Индикаторы на парусах — верные помощники гонщика.

 

До последнего времени даже опытные рулевые гоночных и крейсерско -гоночных яхт управляют курсом судна и выбирают шкоты, руководствуясь поведением передней шкаторины парусов. Всегда стараются расположить паруса по отношению к ветру таким образом, чтобы парус вблизи передней шкаторины оказался на грани заполаскивания. Сейчас этот метод уже нельзя признать оптимальным для тех, кто рассчитывает на успех в гонках.

Во-первых, для проверки крутизны хода и правильности установки парусов приходится довольно часто, особенно при лавировке в крутой бейдевинд, приводить яхту к ветру, либо слегка потравливать и подбирать шкоты. В результате величина подъемной силы на парусах периодически падает и в целом оказывается ниже, чем этого можно достичь в лучшем случае. Во — вторых, из — за периодических отклонений руля, которые делает рулевой для проверки крутизны, повышается сопротивление воды движению яхты.

В — третьих, жесткий дакрон или грубая парусина на больших яхтах оказываются мало чувствительными в слабый ветер. Заполаскивание или подрагивание передней шкаторины можно обнаружить, когда уже большая часть подветренной стороны паруса оказывается в зоне действия завихрений, обусловливающих почти полное падение подъемной силы.

Несколько лет назад ведущие спортсмены позаимствовали у исследователей — аэродинамиков простое, но достаточно эффективное средство для контроля за работой паруса. Оно представляет собой легкие, чувствительные к воздушному потоку ленточки ткани, прикрепляемые с обеих сторон паруса вблизи передней шкаторины. Эти ленточки в дальнейшем будем называть индикаторами, хотя в международной практике парусного спорта утвердилось их английское название «tell tаlls», что в буквальном переводе означает «сплетники».

Индикаторы можно также вырезать из легкой синтетической пряжи, тонкого нейлона или магнитофонной ленты. Длина каждого индикатора выбирается в пределах 200—250 мм. При креплении к парусу пары индикаторов правый располагают выше левого. Чтобы их легко можно было отличить друг от друга, ленту применяют контрастных цветов, отличных от цвета паруса — оранжевого, синего, красного или зеленого. Важно, чтобы перед индикаторами на парусе не было швов, которые вносят возмущение в поток воздуха. Если на ходу яхты подветренный и наветренный индикаторы вытягиваются в направлении задней шкаторины, значит обе стороны паруса обтекаются плавными струями воздушного потока, а парус расположен под правильным углом атаки к вымпельному ветру.

Если же парус недобран, т. е. имеет слишком малый угол атаки, то происходит срыв потока на его наветренной стороне. В этом случае так называемая критическая точка (в которой воздушный поток разделяется на две части, обтекая парус) смещается на подветренную часть передней шкаторины. Наветренный индикатор, совершая беспорядочные колебания, сигнализирует рулевому о необходимости подобрать шкоты или увалиться, в то время как подветренный индикатор направлен в корму.

Если же парус перебран (угол атаки по отношению  ветру велик), критическая точка находится на наветренной стороне паруса, а на подветренной происходит срыв потока, создаются завихрения, которые приведут в беспорядочное движение закрепленную здесь ленточку. В это время наветренный индикатор будет развеваться по потоку воздуха, направленному к задней шкаторине.

Индикаторы еще задолго до того, как начнет заполаскивать передняя шкаторина, сигнализируют рулевому о необходимости изменения курса или настройки парусов. Настройка парусов при помощи индикаторов особенно эффективна в крейсерских гонках, когда рулевой имеет возможность в течение длительного времени полностью сосредоточить внимание на информации, выдаваемой индикаторами.

Если индикаторы установлены правильно и экипаж сумеет использовать их показания, то среднюю скорость можно повысить от 5 до 10-%. Такой эффект, конечно, может существенно повлиять на результат гонки. Примечательно, что в последние годы большинство фирм — изготовителей парусов («Худ», «Норт» и др.) снабжают всю свою продукцию индикаторами: и паруса для самых легких швертботов класса «Оптимист», и для «Виндсерфера», и для океанских супер — яхт.

Чтобы понять физическую сущность происходящих у поверхности паруса явлений, о которых сигнализируют индикаторы, и правильно использовать выдаваемую ими информацию, сделаем небольшое отступление в область аэродинамики паруса. Рассмотрим характер обтекания паруса на курсе крутой бейдевинд как наиболее чувствительном к настройке парусов. К слову сказать, исследователи смогли получить ясную картину обтекания, применив те же индикаторы, закрепленные рядами вдоль хорды в нескольких поперечных сечениях жесткой модели паруса.

Эти опыты и .показали, что идеальное обтекание профиля паруса, при котором все индикаторы на наветренной и подветренной сторонах развеваются в сторону задней кромки, возможно лишь при очень маленьком угле атаки, когда подъемная сила на парусе равна нулю. Уже при небольшом увеличении угла атаки, когда критическая точка L смещается ближе к наветренной стороне входящей кромки, на подветренной стороне паруса происходит отрыв тончайшего ламинарного пограничного   слоя   воздуха.

Индикаторы на подветренной стороне паруса показали образование здесь вихревых потоков, направленных навстречу основному потоку воздуха: часть ленточек на определенной ширине паруса отклонялась вперед. Причем с увеличением угла атаки а эта ширина охватывала все большую часть хорды, следовательно, размеры турбулентного пятна увеличивались. Некоторые индикаторы, расположенные ближе к задней шкаторине от границы турбулентного пятна R, показывали устойчивое направление потока воздуха в сторону выходящей кромки, вплоть до а =  9°.

Замеры давления в потоке у подветренной стороны паруса показали, что турбулентное пятно существенно влияет на величину разрежения и его распределение по хорде профиля. Напомним, что именно разрежение на подветренной стороне паруса играет основную роль в создании подъемной силы и, следовательно, силы тяги, движущей яхту на курсе бейдевинд. На графике представлены результаты замеров, полученных на аэродинамическом профиле МАСА 64А-006, но их можно распространить и на тонкий выпукло — вогнутый профиль, каким является парус.

Профиль обтекается плавным ламинарным потоком вплоть до а =  4,5°, когда начинается описанный выше отрыв ламинарного пограничного слоя. В этот момент достигается наивысшее разрежение, характеризуемое коэффициентом разрежения Ср = 2,5. В распределении этого отрицательного давления пик хорошо виден вблизи входящей кромки. При а = 5° турбулентное пятно уже хорошо заметно, его толщина составляет 1 % хорды С. Пик разрежения становится меньшим и более плавным.

При а = 9° турбулентное пятно охватывает уже всю ширину профиля, его толщина составляет 3,5% С. Коэффициент разрежения С_р = 1,0 в 2,5 раза ниже, чем при а = 4,5°! вблизи входящей кромки пика практически нет, разрежение сравнительно равномерно распределено по всей ширине паруса. Значит, подъемная сила существенно снизилась, а сопротивление профиля возросло. Можно сделать вывод, что увеличение угла атаки а сверх 5° для паруса нежелательно.

Сигнализировать же о его превышении может индикатор, закрепленный вблизи точки R — кормовой границы турбулентного пятна, При а = 5° эта точка отстоит от входящей кромки на 15% ширины паруса С. Как только турбулентное пятно достигнет этой точки, индикатор изменит свое направление, поднимется вверх от поверхности паруса и даже может показать направление потока вперед— против вымпельного ветра. Дальнейшее выбирание шкотов — увеличение угла атаки не только бесполезно, но и приведет к большой потере подъемной силы.

Распределение разрежения вдоль профиля во многом зависит от формы и глубины пуза, поэтому наивыгоднейшее расположение индикаторов обычно определяется опытным путем для каждого паруса отдельно при одновременном наблюдении за поведением яхты. На стакселе лучше всего наметить линию, перпендикулярную передней шкаторине, и временно закрепить с обеих ее сторон несколько ленточек с интервалом 100—150 мм.

Выйдя под этим стакселем на яхте, следует лечь на курс острый бейдевинд и подобрать стаксель — шкот таким образом, чтобы судно имело оптимальную крутизну лавировки и скорость выбирания на ветер. Индикаторы на подветренной стороне паруса своими беспорядочными колебаниями обозначат протяженность турбулентного пятна, которое допустимо для данных условий. После этого в качестве индикатора достаточно оставить одну ленточку, наиболее удаленную от штага. Остальные не нужны, так как не дадут в дальнейшем полезной информации.

Разумеется, парус должен быть настроен соответственно силе ветра, а пробный выход лучше делать в несильный ветер. При усилении ветра парус работает под меньшими углами атаки, поток у подветренной поверхности становится турбулентным уже у штага, и все индикаторы на этой стороне показывают устойчивое направление к задней шкаторине.

Выбранное таким образом положение индикатора используется для размещения остальных двух — трех, которые разносятся по высоте стакселя, примерно, в 7—9% хорды от передней шкаторины в каждом сечении. Эти индикаторы дадут информацию о распределении воздушного потока по всей высоте стакселя или генуи.

На небольших лодках, оснащенных парусами из тонкой синтетической ткани, индикаторы просвечивают через ткань и потому наблюдение за ними не составляет труда. На более крупных яхтах в парус вшивается окно из прозрачной пленки хотя бы для одной пары индикаторов, расположенных на высоте 20—25 % высоты паруса снизу. Этот так называемый курсовой индикатор должен быть хорошо виден с места рулевого.

Он используется для ведения яхты по оптимальному курсу во время лавировки. Выбрав этот курс и настроив парус, рулевой следит за обеими ленточками, концы которых должны быть направлены к задней шкаторине. Заметив, что наветренная ленточка затрепетала и вышла из потока, он должен слегка увалить яхту, пока подветренная лента не потеряет своей устойчивости. Реакция индикаторов на изменение угла атаки столь чуткая, что когда начинает трепетать подветренный индикатор, яхта еще идет, не сбавляя хода. И конечно, передняя шкаторина еще не обнаруживает никаких признаков заполаскивания.

Большинство яхт имеет наивысшую скорость либо в том случае, когда обе ленты четко ориентированы в корму, либо когда наветренная лента слегка подрагивает. В любом случае признаки беспокойства, проявляемые наветренным индикатором, а точнее — недобранные шкоты, не так ощутимо сказываются на скорости, как развитие турбулентного пятна на подветренной стороне паруса, когда яхта идет слишком увалисто (либо перебраны шкоты).

Поведение наветренных индикаторов во многом зависит от полноты и формы профиля паруса. Здесь нет четких рецептов: рулевой должен изучить характер поведения индикаторов на каждом парусе, чтобы полнее использовать даваемую ими информацию. В то же время беспорядочные колебания подветренных индикаторов однозначно свидетельствуют о необходимости привестись или потравить шкоты.

Несколько индикаторов, расположенных по высоте стакселя, позволяют оценить степень его закрутки — изменения углов атаки сечений паруса по высоте — и добиться его более эффективной тяги путем регулировки натяжения передней шкаторины и проводки шкотов. При правильной настройке все три или четыре наветренных индикатора должны подняться на одинаковый по отношению к штагу угол и расположиться одинаково по потоку, когда яхта идет в бейдевинд.

Если верхний индикатор поднимется больше, значит стаксель сильно «закручен»—точка крепления шкотов к палубе слишком далеко сдвинута в корму или нужно осадить шкотовый угол вниз при помощи специальной оттяжки. Если же при приведении к ветру первым начинает трепетать нижний наветренный индикатор, это значит, что точка крепления шкота расположена слишком близко к носу или шкотовый угол излишне прижат книзу. Индикаторы, установленные а верхних сечениях паруса, могут иногда указывать на существование потока, направленного вверх, вдоль подветренной поверхности паруса.

Этот поток может быть вызван прогибом штага, так как при большом прогибе верхние сечения паруса работают под большим углом атаки, чем нижние. Соответственно меняется характер распределения разрежения в соседних сечениях и появляется поток, направленный из области с меньшим разрежением. Поэтому верхний индикатор, поднимающийся вверх, может свидетельствовать о необходимости набить штаг; абсолютно тугой штаг является условием высокоэффективной работы стакселя на острых курсах.

Чаще всего прогиб штага учитывается при раскрое стакселя, передней шкаторине которого придается S — образность: в нижней части должен быть положительный серп, а в верхней — отрицательный. Иногда индикаторы могут указывать на необходимость перекроить стаксель. Паруса с относительно плоской частью близ передней шкаторины склонны к образованию развитых турбулентных пятен.

У таких парусов очень трудно удерживать оба индикатора расправленными в потоке к задней шкаторине. Если подветренный индикатор заметается или повиснет, рулевой начинает приводиться к ветру; в тот же момент либо упадет наветренная лента, либо заполощет вся шкаторина. Необходимо сделать профиль паруса более полным близ передней шкаторины или слегка потравить штаг.

Индикаторы могут быть поставлены и на гроте. При вооружении типа кэт (швертботы «Оптимист», «Финн» и т. п.) место для установки индикаторов выбирают таким образом, что — бы парус был наиболее чувствительным к изменению угла атаки и в то же время не ощущалось влияние мачты на завихрение потока у паруса. Чаще всего ставят два-три индикатора на расстоянии 30—35 см от передней шкаторины, равномерно распределив их по высоте паруса.

На более крупных яхтах, оснащенных передним парусом, индикаторы на гроте в том виде, каком они выполняются на стакселе или генуе, применяют редко. Вследствие влияния профиля мачты на турбулизацию обтекающего парус потока индикаторы нужно ставить дальше к задней шкаторине, где они не дают сколько — нибудь полезной информации для настройки парусов или поддержания нужного курса. Иногда можно видеть ленточки, пришитые близ внутренних концов лат на гроте. По их поведению можно в какой-то мере судить о закрутке паруса (но не об оптимальном угле атаки).

Чаще индикаторы пришивают к задней шкаторине грота у внешних концов верхних лат. Здесь ленточки развеваются, будучи направленными в корму, если только грот имеет правильный угол атаки. Если же парус у задней шкаторины перебран, то индикаторы загибаются на подветренную сторону паруса. Однако на эффективности паруса завихрения у выходящей кромки сказываются в меньшей степени, чем образование турбулентного пятна вблизи передней шкаторины.

Индикаторы на гроте играют более важную роль в оценке степени закрутки паруса по высоте. Верхняя часть грота работает при ветре, скорость которого на 1,5—2 м/с больше, чем скорость ветра на уровне гика. Значит, и угол атаки верхней части паруса окажется большим, если парусу не придать определенную закрутку. О необходимости такой настройки сигнализируют самые верхние индикаторы, когда они загибаются на подветренную сторону. В этом случае можно ослабить заднюю шкаторину в ее верхней части, потравив гика — шкот и переместив его ползун на поперечном погоне на наветренный борт.

Кроме индикаторов на задней шкаторине грота, правильно настроить этот парус помогают цветные полосы, накрашиваемые поперек паруса перпендикулярно передней шкаторине: одна — в верхней части, другая — в районе максимального пуза. Полосы позволяют оценивать профиль паруса и влияние на него изменений в натяжении шкаторин, изгибе мачты, при перемещении точки крепления гика — шкота и т. п. Такие же полосы наносят и на генуэзские стаксели.

На попутных курсах индикаторы на парусах оказываются практически бесполезными. Гораздо больше информации можно получить от традиционных «колдунчиков» — тех же ленточек из легкой ткани, закрепленных на вантах и ахтерштаге, а также от вымпела, закрепленного на топе мачты. К слову сказать, за рубежом вместо вымпела получил распространение простой указатель вымпельного ветра типа «Виндекс», который состоит из хорошо уравновешенного  флюгера со стрелкой и оперением и двух пластинок, закрепленных неподвижно к вертикальной стойке на разведенных под определенным углом штангах.

Этот угол соответствует оптимальному лавировочному угу относительно вымпельного ветра и для каждого судна определяется опытным путем. Стрелка указателя для килевых яхт имеет длину 356 мм, весит прибор всего 71 г. При лавировке рулевой может судить о крутизне хода яхты по относительному положению стрелки: если ее оперение совмещено с пластинкой, значит курс оптимален. «Виндекс» указывает также направление вымпельного ветра и на попутных курсах, четко определенное относительно курса яхты благодаря тем же пластинкам.

Известны случаи применения индикаторов и на спинакерах, где они существенно облегчают поддержание устойчивой формы паруса на бакштагах. Ленточки, пришитые на наветренной шкаторине, позволяют более чутко управлять брасом, а индикаторы у подветренной шкаторины вовремя сигнализируют о появлении завихрений и помогают правильно выбрать продольное положение шкота и степень его натяжения.

Д. Антонов, И. Греков.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №90.