Как работает парус

Когда люди впервые видят, как яхта идёт круто к ветру и даже набирает скорость, у них возникает вопрос: как? Ответ лежит в физике, которую мы все знаем интуитивно — но не применяли к парусам.

Парус работает в двух принципиально разных режимах в зависимости от курса яхты.

На полных курсах (фордевинд, бакштаг) парус работает как мешок: ветер давит на него сзади и толкает яхту вперёд. Это интуитивно понятно — как листик, несомый ветром. Паруса полностью вытравлены, они «поймали» поток.

На острых курсах (бейдевинд, галфвинд) парус работает совсем иначе — как аэродинамическое крыло. Именно здесь начинается настоящая магия, объяснимая физикой.

Поставьте ложку под струю воды из крана — её засасывает и тянет к струе, хотя вы ожидали бы отталкивания. То же самое происходит с парусом.

Когда яхта идёт под углом к ветру, парус принимает форму крыла с изогнутым профилем. Поток воздуха разделяется на две части:

• По подветренной стороне паруса (выгнутой) воздух идёт быстрее — поток ускоряется на изгибе.
• По наветренной стороне (вогнутой) воздух движется медленнее.

По закону Бернулли: там, где скорость потока выше — давление ниже. Разница давлений создаёт подъёмную силу (lift), которая «всасывает» парус вперёд и немного в сторону. Яхту тянет вперёд, как самолёт вверх.

Важная деталь: щель между стакселем и гротом действует как сопло — ускоряет поток на подветренной стороне грота и усиливает подъёмную силу. Поэтому два паруса вместе дают больше тяги, чем каждый по отдельности.

Подъёмная сила тянет яхту не только вперёд, но и вбок — в сторону подветренного борта. Без компенсации яхта просто сдрейфовала бы поперёк курса.

Здесь вступает в работу киль (keel) — тяжёлый свинцовый или чугунный плавник под корпусом. Он выполняет две задачи одновременно:

• Создаёт сопротивление боковому сносу, как лезвие конька на льду. Яхта не едет боком — она скользит вперёд.
• Служит противовесом, который не даёт яхте перевернуться: вес балласта внизу противодействует опрокидывающей силе ветра сверху.

Взаимодействие подъёмной силы паруса и сопротивления киля — вот что заставляет яхту «выскальзывать» вперёд, как мыльный кусочек из сжатой руки.

Колдунчики (telltales) — тонкие шерстяные нитки или ленточки, приклеенные на переднюю шкаторину (luff) паруса с обеих сторон. По ним шкипер видит, как воздух обтекает парус прямо сейчас.

На генуе колдунчики крепят в 10–20 см от передней шкаторины на разной высоте. На гроте — ленты около лат-карманов в средней части паруса. Это разные точки наблюдения: генуя работает в свободном потоке, грот — в уже искривлённом генуей воздухе.

• Оба колдунчика вытянуты горизонтально — парус работает правильно, подъёмная сила максимальна. Ничего не менять.
• Наветренный колдунчик задирается вверх — яхта идёт слишком остро к ветру, поток на наветренной стороне отрывается. Нужно чуть уваляться (отвернуть от ветра) или потравить шкот.
• Подветренный колдунчик падает вниз — парус слишком открыт, поток на подветренной стороне отрывается. Нужно привестись (повернуть к ветру) или выбрать шкот.

Паруса наиболее эффективны именно на грани заласкивания — когда передняя шкаторина вот-вот начнёт трепетать. Это означает, что шкоты лучше слегка недобирать, чем перетягивать: слегка заласкивающий парус тянет лучше, чем перетянутый.

Смотреть на колдунчики нужно так же автоматически, как водитель смотрит на спидометр. Это входит в привычку за одну практику на воде.

Профиль паруса — его изгиб в поперечном сечении — напрямую влияет на то, как он работает. У каждого профиля три параметра: глубина «пуза» (насколько сильно изогнут), положение «пуза» (ближе к передней или задней шкаторине) и скручивание — твист (насколько верхняя часть паруса повёрнута относительно нижней).

• Глубокий (полный) профиль создаёт бо́льшую подъёмную силу при слабом ветре. Это как широкое крыло с большим изгибом — тянет сильно, но создаёт и большее сопротивление.
• Плоский профиль лучше работает при сильном ветре: меньше опрокидывающая сила, яхта не кренится так сильно, рулить легче. Именно поэтому при усилении ветра аутхол (outhaul) натягивают сильнее — нижняя шкаторина грота вытягивается, парус становится плоским.

«Пузо» смещённое вперёд — широкий курсовой сектор, парус прощает ошибки в управлении. «Пузо» смещённое назад — яхта идёт острее к ветру, но требует точного руления. Положение «пуза» на гроте регулируют фалом и оттяжкой Каннингема (cunningham) — тросом на передней шкаторине, который смещает «пузо» вперёд при натяжении. При усилении ветра, когда «пузо» уходит назад, Каннингем возвращает его в рабочее положение.

Аналогия: на машине при гололёде вы снижаете скорость, не разгоняетесь. При сильном ветре вы «снижаете» парус — делаете его плоским, уменьшаете тягу до управляемой.

Прямо против ветра яхта идти не может: паруса теряют подъёмную силу и начинают хлопать. Сектор примерно 90° (по 45° с каждой стороны от ветра) называется «мёртвой зоной» (no-go zone).

Чтобы двигаться к цели, расположенной против ветра, яхта лавирует — идёт зигзагами под углом ~45° к ветру. Каждый зигзаг — один галс. Смена галса — поворот оверштаг (tacking): яхта носом пересекает линию ветра, паруса переходят на другой борт.

При оверштаге яхта проходит через мёртвую точку — зону прямо против ветра, где паруса не работают. Важно пройти её быстро, сохраняя инерцию: если яхта остановится в мёртвой зоне, она попадёт в «крутой бейдевинд» (in irons) и потеряет управление. Именно поэтому не нужно резко тормозить рулём перед поворотом — нужна скорость.

Угол лавировки зависит от яхты и условий. Современные крейсерские яхты идут бейдевинд под углом 40–45° к истинному ветру. Чем острее угол — тем короче путь к наветренной цели.

На острых курсах ветер давит на борт яхты и сносит её в сторону. Этот снос называется дрейфом. Киль сопротивляется дрейфу, но не устраняет его полностью.

Простое правило: скорость ветра в узлах делим на 3 — получаем приблизительный угол дрейфа в градусах. При ветре 15 узлов дрейф составит около 5°. Это значит, что если нос смотрит на маяк — яхта реально пройдёт немного в сторону от него. Опытный шкипер всегда делает поправку на дрейф при прокладке курса.

На полных курсах (бакштаг, фордевинд) дрейф уменьшается и на чистом фордевинде равен нулю: ветер давит прямо в корму, боковой силы нет.

• Подъёмная сила (Lift) — аэродинамическая сила, тянущая парус вперёд; возникает из-за разницы давлений по двум сторонам паруса.
• Киль (Keel) — тяжёлый свинцовый плавник под корпусом; противодействует боковому сносу и опрокидыванию.
• Колдунчики (Telltales) — ленточки на передней шкаторине; показывают правильность обтекания паруса воздухом.
• Шкаторина (Luff) — передняя кромка паруса; её трепетание сигнализирует о потере тяги.
• Грот (Mainsail) — главный парус яхты за мачтой; работает в паре со стакселем.
• Стаксель / Генуя (Jib / Genoa) — передний парус; щель между ним и гротом усиливает тягу обоих.
• Аутхол (Outhaul) — конец, натягивающий нижнюю шкаторину грота вдоль гика; при натяжении парус становится плоским.
• Оттяжка Каннингема (Cunningham) — трос на передней шкаторине грота; смещает «пузо» паруса вперёд при усилении ветра.
• Твист (Twist) — скручивание паруса по высоте; нужен для компенсации разницы скоростей ветра у воды и на высоте мачты.
• Мёртвая зона (No-go Zone) — сектор ~45° по обе стороны от ветра, где паруса не работают.
• In Irons (крутой бейдевинд) — яхта остановилась в мёртвой зоне и потеряла управление; выходят из неё задним ходом.
• Лавировка (Beating) — движение к наветренной цели зигзагами под острым углом к ветру.
• Оверштаг (Tacking) — поворот носом через ветер; применяется при лавировке.
• Галс (Tack) — один «зигзаг» при лавировке; правый галс — ветер справа, левый — слева.
• Дрейф (Leeway) — боковой снос яхты под воздействием ветра; на острых курсах составляет 3–7°.
• Бейдевинд (Close-hauled) — курс под острым углом к ветру (~45°); паруса подобраны туго.
• Бакштаг (Broad Reach) — курс с ветром сзади-сбоку (~135°); максимальная скорость большинства яхт.
• Фордевинд (Running) — курс с ветром в корму; парус работает как мешок, не как крыло.