Текст книги "Яхтинг: Полное руководство"

Автор книги: Джефф Тогхилл

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 16 страниц)

Джефф Тогхилл
Яхтинг: Полное руководство

КАК ЛОДКА ИДЁТ ПОД ПАРУСОМ

Для многих людей плывущая лодка представляет собой загадочное зрелище. Действительно, если бросить в море кусок металла, он сразу утонет, между тем большие корабли, сделанные из многих тысяч тонн стали, благополучно в том же море плавают. Почему ?Первым на этот вопрос ответил греческий математик Архимед. Погружаясь в ванну, он обратил внимание на то, что вода, наполнявшая ее, выливается через край.

Продолжив наблюдения, Архимед обнаружил, что объем вытесненной воды совпадает с массой тела, а также то, что при погружении тела в воду на него действует выталкивающая сила, и если эта сила (вес вытесненной воды) равна весу тела, оно не тонет. Так была описана природа плавучести.

Лучше всего яхта идет в положении оптимального плавания (вверху в центре); скорость и ходовые качества лодки снижаются, если ее корпус находится выше или ниже этого положения. То же относится и к грузовому судну: груз заставляет его опускаться глубже в воду

Плавучесть

Большой корабль плавает потому, что его корпус имеет огромный объем и вытесняет большое количество воды. С другой стороны, маленький кусочек металла вытесняет очень мало воды, поэтому фактически нет выталкивающей силы, которая могла бы удержать его на поверхности, и он тонет. Это элементарное объяснение можно проиллюстрировать на примере грузового судна: когда в трюме нет груза, оно немного поднимается на воде и опускается, если в трюм поместить груз (см. рис. вверху). Форма корпуса остается прежней, поэтому выталкивающая сила остается такой же, но вес груза увеличивает вес судна, заставляя его погружаться глубже в воду.

Если груз добавлять и добавлять, то наступит момент, когда судно исчезнет под водой, но, прежде чем это случится, оно достигнет точки, которую судостроители называют положением оптимального плавания. В этой точке судно наиболее устойчиво, его общий вес равен весу вытесненной воды.

Все эти рассуждения применимы к яхтам – они проектируются для погружения на уровень, который дает возможность достичь максимальной скорости и продемонстрировать ходовые качества при соответствующей форме корпуса, с учетом назначения судна. Легкие, быстрые гоночные яхты более плавучи, чем тяжелые крейсеры.

Форма корпуса

С точки зрения плавучести важным фактором является вес лодки, а при решении вопроса об эксплуатационных качествах судна конструктор должен принимать во внимание всю подводную часть корпуса. Ее форма и размер определяют скорость движения яхты, ее гоночные качества, а также размер внутренних помещений.

Форма корпуса самым непосредственным образом влияет на скорость судна. Чем более обтекаемую форму имеет его корпус, тем быстрее оно движется

Вес также влияет на остойчивость судна; тип и форма киля, количество балласта определяют, насколько оно устойчиво на воде. Глубокий балластный киль обеспечивает максимальную остойчивость, а выдвижной киль (шверт), прикрепляемый к бортам или днищу, уменьшает остойчивость.

Форма корпуса и вес судна – это те факторы, которые конструктор должен учитывать при разработке проекта, в соответствии с типом будущего судна.

Проект маленького круизера (лодки для путешествий, прогулочного судна) будет, разумеется, достаточно простым, а современные океанские гоночные яхты конструируются по очень сложным схемам.

Помимо плана размещения парусов, такелажа и общей компоновки внутренних помещений, чертежи корпуса обычно выполняются в трех видах: бок, полуширота и корпус, вместе они дают представление о форме корпуса судна и позволяют строителю в точности следовать указаниям проектировщика.

Бок показывает корпус яхты го стороны правого борта с контурными линиями (известными как батоксы), обозначающими форму корпуса, точно гак же как контурные линии на карте обозначают форму холмов и долин; вид со стороны левого борта будет, естественно, идентичным.

Полуширота похожа на бок, но эта проекция выполняется со стороны днища. На чертеже изображается только половина яхты ради экономии места (отсюда и название), наружный контур соответствует линии палубы.

Наконец, третья проекция показывает поперечное сечение корпуса, одна половина – со стороны носа к центру, а другая – от кормы к центру яхты.

Остойчивость

Одна из самых важных задач, решаемых при проектировании парусного судна, – обеспечение его остойчивости. Стоит ступить в маленький круизер, он тут же наклонится в ту сторону, куда вы наступили, поскольку центр тяжести переместится.

Выталкивающая сила приложена в середине яхты, в точке, называемой центром плавучести (В), а сила тяжести (вес) действует в центре тяжести (G) и направлена вниз. Когда точка G находится прямо над точкой В, лодка пребывает в устойчивом положении, она не опрокидывается. Когда лодка наклоняется (кренится), например когда вы в нее ступаете, точки В и G уже не находятся на одной линии. Центр плавучести смещается вправо или влево относительно центра тяжести, и тогда лодка наклоняется в этом направлении. Однако, поскольку выталкивающая сила направлена вверх, а сила тяжести – вниз, вместе они создают поворачивающий рычаг, который стремится вернуть лодку в прежнее положение.

В – центр плавучести

G – центр тяжести

Эта сила известна как восстанавливающий момент, она противодействует крену и придает яхте остойчивость.

Хороший пример – яхта, идущая под парусом. Под давлением ветра на парус яхта кренится, точка В смещается в сторону от точки G, поэтому естественным стремлением для В и G является создание восстанавливающего момента, чтобы привести судно в исходное положение; это реакция остойчивой яхты.

На остойчивость лодки одновременно влияют несколько сил: боковая сила ветра, оказывающая давление на паруса, и противостоящая ей сила давления воды на киль. На швертботе (как показано на рисунке) вес членов команды помогает справиться с креном; на килевых лодках используется вес балласта

Однако у восстанавливающего момента есть предел, и, когда точка G оказывается по другую сторону от точки В, восстанавливающий момент оказывается направленным в другую сторону и превращается в опрокидывающий момент, что заставляет лодку переворачиваться, так как она теряет свою первоначальную остойчивость. Чтобы этого избежать, нужно восстановить положение, при котором яхта находится в нормальном состоянии, – когда точка G находится прямо над точкой В. Для достижения этого есть два способа:

1. Уменьшить давление ветра на паруса обезветриванием. Это дает лодке возможность вернуться в нормальное положение и возвращает G в положение над В. Обычно это достигается ослаблением, или травлением, шкотов (см. с. 189).

2. Использовать вес членов экипажа или балласта для увеличения восстанавливающего момента и противодействия крену. В плоскодонках в качестве балласта используется вес членов команды, они наклоняются в сторону высокого борта (или трапеции), чтобы вернуть судно в нормальное положение. На килевых яхтах используется вес балласта. Когда корпус кренится, киль поднимается, создавая сильный восстанавливающий момент, возвращающий яхту в нормальное положение.

Теоретически нормальное положение яхты является идеальным для хождения под парусом. На практике это не получается из-за того, что давление ветра вызывает ее крен, а без ветра в парусах она не будет двигаться. Поэтому компромисс достигается использованием двух описанных выше методов для обеспечения безопасного наклона до точки, в которой судно проявляет свои наилучшие качества, и при этом не возникает опасности опрокидывания, а также угрозы безопасности экипажа.

Мастерство шкипера и экипажа, позволяющее им найти равновесие между плавучестью и гравитацией, определяет, насколько хорошо идет яхта при любых обстоятельствах. (О технике хождения под парусами, используемой для достижения этой цели, см. на с. 42-63.)

Форма паруса

Нетрудно понять, как движется яхта при попутном ветре; давление ветра на паруса просто толкает ее вперед. Совсем другое дело при встречном ветре, в этом случае скорее проявляется тенденция двигаться назад, чем вперед. И все же парусные суда могут двигаться против ветра, хотя и не прямо.

Непосвященному трудно понять, как яхта может двигаться почти против ветра.

Секрет – в форме парусов. В те времена, когда старинные парусники бороздили океаны, у них были, за редким исключением, прямые паруса, которые ловили ветер, толкавший их вперед; и, естественно, таким судам было трудно двигаться против ветра. Поэтому торговые маршруты, по которым они следовали, были разработаны так, чтобы большую часть пути ветер был попутным или почти попутным.

Многие прекрасные клиперы намеренно делали большие петли в океане в погоне за нужным попутным ветром. Один из основных маршрутов парусных судов в Южном полушарии пролегал от мыса Доброй Надежды через южные районы Тихого океана к Австралии и дальше – к знаменитому мысу Горн в Южной Америке. Суда шли, таким образом, все время на восток, используя попутные западные ветры, обычные в высоких южных широтах, и часто достигали скорости 16 или 17 узлов даже при малоэффективных прямых парусах. Для них было бы почти невозможно идти под парусом в противоположном направлении.

Эта диаграмма показывает, как мало парус сопротивляется напору ветра (А), пока он не закреплен шкотом (В), что разбивает поток воздуха и создает движущую силу

Изобретение носового и кормового парусов, позволяющих судну продвигаться навстречу ветру, совершило революцию в парусном мореходстве. Хотя движение прямо против ветра осталось по-прежнему невозможным, такой тип паруса позволяет яхтам с высокими гоночными качествами идти под острым углом к направлению ветра и таким образом продвигаться навстречу ветру.

Идя под острым углом к ветру сначала одним бортом, а затем другим, яхта может достичь нужной точки, которая находится прямо против ветра – эта техника называется сменой галса или лавировкой (см. с. 47).

Насколько острый угол для движения против ветра может выбирать экипаж, зависит в основном от ее проекта и кроя парусов.

Мастерство изготовителя парусов высоко ценится и во многом определяется остротой этого угла; этот показатель называется лавировочным углом. Крейсерские яхты с парусами среднего кроя могут идти под углом меньше 45° к ветру, а яхты с высокими гоночными качествами, такие, как огромные яхты, участвующие в соревнованиях за Кубок Америки, с точно скроенными (и очень дорогими) парусами, могут двигаться под гораздо более острым углом к ветру.

Чтобы понять, как парус преобразует энергию ветра и тянет лодку вперед, мы должны сначала рассмотреть форму паруса, а также траекторию обтекания его ветром. Большинство носовых и кормовых парусов кроятся и шьются так, чтобы они имели форму, напоминающую аэродинамическую поверхность крыла самолета, – действительно, парус во многом работает по тому же принципу, что и крыло. Главное различие между ними состоит в том, что крыло крепится горизонтально и получает подъемную силу из обтекающего воздуха, а парус крепится вертикально и получает из воздуха силу, толкающую вперед.

Если бы парус был плоским и равномерно рассекал воздух, тогда не происходило бы и движения вперед, потому что воздух обтекал бы его одинаково со всех сторон. Но поскольку ему придается аэродинамическая форма, воздух с наружной стороны изгиба движется быстрее, чем с внутренней стороны. Более быстрый поток воздуха с наружной стороны создает эффект водоворота, который стремится «всосать» изгиб. В случае с крылом самолета это всасывание тянет крыло (и поэтому весь самолет) вверх. В случае с яхтой оно тянет парус (и судно) вперед.

(Чтобы лучше понять это, представьте себе строй солдат, поворачивающих за угол здания. Солдат, находящийся в ближайшей к углу точке, практически остается на месте, едва движется, в то время как солдат в самом дальнем ряду должен почти бежать, чтобы сохранить строй.)

Чтобы ускорить воздушный поток с наружной стороны изгиба и увеличить эффект водоворота, чаще всего используется перекрывающий парус, создающий «щелевой эффект» между парусами. Наиболее распространенный вид оснастки на современных парусных судах – носовой парус, или стаксель, перекрывающий грот так, чтобы образовалась щель (см. с. 33).

Так как парус имеет форму крыла самолета, воздух движется быстрее с наружной стороны изгиба, создавая водоворот, толкающий лодку вперед

Центр парусности

Ветер оказывает давление на всю поверхность паруса, но при теоретических расчетах точкой приложения силы принято считать его центр. Эта точка определяется делением пополам трех углов паруса. Место пересечения биссектрис и есть точка, к которой, как принято считать, приложена сила ветра; она называется центром парусности. В результате давления на паруса возникает движение в двух направлениях – вперед и в сторону. Но требуется только движение вперед, а не в сторону, поэтому необходимо применять некоторые средства для преобразования бокового движения в тягу, направленную вперед.

Центр бокового сопротивления

Некоторые швертботы, такие, как «Laser» или «Morh», имеют плоское днище, и давление ветра в центре парусности заставляет их скользить в сторону по поверхности воды. Чтобы противодействовать этому, под корпусом вертикально вниз опускается выдвижной киль для создания сопротивления боковому движению.

Большие яхты имеют один или несколько килей, выступающих под корпусом и направленных вниз для противодействия боковому дрейфу. Как и у паруса, у киля (выдвижного и стационарного) есть условная точка приложения силы сопротивления. Она называется центром бокового сопротивления. Когда ветер толкает судно в сторону в центре парусности, а вода противодействует этому в центре бокового сопротивления, на лодку воздействуют две силы – примерно таким же образом, как указательный и большой пальцы сжимают косточку апельсина. Подобно косточке, яхта устремляется вперед, преобразуя указанные силы в движение (см. рисунок вверху). Это самое простое объяснение того, почему яхта движется против ветра или в любую другую сторону.

Две силы, давление ветра на паруса и давление воды на киль (боковое сопротивление), вместе создают тягу вперед

Разумеется, во время движения при попутном ветре нет никакого бокового дрейфа, просто ветер толкает яхту вперед. (Вот почему выдвижной киль обычно поднимается, когда плоскодонка идет при попутном ветре.)

Смоченная поверхность

Часть корпуса, расположенная выше ватерлинии, называется палубой, надводным бортом. Другая, та, что находится ниже ватерлинии, именуется смоченной поверхностью. Киль является главным фактором, влияющим на гоночные качества яхты, но и другие части смоченной поверхности также имеют значение. По этой причине конструктор использует все доступные средства для ускорения движения вперед, то есть улучшения ходовых качеств судна; для этого он изменяет форму корпуса ниже ватерлинии.

В результате парусные суда существенно различаются по форме и конструкции подводной части. У некоторых узкий нос, дающий корпусу возможность легко разрезать воду; другие снабжены отвесным носом для расширения внутреннего пространства. Рули также различаются по форме, в зависимости от назначения судна; на некоторых яхтах устанавливаются даже двойные рули.

Традиционный длинный киль

Плавниковый киль и отдельный руль

Скеговый киль и отдельный руль

Форма киля и тип корпуса варьируются в зависимости от назначения судна. V некоторых крейсеров широкий корпус с минным глубоким килем (вверху) для надежной остойчивости, а гоночные яхты (внизу) имеют узкий корпус, позволяющий скользить по воде

Но, без сомнения, основным фактором (подводным), влияющим на ходовые качества яхты, является тип установленного киля. Существуют кили плавниковые, длинные, глубокие, выдвижные; все они нужны для создания максимального бокового сопротивления, с одной стороны, и сведения колебаний воды к минимуму – с другой.

Мощные гоночные яхты обычно снабжаются тонким узким килем, что позволяет им быстро скользить по воде и быстро поворачивать в нужную сторону.

Океанским крейсерским судам требуется другой киль – для движения по большим волнам. Это длинный и глубокий киль, часто довольно протяженный; он придает судну остойчивость, и яхта хорошо слушается руля на высоких волнах.

Швертботы не ходят в открытое море, они сконструированы для гонок в гаванях и дельтах рек. Поэтому у них тонкие плавниковые кили, как у гоночных яхт; дополнительное преимущество заключается в том, что это выдвижные кили, которые можно выдвигать на разную глубину для хождения под парусом или убрать совсем на берегу. Боковое сопротивление киля (стационарного или выдвижного) достигает максимума, когда он опущен вертикально под лодкой, то есть когда судно не имеет крена, а киль выдвинут полностью.

Когда яхта кренится под ветром, воздействие киля на ее движение уменьшается: во-первых, он поднимается относительно своего самого глубокого положения; во-вторых, поверхность киля оказывается под углом к напору воды и оказывает ему меньшее сопротивление.

Аналогичные процессы происходят и с парусами: они тоже теряют эффективность, когда яхта кренится; ветер «перетекает» через верхушку, что говорит о потере мощности и эффективности.

Теоретически яхта лучше всего демонстрирует свои гоночные качества в прямом положении, но на практике обычно не удается полностью избежать крена. Определение угла, который соответствует наилучшим гоночным качествам каждой яхты, является секретом успеха хождения под парусом; особенно это важно при участии в гонках. Этот угол может быть определен только опытным путем для каждой яхты и каждого комплекта парусов в отдельности.

Балансировка и настройка яхты

Центр парусности и центр бокового сопротивления никогда не находятся непосредственно один над другим в продольной плоскости судна и поэтому никогда не уравновешиваются.

Если центр парусности смещен относительно центра бокового сопротивления в сторону кормы, лодка будет все время стремиться к повороту против ветра и потребуется корректировка румпелем, так проявляется тенденция судна приводиться к ветру. Если же центр парусности находится впереди центра бокового сопротивления, нос будет все время поворачиваться от ветра, требуя поворота румпеля, яхта будет стремиться уваливать под ветер.

Каждое движение руля действует как тормоз, замедляя движение судна, поэтому важно уравновесить эти два фактора, чтобы яхта могла идти прямо вперед. Однако добиться этого трудно. Яхта, которая хорошо отрегулирована для слабого ветра, может оказаться трудной в управлении при сильных порывах, потому что в этом случае нужно использовать другие паруса для более сильного давления воздуха; кроме того, при сильном крене судна смоченная поверхность будет другой.

Чтобы достичь равновесия в конкретных условиях, яхту необходимо настроить. Это трудная задача, включающая подгонку парусов, такелажа и других элементов судна. Цель настройки состоит в том, чтобы заставить яхту двигаться прямо вперед, получая максимальную энергию ветра при минимальном использовании руля. Для этого требуются опыт и мастерство шкипера, изготовителя парусов и руля.

Равновесие достигается в результате взаимодействия центра парусности и центра бокового сопротивления

Настройка – это сложная процедура: здесь мы можем обсудить только ее основы. Основные требования стандартны, но мастерство тонкой настройки конкретной яхты приходит с опытом, в основном приобретаемым на настраиваемой яхте. Например, изготовитель парусов, готовясь кроить «гардероб» для новой океанской яхты, сделает, по крайней мере, три комплекта парусов: для сильного ветра, для умеренного и для слабого. Все комплекты будут скроены из разных тканей, ведь легкий парус не выдержит сильного напора ветра и лопнет, а парус из тяжелой ткани не будет оптимально работать под легким бризом.

В настройку входят, кроме подгонки парусов, другие процессы, такие, как установка такелажа. Повторим еще раз: эта процедура выполняется по-разному, в зависимости от назначения яхты. Гоночные яхты несут более легкий такелаж для уменьшения сопротивления ветру и торможения по сравнению с океанскими крейсерами, их мачты имеют другую конструкцию и устанавливаются по-особому.

Руль (угол румпеля) настраивается во время движения, при этом шкипер устанавливает паруса так, чтобы уменьшить влияние неблагоприятных факторов, таких, как тенденция судна приводиться к ветру или уваливать под ветер, а также минимизировать использование румпеля и, соответственно, замедление движения. Подробно о настройке гоночных яхт рассказывается на с. 156.

Тонкая настройка проводится в основном на более крупных судах, особенно серьезно она выполняется для гоночных яхт. Однако швертботы также следует настраивать для участия в гонках, поскольку общая цель настройки любого парусного судна состоит в достижении наилучшего равновесия между центром парусности и центром бокового сопротивления. Это дает возможность судну продемонстрировать наилучшие гоночные качества.

Хорошо настроенная яхта максимально использует ветер в парусах, сопротивление воды, вес балласта и/или членов команды. Когда все уравновешено, результатом становится гладкое, быстрое движение вперед, а значит, успех в гонках