Николай Григорьев - Школа яхтенного рулевого
Отметим основные особенности ветрового потока, с которыми чаще всего приходится сталкиваться на практике.
1. Когда ветер дует со стороны воды и перпендикулярно к берегу, под высоким берегом или стенкой у самой воды образуется обратный ветер, действующий на расстоянии, приблизительно равном высоте препятствия. Это хорошо видно зимой, когда у подножия препятствия с наветренной стороны не наметает снега.
2. Ветер, пересекающий наискось долину реки (пролива), отклоняется в середине долины по ее направлению.
3. При ветре со стороны высокого берега, против глубоких оврагов воздушный поток значительно увеличивает скорость и расходится веером. Особенно заметно это явление при ночном бризе.
4. Очень слабый ветер неустойчив. При затихающем ветре отдельные порывы и полосы ветра указывают направление нового ветра, который вскоре задует.
5. Сильный ветер, как правило, порывист.
6. Кучевые облака сопровождаются местным усилением слабого ветра (в пределах тени облака с наветренной стороны), мощные кучевые и грозовые- шквалом.
7. С высотой скорость ветра увеличивается. Это особенно заметно на озерах и реках с высокими, лесистыми берегами, когда при слабых ветрах яхты с более высоким вооружением имеют под берегом заметное преимущество в скорости по сравнению с яхтами с низкой парусностью. Такое явление наблюдается и в море, но в меньшей степени.
8. На озерах и больших реках в жаркие, штилевые дни ближе к полудню ветер можно найти, идя ближе к берегу. Вечером, после захода солнца, надо держаться ближе к безлесному, сухому берегу.
9. Ветер, усиливаясь, как правило, поворачивает направо, а ослабевая — налево.
Вымпельный ветер
Скорость и направление воздушного потока, встречаемого движущейся яхтой, зависят не только от истинного ветра, но и от скорости яхты.
Направление ветра по-разному воспринимается людьми, находящимися на движущейся яхте и на берегу.
При неизменном направлении ветра относительно водной поверхности направление флюгарки (вымпела) яхты будет меняться в зависимости от скорости и курса судна. Чем быстрее идет яхта, тем больше вымпел отклоняется к корме.
Направление действующего на движущуюся яхту и ее паруса ветра не совпадает с направлением истинного ветра, которое мы наблюдаем, например, по дыму заводских труб, флагам на берегу и т. п. Причина этого явления — влияние движения самой яхты на направление воздушного потока, воспринимаемого судном и его парусами.
Если в полный штиль начать буксировать яхту за катером, то паруса ее заполощут, а вымпел растянется.
В этом случае вымпел покажет так называемый курсовой ветер, равный скорости яхты и направленный в сторону, обратную ее курсу. При наличии истинного ветра вымпел расположится по направлению равнодействующей скоростей истинного и курсового ветров, показывая так называемый вымпельный ветер.
Рис. 90. Вымпельный ветер на разных курсах
Обратимся к рис. 90. В положении а яхта идет с углом истинного ветра (УВ) 45° со скоростью около 3 м/сек при ветре 8 м/сек. Скорость вымпельного ветра есть геометрическая сумма скоростей истинного и курсового ветров и в этом случае равна примерно 10 м/сек, а угол вымпельного ветра (УВВ) составляет около 32°. Скорости и углы вымпельного ветра для углов истинного ветра 90, 135 и 180° показаны на положениях б, в, г.
На острых курсах действие на яхту истинного и курсового ветров складывается, поэтому вымпельный ветер заметно ощущается даже при тихой погоде. Наоборот, на курсе фордевинд истинный ветер (направленный с кормы) и курсовой ветер (направленный с носа) взаимно противоположны, и в этом случае вымпельный ветер ощущается очень слабо. Паруса всегда ставятся в зависимости от вымпельного ветра, так как именно его скоростью и направлением определяется давление на паруса.
Известно, что скорость яхты растет медленнее, чем скорость истинного ветра. Следовательно, разница между углами ветра истинного и вымпельного уменьшается с увеличением скорости ветра. В этом легко убедиться. Рассмотрев рис. 90 и 91, мы можем сделать следующие выводы:
— работа парусов яхты определяется не истинным, а вымпельным ветром;
— вымпельный ветер на всех курсах, кроме курса фордевинд, всегда острее, чем истинный;
— скорость вымпельного ветра на острых курсах всегда больше, а на полных меньше скорости истинного,
— при сильных ветрах отношение скорости судна к скорости ветра меньше, чем при слабых. Поэтому скорость вымпельного ветра при слабых ветрах гораздо больше отличается от скорости истинного ветра. Это практически используют при так называемой лавировке на фордевинд, когда выгоднее идти по ломаной линии и галсами в бакштаг, чем по прямой курсом фордевинд. На буерах, катамаранах и глиссирующих судах, скорость которых увеличивается почти пропорционально скорости ветра (в известных пределах), лавируют на фордевинд и при средних ветрах.
Изменение скорости истинного ветра при лавировке заставляет изменять курс для сохранения оптимального угла вымпельного ветра. Каждому яхтсмену известно, что при порывах ветра можно идти круче к истинному ветру, а при ослаблении его приходится уваливать. Обратимся к рис. 92, на котором U-вектор истинного ветра, V — вектор курсового ветра (скорость яхты), W-вектор вымпельного ветра, и ab — оптимальный угол вымпельного ветра, обеспечивающий наивыгоднейшую скорость лавировки.
Допустим, яхта попала в полосу более сильного ветра того же направления, вектор которого на рисунке обозначен U1. Она вначале по инерции будет идти с прежней скоростью V, а вектор вымпельного ветра окажется равным W1, и направление его отойдет от курса яхты еще на угол
Таким образом, сохраняя оптимальный угол вымпельного ветра аb, можно привестись на величину угла
Увеличение скорости ветра, в свою очередь, несколько увеличит скорость яхты, и придется чуть-чуть увалиться, и все же курс будет круче первоначального. При ослаблении ветра — противоположная картина: надо уваливаться.
Теперь представим себе, что в полный штиль яхту (без парусов) несет быстрое течение. Очевидно, как и при буксировке, судно встретит поток воздуха, скорость которого равна скорости течения воды, но направленной в противоположную сторону. Таким образом, течение воды, сообщая яхте движение относительно воздуха, также влияет на вымпельный ветер, а следовательно, и на крутизну лавировки следующим образом:
— при лавировке по течению вымпельный ветер усилится и угол его будет больше, чем при отсутствии течения;
значит, яхта может идти круче, а снос течением увеличит ее скорость относительно берега:
— при лавировке против течения вымпельный ветер уменьшится и угол его будет меньше. Яхте придется идти полнее (относительно истинного ветра), а течение будет уменьшать ее скорость относительно берегов.
В заключение остановимся на одном очень важном с точки зрения работы паруса моменте. Напомним, что с высотой скорость ветра возрастает. Если построить параллелограммы скоростей ветра на разных высотах паруса (рис. 93), можно видеть, что при скорости яхты 3,5 м/сек и угле истинного ветра 45° скорость вымпельного ветра с увеличением высоты от 2 до 12 м возрастает с 7.8 до 10 м/сек. При этом угол вымпельного ветра (УВВ) увеличивается от 25 до 30°.
Вот почему парус необходимо кроить так, чтобы для сохранения оптимального угла атаки он несколько закручивался снизу вверх, с «отвалом» задней шкаторины под ветер. Надо сказать, что эта закрутка, естественно, может быть больше при слабых ветрах, чем при сильных.
Основные сведения из теории паруса
Не менее важное значение, чем сопротивление корпуса, имеет сила тяги, развиваемая парусами. Чтобы яснее представить себе работу парусов, познакомимся с основными понятиями теории паруса.
Мы уже говорили об основных силах, действующих на паруса яхты, идущей с попутным (курсом фордевинд) и со встречным ветром (курсом бейдевинд). Выяснили, что сила, действующая на паруса, может быть разложена на силу, которая вызывает крен и снос яхты под ветер, — силу дрейфа и силу тяги (см. Рис 2 и 3).
Теперь посмотрим, как определяется полная сила давления ветра на паруса я от чего зависят силы тяги и дрейфа.
Чтобы представить работу паруса на острых курсах, удобно вначале рассмотреть плоский парус (рис. 94), который испытывает давление ветра под определенным углом атаки. В этом случае за парусом образуются завихрения, на наветренной стороне его возникают силы давления, на подветренной — силы разрежения. Их результирующая R направлена примерно перпендикулярно к плоскости паруса. Для правильного понимания работы паруса ее удобно представить в виде равнодействующей двух составляющих сил: Х-направленной параллельно воздушному потоку (ветру) и Y-перпендикулярной ему.
