Из книги "Парусный спорт".
Издательство: "Физкультура и спорт".

На ходу яхты возникают два рода сопротивлений: воздушное сопротивление корпуса, парусов, оснастки и команды и сопротивление, оказываемое водой на погруженную часть корпуса.

В общем, воздушном сопротивлении наибольшую роль играет сопротивление паруса. По расчетам различных авторов сопротивление парусов дает 65-75% всего воздушного сопротивления, такелаж и рангоут - 5-10%, корпус-10-25% и команда - 5-10%.

Общее сопротивление паруса складывается из трех видов сопротивлений: трения, формы и индуктивного. Чтобы снизить сопротивление трения, надо добиваться наибольшей гладкости поверхности паруса.

Экспериментально было найдено, что сопротивление трения обычной парусины после обжига ворса снижается примерно на 35-40%. Основное преимущество парусов из синтетических тканей получается за счет свойств этих материалов. Кроме высокой плотности, они обладают исключительно гладкой глянцевой поверхностью и значительной жесткостью. Гладкость поверхности (по сравнению с обычной парусиной) уменьшает сопротивление трения, а жесткость обеспечивает лучшее сохранение формы паруса на ходу яхты. Необходимость сохранения формы заставляет выбирать для парусов материал более толстый, прочный, а, следовательно, и более тяжелый, чем требуют соображения механической прочности и долговечности паруса.

Величина индуктивного сопротивления зависит от соотношения между высотой и шириной паруса. Оно тем меньше, чем выше и уже парус. У современных яхт соотношение высоты и ширины паруса - в пределах 3 : 4 и редко доходит до 5. Увеличивать высоту парусности можно только до известных пределов, так как этому препятствуют многие обстоятельства: большая валкость яхты, более сложная оснастка и рангоут и, наконец, ограничения, указанные в правилах классов.

Хотя и принято разделять общее сопротивление паруса на три вида сопротивлений, они тесно связаны друг с другом: так, при плохой форме может увеличиться не только сопротивление формы, но и сопротивление трения и индуктивное сопротивление одновременно.

Для снижения сопротивления рангоута и такелажа надо делать их возможно более обтекаемой формы, наиболее гладкими, тонкими. Значительную выгоду дает применение для стоячего такелажа струн вместо тросов. Сопротивление струны в несколько раз меньше сопротивления витого проволочного троса.

Для уменьшения воздушного сопротивления с палубы постепенно были перенесены внутрь корпуса все крепления стоячего и бегучего такелажа. На современных гоночных яхтах уже не видно на палубе вантпутенсов с талрепами, кофельпланок, лишних блоков и уток, увеличивающих воздушное сопротивление. Как правило, проводка фалов делается внутри полой мачты с креплением их под палубой. Размещение креплений ниже палубы понижает, кроме того, центр тяжести яхты, следовательно, благотворно влияет на ее остойчивость.

Сопротивление корпуса и команды особенно неприятны при сильном крене на курсах, близких к галфвинду. Поднятый наветренный борт с командой на нем вызывает сильное возмущение воздушного потока, из-за чего страдает работа нижней части грота. Чем больше крен, тем с меньшей эффективностью будут работать паруса. Вред, наносимый работе парусов, гораздо больше вреда от собственного сопротивления команды и корпуса. Не случайно наиболее опытные экипажи принимают все меры для уменьшения крена, а откренивая собственным весом, ложатся вдоль ватервейса и шкотовые и рулевой. Все на первый взгляд даже небольшие переделки, снижающие воздушное сопротивление яхты, оправдываю себя, конечно, если не выходят за рамки здравого смысла.

Сопротивления, которые испытывает корпус со стороны воды, рассмотрены в разделе о глиссировании. Наибольшее из них сопротивление трения становится особенно заметным на малых скоростях, т. е. при слабом ветре. На рис. 76 наглядно показано, как возникает сопротивление трения. Чем глаже поверхность, тем более тонкий слой воды вовлекается в турбулентное движение, а расход энергии меньше.

Рис. 76. Схема механизма сопротивления

Установлено, что толщина турбулентного слоя растет от носа к корме и находится в границах примерно от 1 до 2% длины ватерлинии. Для снижения сопротивления трения не только шлифуют и полируют поверхность днища, но и покрывают его водоотталкивающими составами, смазками (например, графитными, масляными, силиконовыми и т. п.) Это было особенно распространено несколько лет тому назад. Так как стойкость смазок (кроме силиконовых) очень невелика, часто смазки хватает только на одну гонку. Теперь они употребляются редко. Кроме того, соревнования обычно состоят из серии в пять-семь гонок, а поднимать яхту из воды между гонками запрещено. Разработанные в последние годы новые виды гидрофобных покрытий отличаются высокой прочностью, но в парусном спорте они еще не нашли широкого применения. Эти покрытия известны под общим названием силиконовых, поскольку их основу составляют кремнийорганические соединения.

Существует понятие степени гладкости, представляющее собой отношение длины поверхности в метрах к величине шероховатости этой поверхности, выраженной в миллиметрах. Для яхт это будет отношением длины ватерлинии к шероховатости, смоченной поверхности. Например, при длине ватерлинии 10 м и шероховатости днища, равной 0,1 мм, степень гладкости будет равна 10000 : 0,1 = 100000 или 1 . 105. Очевидно, для достижения одинаковой степени гладкости днища маленьких яхт требуется более тщательная отделка, чем крупных яхт.

Для большинства не глиссирующих швертботов, имеющих длину ватерлинии до шести метров для получения не обходимой степени гладкости поверхности, шероховатость длина должна быть не более 0,05 - 0,06 мм. Шверт и перо руля, у которых отношение длины к ширине менее выгодно, чем у корпуса, требуют более гладкой отделки. Смоченная поверхность глиссирующих яхт должна быть более гладкой, так как сопротивление трения - главное сопротивление этих корпусов. Здесь следует доводить гладкость поверхности корпуса близко к зеркальной, а шероховатость такой поверхности выражается в тысячных долях миллиметра. Так как практическое измерение шероховатости яхтсмену недоступно, то оно определяется на ощупь и на глаз, причем с очень большой точностью. Гладкость поверхности корпуса достаточно довести до такого состояния, чтобы в ней начали отражаться окружающие предметы, хотя некоторые рулевые предпочитают вести полировку до более жесткой степени зеркальности.

Шероховатость днища от 0,05-0,06 мм и до 0,005-0,006 мм, т. е. желательная гладкость днища, достигается применением обычных шлифовальных средств, тонких номеров водостойких шкурок, шлифовочных паст. Стараться превзойти необходимую степень гладкости нет смысла, так как сопротивление трения от этого почти не снижается.

На ходу за кормой яхты можно видеть произвольно возникающие маленькие водяные вихри. Они как бы пытаются бежать за яхтой, но постепенно отстают и пропадают, образуя кильватерный след. Говорят "яхта тянет за собой воду". Чем более плавные обводы у подводной части корпуса, тем меньше эти вихри, т. е. меньше сопротивление формы. Основное значение в образовании сопротивления формы принадлежит обводам корпуса, начиная от миделя и до кормы, что выражается отношением:

Lк/Fx,

где: Lк - расстояние от миделя до кормы в метрах, Fx - площадь погруженной части миделя в м2 (рис.77).
Желание уменьшить сопротивление формы приводило к конструированию яхт длинных и узких с отношением длины к ширине на уровне воды от 6 до 10, как, например, у скандинавских шхерных крейсеров. У таких популярных классов, как "5,5-метровый", "Дракон", "Звездный", оно близко к пяти.
Сопротивление формы будет расти с креном, поскольку плавность обводов погруженной части корпуса заметно нарушается.

Рис. 77. образование сопротивления формы

От всякого плывущего корабля отходят волны. Образуются волны малозаметные и на ходу яхты, на что бесполезно расходуется часть энергии ветра. Этот род сопротивления, совсем незначительный на малых скоростях - не более 10-20% общего сопротивления корпуса, быстро растет со скоростью хода, становясь главным слагаемым в общем, сопротивлении. Резкий рост волнового сопротивления у водоизмещающих судов с увеличением скорости практически ставит границу скорости. Испытания моделей в гидродинамических каналах показали, что скорость яхт водоизмещающего типа, выраженная в узлах, не может превысить 1,4 - 1,7 Lквл**1/2.

Наименьшее сопротивление будет у яхты с плавно обтекаемым корпусом, без излишней полноты в носовой и кормовой частях.

Сопротивление корпуса увеличивается, когда яхта идет с креном и дрейфом. Борьба с креном и дрейфом должна быть одной из постоянных забот экипажа. Правильное размещение балласта, положение команды, своевременное удаление из корпуса воды, положение шверта, регулирование шкотами и много других средств в руках командира.

В заключение коснемся еще одного вида сопротивления корпуса, называемого добавочным. Оно не бросается в глаза, но незаметно наносит большой вред ходу яхты. Добавочные сопротивления, создаваемые отклонением руля от диаметральной плоскости, очень вредно отражаются на скорости яхты.

Даже если яхта незначительно лежит на руле, это создает заметное сопротивление, и оно растет пропорционально площади руля и квадрату скорости яхты. Подсчитано, что сопротивление руля площадью 0,25 м2 при скорости яхты равной 4 м/сек, когда руль отклонен на 10° от диаметральной плоскости, достигает 18 кг.

Все рулевые знают, как чувствительна яхта к рулю, но во время гонок, видимо, забывают об этом и часто действуют рулем очень резко, кладя румпель чуть не на борт. При этом поворотливость яхты не увеличивается, зато сильно растет сопротивление и теряется набранная скорость. Известно, что при отклонении руля на 30° сопротивление увеличивается в пять раз по сравнению с сопротивлением руля, отклоненного на 10°.

Материал подготовил Дымко Юрий.

16.01.2002