Школа яхтенного капитана
Основы теории и устройство крейсерных яхт.
Прикладная аэродинамика паруса. Взаимодействие парусов.
Учебник: "Школа яхтенного капитана."
Составитель: Е. П. Леонтьев
Мы рассматривали особенности - аэродинамики одиночного паруса как крыла с тонким поперечным профилем. Большинство яхт, однако, оснащены по крайней мере двумя парусами - гротом и стакселем. Поскольку оба паруса расположены в непосредственной близости друг от друга и обтекаются одним потоком воздуха, то естественно предположить наличие их взаимного влияния.
До
недавнего времени среди яхтсменов пользовалась популярностью теория Вентури, заимствованная
из авиации. Согласно этой теории, основным назначением стакселя считалось создание щели
- сопла между стакселем и гротом, входя в которую, поток воздуха увеличивает свою скорость,
способствуя тем самым понижению давления на подветренной стороне грота, особенно в районе,
где паруса перерывают друг друга. В результате должна увеличиваться аэродинамическая сила
на гроте.
В настоящее время взаимодействие парусов рассматривается на основании вихревой теории крыла - исходя из наличия циркуляции вокруг обоих парусов (рис. 29). Основная роль в паре грот - стаксель принадлежит стакселю. Бесспорно, что воздух, протекающий в щели между гротом и стакселем, имеет повышенную скорость. Однако это прежде всего сказывается на скорости потока, обтекающего подветренную сторону стакселя. Частицы воздуха, вырываясь из щели, увлекают с собой воздух с подветренной стороны стакселя подобно эжектору. Соответственно ускоряется поток вдоль всей подветренной поверхности стакселя, увеличивается циркуляция вокруг его профиля и возрастает аэродинамическая сила. И что еще важно - парус может работать без срыва потока на больших углах атаки.
Вызванная скорость (поперечная составляющая вследствие циркуляции) у передней шкаторины грота увеличивает угол атаки, под которым поток натекает на стаксель. Благодаря этому аэродинамическая сила растет и отклоняется вперед - на более выгодный угол. На курсе бейдевинд, к слову сказать, большой генуэзский стаксель дает на 30% большую движущую силу, чем грот, и на 45% меньшую силу дрейфа.
Грот работает в области потока, отклоняемого вызванными скоростями у задней шкаторины стакселя. Это приводит к уменьшению угла атаки грота. Однако воздух, отраженный от стакселя, как бы прилипает к подветренной поверхности грота, благодаря чему предотвращается отрыв от нее пограничного слоя.
Стаксель влияет и на положение критической точки: она перемещается с наветренной стороны мачты ближе к ее передней кромке. В результате уменьшается скорость потока с подветренной стороны грота и сильно снижается пик разрежения у передней шкаторины. Поэтому тенденция к отрыву пограничного слоя и образованию завихрений на гроте ослабевает, парус более эффективно работает на больших углах атаки, чем без стакселя. Скорее этим, а не ускорением потока в щели между гротом и стакселем, по теории Вентури, можно объяснить положительное действие стакселя на работу грота.
Чем больше выбирают стаксель, тем меньше становится разность давлений на подветренной и наветренной сторонах грота. Когда они сравняются, выпуклая форма паруса уже не может поддерживаться - парус заполаскивает. Поскольку стаксель более эффективен, чем грот, и дает меньшую кренящую силу, то экипажи крейсерско-гоночных яхт уделяют большое внимание подбору стакселей для различных курсов и силы ветра. В гонках при усилении ветра целесообразно уменьшат площадь парусности рифлением грота продолжая по возможности нести стаксель. На отдельных порывах крен можно уменьшать, потравливая грот.
Поскольку
Правила обмера I0R прямо не ограничивают длину нижней шкаторины стакселей, то обычно стараются
шить их с максимальным перекроем (заходом стакселя за мачту). Существуют, однако, вполне
определенные пределы перекроя, далее которых парус теряет свою эффективность и начинает
отрицательно влиять на работу грота.
Прежде всего это обеспечение оптимального угла установки стакселя относительно ДП яхты, который равен для лавировки 12-18°. Это труднодостижимо при большой длине нижней шкаторины стакселя и сравнительно небольшой ширине палубы яхты. Как правило, кипы стаксель-шкотов удается разместить при несколько меньших углах установки паруса - 9-12°. По этому при слишком "пузатом" стакселе возможен сток потока воздуха с него на переднюю шкаторину грота и заполаскивание ее по всей высоте. Кроме того, возможно сильное скручивание стакселя: в верхней части ветер будет выдувать из паруса и он перестанет работать.
Для регулирования положения кип стаксель-шкотов в зависимости от величины стакселя и курса относительно ветра используют специальный фальшборт из металлического угло-бульбового профиля с большим числом отверстий или крепят кипы на передвижных ползунах, скользящих по прочному палубному рельсу. При настройке стакселя стараются получить равномерный зазор между гротом и стакселем по всей высоте и "пузо" стакселя, смещенное к передней шкаторине. При перемещении кипы вперед тяга шкота сильнее натягивает заднюю шкаторину. В результате "пузо" увеличивается по всей площади, парус меньше скручивается, но возможно заворачивание задней шкаторины на ветер. При перемещении кипы назад, увеличивается натяжение нижней шкаторины; натяжение задней шкаторины будет недостаточным, парус сильно скрутится и может заполаскивать в верхней части. Иногда полезно применить дополнительную снасть - оттяжку шкота (рис. 30) для осаживания задней шкаторины. Выбрав втугую парус по нижней шкаторине за шкот, с помощью оттяжки добиваются нужного натяжения задней шкаторины и положения "пуза" по ширине паруса, устраняют сильное скручивание. Правильно отрегулированный стаксель должен давать поток воздуха, направленный по касательной к поверхности грота и при приведении яхты заполаскивать сразу по всей высоте. Хорошую службу при настройке могут оказать индикаторы (см. рис. 22-23).
Большое влияние на полноту стакселя оказывает прогиб штага. Чем сильнее при усилении ветра прогибается штаг, тем больше становится "пузо" паруса и он начинает задувать на грот. В известной мере прогиб компенсируется специальным раскроем стакселя с выпуклостью в нижней части передней шкаторины и вогнутостью (отрицательным серпом) в верхней. Многие яхты за рубежом снабжают мощными гидравлическими, винтовыми устройствами или талями для увеличения натяжения ахтерштага и даже наклона мачты назад.
