Школа яхтового кермового

Не менш важливе значення, ніж опір корпусу, має сила тяги, що розвивається вітрилами. Щоб ясніше уявити роботу вітрил, познайомимося з основними поняттями теорії вітрила. Ми вже говорили про основні сили, що діють на вітрила яхти, що йде з попутним (курсом фордевінд) та з зустрічним вітром (курсом бейдевінд). З'ясували, що сила, що діє на вітрила, може бути розкладена на силу, яка викликає нахил і знос яхти під вітер, - силу дрейфу і силу тяги (див.Рис 2і3) .

Тепер подивимося, як визначається повна сила тиску вітру на вітрила, від чого залежать сили тяги і дрейфу. Щоб уявити роботу вітрила на гострих курсах, зручно спочатку розглянути плоский вітрило (рис. 94), який відчуває тиск вітру під певним кутом атаки. У цьому випадку за вітрилом утворюються завихрення, на навітряному боці його виникають сили тиску, на підвітряному — сили розрідження. Їх результуючаRспрямована приблизно перпендикулярно до площини вітрила. Для правильного розуміння роботи вітрила її зручно подати у вигляді рівнодіючої двох складових сил:Х—спрямованої паралельно повітряному потоку (вітру) іY—перпендикулярній йому. СилаX, спрямована паралельно повітряному потоку, називаєтьсясилою лобового опору; вона створюється, крім вітрила, ще й корпусом, такелажем, рангоутом та екіпажем яхти. СилаY, спрямована перпендикулярно повітряному потоку, називається в аеродинаміціпідйомною силою. Саме вона на гострих курсах створює тягу у напрямку руху яхти.

Якщо при тому ж лобовому опорі вітрилаХ(рис. 95) підйомна сила збільшується, наприклад, довеличиниY1,те, як показано на малюнку, рівнодіюча підйомна сила і лобовий опір зміниться наRі відповідно сила тягиТзбільшиться доТ1.Подібна побудова дозволяє легко переконатися, що зі збільшенням лобового опору Х (за тієї ж підйомної сили) тягаТзменшується. Таким чином, є два шляхи збільшення сили тяги, а отже, і швидкості ходу на гострих курсах: збільшення підйомної сили вітрила та зменшення лобового опору вітрила та яхти. У сучасному вітрильному спорті підйомну силу вітрила збільшують надаючи йому увігнуту форму з деякою «пузатістю» (рис. 96): розмір від щогли до найглибшого місця «пуза» зазвичай становить 0,3—0, 4 ширини вітрила, а глибина «пуза»-близько 6-10% ширини. Підйомна сила такого вітрила на 20-25% більша, ніж абсолютно плоского майже при тому ж лобовому опорі. Щоправда, яхта з плоскими вітрилами йде трохи крутіше до вітру. Однак з «пузатими» вітрилами швидкість просування в лавірування більша завдяки більшій тязі.

Зауважимо, що у пузатих вітрил збільшується не тільки тяга, а й сила дрейфу, а значить, крен і дрейф яхт з пузатими вітрилами більше, ніж порівняно з плоскими. Тому «пузатість» вітрила більше 6—7% при сильному вітрі невигідна, оскільки збільшення крену та дрейфу призводить до значного підвищення опору корпусу та зниження ефективності роботи вітрил, які «з'їдають» ефект збільшення тяги. При слабких вітрах краще тягнуть вітрила з «пузом» 9—10%, оскільки через малий загальний тиск вітру на вітрило крен невеликий. Будь-яке вітрило при кутах атаки більше 15-20 °, тобто при курсах яхти 40-50 ° до вітру і більше, дозволяє зменшити підйомну силу і збільшити лобовий опір,оскільки на підвітряному боці утворюються значні завихрення. Оскільки основну частину підйомної сили створює плавне, без завихрень, обтікання підвітряної боку вітрила, знищення цих завихрень має дати великий ефект.

Знищують завихрення, що утворюються за гротом, постановкою стакселя (мал. 97). Потік повітря, що потрапляє у щілину між гротом і стакселем, збільшує свою швидкість (так званий ефект сопла) і при правильному регулюванні стакселю «злизує» вихори з грота. Профіль м'якого вітрила важко зберегти незмінним при різних кутах атаки. Раніше на швертботах ставили наскрізні лати, що проходять через все вітрило, — їх робили більш тонкими в межах пуза і товстішими до задньої шкаторини, де вітрило набагато площе. Наразі наскрізні лати ставлять головним чином на буерах і катамаранах, де особливо важливо зберегти профіль і жорсткість вітрила при малих кутах атаки, коли звичайне вітрило вже полоще по передній шкаторині. Якщо джерелом підйомної сили є лише вітрило, то лобовий опір створює все, що виявляється в потоці повітря, що обтікає яхту. Тому поліпшення тягових властивостей вітрила може бути досягнуто також за рахунок зниження лобового опору корпусу яхти, рангоуту, такелажу та екіпажу. Для цієї мети використовують різноманітні обтічники на рангоуті та такелажі. Величина лобового опору вітрила залежить від його контурів. За законами аеродинаміки лобовий опір крила літака тим менше, чим воно вже й довше за тієї ж площі. Ось чому вітрило (по суті те саме крило, але поставлене вертикально) намагаються робити високим та вузьким. Це дозволяє використовувати верховий вітер. Лобовий опір вітрила дуже сильно залежить відстану його передньої кромки Передні шкаторини всіх вітрил повинні бути туго обтягнуті, щоб не допускати можливості вібрацій. Необхідно згадати ще одну важливу обставину — так звануцентровку вітрил. З механіки відомо, що будь-яка сила визначається її величиною, напрямом та точкою докладання. Досі ми говорили лише про величину та напрямок сил, прикладених до вітрила. Як ми побачимо далі, знання точок програми має велике значення для розуміння роботи вітрил. Тиск вітру розподіляється поверхнею вітрила нерівномірно (більше тиск відчуває його передня частина), проте спрощення порівняльних розрахунків вважають, що він розподіляється рівномірно. Для наближених розрахунків рівнодію силу тиску вітру на вітрила вважають прикладеною до однієї точки; за неї приймають центр ваги поверхні вітрил, коли вони вміщені в діаметральній площині яхти. Цю точку називаютьцентром парусності (ЦП).

Зупинимося на найпростішому графічному способі визначення положення ЦП (рис. 98). Викреслюють парусність яхти у потрібному масштабі. Потім на перетині медіан — ліній, що з'єднують вершини трикутника із серединами протилежних сторін, знаходять центр кожного вітрила. Отримавши таким чином на кресленні центриОі O1 двох трикутників, що складають грот і стаксель, проводять через ці центри дві паралельні лініїОАіO1Бі на них відкладають у протилежних напрямках у будь-якому, але однаковому масштабі стільки лінійних одиниць, скільки квадратних метрів у трикутнику; від центру грота відкладають площу стакселя, а від центру стакселя — площу грота. Кінцеві точкиАіВз'єднують прямийАБ.Іншийпрямий - O1O з'єднують центри трикутників. На перетині прямихА Бі O1O буде загальний центр. Чотирикутний грот попередньо розбивають діагоналлю на два трикутники, обчислюють їх площі та описаним чином визначають окремо ЦП такого грота. Як ми вже говорили, силі дрейфу (вважатимемо її прикладеною в центрі парусності) протидіє сила бокового опору корпусу яхти. Силу бокового опору вважають прикладеною в центрі бокового опору (ЦБС). Центром бокового опору називається центр ваги проекції підводної частини яхти на діаметральну площину. Центр бокового опору можна знайти, вирізавши контур підводної частини яхти із щільного паперу та помістивши цю модель на лезо ножа. Коли модель врівноважується, легко натискають її, потім повертають на 90° і знову врівноважують. Перетин цих ліній дає нам центр бічного опору.

Коли яхта йде без крену, ЦП повинен лежати на одній вертикальній прямій із ЦБС (рис. 99). Якщо ЦП лежить попереду ЦБС (рис. 99, б), то сила дрейфу, зміщена вперед щодо сили бічного опору, повертає носа судна під вітер — яхта звалюється. Якщо ЦП опиниться позаду ЦБС, яхта повертатиметься носом до вітру, або наводиться (рис. 99,). І надмірне приведення до вітру, і особливо увалювання (неправильне центрування) шкідливі для ходу яхти, оскільки змушують рульового весь час працювати кермом, щоб зберегти прямолінійність руху, а це збільшує опір корпусу і знижує швидкість судна. Крім того, неправильне центрування призводить до погіршення керованості, а в деяких випадках до її повної втрати. Якщо ми відцентруємо яхту так, як показано нарис. 99, а,тобто ЦП і ЦБС виявляться на одній вертикалі, то судно буде дуже наводитися і управляти ним стане дуже важко. В чому справа? Тут дві головні причини. По-перше, справжнє розташування ЦП і ЦБС не збігається з теоретичним (обидва центри зрушені вперед, але неоднаково). По-друге, і це головне, при крені сила тяги вітрил і сила поздовжнього опору корпусу виявляються лежачими в різних вертикальних площинах (рис. 100), виходить як би важіль, що змушує яхту наводитися. Чим більше крен, тим більше схильність судна наводиться.

Щоб ліквідувати таке приведення ЦП поміщають попереду ЦБС. Виникає з креном момент сили тяги і поздовжнього опору, що змушує яхту наводитися, компенсується моментом сил дрейфу і бічного опору, що уловлює, при передньому розташуванні ЦП. Для хорошого центрування доводиться ЦП поміщати попереду ЦБС з відривом, що дорівнює 10—18% довжини яхти по ватерлінії. Чим менш стійка яхта і що вище піднятий ЦП над ЦБС, то більше в ніс треба його пересувати. Щоб яхта мала хороший хід, її треба відцентрувати, тобто поставити ЦП і ЦБС у таке положення, при якому судно на курсі бейдевінд у слабкий вітер було повністю врівноважене вітрилами, інакше кажучи, було стійко на курсі з покинутим або закріпленим у ДП кермом (допускається легка схильність до увалювання при дуже слабкому вітрі), а за сильнішому вітрі мало схильність наводитися. Кожен кермовий повинен вміти правильно центрувати яхту. На більшості яхт схильність наводиться збільшується, якщо перебрано задні вітрила і потравлено передні. Якщо ж перебрано передні та перетравлено задні вітрила, судно буде увалюватися. При збільшенні «пузатості» гроту, а також вітрилах, що погано стоять, яхта схильнанаводиться більшою мірою. Якщо яхта надто наводиться, слід перенести вперед ЦП або змістити назад ЦБС. Щоб зрушити вперед ЦП, можна: - нахилити або пересунути вперед щоглу; - перенести вперед (якщо дозволяє обміряти) точку кріплення штагів передніх вітрил; - збільшити площу передніх вітрил; , Щоб зрушити назад ЦБС, можна: - покласти кермо під вітер; - підібрати шверт, особливо якщо він довгий і вузький - так званий мечоподібний; - перенести шверт або плавець назад; - дати диферент на корму. Якщо яхта занадто знижує, треба перенести вперед ЦБС або назад ЦП. Для цього виконують операції, які зворотні зазначеним. Кожен керманич повинен пам'ятати, що центрування яхти дуже важливе для збільшення швидкості ходу та безпеки плавання.