Каким образом движется парусное судно? Очевидно, что причиной движения является давление ветра на парус. Но, что удивительно, парусное судно может двигаться не только в ту сторону, куда дует ветер, но и в противоположную (ну, почти в противоположную, под острым углом, меняя галсы, но тем не менее перемещаясь против движения ветра). Каковы же физические принципы движения судна против ветра? Рассмотрим силы, действующие на яхту, идущую под парусом под острым углом к ветру. Сила, действующая на паруса, может быть разложена на силу, которая вызывает крен и снос яхты под ветер, — силу дрейфа и силу тяги (см. рис). Посмотрим, как определяется полная сила давления ветра на паруса и от чего зависят силы тяги и дрейфа. Чтобы представить работу паруса на острых курсах, удобно вначале рассмотреть плоский парус , 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. Сила X, направленная параллельно воздушному потоку, называется силой лобового сопротивления; она создается, кроме паруса, еще и корпусом, такелажем, рангоутом и экипажем яхты. Сила Y, направленная перпендикулярно воздушному потоку, называется в аэродинамике подъемной силой. Она на острых курсах создает тягу в направлении движения яхты. Если при том же лобовом сопротивлении паруса Х подъемная сила увеличивается, например, до величины Y1, то, как показано на рисунке, равнодействующая подъемной силы и лобового сопротивления изменится на R и соответственно сила тяги Т увеличится до Т1. Зависимость сил тяги и дрейфа от подъемной силы и лобового сопротивления паруса Из этого чертежа видно, что с увеличением лобового сопротивления Х (при той же подъемной силе) тяга Т уменьшается. Таким образом, есть два пути увеличения силы тяги, а следовательно, и скорости хода на острых курсах: увеличение подъемной силы паруса и уменьшение лобового сопротивления паруса и яхты. В современном парусном спорте подъемную силу паруса увеличивают придавая ему вогнутую форму с некоторой «пузатостью»: размер от мачты до наиболее глубокого места «пуза» обычно составляет 0,3—0,4 ширины паруса, а глубина «пуза»—около 6—10% ширины. Подъемная сила такого паруса на 20—25% больше, чем совершенно плоского почти при том же лобовом сопротивлении. Правда, яхта с плоскими парусами идет чуть круче к ветру. Однако с «пузатыми» парусами скорость продвижения в лавировку больше благодаря большей тяге. Заметим, что у пузатых парусов увеличивается не только тяга, но и сила дрейфа, а значит, крен и дрейф яхт с пузатыми парусами больше, чем со сравнительно плоскими. Поэтому «пузатость» паруса больше 6—7% при сильном ветре невыгодна, так как увеличение крена и дрейфа приводит к значительному повышению сопротивления корпуса и снижению эффективности работы парусов, которые «съедают» эффект увеличения тяги. При слабых ветрах лучше тянут паруса с «пузом» 9—10%, так как из-за малого общего давления ветра на парус крен невелик.
Источник: Сам себе судостроитель
|
