Безопасная подветренная позиция

В гонках надо учитывать взаимодействие парусов, находящихся на недалеком расстоянии друг от друга. Из яхтенной практики и аэродинамических замеров известно, что, в силу взаимодействия два паруса, находящиеся поблизости и идущие одним галсом, работают в несколько различных ветровых условиях. Посмотрим на рис. 1: видно что парус гонщика 2 на некотором расстоянии перед собой вызовет поворот ветра влево (если смотреть по ходу движения доски). Если измерить скорость ветра перед парусами в точках А и Б, можно убедиться, что скорость ветра, действующего на парус подветренного гонщика 1, немного больше скорости ветра, действующего на парус гонщика 2. Кроме того, ветер, действующий на парус 1, отклонен на более выгодный угол, чем у гонщика 2.

Таким образом, у подветренного паруса ветер будет полнее и сильнее, а следовательно гонщик 1 будет идти быстрее. Можно сказать, что парус гонщика 2 помогает своему сопернику идти быстрее. Объяснение этого довольно известного явления не представляет труда для тех, кто хорошо разбирается в основах аэродинамики парусов. Здесь следует только отметить широко распространенный, но все же ошибочный взгляд, что между парусами 1 и 2 образуется подобие сопла, действием которого и объясняются преимущества подветренного паруса. На самом деле никакого сопла не образуется, так как оба паруса параллельны и расстояние между ними сохраняется одинаковое. Существо явления объясняется увеличением скорости ветра на подветренной стороне паруса гонщика 2.

Положение гонщика 1 называется "безопасной подветренной позицией". Гонщик 1 может выгодно этим воспользоваться, выйдя вперед гонщика 2, а затем, будучи свободным, пойти более острым курсом чтобы поставить соперника в очень невыгодное положение, называемое "безнадежной позицией". Этот маневр относится к классическим средствам яхтеной гоночной тактики.

Стоит учитывать, что "безопасная подветренная позиция" выгодная практически всегда, таит в себе и опасность - если ветер очень сильный и гонщику едва удается удерживать парус, то попав в зону с более сильным ветром "безопасной подветренной позиции" он может потерять контроль над матчастью.

Предположим, что гонщик 1 не сделает никакой ошибки и выйдет вперед гонщика 2. Последний окажется в положении, которое известно как "безнадежная позиция" (рис. 2). Аэродинамический импульс действующий на парус, равен скорости масс воздуха, отбрасываемых парусом в противоположном направлении. Из этого следует, что ветер на наветренной стороне паруса отклоняется в сторону тем сильнее, чем больше сила тяги паруса. Пройдя парус 1, ветер будет отклонен в противоположную сторону, и идущий сзади гонщик 2 попадет в полосу более острого ветра. Попавший в такое положение гонщик должен увалиться или привестись, так как идти тем же курсом, как и передний гонщик, будет однозначно менее выгодно.

Что предпринимать гонщику 2, чтобы исправить невыгодное положение однозначно рекомендовать нельзя, все зависит от конкретной ситуации, стоит только учитывать что уваливаясь, гонщик 2 на некоторое время попадет в область завихренного ветра, оставшегося после прохода паруса 1, и на этом потеряет еще (кроме того - уваливание означает потерю высоты, что вредно, т.к. может вынудить гонщика делать лишний галс для набора высоты, чтобы вырезаться на знак). С другой стороны увалившись гонщик 2 имеет возможность попасть в зону "безопасной подветренной позиции", созданную соперником.

Если же гонщик 2 будет приводиться в зону неотклоненного ветра, то вынужденная потеря скорости при этом может привести к сходу с глиссирования, а догнав соперника с "наветра" гонщик 2 создаст ему опять "безопасную подветренную позицию".

В гоночной борьбе стоит также учитывать узкую область завихрений, тянущейся за парусом, которая на острых курсах отклоняется на ветер от направления вымпельного ветра. Протяженность завихренной полосы зависит от угла установки паруса относительно ветра. Она невелика на курсах от бейдевинда до острого бакштага, но по мере приближения к фордевинду - увеличивается. Протяженность и направление так называемого "конуса закрытия" показаны на рис. 3.

Влияние отклонений ветра, а также завихрений проявляется за гонщиком на расстоянии до 10-15 метров. Это зависит от скорости ветра, курса и количества парусов, вызывающих изменение ветра. В особо невыгодном положении будет находиться гонщик, идущий сзади группы гонщиков на лавировке. Хороший в этом случае совет - как можно скорее сменить галс, чтобы вырваться на чистый ветер даже за счет некоторого удлинения пути.

Насколько велико взаимное влияние двух парусов на лавировке, может дать анализ рис. 4. На нем показаны результаты модельных испытаний, которые провел М. S. Hooper. Моделировалось движение яхт, идущих бейдевиндом на курсе 40° с креном 15°. Кривые построены на сетке, основанной на длине корпуса L. Они показывают силу тяги на парусе одной яхты, находящейся в соседстве с другой, силуэт которой нанесен на рисунок. Вокруг корпуса яхты "мертвая зона" обозначенная серым, ближе которой не могут сблизиться яхты, принимая во внимание размеры их корпусов. У этой зоны прерываются все кривые сил тяги. Цвета зон на рисунке и цифровые значения, показывают, насколько изменяется сила тяги паруса второй яхты, если бы она находилась в данном месте. Цифровые значения - проценты от силы тяги относительно "одиночного" паруса. Голубое поле рисунка (фон) соответствует значению 100%. Кривые получены в условиях, когда яхта находилась под действием ветра, неиспорченного присутствием другой яхты. Зеленым цветом выделены зоны, где сила тяги паруса больше, чем сила тяги одиночного паруса при данном ветре в идеальных условиях. Из опыта видно, что самое выгодное положение оказалось на подветренной стороне именно в положении "безопасной подветренной позиции". Выгоды этого положения могут достигать 20% силы тяги по сравнению с плаванием в одиночку. Заметим также, что существует обширное пространство под ветром, примерно на траверсе кормы лидирующей яхты, в котором потери в крайних случаях могут дойти до 95%.

"Безнадежная позиция", как и "безопасная подветренная позиция", относится к известным средствам тактической борьбы в гонках во время лавировки. На других курсах средством тактической борьбы является покрытие парусов противника аэродинамической тенью своих парусов. Рассмотрим на взаимное влияние покрывающих парусов на курсе фордевинд. Интересные опыты в этой области были проведены Эйфелем. Он исследовал аэродинамические силы, возникающие на одинаковых по размерам пластинках, поставленных по одной оси друг за другом на разных расстояниях.

Результаты исследований показаны на рис. 5. На вертикальной оси отложены значения сил в кг, а на горизонтальной дано расстояние между пластинками, выраженное через ширину пластинок. Эти результаты можно отнести к случаям, встречающимся в практике.

Величину силы одиночного паруса, на который не влияют никакие другие паруса, примем постоянной (на рисунке синяя линия). В измерениях Эйфеля эта сила равнялась 6,8 кг. Рассмотрим график побробнее: так например, если парус второй яхты (красная линия) находится в аэродинамической тени на расстоянии 1,5 ширины кроющего паруса, то на нем возникает сила, противодействующая движению вперед, равная примерно 30% величины силы тяги паруса яхты 1 (при условии одинаковых парусов). В этом положении оказывается самое сильное влияние на работу парусов противника. По мере увеличения расстояния между яхтами на парусе 2 появляются аэродинамические силы, действующие в направлении движения яхты, которые все же по своим размерам меньше сил, образующихся на покрывающем парусе. Когда расстояние между яхтами достигнет примерно семикратной ширины паруса, практический эффект покрытия станет ничтожным. Передняя яхта вырвется из ветровой тени покрывающей яхты.

По материалам из книги Ч. Мархая "Теория плавания под парусами"
Windseekers 2008.