«Эта лодка может идти под 35 градусов к ветру» — знакомое утверждение для разговора о яхтах. Но что именно означает этот угол: при какой скорости ветра он получен, насколько быстро движется лодка и какой ветер показывает прибор? В другой ситуации та же лодка может идти примерно под 60 градусов, особенно если ветер ослаб до 7 узлов.
Поэтому фраза «как лодка идёт к ветру» всегда требует уточнения условий. Прямо навстречу потоку парусная лодка идти не может: в таком положении силы не дают продольной тяги вперёд. Движение появляется при курсе под углом, а его острота зависит от скорости ветра, скорости лодки, характеристик судна, работы парусов и того, измеряется ли угол к истинному или к вымпельному ветру.
Почему лодка не может идти прямо против ветра
Парус можно представить как гибкое крыло. У жёсткого крыла есть профиль и хорда, а парус меняет форму под действием потока, поэтому его эффективность отличается от эффективности жёсткого крыла. Но общий принцип остаётся похожим: чтобы возникла подъёмная сила, нужен угол атаки — угол между поверхностью паруса и набегающим потоком.
Кратко работу паруса можно описать через две связанные идеи. Поток обтекает его с разными скоростями, а направление движения воздуха меняется; это связано с возникновением подъёмной силы. Одновременно парус отклоняет поток, и в ответ получает силу в противоположную сторону. Колдунчик на парусе нужен именно как визуальный ориентир: он показывает направление воздушного потока относительно поверхности.
В надводной части лодки действуют две группы сил:
- подъёмная сила паруса — она направлена перпендикулярно поверхности и при правильном угле атаки может создавать тягу;
- лобовое сопротивление паруса и корпуса — оно направлено по потоку и мешает движению.
Если поставить идеальный профиль прямо против ветра, подъёмная сила уйдёт в бок. Лобовое сопротивление самого паруса и корпуса при этом будет направлено назад. Разложив результирующую по продольной и поперечной осям лодки, получаем боковую силу и отрицательную продольную составляющую: лодка не получает движения вперёд и может начать пятиться.
Боковую составляющую можно частично компенсировать килем. Он работает как подводное крыло и уменьшает дрейф, но не превращает прямой ход против ветра в возможный: продольной тяги всё равно нечем создать. Для движения вперёд нужно изменить положение лодки относительно потока и дать подъёмной силе продольную составляющую.
Что происходит с курсом, креном и силами при движении под углом
Когда лодку разворачивают так, чтобы ветер приходил под углом, парус занимает другое положение относительно потока. Подъёмная сила по-прежнему направлена поперёк потока, а сопротивление действует по его направлению. Теперь их результирующая может оказаться не направленной назад, а почти полностью боковой.
На таком курсе лодка перестаёт пятиться, но это ещё не означает, что она уже устойчиво движется вперёд. Продольная скорость становится нулевой: отрицательная составляющая исчезла, однако положительной тяги пока тоже нет. Это пограничное положение между движением назад и движением вперёд.
Именно здесь может возникнуть максимальный крен. Подъёмная сила и сопротивление складываются так, что сильнее всего давят лодку вбок, тогда как продольное движение отсутствует. Поэтому положение с большим креном не обязательно означает быстрый ход: лодка может почти не двигаться ни вперёд, ни назад, а боковая составляющая силы при этом будет максимальной.
Дальше возможны два наблюдаемых изменения. Если идти ещё острее к ветру, паруса начинают заполаскивать, и крен уменьшается. Если же лодка получает движение вперёд, результирующая смещается в продольную сторону, её поперечная проекция становится меньше, и крен также уменьшается. На борту полезно различать эти состояния: лодка пятится, остановилась по продольной оси или уже набрала ход вперёд.
От чего зависит минимальный угол хода к ветру
Минимальный угол к ветру не является постоянным свойством лодки. Он связан не только с формой корпуса, килем и парусами, но и со скоростью набегающего потока, а также с тем, насколько быстро движется сама лодка и как настроены паруса.
При росте скорости потока подъёмная сила увеличивается быстрее, чем лобовое сопротивление. Поэтому при более сильном ветре лодка при определённых условиях может идти острее. В отдельных случаях называют угол около 29 градусов, но это не универсальная характеристика: такой пример сопровождается оговоркой, что скорость движения может быть невысокой.
Есть и практическая причина, по которой рекламные показатели нельзя читать как постоянный результат. Минимальный угол логично указывать при такой скорости ветра, когда лодка ещё идёт на полных парусах, но дальнейшее усиление уже приводит к необходимости брать рифы. Изменение режима парусов меняет и условия, в которых оценивается ход.
Для приводимого примера полярных диаграмм используется скорость ветра 20 узлов. Это означает, что показатель относится к заданному режиму, а не описывает поведение лодки при любом ветре. Сравнивать такие цифры можно только тогда, когда совпадают хотя бы основные условия: скорость ветра, скорость лодки и состояние парусов.
Отсюда понятен и бытовой пример с чартером. Обещание, что лодка идёт под 35 градусов, может относиться к одним условиям, тогда как при слабом ветре около 7 узлов фактический курс окажется примерно под 60 градусов. Перед сравнением лодок нужно спросить не только «какой минимальный угол?», но и «при каком ветре, в каком режиме и относительно чего он измерен?».
Как отличить истинный ветер от вымпельного
Истинный ветер — поток относительно неподвижной воды. Если лодка стоит, именно его она и ощущает. Но при движении появляется дополнительный поток, направленный навстречу движению, поэтому ветер на борту меняет направление и становится острее.
Этот воспринимаемый движущейся лодкой поток называют вымпельным ветром. Его измеряет анемометр на топе мачты: прибор показывает ветер, который ощущает сама лодка в движении. Даже при нулевом истинном ветре лодка, идущая вперёд, будет чувствовать поток навстречу своему курсу.
Поэтому угол к вымпельному ветру нельзя автоматически принимать за полный угол между курсом и истинным ветром. Киль уменьшает дрейф, но не отменяет разницу между двумя системами отсчёта. Когда кто-то называет угол хода, сначала нужно уточнить, какой ветер имеется в виду, какова скорость лодки и что именно показывает прибор.
Зачем нужен твист и как его меняют на гроте
Ветер не одинаков по всей высоте паруса. У поверхности воды поток сильнее замедляется, а выше его скорость возрастает. Направление истинного ветра при этом может оставаться тем же, но из-за разной скорости потока вымпельный ветер на нижней, средней и верхней части мачты будет иметь разные углы.
Если бы на лодке стояло жёсткое крыло, настроенное под середину мачты, вверху и внизу его угол к потоку оказался бы иным. Парус способен компенсировать эту разницу изменением формы по высоте. Такой постепенный поворот паруса называют твистом. Он нужен всегда, а его величина зависит от того, насколько заметен градиент ветра.
Для грота в описанной схеме твист меняют через положение гика. Последовательность выглядит так:
- Поднять гик вверх, чтобы грот изменил форму и повернулся в нужную сторону.
- Для этого можно отпустить оттяжку гика или использовать шкот — конкретный вариант зависит от устройства снастей на лодке.
- Проверить, не ушёл ли гик одновременно вбок: его положение по горизонтали нужно сохранить.
- При необходимости вернуть гик в нужное место погоном гика-шкота или двумя шкотами, если такая схема предусмотрена на лодке.
Твист нужен постоянно, но его величина и способ регулировки зависят от разницы потока по высоте и устройства лодки. Конкретная комбинация шкота, оттяжки и погона подходит не для всех яхт.
Что проверить, когда вы оцениваете ход лодки к ветру
Парусная лодка не может идти прямо против ветра: в таком положении подъёмная сила уходит поперёк, а сопротивление даёт движение назад. Ход вперёд появляется под углом, но его острота меняется вместе с ветром, скоростью лодки, настройкой парусов и системой отсчёта.
Перед тем как сравнивать лодки или оценивать собственный курс, проверьте четыре пункта:
- лодка действительно движется вперёд или пока только перестала пятиться;
- угол указан к истинному или к вымпельному ветру;
- при какой скорости ветра и скорости лодки получен показатель;
- как настроены паруса и учтён ли твист по высоте.
Тогда фраза «как лодка идёт к ветру» перестаёт быть спором вокруг одного числа: становится понятно, какие силы создают движение и какие условия стоят за заявленным углом.
