Движение парусного судна против ветра. Курс яхты относительно ветра (Румб движения под парусом)

Курс судна относительно ветра - угол между направлением ветра и диаметральной плоскостью судна, то есть курсовой угол на точку горизонта, откуда дует ветер, выражающийся в угловых градусах или румбах.

В зависимости от величины этого угла курсы относительно ветра имеют собственные наименования:

1 - крутой бейдевинд (30° - 45°);

2 - полный бейдевинд (45° - 75°);

3 - гальфвинд (около 90°);

4 - бакштаг (110° - 160°);

5 - фордевинд (160°- 200°);

6 - левентик (по 30° на каждый борт)

Левентик (фр. le vent) - курс, образующий с направлением ветра угол, близкий к 180 градусам, то есть ветер по отношению к кораблю дует практически точно спереди. Поскольку парусное судно идти таким курсом не может, обычно говорят не «курс», а «положение левентик».

Бейдевинд (нидерл. bij de wind) - курс, при котором угол между направлением ветра и направлением движения судна составляет более 100 градусов (меньше 8 румбов). Выделяют бейдевинд полный (от 100 до 120 градусов) и крутой (более 120 градусов). Тяга паруса целиком определяется его подъёмной силой, при увеличении лобового сопротивления сила тяги уменьшается, зато возрастает сила дрейфа. Таким образом, на этом курсе парус, устанавливаемый с минимальным углом атаки к вымпельному ветру (5-10 °), работает как аэродинамическое крыло.

Лучшие парусные суда ходят под углом 30-35 ° к направлению истинного ветра. Вследствие сложения векторов скорости ветра и встречного потока воздуха скорость вымпельного ветра на курсе бейдевинд оказывается максимальной, также как и аэродинамическая сила на парусе, пропорциональная квадрату скорости ветра. Максимальной величины достигает и сила дрейфа. Если попытаться идти под более острым углом к ветру, то скорость судна будет снижаться, парус станет заполаскивать, аэродинамическая сила снизится и, наконец, наступит момент, когда лобовое сопротивление паруса и сопротивление воды движению лодки намного превысят тягу. Судно получит задний ход.

Галфвинд (нидерл. halve wind), или полветра - курс, при котором угол между направлением ветра и направлением движения судна составляет ок. 8 румбов (от 80 до 100 градусов). На этом курсе ветер дует перпендикулярно ДП, а вымпельный ветер оказывается направленным с носа под острым углом к ДП. Соответственно, парус устанавливается под меньшим углом атаки, его тяга равна подъёмной силе, а сила дрейфа - лобовому сопротивлению паруса. на этом курсе парус должен делить угол между ДП и направлением вымпельного ветра примерно пополам.

Бакштаг (нидерл. bakstag) - курс, образующий с направлением ветра угол больше 8, но меньше 16 румбов (более десяти и менее восьмидесяти градусов), то есть ветер по отношению к кораблю дует сзади-сбоку; отличают курс полный бакштаг, при котором угол составляет не более двадцати градусов, то есть приближающийся к фордевинду; парус устанавливается под углом к ветру с подветренного борта. Обычно на этом курсе парусное судно развивает наивысшую скорость. На бакштаге парус работает с большим углом атаки, при котором лобовое сопротивление играет основную роль в создании тяги паруса. Сила дрейфа практически отсутствует.

Фордевинд (нидерл. voor de wind) - курс, при котором ветер направлен в корму корабля.

Фордевинд - тот самый «попутный ветер», которого желают морякам, хотя в парусном спорте этот курс отнюдь не самый быстрый, как следовало бы ожидать. Кроме того, он требует от рулевого внимания и владения искусством управлять дополнительными парусами (обычно это спинакер). Парус при этом ставится перпендикулярно направлению ветра, тяга на нем создаётся благодаря лобовому сопротивлению. Слабый ветер на этом курсе практически не ощущается, так как скорость вымпельного ветра равна разности скорости истинного ветра и скорости встречного потока воздуха.

Фордевинд - один из двух поворотов (поворот - смена галса) парусного судна, при котором направление ветра в момент поворота проходит через корму. В отличие от поворота «оверштаг», поворот фордевинд более сложный и, порой, опасный, требует чётких действий команды при работе с парусами. Не случайно и команда подаётся с уточнением: «Приготовиться к повороту фордевинд!», тогда как при повороте «оверштаг» командир просто командует «Приготовиться к повороту!».

Лавировка

Лавировка парусного судна. α - лавировочный угол

Прямо против ветра парусник идти не может. Если необходимо попасть в какую-либо точку, расположенную с наветра, то применяется лавировка - движение к цели курсом бейдевинд переменными галсами. Для смены галса необходимо совершить поворот.

Если же сохраняя галс нужно пойти под более острым углом к направлению ветра, то говорят, что нужно «привестись к ветру». Если наоборот, нужно увеличить угол между направлением ветра и ДП лодки, то говорят, что необходимо «увалиться под ветер». (Следует, однако, помнить, что «ветер дует в компа́с», то есть его направления даются не по тому, куда ветер дует, а откуда. Это значит, что если курс судна, например, норд и ветер от норда, он дует не попутно, а навстречу судну.)

Для того, чтобы при этих маневрах установить парус под оптимальным углом атаки, его необходимо подтягивать к ДП - «выбирать», или же отпускать - «травить». Эти термины яхтсмены применяют при всех манипуляциях со снастями - шкотами, оттяжками и т. п.

В зависимости от борта, с которого дует ветер, курсы относительно ветра могут быть правого и левого галса.

При курсовом угле ветра, равном 26 румбам, бейдевинд правого галса в парусном флоте иногда называли штирборд, а левого (курсовой угол ветра 6 румбов) - бакборд. Для уточнения курса относительно ветра применялись выражения: «корабль идет правым галсом 7 румбов к ветру» (то есть бейдевинд при курсовом угле ветра 78°); «Корабль идет бакштаг правым галсом 10 румбов» (то есть курсовой угол ветра 112°); «Корабль идёт штирборд полнее 6 румбов» (то есть бакштаг при курсовом угле 12 румбов, или 135°). Применяют также понятие «крутой бейдевинд», как острейший курс относительно ветра, при котором парусное судно может идти вперёд (он колеблется от 3 до 6 румбов 33,3/4° до 67,1/2°); крутой и полный бакштаг (до 12 румбов и более 12 рубмов, или до 135 ° и более 135 ° соответственно).

Расчет пути судна по известным значениям компас. направления ветра, курс относительно ветра, поправки компаса и дрейфа наз. в парусном флоте исправлением румбов.

Ветра, которые в Южной части Тихого океана дуют в западном направлении. Именно поэтому наш маршрут был составлен так, чтобы на парусной яхте "Джульетта" двигаться с востока на запад, то есть так, что ветер дует в спину.

Однако если посмотреть на наш маршрут, вы заметите, что часто, например при движении с юга на север от Самоа к Токелау, нам приходилось двигаться перпендикулярно ветру. А иногда направление ветра и вовсе менялось и приходилось идти против ветра.

Маршрут "Джульетты"

Что делать в таком случае?

Парусные суда уже давно умеют ходить против ветра. Об этом давно хорошо и просто написал классик Яков Перельман в своей Второй книге из цикла «Занимательная физика». Этот кусочек я здесь привожу дословно с картинками.

"Под парусами против ветра

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти «против ветра» - или, по выражению моряков, идти «в бейдевинд». Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра. Но угол этот мал - около четверти прямого угла, - и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса. В самом деле: пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рисунке ниже; линия АВ обозначает парус.

Ветер толкает парус всегда под прямым углом к его плоскости.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем давление ветра силой R, приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q, перпендикулярную к парусу, и силу Р, направленную вдоль него (см. рис. вверху, справа). Последняя сила никуда но толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q, которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК изображает килевую линию судна.

Как можно идти на парусах против ветра.

Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном рядом стрелок. Линия АВ изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рисунке за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой Q, которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу R, перпендикулярную к килю, и силу S, направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении R встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила R почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S, которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, подвигает судно под углом, как бы навстречу ветру. [Можно доказать, что сила S получает наибольшое значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра.]. Обыкновенно это движение выполняется зигзагами, как показывает рисунок ниже. На языке моряков такое движение судна называется «лавировкой» в тесном смысле слова."

Давайте теперь рассмотрим все возможные направления ветра относительно курса лодки.

Схема курсов судна относительно ветра, то есть углом между направлением ветра и вектором от кормы к носу (курсом).

Когда ветер дует в лицо (левентик), паруса болтаются из стороны в сторону и двигаться с парусом невозможно. Разумеется, всегда можно спустить паруса и включить мотор, но это уже не имеет отношения к хождению под парусом.

Когда ветер дует точно в спину (фордевинд, попутный ветер), разогнанные молекулы воздуха оказывают давление на парус с одной стороны и лодка двигается. В этом случае судно может двигаться только медленнее скорости ветра. Здесь работает аналогия катания на велосипеде по ветру - ветер дует в спину и педали крутить легче.

При движении против ветра (бейдевинд) парус двигается не из-за давление молекул воздуха на парус сзади, как в случае фордевинда, а из-за подъемной силы, которая создается за счет разных скоростей воздуха с двух сторон вдоль паруса. При этом из-за киля, лодка двигается не в перпендикулярном к курсу лодки направлении, а только вперед. То есть парус в этом случае - это не зонтик, как в случае бейдевинда, а крыло самолета.

Во время наших переходов мы в основном шли бакштагами и галфвиндами со средней скоростью в 7-8 узлов при скорости ветра от 15 узлов. Иногда мы шли против ветра, галфвиндом и бейдевиндом. А когда ветер затухал - включали мотор.

В общем, лодка с парусом, идущая против ветра - это не чудо, а реальность.

Самое интересное, что лодки умеют ходить не только против ветра, но даже быстрее ветра. Происходит это, когда лодка идет бакштагом, создавая “собственный ветер”.

Есть два основных типа парусов - прямой и косой. Прямой - это обычный парус, расположенный поперек корпуса кусок ткани, который тянет корабль туда, куда дует ветер. Косой парус (обычно треугольный, но встречается и четырехугольный) позволяет использовать энергию ветра так, чтобы корабль мог идти против воздушного потока.

На практике это выглядит следующим образом: встречный ветер обтекает особым образом настроенный парус и толкает судно вперед и в сторону. Таким образом яхта или лодка может идти в нужном направлении зигзагами (галсами), подставляя ветру то один, то другой борт.

Именно эта технология позволила парусным кораблям получить принципиально иную свободу передвижения. Она сделала надежными торговые маршруты, прежде полностью зависевшие только от попутных ветров. Корабль с прямыми парусами, используя попутный ветер, мог достичь нужного места, однако, чтобы вернуться обратно, ему приходилось ждать смены направления ветра иногда по многу недель. Понятно, что такое плавание было ненадежным и непредсказуемым. Косой парус частично решил эту проблему. Сама идея плыть под парусом против ветра совершенно парадоксальна! Но она вполне соответствует законам физики.

Сегодня сложно точно установить, кто первым изобрел косой парус, однако мы знаем, что в Европу это открытие пришло через арабов, которые регулярно посещали воды Индийского океана. Там они, скорее всего, и увидели подобное техническое решение на судах полинезийцев. Последние не могли бы осваивать Тихий океан так активно, как они это делали, если бы у них не было косого паруса. Впрочем, широко применяли косой парус и китайцы.

Как бы то ни было, косой парус очень быстро стал распространяться в Средиземном море с его стабильными и предсказуемыми воздушными потоками. Здесь преобладают ветра, дующие с юго-востока на северо-запад. И конечно, для кораблей, которым надо было плыть в противоположную сторону, это представлялось проблемой. Решили же ее благодаря косому парусу.

Как развивалась техника?

Первым европейским вариантом этого изобретения стал латинский парус - треугольный косой парус, укрепленный сбоку от мачты (фото 1). Он позволил успешно плавать против ветра. Однако такая конструкция была очень трудоемкой, так как при перемене ветра латинский парус приходилось снимать с одной стороны мачты и устанавливать с другой стороны.

Справиться с этой проблемой помогло изобретение гафельного паруса (фото 2). Это тот же косой парус, только четырехугольный и натянутый не сбоку от мачты, а позади нее, причем его верхняя кромка (верхняя шкаторина) закреплена на гафеле, а нижняя кромка (нижняя шкаторина) закреплена на гике - горизонтальных элементах конструкции, растягивающих этот парус.

Сами гафель и гик одним концом закреплены на вертикальной мачте. Благодаря этим изобретениям парус стало гораздо проще переносить с одного на другой борт при смене галса. К восемнадцатому веку такая конструкция косого паруса полностью вытеснила латинский парус.

В начале 20-го века на смену гафельному парусу пришел так называемый бермудский парус (фото 3), который и по сей день является наиболее распространенным типом паруса. Зародился он в регионе Бермудских островов, где им пользовались местные рыбаки. Там секрет «подсмотрели» европейцы. А благодаря тому, что к этому моменту уже были открыты аэродинамические законы, бермудское изобретение быстро вышло в лидеры парусной индустрии.

Бермудский парус - это треугольный парус, передняя шкаторина которого растягивается по мачте, а нижняя - по гику. По простоте управления и эффективности он показывает наилучшие результаты. Именно такие паруса стоят на подавляющем большинстве современных парусных яхт (фото 3).

Cтоит отметить, что сегодня, говоря о паруснике, мы почти всегда имеем в виду парусную яхту. Яхты и яхтинг - это новая страница в истории паруса, не менее захватывающая, чем ее древние истоки. Но об этом - в следующий раз.

Наталия Никитина - член команды парусной школы Gokova Sailing Phuket (www.gokovaphuket.ru). Если вы хотите попробовать себя в парусном спорте, свяжитесь со школой по электронной почте [email protected].

Недавно шли крутой бойдевинд.
И который раз замечаю, что когда встаешь на курс бойдевинд то скорость в райное 2-3 узлов.
Но если лодку разогнать мотором до 6-7 не меняя курса, а потом потихоньку мотор выключить, то
Она продолжает переть на 5-6 узлов без помощи мотора.
Что за барьерный эффект тут рулит?
Похоже на то, что нужно учитывать мощность ветра, которая пропорциональна кубу скорости и вот эта прибавка скорости встречного ветра на три узла достаточна, чтобы увеличить на три узла скорость лодки.
Иных идей пока нет.

Оригинал взят у mursic в Как ходить на парусной яхте против ветра?

В Западной Полинезии, в августе и сентябре преимущественно дуют пассаты , ветра, которые в Южной части Тихого океана дуют в западном направлении. Именно поэтому наш маршрут был составлен так, чтобы на парусной яхте "Джульетта" двигаться с востока на запад, то есть так, что ветер дует в спину.

Однако если посмотреть на наш маршрут, вы заметите, что часто, например при движении с юга на север от Самоа к Токелау, нам приходилось двигаться перпендикулярно ветру. А иногда направление ветра и вовсе менялось и приходилось идти против ветра.

Маршрут "Джульетты"

Что делать в таком случае?

Парусные суда уже давно умеют ходить против ветра. Об этом давно хорошо и просто написал классик Яков Перельман в своей Второй книге из цикла «Занимательная физика». Этот кусочек я здесь привожу дословно с картинками.

"Под парусами против ветра

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти «против ветра» - или, по выражению моряков, идти «в бейдевинд». Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра. Но угол этот мал - около четверти прямого угла, - и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса. В самом деле: пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рисунке ниже; линия АВ обозначает парус.

Ветер толкает парус всегда под прямым углом к его плоскости.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем давление ветра силой R, приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q, перпендикулярную к парусу, и силу Р, направленную вдоль него (см. рис. вверху, справа). Последняя сила никуда но толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q, которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК изображает килевую линию судна.

Как можно идти на парусах против ветра.

Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном рядом стрелок. Линия АВ изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рисунке за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой Q, которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу R, перпендикулярную к килю, и силу S, направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении R встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила R почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S, которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, подвигает судно под углом, как бы навстречу ветру. [Можно доказать, что сила S получает наибольшое значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра.]. Обыкновенно это движение выполняется зигзагами, как показывает рисунок ниже. На языке моряков такое движение судна называется «лавировкой» в тесном смысле слова."

Давайте теперь рассмотрим все возможные направления ветра относительно курса лодки.

Схема курсов судна относительно ветра, то есть углом между направлением ветра и вектором от кормы к носу (курсом).

Когда ветер дует в лицо (левентик), паруса болтаются из стороны в сторону и двигаться с парусом невозможно. Разумеется, всегда можно спустить паруса и включить мотор, но это уже не имеет отношения к хождению под парусом.

Когда ветер дует точно в спину (фордевинд, попутный ветер), разогнанные молекулы воздуха оказывают давление на парус с одной стороны и лодка двигается. В этом случае судно может двигаться только медленнее скорости ветра. Здесь работает аналогия катания на велосипеде по ветру - ветер дует в спину и педали крутить легче.

При движении против ветра (бейдевинд) парус двигается не из-за давление молекул воздуха на парус сзади, как в случае фордевинда, а из-за подъемной силы, которая создается за счет разных скоростей воздуха с двух сторон вдоль паруса. При этом из-за киля, лодка двигается не в перпендикулярном к курсу лодки направлении, а только вперед. То есть парус в этом случае - это не зонтик, как в случае бейдевинда, а крыло самолета.

Во время наших переходов мы в основном шли бакштагами и галфвиндами со средней скоростью в 7-8 узлов при скорости ветра от 15 узлов. Иногда мы шли против ветра, галфвиндом и бейдевиндом. А когда ветер затухал - включали мотор.

В общем, лодка с парусом, идущая против ветра – это не чудо, а реальность.

Самое интересное, что лодки умеют ходить не только против ветра, но даже быстрее ветра. Происходит это, когда лодка идет бакштагом, создавая “собственный ветер”.

Трудно представить себе, как могут парусные суда идти "против ветра" - или, по выражению моряков, идти "в бейдевинд". Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра идти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра 3 . Но угол этот мал - около четверти прямого угла,- и представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра или под углом к нему в 22°.

3 (Использовать только энергию ветра и двигаться строго против ветра можно, если парус заменить ветродвигателем типа ветряной мельницы, который будет вращать гребной винт корабля. Существует даже известная задача П. Л. Капицы о таком необычном на первый взгляд судне (см. также журнал: Катера и яхты, 1981, № 1, с. 25). )

На деле это, однако, не безразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силой ветра идти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Вы, вероятно думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, он толкает парус перпендикулярно к плоскости паруса.

В самом деле. Пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рис. 17, линия АВ изображает парус.

Так как ветер напирает равномерно на всю поверхность паруса, то заменяем силу давления ветра силой R , приложенной к середине паруса. Эту силу разложим на две: силу Q , перпендикулярную к парусу, и силу Р направленную вдоль него вперед. Сила Р никуда не толкает парус, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила Q , которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно идти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК(рис. 18) изображает килевую линию судна. Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении, указанном стрелками. Линия АВ изображает парус; его помещают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рис.18. за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой Q, которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу В, перпендикулярную к килю, и силу S, направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так как движение судна в направлении В встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила В почти полностью уравновешивается сопротивлением воды. Остается одна лишь сила S, которая, как видите, направлена вперед и, следовательно, двигает судно под углом, как бы навстречу ветру * . Обычно это движение выполняется зигзагами, как показано на рис.19. На языке моряков такое движение судна называется "лавировкой" в полном смысле слова 4 .

* (Можно доказать, что сила S получает наибольшее значение тогда, когда плоскость паруса делит пополам угол между направлениями киля и ветра. )

4 (В парусном спорте есть ряд вопросов, интересных с точки зрения физика. Подробнее об этом виде спорта и некоторых технических проблемах плавания под парусами можно узнать, например, из книг: Гловацкий В. Увлекательный мир парусов: Очерки но истории парусного спорта.- М.: Прогресс, 1979; Проктор Я. Плавание под парусом. Ветер, волнение и течение.- Л.: Гидрометеоиздат, 1981. )