Действие ветра на парус

На движение шлюпки под парусом оказывают влияние две среды: воздушный поток, действующий на парус и надводную часть корпуса шлюпки, и вода, действующая на подводную часть корпуса шлюпки. Благодаря особой форме паруса даже при самом неблагоприятном ветре — бейдевинд — шлюпка может двигаться вперед.

Сечение паруса напоминает крыло, наибольший прогиб которого удален от передней шкаторины на 1/3–1/4 ширины паруса и имеет величину 8—10% ширины паруса (см. рисунок справа). Ветер огибает парус с двух сторон, причём с наветренной стороны паруса создается повышенное давление (+), с подветренной — разреженное пространство (—). Суммарное действие сил давления и разрежения образует силу Р, которая направлена перпендикулярно плоскости паруса или хорде, проходящей через переднюю и заднюю шкаторины, и приложена к центру парусности ЦП.

Сила Р раскладывается на две составляющие — Т и Д, ориентированные относительно диаметральной плоскости (ДП) шлюпки. Сила тяги Т, направленная параллельно ДП, заставляет шлюпку двигаться вперед. Сила дрейфа Д, направленная перпендикулярно ДЛ, вызывает дрейф и крен шлюпки.

Сила Р зависит от скорости и направления ветра относительно паруса. Чем больше угол β между направлением ветра и плоскостью паруса (ПП), тем больше сила Р. При β=90° сила Р достигает максимальной величины.

Силы Т и Д зависят от угла γ между диаметральной плоскостью шлюпки и плоскостью паруса. С увеличением угла γ сила тяги увеличивается, а сила дрейфа уменьшается.

Действие воды на шлюпку во многом зависит от обводов ее подводной части. В качестве примера можно привести рассмотренный случай с парусом. Несмотря на то, что при ветре бейдевинд сила дрейфа Д превышает силу тяги Т, шлюпка имеет ход вперед. Здесь сказывается боковое сопротивление R₁ подводной части корпуса, которое во много раз больше лобового сопротивления R.

Сила Д, несмотря на противодействие корпуса, все же сносит шлюпку с линии курса. Угол α, составленный ДП и направлением истинного движения шлюпки ИП, называется углом дрейфа. Чем острее угол между ДП и направлением ветра, тем больше угол дрейфа, так как при острых углах сила тяги Т незначительна и шлюпка, не имея достаточного поступательного движения вперед, сносится под ветер. При ветре круче 40—45° шлюпка вперед двигаться не может.

Наибольшая тяга и наименьший дрейф шлюпки могут быть получены путем выбора наиболее выгодного положения диаметральной плоскости шлюпки и плоскости паруса относительно ветра. Установлено, что угол между диаметральной плоскостью шлюпки и плоскостью паруса должен быть равен половине угла А между диаметральной плоскостью и направлением ветра. На рисунке слева показано правильное положение паруса при ветрах бейдевинд (а), галфвинд (б) и фордевинд (в). На рисунке слева показано правильное положение паруса при различных направлениях ветра.

При выборе положения паруса относительно ДП и ветра старшина шлюпки руководствуется не истинным, а вымпельным (кажущимся) ветром, направление которого определяется равнодействующей от скорости шлюпки и скорости истинного ветра. На кораблях направление кажущегося ветра обычно определяется по вымпелу (отсюда его название), а на шлюпках — по колдунчику — нитке, привязываемой к вантинам, или по ленточкам бескозырки. На рисунке справа: ВИ – истинный ветер; ВШ – ветер от движения шлюпки, равный скорости хода и направленный в противоположную сторону; ВВ – вымпельный ветер.

Выше рассматривалось действие одного паруса — фока. Кливер, расположенный перед фоком, исполняет роль предкрылка. Поток воздуха, проходящий между кливером и фоком, уменьшает давление на подветренной стороне фока и, следовательно, увеличивает его тяговую силу. Однако это происходит лишь при условии, что угол γ₁ между кливером и ДП шлюпки несколько больше угла γ₂ между фоком и ДП. Если же кливер прижать к ДП, то поток воздуха будет ударять в подветренную сторону фока, ухудшит его форму и уменьшит тяговую силу. Такое же отрицательное действие производит кливер, имеющий слишком выгнутую форму. На рисунке показана правильная и неправильная установка кливера относительно фока.