенной на ветер кабины экипажа, требуется сложная система управления парусом-крылом.

Схема экраноплана

б - общий вид катамарана с " качающимся " планером - парусом. 1 - серийный двухместный планер, установленный на шарнире 12; 7 - " вертикальное " крыло планера, служащее вы­ сокоэффективным парусом - крылом; 8 -~ опор­ный поплавок с поворотным килем; 9 - " гори­ зонтальное " откренивающее и обеспечиваю­ щее аэродинамическую разгрузку крыло плане­ ра; 12 - шарнир; 13 - корпус катамарана; 14 - руль; 15 - V- образный управляемый шверт, в - устройство центрального узла - универсального

Рекордный парусник, если в роли его парусной системы использовать конструкцию стандартного планера, получается до примитивного простым, легким и прочным, с прекрасной устойчивостью и управляемостью парусной системы, с огромным аэродинамическим качеством.

Его,конечно, придется слегка доработать - добавить крыльевую опору, изменить угол поперечной У-образности крыла и установить универсальный шарнир для крепления планера на топе "мачты".
Легкий парусник, предназначенный для рекордных заездов, представляет собою катамаран с глиссирующими корпусами, на короткой мачте которого наунивер-сальном (карданном) шарнире установлен двух-местный планер-парус.При этом шарнир расположен в центре тяжести планера. В кабине размещен штурвал управления по курсу воздушным рулем. Система управления планером остается без изменений, но теперь она является системой управления вооружением.
При смене галса производят "перекладку" крыльев при помощи элеронов: крыло, которое служило парусом, становится горизонтальным - откренива-ющим (с опорным поплавком и управляемым килем(швертом) на конце), а которое было откренивающим - становится почти вертикальным и работает как высокоэффективный жесткий парус большого удлинения.
Разгон и движение парусника выполняют, установив паруса относительно ветра при помощи аэродинамических рулей планера (элеронов, рулей высоты и направления} и рулей направления яхты. Так как планер имеет необходимую устойчивость и совершенную систему управления, рассчитанную на высший пилотаж {а уж на свободный полет - тем более!), то никаких проблем в управлении парусником не возникает.
В случае взмывания (кратковременного взлета) планер может спокойно уйти от "чуждой" ему стихии, в отличие от классического гоночного парусника, когда отрыв от воды для него завершается аварией.
Сила тяги крыльев планера направлена вперед и вверх, что значительно уменьшает момент крена, а подъемная сила горизонтального крыла обеспечивает аэродинамическую разгрузку яхты. Аэродинамическая разгрузка может составлять до 80-100% веса. Парусник в этом режиме касается воды только швертами, а при запасе горизонтальной скорости даже может совершать планирующие полеты над водой; при этом оба крыла относительно поверхности воды устанавливаются симметрично, а поплавки (или буерное шасси) фиксируются по продольной оси планера.
Парусник для штурма мировых рекордов скорости, выполненный с использованием серийного двухместного планера 1--13 "В!атК" (с аэродинамическим качеством 28), имеет следующие технические данные. Максимальный вес с двумя яхтсменами на борту - 550 кг. Площадь вертикального крыла-паруса - 10м2 (общая площадь крыльев - 20 мг). Максимальное аэродинамическое качество в варианте яхта-катамаран - 10, в варианте буер -18.
Расчеты показывают, что максимальную скорость парусное судно развивает при ветре галфвинд, который дует под углом 90° относительно направления движения. Для идеального парусника (при отсутствии дрейфа, крена и гидродинамического сопротивления) скорость движения судна - V была бы равна скорости ветра V, умноженной на аэродинамическое качество паруса:
у=КУ.
Присмотритесь к этому выражению. Да это же формула определения горизонтальной скорости планера! И поистине - идеальная яхта это и есть планер. А планер является идеальным парусником. Его основная характеристика - аэродинамическое качество. Ведь у него отсутствуют дрейф, крен и гидродинамическое сопротивление. А летит он без снижения под действием восходящих потоков (вертикального ветра). Если восходящих потоков нет, у планера всегда есть для полета "искусственный ветер", причем, всегда дующий в галфвинд: это вертикальная скорость его снижения - Vв. В этом случае скорость горизонтального полета - Vг определяется так:
Vг=КVв.

1 - сила тяги, 2- полная аэродинамическая сила, 3- сила дрейфа

Как видим, оба выражения идентичны. Здесь К - то же самое аэродинамическое качество планера. Недаром на многих языках слова "планер" и "парусник" звучат одинаково.
А теперь идеальную яхту совместим с реальным парусником. Для этого планер надо установить на мачте так, чтобы его крылья (паруса) были в вертикальном положении. Тогда при ветре всего 2 м/с и отсутствии дрейфа (иначе исчезнет сила действия ветра) мы можем получить максимальную скорость движения нашей яхты при К = 50 равной:
2 м/с х 50 = 100 м/с или 360 км/ч
т.е. в 50 раз больше скорости ветра. Так летают планеры. Но нам-то надо часть энергии отдать на борьбу с дрейфом, еще какую-то часть - на преодоление крена и гидродинамического сопротивления. Реально у нас остается около 8 единиц: Кх - 8, где Кх - ходовое качество яхты. Поэтому максимальная и абсолютно реальная скорость движения яхты при ветре 5 м/с будет равна:
5 м/с х 8 = 40 м/с (144 км/ч), т.е. превышает скорость ветра в восемь раз (еще раз напомним: у "ЕПЭ" - в два с лишним раза). Как видим, парус играет роль аэродинамического "усилителя" действия ветра.
Теперь подведем предварительные итоги. Что мы имеем в активе? Мы можем установить два мировых рекорда и получить приз 3 млн. долларов с помощью рекордной яхты - планера-парусника.
Мировой рекорд скорости на буере (230.1 км/ч) можно повысить до 280 км/ч при скорости ветра 5 м/с; для этого требуется Кх -- ходовое качество буера, равное всего 16. Ну а существующий скоростной рекорд парусной яхты будет побит при том же ветре даже при Кх= 6, что обеспечит скорость хода 30 м/с, т.е. 108 км/ч. На сегодня рекорд скорости 86.16 км/ч, но при ветре 10 м/с!
Соревнования на установление мировых рекордов скорости под парусами проводятся в Уэймуте (Англия) ежегодно. Желающим следует спешить!
До сих пор речь шла о спортивных парусниках, которые демонстрируют границы возможных достижений - рекордные результаты. Для транспортных целей на морских грузовых и пассажирских линиях нужны экологически чистые скоростные суда с минимальным расходом топлива, простые и надежные в эксплуатации.
Разработанный в МАИ парусный экра-ноплан, рассчитанный на 40 пассажирских мест, может послужить примером такого экологичного и быстроходного морского экспресса. Скорость его при ветре 5-8 м/с будет около 90-110 км/ч. Максимальный вес крылатого парусника - 5800 кг, вес конструкции - 1800 кг.
Маршрут Нью-Йорк - мыс Лизард (Англия) на этом паруснике можно пройти всего за трое суток, тогда как тримарану-рекордсмену "Джет Сервисез-5" потребовалось вдвое больше. 

Экологически чистый транспорт.

Известно, что французская шоколадная фирма "Пуле" объявила о награде в 1 млн.долл. первому яхтсмену-одиночке, который под парусом обогнет земной шар за 100 дней, а нынешние обладатели Трофея Жюль Верна уже совершили кругосветное плавание - пересекли все меридианы и экватор - за 71 день. Но для парусного экраноп-лана предлагаемой конструкции 25 суток "кругосветки" (даже при плавании в одиночку) будут продолжительностью регулярного рейса, указанной в расписании. Ведь экраноплан-парусник предназначен не для рекордов, а для пассажирских рейсов. Например, для челночных рейсов по Черному морю. Сорок пассажиров из Одессы будут в Ялте через 5 часов, а в Стамбуле - через 8 и при этом команда израсходует максимум 10 кг дизтоплива на подходы к причалу в указанных портах.
Путешествовать "дешевле" и с меньшим влиянием на окружающую среду можно, пожалуй, только дрейфуя на льдине! Используя энергию воздушного океана, мы не загрязняем атмосферу окислами углерода, азота и углеводородами, и главное - не бросаем деньги на ветер, сжигая энергетические ресурсы. Одна заправка крупнотоннажного океанского судна стоит 1.5-5 млн.долл. Судно водоизмещением 20 тыс.т при скорости 16 узлов затрачивает 35-40 т топлива в сутки. А ведь указанные выше цифры можно уменьшить в 5-10 раз!

Разработано вспомогательное парусное вооружение, которое обеспечивает высокую тягу паруса и позволяет при ветрах 5-10 м/с сократить средний расход топлива во время движения грузового судна на 50-70 %, а при ветрах большей силы - вообще исключить потребность в работе силовой механической установки, не снижая скорости движения. Такое вооружение можно использовать, в первую очередь, на судах-навалочниках дедвейтом 10-25 тыс.т.
На рисунке изображено грузовое судно водоизмещением 37 000 т (дедвейт 23 000 т) с тремя жесткими поворотными парусами-крыльями планерного типа1. Каждое крыло имеет размах 60 м и хорду - 10 м. Общая площадь парусности около 1800 м2. Расчетная скорость судна при ветре 7 м/с - 16 узлов, при 12 м/с - 23 узла. Уменьшение необходимого запаса топлива (в 20 раз) увеличивает полезные объемы судна. Максимальную мощность судовых двигателей можно снизить в 10 раз, используя их только для подруливания и в аварийных ситуациях.
Парусное вооружение планерного типа в штормовую погоду или при ураганном ветре нет необходимости убирать; надо поставить стабилизаторы на нулевые углы и освободить фиксацию парусной установки, тогда она станет обычным флюгером, сопротивление которого меньше сопротивления корабельной мачты.
Парусное вооружение планерного типа позволяет снизить сопротивление воды движению судна, так как обеспечивает некоторую аэродинамическую разгрузку его благодаря появлению подъемной силы на парусах-крыльях. Такие паруса повышают остойчивость судна, поскольку сила тяги парусов проходит через его ЦТ, что исключает появление крена. А большая площадь самих парусов при качке демпфирует судно: при большом волнении паруса не способны мгновенно перемещать большие массы воздуха. Корабль как бы висит на парусах-крыльях, что обеспечивает до 5 % аэродинамической разгрузки судна.
Огромную экономическую эффективность парусов-крыльев планерного типа подтверждают и расчеты, выполненные в МАИ при разработке парусного сухогруза водоизмещением 170тыс.т для "пассатных" направлений перевозок. Крылатый сухогруз может иметь полностью автоматизированную систему даже дистанционного - с берега - управления парусом. С помощью спутниковой связи в центр поступают все данные о погоде и обстановке, ЭВМ оптимизируют курс и график движения судна и передают команды на бортовой пульт управления. Корабль-"скиталец" может ходить в автоматическом режиме - без экипажа. Ветер в соответствии с программой пригонит его в заданную точку земного шара для встречи с экипажем, который с вертолета или служебного судна высаживается на борт перед его заходом в порт или для прохождения сложного участка трассы.

Современные достижения науки и техники позволяют обеспечить полную безопасность такого варианта "Летучего голландца" для судоходства с использованием традиционных плавсредств.
Все рассмотренные в этой статье парусники защищены патентами на изобретения, Проекты судов с аэродинамическим парусным вооружением для скоростного экологически чистого морского транспорта экспонировались на XXV Международном Салоне изобретений в Женеве в 1997 г. и были удостоены диплома и бронзовой медали.

Мало кто помнит о том, что аппарат, использующий для движения аэродинамические силы, был создан свыше пяти тысяч лет тому назад. Это было самоходное судно с парусным движителем, который работал точно так же, как крыло современного самолета.

Разница лишь в том, что подъемная сила самолетного крыла направлена вверх по вертикали, а тянущая сила паруса-по горизонтали. По сути, движение парусника-это тот же полет, только на боку. Пять тысяч лет понадобилось человечеству для того, чтобы превратить парус в крыло летательного аппарата. И каких-то полстолетия-чтобы превратить самолетное крыло в движитель классической или колесной яхты или буера.

Эффект оказался потрясающим. Скоростные параметры у экспериментальных яхт с жестким парусом оказались не хуже, чем у моторных катеров. Дело в том, что обычный парус обладает не слишком хорошей «аэродинамикой»-сравните хотя бы дельтаплан с его парусом-крылом с рекордным планером: у первого аэродинамическое качество едва достигает 8 единиц, а у последнего-свыше 40! Правда, наивысшим качеством обладает крыло с плоско-выпуклым или вогнуто-выпуклым профилем.

Ну а для парусника приходилось использовать крыло с симметричным профилем, обладавшее худшими тянущими свойствами, но одинаково работавшее при движении как на правом, так и на левом галсе. Судомоделисты выходили из положения легко-они устанавливали на свои яхты крыло с плоско-выпуклым или вогнуто-выпуклым профилем и при перемене галса просто переворачивали его «вверх ногами».

Ну а полноразмерные яхты неугомонные изобретатели оснащали крылом, изменяющим профиль за счет отклонение закрылка. Неплохие результаты показывали и яхты со сравнительно узким крылом симметричного профиля, напоминающим скорее очень широкую мачту в сочетании со столь же узким парусом с жесткими латами, выполнявшим функцию закрылка.

Сегодня мы знакомим судомоделистов с моделью парусного катамарана класса "П", оснащенную самоориентирующимся парусом-крылом симметричного профиля. Думаем, что конструкция парусника заинтересует и любителей «большого» парусного спорта. Несколько слов о принципе самоориентации паруса-крыла.

Взгляните на геометрическую схему катамарана -помимо шарнирно установленного крыла, в аэродинамическую систему входит стабилизатор-точно такой же, как на классическом планере,-который автоматически устанавливает парус-крыло под оптимальным углом атаки относительно направления вымпельного ветра. Конструкция модели не слишком сложна. Корпуса катамарана выклеиваются по деревянной болванке из стеклоткани и эпоксидного связующего, причем сначала формуется нижняя часть корпуса до палубы), а затем верхняя.

Толщина оболочки корпуса-около 2 мм. После выклейки верхняя и нижняя пасти подгоняются друг к другу и оболочки усиливаются набором-фанерными шпангоутами, килевым брусом и стрингерами. В обязательном порядке на шпангоутах следует предусмотреть шпигаты, а в транце-отверстия с пробками для слива попадающей в корпус воды.

На шпангоутах № 3 и № 6 устанавливаются деревянные бруски с вклеенными в них стальными резьбовыми шпильками-они предназначены для соединения корпусов с мостиком. На этом же этапе на корпусах устанавливаются фанерные кили, а затем-палубы. Все эти детали закрепляются эпоксидным клеем, в который добавляется любой порошкообразный загуститель-от цемента и гипса до муки и крахмала.

Рулевые перья вырезаются из фанеры толщиной 6 мм; профиль перьев плоский, симметричный, со скругленной передней кромкой и заостренной задней. Монтаж пера на каждом корпусе осуществляется с помощью резьбовой шпильки М5 и гайки-барашка. Готовые корпуса шпаклюются, шлифуются и окрашиваются автоэмалью подходящего цвета.

Мостик, имеющий форму буквы «Н», изготавливается из сосновых реек и усиливается накладками из 2-мм фанеры. Сборка мостика производится с использованием эпоксидного клея. Готовый мостик покрывается несколькими слоями паркетного лака. Парус-крыло изготавливается по классической авиамодельной технологии Каркас крыла состоит из двухполочного лонжерона из сосновых реек, сосновых передней и задней кромок и набора нервюр.

Последние лучше всего вырезать из обычных школьных линеек толщиной 2-Змм. Балки крепления стабилизатора также вырезаются из линеек толщиной 3 мм Центральная часть крыла зашивается липовым 1,5-мм шпоном. Между полками лонжерона в корневой части крыле закрепляется с помощью клея буковый брусок с просверленным в нем центральным отверстием диаметром 8 мм, являющимся подшипником шарнира крыла.

Для крепления стабилизатора к балкам предназначены врезанные в него кронштейны-их фиксация на балках осуществляется о помощью четырех винтов, приклеенных Сегодня мы знакомим судомоделистов с моделью парусного катамарана класса "П", оснащенную самоориентирующимся парусом-крылом симметричного профиля.

Думаем, что конструкция парусника заинтересует и любителей «большого» парусного спорта. Несколько слов о принципе самоориентации паруса-крыла. Взгляните на геометрическую схему катамарана-помимо шарнирно установленного крыла, в аэродинамическую систему входит стабилизатор-точно такой же, как на классическом планере,-который автоматически устанавливает парус-крыло под оптимальным углом атаки относительно направления вымпельного ветра.

Конструкция модели не слишком сложна. Корпуса катамарана выклеиваются по деревянной болванке из стеклоткани и эпоксидного связующего, причем сначала формуется нижняя часть корпуса до палубы), а затем верхняя. Толщина оболочки корпуса-около 2 мм. После выклейки верхняя и нижняя пасти подгоняются друг к другу и оболочки усиливаются набором-фанерными шпангоутами, килевым брусом и стрингерами.

В обязательном порядке на шпангоутах следует предусмотреть шпигаты, а в транце-отверстия с пробками для слива попадающей в корпус воды. На шпангоутах № 3 и № 6 устанавливаются деревянные бруски с вклеенными в них стальными резьбовыми шпильками-они предназначены для соединения корпусов с мостиком.

На этом же этапе на корпусах устанавливаются фанерные кили, а затем-палубы. Все эти детали закрепляются эпоксидным клеем, в который добавляется любой порошкообразный загуститель-от цемента и гипса до муки и крахмала. Рулевые перья вырезаются из фанеры толщиной 6 мм; профиль перьев плоский, симметричный, со скругленной передней кромкой и заостренной задней.

Монтаж пера на каждом корпусе осуществляется с помощью резьбовой шпильки М5 и гайки-барашка. Готовые корпуса шпаклюются, шлифуются и окрашиваются автоэмалью подходящего цвета. Мостик, имеющий форму буквы «Н», изготавливается из сосновых реек и усиливается накладками из 2-мм фанеры.

Сборка мостика производится с использованием эпоксидного клея. Готовый мостик покрывается несколькими слоями паркетного лака. Парус-крыло изготавливается по классической авиамодельной технологии. Каркас крыла состоит из двухполочного лонжерона из сосновых реек, сосновых передней и задней кромок и набора нервюр.

Последние лучше всего вырезать из обычных школьных линеек толщиной 2-Змм. Балки крепления стабилизатора также вырезаются из линеек толщиной 3 мм. Центральная часть крыла зашивается липовым 1,5-мм шпоном. Между полками лонжерона в корневой части крыле закрепляется с помощью клея буковый брусок с просверленным в нем центральным отверстием диаметром 8 мм, являющимся подшипником шарнира крыла.

Обшивка крыла-лавсановая пленка которая крепится к каркасу крыла клеем типа «БФ» или «Момент». Натяжка обшивки производится с помощью обычного электрического утюга. Стабилизатор вырезан из плотного пенопласта марки «ПС». Он представляет собой плоскую пластину толщиной около 8 мм, передняя часть которой скруглена, а задняя заострена.

Для крепления стабилизатора к балкам предназначены врезанные в него кронштейны-их фиксация на балках осуществляется о помощью четырех винтов, приклеенных эпоксидкой к кронштейнам. Гайки для соединения не потребуются-балки просто немного разводятся в стороны, и винты пропускаются в отверстия. Такой способ крепления позволяет легко переставлять стабилизатор «вверх ногами» при запуске катамарана другим галсом.

Перед запуском модели следует убедиться, что катамаран со снятым крылом-парусом от толчка рукой движется строго прямолинейно, в противном случае придется скорректировать курс с помощью рулей. Перед началом движения катамаран нужно сориентировать в соответствии с намеченным курсом, а стабилизатор следует установить таким образом, чтобы угол атаки крыла относительно ветра был положительным.

При запуске модели другим галсом стабилизатор переворачивается «вверх ногами». На курсе фордевинд-когда ветер дует строго в корму парусника-крыло устанавливается поперек направления потока и фиксируется в таком положении с помощью шкота, прикрепленного к задней кромке паруса. Способы и материалы для изготовления корпусов и крыла, описанные выше,-далеко не единственные.

В частности, весьма неплохие корпуса и паруса-крылья можно сделать из пенопласта. При этом первые оклеиваются двумя слоями стеклоткани, а вторые лишь грунтуются эпоксидным клеем.

Геометрическая схема катамарана класса «П»

Конструкция корпуса катамарана (на плановой проекции оболочка корпуса условно не показана): 1-шпангоут№1;2-шпангоут№2;3-киль; 4-основание киля; 5-шпангоут №4; 6-килевой брус; 7-шпангоут№ 5; 8-транцевая доска; 9,16-основания стыковочных шпилек; 10-стыковочные шпильки; 11-шпангоут №6; 12-стрингеры; 13-шпигат; 14-шпангоут №3; 15-оболочка корпуса; 17-стыковочный узел рулевого пера

Схема работы паруса-крыла

Мостик: 1-передняя балка мостика; 2,4-накладки; 3 -продольная балка мостика; 5-задняя балка мостика; 6-ложемент

Шарнирный узел крыла: 1 -передняя кромка крыла; 2-лонжерон; 3 -нервюра; 4-задняя кромка; 5-зашивка скоса крыла; 6-продольная балка мостика катамарана ; 7-накладки; 8,10-гайки М8; 9-корневая полунервюра крыла; 11-корпус подшипника шарнира крыла; 12-ось шарнира крыла

Теоретический чертеж корпуса

Парус-крыло: 1 -корневая полунервюра; 2-корпус подшипника шарнира крыла; 3-лонжерон; 4 - нервюры; 5 - передняя кромка; 6,8-накладки; 7-зашивка центральной части крыла; 9-задняя кромка; 10 - бобышка; 11-балки стабилизатора; 12 - винты-фиксаторы; 13 - кронштейн стабилизатора; 14-стабилизатор; 15-зашивка скоса крыла

Только при небольшом значении угла атаки, когда на остром и тонком профиле еще не образуется подъемная сила, парус обтекается потоком воздуха, одинаково плавным с нижней и с верхней стороны. При небольшом увеличении угла атаки критическая точка перемещается на нижнюю сторону профиля и потоку приходится огибать острую кромку с большой скоростью. В результате у входящей кромки образуется значительное разрежение и под влиянием этого разрежения пограничный слой отрывается от поверхности профиля, образуя на его спинке вихревой пузырь. При достаточно большой скорости ветра поток быстро поглощает энергию вихрей и слой вновь присоединяется к поверхности профиля на некотором расстоянии от входящей кромки (рис. 21).

Вихревой пузырь, размеры которого увеличиваются по мере увеличения угла атаки, вносит существенные изменения в распределение пониженного давления вдоль подветренной стороны паруса по сравнению с показанным на рис.10 распределением давления на жестком профиле с толстой скругленной передней кромкой. Напомним, что именно разрежение на подветренной стороне паруса играет основную роль в создании подъемной силы и, следовательно, силы тяги на острых к ветру курсах.

На рис. 21 представлены результаты замеров разрежения на жестком выпукло-вогнутом профиле, аналогично парусу. На малых углах атаки профиль обтекается плавным ламинарным потоком.

При a = 4° начинаете отрыв пограничного слоя. В этот момент достигается наивысшее разрежение, пик которого расположен вблизи входящей кромки.

При a = 60 вихревой пузырь занимает на подветренной стороне около 25% хорды профиля b . Разрежение уменьшается, и эпюра его становится более плавной.

При a = 10° пузырь охватывает всю ширину профиля, его толщина составляет 3,5% b . Давление повышается в 2,5 раза по сравнению с разрежением при a = 4°; пика разрежения практически нет - оно равномерно распределено по всей ширине профиля. Значит, подъемная сила существенно снизилась, а лобовое сопротивление возросло (см. рис. 27).

Таким образом, на курсе бейдевинд увеличение угла атаки паруса к вымпельному ветру более 5-6° нежелательно. На реальном парусе вихревой пузырь представляет собой невидимый глазу цилиндрический валик, распространяющийся по всей высоте паруса. Чем больше выбран шкот, тем большая часть подветренной поверхности паруса захватывается вихревым валиком, уменьшая подъемную силу.

Для выбора оптимального угла атаки в последние годы используются индикаторы обтекания в виде ленточек из тонкой ткани, закрепленных на определенном расстоянии от передней шкаторины с обеих сторон паруса (рис.22).

Таким местом является точка Б возвpaтa пограничного слоя к поверхности паруса. При угле атаки a = 5° она отстоит от передней шкаторины примерно на 15% ширины паруса в каждом его поперечном сечении. Как только вихревой пузырь достигнет этой точки, ленточка индикатора на подветренной поверхности паруса, ранее направленная назад по потоку воздуха, отклонится вверх и вперед, указывая на возникновение здесь вихрей. Дальнейшее выбирание шкотов - увеличение угла атаки - не только бесполезно, но даже вредно, так как приводит к большой потере подъемной силы.

Установка трех-четырех подобных индикаторов, равномерно распределенных по высоте стакселя, облегчает рулевому правильный выбор курса при лавировке. Выбрав наивыгоднейшим образом шкоты для данного курса, ведут яхту таким образом, чтобы индикаторы на наветренной стороне стакселя слегка подрагивали, а на подветренной были вытянуты в сторону задней шкаторины (рис. 23).

Причиной падения подъемной силы на парусе является срыв потока с его подветренной стороны при увеличении угла атаки (что соответствует подбиранию шкотов или уваливанию яхты), поэтому главную роль играют индикаторы, расположенные на подветренной стороне. Если они начинают подниматься и совершать беспорядочные движения, значит, необходимо привести яхту к ветру или потравить шкоты.

Угол атаки, при котором подъемная сила перестает расти, называется критическим углом атаки. Его величина зависит от глубины и формы "пуза" паруса, аэродинамического удлинения (оно для парусов вычисляется так же, как и для килей и рулей), наличия у передней шкаторины мачты или обтекателя штага.

Рис. 23. Поведение индикаторов в зависимости от угла атаки паруса.

В слабый ветер поток воздуха происходит при меньших углах атаки, чем в сильный. При постановке стакселя перед гротом благодаря повышению скорости потока в зазоре между обоими парусами момент срыва сдвигается в сторону больших углов атак. Обратное действие оказывает мачта, срывающиеся с нее на подветренную сторону паруса вихри способствую срыву потока при меньших угла атаки.

При увеличении угла атаки сверх критического подъемная сила падает, одновременно растет лобовое сопротивление. При a = 90° подъемная сила на парусе не создается: он обладает лишь лобовым сопротивлением.

Поляра паруса. Характеристикой аэродинамических качеств паруса является поляра - график изменения подъемной силы в зависимости от лобового сопротивления и угла атаки (рис. 24, а). Для того чтобы поляру можно было применить к парусу любых размеров, по осям координат откладывают не значения сил, а безразмерные коэффициенты подъемной силы Су и лобового сопротивления Сх . Данные для построения поляры получают в результате продувок моделей парусов в аэродинамических трубах.

С помощью поляры можно определить величины подъемной силы и лобового сопротивления, а также их составляющих - проекций на направление движения яхты. Опустив, например, из точки поляры, соответствующей углу атаки a = 20°, перпендикуляр на ось движения яхты, можно найти величину коэффициента силы тяги Ст как отрезка прямой АО. Длина самого перпендикуляра АВ будет не что иное, как коэффициент силы дрейфа Cd. Умножив численные значения коэффициентов Ст и Сd на площадь паруса S и скоростной напор ( * v**2) / 2 , можно получить величину соответствующих сил.

Поляра паруса позволяет определить наивыгоднейший угол установки парусов на данном курсе по отношению к ветру. Максимальная тяга, очевидно, определяется перпендикуляром к оси движения яхты, который одновременно является касательной к поляре. Угол атаки a = 14°, определяемый точкой касания С, будет в данном случае наивыгоднейшим. Соответствующий ему угол установки паруса относительно ДП яхты несложно найти, вычтя из курсового угла (по отношению к вымпельному ветру дрейф ) и угол атаки a (см. рис.19).

Несложно выполнить аналогичные построения для различных значений курсового угла и определить наивыгоднейшие углы установки паруса и соответствующие им углы атаки. Можно убедиться, что для данного паруса почти на всех острых углах к ветру, вплоть до бакштага, наивыгоднейшие углы атаки близки и находятся в пределах 14-15°.

Скручивание паруса. С выбором оптимального угла атаки паруса связано его свойство скручиваться, т. е. изменять угол атаки по высоте. При выбирании шкотов удается контролировать только нижнюю треть паруса; в верхней же части ткань имеет возможность несколько отклоняться на подветер, уменьшая тем самым угол атаки. Если не предусмотреть специальных средств для контроля скручивания паруса, то разность в углах атаки или угол скручивания может достичь 20°. А так как парус выбирают, ориентируясь на поведение его верхней части (пока не перестанет заполаскивать ткань у передней шкаторины), то нижняя часть оказывается работающей с избыточными углами атаки. Здесь может произойти срыв потока с подветренной стороны и соответственно упасть подъемная сила. Следовательно, тяга скрученного паруса оказывается ниже, чем если бы каждое его сечение по высоте имело оптимальный угол атаки.

Особенно сильно заметно скручивание паруса на полных курсах и при свежем ветре, когда шкоты потравлены и нок гика задирается вверх. При этом верхняя часть паруса уходит под ветер и почти заполаскивает, а нижняя работает под слишком большим углом атаки.

Для уменьшения скручивания грота на большинстве яхт применяют оттяжки гика, препятствующие задиранию нока вверх, а также проводку гика-шкота с одним или двумя поперечными погонами, простирающимися на всю ширину яхты. При мещении ползуна гика-шкота к борту яхты тяга шкотов становится почти вертикальной, благодаря чему удается держать заднюю шкаторину паруса на острых курсах более тугой.

Свидетельством правильной регулировки натяжения оттяжки гика может служить одновременное (по всей высоте) заполаскивание ткани у передней шкаторины при потравливании шкота.

Было бы ошибкой считать, что парус вообще не должен иметь скручивания по высоте, т. е. иметь все сечения повернутыми относительно гика на один и тот же угол. На крупных яхтах надо учитывать изменение скорости и направления вымпельного ветра по высоте и наличие в верхней части паруса перетекания воздуха из зоны повышенного давления на подветренную сторону. В зависимости от высоты парусности и скорости ветра получается разность в углах атаки от 3-5° в бейдевинд до 10-12° на курсе бакштаг. В таких пределах скручивание паруса допустимо и способствует более эффективной его работе.

Циркуляция воздуха вокруг крыла (см. рис. 10), появляющаяся вместе с аэродинамической силой, вызывает незначительные по скорости поперечные потоки воздуха Vи у входящей и выходящей кромок. Вследствие перетекания воздуха через кромки у концов крыла эти потоки усиливаются и отклоняют основной поток, набегающий на крыло, так, что угол атаки жесткого треугольного бермудского паруса по мере приближения к вершине увеличивается и близ фалового угла примерно на 20% превышает угол атаки средней части паруса. Близ гика фактический угол атаки, наоборот, несколько уменьшается.

Таким образом, если бы парус не имел скручивания, то его верхняя часть работала бы при закритических углах атаки и практически не участвовала бы в создании движущей силы. Опытный экипаж постоянно контролирует и регулирует скручивание паруса в зависимости от силы ветра и курса яхты с помощью оттяжки гика и перемещения нижнего блока гика-шкота по погону.

Влияние мачты. Мачта является источником образования завихрений, которые особенно неблагоприятно сказываются на формировании потока на подветренной стороне паруса. Здесь вихревой след мачты уменьшает разрежение, вследствие чего уменьшается величина подъемной силы. Кроме того, сама мачта обладает достаточно большим лобовым сопротивлением.

Большую роль играет форма поперечного сечения мачты, особенно передней ее кромки, на которой формируется поток. Важно, чтобы на курсе бейдевинд, когда яхта идет под углом 25-30° к вымпельному ветру, вихревая дорожка, срывающаяся с подветренной стороны мачты, имела бы минимальную ширину. Парус за мачтой параболическим поперечным сечение и тупой кормовой кромкой обладает более высоким аэродинамическим качеством, чем за мачтой эллиптического сечения (рис. 25). Наиболее оптимальным оказывается вариант мачты с парусом, закрепленным передней шкаториной близ ее подветренной стороны: качество его работы на 40% выше, чем паруса с эллиптической мачтой. Это лишнее свидетельство тому, что отрицательное влияние мачты в основном распространяется на подветренную сторону паруса.

Мачта, имеющая большое поперечное сечение, может снизить подъемную силу паруса на 25% по сравнению с парусом, поставленным на штаге. Особенно велики потери подъемной силы при постановке паруса на рельсе с ползунками, когда в щель между мачтой и парусом перетекает воздух с наветренной стороны паруса в область пика разрежения на подветренной стороне. Неудачны мачты цилиндрического сечения, без сужения к топу: в верхней части отношение диаметра мачты уменьшающейся здесь ширине пару становится велико. Может оказаться, что часть паруса близ фалового yгла вообще не будет участвовать в создании подъемной силы, а следовательно, и тяги на курсе бейдевинд.

Наибольшее распространение на яхтах получили мачты, имеющие овальное поперечное сечение, с соотношением около 3:2 , обеспечивающее большую продольную жесткость. Каплевидные и другие типы обтекаемых профилей целесообразны только в том случае, если мачта вращается для установки под наивыгоднейшим углом к вымпельному ветру при перемене галса. Такими мачтами снабжают обычно буepa и катамараны.

Определим, каким образом на парусе возникает тяговое усилие, которое сообщает движение парусному судну.

Все рассуждения являются чисто качественными. При изложении делаются допущения и не рассматриваются детали не принципиальные, с торчки зрения физических основ работы паруса, но упрощающие как изложение вопроса, так и понимание излагаемого материала.

На парус набегает воздушный поток, определяемый скоростью и направлением вымпельного ветра.

При этом определяем, до начала рассмотрения, что парус является вертикальным крылом и разделяет поток набегающего воздуха на две части. Одна часть воздушного потока проходит по подветренной стороне паруса, а вторая часть по его наветренной стороне. Оба потока смыкаются за задней шкаториной паруса. На подветренной стороне паруса (выпуклой) поток проходит большее расстояние, чем вдоль наветренной. Следовательно, скорость потока на подветренной сто рис. 6 роне паруса выше.

По закону Бернулли давление ниже, там, где выше скорость потока. Таким образом, на подветренной стороне паруса возникает разрежение, которое вызывает смещение паруса в сторону более низкого давления (рис. 6). Величина разряжения возникающего на подветренной стороне паруса пропорциональна скорости потока.

Смещение парусного судна происходит под действием аэродинамической силы, которая является результатом действия на парус двух сил – силы сопротивления воздуха движению паруса и подъемной силы (рис. 7), которая сообщает парусу это движение. В свою очередь, результирующая аэродинамическая сила может быть разложена на две составляющие – вектор в направлении движения судна и пер -

рис. 7 пендикулярный ему вектор. Первый вектор, направленный по движению судна это сила тяги, которая и сообщает движение парусу и через него судну, а вторая - это сила дрейфа (кренящая сила), вызывающая дрейф в подветренную сторону (рис. 8). В литературе и на рисунке сила, перпендикулярная силе тяги, очень часто называется кренящей силой. Это утверждение не является правильным и им авторы заменяют кренящий момент, который возникает в результате взаимодействия судна не только с ветром, но и с водой. Этот вопрос будет рассмотрен позднее, при рассмотрении результирующей гидродинамической силы и плеча между силой бокового сопротивления судна и силой дрейфа.

Исходя из того, что величина

рис. 8 подъемной силы пропорциональна скорости набегающего потока, можно сделать вывод о том, что более скоростное судно может двигаться острее к вымпельному ветру. Это объясняется тем, что при меньшем отношении силы тяги к силе дрейфа, значение силы тяги, при высоких скоростях вымпельного ветра, будет достаточным для обеспечения движения судна. Для судов двигающихся в водоизмещающем режиме этот выигрыш будет незначительным так как возрастающая скорость судна будет вызывать увеличение силы лобового сопротивления и наступит баланс сил тяги и лобового сопротивления. Для глиссирующих судов, имеющих низкое лобовое сопротивления возможен режим движения под очень острыми углами к вымпельному ветру.

Для эффективной работы паруса он должен быть поставлен под определенным углом к набегающему воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки паруса и определяется как угол между направлением ветра и хордой паруса.

Угол атаки паруса очень сильно зависит от поперечного профиля паруса. Оптимальным углом атаки для большинства парусов является угол около 15 градусов (рис. 9).

При углах атаки больше 15 градусов, начинается срыв потока и нарушается ламинарность потока на подветренной стороне паруса. При этом нарушается обтекание паруса (поток становится турбулентным), что приводит к уменьшению скорости потока и, соответственно, уменьшению

разряжения на подветренной стороне паруса. Кроме того, турбулентный поток увеличивает трение о парус, и изменяет поперечный профиль паруса в

рис. 9 районе задней шкаторины (рис. 10). Все эти явления, возникающие при увеличении угла атаки паруса, приводят к снижению эффективности работы паруса как крыла и уменьшению тяги паруса.

При углах атаки менее 15 градусов срывается поток на наветренной стороне паруса. Так как парус является мягким крылом и его форма обеспечивается рис. 10 только потоком набегающего воздуха, то в пределе, при очень малых углах атаки парус теряет форму и перестает работать.

И в том и в другом случае ухудшается эффективность работы паруса, что

рис. 11 рис. 12

приводит к снижению силы тяги паруса. Поэтому при каждом изменении курса необходимо производить настройку парусов.

Парусное судно может двигаться под углами к ветру в диапазоне от 30-40 градусов до 180 в сторону каждого борта. При этом паруса расположены под разными углами к ДП судна, но всегда под углом к вымпельному ветру, обеспечивающим эффективную работу паруса.

На рис. 11 показано изменение положения парусов относительно ДП при уваливании яхты по ветру. При этом используется термин идти полнее.

На рис. 12 показано изменение положения парусов относительно ДП при приведении яхты к ветру. При этом используется термин идти круче (или острее) к ветру.

На рис. 13 показаны курсы яхты относительно вымпельного ветра и положение парусов на каждом курсе.

Этот рисунок можно разделить на две половины по диаметру перпендикулярному направлению вымпельного ветра. Это направление движения судна (90 градусов к ветру) называется галфвинд (полветра).

Курсы, расположенные выше этой линии называются острыми, а ниже этой линии - полными.

К острым курсам относятся бейдевинд (от 30-40 до 90 градусов к ветру) и левентик (0 градусов к ветру).

Левентик не является рабочим курсом, так как парусное судно не может двигаться строго против ветра (о чем говорит заполаскивающий парус на рисунке).

Красный сектор в верхней половине курсовых углов является нерабочим, так как движение в этой зоне возможно, но не эффективно.

К полным курсам относятся бакштаг (от 90 до 180 градусов к ветру) и фордевинд (180 градусов к ветру).

Интересно рассмотреть зеленый сектор в районе курса фордевинд. Это тоже нежелательный сектор курсовых углов, так как в этом секторе движение парусного судна с косым вооружением (крыло) не эффективно. Парус работает как парус (за счет площади парусности, а не за счет свойств крыла). Скорость движения судна по ветру ограничена скоростью ветра и управляемость судна на этом курсе, особенно на волнении, не высокая.

рис. 13 Второй интересной линией разделения данного рисунка является вертикальный диаметр, совпадающий с направлением ветра, который делит этот рисунок на две половины. В левой половине рисунка судно идет правыми галсами относительно ветра, а в правой половине – левыми галсами.

1. Галс это курс судна относительно ветра:

Ветер с левого борта – левый галс;

Ветер с правого борта – правый галс.

2. Галс это часть пути судна между поворотами.

На рис. 14 показаны направления вымпельного ветра при тех же курсах относительно истинного ветра и положение парусов на каждом курсе.

Из анализа ри сунка следует, что при равных скорости истинного ветра и скорости движения судна при курсовом угле 45 градусов к истинному ветру парусное судно имеет курсовой угол к вымпельному ветру равный ~ 22 градуса.

А при движении курсом бакштаг относительно истинного ветра судно идет в бейдевинд относительно вымпельного ветра. И только при курсе бакштаг вымпельный ветер отходит до галфвинда

Кроме положения паруса относительно ДП судна интересно рассмотреть форму паруса в зависимости от условий движения судна.

Очень большое значение имеет поперечный профиль паруса – «пузо» паруса, которое измеряется в процентах от длирис. 14 ны паруса по хорде (рис. 15).

Пузатые паруса обеспечивают большую подъемную силу, но имеют большое лобовое сопротивление (рис 15).

Плоские паруса не обеспечивают большой подъемной силы, но, при этом, имеют небольшое лобовое сопротивление (рис. 15).

Из этого следует, что для тяжелых судов, имеющих большое лобовое сопротивление подводной части корпуса целесообразно использование парусов с большой глубиной паруса, обеспечивающие «большую тягу» при небольших скоростях вымпельного ветра. А для спортивных судов, особенно глиссирующих, рассчитанных на высокие скорости движения, целесообразно использование более «плоских» парусов, имеющих небольшое лобовое сопротивление воздушному потоку, но обеспечивающих «хорошую тягу» при высоких скоростях вымпельного ветра.

Большое значение имеет форма паруса в районе передней шкаторины – «лоб паруса». При смещении «пуза» паруса вперед парус становится «лобастым», а при смещении назад получаем парус «с плоским входом».

При «плоском входе» острота курса выше, но парус критичен к изменению угла атаки. Требуется высокая точность в управлении и при любом изменении курса необходимо производить настройку парусов (рис. 12).

рис. 15 рис. 16

При лобастом парусе (пузо смещено вперед) увеличивается сопротивление паруса и уменьшается острота курса относительно ветра, но увеличивается диапазон изменения курса без дополнительной настройки парусов (диапазон подруливания или курсовой сектор) за счет увеличения диапазона углов атаки паруса, при которых он продолжает работать эффективно (рис. 12).

рис. 17

Парус с пузом, смещенным вперед, целесообразно использовать в сложных рис. 18

погодных условиях, при большом волнении, когда требуется обеспечить возможность постоянного, незначительного изменения курса для обеспечения остойчивости и безопасности судна (например, пересечения под прямым углом гребня волны или невозможности точного удержания яхты на курсе при порывистом ветре).

Изменение пуза грота достигается изгибом мачты. При прогибе мачты происходит раздвигание передней и задней шкаторин паруса и парус за счет этого становится более плоским (рис. 17) при этом происходит смещение назад пуза паруса. Пузо грота в его нижней части изменяют набивкой грота-шкота. Для смещения пуза вперед с целью восстановления правильного его положения в районе 40-50 процентов хорды производят набивку грота фала. При дальнейшей набивке грота фала происходит смещение пуза дальше вперед и увеличение лобастости паруса.

Аналогично производится настройка стакселя. Набивка штага изменяет глубину пуза, а набивка стаксель-фала изменяет положение пуза и лобастость паруса.

Кроме поперечного профиля паруса, большой интерес и большое значение имеет его продольный профиль (изменение профиля паруса по высоте). Для обеспечения правильной работы паруса парус должен иметь скручивание по высоте, которое обеспечивает постоянный угол атаки паруса относительно вымпельного ветра.

Так как скорость ветра увеличивается с увеличением расстояния от палубы судна, а скорость перемещения паруса в горизонтальной плоскости не изменяется, происходит изменение направления вымпельного ветра (увеличивается угол между курсом судна и направлением вымпельного ветра – ветер «отходит») и его усиление (рис. 18).

Для компенсации изменения направления вымпельного ветра необходимо изменять положения паруса по высоте – угол атаки паруса. Это достигается откло-

рис. 18 рис. 19

нением к подветренной стороне верхней части паруса больше чем нижней (рис. 20).

Скручивание грота обеспечивается изменением «набивки» оттяжки гика и положением каретки гика-шкота на погоне.

Скручивание стакселя обеспечивается набивкой стаксель шкота и положением каретки стаксель шкота на погоне. При смещении каретки вперед парус становится полнее и уменьшается скручивание паруса по высоте. При смещении каретки назад парус становится более плоским, а скручивание паруса по высоте увеличивается.

Предыдущая статья: Кбк по страховым взносам во внебюджетные фонды рф Следующая статья: Синдром шая дрейджера Осложнения и прогноз