ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире растет популярность так называемого “массового паруса” – самодеятельных туристских и прогулочных плаваний в выходные дни и во время отпуска на небольших легких яхтах самых разных типов. К воде их доставляют на крышах легковых автомобилей, на автоприцепах или в рюкзаках.

В нашей стране для парусного туризма в основном используют разборные парусные и парусно-гребные суда, которые в разобранном виде упаковываются в рюкзаки. К любому понравившемуся водоему их можно доставить в багажнике автомобиля, поездом, самолетом, или даже пешком. В межсезонье разборные суда не требуют дорогостоящей стационарной стоянки на берегу. Их хранят в городских квартирах, в гаражах, яхт-клубах или на каких-либо складах на берегах водоемов.

Другими достоинствами легких разборных парусных яхт являются их невысокая стоимость и огромное количество типов, что позволяет приобретать и строить их в точном соответствии с запросами и вкусами каждого конкретного экипажа. Отечественная промышленность и отдельные небольшие фирмы наладили выпуск некоторых разборных парусных судов, но они не могут удовлетворить все многообразие запросов туристов. Основную часть туристского флота составляют и будут составлять в будущем самодельные парусные суда и суда, собранные из покупных полуфабрикатов, это подтверждает и имеющийся мировой опыт. На постройку разборного парусного судна требуется в несколько раз меньше времени и средств, чем на постройку даже небольшой неразборной яхты.

Сам процесс проектирования и постройки парусного судна не менее увлекателен, чем плавание под парусами. Он позволяет раскрыть и проявить свои творческие способности, приобрести практический опыт экспериментальной работы и опыт принятия ответственных технических решений, самому оценить результаты своего труда и на собственном опыте убедиться, что процесс совершенствования парусного судна бесконечен.

Парусный туризм имеет ряд особенностей.

Чаще всего это семейное увлечение. Не случайно на туристских регатах большинство экипажей – семейные. Для них просто решается вопрос семейного отдыха во время отпуска и в выходные дни.

У туристов-парусников сильна тяга к объединению. На воде незнакомые люди встречаются, знакомятся, встают одним лагерем, обмениваются впечатлениями, техническим и походным опытом, на основе общих интересов образуются стойкие туристские группы, создаются свои небольшие яхт-клубы. Ходить в парусные походы группами не только удобнее и безопаснее, чем одним судном, но и интереснее.

В городских турклубах любители паруса объединяются в парусные секции – туристские аналоги яхт-клубов. Другие туристские яхт-клубы создаются по месту работы или на каком-либо конкретном водоеме.

В яхт-клубах туристы организуют группы по интересам, обмениваются информацией, устраивают технические семинары и коллективные отчеты о походах с показом слайдов и фильмов, совместно проектируют и строят новые суда и готовят новые походы.

Особая черта парусных плаваний – их спортивность. В каждом паруснике рано или поздно и независимо от возраста просыпается гонщик – с одинаковым азартом гоняются и “пионеры” и “пенсионеры”, поэтому гонки всегда включают в программу встреч туристов на воде. Конечно, не все разборные парусные суда, даже одного типа, одинаково быстроходны, гонки на них очень условны и мало напоминают спортивные гонки яхт-монотипов, но это для встреч туристов-парусников на воде и не очень важно.

Велико практическое значение соревнований. За одну серию гонок, когда суда испытываются на пределе своих возможностей, экипажи выявляют эти возможности и уровень своей квалификации лучше, чем за иной длительный поход. Очень важно, что во время гонок рядом, в тех же условиях идут другие суда и есть с чем сравнивать, чему поучиться, и не только на собственных ошибках. Туристские регаты – комплексная и эффективная школа обмена парусным и техническим опытом.

В предлагаемой книге рассмотрены все основные вопросы, связанные с устройством, проектированием и самостоятельной постройкой разборных парусных судов.

В ней учтен коллективный опыт самодеятельных судостроителей, результаты 12-и центральных “Конкурсов на лучшие построенные разборные парусные суда”, проведенных под руководством автора и журнала “Катера и Яхты”, “Конкурса на лучшие вспомогательные паруса для байдарок”, проведенного автором и журналом “Турист”, результаты многих регат и большого количества туристских походов на парусных судах разных типов.

Создание туристского парусного флота – ярко выраженный коллективный процесс, поэтому в книге, помимо собственных разработок автора, использованы работы многих других конструкторов разборных парусных судов, названных в конце книге, и многих не названных в книге конструкторов, которые внесли свой вклад в общую копилку технического багажа туристов-парусников.

В книге подробно рассмотрено полтора десятка конкретных проектов парусных судов основных типов и парусных вооружений для готовых лодок. Начинающие парусники могут повторять их без всяких изменений, что позволит им сразу получить безопасные суда достаточно высокого качества, сэкономив при этом время, деньги и здоровье, и избежать многих типичных для новичков ошибок. Опытные судостроители могут использовать описанные проекты и отдельные технические решения при создании яхт собственной конструкции.

При оценке судов и парусных вооружений автор руководствовался критериями безопасности и надежности в работе, простоты постройки в домашних и клубных условиях, минимального веса, минимального времени сборки-разборки судна, и общей рациональности и лаконичности технических решений. Эти критерии, кроме безопасности, не являются единственно возможными. Существует еще целый ряд точек зрения. Судно, специально построенное для отдыха конкретного экипажа, и должно быть таким, каким хотел бы его видеть этот экипаж. Удачным может считаться только то судно, которое нравится своим владельцам. Это главный критерий. Однако, при подгонке конструкции судна под свои личные требования и фантазию нельзя терять чувство меры – вода и ветер ошибок не прощают.

Предлагаемая книга является вторым переработанным и значительно дополненным изданием книги “Туристские разборные парусные суда”, Москва, “Физкультура и спорт”, 1987.

Книга рассчитана на начинающих туристов, которые стремятся понять работу паруса и построить свое первое парусное судно. Поэтому основное внимание в ней уделено наиболее простым в постройке и эксплуатации самодельным парусным судам

Автор надеется, что книга будет полезна и опытным судостроителям, и профессиональным конструкторам разборных парусных судов.

В заключение автор выражает глубокую благодарность официальным и неофициальным рецензентам, особенно Николаю Владимировичу Григорьеву, оказавшим автору большую помощь при работе над книгой, и очень многим туристам-парусникам, предоставившим автору материалы по своим судам и сделавшим десятки предложений, замечаний и уточнений, учтенных в книге.

ТИПЫ РАЗБОРНЫХ ПАРУСНЫХ СУДОВ

§ 1. Суда на основе разборных туристских байдарок

Байдарки – первые туристские суда, на которых паруса стали использовать в массовом порядке. На байдарках определялись особенности разборных парусных судов, отрабатывались основные технические решения, испытывались новые типы парусных вооружений. Параллельно существуют и развиваются различные типы парусных байдарок.

Байдарки со вспомогательными парусами

(S = 2 - 3м², вес дополнительного оборудования байдарки – 2,5 - 3,5кг). Это обычные гребные байдарки, на которых при попутных ветрах поднимают вспомогательный парус.

Часто это импровизированные паруса, сделанные из подручных средств (рис. 1-1). Однако, парусное вооружение лучше изготовить заранее (рис. 1-2), оно будет не только безопасней, но и значительно эффективней.

Рис. 1-1. Надувная байдарка “Ласточка” с импровизированным вспомогательным парусом.		Рис. 1-2. Самодельная байдарка со вспомогательным парусом.

При попутных ветрах парус обеспечивает байдарке хороший ход и большое удовольствие экипажу. В сильные и слабые ветра парус не ставят – в сильный ветер парус может опрокинуть байдарку, а в слабый не дает достаточной тяги, скорость под веслами оказывается заметно выше.

Достоинства этого типа судов – сохранение всех качеств байдарки как отличного гребного судна с высокой проходимостью (в том числе и по «майским соловьиным протокам»), простота и малый вес парусного вооружения, возможность быстро переходить от движения под парусом на весла и наоборот – на это тратится 1-2 минуты. При движении на веслах парус свертывается вместе с небольшой мачтой и рейками, крепится вдоль фальшборта и не мешает гребле.

Парусно-гребные байдарки

(S = 3-4м², вес дополнительного оборудования байдарки – 4-7кг, время перехода с паруса на весла – 1-2 мин). У них наиболее удачно сочетаются качества байдарки как гребного судна и ее способность ходить под парусом. Паруса делают уже довольно совершенными с точки зрения аэродинамики, чтобы они давали достаточную тягу на курсах вплоть до 90-75° к ветру (рис. 1-3).

Рис. 1-3. Парусно-гребная байдарка
с гафельным гротом.

Против ветра и в слабые ветра идут на веслах, все качества байдарки как гребного судна сохраняются. Возможность пользоваться веслами делает байдарку независимой от капризов ветра, что обеспечивает высокую среднюю скорость прохождения маршрутов и позволяет планировать окончание воскресных походов к определенному сроку.

Чтобы иметь возможность ходить под парусом при порывистых ветрах и исключить случайные опрокидывания, байдарки оборудуют различными страховочными элементами, повышающими их остойчивость при резком крене.

Особенно удобны парусно-гребные байдарки на маршрутах типа “река-озеро” и для экипажей, которые любят не только парус, но и умеренные физические нагрузки во время отпуска.

Байдарки повышенной остойчивости

Ходовые качества парусного судна полностью зависят от его остойчивости. Собственной остойчивости байдарки при парусе S = 3,5-4м² уже в средний ветер становится недостаточно. Чтобы сделать байдарку в парусном варианте более ходкой, ее остойчивость увеличивают.

Делают это двумя способами: либо энергично откренивают судно силами экипажа, используя при этом бортовые и выдвижные сиденья, как на парусных байдарках и каноэ международных спортивных классов, либо превращают байдарки в многокорпусники – катамараны и тримараны.

Тренированный экипаж легко откренивает двухместную байдарку с парусом 7 м² даже в свежий ветер (рис. 1-4). Одно время такие “монобайдарки” и гонки на них были очень популярны, даже ставился вопрос о создании национального спортивного монокласса. Однако, как суда для туристских, чисто оздоровительных и познавательных плаваний они не выдержали конкуренции со стороны более остойчивых тримаранов на основе байдарок. Большинство туристов предпочло “спокойные” дальние парусные походы “спортивным”.

Рис. 1-4. Спортивно-прогулочная “монобайдарка” с парусностью 7м².
Авторы: В.Н. Успенский и С.Н. Звонков.

При достаточно совершенных лавировочных парусах байдарочные тримараны становятся настоящими парусным судами, которые могут ходить всеми курсами относительно ветра. Существует несколько типов тримаранов.

Однобалочные тримараны

(S = 3,5-4 м², вес дополнительного оборудования – 8-13кг, время сборки тримарана, с учетом времени сборки самой байдарки, – менее 1 часа). Достоинства тримаранов с одной поперечной балкой (рис. 1-5) – простота и малый вес. Площадь парусности берется минимальной, лишь бы судно уверенно лавировало против ветра. Для компенсации силы дрейфа на поперечной балке (реже на специальной шверц-балке) устанавливают один или два шверца. Сравнительно небольшой опрокидывающий момент паруса полностью компенсируется работой экипажа по открениванию судна. Боковые поплавки, глиссирующие или водоизмещающие объемом 15-25 дм³, обычно используются как страховочные – их несут не погружая в воду, чтобы не увеличивать сопротивление движению судна. Возможность полноценной гребли байдарочными веслами сохраняется, хотя матрос, сидящий впереди, несколько стеснен в движениях поперечной балкой.

Рис. 1-5. Легкий однобалочный тримаран, S = 4м². Автор А.В. Бабушкин.

Эти легкие суда предпочитают экипажи, любящие спокойные неспешные плавания или имеющие ограниченные возможности при транспортировке разобранных лодок, например, дед с внуком.

Двухбалочные тримараны

(S = 4,5-7м², вес дополнительного оборудования – 15-25 кг, время полной сборки – около 1часа.). Введение в конструкцию тримарана второй поперечной балки сразу увеличивает его вес на 1,5-3,5 кг и затрудняет греблю, зато позволяет обеспечить высокую остойчивость, прочность и ходкость судна под парусами, и надежное крепление боковых поплавков большого объема. Это уже настоящие лавирующие парусники, достаточно быстроходные и надежные (рис. 1-6, 1-7).

Рис. 1-6. Двухбалочный тримаран с вооружением “шхуна”, S = 4,5 м2. Хорошо виден увеличенный надувной фальшборт. Автор М.Ю.Глан.		Рис. 1-7. Опытный промышленный образец тримарана “Стриж–4,5”.

В простейшем случае их вооружают одним гротом 4,5 м², который в сильный ветер можно зарифить до 3 м². Некоторые тримараны вооружают шлюпом с парусностью до 7м²и более, но это требует обязательного усиления наборов байдарок или установки на них накладных силовых рам.

Боковые поплавки объемом 30 - 90 дм³ на поперечных балках длиной 2,5-3,5м обеспечивают остойчивость тримарана. Экипаж откренивает яхту лишь в очень сильный ветер, или когда стремится увеличить скорость, ведя тримаран только на одном центральном корпусе.

При движении на веслах рулевой гребет двухлопастным байдарочным веслом. Матрос может грести веслом-гребком, как на каноэ.

По назначению двухбалочные тримараны универсальны. Они интересны в воскресных прогулках и в гонках, где при относительно малой площади парусности большое значение приобретают техника управления судном и совершенство парусного вооружения. Очень хороши эти тримараны в дальних походах, где ценны их надежность, простота управления и достаточно высокая средняя скорость. Мореходность тримаранов ограничивается только мореходностью самих байдарок и вполне достаточна для плавания по водоемам типа Средней Волги и озера Селигер. На дневках тримаран можно разоружить и использовать байдарку в гребном варианте, а из боковых поплавков большого объема собирается одноместный надувной плотик для рыбалки.

Байдарочные тримараны не стоит вооружать слишком большими парусами, так как байдарки плохо выдерживают большие скорости – сильно забрызгиваются и даже заливаются собственной носовой поперечной волной. Как скоростные суда байдарочные тримараны заметно уступают тримаранам и катамаранам с надувными и каркасно-надувными поплавками.

Катамараны из двух байдарок

(S = 6-14 м², вес – 75-110 кг). Они, на первый взгляд, довольно громоздки и тяжелы, но удобны для многочисленных экипажей – для двух семей с детьми. Их вес меньше, чем вес двух байдарочных тримаранов равной ходкости, вместимость больше, а обитаемость лучше. При плаваниях по относительно большим водоемам большие размеры катамарана перестают быть недостатком.

Иногда такие катамараны вооружают лишь легкими вспомогательными парусами для полных курсов, а против ветра идут на веслах или под 2-х сильным подвесным мотором. В других случаях на них ставят лавировочное вооружение с центральным швертом. Предусматривается возможность быстрого отсоединения байдарок от моста, чтобы на стоянках их можно было использовать в гребном варианте для рыбалки.

§2. Разборные парусные суда других типов

Катамараны и тримараны с каркасными и каркасно-надувными поплавками

Они имеют похожую, но более совершенную конструкцию, чем байдарочные тримараны и катамараны из двух байдарок. Корпуса их – более прочные и легкие, узкие и высокие (рис. 2-1), что позволяет выдерживать большую волну и высокие скорости.

Рис. 2-1. Каркасный тримаран с мягкой оболочкой. L = 4,5м; S = 7м²; вес – 70кг. Автор В.И. Иванов.

Конструкции корпусов во многом повторяют конструкцию заводских и самодельных байдарок. Обычно их делают в виде различных ферм. На одних судах под кильсонами на всю длину днища укладываются длинные надувные емкости, которые натягивают оболочку и облагораживают форму днища. На других – всю погруженную часть поплавков делают надувной, а ферму располагают в надводной части.

Один из таких катамаранов – уменьшенный вариант гоночного “Торнадо” (L = 5,2м, S = 13 м², вес–85кг, автор – А.В. Буханов) – становился самым быстроходным судном на Регатах Московского моря.

Тримараны с надувными поплавками

Если в байдарочном тримаране байдарку заменить простым надувным поплавком, то вес судна заметно уменьшится. Надувной поплавок вместе со стрингерами или поплавковой фермой в 1,5-2 раза легче байдарки. Одновременно сокращается время сборки-разборки судна и упрощается его конструкция. Надувные поплавки не боятся заливания волнами, днища кокпитов (трамплины) находятся выше ватерлинии, т. е. кокпиты являются самоотливными, что повышает мореходность тримаранов. Все надувные суда гораздо лучше байдарок переносят удары о камни.

Надувные тримараны еще недостаточно разработанный тип парусных судов, но уже можно говорить о перспективности двух их разновидностей: легких тримаранов (S=4,5-7м², общий вес – 30-55 кг, время сборки – около 1часа), предназначенных для прогулок и несложных походов с экипажем из двух-трех человек (рис. 2-2), и более мощных (рис. 2-3 и 2-4) “модульных” тримаранов (S=10-13м², вес – 75-100кг, время сборки 1,5-2 часа). Из поплавков и узлов модульного тримарана можно собрать: 2-4-местный мореходный парусный тримаран, или компактный плот для сплава по речным участкам маршрута, из двух боковых поплавков собирается небольшой катамаран для рыбалки и радиальных парусных и гребных прогулок.

Рис. 2-2. Тримаран с надувными поплавками “Дельта”. S = 5,5+2,5 м²; L = 4,8 м; вес 45кг.

Рис. 2-3. Модульный тримаран с надувными поплавками. L = 5,2 м; В = 3,0м; S = 11м²; вес 75кг. Автор А.Н. Коробков.

Рис. 2-4. Мореходный тримаран с рубкой-убежищем. Поплавки сделаны на основе надувных мячей. Автор В.И. Байбаков.

Легкие катамараны с надувными поплавками

(S = 4,5-8м², вес – 30-55кг, время сборки – около 1 часа.). Для разборных туристских судов с умеренной ходкостью катамаранная схема оказалась самой выгодной с точки зрения снижения их веса. Как только это удалось доказать на практике, сразу появился новый многочисленный класс туристских катамаранов с умеренной парусностью (рис. 2-5 – 2-9).

Рис. 2-5. Катамаран “Аргонавт”. Площадь грота 5,5 м ²; вес 56 кг.

Рис. 2-6. Легкий катамаран “Альтаир” с латинским парусом на “Л”-образной мачте. S = 5,5 м², вес 37,5кг.
Хорошо виден носовой козырек-брызгоотбойник.

Рис. 2-7. Переноска “Альтаира”, упакованного в три места: рюкзак с поплавками, “пенал” и “портфель”.

Рис. 2-8. Легкий катамаран с простейшими бортовыми обвесами и носовым багажником-обтекателем. Автор С.Б. Игнатюшин.

Рис. 2-9. Катамараны с гротами S = 7 м², занявшие три первых места на одной из Регат Московского моря.
На переднем плане катамаран с гафельным парусом-крылом Е.С. Кузнецова.

Быстро выяснилось, что по мореходности они значительно превосходят байдарки. Надувные поплавки легко переносят удары о камни и другие препятствия. Уровень комфорта на катамаранах можно делать любым по желанию экипажа, в том числе и достаточно высоким. На первом таком катамаране (рис. 2-5) был установлен развитый кокпит – аэродинамический обтекатель для людей и груза. Верхний трубчатый каркас кокпита экипаж использует в качестве спинок и подлокотников мягких кресел, которые делают из надувных матрасов. На ночь над кокпитом устанавливается палатка.

Достоинства катамаранов с высокой обитаемостью наиболее полно раскрываются в дальних походах, но в воскресных прогулках становятся заметны их увеличенные вес и время сборки-разборки. Это вызвало появление катамаранов со съемными кокпитами и с открытыми мостами (рис. 2-6), но с развитыми “лыжами” — волно-брызгоотбойниками в носовой части трамплина. Иногда применяют компромиссные решения. Например, катамаран С.Б. Игнатюшина (рис. 2-8), имеет лишь легкие бортовые обвесы и небольшой носовой багажник.

Умеренная стоимость легких катамаранов позволяет авторам много экспериментировать с конструкцией корпусов и парусов (рис. 2-9 – 2-11)

Рис. 2-10. Катамаран с парусом-этажеркой. Поплавки сделаны из полипропиленовых листов,
которые при перевозке скатываются в рулон. Вес 50кг. Автор В.Н. Поспелов.

Рис. 2-11. Катамаран, быстро сделанный “на пробу” для проверки работоспособности “Х-образного” моста и свободностоящей мачты с парусом “Стриж – 7 м²”. Парус и обтекатели поплавков сшиты из “матрасной” ткани. Автор В. Канюков.

Для движения на веслах на легких катамаранах устанавливают два распашных весла или гребут веслами-гребками, как на каноэ. На всех катамаранах с надувными поплавками удобно пользоваться маломощными подвесными моторами.

“Средние” катамараны с надувными поплавками

(S = 10-13м², вес 80 - 110 кг, время сборки около 2часов.). Эти суда (рис. 2-12 – 2-15) достаточно активно используют в парусных походах по относительно большим водоемам.

Рис. 2-12. Быстроходные катамараны с парусами-крыльями. На переднем плане парус-крыло Г.А. Лисина.

Рис. 2-13. Морской катамаран “Азов-М” с развитым кокпитом-обтекателем высотой 0,65м.
С левого борта на кронштейне подвешен “штормовой” газовый кипятильник.

Рис. 2-14. Быстроходный катамаран с парусностью 13м². Автор А.В. Буханов.

Рис. 2-15. Катамаран, показанный на рис. 2-14, в упакованном виде.
На переднем торце упаковки закреплен угольник с передними роликами.

Высокая средняя скорость, даже при слабых ветрах, расширяет возможности туристских групп. На случай сильных ветров обязательно предусматривают возможность уменьшения парусности на 40-60%.

Остойчивость, прочность и мореходность катамаранов делают соответствующими предполагаемому району плавания. Общее правило – чем больше водоем, тем большим должно быть судно. Имеющиеся исключения лишь подтверждают это правило. Не надо забывать и об оборотной стороне медали – большие габариты и вес таких катамаранов становятся неудобными на маршрутах с волоками на водоразделах, на узких речках и протоках.

Другой разновидностью катамаранов с парусностью 10-13 м² являются суда для многочисленных экипажей, например, для двух семей с детьми. Один такой катамаран дешевле и легче двух “легких” катамаранов, хотя и сложней по конструкции. Особенности “семейных” катамаранов – поплавки увеличенного объема, наличие кокпитов с обвесами для повышения комфортности плаваний, возможность быстрой установки палатки над кокпитом или устройство носовых рубок-убежищ для детей. Так как большие “семейные” катамараны тяжело идут на веслах, то предусматривают установку 2-х сильного подвесного мотора.

На рис. 2-14 и 2-15 показан один из катамаранов с парусностью 13 м². Он интересен тем, что автору путем тщательного продумывания всей конструкции судна в целом и каждой детали в отдельности, удалось добиться того, что весь катамаран пакуется в один компактный “пенал” с размерами 0,4 х 0,3 х 2,0 м, вес – 85кг.

Тримараны и катамараны с парусностью больше 13м²

Многокорпусники с парусностью больше 13м² строят в качестве быстроходных спортивно-прогулочных судов. Их высокие паруса используют более сильный и ровный верховой ветер. Мощные силовые рамы мостов и парусных вооружений обеспечивают эффективную работу парусов, необходимую прочность и жесткость всего судна. Конструкции больших многокорпусников довольно сложны, требуют грамотного проектирования и исполнения. Строят их в единичных экземплярах.

Швертботы

Плавания на швертботах наиболее “парусные” – на каждую волну и на каждое изменение ветра легкий швертбот реагирует изменением крена, дифферента и скорости, экипажу приходится все время быть начеку. При серьезных ошибках в управлении швертботы опрокидываются легче катамаранов и тримаранов. Зато они легче их ставятся на ровный киль силами экипажа, а забираться в них из воды проще, чем в “монобайдарку”. Швертботы удобны для рыбалки, они легче многокорпусников идут на веслах, на них просто установить подвесной мотор.

В основном у нас использовались польские швертботы “Мева” с обрезиненной оболочкой и деревянными каркасом и рангоутом (L = 3,5 м, B = 1,3м, Н = 0,4м, вооружение – бермудский шлюп, S = 4,6 м² + 1,8м², вес в упаковках до 85кг, время сборки 1-1,5ч, над кокпитом ставилась удобная палатка.). На “Мевах” выросло целое поколение туристов-парусников, на них совершались многочисленные походы практически по всем популярным у туристов водоемам, включая озеро Байкал, великие сибирские реки и все доступные моря. В свое время импорт “Мев” был прекращен. Оставшиеся на ходу “Мевы” физически и морально старели и по основным характеристикам стали уступать разборным парусным судам других типов. Это заставило туристов самим проектировать и строить швертботы (рис. 2-16 – 2-17).

Рис. 2-16. Самодельный каркасный швертбот с мягкой оболочкой и латинским парусом.
S = 7 м²; вес – 50кг, рядом с рулем виден кронштейн для установки подвесного мотора. Автор В.М. Булах.

Рис. 2-17. Один из швертботов В.И. Иванова.

Поиски велись сразу в нескольких направлениях. Некоторые туристы просто модернизировали свои “Мевы” – заменяли тяжелые и ненадежные деревянные набор и рангоут на дюралевые, шили новые оболочки из современных синтетических обрезиненных тканей, частично изменяли обводы и размеры швертбота, как правило, в сторону увеличения. Например, В.П. Закладной для повышения ходкости и мореходности судна удлинил носовую секцию, заострив тем самым ватерлинии, увеличил высоту форштевня, а в качестве паруса использовал “Стриж-крыло” с загнутой назад мачтой и обрезанным шкотовым углом.

Определенный интерес представляют “жесткие” секционные швертботы. Лучший из них, продемонстрированный на московском Парусном Берегу В.И. Ильевским, имеет размерения 3,9 м – 1,45 м – 0,4м, парусность 8,5 м², вес самого корпуса, разбирающегося на 5 секций, всего 35кг. В гонках швертбот стабильно обходил “Мевы” и даже выходил на глиссирование, но габариты его упаковок все же великоваты для общественного транспорта.

Более приемлемые размеры упаковок у швертботов В.В. Жарникова, имеющих комбинированную конструкцию – жесткий секционный низ, а верх в виде двух бортовых надувных баллонов большого диаметра. Вес 3-местного швертбота около 60кг.

Большинство самодельных швертботов делалось по традиционной схеме – дюралевый каркас, обтянутый обрезиненной оболочкой. Каркасы имеют шпангоуты и стрингера и представляют собой жесткие пространственные фермы с тросовыми диагональными стяжками. Для упрощения конструкции каркаса и уменьшения времени сборки-разборки судна применяются накладные силовые рамы (рис.14-1). Оболочки делают из капроновых и лавсановых тканей, покрытых пластиком или резиной. Оболочка натягивается с помощью надувных баллонов, как правило, их три – два баллона по привальным брусьям и один под кильсоном. С.Н. Неволин на своем судне с обводами неразборного швертбота “Трепанг” дополнительно сделал и надувное дно (рис. 21-14), уложив под кильсоном детские “надувные плотики”. Снаряжение на этом судне перевозится в герметичных бортовых рундуках, кокпит свободен от вещей. В.А. Строгонов пошел еще дальше – боковые горловины бортовых надувных баллонов большого объема выведены в кокпит и снаряжение, включая спальники, загружается непосредственно в них.

Самый легкий из каркасных швертботов (автор С.Г. Шишов) весит всего 35кг. Его размеры 4,0 м – 1,3 м – 0,4 м, парус от виндсерфера, мачта свободностоящая, обводы корпуса взяты с гоночного швертбота “Лазер”.

Несколько удачных каркасных швертботов построил В.И. Иванов (рис. 2-17). “Семейный” вариант имеет следующие характеристики: размеры 3,5 м – 1,45 м – 0,4 м, емкость бортовых баллонов 140 дм³, вес корпуса 42 кг, полный вес 55 кг, время сборки 40мин, вооружение – бермудский шлюп, 5 м² + 2,4 м², габариты упаковки 1,2 х 0,45 х 0,4м, или две упаковки с меньшими размерами. По мнению специалистов этот швертбот может являться прототипом для промышленного отечественного разборного туристского швертбота. Но выпуск хороших разборных швертботов до сих пор не налажен. Возрождение этого перспективного класса туристских судов дело будущего.

Парусные надувные лодки

(S = 3-5,5 м², вес 20-40кг, время сборки 30-45мин.). Они имеют несовершенные обводы подводной части корпуса и по ходкости уступают другим разборным судам. Много затруднений доставляют малая жесткость их корпусов и отсутствие штатного рулевого устройства. Достоинства парусных «надувнушек»: небольшие габариты и высокая проходимость, малый вес, хорошая транспортабельность, простота сборки и универсальность применения. Они хорошо подходят экипажам с ограниченными возможностями по транспортировке судов и любителям путешествовать в одиночку или забираться “в глубинку”, когда до воды приходится добираться со многими пересадками, а то и пешком.

Надувные лодки с хорошими парусами (рис. 2-18) уверенно лавируют. На острых курсах, из-за небольшой абсолютной скорости, меньше сказывается несовершенство их обводов. Они поворотливы, маневренны, на них удобно пользоваться веслами. Мореходность “надувнушек” примерно такая же, как и у байдарок, но она сильно зависит от их загрузки. Чем меньше загружена лодка, тем она мореходней.

Рис. 2-18. Лавирующая надувная лодка “Волна” с универсальной Н-образной силовой рамой.

Паруса на неразборных гребных лодках

Вооружать парусами можно обычные деревянные, шпоновые и пластмассовые лодки, которые предлагают туристам на различных турбазах. Экипажи заранее изготавливают вооружение (вес комплекта 5-15 кг) и уже на базе, на струбцинах, устанавливают его на лодку. Чаще всего на неразборные лодки ставят простые вспомогательные паруса для полных курсов. Иногда делают и лавировочное вооружение с навесными рулем и шверцами. Преимущество этих судов в том, что саму лодку не надо строить и доставлять к водоему.

Разборные парусные суда со стационарным местом хранения на берегу

У любителей регулярных воскресных парусных прогулок возникает естественное желание не возить каждые выходные свои лодки к воде, а хранить их в собранном или разобранном виде непосредственно у пригородного водоема. Лодки хранят в яхт-клубах, на турбазах, в пансионатах, у частных лиц, создаются своеобразные кооперативы и постоянно действующие парусные лагеря. Некоторые владельцы “тяжелых” разборных парусников предпочитают и в межсезонье хранить свои суда не дома, а на берегу полюбившегося водоема. Хранение разборного судна проще и обходится во много раз дешевле, чем хранение даже небольшой неразборной яхты.

В этом случае некоторое смягчение жестких требований к весу, “укладываемости” разобранного судна в упаковки и приспособленности упаковок для транспортировки в общественном транспорте открывает целый ряд новых и неожиданных возможностей. Поиски в этом перспективном направлении активно ведутся.

Лодки, перевозимые на легковых автомобилях

Другим интересным направлением являются разборные суда разных типов, которые доставляют к водоемам, иногда довольно далеким и даже за границу, не общественным транспортом, а в багажниках автомобилей или на прицепах. К их упаковкам предъявляют другие требования. В частности, длина отдельных деталей может быть больше 2м, что упрощает конструкцию судов.

Судя по западному опыту, это направление достаточно перспективное.

Парусно-моторные суда

Наличие подвесного мотора значительно расширяет возможности туристских групп и повышает безопасность плаваний. На разборных судах обычно используют импортные 2-3-сильные моторы с обычным или удлиненным дейдвудом или отечественный компактный 2-х сильный “Салют” со встроенным баком. Его вес 12кг, после некоторых переделок – на 1-3 кг меньше. Общий вес с инструментом, запчастями и 10-20-литровой алюминиевой канистрой около 15кг.

Если в поход идет группа судов, то достаточно иметь один мотор. В штиль караван из 3-4 байдарок идет со скоростью около 7 км/час. На больших многокорпусниках, которые тяжело идут на веслах, мотор позволяет быстро достигнуть берега при серьезных авариях, не бояться штилей, легко преодолевать различные узкости при встречном ветре, входить и выходить из стесненных гаваней яхт-клубов и лодочных стоянок. В некоторых небольших шлюзах разборным парусникам с мотором позволяют шлюзоваться самостоятельно.

Разборные парусные суда оригинальных конструкций

Описанные выше типы судов – самые распространенные, но они не исчерпывают всего многообразия разборных яхт. Слишком сильно разнятся вкусы любителей отдыха под парусами и требования, которые они предъявляют к своим судам.

Например, туристы из Мурома и Москвы совершили настоящее морское путешествие по Каспийскому морю на большом многоместном парусном плоту на основе длинных цилиндрических надувных баллонов. На палубе стояла рубка из контейнера, в котором плот перевозится по железной дороге.

Туристы из Томска тоже построили многоместный мореходный швертбот-плот на автомобильных камерах с просторной рубкой, двухмачтовым вооружением и настоящим корабельным штурвалом (рис. 2-19). Но они доставляют на место не все судно, а лишь его основные детали. Вес перевозимых деталей около 300 кг, остальное изготавливалось из дерева на берегу Белого моря.

Рис. 2-19. Сборка на Белом море швертбота-плота на автомобильный камерах.
Автор О. Кислицкий.

Идея привозить к началу маршрута не все судно, а лишь его основные элементы и достраивать на месте из подручных материалов довольно популярна. Имеются удачные примеры таких судов небольших размеров с парусностью 6-13 м².

Другие любители паруса идут по пути максимального облегчения своих судов и упрощения их конструкции. В частности, перспективными кажутся легкие каркасно-надувные гиги и каное (рис. 2-20). Они немного шире байдарок, несколько уступают им в скорости на веслах, но зато они более мореходные и остойчивые, что позволяет вооружать их не только вспомогательными, но и небольшими лавировочными парусами без превращения их в тримараны.

Рис. 2-20. Разборное каное с двухслойным парусом “Стриж”, развернутым в ромбовидный парус.
Автор В.А. Строгонов.

В заключение обзора типов разборных парусных судов отмечу один момент. Часто задают вопрос: суда какого типа являются «лучшими» и наиболее «перспективными»? И даже горячо спорят на эту тему. Автор, строивший, перестраивавший и ходивший на парусных судах почти всех описанных типов, затрудняется ответить – которое из них было “самым лучшим”. Лучшим может быть любое судно, которое в данный период времени нравится своим владельцам и хорошо приспособлено для водоемов и условий плаваний, которые предпочитает этот экипаж.

Показателен пример с берега Волги.

В субботу утром на берегу три пожилых моряка неспешно собирали свою двухмачтовую парусную байдарку, в вооружении которой использовались 72 снасти, каждая со своим старинным звучным названием. Рядом стояла палатка, поставленная с вечера пятницы, тлел костер. После прихода первой утренней электрички на берег прибежала еще одна группа, уже молодежная. Они в момент, со звоном “раскидали” лодочные упаковки, примерно за час, тоже со звоном, уханьем и лязганьем собрали свои тримараны, спустили их на воду, загрузили, но перед дальней дорогой все же решили поесть. Группы объединились. За обедом молодежь стала критиковать старожилов берега за сложность их парусника, за 72 снасти, за то, что они так долго с ними возятся. На что пожилые коллеги им отвечали: “Вы прибежали сюда..., собирались как угорелые, сейчас куда-то полетите, да еще от самого берега гонки устроите, – молодежь согласно кивала. – А мы ездим на Волгу чтобы отдохнуть от всяческой суеты и в свое удовольствие “повозиться с парусами”.

РАБОТА ПАРУСА И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

§3. Основные термины и определения

Яхтами в 17 веке в Голландии называли небольшие парусные суда для прогулочных и увеселительных плаваний. Петр I ввел это понятие в русский язык. Сейчас яхтами официально называются все некоммерческие суда, предназначенные для отдыха и туризма, начиная с многотонных моторных и парусных представительских и крейсерских яхт и кончая гребными байдарками. Даже обычная надувная лодка – тоже яхта. В обычной речи “яхтами” чаще называют именно парусные суда, способные ходить в лавировку. В еще более узком смысле яхтами называют парусные суда с развитым тяжелым фальшкилем – “килевые яхты”. Другие парусные суда чаще называют по форме корпуса, например, швертбот, катамаран, байдарка и т.д.

Про идущую под парусами яхту говорят, что она идет правым или левым галсом в зависимости от того, откуда дует ветер (рис. 3-1). Если ветер дует с левого борта, то это левый галс, с правого борта – правый галс. Когда яхта идет по ветру и ветер дует прямо в корму, то галс определяют по положению грота – главного паруса. Если грот развернут к правому борту, то это левый галс, к левому – правый галс. Если ветер дует прямо в нос, то яхта находится в положении левентик.

Рис. 3-1. Курсы, используемые судами разных типов, и ориентировочная скорость парусной яхты на разных курсах.

Маневр, при котором меняется галс, называется поворотом. Если при пересечении судном линии ветра, ветер дует с носа, то это будет поворот оверштаг (вокруг штага). Если ветер дует с кормы – поворот фордевинд. (Часто говорят – “поворот через фордевинд”). Когда яхта идет прямо по ветру, ветер иногда сам резко перекладывает парус на другой борт. Этот поворот называется непроизвольным поворотом фордевинд. Он может закончиться еще одним нештатным поворотом яхты – оверкилем (вокруг киля).

Борт, берег или сторона, откуда дует ветер, называются наветренными, противоположные – подветренными. Яхта может подниматься на ветер или спускаться под ветер. Цель плавания – точка прибытия может лежать на ветре или под ветром.

Изменения курса в пределах одного галса называются: приведением, если яхта приводится круче к ветру и начинает идти острее, т.е. угол между курсом яхты и ветром уменьшается; или уваливанием, когда яхта начинает идти полнее и угол между курсом яхты и ветром увеличивается вплоть до 180°.

Курс яхты, когда ветер дует прямо в корму, называется фордевинд, яхта идет на фордевинд. Если угол между курсом яхты и ветром меньше 180° и больше 90° – это курс бакштаг. Бакштаг бывает полным, близким к фордевинду, и острым. На курсе галфвинд (в переводе на русский – "полветра”) яхта идет поперек ветра. Все перечисленные курсы, включая галфвинд, являются полными курсами.

Острый курс, когда угол между курсом яхты и ветром меньше 90°, называется бейдевинд. Бейдевинд бывает полный, близкий к галфвинду, и крутой, когда яхта идет под минимально возможным углом к ветру. Промежуточный курс, при котором яхта идет под наивыгоднейшим углом лавировки и быстрее всего поднимается прямо на ветер, в гоночной практике называется гоночный бейдевинд.

Если цель плавания лежит прямо на ветер, то к ней идут курсами бейдевинд правого и левого галсов, периодически делая повороты оверштаг, – лавируют. Если точка прибытия лежит не прямо на ветер, то при лавировке один галс приходится делать длинным, а второй коротким. Короткий галс называется контргалс.

Парусное вооружение яхты состоит из парусов, рангоута и различных тросов – такелажа.

Паруса, которые используются на всех курсах и при всех ветрах, — основные паруса, для лавирующих яхт – это основные лавировочные паруса.. На гребных и моторных судах в хорошую погоду при попутных ветрах используют вспомогательные паруса. При сильных ветрах ставят небольшие и прочные штормовые паруса. Основные паруса в сильный ветер рифят – уменьшают их площадь, берут один или два-три рифа.

Паруса могут быть: прямыми, расположенными симметрично относительно мачты или другой вертикальной оси своего вращения (сейчас они почти не применяются), косыми, расположенными по одну сторону от оси вращения, и полубалансирными, у которых наветреннее оси вращения находится до 15-20% их площади (рис 3-2). На полных курсах полубалансирные паруса имеют существенные преимущества перед косыми парусами.

Рис. 3-2. Паруса: а – прямой; б – полубалансирный; в – косой.

Главный парус на яхте называется гротом. Передние паруса,в порядке их постановки от мачты называются: стаксель и кливер. Передняя шкаторина стакселя растягивается между мачтой и носом судна, а кливера – между мачтой и бушпритом На полных курсах на больших яхтах поднимают куполообразный спинакер.

Рангоутом называются все жесткие элементы, используемые для постановки парусов. На старом парусном флоте их называли “рангоутными деревьями”. Сейчас детали рангоута обычно делают из дюралевых труб. Это вертикальные мачты и стеньги, горизонтальные гики, и различные рейки, реи, гафели, шпринтовы и др.

Главным элементом рангоута является мачта (рис. 3-3). Ее верхний конец – топ, нижний – шпор. Иногда к топу крепят клотик – более широкую, чем мачта, наделку, к которой крепят блоки для фалов.

Рис. 3-3. Рангоут и такелаж.
1–ахтерштаг, 2–нок гика, 3–гик, 4–топенант, 5–вант-путенс, 6–вертлюг гика, 7–ванта, 8–мачта,
9–оковка для крепления ромбовант,10–шток флюгарки, 11–форштаг (штаг), 12–ромбованты, 13–краспицы,
14–пяртнерс, 15–шпор мачты, 16–степс, 17–штаг-путенс.

Шпор мачты крепится шарнирно или просто вставляется в степс, закрепленный на киле или кильсоне судна. Выше, на уровне палубы или банки, мачта проходит через отверстие – пяртнерс. Если мачта фиксируется в вертикальном положении только в этих двух точках и может свободно вращаться вместе с парусом на 360°, то она называется свободностоящей. Основное достоинство свободностоящих мачт – возможность разворачиваться вместе с парусом по ветру во флюгерное положение при шквалах с любых направлений. Свободностоящую мачту с небольшим парусом легко вынуть из степса и пяртнерса, разоружить и убрать.

В других случаях мачту крепят только в степсе, он может находиться на уровне палубы или выше, и раскрепляют ее системой штагов и вант.

Вторым по важности элементом рангоута является гик, растягивающий косой или полубалансирный парус в горизонтальном направлении. Его наружный конец называется ноком, ближний к мачте – пяткой. Пятка гика крепится к мачте с помощью вертлюга гика – двойного шарнира, позволяющего гику вращаться относительно мачты в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а в ряде конструкций и двигаться по мачте вверх-вниз. От падения вниз нок гика удерживается топенантом. На многих парусах их нижняя шкаторина крепится к гику, а гик расположен перпендикулярно мачте. В этом случае можно применять патент-риф – устройство, позволяющее вращать гик вокруг своей продольной оси и наматывать на гик парусину. При полной уборке грота на гик наматывается вся парусина, при рифлении – часть ее.

Для полной уборки стакселя часто применяют закрутку стакселя – устройство, позволяющее полностью или частично закручивать стаксель вокруг его передней шкаторины (или штага).

Такелаж делится на бегучий и стоячий. Стоячий такелаж поддерживает мачту в вертикальном положении. Это – ванты, идущие от мачты к бортам судна, форштаг, идущий к носу, (форштаг чаще называют короче – штагом), ахтерштаг, идущий в корму и удерживающий мачту от падения вперед, и бакштаги, идущие в корму и к бортам. Если мачта недостаточно жесткая, то ее превращают в пространственную ферму с помощью системы ромбовант и краспиц (жестких распорок).

На туристских яхтах штаг не крепят к штаг-путенсу, а пропускают через блок на носу судна и ходовой конец штага выводят в кокпит. Если ходовой конец штага потравить, то мачта начнет больше или меньше заваливаться в корму, что позволит проходить под низкими препятствиями. Если отдать наветренную ванту, то мачта вместе с парусами упадет за борт – срубится. Этим пользуются для аварийной быстрой уборки мачты со всеми парусами.

Бегучий такелаж служит для подъема парусов и деталей рангоута в рабочее положение, управления ими и для регулировки и тонкой настройки парусов. Поднимают паруса фалами, а управляют ими шкотами. К шкотовым углам стакселей крепят два стаксель-шкота, которые проводят по правому и левому бортам. Гроты, как правило, управляются гика-шкотом, закрепленным коренным концом к гику, а грота-шкот служит лишь для растягивания паруса вдоль гика и регулировки его пуза – выпуклости поверхности паруса. Все снасти бегучего такелажа имеют коренной конец, крепящийся к парусу или деталям рангоута, и ходовой конец, который выводят в кокпит или в другое удобное для команды место. За ходовой конец снасти выбирают, туго набивают и закладывают их за утки, нагели и различные кулачковые, щелевые и другие стопора. При необходимости снастям бегучего такелажа дают слабину, или травят и отдают их.

Края всех парусов называют шкаторинами – передней, нижней, задней, верхней (рис. 3-4). Верхний угол паруса, к которому крепится фал, называется фаловым углом. Задний, к которому крепится шкот, – шкотовым, а передний нижний — галсовым углом. К галсовому углу крепится снасть, называемая галсом.

Рис. 3-4. Элементы паруса.
1–галсовый угол, 2–передняя шкаторина,
3–нисходящая ветвь грота-фала,
4–фаловый угол, 5–фаловая дощечка, 6–короткая лата,
7–горб по задней шкаторине, 8–сквозная лата,
9–задняя шкаторина, 10–риф-бант, 11–риф-штерт,
12–боут, 13–шкотовый угол, 14–грота-шкот, 15–гика-шкот,
16–нижняя шкаторина. 17–галс (галс-оттяжка).

Все шкаторины старых парусов из хлопчатобумажной и льняной парусины усиливались пришивкой к ним ликтроса – пенькового несмоленого троса пологой свивки. На парусах из прочной синтетической парусины ликтрос пришивают только по передней шкаторине грота, он используется для крепления паруса к мачте. Ликтрос заправляется в ликпаз, сделанный в мачте, и передвигается по нему вверх-вниз при подъеме и опускании паруса. Для усиления нижней и задней шкаторин парусов из парусного лавсана ликтрос не нужен — достаточно 1-2 раза подвернуть парусину вдоль шкаторины и прошить ее.

Шкаторины парусов из слабых бытовых хлопчатобумажных тканей приходится подкреплять ликтросами. При этом очень выгодно не пришивать ликтрос к парусине (не ликовать парус), а свободно пропускать ликтросы в кармашках вдоль шкаторин. В этом случае их принято называть – булинями (хотя при старом корабельном вооружении так называлась другая снасть). Булинь делают из не тянущегося тонкого стального тросика или предварительно вытянутого плетеного капронового троса и предусматривают возможность корректировки его длины при тонкой настройке паруса и при постепенной вытяжке парусины. При необходимости булини в кармашках можно помещать не только вдоль шкаторин, но и по самому полотнищу паруса.

Отдельные полотнища паруса соединяют швами. При слабой парусине и большой ширине отдельных полотнищ параллельно основным швам делают усиливающие фальшшвы. Для повышения местной прочности в углах паруса пришивают матерчатые накладки – боуты. К верхней части бермудских гротов и некоторых других парусов приклепывают фаловую дощечку, позволяющую “обрезать” самую верхнюю узкую и бесполезную часть треугольного грота.

Шкаторины могут быть: прямыми, с отрицательными и с положительными серпами. Положительные серпы, увеличивающие площадь паруса, обычно называют горбами. Для поддержания горбов и уплощения всей задней части паруса применяют короткие латы, помещаемые в лат-карманы. Их длина обычно в три раза превышает ширину горба. Если горбов нет, а задняя шкаторина прямая или вогнутая, то длину коротких лат делают равной 25-30% ширины паруса – они очень выгодно уплощают заднюю часть паруса. Для придания парусу определенной формы в плане и повышения жесткости его поверхности служат сквозные латы, идущие от задней шкаторины до мачты. Если предусмотрено рифление паруса, то по его ширине по определенной кривой линии пришивают ряд риф-штертов. Место крепления риф-штертов к парусине усиливают пришивкой накладок – риф-бантов.

Для сопротивления дрейфу – движению яхты поперек своей продольной оси – на легких яхтах со стороны днища выдвигается шверт. Он может быть кинжальным (“втыкающимся”), передвигающимся в швертовом колодце только вверх-вниз, и поворотным, автоматически откидывающимся назад при встрече с препятствием. На многих судах шверты закрепляют по бортам судна, в этом случае они называются шверцами. Поднимают шверт и шверцы с помощью шверт-талей. В рабочее положение шверты ставятся оттяжками шверта. В конструкцию оттяжки вводят пружинный элемент или резиновый жгут от эспандера. Так же устроен и руль, с помощью которого управляется яхта. Перо руля поднимается из воды сорлинем, а принудительно опускается в воду контр-сорлинем

Ветер, дующий на акватории, называется истинным ветром. На паруса идущей яхты действует вымпельный ветер, его направление показывает вымпел или флюгарка. Скорость и направление вымпельного ветра (V_В) являются векторной суммой скорости истинного ветра (V_И) и скорости яхты (V_Я), взятой с обратным знаком. На курсе фордевинд и в положении левентик направление вымпельного и истинного ветра совпадают (рис. 3-5), на всех других курсах вымпельный ветер направлен острее истинного.

Рис. 3-5. Истинный и вымпельный ветра на разных курсах яхты.
V_И –скорость истинного ветра; V_В–скорость вымпельного ветра; V_Я –скорость яхты;
b –угол между курсом яхты и вымпельным ветром; g –угол между курсом и истинным ветром.

Вверху ветер дует всегда сильнее, чем у поверхности воды (рис. 3-6), т.к. внизу он притормаживается из-за трения о воду и землю.

Рис. 3-6. Зависимость скорости ветра от высоты над водой.
Скорость ветра на высоте 10 м принята за 100%.

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду и в баллах по 12-бальной шкале Бофорта.

Таблица 1. Шкала для визуальной оценки силы ветра (в скобках указаны баллы волнения моря.)

 Для простоты изложения ниже в книге применяются усредненные понятия:

слабые ветра — до 5 м/с (до 3 баллов);

средние ветра — 5 - 8,5 м/с (4-5 балла);

сильные ветра — 9 - 12м/с (5-6 баллов).

При ветрах 10м/сек и выше для рассматриваемых легких разборных туристских яхт наступает состояние “шторма” и они должны уходить на берег. Ясным сигналом к прекращению плавания является начинающийся свист ветра в снастях – значит скорость ветра достигла 10-12 м/сек.

Объективную информацию о направлении и скорости вымпельного ветра позволяет получить флюгарка— длинная капроновая ленточка, поднятая на высоту 0,3-0,5 м над топом мачты. Дополнительно в ванты на высоте 1-1,5 м над палубой ввязывают такие же ленточки — колдунчики.

Яхты плавают по реке, озеру, морю. Однако, парусники чаще говорят, что яхты ходят. Конечно, водоизмещающие яхты именно плавают в полном соответствии с законом Архимеда, а не ходят, не летают и даже не глиссируют. Однако, слова идет, ходит стали общеупотребительными и могут считаться правильными. (Опасаться надо лишь случаев, когда яхта солидно “отходит” от берега и «...поплыла...”.)

В туристских плаваниях используют различные навигационные приборы – системы спутниковой навигации, компасы, пеленгаторы, лаги, лоты или эхолоты, бинокли с сеткой для определения расстояний на воде. Важнейший из приборов – компас. Ударение в этом слове надо ставить на первом слоге, если в компасе вращается магнитная стрелка, а градусная шкала нанесена на корпусе компаса. В морском компасе корпус является неподвижным, закрепленным на корпусе лодки, а вращается, плавая в спирте, его картушка с закрепленными на ней магнитами и нанесенной по ее периметру градусной шкалой. Обычно туристы используют малогабаритные шлюпочные и авиационные компасы и удобные плоские жидкостные компасы для спортивного ориентирования.

Команда парусного судна состоит из рулевого, которого часто называют “капитаном”, и  матросов. На воде строго соблюдается принцип единоначалия рулевого (капитана).

Исконно русские профессиональные парусные языки, в частности, волжский, донской, поморский, по ряду исторических причин не получили соответствующего развития и сейчас их мало кто знает – до сих пор спорят, что точно означает знаменитая волжская команда “Сарынь – на кичку!”. Поэтому автор советует начинающим туристам-парусникам сразу привыкать к не всегда понятному для новичков, во многом иностранному, но общепринятому современному парусному языку. В дальнейшем это поможет при чтении специальной литературы, при общении с коллегами, и в плаваниях при общении со своим экипажем.

Некоторые осложнения возникают из-за того, что строители разборных парусных судов являются самыми активными экспериментаторами среди своих коллег-парусников. Зачастую для элементов их парусных вооружений, оснастки, а то и для самих судов собственного изобретения просто нет общепринятых названий. Не будет большой беды, если какой-либо оригинальный элемент рангоута или такелажа будут называться несколько неправильно с точки зрения классического паруса, но важно, чтобы эти названия были краткими, понятными, постоянными для данного судна и чтобы все члены экипажа знали их наизусть. При этом надо стараться обходиться без крайностей. Например, на одной из гонок при каждом повороте рулевой на потеху соседним экипажам регулярно командовал жене-матросу: “Отдать ту синюю веревочку, которую мы в прошлом году нашли в Карелии!”. Кстати, на яхте все толстые “веревочки” называются концами, а тонкие – штертами (шкертами).

§ 4. Как работает парус

Работа паруса на полных курсах

Если парус поставить поперек ветра, то он будет притормаживать обтекающий его поток воздуха. Вследствие этого на парусе возникнет определенная сила, называемая “силой лобового сопротивления” паруса (Х_П). По направлению она совпадает с направлением потока воздуха.

Характер давлений, действующих на парус, показан на рис. 4-1 справа. Суммарная сила, развиваемая наветренной и подветренной сторонами паруса, будет общей аэродинамической силой паруса (А_П). В данном случае А_П= Х_П. Точка приложения аэродинамической силы паруса называется “центром парусности” (ЦП). На курсе фордевинд положение ЦП примерно совпадает с центром тяжести проекции паруса.

Рис. 4-1. Обтекание паруса потоком воздуха на полных курсах.
Справа показаны величины давлений на разных участках паруса. А_П – аэродинамическая сила, развиваемая парусом; Х_П –сила лобового сопротивления паруса.

Разные участки паруса работают с разной эффективностью. К краям паруса величины давлений падают из-за того, что воздух перетекает с наветренной стороны паруса на подветренную и давления на двух сторонах паруса выравниваются. Поэтому на полных курсах эффективнее работают паруса, имеющие минимальный периметр при определенной площади – квадратные, прямоугольные и трапециевидные небольшого удлинения. Дополнительным преимуществом широких и низких парусов по сравнению с высокими и узкими является их уменьшенный кренящий момент и меньший вес рангоута.

Работа паруса на острых курсах

Если парус поставить под небольшим углом атаки к потоку воздуха, то характер его работы будет принципиально иным. В этом случае парус работает не как тормоз для ветра, а как аэродинамическое крыло. Он плавно отклоняет обтекающий его поток воздуха от его первоначального направления (рис. 4-2), то есть парус придает массе воздуха ускорение, направленное поперек направления ветра. Чтобы придать воздуху ускорение, надо приложить к нему определенную силу. Эта сила, с которой парус воздействует на воздух и воздух на парус, называется “подъемной силой” паруса (Y_П).

Рис. 4-2. Обтекание паруса потоком воздуха на острых курсах. Внизу показаны величины давлений на сторонах паруса; пунктиром – величины давлений на парусе, не имеющем обтекателя мачты.
Зоны: I – ламинарное обтекание; II – ламинарно-турбулентное; III – завихрение и срыв потока.

По второму закону Ньютона она равна произведению массы воздуха, который отклоняет парус, на величину ускорения, которое парус придает воздуху. Масса воздуха определяется площадью паруса и скоростью ветра, ускорение – скоростью ветра, профилем и углом атаки паруса. Подъемная сила направлена поперек первоначального направления ветра, обтекающего парус (V_В).

Именно эта способность паруса работать как крыло и развивать подъемную силу позволяет яхтам ходить острыми курсами, до 45-30° к ветру.

Кроме подъемной силы парус-крыло развивает и силу лобового сопротивления. По закону сохранения энергии силу лобового сопротивления имеет даже идеальный парус. Коль ветер совершает определенную работу по продвижению яхты по курсу, то кинетическая энергия потока воздуха уменьшается и, соответственно, он притормаживается. Значит и в этом случае парус частично работает как тормоз для ветра. На реальных парусах сила лобового сопротивления дополнительно увеличивается из-за трения воздуха о парусину и из-за возникновения различных завихрений на парусе и за ним, так как парус не является идеально обтекаемым телом. На создание бесполезных завихрений тратится значительная доля первоначальной энергии ветра.

Механизм возникновения очень вредной силы лобового сопротивления и ее зависимость от качества паруса легко понять, если представить, что не воздух обтекает парус, а парус, поставленный под небольшим углом атаки, буксируется по прямой линии в неподвижном воздухе. Буксировка осуществляется неким механизмом со встроенным динамометром. При движении паруса неподвижный до этого воздух будет частично увлекаться вслед за парусом из-за силы трения между воздухом и парусиной и завихряться. Завихрения возникают на поверхности паруса, по его краям и в стороне от него. Чтобы привести неподвижный до этого воздух в движение, надо затратить определенную энергию. Чем больше завихряется воздух и чем больше сила трения воздуха о парусину, тем большей должна быть буксировочная сила, в нашем примере – сила лобового сопротивления паруса.

С этой точки зрения становится ясным вредное значение различных дефектов паруса, например, вредность заполаскивания паруса или отдельных его участков. Если парусина колеблется в направлении перпендикулярном направлению ветра, то с такой же скоростью начинает колебаться прилегающий к ней воздух. На приведение воздуха в бесполезное поперечное движение тратится энергия, что вызывает увеличение силы лобового сопротивления паруса.

Общая аэродинамическая сила, развиваемая парусом, равна векторной сумме его подъемной силы и силы лобового сопротивления:

Возникновение на яхте силы тяги по курсу

На острых курсах аэродинамическая сила паруса (А_П) проявляется на яхте как сила тяги по курсу (Т) и сила дрейфа (Д), которая стремиться двигать яхту лагом (рис. 4-3).

Рис. 4-3. Появление силы тяги по курсу (Т) на яхте, идущей под острым углом к ветру.
Y_П – подъемная сила паруса; Х_П – сила лобового сопротивления паруса;
А_П – общая аэродинамическая сила, развиваемая парусом; Д –сила дрейфа;
R_У.Я. – сила бокового сопротивления яхты; R_Х.Я. – гидродинамическая сила сопротивления яхты движению;
a – угол атаки паруса; b –угол между направлением вымпельного ветра и курсом яхты.

Все парусные суда, рассчитанные на движение острыми курсами, имеют развитую подводную боковую поверхность, на которой развивается гидродинамическая сила бокового сопротивления яхты (R_У.Я.). Она равна по величине силе дрейфа и направлена в противоположную сторону. Эти две силы взаимно компенсируются, а оставшаяся сила тяги двигает яхту по курсу, преодолевая силу сопротивления воды движению яхты (R_Х.Я.).

Хорошие лавировочные паруса дают большую тягу по курсу, и скорость яхты на курсе полный бейдевинд часто превышает скорость на курсе фордевинд, когда яхта идет прямо по ветру.

Характер потока, обтекающего парус

Парус будет давать тем большую тягу по курсу, чем больше его подъемная сила и меньше сила лобового сопротивления. Их величины взаимосвязаны и определяются формой паруса и характером потока, обтекающего парус.

На парусе условно можно выделить три зоны с разным характером потока воздуха (рис. 4-2).

В первой зоне воздух плавно движется вдоль паруса, не отрывается от его поверхности и плавно изменяет свое направление, значит подъемная сила здесь будет максимальной. В непосредственной близости от паруса слои воздуха движутся параллельно друг другу, не перемешиваясь и не завихряясь. Такое обтекание называется “ламинарным”. Коэффициент трения воздуха о парусину при ламинарном обтекании очень мал, соответственно минимальной будет сила лобового сопротивления паруса.

Во второй зоне, из-за шероховатости парусины и свойств самого воздуха, поток начинает завихряться – частицы воздуха начинают двигаться не только вдоль, но и поперек поверхности паруса. При завихренном – “турбулентном” обтекании скачком растет сила трения воздуха о парусину и увеличиваются затраты энергии на завихрение потока, что ведет к росту Х_П. Падает и подъемная сила, т.к. завихренный поток меньше отклоняется парусом от своего первоначального направления.

В третьей зоне поток завихряется еще больше, вплоть до возникновения обширных вихрей, как за простым плохо обтекаемым телом. При этом скачком растет сила лобового сопротивления и значительно уменьшается подъемная сила.

Величины аэродинамических сил, развиваемых парусом

Абсолютные величины подъемной силы (Y_П) и силы лобового сопротивления (Х_П) паруса находят по формулам:

, кгс.

, кгс.

где: С_У и С_Х – аэродинамические коэффициенты подъемной силы и силы лобового сопротивления паруса; S – площадь паруса, м²; V_В – скорость вымпельного ветра, действующего на парус, м/с.

Величина общей аэродинамической силы, развиваемой парусом (А_П), равна:

Величины сил на курсе фордевинд, развиваемые 1м² паруса, имеющего С_Х = 1,2, приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние угла атаки на работу паруса

При изменении угла атаки паруса одновременно изменяются его подъемная сила и сила лобового сопротивления. График изменения этих сил (или их коэффициентов С_У и С_Х) в зависимости от угла атаки паруса называется полярой паруса. Ее получают при продувке паруса в аэродинамической трубе – ставят парус под разными углами атаки и замеряют соответствующие им величины подъемной силы и силы лобового сопротивления.

На рис. 4-4 приведена поляра модели паруса олимпийского гоночного швертбота “Финн”. Модель была сделана из парусного дакрона в масштабе 2:5, парус имел по передней шкаторине круглую мачту и во время работы скручивался по высоте винтом на угол 13,5°, как и в реальных условиях.

Рис. 4-4. Поляра модели паруса швертбота “Финн”. (По Ч.Мархаю).

При угле атаки a=0° парус не развивает подъемной силы, но имеет определенную силу лобового сопротивления, вызванную трением воздуха о парусину. Если парус при этом заполаскивает, то сила его лобового сопротивления может быть значительной. (Этот участок поляры на рисунке не показан.)

По мере увеличения угла атаки парус перестает заполаскивать и начинает отклонять поток воздуха от его первоначального направления как аэродинамическое крыло, на нем появляется подъемная сила. При малых углах атаки поток воздуха обтекает парус плавно, без заметных завихрений, поэтому его лобовое сопротивление мало. Например, при угле атаки a=7,5° тяга паруса по курсу составляет 43,5% от максимально возможной, а сила дрейфа — лишь 36%.

На малых углах атаки парус используют при сильных ветрах, когда недостаточные остойчивость и прочность яхты не позволяют поддерживать на парусе максимальные силы, которые могут опрокинуть или сломать яхту.

При дальнейшем увеличении угла атаки подъемная сила паруса растет, но еще быстрее растет его сила лобового сопротивления из-за появления различных нарушений плавности потока воздуха, обтекающего парус. При достижении так называемого “критического угла атаки” – для данного паруса это 25-30° поток воздуха на большей части паруса срывается в завихренный, скачком растет его сила лобового сопротивления и падает подъемная сила. Интересно отметить, что при угле атаки a=42° (в таком положении может работать нижняя часть скрученного винтом грота при постановке гика вдоль яхты) тяга по курсу такая же, как при угле атаки 7,5°, а сила дрейфа, определяющая кренящий (опрокидывающий) момент, в 3,25 раза больше.

Влияние величины пуза на работу паруса

Все паруса имеют большую или меньшую выпуклость. Ее называют “пузом” паруса и характеризуют процентным отношением стрелки прогиба паруса к его ширине (хорде) в данном горизонтальном сечении. Пузо реальных парусов лежит в пределах 2-15%.

Поляры жестких пластин, сделанных из жести и имеющих разное пузо, показаны на рис. 4-5.

Рис. 4-5. Поляры моделей парусов с разным пузом. Паруса жесткие, не скручиваются винтом и не имеют по передней шкаторине мачты; l=5. (По Ч.Мархаю).

Плоская пластина не может хорошо работать как крыло – даже на малых углах атаки поток на ней срывается в завихренный сразу за ее атакующей кромкой. Плавно изменять направление потока воздуха могут только паруса, имеющие криволинейную поверхность.

В общем случае, с ростом пуза растет подъемная сила паруса и еще быстрее растет его сила лобового сопротивления. Более пузатые паруса дают большую тягу по курсу, чем паруса с малым пузом, особенно эта разница заметна на курсах, близких к галфвинду.

Однако, мягкие паруса, сделанные из ткани, при пузе 12-15% не могут работать как жесткие пластины, поляра у них будет сильно отличаться от показанных на рис. 4-5. Начинаться она будет не с 0-5°, а примерно с 10-15°. Дело в том, что у парусов с большим пузом угол между хордой паруса и парусиной в районе передней шкаторины близок к критическому углу атаки для данного паруса. Поэтому работать они могут лишь в очень узком диапазоне углов атаки. Если угол атаки случайно уменьшится, например, при заходах ветра, то ветер ударит в переднюю поверхность паруса и его передняя часть заполощет, что приведет к обширному срыву потока на парусе в завихренный. Если при отходах ветра угол атаки увеличится, то он станет выше критического, что тоже ведет к срыву потока и потере тяги. Поэтому паруса с пузом 12-15% используют только в слабые и средние ветра и на относительно полных курсах – галфвинд, полный бейдевинд. Чтобы уменьшить абсолютную величину кривизны передней части паруса, максимум его пуза отодвигают от передней шкаторины ближе к середине паруса.

Паруса с пузом более 15% не применяют – воздух уже не может плавно обтекать парус с такой крутой кривизной и срывается в завихренный.

Универсальные паруса с пузом 7-10% используют в средние ветра и на всех курсах.

Паруса с пузом до 5% используют в сильные ветра – они хорошо работают при малых углах атаки, развивая умеренные тягу и силу дрейфа, не превышающие возможности яхты по ее прочности и остойчивости.

Большое значение величины пуза паруса для его тяговых характеристик и безопасности плаваний вынуждает применять сменные паруса с разным пузом для разных ветров и курсов. На это идут на больших крейсерских и гоночных яхтах. На рассматриваемых судах, не имеющих обширного “парусного гардероба”, предпочитают более рациональное решение – имеют лишь один парус, пузо которого можно быстро изменять на ходу из кокпита в пределах 2-15% без нарушения его правильной аэродинамической формы.

Скручивание паруса винтом и аэродинамическая закрутка паруса

Точка приложения силы шкота, который воспринимает значительную часть аэродинамической силы паруса, и точка приложения А_П, (центр парусности) не совпадают, и возникает момент, скручивающий парус винтом. Все реальные паруса, будучи не абсолютно жесткими конструкциями, во время работы скручиваются, одни больше, другие меньше.

Значительное скручивание паруса винтом явление вредное. У скрученного паруса одна его часть может работать на очень малых углах атаки и даже заполаскивать, другая часть будет эффективно работать на углах атаки, близких к критическому, третья – на закритических углах атаки с созданием мощных завихрений. Поляра такого паруса будет совсем иная, чем показанные на рис. 4-5, а тяга на острых курсах – небольшая.

Однако, из теории известно, что для получения максимальной тяги на острых курсах парус должен иметь максимальный угол атаки и пузо в своей средней части, а по направлениям к верхней и нижней шкаторинам угол атаки и пузо должны постепенно уменьшаться. Это полезное, заранее заданное конструктором скручивание паруса на небольшой угол называется “аэродинамической закруткой паруса”. Аэродинамическую закрутку имеют все хорошие крылья, начиная с крыльев птиц и кончая крыльями самолетов.

У традиционных яхтенных парусов удается закрутить только верхнюю часть паруса – угол атаки вверху меньше, чем в районе гика. У парусов со средним положением гика закручивают и верхнюю, и нижнюю части паруса. У наиболее совершенных парусов по направлению к верхней и нижней оконечностям уменьшается не только угол атаки, но и пузо паруса.

Форма поверхности паруса

Существуют три основные формы поверхности паруса: “ложкообразная”, как “часть поверхности конуса” и “часть поверхности цилиндра”. Форма реальных парусов обычно является сочетанием этих трех форм, но одна из них остается доминирующей.

Ложкообразными сделано подавляющее большинство бермудских и виндсерферовских гротов. Максимум пуза смещен ближе к мачте и гику. Аэродинамическая закрутка верхней части паруса происходит за счет эластичности его конструкции – получается “ложка”, слегка согнутая винтом. (Не путать с грубым и вредным скручиванием паруса винтом на 20-30°!). Недостатки ложкообразной формы – значительное уменьшение величины пуза и искажение его формы в нижней самой широкой части бермудских гротов; сложность пошива паруса (каждое его полотнище и все шкаторины выкраиваются по лекальным кривым) и ограниченные возможности регулировки величины пуза – ложкообразная поверхность парусов, сшитых из жесткого лавсана или дакрона, не разворачивается в более плоскую ложкообразную поверхность, а тем более в плоскость.

В небольших пределах пузо паруса регулируют путем изгиба мачты развитым стоячим такелажем и изгибом гика. При этом по передней и нижней шкаторинам образуются горбы, куда и уходит часть парусины, которая до этого шла на образование пуза. Однако, из-за несоответствия новой формы паруса его раскрою, на парусе появляются морщины и фалды.

Паруса из эластичных хлопчатобумажных тканей имеют гораздо больший диапазон регулировки пуза, чем паруса из жесткой синтетики, поэтому для них ложкообразная форма является основной.

Форму “части поверхности конуса” имеют стаксели с сильно натянутыми передней и задней шкаторинами и другие паруса с ярко выраженным силовым каркасом, одним из элементов которого является туго натянутая задняя шкаторина или булинь задней шкаторины. Все эти паруса кроят плоскими – это их основное достоинство, очень важное для начинающих “парусных мастеров”.

Поверхность конуса разворачивается в плоскость, поэтому, меняя расстояние между шкотовым углом паруса и его передней шкаториной, можно на ходу менять величину пуза паруса в самых широких пределах без нарушения гладкости его поверхности.

Небольшая аэродинамическая закрутка верхней части паруса достигается за счет небольшого скручивания паруса винтом. У парусов с высоко поднятым шкотовым углом и наклонной нижней шкаториной автоматически закручивается и нижняя часть паруса – по направлению к галсовому углу угол атаки паруса постепенно уменьшается как у косо обрезанной части поверхности конуса. Заднюю часть таких парусов надо обязательно уплощать с помощью коротких лат.

Форма паруса как “части поверхности цилиндра с образующей, параллельной мачте или передней шкаторине” – наиболее совершенная. Такие паруса, как и в предыдущем случае, кроятся плоскими. Аэродинамическая закрутка на всех режимах работы у них обеспечивается автоматически, без скручивания паруса винтом. По направлению от самой широкой части к фаловому углу, а у парусов с высоко поднятым шкотовым углом и к галсовому углу уменьшаются не только угол атаки, но и величина пуза (как у части поверхности цилиндра). Выгодная и правильная аэродинамическая закрутка сохраняется при всех регулировках пуза – от нуля до 15%. При этом поверхность паруса при любом пузе остается гладкой и сохраняет правильную форму крыла. Эти паруса шьют из жесткого не тянущегося лавсана и ставят их на жесткую прямую мачту. Обязательным элементом является регулируемый топенант – снасть, фиксирующая нок гика на определенной высоте. Без топенанта, из-за излишнего натяжения задней шкаторины шкотом, форма паруса становится ближе к форме части поверхности конуса – угол атаки в верхней части паруса вредно увеличивается. Заднюю часть этих парусов уплощают короткими латами.

§ 5. Аэродинамическое качество паруса и яхты

Аэродинамическим качеством (К) крыла, в том числе и паруса (К_П), называется отношение его подъемной силы (Y_П) к силе лобового сопротивления (Х_П) или отношение их аэродинамических коэффициентов:

Для вспомогательных парусов, которые используют только при попутных ветрах, величина К_П не имеет значения, но для парусов лавирующих яхт это важнейшая характеристика, определяющая работоспособность паруса на острых курсах.

Кроме аэродинамического качества паруса (К_П), различают аэродинамическое качество всей яхты (К_Я). Оно равно отношению подъемной силы паруса к общему лобовому сопротивлению яхты, которое складывается из силы лобового сопротивления паруса и лобового сопротивления надводной части корпуса яхты и экипажа (Х_К).

Значение аэродинамического качества паруса для ходкости яхт на острых курсах

С ростом К_П ходкость всех яхт растет. На рассматриваемых разборных судах эта зависимость сказывается резче, чем на больших яхтах, потому что у них мало отношение площади парусов к паразитной парусности корпуса и экипажа. Площадь лобового сопротивления корпуса и экипажа разборных туристских судов сравнима с аналогичной у гоночных яхт, а площадь их парусов в 1,5-2 раза меньше. Этим и объясняется, что яхты с большими парусами, имеющими невысокое аэродинамическое качество, ходят в лавировку, хотя и не быстро, а малые яхты с плохими парусами против ветра вообще не пойдут.

Поясним это конкретным примером (рис. 5-1). Реальный тримаран на основе байдарки имеет паразитную парусность корпуса и экипажа S_К=1,5 м², и грот (№1) площадью S_П = 4,5м ², который в режиме создания максимальной тяги имеет довольно высокое К_П = 6. При среднем ветре на курсе бейдевинд парус дает тягу равную 5,3 кгс, но с учетом лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты тяга по курсу составит лишь Т₁= 3,15 кгс (100%). Это обеспечит тримарану скорость на галсе около 4,5км/час и скорость продвижения “прямо на ветер” 3 км/час. Такая скорость для лавирующих байдарок с небольшими парусами вполне приемлема.

При тех же условиях второй парус (№2) такой же площади работает с более низким качеством – К_П=2. Его тяга на курсе бейдевинд составит только 1кгс (33% от тяги первого паруса). Конечно, для настоящей лавировки он не годится. Нет никакого смысла часами медленно ходить галсами, когда тот же участок на легкой байдарке можно быстро пройти на веслах.

Рис. 5-1. Тяга по курсу на реальном тримаране. Площадь лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты S=1,5 м². SП=4,5м²; К=6. SП=4,5м²; К=2. SП=7м²; К=2.

Реальная возможность ходить на легких разборных парусных судах против ветра на веслах и возможность вооружать их гораздо более простыми и легкими вспомогательными парусами, рассчитанными только на полные курсы, делают бессмысленной установку на них лавировочных парусов с низким аэродинамическим качеством.

Второй путь наращивания величины тяги по курсу – увеличение площади парусности и улучшение соотношения S_П/ S_К. Поставив на ту же байдарку парус (№3) площадьюS=7 м² с К_П=2, можно получить тягу по курсу почти такую же (88%), как в первом случае, но надо иметь в виду, что сила дрейфа (Д₃) в этом случае будет в 1,77 раза больше Д₁, а кренящий момент возрастет примерно в 2,3 раза. Соответственно, яхту придется делать более остойчивой и более прочной, что вызовет повышение ее веса и сложности конструкции (и дополнительно несколько увеличит площадь лобового сопротивления корпуса).

Большие разборные яхты, имеющие паразитную площадь лобового сопротивления корпуса 2-2,5 м², очень тяжело идут против ветра на веслах. Если у них будут паруса с низким К_П, то при сильных встречных ветрах они попадают в положение “терпящих бедствие” – не могут самостоятельно достигнуть берега. На Азовском море автору однажды пришлось около двух часов буквально по метрам приближаться к берегу под неудачным экспериментальным вооружением при отжимном ветре, который неожиданно усилился до 10-12 м/сек. В противном случае пришлось бы отстаиваться на якоре, а уверенности, что ветер не усилится до настоящего затяжного шторма, не было.

Тяга по курсу (Т_Я) на реальных яхтах быстро растет при увеличении аэродинамического качества их парусов (К_П) до 5-6 (рис. 5-2). Таким качеством обладают средние паруса с ровной поверхностью, имеющие правильный аэродинамический профиль, обтекатели мачт и внешне напоминающие крылья хорошо планирующих птиц. Для достижения такого качества оправданы все усовершенствования лавировочных парусов.

Рис. 5-2.

Увеличение К_П > 6 уже не дает значительного роста тяги, и при дальнейшем совершенствовании своего паруса, например, до формы крыла планера, надо смотреть, не ухудшаются ли при этом его другие важные характеристики: кренящий момент паруса, его вес, простота постановки, уборки и рифления, время сборки-разборки парусного вооружения.

Определение аэродинамического качества парусов и яхты

При самостоятельном проектировании и постройке парусов желательно знать их аэродинамическое качество и его изменения при различных усовершенствованиях паруса. В любительских условиях точно определить К паруса довольно трудно, но можно определить аэродинамическое качество всей яхты (К_Я). Зная К_Я и площадь лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты, рассчитывают приблизительное значение К паруса. При этом коэффициент лобового сопротивления корпуса принимают С_Х = 1,2.

Для определения К_Я надо замерить угол (b) между истинным ветром и продольной осью яхты с экипажем, поставленной на шпринг на одном якоре, как показано на рис. 5-3. В этом случае при Т_Я=0:

Рис. 5-3.

Эксперимент проводят у наветренного берега, чтобы исключить влияние волны, в ровный устойчивый ветер. Парус должен стоять под обычным рабочим углом атаки, при котором он дает максимальную тягу на лавировке. Угол b определяют с помощью пеленгатора или по его тангенсу, замеряя длину двух катетов прямоугольного треугольника.

Замеры надо проводить при ветрах разной силы. В зависимости от механической жесткости конструкции паруса при усилении ветра К_Я будет быстрее или медленнее падать. К_Я хорошо лавирующих яхт с экипажем на борту должно лежать в пределах 1,8-2,5. Чем больше отношение площади парусности к площади лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты, тем выше должно быть ее аэродинамическое качество.

§ 6. Способы повышения аэродинамического качества паруса

Слепо копируя паруса больших яхт, невозможно сделать хороший самодельный парус.

Во-первых, в любительских условиях трудно сшить парус столь же качественно, как это делают специалисты на верфях, а во-вторых, аэродинамическое качество парусов больших яхт не всегда может удовлетворить любителя. Например, парус олимпийского швертбота “Финн” (см. рис. 4-4) на режиме создания максимальной тяги имеет К_П = 3,34, что для туристских судов явно недостаточно.

Чтобы создавать более совершенные паруса, надо хорошо понимать их работу. Автор советует читателям ознакомиться со специальной литературой по аэродинамике и изготовлению парусов, в первую очередь с книгой Чеслава Мархая “Теория плавания под парусами”, М., ФиС, 1970 и с подшивками издающегося с 1963г журнала (сборника) “Катера и Яхты” – отечественной энциклопедией парусного дела.

Авиастроители еще на заре авиации, но в эпоху одного из самых блестящих взлетов инженерной культуры, сразу сформулировали принцип: “Некрасивый самолет хорошо летать не будет”. Так как яхта подчиняется тем же законам аэродинамики, то этот принцип справедлив и для парусных яхт.

Ниже описаны основные методы повышения качества парусов.

Общие положения

Чтобы повысить качество паруса, надо увеличивать его подъемную силу и уменьшать силу лобового сопротивления.

Подъемная сила и сила лобового сопротивления паруса взаимосвязаны и определяются характером потока, обтекающего парус (рис. 4-2). Чем плавней поток, чем меньше завихрений возникает на отдельных участках паруса и за ним, тем больше будет подъемная сила паруса и меньше его лобовое сопротивление.

Если завихрения возникают на самой поверхности паруса, то они не только увеличивают его лобовое сопротивление, но и уменьшают подъемную силу, ибо завихренный поток, обтекая поставленный под углом к нему парус, меньше отклоняется парусом от своего первоначального направления.

Таким образом, обеспечение высокого К паруса в значительной степени сводится к созданию условий, при которых весь парус, или хотя бы значительная часть его, обтекались плавным потоком воздуха (см. рис. 4-2, зона 1), и чтобы на парусе и за парусом не возникало значительных завихрений воздуха.

Улучшение формы атакующей кромки паруса

Обтекание передней части паруса имеет решающее значение для его качества. При благоприятных условиях именно на ней создается основная доля подъемной силы. В то же время, если на передней кромке паруса возникнут завихрения, они распространятся на значительную часть паруса по его ширине, и большая часть его площади не сможет работать в оптимальном режиме.

Стаксели, не имеющие по передней шкаторине толстой мачты, обтекаются ни чем не искаженным потоком воздуха, этим и объясняется их эффективность.

Сложнее обстоит дело с гротами, которые передней шкаториной крепятся к мачте (рис. 6-1). Если не принять специальных мер, то мачта, будучи плохо обтекаемым телом, резко завихрит набегающий на парус поток воздуха, и вся передняя, наиболее важная часть паруса, будет работать с низким К_П.

Рис. 6-1. Способы крепления гротов к мачтам.
а – с помощью сегарсов (колец) или сезня (шнуровки); б – с помощью ликтроса, двигающегося в ликпазе мачты; в – с помощью мачтового кармана – обтекателя мачты, или двухслойные паруса.

Самые невыгодные способы крепления паруса к мачте такие, когда между парусом и мачтой остается щель – с помощью сезней (шнуровки), сегарсов (колец) или с помощью рельса на мачте и ползунов на парусе. В этих случаях работа паруса ухудшается не только из-за завихрения потока за мачтой, но и из-за перетекания воздуха через щель между парусом и мачтой с наветренной стороны паруса на подветренную, что приводит к выравниванию давлений на сторонах паруса и еще большему завихрению потока. По данным Ч. Мархая и других авторов, тяга таких гротов на острых курсах падает до 50% от тяги идеального паруса-крыла.

Более выгодно крепление грота к мачте с помощью ликтроса, передвигающегося в ликпазе, прорезанному в мачте или закрепленному на ней. Щель между парусом и мачтой ликвидируется, но вредное влияние мачты на работу грота остается.

Можно значительно ослабить влияние мачты на работу грота, если мачту сделать поворотной (рис. 6-2). Завихрения будут возникать только на наветренной стороне паруса, но поскольку роль этой стороны в создании подъемной силы меньше, чем подветренной, то потери тяги будут меньше. Чтобы при смене галса мачта поворачивалась автоматически, точку крепления к ней вант относят несколько вперед. Наветренная ванта всегда натягивается сильнее подветренной и разворачивает мачту в нужную сторону.

Рис. 6-2. Обтекание парусов с неповоротной и поворотной мачтами.

Наиболее совершенно крепление паруса к мачте с помощью широкого кармана – обтекателя мачты, сделанного из материала паруса (рис. 6-1, в). Ширина кармана – 4-6 диаметров мачты. При этом удается полностью устранить вредное влияние мачты на работу грота и добиться полной самонастраиваемости обтекателя мачты при перемене галса и изменениях угла атаки паруса.

Гроты с широкими обтекателями мачты, впервые примененные именно на байдарках (публикация автора 1967 г.) по эффективности превосходят стаксели. Карманы-обтекатели мачты делают на гафельных гротах, парусах типа «Стриж», а в последние годы и на бермудских гротах.

Показателен один пример. Когда изобрели виндсерферы, то на них паруса к мачтам тоже стали крепить с помощью узкого мачтового кармана из-за простоты этого конструктивного решения. Но когда разобрались в роли кармана для повышения эффективности паруса, то сразу ограничили ширину кармана “Правилами класса”, чтобы создать всем спортсменам равные условия. Для туристских яхт подобных искусственных ограничений нет и эту возможность повышения качества паруса можно использовать полностью.

Форма горизонтального сечения паруса

На рис. 6-3 показано, как работает парус, имеющий одинаковую кривизну по всей ширине. Разные участки паруса работают с разным качеством из-за разного направления давлений, которые, если не учитывать сил трения, направлены перпендикулярно парусине.

Рис. 6-3. Работа паруса, имеющего постоянную кривизну по всей своей ширине.
Справа пунктиром показано правильное распределение давлений.

При этом низкое К задней части паруса существенно ухудшает его общее К_П. Более того, сразу за задней шкаториной воздух устремляется из зоны повышенного давления в зону пониженного давления, и за парусом по всей высоте задней шкаторины возникает мощный вихрь, как за простым плохо обтекаемым телом. Коль возникает вихрь, на создание которого тратится первоначальная энергия потока, то автоматически растет лобовое сопротивление паруса. (В зоне вихря давление пониженное, весь парус будет затягиваться в него, эта сила направлена назад.) Еще больше ухудшаются лавировочные характеристики паруса при заворачивании на ветер его задней шкаторины (рис. 6-4).

Рис. 6-4. Обтекание паруса с загнутой на ветер задней шкаториной.

Чтобы давления на сторонах паруса по мере приближения к задней шкаторине постепенно уменьшались и выравнивались, и воздух свободно, без завихрений стекал с паруса, заднюю часть паруса надо делать максимально плоской (рис. 6-5). Если у задней шкаторины удастся полностью выровнять давления на двух сторонах паруса, сведя их к нулю, то за парусом не возникнет завихрений и его лобовое сопротивление уменьшится.

Рис. 6-5. Правильное сечение лавировочного паруса.

Основной способ уплощения задней части паруса – подкрепление ее прямыми “короткими” латами. К сожалению, самодеятельные и профессиональные судостроители недооценивают значения коротких лат и применяют их только на гротах с выпуклыми задними горбами. Это ошибка. На самом деле короткие латы повышают качество всех парусов, в том числе и с прямой, и с вогнутой задней шкаториной.

Более простой, но менее эффективный способ уплощения задней части паруса – его раскрой с большим отрицательным серпом по задней шкаторине. На парусах с ярко выраженным силовым каркасом вдоль вогнутой задней шкаторины пропускают туго натянутый булинь. Стремясь распрямиться, он оттягивает от мачты прилегающую к нему часть парусины и тем самым уплощает заднюю часть паруса.

На парусах, имеющих латы, отрицательные серпы делают на участках между латами.

Расположение максимума пуза по ширине паруса

Разница в тяге на лавировке у парусов с максимумом пуза на 1/3, 1/2 и 2/3 ширины от мачты в экспериментах Ч. Мархая составила лишь несколько процентов. Однако очевидно, что паруса с передним расположением пуза быстрее начинают заполаскивать при работе на пониженных углах атаки из-за большой кривизны в своей передней части. По этой же причине поток на них быстрее срывается в завихренный при увеличении угла атаки.

У парусов с задним расположением пуза трудно обеспечить плоскостность задней части паруса. При усилении ветра они могут легко превратиться в паруса с завернутой на ветер задней шкаториной.

На практике максимум пуза паруса стараются располагать на расстоянии от мачты около 40-50% его ширины.

Снижение индуктивного сопротивления паруса

Если парус по всей своей высоте работает в одинаковом режиме (рис. 6-6), то на его верхнем и нижнем краях образуется большой перепад давлений. Воздух по верхней и нижней шкаторинам паруса начинает энергично перетекать с наветренной стороны паруса на подветренную. За парусом возникают горизонтальные спиралеобразные вихри, на образование которых тратится значительная часть первона чальной энергии потока. Эта доля лобового сопротивления паруса входит в его общее индуктивное сопротивление – Х_ИНД.

Второе важное следствие перетекания воздуха через горизонтальные шкаторины – выравнивание давлений на сторонах паруса в районах этих шкаторин и соответствующее падение его подъемной силы. Действительное значение давлений на сторонах паруса показано на рис. 6-6, справа, пунктирной линией.

Рис. 6-6. Возникновение индуктивных вихрей за парусом и потери подъемной силы по краям паруса.
а – возникновение индуктивных вихрей, заштрихованы участки паруса, работающие с пониженной эффективностью;
б – распределение давлений; пунктирной линией показаны реальные давления на парусе.

Из сказанного ясно, что любые паруса, имеющие длинные горизонтальные шкаторины, на острых курсах хорошо работать не могут. В частности, это относится к традиционными гафельным и латинским гротам, к разрезным фокам морских ялов, и к “пирамидальному вооружению”, которое очень рекомендует для быстроходных судов Джозеф Норвуд в своей книге “Быстроходные парусные суда”. Морские ялы на полных курсах часто обходили сравнимые с ними по размерам и парусности швертботы класса “М”, но сильно отставали от них на лавировке, т.к. разрезные фоки имеют длинную верхнюю шкаторину. При установке пирамидального вооружения на разборные суда выяснилось, что на острых курсах эти паруса уступают даже хорошим бермудским гротам, имеющим ту же площадь и высоту, но сделанными с большими горбами по задней шкаторине и поэтому имевшими более короткую нижнюю шкаторину.

Наименьшие индуктивные потери имеют паруса, форма которых приближается к эллипсу или полуэллипсу. Именно такую форму имеют крылья хорошо планирующих птиц.

В общем случае индуктивное сопротивление равно:

где: k – коэффициент, зависящий от формы паруса; l – “удлинение паруса” – отношение его высоты к средней ширине:

Увеличивая удлинение паруса (его высоту при заданной площади) и снижая тем самым длину горизонтальных шкаторин, можно прямо снизить общие индуктивные потери – индуктивное лобовое сопротивление и уменьшение подъемной силы. Но этот метод имеет свои пределы. Очень высокие и узкие паруса получаются тяжелыми, с большим кренящим моментом и плохо работают на полных курсах. Удлинение реальных парусов лавирующих туристских яхт лежит в пределах 3,5-4,5.

На яхтах применяют еще два способа снижения индуктивного сопротивления – располагают нижнюю шкаторину паруса вплотную к палубе (тем самым перекрывают щель, через которую может перетекать воздух) и устанавливают на гике или гафеле широкую горизонтальную аэродинамическую шайбу. На разборных судах шайбы используют редко (рис. 2-10) – они громоздки и сами имеют значительное лобовое сопротивление, а опускание нижней шкаторины паруса до палубы применяют только на стакселях, т.к. низко расположенный грот создает экипажу массу неудобств. При непроизвольных поворотах через фордевинд гик грота, перелетая с большой скоростью с борта на борт, может травмировать членов экипажа.

(Расстояние по высоте от сиденья матроса до гика должно быть не менее 0,9 метра.)

Эффективный метод снижения индуктивного сопротивления – аэродинамическая закрутка паруса, т.е. уменьшение его угла атаки и пуза в районах горизонтальных шкаторин с целью снижения разницы давлений на этих участках паруса. Так как давления по краям паруса без закрутки все равно выравниваются из-за перетекания воздуха, то при этом способе подъемная сила практически не падает, но ликвидируется сама причина возникновения индуктивных вихрей, и лобовое сопротивление паруса значительно уменьшается. Это приводит к заметному росту тяги на острых курсах.

В простейшем случае закручивают лишь верхнюю часть гротов – угол атаки верхней части паруса составляет 10-20% угла атаки в районе гика. Так работают эффективные бермудские гроты, у которых верхняя часть отваливается под ветер и работает под углом атаки лишь в несколько градусов. У парусов со средним расположением гика удается закрутить и нижнюю часть. При этом средняя часть паруса может работать с большим пузом и на углах атаки близких к критическому (т.е. с максимально высоким Су) без риска существенно увеличить индуктивное сопротивление.

Близкими к идеальным являются паруса, у которых в средней части угол атаки и пузо максимальны и постепенно уменьшаются по направлению к галсовому и фаловому углам (рис. 2-9 и 2-12)

Загибание назад верхней части мачты

Паруса с загнутыми назад верхними частями мачт (рис. 2-12), повторяющие по форме крылья птиц, совершеннее парусов с прямыми передними шкаторинами. Объясняется это меньшими индуктивными потерями, т.к. у них задние шкаторины направлены более вертикально, а через наклонную переднюю шкаторину воздух не может перетекать на подветренную сторону паруса из-за большого динамического напора атакующего потока воздуха.

Загнутые назад мачты применяют на быстроходных судах, а иногда и на типично туристских разборных судах с умеренной парусностью (рис. 9-20).

Значение качества парусины

Качество парусины оценивается по трем показателям: прочности, гладкости и непродуваемости.

Парус из легкой недостаточно прочной парусины при усилении ветра начинает вытягиваться, на нем вредно увеличивается пузо, происходит общее искажение его формы. На таких парусах быстро появляются местные вытяжки и остаточные деформации. Если прочность парусины не соответствует прикладываемым к ней нагрузкам, изготовленный из нее парус хорошо стоять не будет.

Очень важна гладкость парусины. При прочих равных условиях на гладкой парусине переход потока из ламинарного в турбулентный происходит позже, чем на шероховатой, т. е. парус из гладкой парусины имеет меньшее лобовое сопротивление и большую подъемную силу. При турбулентном обтекании коэффициент трения воздуха о парусину прямо зависит от ее шероховатости, значит, и в этих условиях гладкий парус имеет меньшее лобовое сопротивление. По Ч. Мархаю потери тяги на острых курсах из-за шероховатости парусины могут достигать 40% по сравнению с парусами из идеально гладких пленок.

Продуваемость парусины приводит к тому, что воздух начинает фильтроваться с наветренной стороны на подветренную по всей площади паруса. При этом не только уменьшается разность давлений на его сторонах, но и нарушается правильность обтекания подветренной стороны паруса, что ведет к заметному падению тяги.

Гладкость парусины сильнее сказывается в сильные ветра, т.к. сила трения воздуха о парусину пропорциональна квадрату скорости ветра, а продуваемость парусины наиболее вредна при слабых ветрах. (При усилении ветра не происходит заметного увеличения фильтрации воздуха из-за резкого роста сопротивления самих пор при увеличении скорости фильтрации.) По этой причине штормовые паруса можно делать из прочных, хотя и продуваемых тканей, а паруса для слабых ветров выгоднее делать из непродуваемых пленок.

Паруса из прочного, гладкого и непродуваемого парусного лавсана при всех ветрах гораздо эффективней парусов из хлопчатобумажных тканей. За границей такие ткани называются дакроном или имеют другие фирменные названия.

Другие способы повышения “К” парусов

Значительно снизить качество паруса могут мелкие, но многочисленные дефекты его поверхности – не разглаженные швы, торчащие и не горизонтально расположенные латкарманы, пришитые, а не нарисованные клубные номера, фалды, семейства мелких морщинок. Эти дефекты устраняют аккуратным изготовлением паруса и последующим “выхаживанием” хлопчатобумажных парусов. Радикальный метод повышения прочности и гладкости поверхности небольших парусов из легких тканей – изготовление их двухслойными, т. е. из двух одинаковых полотнищ. В таком парусе все выступающие детали – швы, латкарманы, боуты – помещают с внутренних сторон полотнищ.

Значительно повышает лобовое сопротивление паруса его рангоут. Мачты, гики, рейки, гафели сами являются плохо обтекаемыми телами и, кроме того, нарушают правильное обтекание паруса потоком воздуха. Для снижения лобового сопротивления все детали рангоута, идущие под углом к горизонтали, стремятся помещать в широкие карманы-обтекатели. При двухслойных парусах мачты, гики и рейки размещают внутри паруса.

Развитый стоячий такелаж тоже может существенно увеличить сопротивление яхты. Общая площадь сечения вант, штагов и ромбовант невелика – порядка 0,1-0,15 м², но если такелаж недостаточно обтянут и вибрирует, то его эффективная площадь лобового сопротивления может возрасти во много раз, что будет уже существенной потерей. Из-за малой жесткости корпусов разборных парусников на них трудно хорошо набить стоячий такелаж, поэтому надо стремиться к снижению длины и количества снастей, поддерживающих мачту. Дополнительное преимущество простых парусных вооружений – их надежность в работе и малое время сборки-разборки.

Особое место занимает сопротивление фалов, проходящих вдоль мачты. Они снижают К грота за счет завихрения потока, атакующего его переднюю шкаторину. Чтобы избежать этого, фалы проводят внутри мачтовых карманов-обтекателей или внутри полых мачт.

§7. Жесткость и управляемость парусов

При усилении ветра аэродинамические характеристики парусов начинают зависеть от их механической жесткости. Реальные паруса из ткани, поставленные на не абсолютно жесткий рангоут, под действием ветровой нагрузки всегда больше или меньше деформируются – скручиваются винтом, самопроизвольно увеличивают пузо, отдельные их участки заполаскивают. Вследствие этого их аэродинамическое качество и тяга по курсу уменьшаются, а сила дрейфа увеличивается – сравните поляры реального и идеальных парусов на рис. 4-4 и 4-5.

Чем выше механическая жесткость всей конструкции паруса (его формоустойчивость), тем дольше парус сохраняет правильную форму крыла при усилении ветра. И наоборот, чем “мягче” парус, тем быстрее при усилении ветра он превращается из “крыла” в бесформенное “нечто”, неработоспособное на острых курсах, неуправляемое, а значит и опасное.

В дальнейшем под степенью механической жесткости паруса, или просто под его “жесткостью”, будем понимать способность паруса при усилении ветра сохранять заданными: общую форму, угол атаки и величину пуза по всей своей площади.

С жесткостью парусов прямо связано другое их важное свойство – управляемость, под которой в дальнейшем будем понимать возможность по желанию рулевого точно и в широких пределах изменять развиваемые парусом силы.

В парусной литературе понятия жесткости и управляемости парусов подробно не рассматриваются, т.к. современные гоночные и крейсерские яхты имеют паруса примерно одинаковой конструкции и одинаковой степени жесткости. При самостоятельной постройке парусных судов жесткость и управляемость парусов становятся ключевыми факторами, определяющими ходкость яхт, их вес, методы управления ими и безопасность плаваний в сильные ветра, поэтому рассмотрим их подробней.

Влияние жесткости паруса на его лавировочные характеристики

Количественно оценим потерю тяги паруса на острых курсах лишь от одного вредного фактора – его скручивания винтом на 20-30°, которое можно наблюдать на парусах реальных гоночных, крейсерских и туристских яхт.

Возьмем парус с пузом 10% (рис. 7-1).

Рис. 7-1. Тяга на острых курсах жесткого паруса (Т_Ж) и тяга паруса, скрученного винтом на 30° (Т_М).

Чтобы его поляра соответствовала поляре жесткого паруса (см. рис. 4-5), сделаем его с мачтовым карманом или двухслойным, устранив тем самым вредное влияние мачты на его работу. В качестве парусины используем совершенно гладкую лавсановую пленку. Уберем на парусе все мелкие морщинки и другие нарушения его формы. Допустим, что этот потенциально очень эффективный парус во время работы скручивается так, что средние углы атаки каждого из пяти его участков равной площади отличаются от соседних на 7,5° (общий угол скручивания 30°). По поляре жесткого паруса найдем направления и величины аэродинамических сил, развиваемых каждым из его участков, сложим их по правилу сложения векторов и получим суммарную аэродинамическую силу скрученного (мягкого) паруса – А_М. Спроецировав ее на курс яхты, найдем тягу по курсу мягкого паруса – Т_М. Сравнивая эту тягу с тягой жесткого паруса, который всей своей площадью работает под оптимальным углом атаки, убедимся, что скрученный мягкий парус на курсе бейдевинд тянет почти в 2 раза хуже жесткого. А если учесть влияние лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты, то фактическая разница будет значительно больше. Очень важно, что сила дрейфа, определяющая кренящий момент, у этих двух парусов практически одинаковая – потеря тяги у “мягкого” паруса ничем не компенсируется.

Из этого следует, что несмотря на принятые радикальные меры для повышения К паруса, мягкий парус для лавировки не годится.

Такие же большие потери тяги дает самопроизвольное увеличение пуза паруса. Например, у стакселей, поставленных на слабо набитые штаги, в сильный ветер пузо достигает 20-30% и на курсе бейдевинд они не дают тяги по курсу, но развивают очень большую силу дрейфа.

Управляемость парусов

При увеличении скорости ветра в 2-3 раза аэродинамическая сила паруса возрастает в квадратичной зависимости, т.е. в 4-9(!) раз. Разборные парусные суда, в отличие от больших яхт открытого моря, строят с небольшими запасами по прочности и остойчивости (только в этом случае их удается делать действительно легкими и транспортабельными) и они не могут выдержать такого увеличения сил, развиваемых парусом. Следовательно, парус должен иметь возможность работать в полсилы, треть силы и т. д. Чем шире возможности изменения аэродинамической силы паруса, тем в большем диапазоне ветров его можно использовать (рис. 7-2).

Рис. 7-2. Расширение диапазона ветров, при которых парус остается безопасным, в зависимости от возможности уменьшать развиваемые парусом силы.

Уменьшить тягу скрученного винтом паруса, верхняя часть которого уже работает на грани заполаскивания, трудно. При дальнейшем уменьшении угла атаки его верхняя часть начнет заполаскивать с большой амплитудой, что вызовет резкое увеличения силы лобового сопротивления. А нижняя часть паруса при этом будет продолжать работать на углах атаки, близких к критическому, или даже на закритических углах атаки. То есть диапазон возможного изменения аэродинамической силы у мягких парусов мал.

Жесткие нескрученные паруса обладают хорошей управляемостью. В сильные ветра они всей своей площадью могут работать под углом атаки лишь в несколько градусов. Немного потравливая или выбирая шкот, изменяя тем самым угол атаки паруса, рулевой может поддерживать на парусе именно такую силу, которую он сочтет безопасной, но достаточной для продвижения яхты по курсу.

Диапазон возможного уменьшения аэродинамических сил конкретного паруса (n) определяют опытным путем, на берегу, в сильный ветер. При этом минимальную силу замеряют, когда парус еще сохраняет форму крыла, не полощет и способен тянуть яхту против ветра.

Другие различия яхт с жесткими и мягкими парусами

Вес яхт. Увеличение механической жесткости паруса связано с увеличением его веса. Но это лишь с одной стороны.

В сильный ветер традиционные относительно мягкие бермудские гроты гоночных и крейсерских яхт рекомендуется нести так, чтобы их верхняя часть полностью отваливалась под ветер или даже немного заполаскивала – это называется “выпускать ветер из паруса”. Тяга по курсу развивается лишь нижней частью паруса. При таком способе удается уменьшить кренящий момент и привести его в соответствие с остойчивостью яхты.

Однако, верхняя часть паруса, не развивая подъемной силы, все же имеет значительную силу лобового сопротивления, т.к. не является ни абсолютно гладкой, ни абсолютно обтекаемой. Поэтому выгодней вообще отказаться от нее, сделать более низкий парус меньшей площади и всю его площадь задействовать для создания тяги по курсу. В слабые ветра ходкость яхт с небольшими жесткими гротами можно легко увеличить, дополнительно поднимая большие стаксели, которые в слабые ветра по эффективности не уступают самым совершенным гротам. А так как вес яхты прямо определяется площадью ее основной парусности, в данном случае площадью грота, то яхты с жесткими парусами могут быть гораздо легче.

При равной тяге по курсу (рис. 5-1) жесткие паруса с высоким К развивают гораздо меньшую силу дрейфа, чем паруса с низким К. Следовательно, яхты можно делать менее остойчивыми и менее прочными, т.е. более легкими.

Особенности управления парусами повышенной жесткости. Из сравнения поляр на рис. 4-4 и 4-5 видно, что жесткие паруса гораздо сильнее реагируют на изменение угла атаки. Чем выше жесткость паруса, тем четче он реагирует на все движения шкотом. Паруса становятся более управляемыми, но требуют от рулевого большей внимательности при работе шкотом, чем в случае мягких скрученных парусов.

Обычная техника управления яхтами с мягкими бермудскими парусами, когда все шкоты закладывают на утки и стопора и правят по определенному курсу (по компасу или береговым ориентирам) для яхт с жесткими парусами становится неэффективной.

Отсутствие заполаскивания во флюгерном положении. Если в сильный ветер во флюгерное положение поставить стаксель, то он будет заполаскивать с такой силой, что может порваться сам или сломать мачту. Даже самый надежный способ убегания от шквала, показанный на рис. 12-1, в этом случае может оказаться не совсем безопасным.

Паруса повышенной жесткости с небольшим пузом во флюгерном положении не заполаскивают. Они обтекаются ветром почти как жесткий флюгер, особенно если эти паруса двухслойные или с широким мачтовым карманом. Это свойство парусов повышенной жесткости значительно облегчает выполнение поворотов оверштаг, даже на шквалах. При пересечении линии ветра парус имеет небольшое лобовое сопротивление, не останавливает яхту и она легко переходит на другой галс.

Постановка яхты в дрейф. Отсутствие скручивания и заполаскивания паруса особенно ценны при постановке яхты в дрейф при сильных шкалах. На курсе полный бейдевинд рулевой травит шкот и обезветривает парус. Во флюгерном положении жесткий парус с небольшим пузом не полощет, не “мотается” и имеет очень небольшое лобовое сопротивление, не опасное для остойчивости и прочности яхты. Затем рулевой немного, буквально на сантиметры подбирает шкот, чтобы яхта имела небольшой ход вперед и слушалась руля. В таком положении спокойно пережидают шквал.

На яхтах с жесткими парусами стали говорить: не “встретить” шквал (со всеми его экстремальными проявлениями и следствиями), а “пропустить” шквал. После его прохождения продолжают плавание в обычном “штормовом” режиме. Такой способ встречи шквалов, когда яхта с не зарифленным своевременно гротом стоит очень спокойно, не дергается и ее не надо даже откренивать, производит большое впечатление на старых яхтсменов, которые привыкли к более мягким парусам и к настоящей борьбе со стихией во время шквалов.

Особенности выполнения поворотов фордевинд Повороты через фордевинд при жестких парусах становятся более безопасными, т.к. парус при выбирании шкота не скручивается восьмеркой, а разворачивается одновременно всей своей площадью вплоть до постановки его в ДП. Даже при довольно сильных ветрах поворот выполняется без резких рывков, без резкого изменения крена и без опасности сломать мачту или опрокинуть яхту.

Способы повышения жесткости парусов

Прежде всего разберемся, чем обуславливается устойчивость формы паруса. На рис. 7-3 видно, что задняя шкаторина грота под действием ветровой нагрузки стремится прогнуться под ветер и приблизиться к мачте, что, соответственно, вызывает скручивание паруса и увеличение его пуза. Таким образом, повышение жесткости паруса можно свести к обеспечению стабильности формы его шкаторин и их положения относительно друг друга.

Рис. 7-3. Изменение формы “мягкого” паруса при усилении ветра.
а – форма паруса при слабом ветре; б – форма паруса при сильном ветре.

Чтобы методы повышения жесткости парусов стали понятнее, рассмотрим парус как комплексную систему, состоящую из каркаса – силовой рамы паруса, и мягкой парусины. Если силовая рама достаточно жесткая, не деформируемая, то, закрепив на ней прочную не тянущуюся парусину и придав ей при раскрое желаемую форму крыла, можно ожидать, что парусина сохранит ее при всех реальных ветрах.

Силовая рама бермудского грота

Силовую раму треугольного бермудского грота можно сделать из трех соединенных между собой прочных и жестких (не деформируемых) труб – мачты, гика и трубы по задней шкаторине. Треугольная рама из труб не скручивается. Парусина, опирающаяся на три жестко зафиксированные относительно друг друга опоры, не может самопроизвольно прогибаться и искажать форму пуза. Такой парус по своим характеристикам приближается к настоящему крылу асимметричного профиля.

Однако, установка жесткой трубы по задней шкаторине грота связана с рядом неудобств, и ее не ставят, а туго натягивают саму парусину вдоль задней шкаторины.

Чем сильнее натянута парусина, тем труднее ветру прогнуть заднюю шкаторину к мачте и под ветер, тем стабильнее будет форма паруса. На реальных парусах для ветров до 8-10 м/сек парусину (или булини) вдоль задних шкаторин натягивают с силой порядка 5 кгс на 1 погонный метр их длины. Чтобы задняя шкаторина не заворачивалась на ветер, стараются натягивать не саму заднюю шкаторину, а парусину в задней части паруса (см. §27).

Силовые рамы других парусов

У полубалансирного стакселя с рейком (рис. 10-8, в) силовой каркас состоит из рейка и туго натянутых булиней передней и задней шкаторин. Если шкаторины натянуты с требуемой для данного ветра силой, то при этом ветре стаксель будет “жестким”, эффективным и управляемым. Его форма будет близка к форме части поверхности конуса.

Рис. 10-8. Типы стакселей. а – традиционный; б – с прямым шкотовым углом; в – полубалансирный рейковый.

Такой же треугольный силовой каркас имеют треугольные полубалансирные паруса и парус Н.И. Пушкина (рис. 9-4 и 9-5). Для обеспечения сильного натяжения шкаторин нижний реек оттягивается вниз с помощью мощной тали.

У показанного на рис. 9-5, б ромбовидного паруса степень натяжения булиней всех четырех шкаторин, распертых гиком-уишбоном, тоже регулируется талью нижнего угла.

Рис. 9-6. Латинские паруса.
а – парус арабской фелюги; б –микронезийский парус с двумя рейками, шарнирно соединенными в галсовом углу; в – латинский парус на “Л-образной” мачте; г – усовершенствованный лавировочный латинский парус.

Силовой треугольный каркас латинских парусов (рис. 9-6, в, г) образуют два рейка, изогнутые в пределах своих упругих деформаций, и сильно натянутый булинь, соединяющий ноки рейков.

Силовой каркас простейшего варианта паруса “Стриж” (рис. 9-13, б) образуется мачтой, предварительно изогнутой в пределах ее упругих деформаций, туго натянутыми булинями задней и нижней шкаторин и гиком-распоркой.

В принципе и обычный стаксель тоже можно сделать жестким парусом, если очень туго натянуть все три его шкаторины. Но сделать это довольно сложно. Поэтому, при рассмотрении достоинств различных парусов, всегда смотрят
– какой ценой достигается обеспечение их жесткости.

Повышение жесткости рангоута Чтобы выдерживать большое натяжение задних шкаторин, рангоут паруса должен быть не только прочным, но и жестким – иметь минимальные деформации при прикладывании к нему рабочих нагрузок. Действительно, если рангоут будет гибким, то при возрастании давления ветра на парус нок гика и топ мачты пойдут навстречу друг другу, как показано на рис. 7-4, и задняя шкаторина прогнется. Из всех материалов, применяемых на разборных судах для рангоута, наилучшим соотношением между жесткостью, прочностью и весом обладают дюралевые трубы с толщиной стенки 3-4% от диаметра трубы. Жесткость трубы увеличивается пропорционально кубу ее диаметра и прямо пропорционально толщине стенки. Жесткость деталей рангоута повышают, увеличивая их диаметр. Жесткость высоких мачт из тонких труб или из дерева обеспечивают, превращая их в фермы с помощью ромбовант и краспиц. Увеличение жесткости рангоута вызывает увеличение его веса, но на это надо идти, если целью является получение не “легкого”, а работоспособного паруса. Предварительный изгиб рангоута На небольших парусах облегченной конструкции приходится мириться с гибкостью рангоута. В этом случае элементы рангоута предварительно изгибают в пределах их упругих деформаций с помощью булиня задней шкаторины грота и уже по этому, предварительно напряженному треугольному каркасу кроят и шьют парус. Если по этому принципу сшить парус, показанный на рис. 7-4, то он будет гладким и вполне жестким – предварительно напряженный силовой каркас ветру уже труднее деформировать еще больше. По этому принципу сделаны: “Стриж” с гибкой мачтой, латинские гроты и некоторые другие паруса, у которых натяжение шкаторин достигается за счет упругости мачты или рейков.

Рис. 7-4. Искажение формы паруса в сильный ветер из-за недостаточной жесткости рангоута. 1 – морщины, 2 – увеличение пуза и искажение его формы.

Предварительный изгиб булиней шкаторин

Даже туго натянутый трос легко прогнуть на некоторую величину – в нашем случае это приведет к приближению задней шкаторины к передней и увеличению пуза паруса. Чтобы на такую же величину прогнуть уже прогнутый трос требуются силы гораздо большие, чем в случае прямого троса. По этой причине паруса с отрицательными серпами по шкаторинам получаются более жесткими.

В частности, так кроят простейшие стаксели – с большими серпами по всем трем шкаторинам.

По задней шкаторине стакселей из жестких и прочных лавсанов и дакронов булинь, прогнутый в сторону передней шкаторины, не делают. Его роль выполняют нитки самой парусины. Для этого в горизонтальных швах, соединяющих отдельные полотнища паруса, делают очень небольшие серповидные закладки, стягивающие заднюю треть паруса. Величину и форму закладок определяют опытным путем при пошиве паруса.

Высокие узкие гроты выгодней делать с горбами по задним шкаторинам. В этом случае на лавсановых парусах тоже делают серповидные закладки как описано для стакселей. Если все же желательно подкрепить ткань булинем, то кармашки для булиней пришивают не вдоль шкаторины, а по самому полотнищу паруса с прогибом в сторону мачты, что хорошо видно на рис. 2-12.

Использование парусов с горбами и короткими латами

Повышению фактической жесткости треугольных гротов способствует изготовление их с горбами по задним шкаторинам. Здесь используется то, что усилие натяжения задней шкаторины направлено не вдоль самой задней шкаторины, а по прямой, соединяющей фаловый и шкотовый углы паруса. На рис. 7-5 видно, что хорда средней части такого паруса почти совпадает по направлению с гиком, хотя сам парус скрученный. Его верхняя часть все же отваливается под ветер и работает на пониженных углах атаки, но это даже полезно, т.к. потеря подъемной силы в верхней оконечности паруса компенсируется уменьшением его индуктивного сопротивления. Чтобы исключить быстрое заполаскивание верхней части грота при потравливании шкота, ее подкрепляют довольно жесткой сквозной латой, иногда таких лат делают несколько. По этому принципу сделаны бермудские гроты гоночных яхт.

Рис. 7-5. Уменьшение фактического угла скручивания средней части бермудского грота из-за наличия горба по задней шкаторине.
1–сквозная лата. 2–короткая лата. 3–линия, соединяющая фаловый и шкотовый углы паруса.

Применение эффективных оттяжек гиков

Туго натянутая задняя часть грота (или булинь) стремятся поднять гик вверх. Препятствует этому оттяжка гика. По закону рычага она нагружена силой в несколько раз большей, чем задняя шкаторина, поэтому ее выполняют в виде мощной тали или жесткого элемента (штанги) с несколькими фиксированными положениями для регулировки наклона гика.

Оттяжка гика работает тем эффективней и тем меньше нагружает гик и мачту, чем больше расстояние по вертикали между вертлюгом гика и точкой крепления оттяжки к мачте.

Уменьшение длины задней шкаторины

Существует еще один эффективный способ повышения жесткости парусов – уменьшение длины задней шкаторины при заданной площади паруса. Для этого на парусах “Стриж” и на стакселях с прямым шкотовым углом шкотовый угол поднимают высоко вверх. При этом длина задней шкаторины существенно уменьшается, а на гротах нижняя шкаторина паруса работает как эффективная оттяжка гика.

На гафельном парусе Е.С. Кузнецова (рис. 9-7, в) гик вообще расположен посередине паруса, вместо одной длинной задней шкаторины получается две коротких, натяжение которых можно в два раза уменьшить.

Рис. 9-7. Гафельные паруса.
а – традиционной конструкции; б – гафельный парус большого удлинения, с мачтовым карманом и гиком-распоркой; в – парус-крыло Е.С. Кузнецова.
1–эренс-бакштаг. 2–дирик-фал. 3–гардель. 4–оттяжка гафеля. 5–ромбо-ванта.

Использование полубалансирности парусов

У полубалансирных парусов часть их площади находится с наветренной стороны мачты (или другой вертикальной оси их вращения). Поэтому одна часть паруса стремится закрутить парус в одну сторону, а другая – в другую. В результате этого суммарный момент, скручивающий парус винтом, существенно уменьшается.

Так как жесткость паруса на полных курсах так же важна, как и на острых, то полубалансирные паруса являются основным типом вспомогательных парусов для байдарок и других легких лодок.

Определение необходимой степени жесткости паруса

С увеличением жесткости парусов растет их эффективность и повышается безопасность плаваний, но повышение жесткости паруса ведет к увеличению веса парусного вооружения. Поэтому надо придерживаться разумного принципа – жесткость каждого конкретного паруса должна быть достаточной лишь для ветра такой силы, на которую он рассчитан.

Например, при слабых ветрах сохраняют форму крыла и хорошо работают все паруса, в том числе и большие стаксели на слабо набитых штагах. Следовательно, вспомогательные стаксели, которые используют только при слабых ветрах, незачем делать особо жесткими. При усилении ветра их просто убирают.

Жесткость основных рабочих стакселей должна быть такой, чтобы они сохраняли свою форму при ветрах до 8 м/сек, т.е. до момента, когда их пора менять на штормовые.

Всепогодные гроты, которые несут в любой ветер и даже при шквалах, делают максимально жесткими, ибо в подобных условиях степень жесткости гротов определяет безопасность плавания.

В качестве примера рассмотрим парусное вооружение катамарана “Аргонавт” (рис. 2-5). Для обеспечения безопасности плавания он вооружен небольшим жестким гротом, рассчитанным на нормальную работу при всех ветрах, во время которых туристы еще выходят на воду, и большим вспомогательным стакселем, который при усилении ветра до 6 м/сек убирают. Поскольку такому стакселю не нужна высокая жесткость, он сделан облегченным, мягкой конструкции, без увеличения продольной жесткости корпуса и прочности мачты, т.е. без увеличения их веса и сложности конструкции.

На практике степень жесткости конкретного паруса определяют опытным путем. Для этого судно вытаскивают на берег, устанавливают парус под рабочими углами атаки и визуально оценивают степень искажения его формы при ветрах разной силы.

Жесткость парусов, имеющих автономно работающие силовые рамы, можно заранее определить еще в процессе их изготовления. Для этого сметанный парус ставят на рангоут, располагают его горизонтально и, двигая гик и мачту вверх-вниз с разной скоростью, имитируют действие на парус ветра разной силы, в том числе и сильного. Смотрят – как искажается форма паруса под нагрузкой.

ПАРУСА РАЗБОРНЫХ СУДОВ

§ 8. Типы парусных вооружений

Разборные туристские суда вооружают: одним гротом – это вооружение называется кэт, гротом и стакселем – шлюп, изредка гротом, стакселем и кливером – тендер, и двухмачтовыми шхунами (рис. 8-1). На двухмачтовой шхуне передний парус называется фоком, задний – гротом.

Рис. 8-1. Типы вооружений разборных парусных судов.
Слева направо: кэт, шлюп, шхуна.

Вооружение кэт

Его преимущества по сравнению с другими вооружениями – простота конструкции и малое количество снастей, высокая эффективность при всех ветрах и на всех курсах, хорошая управляемость. Недостатки – большие размеры и вес рангоута, высокое положение центра парусности и большой кренящий момент, возможность уменьшать площадь парусности только за счет рифления грота.

При усилении ветра используют способность гротов повышенной жесткости работать на малых углах атаки с пониженной тягой. Шквалы при таком вооружении пропускают, ставя грот почти во флюгерное положение. Правда, в случае применения мачт с вантами, которые не позволяют парусу поворачиваться на 360°, становятся опасными шквалы с кормы. Судно надо успеть привести к ветру еще до того, как оно опрокинется или сломается. Отсюда и обязательное требование – суда с вооружением кэт должны обладать высокой поворотливостью (см. §16). При стойком усилении ветра, особенно попутного, грот обязательно рифят.

Вооружение применяется:

На самых легких и простых судах. Здесь ценно малое время сборки и настройки парусного вооружения, малое количество снастей и приспособлений для их проводки, возможность эффективно управлять судном в одиночку.

На быстроходных спортивно-прогулочных судах. Один грот постоянно нести под оптимальным углом атаки проще, чем два паруса, а если ветер сильный, то на одном парусе проще поддерживать безопасную, но максимально допустимую для данного судна тягу.

На судах начинающих парусников. Имея лишь один парус и получая ничем не искаженную информацию о результатах действия единственной управляющей снастью – шкотом, рулевые-новички, ориентируясь по ходу и крену яхты, начинают быстро разбираться в работе паруса, его оптимальных углах атаки, наивыгоднейших углах лавировки и т. д.

Вооружение шлюп

По сравнению с кэтом при вооружении шлюп мачта получается более короткой, центр парусности расположен ниже, но требуется значительная прочность и жесткость корпуса в продольном направлении, чтобы выдерживать значительное натяжение штага. При усилении ветра заметно снижается общее аэродинамическое качество вооружения из-за ухудшения формы относительно мягкого стакселя и вредного взаимовлияния парусов – стаксель завихряет и отклоняет в корму поток воздуха, обтекающий грот. Поэтому при равных площади парусности и качества парусов яхты с вооружением шлюп идут менее круто к ветру, чем с вооружением кэт, и менее быстро.

При усилении ветра стаксель можно менять на штормовой и рифить грот – т.е. при вооружении шлюп имеются более широкие возможности изменения площади парусности, чем при вооружении кэт. Однако, если неожиданный шквал с кормы застанет яхту с вооружением шлюп, идущую под полными парусами, от экипажа требуется достаточное умение, чтобы не потерять мачту или не опрокинуться.

Вооружение применяется:

На судах с относительно большой парусностью, когда их остойчивость не позволяет устанавливать один большой грот.

На яхтах с традиционным вооружением “бермудский шлюп”. При умеренно скрученном винтом бермудском гроте стаксель, сильно отклоняя в корму стекающий с него поток воздуха, позволяет нижней, самой широкой части скрученного бермудского грота работать уже не на закритических, как при вооружении кэт, а на вполне допустимых углах атаки. В результате общее аэродинамическое качество вооружения возрастает. Поэтому бермудский грот всегда стремятся дополнить стакселем. Вооружение так и называется – бермудский шлюп.

На яхтах, где для достижения приемлемой парусной центровки приходится смещать вперед центр парусности. Как правило, это короткие суда, где по условиям рациональной компоновки кокпита шверт приходится располагать очень близко к мачте, например, большинство швертботов.

Вооружение кэт со вспомогательным стакселем

Если яхту вооружить одним достаточно жестким гротом умеренной площади, она станет безопасной, способной уверенно ходить при сильных ветрах, а при зарифленном гроте выдерживать и самые сильные ветра, которые могут встретиться в туристских походах. Но в слабые ветра такая яхта будет тихоходной. Это противоречие удается разрешить, если в слабые ветра при вооружении кэт поднимать в помощь гроту большой дополнительный передний парус – вспомогательный стаксель.

В отличие от другого, тоже дополнительного паруса – спинакера, вспомогательный стаксель хорошо работает не только на полных курсах, но и на лавировке. Площадь грота при этом берут действительно умеренной – лишь бы яхта под ним удовлетворительно лавировала в средний ветер. Площадь стакселя делают максимально возможной – до 50-75% площади грота. О прибавке тяги, которую дает вспомогательный стаксель в слабый ветер можно судить по рис. 10-3. При этом яхта остается безопасной, ибо при слабых ветрах ее прочности и остойчивости хватает с избытком, чтобы нести такое вооружение. При усилении ветра до 5-7м/с вспомогательный стаксель обязательно убирают. Уборка и постановка стакселя осуществляется на ходу и очень быстро. Наглядным сигналом к тому, что стаксель пора убирать, служит заметное искажение его формы при усилении ветра.

Это вооружение, соединяющее преимущества кэта и шлюпа, применяется на самых разных туристских судах, когда нужны надежность, высокая средняя скорость и относительно малый вес вооружения.

Принципиальное отличие вооружения “кэт со вспомогательным стакселем” от “шлюпа” состоит в том, что при изменении площади парусности при вооружении шлюп парусная центровка яхты (соотношение моментов, приводящих и уваливающих яхту) остается приблизительно постоянной, а при уборке вспомогательного стакселя она сильно меняется. Поэтому, при вооружения кэт со вспомогательным стакселем, высокие требования предъявляются к управляемости самой яхты.

На байдарках и длинных многокорпусниках, увеличивая площадь пера руля и относя его на большое расстояние от мачты, легко удается получить нужную управляемость. Труднее этого добиться на коротких швертботах и надувных лодках.

Двухмачтовые и многопарусные вооружения

С точки зрения аэродинамики двухмачтовые и многопарусные вооружения невыгодны – их паруса работают в ветровой тени друг друга. Однако, на длинных байдарках и многокорпусниках двухмачтовые вооружения вполне себя оправдывают. В качестве примера рассмотрим тримаран М.Ю. Глана на основе байдарки (рис. 1-6), который хорошо себя зарекомендовал в походах и становился победителем парусно-туристских регат в классе “Тримаран-4,5 м²”.

На байдарке стоят два одинаковых паруса типа “Стриж” площадью по 2,25 м². Грот-мачта стоит в самом конце кокпита, а фок-мачта – в самом начале, т. е. паруса разнесены на большое расстояние и почти не мешают работе друг друга. Паруса сшиты из слабого “перьевого тика”, но сделаны двухслойными и имеют хорошую форму. (Чем меньше парус, тем проще сделать его совершенным). Мачты свободностоящие, вставляются в специальные стаканы, закрепленные на усиленных шпангоутах в оконечностях кокпита. Корпус не имеет дополнительного усиления, но не скручивается винтом при энергичном откренивании судна экипажем, ибо матрос и рулевой откренивают каждый свой небольшой парус и просто не возникает значительного момента, скручивающего байдарку. Паруса не рифятся. При усилении ветра на острых курсах используют высокую жесткость парусов и возможность ставить их на шквалах во флюгерное положение, а при сильных попутных ветрах грот опускают и идут под одним фоком.

При двухмачтовом вооружении с двумя далеко разнесенными по длине яхты парусами появляется возможность добиться управляемости и даже самонастраиваемости яхты при движении разными курсами без помощи руля. Когда в походе по Каспийскому морю хлесткие волны все же снесли руль другой байдарки с таким же вооружением (на морские условия байдарки не рассчитаны!), тримаран продолжал уверенно маневрировать под одними парусами.

На регатах хорошо себя показал воронежский катамаран с двумя подобными парусами, но гораздо большей площади и разнесенными не по длине, а по ширине судна.

Из других многопарусных вооружений можно отметить катамараны с большим количеством стакселей, сделанные по типу знаменитых катамаранов братьев Эглайсов. Однако, что хорошо для одних судов и для одних условий плавания, то не всегда подходит для других. Целесообразность такого вооружения на легких разборных яхтах, имеющих недостаточно жесткие корпуса, сомнительна. Несмотря на обилие парусины, в гонках эти катамараны ходили плохо, т.к. уже в средние ветра начинали сказываться малая жесткость и плохая управляемость стакселей. Проходить мимо этих катамаранов на дистанции гонок было просто опасно из-за невозможности предугадать, куда в следующий момент устремится судно, часть парусов которого тянет в одну сторону, другая – в другую, а остальные громко полощут по ветру. Экипаж при этом полностью поглощен ловлей, выбиранием и закреплением многочисленных шкотов. Этот пример еще раз доказывает, что для малых яхт с немногочисленным и не очень квалифицированным экипажем качество парусов и простота управления ими гораздо важнее их суммарной площади.

§ 9. Типы гротов

На разборных судах было опробовано большинство известных типов гротов, в том числе и экзотических. Туристы-парусники много экспериментируют. Объясняется это малой стоимостью небольших парусов и отсутствием каких-либо ограничений на их конструкцию. Интересный экспериментальный парус можно за день-два склеить из дешевой пленки и испытать его на временном рангоуте на ближайшем к дому водоеме.

В любительских условиях судостроитель волен сделать себе любой парус, но желательно делать его с открытыми глазами, заранее предвидя достоинства и недостатки будущего паруса, ориентируясь в других конструкциях, и не изобретать оригинальных велосипедов с деревянными колесами.

Существуют объективные критерии совершенства парусов:

Эффективность паруса, чем она выше, тем при данном весе и сложности конструкции яхта будет быстроходней, или, если подходить с другой стороны, при заданной ходкости парус можно делать меньшей площади, что прямо снижает вес яхты и упрощает ее конструкцию.

Управляемость и степень жесткости паруса, его способность работать при резких усилениях ветра, т.е. безопасность паруса.

Высота центра парусности, которая определяет величину кренящего (опрокидывающего) момента и требуемые остойчивость и прочность яхты.

Удобство и быстрота постановки и уборки паруса.

Возможность быстрого рифления паруса и эффективность его работы в зарифленном виде.

Сложность конструкции и прямо связанные с ней надежность в работе и время сборки-разборки парусного вооружения.

Удобство в эксплуатации, влияние на обитаемость судна.

Вес.

Выбирая конкретную конструкцию паруса и оценивая его, надо помнить, что создать идеальный парус невозможно. Реальный парус – это всегда компромисс между многими противоречивыми требованиями, которые к нему предъявляют.

Ниже описаны некоторые типы гротов. Знакомство с ними поможет читателям выбрать себе парус по вкусу или создать свою оригинальную конструкцию, творчески используя имеющийся опыт, – на паруса выдается не меньше патентов, чем на велосипеды...

Прямые паруса (рис. 9-1) расположены симметрично относительно мачты. Они просты по конструкции, имеют низкий центр парусности, быстро опускаются и поднимаются, хорошо работают на курсе фордевинд. Но у прямых парусов линия действия их аэродинамической силы проходит несколько наветреннее мачты или другой оси их вращения, поэтому при отданных шкотах парус стремится развернуться поперек ветра и развить максимальную тягу. Во время резких порывов бокового ветра прямой парус выполняет этот маневр при малейшей невнимательности рулевого. Прямой парус невозможно обезветрить, поставив его вдоль ветра, даже если четко работать двумя шкотами и двумя верхними брасами.

Рис. 9-1. Прямые паруса.
а – традиционный прямой парус; б – треугольный прямой парус. 1–брас. 2–шов, соединяющий полотнища паруса. 3–риф-штерт. 4–шкот.

Совершенно неудовлетворительная управляемость прямых парусов ограничивает их применение. Изредка очень небольшие прямые паруса, площадью не более 1,5 м², ставят на байдарках в качестве импровизированных вспомогательных парусов для курсов фордевинд и полный бакштаг. Уже на остром бакштаге прямые паруса становятся опасными.

Шпринтовые паруса (рис. 9-2) тоже часто используют как импровизированные вспомогательные паруса. Они являются косыми парусами – сами встают во флюгерное положение при потравливании шкота и вполне работоспособны. Однако, большим недостатком паруса, показанного на рис. 9-2, а, является то, что при работе вся нижняя задняя часть паруса заворачивается шкотом на ветер. Это провоцирует непроизвольные повороты через фордевинд и в то же время затрудняет выполнение этих поворотов по желанию рулевого. При прохождении судном линии ветра рулевой выбирает шкот и ставит нижнюю часть паруса вдоль судна. Верхняя часть паруса остается лежать на прежнем галсе – парус скручивается восьмеркой. Только когда судно достаточно приведется на новом галсе, ветер ударит по передней стороне верхней части паруса и она рывком перейдет на новый галс. При этом перенапрягается мачта, а судно может опрокинуться.

Рис. 9-2. Шпринтовые паруса.
а – простейший вспомогательный парус; б – парус швертбота “Оптимист”.
1 – шпринтов. 2 – короткая лата. 3 – гик. 4 – оттяжка гика.

Шпринтовый парус повышенной жесткости, показанный на рис. 9-2, б, имеющий гик и эффективную оттяжку гика, гораздо совершенней и может работать даже на острых курсах. Его иногда применяют на парусно-гребных судах.

Рейковые полубалансирные паруса (рис. 9-3) являются одними из наиболее совершенных парусов для полных курсов и успешно используются на байдарках и других парусно-гребных судах. Жесткость и управляемость рейковых парусов становятся вполне удовлетворительными, если их нижние шкаторины крепить к гику, а гик оттягивать вниз с помощью оттяжки гика (рис. 9-3, б). Паруса с гиками по нижней шкаторине надо поднимать на такую высоту, чтобы гик свободно проходил над головой матроса и не мог травмировать его при поворотах через фордевинд.

Рис. 9-3. Рейковые паруса.
а – грот байдарки “Нептун”;
б – рейковый вспомогательный парус; в – рейковый парус со средним положением гика.

Чтобы увеличить жесткость паруса и несколько уменьшить высоту центра парусности, гик рейкового паруса можно упирать в мачту не у галсового угла, а несколько выше (рис. 9-3, в). В этом случае галсовый угол паруса можно опустить прямо до палубы. Эффективной оттяжкой гика будет служить нижняя шкаторина паруса. (Такой парус площадью 4 м², построенный автором в качестве аварийного движителя для моторной лодки, так понравился владельцам лодки, жителям Заонежья, что они стали регулярно заменять моторные плавания на парусные.)

Рейковые паруса являются полубалансирными, часть их площади находится с наветренной стороны мачты (вертикальной оси вращения). Полубалансирность уменьшает приводящий момент паруса на полных курсах и уменьшает момент, скручивающий парус винтом.

Треугольный полубалансирный парус(рис. 9-4) имеет более высокую мачту, чем у рейковых парусов, зато у него более низко расположен центр парусности, а верхняя часть паруса менее массивна и имеет меньший момент инерции. Треугольные паруса быстро и просто поднимаются и опускаются и уверенно работают вплоть до курса полный бейдевинд. Это одни из лучших парусов для парусно-гребных лодок. Для повышения качества паруса его можно сделать с небольшим горбом по задней шкаторине и подкрепить заднюю часть паруса короткими латами (рис. 9-4, б). Самую верхнюю узкую часть паруса обрезают и вводят фаловую дощечку или небольшой верхний реек.

Рис. 9-4. Треугольные полубалансирные паруса.
а – простейший; б – для парусно-гребных байдарок.

Парус кроится с центральным швом – полотнища идут перпендикулярно передней и задней шкаторинам. Передняя шкаторина кроится со значительным отрицательным серпом.

Парус Н.И. Пушкина (рис. 9-5, а). Если треугольный полубалансирный парус поставить на Л-образную мачту, то его можно использовать и на лавирующих судах – в этом случае при поворотах оверштаг уже не придется вручную переносить парус на подветренную сторону мачты.

Силовой каркас паруса образуется рейком и двумя туго натянутыми тросиками-булинями передней и задней шкаторин. На этот треугольный каркас опирается парусина. Для обеспечения необходимого натяжения шкаторин нижний реек оттягивается вниз с помощью тали. При площади паруса 4,5 м² таль рассчитывают на усилие до 50 кгс. Переднюю шкаторину делают с отрицательным серпом, заднюю шкаторину можно делать с отрицательным серпом или с небольшим горбом, подкрепленном короткими латами. Пузо регулируется изменением натяжения нижней шкаторины вдоль рейка и изменением натяжения оттяжки рейка, при этом меняются площади положительного нижнего горба паруса и отрицательного серпа по передней шкаторине.

Рис. 9-5. Лавировочные полубалансирные паруса. а – парус Н.И. Пушкина; б – ромбовидный парус. 1–штаг. 2–ахтерштаг.

При рифлении нижняя часть парусины накручивается на реек (или подтягивается к нему) и фиксируется риф-штертами.

На острых курсах парус Н.И. Пушкина уступает лучшим лавировочным парусам, поскольку имеет длинную горизонтальную нижнюю шкаторину и, соответственно, большое индуктивное сопротивление. Зато он быстро поднимается, опускается и рифится.

Ромбовидный полубалансирный парус (рис. 9-5, б) устроен и работает так же, как и предыдущий парус, но для уменьшения индуктивных потерь его форма сделана ромбовидной. Реек заменен двойным изогнутым гиком-уишбоном, который крепится к парусу в галсовом и шкотовом углах. Кроится парус с центральным швом, долевые нитки идут перпендикулярно передней и задней шкаторинам. Галсовый и шкотовый углы – 90°. Наветреннее оси вращения может находиться до 20% площади паруса.

Этот парус успешно использовали и как стаксель.

На широких многокорпусниках два ромбовидных паруса можно поднимать на однодревой мачте, их нижние углы крепятся по бортам судна. На регатах неплохо ходили тримаран и катамаран с такими “бортселями” большой площади.

По этому же принципу можно попробовать усовершенствовать треугольные “пирамидальные паруса” Джозефа Норвуда.

Латинские паруса (рис. 9-6) имеют очень низкую мачту – это их основное достоинство. Они быстро опускаются и поднимаются, достаточно жесткие и управляемые. Латинские паруса особенно удобны для парусно-гребных судов – при движении на веслах короткую мачту можно не убирать.

Рис. 9-6. Латинские паруса.
а – парус арабской фелюги; б –микронезийский парус с двумя рейками, шарнирно соединенными в галсовом углу; в – латинский парус на “Л-образной” мачте; г – усовершенствованный лавировочный латинский парус

Старинные латинские паруса (рис. 9-6, а), которые использовались на арабских грузовых доу, на фелюгах, каравеллах и других судах, имеют невысокую жесткость и на них затруднена смена галсов. На разборные суда ставят другую разновидность латинских парусов – с двумя рейками, шарнирно соединенными в галсовом углу (рис. 9-6, б).

Использованию латинских парусов на лавировке препятствует то, что на одном из галсов они “перерубаются” мачтой, отчего их форма  резко искажается. Эта проблема решаема. Л.Р. Мороз, долго работавший с этими парусами, демонстрировал на Парусном берегу интересные устройства, позволяющие при поворотах оверштаг очень просто и даже автоматически заводить галсовый угол латинского паруса на подветренную сторону мачты. Но они не прижились. На разборных парусниках все “дополнительные” механизмы справедливо считаются лишними. (“Чем меньше “кибернетики” – тем меньше проблем в плавании!!”)

Усовершенствованный латинский парус (рис. 9-6, в, г). Если латинский парус поднимать на Л-образной мачте, особенно удобной для лавирующих катамаранов и тримаранов, он будет сохранять правильную форму на обоих галсах. Для обеспечения высокой жесткости паруса рейки делают достаточно прочными. В случае использования слабой хлопчатобумажной парусины ноки рейков соединяют булинем из стального тросика. Рейки и туго натянутый булинь образуют почти не скручивающийся треугольный каркас паруса, который служит опорой для парусины. При пошиве паруса из лавсана булинь не нужен – достаточно прочности самой парусины.

Нижний реек оттягивается вниз с помощью мощной тали. Чем сильнее набивается оттяжка нижнего рейка, тем сильнее изгибаются дугой нижний и верхний рейки. В образующиеся горбы по передней и нижней шкаторинам паруса уходит часть парусины, которая до этого шла на образование пуза, и парус уплощается. Одновременно повышается его жесткость из-за увеличения натяжения задней шкаторины. Такой парус может уверенно работать при сильных ветрах и на шквалах. В предельном случае его можно сделать совершенно плоским и во флюгерном положении он не будет заполаскивать.

Для повышения К паруса его рейки помещают в широкие карманы-обтекатели шириной 4-6 диаметров рейка. Заднюю шкаторину паруса выгоднее делать прямой или слегка выпуклой и подкреплять ее короткими латами (рис.9-6, г).

“Л-образная” мачта раскрепляется одним или двумя штагами и двумя вантами.

Лавировочные качества описанного паруса удовлетворительные – катамаран автора “Альтаир” с латинским лавсановым гротом 5,5 м² (рис. 2-6) даже становился победителем клубной регаты.

Гафельные паруса традиционной конструкции (рис. 9-7, а) имеют невысокую эффективность на острых курсах из-за своих длинных горизонтальных шкаторин. В первой трети 20 века они были вытеснены с гоночных яхт бермудскими гротами. В последнее время интерес к гафельным парусам возрождается, их конструкции делаются на новом, более высоком уровне, в литературе даже появился термин “современные гафельные паруса”.

Рис. 9-7. Гафельные паруса.
а – традиционной конструкции; б – гафельный парус большого удлинения, с мачтовым карманом и гиком-распоркой; в – парус-крыло Е.С. Кузнецова.
1–эренс-бакштаг, 2–дирик-фал, 3–гардель, 4–оттяжка гафеля, 5–ромбо-ванта.

Например, парус (рис. 9-7, б), под которым автор успешно выступал в гонках, имеет удлинение l=4 и высокую степень жесткости. Нижняя, задняя и верхняя шкаторины скроены по прямым ниткам утка и основы парусины, что облегчает пошив паруса без морщин и обеспечивает стабильность его формы во времени. Мачта и гафель помещены в широкие карманы-обтекатели. Короткий гафель поставлен с большим подъемом к нок-бензельному (заднему-верхнему) углу для уменьшения индуктивных потерь в верхней части паруса. Чтобы мачта не выступала выше гафеля, он фиксируется в рабочем положении не дирик-фалом, а оттяжкой гафеля, при этом решении дополнительно повышается и жесткость паруса.

Гик можно делать традиционной конструкции – вдоль нижней шкаторины и с мощной оттяжкой гика, но выгодней заменить его горизонтальным изогнутым гиком-распоркой. На пятке гик-распорка имеет вилку, которой он упирается в мачту. В мачтовом кармане для прохода вилки имеется небольшой вырез. Нижняя шкаторина в этом случае выполняет роль эффективной оттяжки гика.

Пузо в верхней части паруса постоянное – около 3%, а в средней и нижней частях регулируется в широких пределах перемещением шкотового угла паруса вдоль гика с помощью тали, соединяющей шкотовый угол и нок гика.

Гафельные паруса используют на парусно-гребных судах, которые большую часть маршрута проходят под парусами (рис. 1-3) – на курсах, близких к галфвинду, они эффективней всех других парусов, и на лавирующих судах, стилизованных под старину.

Парус-крыло Е.С. Кузнецова (рис. 2-9 и 9-7, в). Дальнейшее развитие идей гафельных гротов привело к появлению очень высоких и жестких парусов-крыльев с расположением гика посередине паруса. Жесткость паруса достигается тем, что гик, гафель и нижний гик могут вращаться только синхронно, вместе с мачтой. Аэродинамическая закрутка верхней и нижней частей паруса обеспечивается за счет упругих деформаций и дозированных люфтов в узлах соединения деталей рангоута. Пузо в районе гафеля и нижнего гика постоянное и небольшое. Посередине, в районе гика, оно может достигать 15%. Регулировать пузо можно с помощью тали на ноке гика, но на данном парусе оно регулировалось путем изменения длины передней телескопической краспицы мачты при постоянной длине передней ромбованты. Чем краспица короче, тем мачта сильней прогибается вперед и уплощает парус. Снасть, регулирующая длину краспицы, выведена к шпору мачты на специальный рычаг, имеющий шесть фиксированных положений на разные величины пуза. Длинная задняя шкаторина делится гиком на две самостоятельные короткие части, что позволяет делать ее натяжение небольшим. Катамараны Е.С. Кузнецова с различными парусами этого типа, в том числе и рифящимися, и с загнутой назад мачтой становились победителями туристских регат.

При желании высокие гафельные паруса можно делать с горбами по задним шкаторинам и эллипсовидными.

Парус с гафелем-латой (рис. 9-8). Классический гафельный парус в слабые ветра дополнялся “топселем” – треугольным парусом, который растягивался между гафелем и верхней частью мачты. Топсель, использующий более сильный верховой ветер, дает существенную прибавку тяги и снижает индуктивное сопротивление верхней части гафельного грота. Но для его подъема требуются три снасти с довольно сложной проводкой.

Рис. 9-8. Парус с секционным гафелем-латой.
1 – мачта, 2 – заклепка, 3 – ликтрос, 4–ликпаз, 5–секция гафеля-латы, 6–вертикальная ось-заклепка.

Конструкцию топселя можно усовершенствовать, например, пришить его к гроту, ликвидировав тем самым щель между гротом и топселем, и убирать его в пространство между полотнищами двухслойного грота. В этом случае получается простой парус, рифящийся за несколько секунд. Для подъема и уборки топселя потребуется лишь одна снасть – кольцевой топсель-фал.

Широкое распространение получил другой вариант – топсель и однослойный гафельный грот составляют единое целое, т.е. получается вариант бермудского грота с очень большим горбом в верхней части. Рифится он как обычный грот – путем уборки в “колбаску” своей нижней части. В простейшем случае гафель заменяют прочной и жесткой сквозной латой.

Более совершенную конструкцию предложил А.П. Родичев. Горизонтально расположенная лата-гафель, помещенная в широкий лат-карман, сделана из отрезков труб с 3 вертикальными шарнирами, чтобы в районе латы парус был не плоским, а имел стабильное пузо – около 5%. Такая лата при сохранении криволинейности на обоих галсах способна выдерживать значительные сжимающие нагрузки, которые возникают при сильном натяжении задней шкаторины.

Парус “гуари” (рис. 9-9, вверху). Для снижения индуктивного сопротивления паруса выгодно наращивать его передний горб, как это сделано у крыльев птиц. Индуктивное сопротивление значительно снижается из-за того, что воздух в верхней части паруса не может перетекать с наветренной стороны на подветренную – этому препятствует большой напор потока воздуха, атакующего парус. С этой точки зрения интересна форма старинного паруса “гуари”.

Рис. 9-9. Парус “гуари” (вверху) и парус с опускаемой изогнутой стеньгой. Справа – реальный парус Г.А. Лисина.
1–опускаемая изогнутая стеньга в кармане-обтекателе, 2–ванта, 3–штаг.

Парус Г.А. Лисина (рис. 9-9). В нем, по сравнению с “гуари”, сделано принципиальное усовершенствование – верхний реек выполнен изогнутым (его можно рассматривать и как изогнутый гафель или изогнутую стеньгу). Форма верхней части паруса еще больше приблизилась к эллипсовидной.

Усовершенствован узел крепления опускаемой стеньги к мачте. Стеньга приваривается к короткой втулке, которая может свободно скользить по мачте вверх-вниз при уборке и подъеме паруса. В верхней части втулки есть паз с ловителем, которым она находит при подъеме паруса на головку болта на топе мачты. В дальнейшем изогнутая стеньга может вращаться только синхронно с мачтой и гиком, что предотвращает скручивание паруса винтом. Аэродинамическая закрутка его верхней части обеспечивается за счет дозированных люфтов и гибкости стеньги.

При такой конструкции удается сделать по всей передней шкаторине паруса карманы-обтекатели для мачты и стеньги, и в то же время обеспечить низкое положение точки крепления вант и штага к мачте, что позволяет обойтись без краспиц и ромбовант. (Напомним, что устойчивость мачты при нагружении ее сжимающими нагрузками от вант и штага зависит от квадрата ее свободной длины – расстояния от степса до точки крепления вант и штага.) Рифится парус путем уборки в “колбаску” его нижней части.

Эффективность паруса на всех курсах высокая. На штаге можно поднимать стаксель при поднятом и опущенном гроте.

Парус Люнгстрема (рис. 9-10) применялся в 30-х годах на быстроходных “шхерных крейсерах”. Парус двухслойный, два одинаковых полотнища сшиты только по передней шкаторине, которая имеет ликтрос, входящий в ликпаз на передней стороне мачты. Мачта свободностоящая, не имеет штагов и вант и может свободно вращаться вместе с парусом вокруг своей оси. Гиков нет. Пузо паруса регулируется изменением натяжения и направления действия шкотов, как у стакселей. Рифят парус, вращая мачту и наматывая на нее излишнюю часть парусины – быстрота рифления паруса очень важна при плаваниях в шхерах.

Рис. 9-10. Парус Люнгстрема.

При попутных ветрах полотнища паруса раскрывают “бабочкой”, в один ромбовидный парус. Возможность быстрого рифления паруса путем наматывания части парусины на мачту сохраняется и в этом случае, что дает преимущество парусу Люнгстрема перед другими парусами, в частности перед спинакерами. При случайном ударе ветра в переднюю поверхность развернутого в ромб “прямого” паруса он сам складывается в “косой” треугольный и остается вполне безопасным.

Парус Н.И. Боркуна (рис. 9-11). При использовании паруса Люнгстрема на лавирующих разборных судах выяснилось, что степень его жесткости хотя и значительно выше, чем у стакселей (из-за наличия мачты по передней шкаторине), но все же недостаточна для туристских походов. Н.И. Боркун, использовав идеи Хаслера, усовершенствовал парус Люнгстрема и успешно выступал на нем в соревнованиях. Прежде всего, здесь введены гики с мощными регулируемыми по длине оттяжками гиков. Шкотовые углы каждого полотнища паруса соединяются каждый со своим гиком только в шкотовом углу посредством металлического кольца, которое может скользить по гику при наворачивании парусины на мачту при рифлении и уборке паруса. От колец к блокам на ноках гиков идут снасти для регулировки пуза каждого из полотнищ паруса, далее они вдоль гиков выводятся к мачте. Чем сильней набиты эти снасти, тем меньше пузо. Положение топа мачты относительно судна фиксируется штагом, ахтерштагом и двумя топовыми вантами. Чтобы мачта могла свободно вращаться при наматывании на нее парусины, в степсе, на топе и в узле крепления гиков устроены подшипниковые узлы.

Рис. 9-11. Парус Н.И Боркуна.
1 – топовый подшипник, 2 – подвижное кольцо крепления шкотового угла правого полотнища паруса к гику, 3 – правый гик, 4 – гика-шкоты, 5 – снасть для регулировки пуза паруса.

Этот парус сохраняет все преимущества паруса Люнгстрема и в то же время обладает более высокой степенью жесткости, что повышает его эффективность и управляемость.

Бермудские гроты (рис. 9-12).Конструкции бермудских гротов в настоящее время являются наиболее отработанными, изученными и очень широко описаны в литературе. Не рассматривая их подробно, отметим лишь несколько моментов, важных именно для разборных туристских парусных судов.

Прежде всего остановимся на распространенной ошибке – использовании упрощенных бермудских гротов (рис. 9-12, а) в качестве вспомогательных парусов для байдарок. По всем своим показателям они уступают хорошим вспомогательным парусам для полных курсов, в частности – рейковым и гафельным. У них более высокая мачта и более длинная задняя шкаторина, которую трудно набить достаточно туго. Владельцы таких парусов, стремясь понизить центр парусности, иногда опускают гик до уровня фальшборта, и он, при непроизвольных поворотах через фордевинд, может травмировать членов экипажа.

Лавировочные бермудские паруса крепят к мачтам с помощью ликтроса, пришитого к передней шкаторине, который передвигается в ликпазе приклепанном к мачте из труб. Петербургские туристы показали на московских регатах несколько катамаранов с парусами до 7м² с широким карманом-обтекателем мачты.

Силовые рамы бермудских гротов для лавирующих судов могут быть автономными (рис. 9-12, б) и завязанными с корпусом (рис. 9-12, в). В первом случае оттяжку гика ведут к шпору мачты. Жесткость такого паруса не зависит от жесткости корпуса яхты, и его можно ставить даже на надувные лодки. Правда, при этом варианте, из-за малого расстояния между точками крепления к мачте вертлюга гика и оттяжки гика, трудно обеспечить необходимое натяжение задней шкаторины.

Рис. 9-12. Бермудские гроты.
а – простейший вариант; б – грот с автономной силовой рамой; в – грот с погоном гика-шкота, корпус завязывается в силовую раму паруса.

Во втором случае применено более эффективное решение – оттяжка идет не к мачте, а к специальному погону на палубе судна. При этом удается обеспечить требуемое натяжение задней шкаторины и парус получается достаточно жестким. Погон делают в виде согнутого по радиусу рельса, закрепленного на палубе. По рельсу катается каретка оттяжки гика. При радиусном погоне расстояние между гиком и погоном остается постоянным при разных положениях паруса. Высокая эффективность такой оттяжки позволяет делать бермудские гроты в виде высоких и жестких парусов-крыльев. Суда с подобными парусами успешно выступают на регатах.

В упрощенном варианте радиусный погон заменяют тросом, туго натянутым между бортами судна. Правильность работы оттяжки в этом случае заметно нарушается.

Часто применяют компромиссное решение, когда функции оттяжки гика частично выполняет гика-шкот. Его проводят через систему блоков, часть которых закреплена на палубе или на днище яхты в ее диаметральной плоскости. Результаты при этом получаются средними – парус работоспособен, но все же заметно скручивается винтом, особенно на полных курсах.

Форма бермудских гротов “ложкообразная” со смещением максимума пуза к мачте и гику. Ложкообразная поверхность парусов, сшитых из жесткого лавсана или дакрона, не разворачивается в плоскость, поэтому на них затруднена регулировка величины пуза. В небольших пределах пузо регулируют, изменяя величину изгиба гика в его средней части за счет натяжения шкота, который крепится к средней части гика с помощью разрезного бугеля, и изгиба мачты развитым стоячим такелажем, часть снастей которого используется не для поддержания мачты, а именно для ее изгиба в соответствующем месте. По передней и нижней шкаторинам образуются горбы, куда и уходит часть парусины, которая до этого шла на образование пуза.

Однако, при жесткой парусине упрощенные варианты такого способа регулировки пуза недостаточно совершенны. Например, при регулировке паруса олимпийского гоночного швертбота “Финн” гик сильно оттягивают вниз. Соответственно изгибается мачта и пузо паруса уменьшается, но при этом нарушается вся геометрия паруса и он перекашивается. В фаловом и шкотовом углах появляются целые семейства крупных морщин и даже фалд.

Ложкообразные паруса из гораздо более эластичных хлопчатобумажных тканей имеют больший диапазон регулировки пуза, чем лавсановые и дакроновые.

Бермудские гроты делают с горбом по задней шкаторине и подкрепляют их набором коротких и сквозных лат. Наличие горба уменьшает фактическое скручивание паруса винтом в средней части (рис. 7-4), а короткие латы выгодно уплощают заднюю часть парус.

Сквозные латы фиксируют форму паруса в плане и значительно повышают жесткость самой парусины – препятствуют ее заполаскиванию при работе на малых углах атаки и во флюгерном положении. Но они не уменьшают склонности паруса скручиваться винтом и не увеличивают стабильности величины пуза. При усилении ветра жесткости лат оказывается недостаточно и парус излишне прогибается под ветровой нагрузкой. При ослаблении ветра, наоборот, сквозные латы вредно уплощают парус. Выход возможен в использовании нескольких комплектов лат, рассчитанных на разные ветра, но на это туристы обычно не идут. У них ярко выражена тенденция к максимальной простоте и лаконичности конструкций.

Рифят бермудские гроты путем уборки в “колбаску” нижней части паруса и стягивания ее риф-штертами. Очень удобны “патент-рифы”.

Для любителей существенным недостатком бермудских гротов является сложность их пошива. Передняя, нижняя и задняя шкаторины всего ложкообразного паруса и боковые стороны каждого из его полотнищ выкраиваются по лекальным кривым. Форма этих кривых определяется парусным мастером опытным путем по мере накопления статистики при пошиве парусов определенного типа, из определенного материала и для определенного рангоута.

В литературе имеется много чертежей бермудских гротов, иногда их раскрой дается с точностью до 1мм. Пользоваться такими чертежами надо осторожно, ибо сшитый по ним парус будет хорошо стоять на рангоуте и хорошо работать только при условии, что все другие элементы, определяющие его рабочую форму (тип силовой рамы паруса, мачта и ее гибкость в разных местах, гибкость гика, конструкция оттяжки гика и характеристики парусины), будут точно соответствовать описанной конструкции. Поэтому любители стремятся приобретать готовые бермудские гроты от небольших гоночных швертботов. Приобретать парус надо вместе с рангоутом, на который он сшит, или делать самодельный рангоут, соответствующий по характеристикам штатному.

Парус лодки “Скиф” (рис. 9-13, а), применявшийся на североамериканских промысловых лодках еще в конце 19 века (гонки под ним сочно описаны Джеком Лондоном), имеет целый ряд устаревших решений и не может конкурировать с современными лавировочными парусами, но большой интерес представляет принципиально новое решение – гик отсоединен от нижней шкаторины паруса, а его пятка крепится к мачте штертом значительно выше галсового угла. Нижняя шкаторина начинает работать как оттяжка гика. В самой широкой части парус имеет правильную форму, не искаженную гиком (правда, лишь на одном из галсов, на другом галсе прямой гик “перерубает” парус). Появляется возможность оперативнойрегулировки пуза паруса путем перемещения его шкотового угла вдоль гика. Интересно отметить, что американские рыбаки на самом “Скифе” эту возможность не использовали.

Рис. 9-13. Парус лодки “Скиф” (слева) и простейший вариант паруса “Стриж”.

В дальнейшем идея отсоединения гика от нижней шкаторины паруса была использована на других парусах – рейковых, гафельных, “Стрижах” и виндсерферовских.

Паруса типа “Стриж”

Наряду с бермудскими гротами эти паруса наиболее часто применяют на лавирующих разборных судах. В парусной литературе их описаний нет, а в печатных упоминаниях о “Стрижах”, в их оценках и трактовках много путаницы и ошибок, поэтому остановимся на этих парусах подробней.

Первый “Стриж” (рис. 9-13, б), продемонстрированный автором в 75 г. на парусных туристских регатах в Москве и Ленинграде, явился результатом попыток создать более эффективный и более жесткий парус, чем бермудские гроты, с более широкими возможностями регулировок пуза на различные ветра, и в то же время гораздо более простой в изготовлении в условиях “домашних верфей”, доступный даже начинающим парусным мастерам.

В дальнейшем парусу повезло. Его эффективность и простота были сразу оценены и за его совершенствование и дальнейшую разработку взялись более десятка самодеятельных конструкторов. Имелись идеальные условия конкурентной борьбы с парусами других типов, в первую очередь с бермудскими гротами, в том числе и лавсановыми. Новые паруса весной испытывались в гонках, летом в походах, переделывались, совершенствовались – направление оказалось широким, и осенью снова испытывались в гонках. Через несколько лет появилось целое семейство различных “парусов типа “Стриж”, приспособленных для разных условий плаваний, разных судов и разной парусины – хлопчатобумажной и лавсановой. Их общими чертами являются: треугольная форма с высоко поднятым шкотовым углом и гиком-распоркой, большие диапазоны регулировок пуза, автономно работающая силовая рама и наличие широких обтекателей мачты или изготовление парусов двухслойными.

(Крепление паруса к мачте с помощью кармана-обтекателя упрощает конструкцию мачты, исключает заедание паруса на мачте при его спуске и подъеме, и, самое главное, существенно повышает аэродинамическое качество паруса. Однако, в конструкции “Стрижей” догм нет. Когда это выгодно, “Стриж” крепят к мачте с помощью ликтроса и ликпаза в мачте.)

В журнале “Катера и Яхты” высказывалось мнение, что центр парусности “Стрижей” расположен выше, чем у бермудских парусов той же площади, и они имеют больший опрокидывающий момент. Однако, достаточно взглянуть на рис. 9-14, чтобы убедиться, что при площади парусов до 7м² центр парусности выше у бермудских гротов при условии, что нижние шкаторины парусов подняты над головами членов экипажа.

Рис. 9-14. Сравнительные размеры бермудского грота и паруса “Стриж”. S = 7м2; l = 4,16.

Парус “Стриж” с прямой мачтой

Особенности работы “Стрижей” удобно рассмотреть на нетянущемся лавсановом или дакроновом парусе с жесткой прямой мачтой (рис. 9-15, а).

Рис. 9-15. Регулировка пуза паруса “Стриж”.
а – с “прямой мачтой!”; б – с “гибкой мачтой” .
1 – таль шкотового угла. 2 – гик. 3 – снасть для регулировки пуза.

Соотношение длин шкаторин обычно берут как 5:4:3, теоретическое удлинение при этом составляет l = 4,16. Шкотовый угол прямой (90°). Полотнища паруса расположены перпендикулярно задней шкаторине, нижняя шкаторина идет вдоль ниток основы парусины, а задняя шкаторина вдоль ниток утка. Вдоль задней шкаторины парусину подворачивают и прошивают один раз, вдоль нижней – два раза. При таком крое парус легко сделать без морщин, он не растягивается под нагрузкой и хорошо сохраняет свою форму во времени.

Между ноком гика и шкотовым углом паруса делается таль для регулировки пуза (рис. 9-15, поз. 1 и рис. 19-10), позволяющая изменять расстояние между мачтой и шкотовым углом паруса. Ходовой конец тали выводится к утке или стопору на мачте.

Парус имеет форму части поверхности цилиндра, поэтому он кроится плоским. Плоским он остается и в рабочем положении при выбранной “в тугую” тали шкотового угла. Если таль потравить, то шкотовый угол приблизится к мачте и парус прогнется под ветровой нагрузкой, примет форму части поверхности цилиндра. Таким способом изменяют пузо паруса в пределах 0–15% без какого-либо искажения его формы, т.е. без перекашивания паруса, без появления мелких морщин и крупных фалд. Максимум пуза находится ближе к середине паруса. Всю заднюю часть паруса уплощают короткими латами.

В районе гика, в самой широкой своей части, парус имеет наиболее правильную и стабильную форму, наибольшее пузо, наибольший угол атаки и развивает максимально возможную тягу. Пузо не может самопроизвольно увеличиться под ветровой нагрузкой, т.к. расстояние между шкотовым углом и мачтой четко фиксируется талью шкотового угла. Условия обтекания средней части паруса наиболее благоприятные – здесь поток воздуха труднее срывается в завихренный, чем в оконечностях паруса. (Для сравнения можно вспомнить, как неэффективно работает самая широкая нижняя часть бермудского грота.)

Такой “Стриж” на всех режимах работы имеет автоматически создающуюся правильную аэродинамическую закрутку. По направлению к фаловому и галсовому углам пузо паруса и его угол атаки постепенно уменьшаются, как у части поверхности цилиндра, что очень выгодно для снижения индуктивного сопротивления паруса. Дополнительно индуктивное сопротивление уменьшается из-за большого наклона к горизонтали нижней шкаторины – фактически она становится второй задней шкаториной.

Нижняя шкаторина выполняет роль оттяжки гика, а так как расстояние между вертлюгом гика и галсовым углом очень большое, а длина задней шкаторины значительно меньше, чем у бермудского грота той же площади, то требуемую жесткость паруса удается обеспечить при гораздо меньших силах в системе мачта-гик-оттяжка.

При работе “Стрижей” со значительным пузом нагрузка от шкота, частично направленная вниз, вредно выпрямляет заднюю шкаторину. Поверхность паруса становится уже не частью поверхности цилиндра, а частью поверхности конуса — аэродинамическая закрутка в верхней части уменьшается, а в нижней увеличивается. Так как вверху вымпельный ветер всегда дует сильнее (а значит и полнее), чем внизу, то такое изменение формы паруса нежелательно. Чтобы этого не происходило и чтобы можно было управлять этим процессом, вводят дополнительную снасть для регулировки положения нока гика по высоте – топенант. Его ведут от нока гика к блоку на топе мачты и далее вдоль мачты вниз к утке или щелевому стопору у степса.

У “Стрижей” по задним шкаторинам можно делать небольшие горбы, но это не является обязательным. Напомним, что на бермудских гротах горбы делают, чтобы увеличить ширину паруса в верхней части и увеличить тем самым отношение ширины паруса к диаметру мачты. Но даже в этом случае верхняя узкая часть бермудского грота (по Ч. Мархаю – примерно на 15% длины передней шкаторины) выпадает из работы по созданию подъемной силы, т.к. обтекается потоком, сильно завихренным мачтой. “Стрижи” имеют обтекатель мачты и могут эффективно работать по всей своей высоте, поэтому заднюю шкаторину на них чаще делают прямой или вогнутой. Во всех трех случаях заднюю треть паруса надо уплощать с помощью коротких лат.

Ширина мачтового кармана – 4-6 диаметров мачты.

Чтобы мачта при всех режимах работы оставалась прямой, ее делают из труб большого диаметра или подкрепляют краспицами и ромбовантами.

Обычно узел краспиц объединяют с гиком. Простая конструкция, хорошо себя зарекомендовавшая на практике, показана на рис. 9-16. Гик в виде двух прямых труб объединен с краспицами в один узел. К мачте он крепится дужкой (или втулкой), которая проходит через прорези в мачтовом кармане паруса, и может скользить по мачте вверх-вниз при уборке паруса. Ромбовант три. Подобие четвертой ромбованты составляют задняя и нижняя шкаторины паруса. Верхние концы ромбовант поднимаются к топу мачты отдельной снастью или грота-фалом, дополненным топовой фаловой талью с блоками скольжения. Нижние концы ромбовант крепятся в нижней части мачты и дополнительно набиваются мягким талрепом.

Рис. 9-16. “Стриж” с прямой мачтой, подкрепленной краспицами и ромбо-вантами.
1–двойной гик, 2–парус, 3–мачтовый карман, 4–дужка или втулка с шарниром крепления краспиц к мачте,
5– ромбо-ванта, 6–краспицы, 7–мачта, 8–передняя ромбо-ванта.

Для “Стрижей” большой площади, имеющих высокие мачты и несколько систем краспиц и ромбовант можно применить решение, предложенное И.В.Горячевым (рис 9-17). К передней кромке мачты через бобышки приклепывается “П”-образный дюралевый профиль, который образует два ликпаза.

Рис. 9-17. Вариант крепления узла краспиц и стоячего такелажа к мачте.
1–мачтовый карман, 2–мачта, 3–ванта, 4–ромбо-ванта, 5–краспица (прямая или изогнутая),
6–двойной ликпаз, 7–ликтрос левого полотнища, 8–бобышка, 9–передняя ромбо-ванта. В них передвигаются ликтросы правого и левого полотнищ паруса или мачтового кармана. Через профиль и бобышки к мачте крепятся оковки для крепления штага и вант, если они не топовые, ромбовант и 2-х узлов краспиц.

Все “Стрижи”, крепящиеся к мачте с помощью ликтросов, на стоянках можно отсоединять от мачты, не опуская мачту.

Достоинство мачт с ромбо-вантами – их можно делать из труб небольшого сечения и небольшого веса. Недостаток – относительная сложность конструкции, наличие дополнительных деталей, увеличение времени сборки-разборки судна. Для многих туристов этот недостаток кажется решающим и они делают описываемые “Стрижи” с простыми мачтами, без ромбовант. Чтобы и в этом случае мачты оставались достаточно прямыми, применяют трубы большого диаметра – жесткость труб растет пропорционально кубу их диаметра. Большая толщина мачты не ухудшает работу грота, т.к. мачта находится в кармане-обтекателе.

Для средних колен мачт простых лавсановых “Стрижей” с топовыми вантами (рис. 19-11), рассчитанных на тяжелые условия работы, автором опытным путем найдены минимальные сечения труб из сплава Д16Т с толщиной стенки 2мм в зависимости от площади паруса.

Таблица 3.

При уменьшении пуза (при набивке тали шкотового угла) такие мачты прогибаются на очень небольшую величину – на несколько сантиметров и на правильности работы паруса это практически не сказывается. Но так как переднюю шкаторину таких гротов проходится кроить с небольшим положительным горбом, то на рабочих режимах максимум пуза в этом варианте перемещается от середины паруса несколько ближе к мачте, но на небольшую величину, что не препятствует таким “Стрижам” хорошо работать с большим пузом и в паре со стакселем.

Гик делается одинарным, изогнутым в горизонтальной плоскости (рис. 19-14) С мачтой он соединяется с помощью втулки с осью (рис. 19-16), что позволяет гику вращаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях и двигаться вверх-вниз по мачте вместе с парусом при его подъеме и уборке. В упрощенных вариантах гик упирается в мачту простой вилкой.

Иногда применяют двойные гики-уишбоны по типу виндсерферовских, но двойные гики при равной прочности и жесткости с одинарным гиком получаются тяжелее и имеют большее лобовое сопротивление.

Чтобы при заданной площади паруса уменьшить высоту мачты (это выгодно по многим причинам) фаловый и галсовый углы паруса “подрезают”. В верхней части мачты консольно крепится небольшой наклонный реек с двумя парами блоков – на ноке и у мачты – для проводки фала и топенанта. В нижней части мачты так же консольно крепится нижний горизонтальный реек с утками или стопорами для галс-оттяжки, оттяжки задней части подрезанного галсового угла и снасти для регулировки пуза. Рейки расположены в одной плоскости и вращаются синхронно с мачтой.

“Подрезы” несколько нарушают правильность аэродинамической закрутки паруса, но дают возможность регулировать закрутку паруса вручную. На ходу рулевой, работая шкотом, устанавливает гик и среднюю часть паруса под желаемым углом атаки, а потом, подавая рукой (или ногой) под ветер или на ветер нижний реек, уменьшает или увеличивает угол атаки в верхней и нижней оконечностях паруса.

Конкретная конструкция такого паруса, максимально упрощенного, но достаточно эффективного, подробно показана на рис. 19-9 – 19-18.

“Стриж” с гибкой мачтой

Описанные выше лавсановые “Стрижи” с прямой мачтой имеют самую правильную геометрию, эффективны в работе и просты в изготовлении, однако туристы не всегда располагают качественной парусиной и вынуждены шить паруса из бытовых хлопчатобумажных тканей. Эти ткани гораздо более эластичные, чем парусный лавсан, сильнее растягиваются под нагрузкой по утку, основе и особенно сильно по диагоналям. Такая парусина плохо держит форму части поверхности цилиндра и прогибается в “ложкообразную”, тем сильнее, чем слабее ткань.

Поэтому “Стрижи” из низкокачественной “эластичной” парусины выгодней делать с дополнительным треугольным силовым каркасом и с относительно гибкой мачтой (рис. 9-15, б). Форма этих парусов в средней части – “ложкообразная”, переходящая в оконечностях в форму, близкую к “части поверхности конуса”.

Треугольный силовой каркас, на который опирается парусина, образуют: предварительно изогнутая в пределах упругих деформаций мачта, сильно натянутые булини задней и нижней шкаторин и гик-распорка. Сильное натяжение задней и нижней шкаторин не позволяет парусу скручиваться винтом и самопроизвольно увеличивать пузо.

Заднюю и нижнюю шкаторины обычно кроят с отрицательными серпами. Но их можно делать прямыми и даже с горбами. В этом случае булини, прогнутые в сторону мачты, помещают не вдоль шкаторин, а на самой поверхности паруса в специальном кармашке (рис. 2-12). Во всех случаях заднюю треть паруса надо уплощать с помощью коротких лат.

Механизм регулировки пуза показан на рис. 9-15, б. Парус шьют так, чтобы при максимальном прогибе мачты он был плоским и сильно растянутым – почти “до звона”. Если начать травить таль шкотового угла, то булини шкаторин останутся на месте, а мачта начнет распрямляться. Высвобождающаяся из переднего горба парусина идет на образование пуза. При прямой мачте пузо максимальное – 10-12%. У “Стрижей” максимальный прогиб мачты находится в районе гика и здесь, в самой широкой части паруса, на образование пуза высвобождается наибольшее количество парусины. То есть и в этом случае сохраняется правильность геометрии паруса при регулировки его пуза – максимальное пузо находится в районе гика и постепенно уменьшается по направлению к фаловому и галсовому углам. Этим “Стриж” выгодно отличается от бермудских гротов с гибкими и принудительно изгибаемыми мачтами.

При такой регулировке максимум пуза находится близко к мачте, как и у бермудских гротов.

Превращение плоской поверхности паруса при нулевом пузе в ложкообразную без появления заметных морщин и фалд становится возможным из-за эластичности хлопчатобумажной парусины. В данной конструкции эластичность парусины превращается из ее недостатка в достоинство и позволяет регулировать пузо “Стрижа” в довольно широких пределах, хотя и не в столь широких, как у лавсановых “Стрижей” с прямой жесткой мачтой.

Как и в предыдущем случае, для уменьшения высоты мачты галсовый и фаловый углы “Стрижа” “подрезают”.

“Подрезы” и рейки позволяют принудительно регулировать аэродинамическую закрутку паруса, подавая вперед или назад нижний реек. При этом на такую же величину поворачивается и верхний реек, т.к. мачта с рейками вращается как единое целое..

Тонкая настройка паруса при определенном пузе осуществляется изменением длины булиня задней шкаторины, что меняет натяжение парусины вдоль задней шкаторины, изменением длины булиня нижней шкаторины, подтягиванием парусины вдоль булиня нижней шкаторины к мачте специальной снастью и изменением натяжения передней шкаторины вдоль мачты.

Геометрия “Стрижа” с гибкой мачтой менее правильная, чем в предыдущем случае – “ложкообразная” поверхность паруса разворачивается в плоскость при уменьшении пуза только за счет эластичности парусины, увеличение пуза за счет уменьшения изгиба мачты ведет к тому, что максимум пуза перемещается близко к мачте. Однако, эластичность хлопчатобумажной парусины и широкие возможности регулировки формы паруса позволяют в значительной мере компенсировать эти недостатки. На регатах яхты с “тряпочными” “Стрижами” гонялись наравне с яхтами, имевшими хорошие лавсановые бермудские гроты.

Общая жесткость “Стрижей” с гибкой мачтой, в том числе и степень натяжения шкаторин, полностью определяется прочностью и жесткостью самой мачты. Чем на более тяжелые условия эксплуатации рассчитан парус, тем прочнее должна быть мачта.

Особо надо остановиться на применении коротких лат, которые туристы недооценивают, ошибочно считают “сложностью” и уплощают заднюю часть “Стрижей” только за счет больших отрицательных серпов по задней и нижней шкаторинам. Короткие латы более рациональное решение и для лавсановых, и для хлопчатобумажных парусов.

Рифление паруса «Стриж»

Первым стал рифить «Стриж» В.Н. Белоозеров. Нижнюю-переднюю часть своего небольшого паруса он подтягивал риф-штертами к гику и получал привычный зарифленный бермудский грот. Широкого распространения этот способ не получил – нижняя шкаторина перестает работать как оттяжка гика, а именно в сильный ветер роль оттяжки гика становится решающей. Кроме того, повышается индуктивное сопротивление паруса из-за появления длинной горизонтальной шкаторины, а сама парусина вдоль гика, скроенная по «косой нитке», сильно вытягивается, что портит форму полного грота.

«Стрижи» с относительно жесткими мачтами обычно рифят, убирая в «гармошку» их нижнюю часть (нижнее полотнище паруса). Ряд риф-штертов пришивают по необходимой кривой линии приблизительно параллельной нижней шкаторине. В новое место переносится крепление тали шкотового угла и узел крепления гика к мачте. В мачтовом кармане делается второе отверстие для прохода оси вертлюга гика (или вилки гика) при зарифленном парусе.

При сильно изогнутых мачтах и мачтах с загнутой назад верхней частью А.В. Буханов предложил убирать в “колбаску” верхнюю заднюю часть паруса (рис. 9-18). При этом способе оставшаяся часть зарифленного паруса остается на своем прежнем месте и сохраняется соответствие кроя паруса изгибу мачты. Лишняя парусина убирается в пространство между полотнищ двухслойного паруса или стягивается риф-штертами в “колбаску”. “Колбаска” по задней шкаторине повышает лобовое сопротивление паруса на острых курсах, но не существенно – в сильный ветер поток воздуха к задней шкаторине приходит уже настолько завихренным, что фактическая толщина задней шкаторины не имеет решающего значения.

Рис. 9-18. Рифление паруса “Стриж” с гибкой или загнутой назад мачтой.
1–парусина, стянутая в “колбаску” или убранная в пространство между полотнищами двухслойного паруса,
2–риф-штерты, 3–положение задней шкаторины не зарифленного паруса, 4–ходовой конец фала,
5– мачтовый карман, собранный в “гармошку”, 6– прочный штерт, удерживающий новый фаловый угол у мачты.

Парус катамарана “Альбатрос”

Самодеятельным судостроителям автор рекомендует четко разобраться в разнице работы “Стрижей” с прямой и гибкой мачтами, пошитыми плоскими или “ложкообразными”, из лавсана или из эластичных хлопчатобумажных тканей. Недопонимание этих вопросов приводит к ошибкам. В качестве примера рассмотрим грот промышленного катамарана “Альбатрос”.

После сравнительных испытания “Альбатроса” с бермудским гротом и со “Стрижом” заводские конструкторы решили вооружать катамаран вторым парусом, но механизма работы “Стрижа” не поняли. Парус профессионально сшит из хорошего лавсана, но по принципам, разработанным для бермудских и виндсерферовских парусов, т.е. “ложкообразным” и поставлен на “гибкую” мачту. Это сразу нарушило механизм регулировки его пуза и общей формы. Более того, по нижней и задней шкаторинам пропущены стальные булини, как это делается на хлопчатобумажных “Стрижах”. Они дополнительно портят форму паруса, заворачивая его заднюю часть на ветер. Нет коротких лат. Парус в оконечностях не “подрезан”. Это вынудило увеличить высоту мачты, что автоматически увеличило ее гибкость – мачта на “Альбатросе” более гибкая, чем обычно делают на самодельных “Стрижах”.

Этими факторами и объясняются странности в работе грота “Альбатроса”. Из-за большого запаса добротности схемы “Стриж” парус остался работоспособным, но по своим характеристикам он значительно уступает такому же лавсановому парусу, но более простому – сшитому плоским и поставленному на более жесткую “прямую” мачту.

Владельцам “Альбатросов” автор советует:

– удалить булини из кармашков шкаторин, т.к. прочности самой парусины вполне достаточно;

– снасть для регулировки пуза провести не в кармашке по нижней шкаторине, а отдельно от паруса;

– ввести топенант для регулировки положения нока гика, обычно его делают из булиня задней шкаторины, наращивая его капроновым тросом;

– “обрезать” фаловый угол паруса и дополнить мачту консольным наклонным верхним рейком (рис. 19-11 и 19-2) –  это позволит принудительно регулировать закрутку верхней части паруса;

– перенести вниз на болт, выступающий из верхнего рейка, точку крепления вант и штага, чтобы заметно повысит жесткость мачты;

– сделать 6-8 коротких лат по задней и нижней шкаторинам, чтобы задняя треть (или хотя бы четверть) паруса были максимально плоскими;

– предусмотреть возможность рифления грота, что необходимо для плаваний полными курсами в сильный ветер. Хотя мачта у “Альбатроса” “гибкая”, риф-штерты все же лучше пришить параллельно нижней шкаторине, как показано на рис.19-1, места пришивки риф-штертов усиливают риф-бантами, а риф-кренгельсов – боутами из корсажной ленты.

Некоторые члены парусного турклуба г. Жуковский, которые первыми начали переделывать заводской “Альбатрос”, уверяют, что после указанных переделок скорость на лавировке возрастает в 2-3 раза. По мнению автора цифры несколько завышены, но эффект от переделок будет все-таки очень значителен.

Варианты паруса “Стриж”

Как говорилось выше, конструкцию “Стрижей” разрабатывали многие самодеятельные конструкторы, приспосабливая их для самых разных судов и разных условий эксплуатации. Соответственно появилось и много вариантов этого паруса. Рассмотрим некоторые из них.

Рис. 9-19. Варианты паруса “Стриж”.
а – с горбом по задней шкаторине; б – с обрезанным шкотовым углом;
в – с загнутой назад мачтой и вантами, идущими от вертлюга гика; г – с изогнутой стеньгой Г.А. Лисина.

“Стриж” с горбом по задней шкаторине (рис. 9-19, а). Чаще всего “Стрижи” делают с прямой или вогнутой задней шкаториной, однако, небольшой горб несколько повышает его аэродинамическое качество. Поэтому горбы сохраняют на “Стрижах”, перешитых из бермудских гротов. Одно время хорошие 7-метровые “Стрижи” шили из списываемых лавсановых парусов гоночных яхт “Финн” – от них отрезалось нижнее треугольное полотнище, которое шло на изготовление мачтового кармана, а передняя шкаторина перешивалась по имеющемуся рангоуту (см. §27).

“Стриж” с обрезанным шкотовым углом. Это решение применяют при вооружении судна шхуной при недостаточном расстоянии между мачтами (рис. 9-19, б и 21-1) и на “Стрижах” большой площади, больше 10 м² (рис. 2-14), чтобы уменьшить длину и вес гика и приблизить форму паруса к эллипсовидной.

“Стриж” с загнутой назад мачтой. Если верхнюю часть мачты сильно загнуть назад, то индуктивное сопротивление верхней части паруса существенно уменьшится, а задняя шкаторина займет более вертикальное положение.

Первый такой парус (рис. 9-19, в ) был построен автором для очень легкого 1-2 местного прогулочно-спортивного катамарана, который предназначался для серийного производства. Мачта собиралась из трех колен, верхнее колено было сильно изогнуто. Ванты и штаг крепились к узлу крепления к мачте гика, который мог вращаться относительно мачты в вертикальной плоскости, но не опускался по ней. При уборке парус опускался до гика, принайтовывался к нему, а затем нок гика опускался на палубу. Парус получился очень простым и легким, работал эффективно, но катамаран, к сожалению, в серию не пошел.

Г.А. Лисин сделал второй вариант такого “Стрижа”, уже большой площади, заменив верхнюю изогнутую часть мачты спускаемой изогнутой стеньгой (рис. 9-19, г). Точка крепления вант была поднята на топ относительно короткой мачты. При таком варианте добавились некоторые сложности, но появилась возможность убирать и рифить парус обычным способом и поднимать на штаге рабочий стаксель – вооружать судно шлюпом.

А.В. Багров прикрепил к скользящей по мачте втулке не изогнутую стеньгу, как в предыдущем случае, а фаловую дощечку большой площади, шириной 300 мм, выходящую за топ мачты. Ей можно задать желаемую, в том числе и полуэллиптическую форму.

Ряд интересных особенностей имеет парус Ю.П. Андреева (рис. 9-20), установленный на легком катамаране. Мачта свободностоящая с сильно загнутой назад верхней частью. Положение пяртнерса фиксируется четырьмя трубками-распорками. Пяртнерс к распоркам крепится шарнирно – имеет горизонтальную ось вращения перпендикулярную ДП. В конструкцию степса на мостике введен фиксатор. Если его выдернуть, то мачта высвобождается из степса и может вращаться вместе с пяртнерсом вокруг горизонтальной оси – т.е. заваливаться вместе с парусом в корму при проходе под низкими препятствиями.

Рис. 9-20. Парус “Стриж” Ю.П. Андреева со свободностоящей мачтой.
Положение пяртнерса фиксируется четырьмя распорками.

Тем самым сохраняются все достоинства свободностоящей мачты и появляется возможность быстро заваливать ее в корму. Это решение можно использовать и на байдарочных тримаранах, и на надувных лодках со свободностоящими мачтами. Пузо паруса регулируется не талью шкотового угла, а натяжением стального тросика, который от шкотового угла паруса идет к блоку на ноке гика, затем внутри полого гика к мачте, и вниз к закрепленному на мачте простейшему редуктору с червячной самотормозящейся парой. В этом примере “механизация” оказывается не менее совершенной, чем “простота”.

Двухслойные “Стрижи”.Небольшие паруса из различных тонких хлопчатобумажных “тиков для пера” удобно делать двухслойными – мачтовый карман-обтекатель как бы доводится до задней шкаторины. Эти паруса просты в изготовлении, прочнее однослойных и имеют самую правильную форму. Между полотнищ размещают боуты, латы и уже не изогнутый, а легкий прямой горизонтально расположенный гик. То, что он “перерубает” и уплощает наветренную сторону паруса, не является недостатком – форма паруса приближается к форме объемного самолетного крыла. Эти паруса предпочитают владельцы легких однобалочных тримаранов и начинающие “парусные мастера” – из-за простоты его пошива.

Возможность размещать между полотнищ двухслойных парусов различные устройства спровоцировала туристов на многочисленные эксперименты – в конструкцию вводились вторые гики, сквозные жесткие латы с регулируемой кривизной, в том числе и путем вращения сегментных лат-нервюр вокруг их продольных осей, и другие устройства, вплоть до превращения паруса в настоящее объемное механизированное самолетное крыло с регулируемым асимметричным профилем. На одном из таких парусов даже при пузе 15% парусина с подветренной стороны была натянута “до звона”, т.е. парус мог работать уже по иным принципам, не как “парус” из ткани, а как жесткое самолетное крыло. Первый рецензент этой книги, известный яхтенный специалист Н.В. Григорьев назвал эти паруса “Победой техники над разумом”.

Такие паруса, конечно, имеют право на жизнь. Однако, если постройка особо совершенных парусов не является самоцелью, то конструктор должен внимательно следить – какой ценой достигается повышение К паруса, и не выгодней ли получить такую же прибавку скорости яхты простым увеличением площади более простого паруса (см. рис. 5-1).

“Стриж”, раскрывающийся на “бабочку. В.А. Строгонов на своем двухслойном парусе из пленки не стал сшивать полотнища по задней и нижней шкаторинам. К основному прямому гику на некотором расстоянии от мачты шарнирно прикреплен второй гик. Ноки гиков соединены шкотовыми талями каждый со своим полотнищем и каждый имеет свой гика-шкот. Это дало возможность при слабых попутных ветрах раскрывать двухслойный “Стриж” в ромбовидный парус, увеличивая тем самым площадь парусности вдвое, как на парусе Люнгстрема. (На стоянках этот парус, снятый с лодки, использовался как легкий непромокаемый тент-палатка. Мачта служит “коньком” тента.)

Парус “Стриж-крыло” Схема “Стрижа” оказалась перспективной и для постройки высоких эллипсовидных парусов-крыльев. На рис. 9-21 показаны два варианта таких крыльев: со средним положением точки крепления к мачте вант и штага и со спускаемой изогнутой стеньгой Г.А. Лисина.

Рис. 9-21. Варианты паруса “Стриж–крыло”.
а – со средним расположением точки крепления к мачте гика, штага и вант; б – с изогнутой стеньгой.

Шкотовые углы высоких “Стрижей” приходится делать больше 90° и вводить центральные швы по их биссектрисам. Отдельные полотнища парусины располагают перпендикулярно двум задним шкаторинам – верхней и нижней. Парусину у этих шкаторин подкрепляют короткими латами. Латы желательно располагать горизонтально.

§10. Стаксели

Стаксель – это передний парус, поднимаемый на основном или дополнительном штаге, отсюда и происходит его название – “штаг-сель”.

Стаксели традиционных конструкций крепятся к штагу быстросъемными ракс-карабинами. На рассматриваемых судах стаксели выгодней делать автономными и не соединять их со штагом. Такая конструкция позволяет экипажу, сидящему на своих штатных местах в лодке, быстро менять стаксели при вооружении шлюп или убирать их совсем при вооружении кэт со вспомогательным стакселем. При постановке стакселя, не связанного со штагом, его переднюю шкаторину набивают с такой силой, чтобы основной штаг слегка провис. Чтобы передние шкаторины стакселей могли выдержать прикладываемые к ним нагрузки, их усиливают булинем из стального троса Æ2-4мм.

Основные достоинства стакселей для туристских судов: они гораздо проще гротов по конструкции, очень быстро ставятся и убираются и имеют низко расположенный центр парусности – нижнюю шкаторину стакселя можно опускать вплоть до уровня носовой палубы.

Особенности работы стакселей

По передней шкаторине стаксели не имеют мачты и обтекаются ничем не искаженным потоком воздуха, поэтому они могут иметь высокое аэродинамическое качество при большом значении коэффициента подъемной силы. Однако, большинство стакселей так работает лишь при слабых ветрах, ибо стаксели относительно мягкие паруса и при усилении ветра быстро теряют форму крыла.

Для обеспечения нормальной работы стакселей надо туго набивать все три их шкаторины и в первую очередь – переднюю. По опыту автора в средние ветра стаксели могут сохранять удовлетворительную форму, если их передние шкаторины (или штаги) набиты с силой, не меньшей:

, кгс.

где: А_СТ. — аэродинамическая сила, развиваемая стакселем (ее подсчитывают по формулам, приведенным в § 3).

При слабых ветрах вполне достаточно натяжения штага в привычных для разборных судов пределах — 10-30кгс, но при усилении ветра до 10 м/сек передняя шкаторина стакселя площадью 4 м² должна быть набита с силой более 100кгс, что сразу предъявляет высокие требования к прочности мачты и корпуса судна. Важно, чтобы мачта и корпус были не только прочными, но и жесткими – не деформировались при возрастания нагрузок, иначе штаг все же прогнется и стаксель самопроизвольно увеличит свое пузо.

По оценкам автора хорошо работающий стаксель нагружает мачту и корпус яхты в среднем в 2,5 раза больше, чем грот такой же площади.

Подтвердим это конкретным примером (рис. 10-1). Стаксель площадью 4 м² при умеренном ветре V=7м/сек развивает аэродинамическую силу А_СТ. = 15 кгс. Натяжение штага должно быть не менее 15·3,5 = 52,5кгс. Корпус в районе мачты должен без заметных деформаций выдерживать изгибающий момент от действия штага » 80 кгс·м. Для обеспечения натяжения штага ванты должны быть натянуты с силой » 200 кгс. Суммарная нагрузка на мачту от действия штага и вант, необходимая только для обеспечения правильной формы стакселя, составит » 250 кгс. Если стаксель-фал не имеет “фаловой тали” с блоками скольжения, то мачта дополнительно нагружается нисходящей ветвью стаксель-фала – 52,5 кгс. От действия кренящего момента стакселя и натяжения стаксель-шкота нагрузки на мачту и ванты увеличатся еще примерно на 100кгс. Суммарная сжимающая сила, действующая на мачту в точке крепления штага и вант, превысит 400 кгс. Ясно, что для легкого разборного судна такие нагрузки великоваты.

Рис. 10-1. Нагрузки на мачту и копрус яхты от стакселя. (S = 4м ²; V_В=7м/сек.)

Недооценка рассмотренных особенностей работы стакселей приводила к тому, что в первые годы на парусно-туристских регатах аварии яхт с большими стакселями следовали одна за другой – ломались мачты, вырывались из корпусов вант-путенсы и штаг-путенсы, трещали корпуса, были случаи, когда в сильные ветра большие стаксели переламывали байдарки. Строители разборных парусников были вынуждены пойти на значительные усложнения конструкции судов – корпуса подкреплялись развитыми продольными фермами,  мачты оснащались развитым стоячим такелажем с набором ромбовант, широко применялись ахтерштаги и бакштаги, которые дают на мачту и корпус гораздо меньшую нагрузку, чем ванты.

Со временем выяснилась ограниченность этого направления, ибо “сложность” справедливо считается недостатком легких яхт. Из теории известно, что надежность всей конструкции быстро снижается с увеличением числа ответственных узлов и деталей. Чем проще судно, тем спокойнее на нем можно отправляться в дальнее путешествие, тем больше вероятность того, что плавание пройдет безаварийно.

Другая особенность стакселей – их плохая управляемость. При усилении ветра недостаточно жесткий стаксель трудно заставить работать с пониженной тягой. Он либо раздувается и развивает максимальный кренящий момент, либо, при потравливании шкота, заполаскивает с большой амплитудой, развивая значительную силу лобового сопротивления.

Определенные трудности возникают с регулировкой пуза стакселя, которая осуществляется изменением силы и направления действия стаксель-шкотов.

Поэтому, как самостоятельные паруса, стаксели применять не стоит – они не могут обеспечить безопасности судна в сильный ветер.

Работа пары грот–стаксель

Два близко расположенных паруса дают меньшую тягу на острых курсах, чем один парус такой же площади, т.к. два паруса работают в ветровой тени друг друга. (Вспомните, как быстро самолеты “монопланы” вытеснили различные “этажерки” и “бипланы”.) Однако, при умеренно скрученном бермудском или другом гроте стаксель может улучшить работу грота. Если нижняя часть грота стоит под углом атаки несколько больше критического, то стаксель, отклоняя к корме поток, обтекающий нижнюю часть скрученного грота, позволяет ей работать уже не на закритических углах атаки, а в оптимальном режиме. В этом случае суммарная тяга пары грот–стаксель будет больше, чем тяга этих конкретных парусов по отдельности.

В большинстве других случаев, особенно при использовании совершенных гротов повышенной жесткости, наоборот, приходится бороться с вредным взаимовлиянием парусов, которое может привести к существенному снижению эффективности грота, работающего в ветровой тени стакселя, т. е. обтекающегося уже завихренным и отклоненным к корме потоком воздуха.

Некоторые авторы рассматривают работу пары грот-стаксель как работу “крыла с предкрылком” или “паруса-сопла”. Теоретически они могут быть достаточно эффективными. Однако, яхтенные паруса работают в более сложных и переменных условиях, чем крылья самолетов – достаточно походить на реальной яхте в реальных шхерах пару часов, чтобы обнаружить разницу между “теоретической возможностью” и практикой.

Перекрытие площадей стакселя и грота на боковой проекции яхты не должно превышать 15-20% площади грота. Наращивание площади стакселя за счет еще большего перекрытия уже не дает роста тяги на острых курсах, а лишь ухудшает взаимовлияние парусов. Тяга стакселя на острых курсах определяется не столько его фактической площадью, сколько площадью переднего парусного треугольника, образованного мачтой, штагом и палубой, то есть площадью сечения потока воздуха, который воздействует на стаксель.

При несении стакселя на острых курсах надо внимательно следить, чтобы поток, стекающий со стакселя, шел по касательной к поверхности грота, а не ударял в него, как показано на рис. 10-2. Для нормальной работы стаксель должен иметь небольшое пузо, а его задняя часть должна быть максимально плоской. (Стаксель с загнутой на ветер задней шкаториной хорошо работать не может!) Угол атаки стакселя должен быть небольшим, тогда он меньше завихряет поток, обтекающий грот.

Рис. 10-2. Пример неудовлетворительной работы пары “грот–стаксель”.
Стаксель “задувает” в грот и искажает его форму.

На практике поступают следующим образом – травят стаксель до начала легкого заполаскивания, потом увеличивают его угол атаки примерно до 7-10°, смотрят на форму щели между стакселем и гротом, при необходимости немного подбирают или потравливают грот. Это называется “править по стакселю”.

Использование стакселей

Оно определяется особенностями их работы, их достоинствами и недостатками.

Охотно применяют стаксели при слабых ветрах, когда несущественна их “мягкость”. Еще не перегружая мачту и корпус судна, они хорошо стоят и дают существенную прибавку тяги на всех курсах. На рис. 10-3 видно, что даже небольшой и очень примитивный стаксель с аэродинамическим качеством всего лишь К_СТ.=2, имеющий площадь всего 2,5 м² при площади грота 4,5 м² на курсах бейдевинд и галфвинд дает прибавку тяги более чем в 1,5 раза.

Рис. 10-3. Увеличение тяги на всех курсах при постановке вспомогательного стакселя в слабый ветер.
Площадь лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты – 1,5м². Площадь грота S=4,5м² при К = 6. Площадь стакселя S = 2,5 м² при К=2.

Если использовать более совершенный стаксель большей площади, то прибавка тяги будет еще больше. При этом вес и “сложности” дополнительного стакселя в несколько раз меньше, чем аналогичные при увеличении площади грота.

Широко используется возможность быстрой постановки и уборки стакселей при вооружениях шлюп и кэт со вспомогательным стакселем. При усилении ветра, заменяя стаксель на штормовой (или убирая его совсем), можно буквально за полминуты существенно уменьшить площадь парусности яхты, разгрузить ее силовые элементы и уменьшить кренящий момент.

Проводка такелажа, рассчитанного на быструю смену и уборку стакселей, показана на рис. 10-4. В этом случае стаксели не присоединяются к штагу, а их передние шкаторины усиливаются стальными тросиками (булинями), пропущенными в кармашке вдоль передней шкаторины. В рабочем положении булинь передней шкаторины стакселя набивается сначала фалом, а потом галс-оттяжкой так, чтобы основной штаг слегка провис. Для этого галс-оттяжку делают в виде тали в 2-4 лопаря, а ее ходовой конец выводят в кокпит.

Рис. 10-4. Проводка бегучего такелажа при применении сменных стакселей.
1–люверс или проволочный треугольник шкотового угла стакселя, 2–карабин или такелажная скоба, 3–стопор или утка галса, 4–стаксель-шкот левого галса, 5–ходовой конец галса, 6–стаксель-шкот правого галса, 7–ходовой конец стаксель-фала, 8–стопор стаксель-фала, 9 –блок стаксель-фала, 10–карабин, 11–люверс или треугольник фалового угла, 12–основной штаг, 13–стаксель, 14–люверс галсового угла, 15–карабин галса, 16 –блок галса.

При больших стакселях для уменьшения нагрузки на мачту от нисходящей ветви стаксель-фала вверху можно устраивать “фаловую таль” – коренной конец стаксель-фала крепят к топу мачты, ходовой конец пропускают через блок в фаловом углу стакселя, затем через блок на топе мачты и вниз вдоль мачты к стопору. Эффективность фаловой тали можно значительно повысить, если эти два блока делать в виде дюралевых колец или коушей из медных трубок – коэффициент трения покоя в них на порядок выше, чем в обычных блоках со шкивами.

Все снасти крепятся к углам стакселя быстросъемными карабинами, такелажными скобами или специальными быстро раздающимися снасточками (рис. 10-5). При смене парусов карабины или снасточки отсоединяют от одного стакселя и пристегивают к углам другого.

Рис. 10-5. Вариант быстросъемного крепления снастей к углам стакселя.
1–отрезок толстого капронового троса, концы оплавить; 2–стаксель; 3–шайбы люверса; 4–развальцованная втулка люверса; 5 –снасть (стаксель-шкоты, фал, галс).

На яхтах часто делают устройство для частичной или полной закрутки стакселя вокруг его передней шкаторины (или штага). “Закрутка стакселя” удобна при уменьшении его площади на полных курсах и для полной уборки стакселя на стоянках, если он присоединен к штагу. При лавировке полузакрученный стаксель работает плохо из-за наличия по его передней шкаторине толстой “колбаски”, завихряющей поток, и искажения формы зарифленного стакселя из-за неравномерности закрутки. Описанный выше способ замены или полной уборки стакселей по мнению автора является более совершенным и универсальным.

Регулировка пуза и угла атаки стакселя

Угол атаки и величину пуза стакселя регулируют, изменяя силу и направление действия стаксель-шкота. Стаксель-шкот направлен под каким-то средним углом к задней и нижней шкаторинам, ближе к биссектрисе шкотового угла. Меняя этот угол и меняя тем самым соотношение натяжений задней и нижней шкаторин, можно изменять величину пуза и угол атаки в разных частях стакселя. Чтобы таким образом настраивать стаксель на разные ветра и разные курсы относительно ветра, надо иметь возможность в широких пределах менять положение кипы (блока) стаксель-шкота вдоль и поперек судна. На широких катамаранах и тримаранах такая возможность имеется – стаксель-шкот цепляют за выступающие концы разных поперечных балок или за специально сделанные нагели, а потом шкот ведут к стопору. Можно ввести второй стаксель-шкот. Блок одного шкота относят от среднего положения в корму, а другого в нос, и настраивают стаксель сразу двумя шкотами (рис. 10-6).

Рис. 10-6. С помощью двух стаксель-шкотов и отпорного крюка
можно в широких пределах менять направление действия силы, приложенной к шкотовому углу стакселя.

На всех судах хорошие результаты дает применение легкого отпорного крюка (из дюралевой трубы Æ
20-25х1х2000мм). Для узких однокорпусных яхт это единственная возможность оттянуть шкотовый угол стакселя от диаметральной плоскости яхты на нужное расстояние, чтобы он не задувал в грот. Центральный штырь отпорного крюка вводят в люверс или в сварной проволочный треугольник шкотового угла стакселя, а другой конец упирают в какое-либо специально оборудованное место в лодке и крепят, но так, чтобы отпорный крюк можно было очень быстро отдать. Вторым хорошим решением является дополнение отпорного крюка скользящей по нему вилкой, которую можно закрепить на любом желаемом расстоянии от штыря. Вилку упирают в мачту.

Дополнительные способы несения стакселя

При попутных ветрах стаксель ставят “на бабочку” – выносят его шкотовый угол на ветер с помощью отпорного крюка (рис. 10-7, а). Помимо увеличения тяги это существенно уменьшает приводящий момент, развиваемый парусами.

Рис. 10-7. Варианты несения стакселей.

Если стаксель имеет такелаж, показанный на рис. 10-4, а его передняя шкаторина короче мачты, то его можно подтянуть к мачте и получить из грота и стакселя эффективный ромбовидный парус (рис. 10-7, б). Ромбовидный парус дает большую тягу, чем грот и стаксель по отдельности из-за уменьшения краевых потерь давления по их шкаторинам.

На катамаранах, имеющих поплавковые фермы и жесткие мосты, можно предусмотреть снасть для перемещения галсового угла стакселя к носам поплавков. На острых курсах – к подветренному поплавку, тем самым существенно увеличивается эффективная площадь переднего парусного треугольника. На полных курсах галсовый угол подтягивают к наветренному поплавку (рис. 10-7, в, г).

Управление системой грот–стаксель

Управление гротом и стакселем требует от экипажа большей квалификации и внимания, чем управление одним гротом. Действительно, настройка многокомпонентной системы – угол атаки стакселя, угол атаки грота, угол между гротом и стакселем, величина и форма пуза стакселя и грота – гораздо сложней, чем настройка одного грота. Управляет стаксель-шкотами матрос, т.к. рулевому стаксель не виден из-за грота. Матрос должен хорошо разбираться в работе стакселя, постоянно следить за ним и вовремя корректировать положение стаксель-шкотов. Матрос не должен допускать заворачивания на ветер задней части стакселя, т.к. в этом случае стаксель не только сам плохо работает, но и сильно портит работу грота.

В сложных условиях – подход и отход от берега, маневрирование в узкостях, спасработы и т.п. при вооружении кэт со вспомогательным стакселем стаксель просто убирают, чтобы он не отвлекал экипаж.

Типы стакселей.

Стаксели традиционной конструкции (рис. 10-8, а) кроятся с центральным швом по биссектрисе шкотового угла. Нитки утка полотнищ парусины идут вдоль нижней и задней шкаторин, где растягивающие нагрузки наибольшие. Нижняя шкаторина в рабочем положении идет вдоль палубы, максимально близко к ней – это позволяет уменьшить индуктивное сопротивление стакселя.

Чтобы стаксель имел правильную “ложкообразную” форму, переднюю шкаторину кроят по сложной S-образной кривой, а по центральному шву и в швах, соединяющих отдельные полотнища, делают необходимые закладки. При пошиве стакселя добиваются того, чтобы натяжение шкота натягивало не саму заднюю шкаторину, а прилегающую к ней парусину, уплощая тем самым заднюю часть стакселя. В этом случае задняя шкаторина остается слабо натянутой и не заворачивается на ветер. Центральный шов не должен “перерубать” парус и не должен быть слишком свободным, иначе он исказит форму пуза на значительной площади паруса.

Рис. 10-8. Рис. 10-8. Типы стакселей.
а – традиционный; б – с прямым шкотовым углом; в – полубалансирный рейковый.

Пошив таких стакселей требует достаточной квалификации и наработанной для данного материала статистики, поэтому судостроители-любители предпочитают приобретать готовые лавсановые стаксели от небольших яхт, пошитые профессионалами. Заставить хорошо работать на своей лодке покупные стаксели гораздо легче, чем гроты.

Упрощенный стаксель с прямым шкотовым углом (рис. 10-8, б). Он шьется без центрального шва, нитки утка ткани идут вдоль задней шкаторины, нитки основы – вдоль нижней, шкотовый угол – 90°. Такой раскрой значительно облегчает пошив паруса гладким – без морщин и перетяжек. Форма паруса близка к форме части поверхность цилиндра. Шьют его “по месту” (см. §27). Нужная форма пуза паруса обеспечивается за счет криволинейности передней шкаторины – она определяется опытным путем при пошиве, и значительных серпов по нижней и задней шкаторинам. Если “парусный мастер” имеет некоторый опыт, то можно поэкспериментировать с небольшими серповидными закладками вдоль швов между отдельными полотнищами в задней трети паруса, чтобы сильно натягивать не саму заднюю шкаторину, а прилегающую к ней парусину. Это позволит уменьшить величину серпов.

Самый простой и эффективный метод уплощения задней части стакселя – применение коротких лат. Латы должны быть прямыми, прочными и легкими, чтобы не перегружать парусину при заполаскивании стакселя и не сломаться при ударах о мачту. Хорошо себя зарекомендовали латы из тонких и жестких дюралевых трубок Æ6х1мм, которые идут на стрелы для спортивной стрельбы из лука, с “мягкостями” по концам.

Полубалансирный стаксель с рейком (рис. 10-8, в). Нижние шкаторины (или только галсовый и шкотовый углы) небольших стакселей, не заходящих за мачту, крепят к рейку, который оттягивается вниз оттяжкой с талью. Передвигая точку крепления оттяжки вдоль рейка, ищут нужное соотношение натяжений передней и задней шкаторин. Пузо паруса регулируют, растягивая нижнюю шкаторину по рейку и изменяя натяжение оттяжки – прогибая реек с прилегающей к нему парусиной вниз. Степень жесткости такого паруса значительно выше, чем обычных стакселей, а его полубалансирность уменьшает само стремление паруса скручиваться винтом.

Вторым достоинством стакселя с рейком является простота управления им. На лавировке от нока рейка ведут лишь один стаксель-шкот и крепят его на мачте. После поворота оверштаг стаксель встает в нужное положение на новом галсе автоматически.

Убирается этот стаксель так же быстро, как и обычный. Если есть необходимость, то можно предусмотреть и его рифление по нижней шкаторине, в том числе и путем намотки парусины на реек, как в случае грота с патент-рифом.

Стаксели со штаг-пирсом. Штаг из троса иногда заменяют жесткой трубой – штаг-пирсом. Штаг-пирс позволяет значительно разгрузить мачту и корпус яхты от нагрузок от стакселя. Сам стаксель получает более жесткую переднюю шкаторину и, если имеется карман-обтекатель штаг-пирса, может работать очень эффективно.

На регатах неплохо ходила надувная лодка со штаг-пирсом, у которой стаксель с прямым шкотовым углом и карманом-обтекателем по передней шкаторине был дополнительно растянут гиком-уишбоном.

Автор хотел бы обратить внимание читателей на этот случай. Попытки улучшить эксплуатационные характеристики стакселя привели к тому, что он плавно преобразовался во второй достаточно жесткий грот с наклонной мачтой. По своим характеристикам он превосходит классические стаксели. Но это с одной стороны. С другой, стаксель лишился своего главного достоинства – простоты.

§ 11. Площадь парусности

Площадь основных парусов, используемых в средние ветра (5 - 8,5 м/сек), является основной характеристикой яхты, определяющей ее ходкость, вес, остойчивость, прочность, время сборки и разборки, особенности управления. Любые изменения площади парусности ведут к изменению этих характеристик.

Влияние площади парусности на характеристики яхты

Ходкость

С увеличением площади парусности ходкость яхт растет, но не в линейной зависимости, а медленнее. При скоростях до 6-8 км/час сопротивление движению байдарок и многокорпусников с надувными и каркасно-надувными поплавками в основном определяется сопротивлением трения корпуса о воду, которое зависит от степени шероховатости поверхности днища, площади смоченной поверхности и увеличивается пропорционально квадрату скорости яхты. Кроме того, надо иметь в виду, что в любительских условиях большие паруса трудно сделать столь же совершенными, как малые, и их труднее нести в оптимальном режиме работы.

При увеличении площади парусности прибавка скорости на острых курсах будет значительнее, чем на полных курсах, т.к. увеличивается отношение площади парусности к площади лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты.

На графиках буксировочного сопротивления судов в зависимости от их скорости имеется ярко выраженный “горб сопротивления”, вызванный резким ростом волнового сопротивления на определенных для данного судна скоростях. Внешне это проявляется в резком росте носовой поперечной волны и кормовой поперечной волны, которая встает сразу за кормой. Кормовая часть судна при этом “тонет” во впадину волны, судно получает дифферент на корму и двигается вперед не носом, а днищем.

Скорость, соответствующая горбу волнового сопротивления, называется “волновым порогом” данного судна и определяется длиной судна по ватерлинии. Резкий рост волнового сопротивления начинается при скорости:

Абсолютная величина сопротивления движению яхты в районе волнового порога зависит от длины и обводов корпуса и от водоизмещения судна.

Короткие надувные лодки и швертботы с обводами, не рассчитанными на глиссирование, не могут преодолеть свой волновой порог даже при значительном увеличении парусности. Байдарки, хотя и с трудом, преодолевают свой волновой порог, но при этом их носовая волна вырастает выше уровня палубы. Легкие многокорпусники с длинными и узкими поплавками имеют слабо выраженный горб волнового сопротивления и при достаточной парусности и силе ветра разгоняются до скоростей выше волнового порога (V, км/час > 6 Ö L_КВЛ, м), т.е. могут ходить не только в чисто водоизмещающем, но и в так называемом переходном (к глиссированию) режиме движения.

Эти две особенности изменения гидродинамической силы сопротивления яхт движению – увеличение ее пропорционально квадрату скорости яхты на малых скоростях и наличие “волнового порога” надо иметь в виду при проектировании новых яхт и назначения площади их парусности.

Ходкость однотипных яхт можно ориентировочно оценить по их энерговооруженности (Э) – площади парусности, приведенной к одной тонне водоизмещения.

, м²/т.пр

где: S — площадь парусности в м²; Д – водоизмещение в тоннах.

Размеры яхты

В первом приближении линейные размеры яхты пропорциональны корню квадратному из ее парусности. На самом деле размеры яхты растут несколько быстрее. Например, для обеспечения поперечной и продольной остойчивости ширину и длину судна приходится увеличивать не только пропорционально росту площади парусов, но и росту высоты центра парусности.

Ходкость на веслах

Для легких туристских яхт важна не только ходкость под парусами, но и на веслах. На веслах идут в штиль, в штилевых зонах, которые при изрезанных берегах встречаются довольно часто, против ветра, иногда довольно сильного, и в нештатных ситуациях, когда яхта не может идти под парусами.

Парусно-гребные байдарки, легкие тримараны и катамараны и небольшие швертботы хорошо ходят на веслах. На катамаранах с основной парусностью 5,5-7 м² грести против сильного ветра можно, но тяжело – для них лучше предусматривать эффективные распашные весла. На больших многокорпусниках для движения против ветра надо иметь очень сильных гребцов или 2-х сильный подвесной мотор.

Вес яхты

Он растет быстрее роста парусности. Это объясняется тем, что при увеличении парусности в еще большей степени приходится повышать ее остойчивость, прочность корпуса, увеличивать площади и прочность рулей и швертов.

Сложность конструкции яхты и ее постройки

По мнению опытных судостроителей, она растет примерно в квадратичной зависимости от роста парусности. Доводка скоростных судов с большими парусами даже у опытных строителей затягивается на 2-3 года.

Время сборки-разборки судна

Оно увеличивается пропорционально общему количеству деталей, даже очень простых, и общей сложности конструкции судна. Как правило, время сборки-разборки растет быстрее площади парусности.

Мореходность

В общем случае она падает с ростом скорости судна из-за увеличения силы ударов корпуса о волны и появления высоких “бурунов” и брызговых “усов”. Это приводит к усилению забрызгиваемости и к вкатыванию носовых бурунов и гребней волн на палубу. Особенно плохо ведут себя на волнении и повышенных скоростях низкобортные байдарки и короткие суда, когда достигают своего волнового порога.

Сложность управления

С парусами площадью 3-5 м² легко управляются даже новички. Для управления быстроходным судном с парусностью 10 м² и выше требуется уже довольно высокая парусная квалификация и рулевого, и матроса.

Выбор площади парусности

Выбор площади парусности и соответствующей ей ходкости и типа судна наиболее трудная задача для начинающих судостроителей. Здесь приходится учитывать личные вкусы, которые редко остаются постоянными во времени, парусность судов товарищей по походам, иногда соображения престижности, трезво оценивать свои возможности по постройке судна и его транспортировке к водоемам, хорошо представлять условия будущих плаваний. Это приходит только с опытом.

Начинать лучше с самых простых судов – парусно-гребных байдарок, надувных лодок, легких катамаранов и тримаранов с надувными и каркасно-надувными поплавками. Если читатели имеют опыт хождения на спортивных швертботах и им нравятся эти суда, то можно попробовать построить разборный швертбот с парусностью 5-6 м².

§12. Методы снижения аэродинамических сил, развиваемых парусами в сильный ветер

Ветер – это стихия, он всегда может усилиться до любой реальной скорости. А любая яхта имеет определенную конечную остойчивость и прочность. В то же время совершенно недопустимо опрокидывание или поломка яхты из-за недостатка остойчивости или прочности при каждом усилении ветра свыше какой-то “расчетной” скорости, произвольно назначенной конструктором.

Это классическое противоречие в случае разборных туристских парусных судов дополняется еще двумя.

Чтобы разборные суда были действительно легкими и транспортабельными (в этом их основное преимущество перед неразборными яхтами), их делают с малыми запасами по прочности и остойчивости. При этом – на разборных судах ходят в шхерах и в прибрежных зонах водоемов, а именно ветры побережий отличаются наибольшим непостоянством и периодически обрушиваются на легкие яхты со скоростью, значительно превосходящей расчетную.

Например, во время одной из гонок на Кавголовском озере вскоре после старта через медленно и кучно идущий флот полосой пронесся сильный попутный шквал и опрокинул большинство “монобайдарок”, оказавшихся на его пути (автор тоже оказался в воде). В той же гонке произошел другой интересный случай. Три байдарки шли фронтом на расстоянии около 100м друг от друга. Крайние байдарки с трудом боролись с сильным ветром, но шли при этом разными(!) галсами. Рулевой средней байдарки пытался с помощью дыма от сигареты разобраться, что же происходит? Дым поднимался прямо вверх.

Причины подобных ветровых аномалий описаны в специальной литературе. В нашем случае важно практическое требование к конструкциям разборных парусников, вытекающее из специфики их эксплуатации – они должны без опрокидывания и поломок выдерживать значительные, а часто и неожиданные усиления ветра. Без существенного увеличения веса судна этого можно добиться, обеспечивая возможность быстро и во много раз уменьшать силы, развиваемые парусами при усилении ветра.

Существует несколько способов снижения аэродинамических сил, развиваемых парусами. Одни используются при кратковременных усилениях ветра, другие при продолжительных.

Использование жесткости и управляемости парусов.

Увеличение жесткости парусов – универсальный и самый надежный метод повышения их безопасности, в первую очередь – на острых курсах. При усилении ветра, уменьшая пузо и угол атаки паруса, можно быстро уменьшить развиваемые парусом силы и привести их в соответствие с прочностью и остойчивостью яхты – парус уже не сможет опрокинуть или сломать яхту.

Чем больше диапазон возможного уменьшения аэродинамической силы паруса при сильных ветрах – его “управляемость”, тем в более широком диапазоне ветров он продолжает эффективно работать, оставаясь безопасным (рис. 7-5 ).

Использование свободностоящих мачт

Свободностоящие мачты не имеют стоячего такелажа и могут вращаться вместе с парусом на 360°. Шкот грота проводится без всяких блоков, от шкотового угла – к руке рулевого. При такой мачте шквалы с любого направления, в том числе и на полных курсах, парируются отдачей шкота и постановкой паруса во флюгерное положение. Если шквал очень силен для данного судна, то и судно разворачивают вдоль ветра (рис. 12-1). Если парус достаточно жесткий и не заполаскивает, в таком положении судно наиболее остойчиво, не раскачивается, имеет стабильный небольшой крен, достаточный ход и слушается руля.

Рис. 12-1. Безопасное положение яхты со свободностоящей мачтой во время шквала.

Свободностоящие мачты – основной метод обеспечения безопасности самых легких парусных судов.

Использование хорошей поворотливости судна.

Яхты с достаточно жесткими парусами не боятся шквалов с острых курсов, но если яхта идет полным курсом, а мачта имеет ванты, то становятся опасными попутные шквалы. Ванты не позволяют уменьшить угол атаки грота или потравить его во флюгерное положение. Для этого приходится предварительно и очень быстро приводиться до курса полный бейдевинд, т.е. сами суда должны быть поворотливыми и хорошо управляемыми. Приводиться надо до шквала, в крайнем случае, если экипаж «прозевал» шквал, в самом его начале. Многие катамараны и тримараны с надувными поплавками, надувные лодки и самодельные швертботы, спроектированные с учетом этого фактора, могут приводиться с курса бакштаг до бейдевинда за 1-2 секунды, т. е. за время, пока шквал еще не успевает набрать полной силы.

Рифление парусов

При сильных ветрах, конечно, можно идти под парусом завышенной площади, используя лишь его жесткость и свое умение управлять им, но в этом случае от рулевого требуется постоянное и повышенное внимание. На каждое усиление или отход ветра рулевой должен реагировать потравливанием шкота или приведением яхты, чтобы уменьшить угол атаки паруса. Такое плавание довольно спортивно, однако, безопасность судна здесь обеспечивается уже не его конструкцией, а квалификацией, внимательностью и выносливостью рулевого – человеческим фактором, а человеку свойственно ошибаться.

В таких случаях более правильным будет рифление парусов – уменьшение их площади. В старом парусном флоте так и говорили: “Моряк узнается по рифам”. После рифления грота даже у опытных рулевых возникает иллюзия, что ветер ослаб и на смену “борьбе со стихией” приходит нормальное спокойное плавание.

При рифлении паруса уменьшается не только его площадь, но и высота центра парусности, что дополнительно уменьшает кренящий момент и нагрузки на силовую конструкцию судна.

Обязательно надо рифить грот при сильных попутных ветрах.

Рифление грота как метод имеет два недостатка. Сам процесс рифления большинства парусов довольно продолжителен, а на недостаточно остойчивых судах и при очень сильных ветрах трудно осуществим на плаву. Поэтому рифить гроты надо заранее, когда еще только появляется возможность сильных шквалов. Квалификация рулевого сказывается именно в умении предвидеть развитие событий.

Определенную трудность представляет получение хорошей формы зарифленного грота, ибо его трудно скроить так, чтобы он одинаково хорошо стоял при разных положениях на мачте. Наиболее выгоден способ рифления, когда убираемая часть парусины стягивается в “колбаску” риф-штертами. При пошиве паруса опытным путем находят такое положение риф-штертов на парусине, при котором форма зарифленного паруса остается удовлетворительной, а пузо небольшим – около 5%.

Рифление бермудских гротов с помощью патент-рифов, при котором излишек парусины просто наматывается на круглый гик, с этой точки зрения несовершенно. Из-за неизбежной неравномерности накрутки паруса на гик его форма искажается, на поверхности появляются морщины и перетяжки. Такой парус, имеющий малую площадь и низкое аэродинамическое качество, может не дать яхте требуемой тяги на острых курсах, тем более, что при усилении ветра значительно возрастает сила лобового сопротивления корпуса и экипажа яхты. При отжимном ветре будет трудно отлавировать к берегу.

Выход возможен в комбинированном решении – сначала парусину аккуратно наматывают на гик, а окончательно подтягивают к нему риф-штертами, пришитыми к парусине именно в тех местах, где это нужно для обеспечения правильной формы грота в зарифленном виде.

Хорошие результаты дает рифление бермудского грота с использованием нижней сквозной латы. Она подтягивается к гику и крепится к нему по передней и задней шкаторинам и несколькими риф-штертами посередине. Лат-карман пришивается по найденной опытным путем кривой линии, необходимой для получения хорошей формы зарифленного грота.

Уменьшение площади стакселя путем закручивания его вкруг штага оправдано только на полных курсах. Лавировать со сморщенным зарифленным стакселем, имеющим по передней шкаторине толстую “колбаску”, нет смысла. Более совершенным является метод замены стакселей.

Замена парусов и их частичная уборка

Эффективность этого метода рассмотрим на примере распространенного вооружения яхт шлюпом.

При слабых ветрах яхта несет полный грот и большой стаксель (площадь его может превышать площадь грота). При средних ветрах – грот и рабочий стаксель. При сильных ветрах грот рифят, а стаксель меняют на штормовой – он почти не увеличивает кренящий момент, но необходим для сохранения правильной парусной центровки яхты. На разборных судах с основной парусностью 7 м² = 5 м² +2 м² при этом способе можно изменять общую площадь парусов от 4 м² (зарифленный грот – 3,2 м² и штормовой стаксель – 0,8 м²) до 9 м² (полный грот – 5 м² и большой стаксель – 4 м²).

На принципе частичной уборки парусов основано вооружение “кэт со вспомогательным стакселем”. Полностью убирая стаксель, можно быстро уменьшить парусность в 1,5 раза. При необходимости можно зарифить и грот.

Полная уборка парусов

На парусно-гребных судах всегда убирают паруса при усилении ветра. Во всех случаях на них проще и безопасней уходить к берегу на веслах. Для больших многокорпусников, которые тяжело идут на веслах против сильного ветра, вопрос об уборке парусов решается сложнее. При сильных шквалах с берега рулевой в каждом конкретном случае должен сам решать, что безопаснее – переждать шквалы на якоре с убранными парусами или пробовать достигнуть берега под зарифленным гротом, используя его жесткость и свое умение управлять яхтой.

Полную уборку парусов проводят в ситуациях, когда возникает реальная угроза опрокидывания, например, если судно не успело убежать от мощного предгрозового шквала, который оно может выдержать только под голым рангоутом, или когда судно серьезно повреждено – разгерметизирован поплавок, потерян руль и т. п.

Уборка парусов на шквалах довольно сложная операция, требующая хорошей выучки экипажа. В некоторых случаях проще и безопаснее не опускать паруса, а завалить всю мачту. Для этого раздают узел крепления ходового конца штага, выведенного в кокпит (рис. 32-1), и заваливают мачту в корму.

В опасных ситуациях просто перерезают ножом талреп или мягкую (капроновую) вставку ванты, которую делают именно на этот случай. Мачта с парусами плавно падает за борт. На многокорпусных судах ее можно поднять на борт и разоружить.

На берегу все паруса надо обязательно опускать по многим причинам. Приведем лишь один пример. На “Регате Московского моря-81” в коротком промежутке между двумя гонками через лагерь прошел сильный шквал и соорудил из десятков многокорпусников, кучно стоявших у берега с поднятыми парусами, некое подобие таежного бурелома. Наиболее легкие катамараны взлетали в воздух.

Применение “слабых звеньев” в конструкции парусных вооружений

Разборные парусные суда из-за неосторожности рулевых или при других обстоятельствах, например при спасработах, иногда оказываются на воде при ветрах, превышающих все их возможности. В результате судно опрокидывается или ломается. Второе предпочтительнее, ибо гораздо безопаснее ожидать окончания шквала сидя в судне, хотя и частично поврежденном, чем плавая в воде. Поэтому остойчивость разборных туристских яхт рассчитывается на гораздо более сильные ветра, чем их прочность.

В первую очередь ломаются наиболее слабые элементы силовой конструкции судна. Например, на польском разборном швертботе “Мева” слабым элементом является мачта – при перегрузках она ломается первой. Это решение конструкторов надежно обеспечивает безопасность плавания. Когда во время одной из регат многочисленный флот “Мев” попал в сильный шквал, суда со штатными мачтами просто теряли их, а с самодельными усиленными мачтами – опрокидывались.

Выбор мачты в качестве слабого звена конструкции яхты надежное, но не самое рациональное решение. Мачта слишком ответственный и сложный узел, чтобы рисковать ею при каждой серьезной ошибке рулевого. После аварии ее трудно восстановить в походных условиях. На самодельных парусниках в качестве специальных “слабых звеньев” используют более простые и быстро заменяемые детали. Например, хорошо себя зарекомендовали большие тарированные карабины, которыми ванты крепятся к вант-путенсам. При опасных для яхты нагрузках карабин разгибается, наветренная ванта отдается и мачта с парусами плавно падает за борт. Момент, кренящий яхту, исчезает.

В частности, в упоминавшейся гонке “Мев”, когда из 60-и швертботов до финиша дошли только 4, в спасработах участвовал катамаран “Альтаир” (рис. 24-4), в вантах которого имелись “слабые звенья”. В горячке спасработ спасатели излишне форсировали парусом и ветер дважды сносил им мачту за борт. Ее ловили, ставили на место и продолжали перевозить мокрых “мевщиков” на берег. Если бы “слабых звеньев” не было, то спасать пришлось бы и самих спасателей.

Прочность “слабого звена” подбирают опытным путем. Для этого яхту закренивают на берегу или на мелководье и следят, чтобы “слабое звено” разрушалось раньше, чем начнут перенапрягаться ответственные узлы и детали силовой конструкции яхты, и гораздо раньше, чем будет исчерпан запас яхты по остойчивости.

Применение сигнальных устройств

Некоторые рулевые предпочитают не терять мачту при срабатывании “слабого звена”, а лишь получать объективную информацию о том, что яхта работает с перегрузкой. В этом случае параллельно “слабому звену” в ванту ввязывают с небольшой слабиной прочный конец (см. рис. 20-10). При разгибании карабина раздается характерный звук и ванта удлиняется на несколько сантиметров, что не мешает ей нормально работать. Срабатывание слабого звена служит для рулевого достаточно ясным сигналом, что надо срочно уменьшить силы, развиваемые парусами. Разрушенное “слабое звено” заменяют запасным.

ОСТОЙЧИВОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ ЯХТ

§ 13. Остойчивость яхт

«Остойчивостью» называется способность судна, выведенного из положения равновесия внешними силами, возвращаться в первоначальное положение после прекращения действия этих сил.

Остойчивость характеризуется восстанавливающим моментом, который развивает судно при крене или дифференте. На яхте, находящейся в равновесии, восстанавливающий момент равен действующему на нее кренящему или дифферентующему моменту и направлен в противоположную сторону.

Различают продольную и поперечную остойчивость яхты, на малых и на больших углах крена, статическую (когда яхта находится в равновесии) и динамическую остойчивость (когда угол крена под воздействием внешних сил изменяется), на ходу и без хода, на гладкой воде и на волнении, в подошве волны и на гребне волны. Во всех этих случаях остойчивость судна будет разной.

Особенностью рассматриваемых судов является то, что у них вес экипажа в 2-3 раза превышает вес яхты и восстанавливающий момент, который может развить откренивающий экипаж, значительно превышает момент, развиваемый корпусом судна. Более того, легкие яхты могут ходить под парусами на ровном киле, т.е. требуемый восстанавливающий момент может создаваться экипажем без участия остойчивости самой яхы.

Проверка яхты на поперечную остойчивость

Поперечная остойчивость является важнейшей характеристикой судна, т.к. в подавляющем большинстве случаев яхты опрокидываются именно через борт. Полный расчет судна на поперечную остойчивость довольно сложен, поэтому автор рекомендует судостроителям-любителям при постройке своих судов пользоваться приближенной формулой, связывающей статическую поперечную остойчивость яхты с экипажем на борту, которую легко подсчитать, с основными факторами, определяющими кренящий момент:

М_В = –М_КР = 0,1·S·H·>V_{И. РАС.}

где:
М_КР и М_В – кренящий и статический восстанавливающий моменты, кгс·м;
S – площадь парусности, м²;
Н – высота парусности, м;
V_{И. РАС.} – скорость истинного ветра, на который рассчитывается яхта, м/сек.

При соблюдении этого условия яхта, не опрокидываясь, может ходить всеми курсами при волнении до 3-х баллов и нести паруса в режиме создания максимальной тяги по курсу. Опасность опрокидывания, если не учитывать грубых ошибок экипажа, появляется только при усилении ветра выше расчетного.

Кренящий момент

На рис. 4-3 и 13-1 видно, что аэродинамическая сила паруса на всех курсах кроме фордевинда имеет составляющую, направленную поперек продольной оси судна – силу дрейфа (Д), которая стремиться опрокинуть яхту. Опрокидывающий или кренящий момент (М_КР) равен произведению силы дрейфа на высоту парусности (Н), которая равняется расстоянию между центром парусности яхты (ЦП) и центром ее бокового сопротивления (ЦБС).

Рис. 13-1. Возникновение кренящего момента.

Центр парусности по высоте почти совпадает с центром тяжести проекции парусов яхты на ее диаметральную плоскость.

Центр тяжести проекции паруса находят графически. У треугольных парусов он лежит на пересечении медиан треугольника, у прямоугольника и параллелограмма – на пересечении диагоналей. Если парус имеет сложную форму, то его разбивают на простые фигуры. Общий ЦП двух фигур лежит на линии, соединяющей центры тяжести этих фигур. Расстояния от ЦП каждой из фигур до их общего ЦП обратно пропорциональны площадям фигур. Центр тяжести парусов сложной формы можно найти другим путем – вырезать из ватмана проекцию паруса, расположить ее горизонтально и уравновесить на кончике иглы, который укажет на положение ЦП.

ЦБС не совпадает с центром тяжести проекции подводной части судна на диаметральную плоскость. Округлые мелкосидящие корпуса хотя и имеют большую боковую поверхность, но создают небольшую силу бокового сопротивления из-за своей округлой формы и малого вертикального удлинения. Основную долю силы бокового сопротивления яхт создают шверты. При самостоятельных расчетах можно считать, что ЦБС лежит на высоте центра тяжести погруженной поверхности шверта или шверца яхты, а если сила бокового сопротивления яхты создается совместно швертом и рулем, то на их общем ЦБС.

Определение статического восстанавливающего момента разборных судов

Швертботы. Восстанавливающий момент швертботов создается широким корпусом при его крене и откренивающим экипажем (рис. 13-2). Чем больше вес экипажа, чем тяжелее и шире швертбот, чем ниже расположен его центр тяжести, тем он более остойчив. При увеличении ширины швертбота (точнее – площади его ватерлинии) его поперечная остойчивость растет примерно в квадратичной зависимости.

Рис. 13-2. Возникновение восстанавливающего момента на однокорпусных яхтах.

Восстанавливающий момент конкретного швертбота в зависимости от угла крена можно подсчитать по специальным методикам, но расчет этот трудоемок и недостаточно точен. Для самодеятельных судостроителей более подходит следующий путь – при проектировании нового швертбота его остойчивость принимают по наиболее близкому прототипу и кренованию модели корпуса в ванне, потом уточняют при креновании готового корпуса с экипажем на воде, а уже затем окончательно проектируют парусное вооружение, подгоняя произведение SхН под определенную остойчивость и выбранный расчетный ветер.

На швертботах в основном откренивает матрос. В условиях туристских плаваний для него надо предусматривать удобные, желательно мягкие сиденья из теплых “пенок” по бортам судна, допускающие большую свободу движений и положений. Иначе матрос быстро устанет и начнет совершать ошибки, чреватые купанием. Очень желательно вдоль днища швертбота закрепить надежный ремень или другие приспособления, за которые матрос будет цепляться ногами или руками и фиксировать свое положение.

Для рулевого предусматривают возможность быстрого перемещения с борта на борт, чтобы он мог своевременно подстраховать матроса и эффективно откренивать при резких усилениях ветра.

Байдарки. Их всегда стараются вести на ровном киле, без крена, поэтому восстанавливающий момент у них создается только откренивающим экипажем, в основном матросом, рулевой его подстраховывает. Экипаж, сидя на своих штатных местах и сместившись к наветренному борту, создает момент 15-25 кгс•м. Этого вполне достаточно, чтобы в средние ветра нести вспомогательный парус площадью 2-3 м². При различных неблагоприятных факторах (порывы ветра, крупная волна, невнимательность экипажа) байдарка начинает крениться и за счет этого возникнет дополнительный восстанавливающий момент порядка 15 кгс•м. В расчетах его не учитывают, он идет в запас остойчивости.

Тримараны. Легкие и прогулочные тримараны, имеющие лишь страховочные поплавки, тоже открениваются экипажем, а точнее – матросом. Восстанавливающий момент, который может развить матрос, зависит от его веса, квалификации, быстроты реакции, удобства различных бортовых сидений и приспособлений для откренивания. На рис. 13-3 показан один из вариантов таких сидений с удобной ручкой, за которую держится откренивающий матрос. (Автор В.В. Зайцев из Самары.)

Рис. 13-3. Вариант устройства бортовых сидений на байдарке.

Туристские тримараны с большими парусами и водоизмещающими поплавками в походных условиях не откренивают. (Действительно, часами висеть за бортом утомительно.) Их восстанавливающий момент создается погруженным в воду подветренным поплавком (рис. 13-4) и подсчитывается по формуле:

где: Р_П – архимедова сила, развиваемая полностью погруженным в воду поплавком (численно в килограммах она равна объему поплавка в литрах); В_К – конструктивная ширина тримарана, равная расстоянию между центрами боковых поплавков, м.

Рис. 13-4. Восстанавливающий момент тримаранов.

В экстремальных ситуациях можно значительно повысить восстанавливающий момент тримарана за счет его энергичного откренивания экипажем. Этот дополнительный момент не учитывается и идет в запас остойчивости.

При эксплуатации легких тримаранов на больших водоемах проявляется одна их особенность. В отличие от классических тримаранов, у которых объем боковых поплавков составляет 0,8-1,2 их общего объемного водоизмещения, разборные тримараны имеют поплавки малого объема. При встрече с гребнем крутой волны небольшой поплавок зарывается в волну. Большая инерционность всего судна не позволяет поплавку быстро всплыть, а вода, устремляясь вниз при образовании впадины волны, давит на поплавок сверху и увлекает его за собой. Все судно получает опасный крен на подветренный борт. Поэтому для обеспечения безопасности плаваний тримаранов в условиях значительного волнения надо увеличивать объем их боковых поплавков по сравнению с расчетным минимум в 2 раза.

Катамараны. В походных условиях при обычных ветрах туристские катамараны не откренивают и весь восстанавливающий момент развивается только за счет остойчивости самого судна. Восстанавливающий момент будет наибольшим, когда один из поплавков начнет отрываться от воды (рис. 13-5). В этом случае:

где: D – весовое водоизмещение катамарана, кгс; В_К – конструктивная ширина, м.

Рис. 13-5. Восстанавливающий момент катамаранов.

Катамараны переворачиваются гораздо резче других судов, поэтому при плаваниях нельзя допускать отрыв от воды их наветренных поплавков. Спортивные и прогулочные катамараны ходят на одном поплавке, но для этого нужны специально отработанная техника управления ими и хорошая физическая подготовка экипажа. Даже в этом случае риск опрокинуться остается большим. В походных условиях, если заметна тенденция наветренного поплавка выйти из воды, катамаран начинают энергично откренивать и резко уменьшают силы, развиваемые парусами.

Расчетный и максимальный ветры, выдерживаемые яхтой

Для спортивно-прогулочных судов расчетный ветер назначают в пределах – 8м/сек. Их перегружают парусами, чтобы уже в средний ветер ходить с максимальной скоростью. В сильные ветра их остойчивость значительно увеличивают за счет энергичного откренивания, а опрокидывающий момент уменьшают, неся паруса под малыми углами атаки. Если яхта опрокинется, то при таком, “пляжном” плавании ничего страшного не происходит – экипаж легко ставит незагруженную яхту на ровный киль и продолжает плавание, “борясь со стихией”.

Однако, ходить в дальние походы на яхтах, перегруженных парусами, не стоит. Условия “шторма” для них наступают уже в средний ветер, и экипажам либо приходится вести действительную борьбу со стихией, в которой успех не гарантирован, либо отсиживаться на берегу в ожидании хорошей погоды. На некоторых водоемах ветры силой 8-12 м/сек могут дуть неделями. Практика показывает, что для увеличения средней скорости прохождения больших маршрутов выгоднее наращивать не площадь парусности, а именно остойчивость судов.

Для туристских яхт расчетный ветер – 10 м/сек. Это обеспечивает безопасный, спокойный характер плаваний, уверенное и быстрое прохождение большинства маршрутов. Увеличение скорости ветра до 10 м/сек легко определяется по начинающемуся свисту ветра в снастях и не заглушенных торцах труб.

Для разборных яхт, рассчитанных на плавание в прибрежной зоне морей и больших озер, расчетный ветер должен быть не менее 12м/сек. Иначе они не обеспечат безопасности плавания на большом волнении, когда фактическая остойчивость яхты значительно уменьшается. На них тяжело будет отлавировать к берегу в условиях начинающегося отжимного шторма.

Кроме расчетного ветра большое практическое значение имеет величина максимального истинного ветра, который данная яхта может выдержать на острых курсах.

, м/с

где: М_{В. МАКС} – максимальный восстанавливающий момент яхты с учетом ее откренивания экипажем, кгс•м; S – площадь парусности с учетом частичной уборки парусов или их рифления, м²; n – коэффициент возможного снижения аэродинамической силы парусов за счет уменьшения их пуза и угла атаки; k —коэффициент запаса по остойчивости, его берут в пределах 1,5-2,5. Меньшие значения для спортивно-прогулочных яхт, большие – для судов, рассчитанных на плавания в тяжелых условиях, или когда на борту находятся дети.

В заключение автор хотел бы подчеркнуть, что при проектировании и постройке своих судов самодеятельные судостроители должны рассчитывать не на хорошую солнечную погоду и “ласковый” ветер, а именно на экстремальные для данных яхт условия, в которые они хотя и редко, но обязательно попадают. Если от мощных предгрозовых шквалов и от настоящих штормов (9 баллов по шкале Бофорта, скорость ветра свыше 20,8 м/сек) обычно успевают убежать на берег, то ни одна яхта не застрахована от того, что при плавании в неустойчивую погоду она не будет застигнута на воде порывами ветра 12-14 м/с.

Например, на одной из регат на Московском море, как раз в разгар клубных споров о целесообразности превращения байдарок в тримараны, первая гонка для большинства “монобайдарок” закончилась еще в предстартовой зоне. Сильные порывы ветра опрокинули сразу несколько десятков байдарок, другие еще держались на плаву, но беспомощно дрейфовали под ветер, некоторые рулевые семейных экипажей, воспользовавшись мелководьем, прыгали за борт и удерживали свои суда от опрокидывания из воды. Из 55 байдарок только 3, с небольшими и достаточно “жесткими” парусами, смогли уйти на дистанцию.

Для туристских яхт опрокидывание в походных условиях, на пустынном водоеме, в холодную ветреную погоду и на значительном расстоянии от берега может надолго отбить у экипажа охоту к парусным путешествиям. В худших случаях создается реальная угроза здоровью и жизни членов экипажа.

Продольная остойчивость

Продольная остойчивость яхты препятствует опрокидыванию ее через нос. Опрокидывающий момент создается парой сил – силой тяги (Т), развиваемой парусами, и гидродинамической силой сопротивления яхты движению (R_Х.Я.). На больших водоемах крупные попутные волны так же стремятся опрокинуть яхту через нос.

Как правило, у длинных и относительно тихоходных туристских судов продольная остойчивость достаточно высокая, но обращать на нее внимание все-таки нужно.

Например, байдарки, из-за традиционно низкого форштевня и подъема палубы к кокпиту, на больших скоростях могут уходить в волну с дифферентом на нос, как подводные лодки. Внимательными надо быть при плавании на коротких швертботах и надувных лодках. При больших парусах и при сильном попутном ветре они могут не только уйти носом в воду, но и перевернуться через носовую скулу. Известны случаи опрокидывания через носы поплавков разборных катамаранов с парусностью 13-18 м². Опрокидываются и небольшие катамараны с недостаточно длинными поплавками.

Чтобы повысить продольную остойчивость, надо увеличивать длину корпуса. При увеличении длины корпуса продольная остойчивость растет примерно в квадратичной зависимости. Другими эффективными способами являются: увеличение полноты носовых ватерлиний, увеличение объема надводной части корпуса в носу и устройство носовых свесов.

Весовая центровка яхты

При проектировании новых яхт их центр тяжести располагают на некотором расстоянии в корму от центра величины (точки приложения архимедовой силы на ровном киле), чтобы момент, создаваемый этой парой сил и дифферентующий яхту на корму, полностью компенсировал момент, создаваемый парусами на полных курсах при расчетном ветре и дифферентующий яхту на нос. Чтобы корректировать весовую центровку при ослаблении или усилении ветра, или при переходе с полных курсов на острые, предусматривают возможность перемещения вдоль судна людей и тяжелых грузов. Если перемещение экипажа вдоль судна затруднено или нежелательно, то увеличивают длину судна.

§ 14. Прочность и жесткость разборных яхт

Чтобы яхта могла ходить при расчетных ветрах, она должна быть не только остойчивой, но и достаточно прочной, т.е. теоретической остойчивости яхты должна соответствовать ее прочность. Например, чтобы вдвое увеличить остойчивость тримарана недостаточно увеличить в два раза объем его боковых поплавков, надо в два раза увеличить и прочность его поперечных балок. Иначе балки сломаются и тримаран опрокинется.

Это подтвердилось, например, на Кавголовской регате тримаранов “Белые ночи-80”. При повторяющихся шквалах половина, “на скорую руку” сделанных байдарочных тримаранов, сломались на дистанции, некоторые из них опрокинулись.

Кроме поперечных балок на разборных судах подвергаются значительным нагрузкам: продольные балки, фермы и стрингера поплавков, мачты и гики, узлы соединения различных деталей, шверцевые и рулевые устройства, корпуса, которые испытывают изгибающие и скручивающие нагрузки от паруса и откренивающего экипажа, и выдерживают удары волн.

Кроме прочности яхты должны обладать и определенной механической жесткостью.

У скрученных винтом корпусов, как это бывает с байдарками и швертботами при откренивании их с кормы, сильно искажается форма ватерлиний и быстро они не пойдут. Еще важнее продольная жесткость корпусов – они не должны изгибаться “бананом” при набивании форштага и ахтерштага или вант, а их килевая линия должна оставаться такой, какой задал конструктор.

Повышение прочности и жесткости судна вызывает увеличение его веса, но на это надо идти. Вес судна можно снижать только за счет более рациональных конструктивных решений, применения более качественных материалов и аккуратного изготовления всех узлов и деталей. Попытки произвольно облегчить основные силовые элементы судна без их предварительного расчета и без серьезных натурных испытаний приводят к тому, что они хорошо работают лишь до первого серьезного ветра.

Силовые рамы разборных судов

На классических яхтах все нагрузки от парусного вооружения, волн и откренивающего экипажа воспринимаются прочными корпусами. Такое решение подходит и для некоторых разборных парусников, например для парусно-гребных байдарок и легких швертботов с мягкой оболочкой и прочным набором в виде единой скорлупообразной фермы.

Для разборных судов с относительно большой парусностью корпусные фермы получаются уже достаточно сложными, а потому и ненадежными и требуют много времени при сборке-разборке судна. Более рациональный путь – обеспечивать требуемую прочность и жесткость корпуса за счет более простых по конструкции и, соответственно, более надежных в работе автономных силовых рам. Как правило, они имеют меньший вес и требуют гораздо меньшего времени при сборке-разборке судна. Для катамаранов и тримаранов с надувными поплавками малого давления использование силовых рам вообще единственный выход, т.к. жесткость самих поплавков незначительна и ее нельзя принимать в расчет. Исключение составляют “поплавки высокого давления”, их накачивают насосами до 0,15-0,2ати и они могут являться достаточно жесткими конструктивными элементами.

Рассмотрим некоторые типы наиболее простых плоских силовых рам.

Т-образная рама (рис. 14-1, а). Это простейшая силовая рама, которая может выдерживать нагрузки от парусного вооружения, откренивающего матроса и боковых поплавков легкого тримарана. Все нагрузки воспринимаются двумя прочными трубами. Откренивающий матрос сидит непосредственно на поперечной балке (“на вант-путенсе”) и моментов, скручивающих корпус винтом, не возникает.

Рама с раздвоенными внизу вантами (рис. 14-1, б). Во многих случаях поперечную силовую балку Т-образной рамы выгодно заменять двумя балками, разнесенными по длине судна. Угол между вантами сохраняют равным ~120°, а внизу ванты раздваивают и ведут их ветви к оконечностям обеих балок. При этом довольно полно используется суммарная прочность двух балок.

А-образная рама (рис. 14-1, в). Это вариант Т-образной рамы, но для обеспечения хорошей обитаемости носовой части судна одна продольная балка заменяется двумя, идущими снаружи кокпита.

Эта рама хорошо подходит для тримаранов с центральным надувным поплавком. “Л-образные” балки обеспечивают горизонтальное положение боковых поплавков и в то же время, за счет гибкости концов поперечных балок, боковые поплавки могут в значительных пределах менять свой дифферент при встрече с большими волнами.

Н-образная рама (рис. 14-1, г). Две прочные продольные балки, закрепленные по бортам судна, связываются между собой подмачтовой балкой, вспомогательной кормовой балкой и через мачту четырьмя вантами. При достаточной прочности мачты и продольных балок рама не скручивается даже при энергичном откренивании яхты с кормы, со штатного места рулевого, и обеспечивает прочность и жесткость всего судна.

Хорошо работает и другой вариант этой рамы, когда ванты заменяются четырьмя трубками-распорками, которые идут не к самой мачте, а к верхней части мачтового стакана (или пяртнерса), в который вставляется свободностоящая мачта.

Использование бакштагов (рис. 14-1, д). На однокорпусных яхтах расстояние по  длине судна между мачтой и вант-путенсами получается небольшим. Из-за этого силы в системе мачта–ванты–корпус достигают очень больших величин, особенно на полных курсах. Кроме того, если рулевой будет откренивать яхту с кормы, то из-за большого расстояния между его местом и вант-путенсом создается значительный момент, скручивающий корпус яхты винтом. Избегают этих неприятностей, применяя бакштаги – снасти, идущие от топа мачты к бортам яхты в районе ее кормы. Бакштаги значительно разгружают мачту и корпус и позволяют туго набивать передние шкаторины стакселей.

Рис. 14-1. Примеры плоских накладных силовых рам.

Во время поворота через фордевинд рабочий бакштаг надо раздавать и закладывать другой бакштаг с нового наветренного борта. Чтобы при поворотах через фордевинд, в том числе и непроизвольных, бакштаг отдавался автоматически, его закладывают с помощью металлического срывного колечка за гладкий нагель, расположенный перпендикулярно ДП судна. При ударе гика о бакштаг колечко слетает с нагеля и бакштаг отдается.

Треугольные рамы (рис. 14-1, е). Их работа основана на том, что треугольные рамы из труб не скручиваются.

Если в треугольную раму завязать две прочные продольные балки, например фальшборта из труб (рис. 14-1, ж), то можно значительно уменьшить скручивание корпуса при откренивании яхты рулевым. Возможно использовать и раздвоенные снизу ванты, что облегчает общую компоновку судна.

Ромбовидная силовая рама (рис. 14-1, з). Если яхта энергично откренивается с кормы, например 1-1,5–местные швертботы, то можно установить и кормовой не скручивающийся треугольник.

Другие рамы. Кроме описанных существует еще целый ряд плоских и объемных силовых рам для разборных судов.

В качестве примера на рис. 14-2 показана “Х-образная” силовая рама для катамаранов. К оконечностям двух труб крепятся ванты и два штага или четыре распорки от мачтового стакана.

Рис. 14-2. “Х-образная” силовая рама катамарана (см. рис. 2-11).

Обеспечение продольной прочности и жесткости яхты

Показанные на рис. 14-1 накладные силовые рамы, работающие совместно с наборами корпусов, обычно обеспечивают судну прочность и жесткость в продольном направлении, необходимые при парусном вооружении “кэт”.

При вооружении “шлюп”, когда требуется сильное натяжение штага, силовая рама, обеспечивающая работу парусного вооружения, должна быть более жесткой. Обычных стрингерных бортовых ферм-лесенок, применяющихся на швертботах и байдарках, уже недостаточно, приходится делать более серьезные продольные фермы. Например, на байдарках в ферму превращают носовую часть набора (рис. 20-5). При небольшом стакселе эта ферма выполняет роль жесткой продольной балки “Т-образной” силовой рамы.

Жесткость “Т-образной” рамы парусного вооружения можно повысить другим способом (рис. 14-3). Под мачтой крепится вертикальная стойка и от ее нижнего конца идут три туго натянутые оттяжки к штаг-путенсу и вант-путенсам. Они не позволяют носовому концу продольной балки загибаться вверх под нагрузкой от штага.

Рис. 14-3. Т-образная силовая рама парусного вооружения, подкрепленная шпрюйтовыми растяжками.
Пунктирами показаны Л-образные трубы, превращающие раму в жесткую ферму.

Таким же способом, выставляя вертикальные стойки и ведя от их нижних концов тросовые оттяжки к оконечностям балок, можно повысить продольную жесткость других силовых рам, показанных на рис. 14-1.

Жесткие и эластичные силовые рамы

“Жесткими” являются силовые рамы в виде пространственных ферм, которые имеют значительную конструктивную высоту, и поэтому не деформируются при возрастании нагрузок вплоть до предельных, вызывающих их разрушение. “Эластичные” рамы, как правило плоские в плане, имеют малую конструктивную высоту и могут скручиваться и прогибаться под нагрузкой в пределах упругих деформаций своих элементов.

Принципиальная разница в работе рам следующая. Жесткие рамы сохраняют свою форму стабильной во всем диапазоне нагрузок, которые они способны выдержать, но боятся ударных нагрузок, например при ударах корпуса о волны или ударах гика о ванту при непроизвольных поворотах через фордевинд. Чем жестче рама, чем меньше она деформируется при ударе, тем выше пиковые значения сил, действующих на ее элементы. (Ударьте молотком по стеклянному листу или по такому же листу резины и посмотрите, что быстрее разрушится при условии, что абсолютная величина разрушающей нагрузки для стекла и листа резины одинаковая). Достоинство эластичных рам – их живучесть. Энергия ударов гасится при деформации рамы на некоторую величину. Поскольку силы, развивающиеся при ударе в элементах рамы, обратно пропорциональны величине деформации, то они не возрастают до больших величин. Это повышает надежность работы эластичных рам, облегчает их расчет и позволяет делать запас прочности рам небольшим, что снижает их вес. Недостаток эластичных рам – нестабильность их формы.

На берегу легко практически определить, по какой из двух схем сделан, например, мост катамарана. Достаточно поднять вверх нос одного поплавка. Если силовая рама моста катамарана жесткая, то поплавки останутся параллельными друг другу и корма поплавка будет подниматься вместе с его носом. У эластичного катамарана при подъеме носа корма этого поплавка останется на земле и мост скрутится винтом.

Силовые рамы повышенной жесткости и живучести

Стремление объединить достоинства жестких и эластичных рам и избавиться от их недостатков заставило строителей разборных судов искать обходные пути. Рассмотрим три из них:

Эластичные фермы. Фермы с большой конструктивной высотой, при всей своей теоретической жесткости, тоже могут деформироваться на небольшую величину – под нагрузкой прогибаются даже фермы железнодорожных мостов. Например, если нижний пояс поплавковой фермы, работающий на растяжение, сделать из крученого стального троса (с пеньковым сердечником), то ферма под нагрузкой будет прогибаться на заметно большую величину, чем в случае, когда вместо троса используется более жесткая стальная проволока или трубы. На еще большую величину будет прогибаться ферма, если часть ее нижнего пояса сделать из прочного крученого капронового троса. Чем на большую величину может прогибаться ферма под нагрузкой, тем легче она будет выдерживать ударные нагрузки.

Если вернуться к рис.14-3, то можно видеть, что настоящей жесткой пространственной фермой Т-образная рама с тремя тросовыми растяжками станет только в том случае, если ее дополнить двумя жесткими Л-образными трубами, показанными на рисунке пунктиром. Если их не ставить, то получится не ферма, а лишь вариант эластичной рамы повышенной жесткости. При сильном ударе гика о ванту подветренный конец поперечной балки, за счет ее гибкости, имеет возможность переместиться немного вперед и вверх, что позволит ванте слегка прогнуться и амортизировать удар, не порваться самой и не сломать гик.

Этот прием широко используется при конструировании разборных яхт, особенно катамаранов. Многие “фермы”, используемые в их конструкциях, с точки зрения механики фермами не являются. В частности, пояса этих ферм, работающие на сжатие и растяжение, в оконечностях ферм не сводятся, как положено, в одну точку, а оформляются другими способами. При таком решении отдельные их  элементы работают не на сжатие и растяжение, как в классических фермах, а на изгиб и кручение. Сами фермы при этом получаются достаточно эластичными и, соответственно, живучими при ударных нагрузках.

Однако, надо иметь в виду, что классические фермы рассчитываются легко, а для проектирования эластичных ферм требуется уже специальная инженерная подготовка и серьезные натурные испытания уже готовых судов.

Плоские эластичные рамы повышенной жесткости. К созданию достаточно жестких, но живучих силовых рам можно идти с другой стороны – повышая жесткость плоских силовых рам. Деформация трубы под нагрузкой обратно пропорциональна толщине ее стенки и кубу диаметра. Например, если трубу Æ40х1,5 заменить трубой Æ50х1,5, то ее деформация при той же нагрузке уменьшится вдвое.

“Эластичные” рамы не надо путать с рамами, называемые в технике “механизмами”, которые деформируются во все стороны при минимальных нагрузках. У “эластичных” рам при увеличении деформации быстро возрастает сопротивление рамы деформации (как у резины, пружины или рессоры). В какой-то момент наступает равновесие и дальнейшая деформация рамы прекращается. Если конструктор сочтет, что при рабочих нагрузках деформация силовой рамы великовата для нормальной работы яхты, он увеличивает жесткость элементов рамы, которые, работая на кручение или изгиб, сопротивляются деформации.

В качестве иллюстрации снова вернемся к “Т-образной” силовой раме (рис. 14-1, а). Увеличивая диаметры двух ее труб, “степень жесткости” плоской рамы легко сделать равной степени жесткости такой же, но уже пространственной рамы, дополненной подмачтовой распоркой и тремя тросовыми оттяжками (рис. 14-3).

В качестве еще одного примера рассмотрим работу плоской силовой рамы простейшего катамарана (рис. 14-4). Она состоит из двух поперечных балок 1 и 2 и двух поплавковых продольных балок меньшего диаметра 3 и 4, которые проходят через отверстия в поперечных балках. Если один из поплавков, левый, будет сохранять свое горизонтальное положение, а внешние силы начнут изменять дифферент правого поплавка, то поперечные балки, сопротивляясь скручиванию, не позволят проходящим через них участкам балки 4 изменить свое горизонтальное положение. Чтобы правый поплавок изменил свой дифферент и вся рама скрутилась винтом, балка 4 должна будет изогнуться по форме буквы S. Изменяя прочность балок 3 и 4, их способность сопротивляться изгибу, добиваются того, чтобы поплавки могли менять свой дифферент относительно друг друга лишь в определенных пределах, которые сочтет нужными конструктор.

Рис. 14-4. Простейшая силовая рама катамарана.

В частности, по этому принципу сделан кажущийся очень “жестким” гоночный олимпийский катамаран “Торнадо”. Он имеет “скорлупообразные” клееные жесткие корпуса, способные сопротивляться изгибу и кручению, и “эластичный”(!) мост, состоящий из двух поперечных балок. Требуемая жесткость всего катамарана обеспечивается не какими-либо пространственными фермами с обилием тросов и талрепов, а способностью двух поперечных балок работать на кручение, жесткостью заделок их концов в поплавки и жесткостью самих поплавков. Этот прием обычен в инженерной практике.

Использование в яхте силовых рам разных типов. Яхту не обязательно рассматривать как единое целое. В ней можно различать силовые рамы корпусов, мостов многокорпусников, силовых рам поплавков и рам парусных вооружений. Эти силовые рамы могут составлять единую силовую конструкцию, но могут работать и автономно, независимо или почти независимо друг от друга. Часть из этих рам может быть жесткими, часть эластичными.

Например, если увеличить жесткость Т-образной рамы, обеспечивающей работу парусного вооружения катамарана, то это никак не скажется на жесткости его моста.

Такое раздельное рассмотрение и применение силовых рам и возможность комбинировать рамы различных типов открывает широкие возможности при проектировании разборных яхт.

Из сказанного видно, что понятия жесткости и эластичности разборных яхт весьма условны. Поэтому многолетние споры “специалистов”, в том числе и в печати, о принципиальных различиях ферменных и эластичных разборных многокорпусников лишены смысла. Конструктор может добиться желаемой степени жесткости своего судна и одним и вторым способами. Речь может идти только о конкретных судах, предназначенных для конкретных условий плаваний, о рациональности примененных решений и об уровне инженерной культуры.

Например, “эластичная” Т-образная рама (рис. 14-1, а) из труб увеличенного сечения при равной степени жесткости с такой же рамой, но подкрепленной подмачтовой стойкой с тремя растяжками (рис. 14-3) будет несколько тяжелее ее по весу, но проще по конструкции, надежней в работе и быстрее в сборке-разборке. Какую из этих двух рам выбрать, зависит от того, какие цели ставит перед собой конструктор.

Особенности отдельных силовых рам

Силовые рамы корпусов однокорпусных яхт делают достаточно жесткими. Действительно, излишне эластичный корпус с изменяемой волнообразной килевой линией, или скрученный винтом, будет иметь на ходу большое гидродинамическое сопротивление.

Резиновую оболочку корпуса не рассматривают как силовой элемент – при намокании и со временем она вытягивается и перестает работать. Например, корпуса новых “Мев” имели вполне приемлемую жесткость, но по мере старения “Мевы” начинали сильно скручиваться винтом при откренивании их с кормы. Частично задействовать оболочку удается, если вдоль киля и бортов разместить длинные надувные камеры, позволяющие сильно натянуть даже вытянутую оболочку, однако, сильное натяжение оболочки снижет срок ее службы и стойкость при ударах о препятствия.

Жесткость небольших однокорпусных яхт, в частности надувных лодок, можно обеспечить с помощью накладных силовых рам из труб. Они легче по весу и гораздо проще, чем жесткие каркасы для этих лодок.

Силовые рамы парусных вооружений включают мачты и элементы, воспринимающие нагрузки от мачты, штагов и вант. При вооружении судна шлюпом силовые рамы обязательно делают достаточно жесткими, иначе нельзя избежать прогиба передней шкаторины стакселя при усилении ветра.

При вооружении судна кэтом и кэтом со вспомогательным стакселем не стоит значительно увеличивать жесткость рамы парусного вооружения, чтобы не увеличивать ее вес и не снижать ее живучесть при ударах гика о ванты.

Силовые рамы надувных поплавков многокорпусников делают и по жесткой, и по эластичной схеме. В простейшем случае продольная прочность и жесткость поплавков обеспечиваются двумя относительно гибкими трубами – стрингерами. Они хорошо себя зарекомендовали на поплавках катамаранов и тримаранов самых разных конструкций и размеров.

В других случаях поплавки подкрепляют продольными фермами. Конструкцию ферм (см. §24) выбирают в соответствии с конкретными требованиями к конструкции яхты и имеющимися материалами. Чтобы смягчить удары “жестких” поплавков о волны, их носовые оконечности желательно выполнять килеватыми, а силовую раму моста делать достаточно эластичной.

Силовые рамы мостов тримаранов делают эластичными. Действительно, если небольшим боковым поплавкам тримарана жестко задать горизонтальное положение, то из-за своего малого объема они не смогут быстро всплывать на гребни встречных волн и будут вынуждены разбивать эти волны носом. На это тратится определенная энергия, что снижает скорость судна. С ростом высоты волн и скорости судна примерно в квадратичной зависимости растет сила ударов поплавков о волны.

Если позволить боковым поплавкам изменять в определенных пределах свой дифферент относительно центрального корпуса за счет повышения гибкости поперечных балок, то поплавки смогут уже не разбивать волны, а всплывать на них с дифферентом на корму и плавно описывать их профиль. Тримаран пойдет мягче, лишняя энергия тратиться не будет, скорость возрастет, а нагрузки на силовую раму моста значительно уменьшатся.

Силовые рамы мостов катамаранов. Мосты катамаранов из двух байдарок обязательно надо делать эластичными, а байдарки крепить к мостам шарнирно. В противном случае на косой волне наборы байдарок будут работать с большими перегрузками, т.к. их прочность значительно меньше прочности моста. После одного похода по Онежскому озеру на таком жестком катамаране наборы байдарок пришлось буквально разгибать.

О силовых рамах катамаранов с надувными поплавками подробнее рассказано в § 22.

Комплексная проверка прочности судов

В принципе можно сделать полный силовой расчет разборного парусного судна, но практика показывает, что он очень трудоемок и не дает требуемой точности. В частности, при подготовке к промышленному выпуску катамарана “Альбатрос” авиационные специалисты сделали его полный расчет на прочность. Согласно известному анекдоту про авиа- и судомоделистов катамаран должен был получиться гораздо легче прототипа. Однако, после ряда испытаний с обилием аварий в конечном итоге так и не удалось облегчить основные силовые элементы судна по сравнению с прототипом – катамараном “Аргонавт”, прочность которого определялась на основе накопленной статистики и проверялась методом практических испытаний. (Некоторые силовые элементы “Альбатроса” все же оставлены заводскими конструкторами “облегченными”, они и определяют его “слабые места”. )

Натурные испытания являются основным и наиболее надежным методом комплексной проверки прочности разборных яхт. Например, если поставить яхту на мелководье, закрепить на мачте и штаге длинные концы, имитировать их натяжением нагрузки от парусов и энергично откренивать яхту (см. рис. 32-2), то можно сразу получить ответы на многие вопросы о ее прочности и жесткости.

Автор рекомендует начинающим судостроителям при проектировании своих яхт ориентироваться на уже построенные и хорошо себя зарекомендовавшие прототипы, в том числе и описанные ниже, и стараться применять наиболее простые по конструкции силовые рамы.

Расчет отдельных элементов силовых рам

Его делают при предварительной прорисовке судна и при отсутствии прототипов для оценки требуемой прочности его отдельных элементов. Если судостроитель не обладает необходимой инженерной подготовкой, то очень желательно обратиться к знакомым инженерам и опытным судостроителям, чтобы сразу не наделать грубых ошибок. Приведем лишь один простой пример.

Расчет поперечной балки Т-образной рамы тримарана

1. С наибольшей нагрузкой балка работает на курсе фордевинд, когда нагружается вантами, воспринимающими дифферентующий момент. Силы, развиваемые вантами, находят по приближенной формуле:

Если яхта (рис. 14-5) вооружена гротом S = 4 м², h = 1,5м, рассчитана на наибольшую тягу паруса А_П = 22 кгс (при вымпельном ветре V_B = 8,5 м/с) и имеет а = 0,7 м, то сила, развиваемая вантами, будет F_В »23,6 кгс.

Это сила натяжения каждой ванты

Рис. 14-5.

Изгибающий момент, действующий на балку длиной l = 2,6 м, закрепленную на фальшбортах байдарки, разнесенных на 0,4 м (при этом l₁ = 1,1 м), будет:

На курсе фордевинд яхта раскачивается и боковые поплавки периодически входят в воду и дополнительно нагружают балку. Поэтому полученный результат надо увеличить минимум в 1,5 раза. Таким образом, получим, что на курсе фордевинд поперечная балка может нагружаться изгибающим моментом до 39 кгс•м.

2. Проверим, как нагружает балку на острых курсах подветренный поплавок тримарана. Для расчета примем, что поплавок емкостью 20 л (Р_П = 20 кгс) полностью погружен в воду, а дополнительные динамические нагрузки, действующие на поплавок, в сумме составляют половину его архимедовой силы. В этом случае изгибающий момент, действующий на балку в опасном сечении, равен:

3. Проверим, как будет нагружать балку на острых курсах наветренная ванта. При этом рассмотрим худший случай, когда матрос не сидит на балке, а откренивает судно из кокпита. Силу, развиваемую парусом, примем А=30 кгс (на острых курсах вымпельный ветер, действующий на парус идущей яхты, значительно сильнее, чем на полных курсах). Используем приближенную формулу:

Из приведенных расчетов видно, что в данном случае наибольший изгибающий момент действует на среднюю часть поперечной балки на курсе фордевинд и может достигать М_И= 39 кгс•м.

По табл. 5 найдем, что такой момент выдерживает дюралевая труба сечением Æ40х1,5 мм. Но закладывать ее в проект нельзя. Чтобы иметь небольшой запас по прочности, среднюю часть балки надо делать из трубы сечением Æ40х2 или Æ45х1,5 мм. Вторая труба предпочтительней, т.к. она легче.

Для самодельных парусных судов часто используют случайные некондиционные материалы, имеющие явные или скрытые дефекты, поэтому действительную прочность конкретных балок обязательно проверяют опытным путем. Для этого балку кладут на две опоры (рис. 14-6) и посередине прилагают известную силу, например вес испытателя. Постепенно раздвигая опоры, доводят балку до такого состояния, когда на ней начнут появляться следы остаточных деформаций. Действительный изгибающий момент, выдерживаемый балкой, находят по формуле:

Прочность труб на изгиб растет пропорционально толщине их стенки и квадрату диаметра.

Рис. 14-6.

Таблица 5. Вес 1 погонного метра дюралевых труб и ориентировочное значение выдерживаемого ими изгибающего момента.

Диаметр и толщина стенки, мм	Вес 1 п.м, кг	МИ, кгс·м	Диаметр и толщина стенки, мм	Вес 1 п.м, кг	Mи, кгс·м
10х1	0,08	1,6	40х1,5	0,51	43
12х1	0,09	2,3	40х2	0,68	56
14х1	0,11	3,1	42х1,5	0,53	47,5
16х1	0,13	4,2	45х1,5	0.57	55
18х1	0,15	5,4	45х2	0,76	72
20х1	0,17	6,7	48х1,5	0,61	62
22х1	0,19	8,2	50х1,5	0,64	62,5
24х1	0,20	9,8	50х2	0,85	90
26х1	0,22	10,7	52х1,5	0,67	74
28х1	0,24	13,4	52х2	0,88	97
30х1	0,26	15.2	55х2	0,94	110
32х1	0,27	17,4	60х2	1,02	130
32х1,5	0,40	27,5	65х2	1,11	156
36х1	0,31	22,0	70х2	1,2	180
36х1,5	0,46	34,5	80х2	1,38	235

Учет концентрации напряжений в узлах соединений труб

При некоторых способах соединения труб в них сверлят отверстия, которые значительно снижают их прочность. Например, если в работающей на изгиб трубе Æ30х1 из сплава Д16Т в «опасном (наиболее нагруженном) сечении» в зоне сжатия просверлить отверстие Æ 5,5мм, прочность трубы при изгибающих нагрузках уменьшится на 25%. Если такое же отверстие просверлить в зоне растяжения, прочность на изгиб уменьшится почти в 2 раза.

Если между трубами не проложить резиновой прокладки, прочность тонкостенных труб при изгибе, из-за концентрации напряжений в точке контакта, уменьшится почти на треть.

Значение концентрации напряжений растет с уменьшением толщины стенки трубы и с ростом жесткости материала трубы.

Дальше

Вернуться к содержанию