Управление шлюпкой под парусом. Часть 1.
Направления ветра относительно шлюпки.
Различают следующие направления ветра относительно диаметральной плоскости шлюпки.
Ветер, дующий прямо или почти прямо в нос шлюпки (от 10° правого борта до 10° левого борта), называется противным, или лобовым.
Ветер, дующий в пределах от 10° до 80° к диаметральной плоскости (от носа шлюпки), называется бейдевинд. Бейдевинд считается крутым, если угол ветра составляет 10°—60°, и полным, если угол > 60°.
Ветер, дующий прямо или почти прямо в борт шлюпки (от 80° до 100°), называется галфвинд.
Ветер, дующий под углом от 100° до 170° к диаметральной плоскости, называется бакштаг. Бакштаг считается полным, если угол ветра > 150°.
Ветер, дующий прямо или почти прямо в корму (от 170° правого борта до 170° левого борта), называется фордевинд.
Чтобы указать положение шлюпки относительно направления ветра, к перечисленным выше названиям ветра добавляется наименование галса. Если ветер дует в правый борт (паруса на левом борту) – шлюпка идет правым галсом, если в левый борт (паруса на правом борту) – шлюпка идет левым галсом.
Действие ветра на парус
На шлюпку под парусом оказывают влияние две среды: воздушный поток, действующий на парус и надводную часть шлюпки, и вода, действующая на подводную часть шлюпки.
Благодаря форме паруса даже при самом неблагоприятном ветре (бейдевинд) шлюпка может двигаться вперед.
Парус напоминает крыло, наибольший прогиб которого удален от передней шкаторины на 1/3—1/4 ширины паруса и имеет величину 8 — 10% ширины паруса (рис 18).
Рис. 18. Профиль паруса: В — ширина паруса по хорде (по И.И. Хомякову, 1976).
Если ветер, имеющий направление В (рис 19, а), встречает на пути парус, он огибает его с двух сторон. С наветренной стороны паруса создается давление выше (+), нежели с подветренной (—). Равнодействующая сил давления образует силу Р, направленную перпендикулярно плоскости паруса или хорде, проходящей через переднюю и заднюю шкаторины и приложенную к центру парусности ЦП (рис 19, б).
Рис. 19 Силы, действующие на парус и корпус шлюпки (по И.И. Хомякову, 1976):
а — действие ветра на парус; б — действие ветра на парус и воды на корпус шлюпки.
Сила Р раскладывается на силу тяги Т, направленную параллельно диаметральной плоскости (ДП) шлюпки, заставляющую шлюпку двигаться вперед, и силу дрейфа Д, направленную перпендикулярно ДП, вызывающую дрейф и крен шлюпки.
Сила Р зависит от скорости и направления ветра относительно паруса. Чем больше Ðb между направлением ветра В и плоскостью паруса ПП, тем больше сила Р. Если Ðb=90°, сила Р достигает максимальной величины.
Силы Т и Д зависят от Ðg между ДП шлюпки и плоскостью паруса. С увеличением Ðg сила Т увеличивается, а сила Д уменьшается.
Действие воды на шлюпку во многом зависит от обводов ее подводной части.
Рис 20. Правильное положение паруса при различных направлениях ветра (по И.И. Хомякову, 1976): а — бейдевинд; б — галфвинд, в — фордевинд.
Несмотря на то, что при ветре бейдевинд сила дрейфа Д превышает силу тяги Т, шлюпка имеет ход вперед. Здесь сказывается боковое сопротивление R1 подводной части корпуса, которое во много раз больше лобового сопротивления R.
Сила Д, несмотря на противодействие корпуса, все же сносит шлюпку с линии курса. Составленный ДП и направлением истинного движения шлюпки ИП Ð a называется углом дрейфа. Чем острее угол между ДП и направлением ветра, тем больше угол дрейфа, так как при острых углах сила тяги Т незначительна и шлюпка, не имея достаточного поступательного движения вперед, сносится под ветер. При ветре бейдевинд круче 40—45° шлюпка вперед двигаться не может.
Таким образом, наибольшая тяга и наименьший дрейф шлюпки могут быть получены путем выбора наиболее выгодного положения диаметральной плоскости шлюпки и плоскости паруса относительно ветра. Установлено, что угол между ДП шлюпки и плоскостью паруса должен быть равен половине Ð A между диаметральной плоскостью и направлением ветра. На рис 20 показано правильное положение паруса при ветрах бейдевинд (а), галфвинд (б) и фордевинд (в).
При выборе положения паруса относительно ДП и ветра старшина шлюпки руководствуется не истинным, а вымпельным (кажущимся) ветром, направление которого определяется равнодействующей от скорости шлюпки и скорости истинного ветра (рис 21).
Рис 21. Вымпельный ветер.
bи — истинный ветер; Вш — ветер от движения шлюпки;
Вв — вымпельный ветер.
Рис. 22. Установка кливера относительно фока (по И.И. Хомякову, 1976):
а — правильно; б — неправильно.
Кливер, расположенный перед фоком, исполняет роль предкрылка. Поток воздуха, проходящий между кливером и фоком, уменьшает давление на подветренной стороне фока и, следовательно, увеличивает его тяговую силу. Это происходит лишь при условии, что угол между кливерам и ДП шлюпки несколько больше угла между фоком и ДП (рис 22, а). Если же кливер прижать к ДП, то поток воздуха будет ударять в подветренную сторону фока, ухудшит его форму и уменьшит тяговую силу (рис 22, б). Такое же действие производит кливер, имеющий слишком выгнутую форму.
Влияние крена и дифферента на управление шлюпкой
Выше работа парусов рассматривалась без учета влияния крена и дифферента шлюпки, т. е. предполагалось, что центр парусности ЦП и центр лобового сопротивления ЦЛС подводной части корпуса расположены примерно в одной вертикальной плоскости (рис. 23, а). В реальной обстановке на управление шлюпкой под парусами всегда оказывают влияние крен и дифферент.
При крене от действия пары сил Т и R (силы тяги и силы лобового сопротивления подводной части корпуса шлюпки) с плечом К образуется вращательный момент вокруг вертикальной оси (рис. 23, б). С увеличением крена за счет увеличения плеча К этот момент возрастает и форштевень шлюпки поворачивается в сторону наветренного борта (на ветер).
Рис 23. Влияние крена на управляемость шлюпки (по И.И. Хомякову, 1976):
а — крен отсутствует; б — крен на правый борт.
Явление, когда под угрозой опрокидывания шлюпка стремится привестись и, следовательно, обезветрить паруса, можно считать положительным. Однако оно играет и отрицательную роль, когда для удержания шлюпки на заданном курсе приходится держать руль переложенным в сторону подветренного борта, что приводит к потере шлюпкой скорости. Кроме того, крен уменьшает остойчивость шлюпки и рабочую поверхность парусов.
Следовательно, для сохранения остойчивости и достижения наибольшей скорости шлюпки необходимо уменьшать ее крен. Небольшой крен бывает полезным при слабом ветре, когда парус не может принять правильную форму. В этом случае следует искусственно создать крен на подветренный борт; парус под действием собственного веса приобретает необходимую выгнутую форму.
Парусное вооружение шлюпки рассчитывается так, чтобы центр парусности ЦП и центр бокового сопротивления ЦБС подводной части корпуса находились примерно на одной вертикали (рис 24, а).
Рис 24. Влияние дифферента на управляемость шлюпки (по И.И. Хомякову, 1976):
а – дифферент отсутствует, б — дифферент на корму, в — дифферент на нос.
При дифференте на корму ЦБС смещается к корме, в результате чего от действия силы дрейфа Д и силы бокового сопротивления R1 возникает вращательный момент, который уваливает нос шлюпки под ветер (рис 24, б). При дифференте на нос шлюпка стремится повернуться носом к ветру, т. е. привестись (рис 24, в). Вращательный момент шлюпки при дифференте усиливается также под действием ветра на приподнятую оконечность шлюпки.
Искусственно создавая дифферент на нос или на корму, можно в нужный момент улучшить поворотливость шлюпки, что имеет большое значение при управлении шлюпкой без руля и при выполнении поворота оверштаг (особенно когда поворот не получается).
Отрицательная роль дифферента состоит в том, что для удержания шлюпки на заданном курсе приходится держать руль переложенным в сторону борта.