Движение катамарана по течению против ветра. Как ходить на парусной яхте против ветра? Истинный и вымпельный ветра в яхтинге

Галсы, Полные курсы, Лавировка, Вымпельный ветер и …

Галс – направление движения относительно ветра, когда угол, образованный с направлением ветра – больше нуля.

Соответственно, правый галс – правая нога или рука впереди, то есть вы всегда стоите спиной к ветру, и движение в правую сторону – правый галс, в левую сторону – левый галс. В зависимости от величины этого угла, курс относительно линии ветра может быть острым или полным.

• Левентик (le vent) - положение судна относительно ветра, когда угол к линии ветра – около нуля. Поскольку парусное судно идти таким курсом не может, обычно говорят не “курс”, а “положение левентик”.
• Бейдевинд (bij de wind) - острый курс относительно линии ветра, когда ветер дует под углом от 0 до 80°. Может быть крутой бейдевинд (до 50°) и полный (от 50 до 80°).

Полными курсами считаются, когда ветер дует под углом близким к 90° или под тупым углом к направлению движения. К таким курсам относятся:

• Галфвинд (halve wind) , или пол-ветра – ветер дует под углом от 80° до 100°.
• Бакштаг (bakstag) - ветер дует под углом от 100 до 150° (крутой бакштаг) и от 150° до 170° (полный бакштаг).
• Фордевинд – тот самый «попутный ветер», которого желают морякам, хотя в парусном спорте этот курс отнюдь не самый быстрый, как следовало бы ожидать. Ветер дует в корму под углом от 170° одного борта до 170° другого борта.

Лавировка.
Прямо против ветра вы идти не можете. Если необходимо попасть в какую-либо точку, расположенную выше по ветру, то применяется лавировка, движение к цели курсом бейдевинд – переменными галсами. Для смены галса необходимо совершить поворот. Так же помните, что при любом курсе вы немного дрейфуете (сливаетесь) по ветру, поэтому нельзя четко поставить направление движения до точки, нужно всегда брать курс немного выше на ветер, то есть с запасом.

Определение направлений ветра относительно вас.

• Наветренная сторона – когда вы стоите спиной к ветру, то наветренной стороной будет спина, соответственно – наветренный борт доски там, где пятки.
• Подветренная сторона – наоборот, это все, что находится спереди от вас (по ветру), когда стоите спиной к ветру. Подветренная сторона – это там где стоят ваши носки на доске.

Вымпельный ветер (Apparent Wind).
Скорость вымпельного ветра есть геометрическая сумма скоростей истинного ветра и ветра, вызываемого движением яхты (курсовой ветер). Если скорость движения по воде составляет 1 м/с, то и скорость индуцированного ветра равна 1 м/с в направлении на нос. Чем быстрее движется спортсмен, тем сильнее индуцированный ветер, и – соответственно, сильнее вымпельный ветер. Он также усиливается, если вы идете на истинный ветер (против ветра).

Сегодня свое внимание мы обратим на следующий факт: Яхта, вне зависимости от направления ветра движется туда, куда ее ведет капитан и его команда. Происходит это даже в том случае, когда ветер и вовсе дует навстречу. Почему так происходит? В чем секрет этого феномена?

Лодка с парусом появилась задолго до появления самолетов. Но принцип работы парусов и крыльев – один. Основу работы составляет подъемная сила. Вот только если у самолетов, подъемная сила крыла, рассекая ветер, толкает машину вверх, То парус, расположенный вертикально – толкает яхту вперед.

Встречный ветер, попадая на парус, образует толкающую силу. Секрет в том, что с наветренной стороны, той, что внутренняя, скорость ветра меньше, нежели с подветренной. Поэтому образуется разряжение, и парус в прямом смысле всасывается воздухом. Все это возможно благодаря особенностям парусной конструкции. Иными словами, можно сказать следующее: не имеет значение то, как парус расположен на судне, ведь он всего лишь преобразует энергию ветра. Потому-то яхта и способна плыть против ветряного потока.

Даже в те моменты, когда зрительскому глазу кажется, что парус непременно должен тормозить яхту, так как в него снаружи дует ветер, этого не происходит. А не происходит это еще и потому, что центр приложения сил находится на носу корабля, и ветер с легкостью обеспечивает «толкательное» движение.

Но давайте спросим настоящих яхтсменов о том, как и почему движется яхта, и верно ли, что против ветра можно плавать?

Андрей Волхов – имеет немалый опыт управления яхтами, а поэтому доверять ему можно безоговорочно. «На самом деле, против сильного ветра яхта двигаться не сможет. Если поставить ее перпендикулярно к ветровому потоку. Двигаться можно лишь под определенным углом. Работа паруса – идентична работе самолетного крыла. Подъемная сила, создающаяся при помощи ветра, толкает судно вперед».

Но не только подъемная сила возникает при ветровой нагрузке. Крен – еще одно явление, которое нужно учитывать, при управлении лодкой. Это явление, мало того что тормозит яхту, так еще и очень опасно для всего экипажа. В случаях, когда лодку кренит, экипаж должен максимально быстро создать противовес.

Давайте рассмотрим все более подробно на примере спортивной яхты.

• Вариант первый, – ветер дует в попутном направлении. Тут все понятно, и просто. Яхта без труда движется вперед, а экипаж не обременен существенными действиями.

Форм у паруса несколько. Арабская форма – это когда парус имеет «косой» вид. Эффективна эта форма при боковых потоках ветра, а так же приближенных к встречным. Однако, безусловно, будет позади прямого паруса, при попутном ветре. В этом случае, к основному парусу (гроту), добавился бы «стаксель» – дополнительный парус. Два этих паруса способны разогнать легкую яхту до 30 км час.

• Ситуация вторая, – ветровые потоки приходятся в борт судна. Теперь команда оживилась, и разворачивает парус. Важная деть рангоута (жесткое оснащение яхты), – гик. Веревочные снасти называют такелажем. Служит все это для того, чтобы управлять рангоутом. Движение корабля вперед – это и есть искусство яхтсменов. Основная задача экипажа – вовремя повернуть парус под нужный угол. Таким образом, экипаж преследует одну цель – получить от ветра максимум энергии.
• Следующая ситуация – ветер дует под углом 20 градусов, и это против движения лодки. Бейдевинд – называет ход против ветра. Так назвали его еще в давние времена бывалые моряки. В этом случае, команда напряжена максимально, ведь ей нужно поймать ветер. И через некоторое время это удается, и яхта начинает вновь двигаться вперед. Секрет этого явления мы уже рассмотрели. Но на яхте есть еще один парус! Он – невидимый!

Многие уже догадались, что этот парус находится под днищем судна. Называется он килем. Моряки обычно зовут его швертом. Необходим этот элемент для того, чтобы противостоять крену, а так же сдерживать силу ветра, приходящуюся на парус. Еще одной способностью шверта является преобразование кренящей силы в энергию толчка. Законы физики максимально точно работают в яхт спорте.

Ну и конечно, экипаж бессилен, когда ветра нет вообще. Хотя…на многих яхтах предусмотрена двигатели, как раз на случае «безветрия». Поэтому можно не беспокоиться о «непредвиденной кончине» ветра.

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти "против ветра" - или, по выражению моряков, идти "в бейдевинд". Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра 3 . Но угол этот мал - около четверти прямого угла,- и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

3 (Использовать только энергию ветра и двигаться строго против ветра можно, если парус заменить ветродвигателем типа ветряной мельницы, который будет вращать гребной винт корабля. Существует даже известная задача П. Л. Капицы о таком необычном на первый взгляд судне (см. также журнал: Катера и яхты, 1981, № 1, с. 25). )

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса.

В самом деле. Пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рис. 17, линия АВ изображает парус.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем силу давления ветра силой R , приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q , перпендикулярную к парусу, и силу Р направленную вдоль него вперед. Сила Р никуда не толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q , которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК(рис. 18) изображает килевую линию судна. Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном стрелками. Линия АВ изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рис.18. за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой Q, которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу В, перпендикулярную к килю, и силу S, направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении В встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила В почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S, которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, двигает судно под углом, как бы навстречу ветру * . Обычно это движение выполняется зигзагами, как показано на рис.19. На языке моряков такое движение судна называется "лавировкой" в полном смысле слова 4 .

* (Можно доказать, что сила S получает наибольшее значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра. )

4 (В парусном спорте есть ряд вопросов, интересных с точки зрения физика. Подробнее об этом виде спорта и некоторых технических проблемах плавания под парусами можно узнать, например, из книг: Гловацкий В. Увлекательный мир парусов: Очерки но истории парусного спорта.- М.: Прогресс, 1979; Проктор Я. Плавание под парусом. Ветер, волнение и течение.- Л.: Гидрометеоиздат, 1981. )

Думаю, что многие из нас воспользовались бы шансом погрузиться в морскую бездну на каком-нибудь подводном аппарате, но все же, большинство бы предпочло морское путешествие на паруснике. Когда еще не было ни самолетов, ни поездов были лишь только парусники. Без них мир был, не стал таким.

Парусники с прямыми парусами привезли европейцев в Америку. Их устойчивые палубы и вместительные трюмы доставили людей и припасы для строительства Нового мира. Но и у этих старинных кораблей были свои ограничения. Они шли медленно и практически в одном направлении по ветру. С тех пор многое изменилось. Сегодня используют совсем другие принципы управления силой ветра и волн. Так что если захотите прокатиться на современном , придется подучить физику.

Современный парусный спорт это не просто движение по ветру, это нечто воздействующее на парус, и заставляющее его лететь подобно крылу. И это невидимое «нечто» называется подъемной силой, которую ученые называют боковой силой.

Внимательный наблюдатель не мог не заметить, что не зависимо от того куда дует ветер парусная яхта всегда движется туда, куда нужно капитану - даже когда ветер встречный. В чем же секрет такого удивительного сочетания упрямства и послушания.

Многие даже не догадываются, что парус это крыло, и принцип работы крыла и паруса один. В его основе лежит подъемная сила, только если подъемная сила крыла летательного аппарата, используя встречный ветер, толкает самолет вверх, то вертикально расположенный парус направляет парусник вперед. Чтобы объяснить это с научной точки зрения необходимо вернуться к истокам - как работает парус.

Посмотрите, на смоделированный процесс, который показывает, как воздух действует на плоскость паруса. Здесь можно видеть, что потоки воздуха под моделью, имеющие больший изгиб, изгибаются, чтобы обойти ее. При этом потоку приходиться немного ускориться. В результате возникает область низкого давления - это и генерирует подъемную силу. Низкое давление на нижней стороне тянет парус к низу.

Другими словами область с высоким давлением пытается передвинуться к области низкого давления, оказывая давления на парус. Возникает разница давлений, что порождает подъемную силу. Благодаря форме паруса, с внутренней наветренной стороны, скорость ветра меньше, чем с подветренной стороны. На внешней стороне образуется разрежение. В парус в буквальном смысле всасывается воздух, который и толкает парусную яхту вперед.

На самом деле этот принцип довольно прост для понимания, достаточно присмотреться на любое парусное судно. Фокус здесь в том, что парус как бы ни был расположен, передает судну энергию ветра и даже если визуально кажется, что парус должен тормозить яхту, центр приложения сил находится ближе к носу парусника, и сила ветра обеспечивает поступательное движение.

Но это теория, а на практике все чуть по-другому. На самом деле парусная яхта не может идти против ветра - она движется под определенным углом к нему, так называемыми галсами.

Парусник движется за счет баланса сил. Паруса действуют как крылья. Большая часть производимой ими подъемной силы направлено в сторону, и лишь небольшое количество вперед. Впрочем, секрет в этом чудесном явление в так называемом «невидимом» парусе, который находится под днищем яхты. Это киль или на морском языке - шверт. Подъемная сила шверта также производит подъемную силу, которая тоже направлена в основном в бок. Киль противостоит крену и противоположной силе действующей на парус.

Кроме подъемной силы возникает еще и крен - вредное для движения вперед и опасное для экипажа судна явление. Но для того на яхте и существует команда, чтобы служить живым противовесом неумолимым физическим законам.

В современном паруснике и киль, и парус совместными усилиями направляют парусник вперед. Но как подтвердит любой начинающий моряк на практике все намного сложнее, чем в теории. Опытный моряк знает, что малейшие изменения изгиба паруса дают возможность получить больше подъемной силы и контролировать ее направление. Изменяя изгиб паруса, умелый моряк управляет размером и расположением области, производящей подъемную силу. С помощью глубокого изгиба направленного вперед можно создать большую зону давления, но если изгиб слишком велик или передняя кромка слишком крутая молекулы воздуха, обтекающие перестанут следовать его изгибу. Другими словами, если у предмета острые углы частицы потока не смогут совершить поворот - слишком силен импульс движения, это явление получило название «отделившийся поток». Результат этого эффекта - парус «заполощет», потеряв ветер.

А вот еще несколько практических советов использования ветровой энергии. Оптимальный курс выхода на ветер (гоночный бейдевинд). Моряки называют его «ход против ветра». Вымпельный ветер, имеющий скорость 17 узлов, ощутимо быстрее истинного ветра, создающего волновую систему. Разница их направлений составляет 12°. Курс к вымпельному ветру - 33°, к истинному ветру - 45°.

Курс судна относительно ветра - угол между направлением ветра и диаметральной плоскостью судна, то есть курсовой угол на точку горизонта, откуда дует ветер, выражающийся в угловых градусах или румбах.

В зависимости от величины этого угла курсы относительно ветра имеют собственные наименования:

1 - крутой бейдевинд (30° - 45°);

2 - полный бейдевинд (45° - 75°);

3 - гальфвинд (около 90°);

4 - бакштаг (110° - 160°);

5 - фордевинд (160°- 200°);

6 - левентик (по 30° на каждый борт)

Левентик (фр. le vent) - курс, образующий с направлением ветра угол, близкий к 180 градусам, то есть ветер по отношению к кораблю дует практически точно спереди. Поскольку парусное судно идти таким курсом не может, обычно говорят не «курс», а «положение левентик».

Бейдевинд (нидерл. bij de wind) - курс, при котором угол между направлением ветра и направлением движения судна составляет более 100 градусов (меньше 8 румбов). Выделяют бейдевинд полный (от 100 до 120 градусов) и крутой (более 120 градусов). Тяга паруса целиком определяется его подъёмной силой, при увеличении лобового сопротивления сила тяги уменьшается, зато возрастает сила дрейфа. Таким образом, на этом курсе парус, устанавливаемый с минимальным углом атаки к вымпельному ветру (5-10 °), работает как аэродинамическое крыло.

Лучшие парусные суда ходят под углом 30-35 ° к направлению истинного ветра. Вследствие сложения векторов скорости ветра и встречного потока воздуха скорость вымпельного ветра на курсе бейдевинд оказывается максимальной, также как и аэродинамическая сила на парусе, пропорциональная квадрату скорости ветра. Максимальной величины достигает и сила дрейфа. Если попытаться идти под более острым углом к ветру, то скорость судна будет снижаться, парус станет заполаскивать, аэродинамическая сила снизится и, наконец, наступит момент, когда лобовое сопротивление паруса и сопротивление воды движению лодки намного превысят тягу. Судно получит задний ход.

Галфвинд (нидерл. halve wind), или полветра - курс, при котором угол между направлением ветра и направлением движения судна составляет ок. 8 румбов (от 80 до 100 градусов). На этом курсе ветер дует перпендикулярно ДП, а вымпельный ветер оказывается направленным с носа под острым углом к ДП. Соответственно, парус устанавливается под меньшим углом атаки, его тяга равна подъёмной силе, а сила дрейфа - лобовому сопротивлению паруса. на этом курсе парус должен делить угол между ДП и направлением вымпельного ветра примерно пополам.

Бакштаг (нидерл. bakstag) - курс, образующий с направлением ветра угол больше 8, но меньше 16 румбов (более десяти и менее восьмидесяти градусов), то есть ветер по отношению к кораблю дует сзади-сбоку; отличают курс полный бакштаг, при котором угол составляет не более двадцати градусов, то есть приближающийся к фордевинду; парус устанавливается под углом к ветру с подветренного борта. Обычно на этом курсе парусное судно развивает наивысшую скорость. На бакштаге парус работает с большим углом атаки, при котором лобовое сопротивление играет основную роль в создании тяги паруса. Сила дрейфа практически отсутствует.

Фордевинд (нидерл. voor de wind) - курс, при котором ветер направлен в корму корабля.

Фордевинд - тот самый «попутный ветер», которого желают морякам, хотя в парусном спорте этот курс отнюдь не самый быстрый, как следовало бы ожидать. Кроме того, он требует от рулевого внимания и владения искусством управлять дополнительными парусами (обычно это спинакер). Парус при этом ставится перпендикулярно направлению ветра, тяга на нем создаётся благодаря лобовому сопротивлению. Слабый ветер на этом курсе практически не ощущается, так как скорость вымпельного ветра равна разности скорости истинного ветра и скорости встречного потока воздуха.

Фордевинд - один из двух поворотов (поворот - смена галса) парусного судна, при котором направление ветра в момент поворота проходит через корму. В отличие от поворота «оверштаг», поворот фордевинд более сложный и, порой, опасный, требует чётких действий команды при работе с парусами. Не случайно и команда подаётся с уточнением: «Приготовиться к повороту фордевинд!», тогда как при повороте «оверштаг» командир просто командует «Приготовиться к повороту!».

Лавировка

Лавировка парусного судна. α - лавировочный угол

Прямо против ветра парусник идти не может. Если необходимо попасть в какую-либо точку, расположенную с наветра, то применяется лавировка - движение к цели курсом бейдевинд переменными галсами. Для смены галса необходимо совершить поворот.

Если же сохраняя галс нужно пойти под более острым углом к направлению ветра, то говорят, что нужно «привестись к ветру». Если наоборот, нужно увеличить угол между направлением ветра и ДП лодки, то говорят, что необходимо «увалиться под ветер». (Следует, однако, помнить, что «ветер дует в компа́с», то есть его направления даются не по тому, куда ветер дует, а откуда. Это значит, что если курс судна, например, норд и ветер от норда, он дует не попутно, а навстречу судну.)

Для того, чтобы при этих маневрах установить парус под оптимальным углом атаки, его необходимо подтягивать к ДП - «выбирать», или же отпускать - «травить». Эти термины яхтсмены применяют при всех манипуляциях со снастями - шкотами, оттяжками и т. п.

В зависимости от борта, с которого дует ветер, курсы относительно ветра могут быть правого и левого галса.

При курсовом угле ветра, равном 26 румбам, бейдевинд правого галса в парусном флоте иногда называли штирборд, а левого (курсовой угол ветра 6 румбов) - бакборд. Для уточнения курса относительно ветра применялись выражения: «корабль идет правым галсом 7 румбов к ветру» (то есть бейдевинд при курсовом угле ветра 78°); «Корабль идет бакштаг правым галсом 10 румбов» (то есть курсовой угол ветра 112°); «Корабль идёт штирборд полнее 6 румбов» (то есть бакштаг при курсовом угле 12 румбов, или 135°). Применяют также понятие «крутой бейдевинд», как острейший курс относительно ветра, при котором парусное судно может идти вперёд (он колеблется от 3 до 6 румбов 33,3/4° до 67,1/2°); крутой и полный бакштаг (до 12 румбов и более 12 рубмов, или до 135 ° и более 135 ° соответственно).

Расчет пути судна по известным значениям компас. направления ветра, курс относительно ветра, поправки компаса и дрейфа наз. в парусном флоте исправлением румбов.