Принцип движения парусного судна

Вымпельный ветер

Попробуем понять за счет, каких сил, и на основании каких принципов происходит движение парусного судна под действием ветра. Рассмотрим только косые паруса, как наиболее часто встречающиеся в настоящее время. Косое парусное вооружение бермудского типа это основное вооружение большинства современных как одномачтовых, так и двухмачтовых судов. Все спортивные и круизные одномачтовые яхты так же вооружаются бермудским шлюпом.

Это вооружение дает максимальные возможности по выбору курса относительно направления ветра и требует существенно меньшего экипажа для управления парусами и не требует такой высокой его выучки как в случае применения прямого парусного вооружения.

Замечательной особенностью косого паруса является его способность создавать тяговое усилие на курсах до 30-40 градусов к направлению ветра.

При этом нужно учитывать, что парусное судно движется относительно вымпельного или кажущегося ветра, а не относительно истинного или метеорологического ветра.

При движении любого объекта в воздушной среде возникает поток набегающего воздуха, скорость которого определяется скоростью движения объекта. Соответственно, даже при полном отсутствии ветра (штиль) наблюдатель, находящийся на судне будет ощущать ветер равный скорости судна - курсовой ветер, который будет по величине равен скорости судна, а по направлению противоположен направлению движения судна. Таким образом, парусное судно, при своем движении испытывает действие двух потоков воздуха:

- действие потока, вызванного наличием истинного ветра;

- действие потока, вызванного движением судна – курсового ветра.

Для определения результирующего потока воздуха, ощущаемого наблюдателем, находящимся на движущемся объекте, необходимо произвести векторное сложение потоков. Результирующий вектор и будет по скорости и направлению, ощущаемым или кажущимся ветром, который называется вымпельным ветром. Этот ветер и будет рассматриваться как ветер, действующий на паруса судна при его движении (рис 1).

Этот ветер является единственным ветром, с которым взаимодействуют паруса, а разложение его на истинный ветер и курсовой является результатом анализа исходных воздушных потоков.

Вымпельный ветер является величиной переменной даже при стабильном по скорости и направлению истинном ветре, так как его скорость и направление зависят от скорости и направления движения судна. Для простоты рассуждений рассмотрим случай, при котором рис. 1.

истинный ветер направлен под прямым углом к направлению движения судна и скорость истинного ветра равна скорости судна (рис. 2). Из рисунка видно, что при движении под углом 90 градусов к истинному ветру судно движется под углом 45 градусов к вымпельному ветру.

истинный В соответствие с изложенным выше, можно

ветер вымпельный ветер утверждать, что два судна, движущиеся од-

ним и тем же курсом, при одних и тех же ветровых

условиях, но с разными скоростями относительно воды будут двигаться под разными углами к вымпельному ветру. Судно, движущееся с более высокой скоростью, будет идти острее к вымпель-ному ветру, сохраняя тот же курсовой угол относительно истинного ветра. При этом, ветро- указатели на то пах мачт этих судов будут находить-

курсовой ветер ся под разными углами к ДП судна, фиксируя направ-

рис. 2 ление вымпельного ветра каждого из судов (рис. 3).

судно 1 судно 2

рис. 3

Из рисунка видно, что судно, идущее с большей скоростью, идет под меньшим углом к вымпельному ветру. Из этого можно сделать вывод о том, что при увеличении скорости движения судна вымпельный ветер заходит (уменьшается угол между направлением движения судна и вымпельным ветром). При дальнейшем увеличении скорости судна (лучше обводы, меньше трение, эффективнее работают паруса, другая конструкция корпуса судна) угол между направлением движения судна и вымпельным ветром станет меньше минимального лавировочного угла (минимального угла между направлением движения судна и вымпельным ветром, при котором сохраняется возможность эффективной работы парусов). После этого судно, имеющее большую скорость, будет вынуждено увалиться (увеличить угол между направлением движения судна и направлением вымпельного ветра) до восстановления минимального лавировочного угла. Этим объясняются разные углы выхода на ветер (угол между направлением истинного ветра и направлением движения судна). При этом, скорость выхода на ветер (скорость сближения с точкой прихода, находящейся на ветре) может быть больше у судна с большим углом выхода на ветер, но и большей скоростью движения. В качестве примера рассмотрим скорость выхода на ветер килевой яхты, спортивного швертбота и катамарана (рис. 4).

Острее к ветру идет килевая яхта, имеющая наименьшую, из этих судов, скорость движения. За ней идет спортивный швертбот и наименее остро к истинному ветру идет спортивный катамаран. Каждое из этих судов идет под одним и тем же углом к вымпельному ветру, но под разными углами к истинному ветру. Но, при этом, самая высокая скорость выхода на ветер будет у спортивного катамарана. Из рассмотрения треугольника скоростей становится понятной возможность приводится к истинному ветру на порывах ветра (кратковременное ускорение ветра). В порыве скорость истинного ветра возрастает, а скорость судна остается, в течение какого-то времени, прежней. Вымпельный ветер отходит и появляется возможность привестись и восстановить лавировочный угол относительно вымпельного ветра (рис. 5)

рис. 4

килевая яхта

швертбот

катамаран

рис. 5

Через некоторое время скорость судна возрастет, и оно будет вынуждено увалиться до прежнего курса относительно истинного ветра, сохраняя угол относительно вымпельного ветра. Однако, увеличение скорости судна возможно до достижения скорости, предельной для движения судна в водоизмещающем режиме (скорость судна в водоизмещающем режиме, выраженная в узлах, не может превышать длину судна, выраженную в метрах). Следовательно, при дальнейшем увеличении скорости ветра скорость судна не будет возрастать и курс судна относительно истинного ветра может быть острее.

Очень важным является наличие течений в районе плавания судна, с точки зрения поведения вымпельного ветра. При плавании на течении скорость судна векторно складывается со скоростью течения. В результате меняется абсолютная скорость судна и происходит изменение скорости и направления вымпельного ветра. При движении с попутным течением вымпельный ветер заходит, а при движении со встречным течением отходит. Следовательно, при попутном течении лавировочный угол увеличивается, а при встречном ветре – уменьшается. При этом скорость выхода яхты на ветер сохраняется практически неизменной. При направлении течения по направлению или против направления истинного ветра происходит изменение скорости истинного ветра. При однонаправленных ветре и течении вымпельный ветер заходит, а при разнонаправленных отходит, в силу увеличения скорости истинного ветра. Взаимодействие ветра и течения менят лавировочные углы судна относительно истинного ветра.

Современное навигационное оборудование дает возможность получать информацию не только о направлении и силе вымпельного ветра, но и о силе и направлении истинного ветра, путем пересчета треугольника скоростей (рис. 1). GPS дает информацию о скорости и направлении движения судна, а анеморумбометр о скорости и направлении вымпельного ветра. Путем пересчета треугольника скоростей система получает информацию о скорости и направлении истинного ветра.

Понимание поведения вымпельного ветра является ключевым для планирования маршрута движения судна, при известном направлении и скорости истинного ветра и фактической скорости парусного судна.

Однако для тихоходных судов угол между направлением истинного и вымпельного ветра незначителен и можно, с определенной степенью точности, утверждать, что этот угол находится в пределах 10-20 градусов.