Вітрила, як і весла, - найстаріші двигуни судна ^. Протягом століть відбувався перехід від примітивних плавань до «завоювання» моря з допомогою, ма вітру. Однак тільки в перші роки XIX ст. навчилися ефективно лавірувати при неприємних вітрах. Для такого плавання більш придатні косі вітрила, які прийшли на зміну прямим. Останні залишилися в основному на прогулянкових і крейсерських судах, що з'явилися в середині минулого століття, до перегонів яких на деякий час знову прокинувся інтерес у любителів парусного спорту. Зазвичай на яхтах і моделях ставлять бермудські і гафельним вітрила, які прості у використанні і ефективні при вітрах будь-яких напрямків.
Курси судна щодо вітру. Залежно від кута, під яким вітрильне судно або модель йде щодо напрямку вітру, розрізняють курси: бейдевінд, галфінд, бакштаг і фордевінд. Перший і третій ще поділяють на крутий бейдевінд, бейдевинд і повний бейдевінд і бакштаг і повний бакштаг (рис. 547).
При різних курсах необхідно так ставити вітрила, щоб мати найбільше поступальний рух, теоретично - під кутом, рівним половині кута між діаметральної площиною судна і істинним напрямом вітру.
Введемо ще ряд термінів. Якщо вітер дме з правого або лівого борту, то кажуть, що судно (модель) йде правим або лівим галсом. Вираз «змінити галс» означає зробити поворот і так поставити вітрила, щоб вітер дув у протилежний бік. При цьому роблять маневр: переходять лінію вітру носом (поворот оверштаг) або кормою (поворот фордевінд).
Дія вітру на вітрило. Сучасні вітрила створюють силу тяги і при вітрах, що дмуть під гострими кутами щодо напрямку руху. При плаванні моделі бейдевинд парус подібний крила, обтекаемому потоком вітру, який створює силу тяги завдяки своїй формі; при плаванні фордевінд або повний бакштаг (за вітром) - як тіло, що перешкоджає руху вітру.
При розкрої сучасних вітрил враховують дослідження і досягнення в області аеродинаміки, так як вітрило подібний крила літака. Не вдаючись в теорію і розрахунки, наведемо деякі відомості, що пояснюють поведінку самохідної моделі під вітрилами.
^ Весла і вітрило прийнято вважати рушіями, як двигуни в першому випадку розглядають руки людини, в другому - вітер.
Спрямовану паралельно діаметральній площині, і силу Дреа
Мал. 547. Курси судна щодо вітру.
1 - напрямок вітру; 2 - навітряна сторона; 3 - підвітряного боку; 4 - крутий бейдевінд; б - бейдевинд; 6 ^ повний бейдевінд; 7 = галфінд; 8 - бакштаг: 9 повний бакштаг; 10 | = фордевінд.
фа, що дієперпендикулярно цій площині. Сила тяги є позитивною, вона рухає модель, а сила дрейфу - негативною, вона викликає крен і бічне переміщення моделі-дрейф (рис. 549). Тому рух моделі складається з двох рухів: в поздовжньому і поперечному напрямках. Кут між поздовжньою віссю моделі і напрямком його руху називають кутом дрейфу.
З аеродинаміки відомо, що поверхня, обдуваемая вітром, на стороні, зверненій до вітру, має одне тиск, а на протилежній - знижений. Сторону вітрила або моделі, повернену до вітру, називають навітряного, а протилежну - під-
Мал. 548, Дія вітру на вітрило:
1 »^» "^? ^" ^ " '' '^^." ^ "Р 2 - сила тиску вітру; 3 рівнодіюча тиск де ^ и 1 п ^ ть ^ дрейф * ^'" '' '' ^ '' площину; 5 - кут дрейфу; 6 - дійсний шлях мо вітряною. З розподілу тиску видно, що сила тяги майже на ^ / з залежить від зниження тиску на підвітряного стороні вітрила, а не від тиску на вітряної. Найбільше зниження тиску спостерігається в передній частині вітрила, тому центр додатки результуючої сил, що діють на вітрило, не збігається з його геометричним центром. Наприклад, при куті між вітрилом і напрямком вітру 15 ° точка докладання результуючої тиску розташовується
Мал. 549. Розкладання рівнодіюча сил тиску вітру на складові:
1 - сила тяги; 2 ^ - сила, що викликає дрейф; 3 «результуюча сила тиску на вітрило.
Приблизно на '/ з довжини вітрила, рахуючи від передньої кромки. Якщо напрямок вітру перпендикулярно площі вітрила, результуюча прикладена в геометричному центрі вітрила.
Так як вітрило практично не має товщини, до нього застосовні результати дослідів з плоскими і зігнутими пластинами. Відомо, що коефіцієнт тяги для сильно вигнутих пластин більше в два рази, ніж коефіцієнт для плоских пластин. Парус з дуже великою кривизною найбільш ефективно працює як тіло, що чинить опір руху вітру, а з малою кривизною - какпрофіль, обтічний потоком. Якщо висота вітрила в два рази більше його ширини, то сила тяги значно збільшується і продовжує підвищуватися при подальшому збільшенні висоти. Тому при плаванні бейдевинд ефективним буде вітрило, висота якого не менше ніж в п'ять разів перевищує ширину. При плаванні фордевінд висота вітрила не має такого значення, так як в цьому випадку він працює як пручається поверхню, а не як профіль крила (рис. 550, а).
Надзвичайно важливо розподіл по ширині кривизни вітрила: її призначення - відхиляти вітер так, щоб сила тяги була максимальною при мінімальному опорі. увігнутість па-
Рис 550 Зскізи вітрил для моделі (а) і ідеальна кривизна вітрила прн плаванні бейдевінд (Ь): I - для сильних вітрів; II-прі плаванні бейдевинд; відношення ширини вітрила до довжини 1: 5.
I - діаметральна площину; 2 - шлях-дрейф; 3 - кут дрейфу; 4 щогла; 5 -кажущійся вітер; 6 - профіль вітрила; 7 - хорда вітрила.
руса повинна створювати плавне обтікання вітру по всій висоті вітрила. Приблизно на ^ / з висоти вітрила увігнутість ідеальна, в нижній частині вона збільшується, а у верхній зменшується, так як вітрило стає все більш плоским, і поблизу клотика зовсім зникає. Щоб поліпшити профіль вітрила, за його задньої шкаторини встановлюють лати ^ При розкрої вітрила глибина ідеальної кривизни повинна складати приблизно '/, про довжини хорди поперечного перерізу вітрила (рис. 550, Ь).
Сила тяги змінюється в залежності від угнутості вітрила і його положення щодо вітру. Зрозуміло, що при плаванні бейдевинд тільки невелика частина сили тиску вітру на вітрило використовується як сила тяги.
Істинний і здається вітри. Вітер, що діє на вітрило рухається моделі або яхти, які не істинний, а здається. Напрямок і сила удаваного вітру складаються з істинного вітру і вітру, що виникає від руху моделі. Так, прапорець на щоглі рухомого судна показує напрямок саме удаваного вітру, який тому іноді ще називають вимпела.
'Лати - дерев'яні лінійки, які вставляють в спеціальні кишені, нашиті поперек вітрила біля задньої шкаторини, щоб кромка вітрила НЕ відгинати і не закручуватися.
Швидкість цього вітру залежить від кута між напрямом істинного вітру і курсу моделі. При плаванні бейдевинд швидкість удаваного вітру перевищує швидкість істинного, але діє він на вітрило під меншим кутом, ніж справжній вітер (рис. 551). Це обмежує можливості плавання бейдевінд. При плаванні галфінд - поперек лінії вітру - напрямок уявного
Мал. ^ 51. Істинний і здається вітри:
1 - сила тяги; 2 - здається вітер; 3 - істинний вітер; 4 - судно, що йде бейдевинд; 5 - судно в галфннде; 6 - судно в фордевінд.
вітру ще більше розходиться з напрямком істинного вітру, але тепер він діє на вітрило під великим кутом, тому сила тяги збільшується.
При плаванні фордевінд напрямок уявного вітру збігається з напрямком істинного. Швидкість істинного вітру більше швидкості удаваного, остання дорівнює різниці між швидкостями істинного вітру і моделі.
Центр парусність. У тому випадку, коли судно несе кілька вітрил, сумарна сила тяги є проекцією на діаметральну площину рівнодіюча всіх сил, що діють на вітрила. Крапку її застосування називають центром парусності пару сов (ЦП). Наприклад, спортивні моделі озброюють зазвичай двома вітрилами: фор-стакселем (або стакселем) і гротом. Кожен вітрило має свій центр парусності (його умовно вважають збігається з центром ваги поверхні вітрила). ЦП знаходиться на прямій, яка з'єднує ЦП окремих вітрил на відстані, назад пропорційному площі кожного вітрила (рис. 552, а).
Рух моделі. Розглянемо тепер, як веде себе вітрильна модель під дією вітру. Уже говорилося, що при плаванні бейдевинд тільки невелика частина сили вітру використовується як
сила тяги, решта викликає дрейф і крен моделі. Силі дрейфу протидіє сила опору, прикладена в центрі бокового опору (ЦБС) або центрі ваги підводної частини судна, спроектованому на діаметральну площину (рис. 552, Ь). ЦП та ЦБС моделі зазвичай знаходяться на різних вертикальних осях (див. Рис. 552, Ь), тому утворюється додаткова пара сил, момент яких прагне повернути модель щодо вертикальної осі. Таким чином, при плаванні бейдевинд спостерігається дрейф, крен і обертання моделі.
Силі дрейфу протидіє сила бокового опору, спрямована в протилежний бік і прикладена в ЦБС. Зрозуміло, що при збільшенні бічній поверхні підводної частини корпусу швидкість дрейфу знижується і кут дрейфу зменшується. Це дозволяє судну йти під кутом, близьким до його поздовжньої осі, в результаті чого швидкість моделі в напрямку руху зростає (рис. 553, а).
Сила дрейфу і сила бокового опору води, точки прикладання яких розташовані на різній висоті, створюють крениться момент. Протидіє йому момент поперечної остойчі вості. Крен може бути зменшений за рахунок зниження ЦП, але це можна робити лише в певних межах або за рахунок збільшення баласту, також в розумних межах. Останнє можна виконати лише в тому випадку, якщо корпус моделі легкий {рис. 553, Ь).
Пара сил, що викликають обертання, компенсується дією керма. Щоб утримати модель на курсі, необхідно повернути кермо на кут, що залежить від горизонтального відстані між, ЦП і ЦБС. Якщо ЦП знаходиться попереду ЦБС, то модель звалюють (її ніс відхиляється від вітру). Щоб привести судно, кермо необхідно покласти в сторону навітряного борту (рис. 554, а і Ь). Якщо ЦП знаходиться позаду ЦБС, то модель наводиться (її ніс прагне
Мал. 553, Сили, що викликають дрейф, які протидіють йому (а) і викликають крен (Ь);
1 - результуюча сила опору руху; 2 - ЦБС; 3 - складові сили тиску вітру; 4 - результуюча сила тиску вітру; 5 - складові сили опору; 6 ЦП; 7 - плече пари сил, що викликають крен.
повернутися До вітрі). У цих випадках кермо перекладають на подветренний борт (рис. 555, а і Ь).
Взагалі, потрібно домагатися, щоб ЦП знаходився на тій же вертикалі, що і ЦБС. Це, звичайно, ідеальна умова. У цьому випадку говорять, що модель Центрованим (рис. 556). Якщо цього не спостерігається, то необхідно перерозподілити парусність, зсунувши вітрила до носа або корми, поки не буде досягнута бажана центрування. Загалом, краще мати що припадає, ніж звалюють модель, т. Е. Краще, щоб ЦП був трохи ближче до корми ніж ЦБС.
Автоматичний пристрій управління кермом, яке застосовують на моделях, описано в гл. ХУПІ.
При плаванні фордевінд сила тиску вітру крім сили тяги створює ще момент, який прагне змінити діфферентовкі мо поділи. Цей момент компенсується моментом поздовжньої остійності (рис. 557).
Вибір типу вітрильного озброєння залежить від різних факторів і насамперед від сили вітру та його напрямки щодо курсу моделі, т. Е. Від того, чи буде вона йти за вітром або проти нього.
Мал. 554. що призводять до вітру модель (а) і положення керма для увалі-вання (Ь).
I ^ ЦП; 2 - ЦБС
Припустимо, наприклад, що модель буде ходити тільки при помірних вітрах. Парус, призначений для плавання бейдевінд, матиме малу ефективність на фордевінд, і навпаки.
На спортивних моделях при плаванні за вітром дозволяється застосовувати спінакер, а при плаванні проти вітру в залежності від його сили - змінювати кількість і стан вітрил.
⇐ Попередня глава Зміст Наступна глава ⇒
