Как работает парус: почему яхта идёт против ветра

Парусная яхта не может идти прямо против ветра, но может двигаться к наветренной цели зигзагами. Для этого парус создаёт аэродинамическую силу, а корпус и киль ограничивают боковой снос.

Форма паруса и его угол к вымпельному ветру заставляют поток воздуха огибать ткань и менять направление. На подветренной стороне давление становится ниже, на наветренной выше. Сумма давления по всей поверхности создаёт силу, которую в учебной практике раскладывают на подъёмную силу (lift) и сопротивление (drag).

Одного слова «Бернулли» для объяснения мало. Подъёмную силу можно описывать и через разницу давлений, и через поворот воздушного потока. Это две стороны одного процесса, а не конкурирующие версии.

На курсе бейдевинд доля подъёмной силы особенно важна. На глубоком попутном курсе возрастает роль сопротивления: ветер сильнее давит в парус с кормы. Между этими положениями соотношение сил меняется плавно, а не переключается в одной точке.

Что делает киль

Аэродинамическая сила паруса направлена вперёд и в подветренную сторону. Подводная часть корпуса и киль создают встречную гидродинамическую силу. Они не убирают боковой снос полностью, но мешают яхте просто уехать боком.

Балластный киль выполняет ещё одну работу: его масса повышает остойчивость и противодействует крену. Но сопротивление боковому сносу создаёт не только тяжёлый балласт. Важны форма киля, подводная часть корпуса, скорость и угол движения через воду.

Как читать колдунчики на стакселе

Колдунчики (telltales) - короткие нитки или ленты по обеим сторонам стакселя рядом с передней шкаториной. Их задача проста: показать, струится ли воздух вдоль ткани или поток уже сорвался.

• Оба колдунчика струятся назад: базовая настройка правильная, поток с обеих сторон паруса остаётся присоединённым.
• Наветренный колдунчик поднимается: яхта может идти слишком остро либо стаксель слишком вытравлен. Слегка увалитесь или подберите шкот, меняя только один параметр за раз.
• Подветренный колдунчик поднимается или прячется за парусом: поток на подветренной стороне срывается. Слегка приведитесь или потравите шкот.

Не ждите идеальной неподвижной картинки. На волне и в порывах колдунчики будут двигаться. Оценивайте устойчивую картину за несколько секунд.

Почему меняют форму паруса

Профиль паруса описывают глубиной, положением максимальной глубины и твистом, то есть изменением угла по высоте. В умеренно слабый ветер более полный профиль даёт больше тяги. При усилении ветра парус уплощают, чтобы уменьшить крен и нагрузку на руль.

Нижнюю часть грота уплощают аутхолом (outhaul). Натяжение фала и оттяжки Каннингема (cunningham) влияет на переднюю шкаторину и положение максимальной глубины. Настройки связаны между собой, поэтому на воде меняют один параметр и смотрят на результат.

Почему к ветру идут зигзагами

В направлении прямо на ветер паруса заполаскивают, тяга исчезает, яхта теряет ход. Учебный ориентир: граница мёртвой зоны - примерно 45 градусов от направления ветра. Это рабочая цифра для чартерной лодки с обычными парусами; хорошо настроенная яхта идёт круче, до 30-35 градусов, а полная генуя и грязное днище отнимают эти градусы обратно. Точный угол зависит от яхты, парусов и условий.

Чтобы прийти к наветренной цели, яхта идёт бейдевинд на одном галсе, выполняет поворот оверштаг (tack) и продолжает на другом. Во время поворота нос пересекает направление ветра.

Если скорости не хватило и яхта остановилась носом к ветру, это положение называется in irons, по-русски обычно говорят «застряла в левентике». Это не крутой бейдевинд: в левентике паруса не создают рабочую тягу, а руль теряет эффективность.

Почему курс по компасу и путь могут различаться

Даже с килем яхту немного сносит под ветер. Этот боковой снос называют дрейфом (leeway). Универсальной формулы «скорость ветра разделить на три» нет: дрейф зависит от корпуса, киля, крена, скорости, состояния моря и настройки парусов.

Навигатор оценивает дрейф по фактическому движению яхты и условиям. При сравнении компасного курса с курсом по GPS учитывайте течение: GPS показывает совместный результат дрейфа и движения воды.

Короткие ответы

Может ли яхта идти прямо против ветра? Нет. Она идёт к наветренной цели зигзагами, меняя галс.

Почему яхту не сносит боком? Снос есть, но подводная часть корпуса и киль создают встречную гидродинамическую силу и сильно его уменьшают.

Как понять, что стаксель настроен правильно? Начните с простой картины: наветренный и подветренный колдунчики устойчиво струятся назад.

Глоссарий

• Подъёмная сила (lift) - составляющая аэродинамической силы поперёк набегающего потока.
• Сопротивление (drag) - составляющая аэродинамической силы вдоль набегающего потока.
• Вымпельный ветер (apparent wind) - ветер, который ощущается на движущейся яхте.
• Киль (keel) - подводная часть, которая ограничивает боковой снос; на крейсерских яхтах часто несёт балласт.
• Колдунчики (telltales) - нитки на парусе, показывающие характер воздушного потока.
• Передняя шкаторина (luff) - передняя кромка паруса.
• Бейдевинд (close-hauled) - курс, на котором яхта идёт как можно ближе к ветру с работающими парусами.
• Левентик (head to wind) - положение носом прямо к ветру.
• In irons - яхта остановилась в мёртвой зоне и не может нормально увалиться.
• Дрейф (leeway) - боковой снос яхты под ветер.

Другие слова из команд экипажа собраны в морском словаре участника.

Следующий шаг после теории - потрогать эту физику руками: настроить парус под ветер и почувствовать разницу. Это ровно то, чему учат курсы RYA - от первого галса до самостоятельного управления.