Аэродинамика паруса

Парус является таким же движителем для яхты, как гребной винт для моторного судна. С его помощью энергия ветра преобразуется в силу тяги, движущую парусник. От того, насколько грамотно спроектировано парусное вооружение судна и насколько умело его экипаж использует средства для настройки и управления парусами, зависит коэффициент полезного действия парусов и, в конечном счете – скорость судна на любом курсе относительно ветра.
Современная теория косого паруса основывается на положениях аэродинамики крыла. Механика возникновения аэродинамических сил на парусе, изготовленном из ткани, в принципе аналогична таковой для жесткого профилированного крыла. Если рассматривать движение
яхты острыми курсами к ветру, то эффективность паруса как движителя зависит от тех же параметров, что и эффективность жесткого крыла в создании подъемной силы:
• площади поверхности паруса;
• профиля его поперечного сечения;
• угла установки паруса по отношению к набегающему на него потоку
воздуха (вымпельному ветру) и скорости ветра;
• аэродинамического удлинения и формы контура паруса.

Понимание аэродинамики паруса дает возможность, анализируя настройки паруса и рангоута, управлять яхтой более эффективно и использовать ее основные мореходные и скоростные качества для данных погодных условий. Основные направления аэродинамики паруса - повышение тяговых свойств паруса, выявление оптимальных размеров, форм и пошива парусов, разработка рациональных методов управления ими, настройка профиля под различные погодные условия.

Курс судна относительно ветра

Курс судна относительно ветра - угол между направлением ветра
и диаметральной плоскостью судна, то есть курсовой угол на точку
горизонта, откуда дует ветер, выражающийся в угловых градусах или
румбах. 1 румб = 11,25°

В зависимости от величины этого угла курсы относительно ветра
имеют собственные наименования:

• 1 - крутой бейдевинд (30° - 45°);
• 2 - полный бейдевинд (45° - 75°);
• 3 - гальфвинд (около 90°) – ветер прямо в борт;
• 4 - бакштаг (110° - 160°);
• 5 - фордевинд (160°- 200°) – ветер в корму;
• 6 - левентик (по 30° на каждый борт) – ветер в нос

Левентик (фр. le vent) – положение, когда ветер по отношению
к судну дует практически точно спереди (в пределах от 10° правого
борта до 10° левого борта), он называется также встречным или
лобовым. Парусное судно идти против ветра не может, поэтому
«левентик» не является курсом, правильно говорить «положение
левентик».

Фордевинд (нидерл. voor de wind), или по ветру – курс, при котором
ветер направлен в корму судна, (в пределах от 170° правого борта до
170° левого борта). Про судно, идущее в фордевинд, говорят, что оно
«идет полным ветром». Угол между направлением ветра
и диаметральной плоскостью судна в этом случае около 180°.
Фордевинд – тот самый «попутный ветер», которого желают
морякам, хотя в парусном спорте этот курс отнюдь не самый
быстрый, как следовало бы ожидать, при движении яхты курсом
фордевинд стаксель закрывается гротом и работает не в полную
силу. Вследствие этого яхта рыскает и теряет скорость. Кроме того,
он требует от рулевого внимания и владения искусством управлять
дополнительными парусами (обычно это спинакер). Парус при этом
ставится перпендикулярно направлению ветра (бабочкой), тяга на нем
создается в основном благодаря прямому давлению ветра
в парус. Слабый ветер на этом курсе практически не ощущается, так
как скорость вымпельного ветра равна разности скорости истинного
ветра и скорости встречного потока воздуха.
Это самый жаркий курс.

Галфвинд (нидерл. halve wind), или полветра - курс, при котором
угол между направлением ветра и направлением движения судна
составляет около 8 румбов (около 90°). На этом курсе ветер дует
перпендикулярно ДП (диаметрально-плоскости) судна, а вымпельный
ветер оказывается направленным с носа под острым углом к ДП.
Соответственно, парус устанавливается под меньшим углом атаки, его
тяга равна продольной составляющей подъемной силы, а сила дрейфа
- поперечной. На этом курсе парус должен делить угол между
ДП и направлением вымпельного ветра примерно пополам.

Бакштаг (нидерл. bakstag) – курс, образующий с направлением ветра
угол больше 8, но меньше 16 румбов, то есть ветер по отношению
к кораблю дует сзади-сбоку. Выделяют курс полный бакштаг, при
котором угол превышает 135° градусов, то есть приближающийся
к фордевинду, и крутой бакштаг (менее 135°). Парус устанавливается
под углом к ветру. Обычно на этом курсе парусное судно развивает
наивысшую скорость. В бакштаг парус работает с большим углом
атаки, при котором давление ветра играет основную роль в создании
тяги паруса. Сила дрейфа практически отсутствует.

Бейдевинд (нидерл. bij de wind), или на ветер - курс, при котором
угол между направлением ветра и направлением движения судна
составляет менее 90° (меньше 8 румбов). Выделяют бейдевинд
полный и крутой. Границу между ними разные источники проводят
по-разному (в диапазоне от 45 до 67,5°). Тяга паруса при бейдевинде
целиком определяется его подъемной силой, при увеличении
давления ветра сила тяги уменьшается, зато возрастает сила дрейфа.
Таким образом, на этом курсе парус, устанавливаемый с минимальным
углом атаки к вымпельному ветру (5–10°), работает полностью как
аэродинамическое крыло.
Лучшие парусные суда ходят под углом 30–35° к направлению
истинного ветра. Вследствие сложения векторов скорости ветра и
встречного потока воздуха, скорость вымпельного ветра на курсе
бейдевинд оказывается максимальной, так же, как и подъемная сила
на парусе, пропорциональная квадрату скорости ветра. Максимальной
величины достигает и сила дрейфа.
Если попытаться идти под более острым углом к ветру, то скорость
судна будет снижаться, парус станет заполаскивать, подъемная сила
снизится и, наконец, наступит момент, когда дрейф и сопротивление
воды движению намного превысят тягу. Судно потеряет ход.

Слева: Фордевинд (нидерл. voor de wind),

Справа: Галфвинд (нидерл. halve wind), или полветра

Ознакомьтесь со второй частью учебного пособия для начинающих яхтсменов здесь