Паруса для лодок

Конфигурация паруса имеет значение и для величины сопротивления X. При обтекании паруса под острым углом воздушный поток под нижней шкаториной и через верхнюю кромку его перетекает из зоны повышенного давления в зону разрежения. Возникают вихри, создающие дополнительное сопротивление, называемое индуктивным. Для уменьшения индуктивного сопротивления на гике иногда устанавливаются горизонтальные пластины — шайбы (такие пластины можно видеть и на крыле современного самолета). Высокие узкие паруса имеют меньшее индуктивное сопротивление, чем широкие.

Для практических расчетов результирующую силу давления ветра на парус Р раскладывают на составляющие, направленные в сторону движения судна — силу тяги Т и перпендикулярно ему — силу дрейфа Д (рис. 6). Эти силы могут быть выражены вышеприведенными формулами с подстановкой соответствующих коэффициентов Ст и Сд.

Поляра паруса позволяет определить оптимальный угол его установки, при котором сила тяги Т имеет наибольшее значение. При разложении коэффициента полного давления ветра на парус Ср (см. рис. 5) на составляющие Ст и Сд максимум Ст будет получен в случае, если Сд направлен к поляре по касательной. Зная курсовой угол β и определив по поляре угол атаки а (на острых курсах до галфвинда он составляет α = 12...16°), можно вычислить угол установки паруса к диаметральной плоскости лодки, соответствующий наибольшей величине силы тяги. Для примера, рассмотренного на рис. 5, ε = β — α = 60°—15°=45°.

Проектируя парусное вооружение для гребной или моторной лодки, конструктор лишен возможности изменять обводы корпуса по своему усмотрению. Между тем для ходовых качеств они имеют не меньшее значение, чем парусное вооружение, Приходится искать обходные пути. Главная задача — обеспечить лодке движение с минимальным дрейфом. Оригинальное и эффективное решение нашел Антеро Катайнен. Длинное узкое перо руля подвесного паруса представляет собой крыло с высоким гидродинамическим качеством. Встречный поток воды, к которому оно устанавливается под некоторым углом атаки, создает силу гидродинамического давления R, которую можно разложить на силу лобового сопротивления Rx, ориентированную вдоль потока, и подъемную силу Rv, перпендикулярную ему. При равенстве силы Ry, приложенной к парусу, силе дрейфа Д лодка будет двигаться по курсу без дрейфа.

На специально сконструированных парусных судах для противодействия дрейфу под днищем устанавливаются либо фальшкиль (на яхтах), либо подъемный шверт (на швертботах). В: отличие от шверта — руля, примененного Катайненом, эти устройства не могут менять своего положения относительно встречного потока воды. Для того чтобы на неподвижном киле возникла подъемная сила, как это ни парадоксально, необходим дрейф. Благодаря вызванному дрейфом косому обтеканию корпуса яхты водой, возникает угол атаки, необходимый для создания подъемной силы, противодействующей сносу (см. рис. 6).

схема аэрогидродинамических сил, действующих на  парусную лодку
Рис. 6. Схема аэрогидродинамических сил, действующих на парусную лодку

Расчет шверта или фальшкиля производят по тем же зависимостям, что и паруса. В формулах для подъемной силы и сопротивления ρw — плотность воды, а она на три порядка больше, чем воздуха. Следовательно, площадь киля будет значительно меньше площади паруса.

Кроме названных устройств, для уменьшения дрейфа используют еще одно, до недавних пор почти забытое, но с развитием парусного туризма вновь нашедшее применение. Имеются в виду выдвижные кили, навешиваемые по бортам лодки,— шверцы. Конструктивно шверц выглядит менее совершенным, чем шверт, выдвигаемый из колодца, устроенного в диаметральной плоскости лодки. Как и навесной руль, шверцы подвержены аэрации — прорыву воздуха на стороне разрежения, при которой эффективность их действия резко падает.

Есть, однако, у шверцев и исключительно им присущие достоинства, которые делают их особенно привлекательными для изобретателей парусных лодок. Главное из них —  возможность сохранить в неприкосновенности корпус лодки, а следовательно, и полноценно использовать его под веслами или мотором. Да и возможность аэрации для большинства парусных лодок мала.

Страницы: 1 2 3 4