Оценка профиля паруса гоночного швертбота

С приобретением новых парусов для опытного спортсмена-гонщика начинается трудоемкая и кропотливая работа, конечной целью которой является получение паруса, обладающего максимальной тягой при той силе ветра, для которой он предназначен. Однако даже опытные яхтсмены чаще всего оценивают качества паруса «на глаз» — без проведения каких-либо измерений.

Существуют достаточно простые методы, позволяющие при использовании несложных приспособлений и приборов получить количественную — в цифрах — характеристику паруса. Эти методы несколько лет назад были применены на сборах перед всесоюзными соревнованиями. Во время тренировочных гонок, проводившихся сразу после выполнения измерений, появилась возможность выявить влияние контролируемых величин на лавировочные качества яхт и в ряде случаев улучшить работу парусов незначительным изменением их раскроя.

Сущность метода состоит в замерах глубины профиля («пуза») паруса в определенных точках, а также замерах прогиба мачты и усилий, действующих в задней шкаторине паруса, при приложении определенного усилия к гика-шкоту (точнее — к точке его крепления на гике). Наблюдения проводятся на суше при минимальном влиянии ветра. Швертбот накреняют таким образом, чтобы парус встал горизонтально и держал форму за счет натяжения шкаторин и под действием массы ткани. Усилие на гика-шкоте «Финна», например, как показывают замеры динамометром на ходу, при сильном ветре не превышает 60 кгс, а при скорости ветра около 3 м/с оно равно 30 кгс. Поэтому для замера характеристик паруса, рассчитанного на средний и свежий ветра, к гику прикладывают усилие, равное 0,75 максимального усилия (для «Финна» — 45 кгс), а для слабого ветра — 30 кгс.

От фалового угла к гику натягивают три шнура (рис. 1). На одном конце каждого из них закрепляют амортизатор. На каждый шнур должны быть нанесены метки с интервалом в один метр. Метки необходимы для обозначения точек паруса, в которых снимаются нужные размеры. Первый шнур располагается вдоль мачты от фалового до галсового угла и служит базой для замера прогибов мачты. Стальная линейка прикладывается нулем к лик-пазу на мачте; стрелка прогиба отсчитывается до шнура. Второй шнур крепится к гику примерно по линии максимального «пуза» паруса (для «Финна» — на расстоянии 1,2 м по гику от мачты). От него измеряется глубина профиля паруса. Третий шнур протягивается к шкотовому углу и служит для оценки величины действующих напряжений в ткани вдоль задней шкаторины.

Замер выполняется простым приспособлением — измерительным индикатором (рис. 2), закрепленным к гетинаксовой планке, имеющей базу 300 мм. Очевидно, что прогиб ткани по индикатору пропорционален напряжениям, растягивающим шкаторину. При этом следует делать замеры как на самой шкаторине, так и в точках, отстоящих от нее на 300 мм внутрь паруса, Это позволит полнее оценить натяжение ткани у задней шкаторины, которое оказывает существенное влияние на эффективность работы всего паруса. Кромка паруса не должна быть слишком сильно натянутой — «закрытой»: при этом она будет препятствовать правильному обтеканию профиля паруса. В то же время часть площади, помещенной в «серп» у задней шкаторины, оказывается бесполезной, если она будет «открытой», т. е. свободно трепыхаться на ветру как флаг.

Сняв все замеры, можно построить кривые изменения прогиба мачты по ее высоте, изменения глубины профиля паруса и степени натяжения ткани в задней шкаторине (рис. 3). Сравнение натяжения ткани на шкаторине и в точках, от стоящих от нее на 300 мм внутрь паруса (на рисунке — сплошная линия), позволяет судить о работе паруса у его задней кромки. Если пунктирная линия располагается ближе к оси, чем сплошная, значит в этом месте паруса задняя шкаторина «открыта»; если же ближе к оси сплошная линия — то шкаторина «закрыта». При равных напряжениях, когда обе линии на графике располагаются близко и параллельно друг другу — шкаторина «держит» форму профиля.

На «Финне» мачта под нагрузкой на гика-шкот должна изгибаться так, чтобы профиль паруса по высоте изменялся по плавной кривой. В слабый ветер шкаторина должна быть несколько более слабой — «приоткрытой» или «держать» по своей длине, а в сильный ветер становиться более свободной, открываться вверху, это уменьшит кренящий момент. «Закрытая» или «держащая» вверху шкаторина при усилии на гика-шкоте 45 кгс затрудняет рулевому откренивание швертбота, повышает дрейф.

При анализе многих парусов оказалось, что на состояние задней шкаторины в верхней части большое влияние оказывают глубина профиля паруса f и стрелка прогиба мачты а, замеренные в 1 м и в 2 м от фалового угла. Как правило, удовлетворительное открытие задней шкаторины происходит при одновременном соблюдении следующих условий: f₁≤10 см; f₂/f₁=2,8; 8≤a₁≤11 см; 13≤a₂≤15,5 см (усилие гика-шкота 45 кгс). Если какой-либо из этих размеров выходит за пределы указанных величин, можно попытаться изменить жесткость мачты в ее верхней части, контролируя при этом натяжение шкаторины. Если это не помогает, причину следует искать в покрое паруса, а также в неправильном расположении верхнего полотнища.

Часто при выполнении подобных исследований на некоторых участках задней шкаторины обнаруживаются неправильности и перегибы на кривых распределения напряжений в ткани. После серии гонок задняя шкаторина в своих слабых местах вытягивается, парус здесь перестает работать, крутизна хода швертбота к ветру сильно уменьшается. Иногда в потянутом месте на ткани между латами появляются поперечные фалды. Для их устранения надо сделать по задней шкаторине закладку в ткани паруса.

Необходимую величину закладки лучше всего определить, растягивая образец ткани, из которой сделан парус, на простом стенде (рис. 4), оборудованном винтовыми талрепами, и оценивая напряжения в ткани при помощи описанного выше приспособления с индикатором. Образец ткани располагается таким образом, чтобы нити основы и утка были ориентированы относительно растягивающего усилия так же, как и на том участке паруса, где должна быть сделана закладка. Иными словами, линии растяжения, обозначенные на рис. 5 точками В'В'₁ и ВВ₁, должны на парусе и на образце совпадать. Когда в стендовом образце ткани достигнуты будут такие же напряжения, как и в натурном парусе, можно замерить деформацию ткани и, следовательно, определить величину закладки АА₁, которую необходимо сделать на парусе (рис. 5). У конца такой закладки может появиться небольшая поперечная складка, которую убирают, разрезая парус по линии ДД₁ на 70 см и ушивая лишнюю ткань в закладку ЕС.

Аналогичные исследования можно провести и на других швертботах, в частности и на оснащенных шлюпом «Летучем Голландце» и «470». Замеры целесообразно делать как на гроте, так и на стакселе. Опыт показывает, что наиболее эффективная совместная работа стакселя и грота достигается в том случае, когда наибольшая глубина профилей стакселя и грота находится в одном сечении по горизонтали.

Установлено, что лучшие по своим аэродинамическим качествам паруса имеют следующее распределение глубины профиля по высоте (цифры соответствуют замерам в точках, отстоящих одна от другой на 1 м, начиная от фалового угла паруса: на «Финне» — 10, 21, 2В, 32, 24 см при усилии на гике 45 кгс; на «Летучем Голландце» — 10, 22, 28, 32, 26, 26 см при усилии 60 кгс; на «470» — 12, 23, 29, 31, 24 см при усилии 60 кгс.

В заключение отметим, что добиться существенного улучшения работы паруса можно только в результате проведения систематических обмеров и исследований различных парусов и рангоута, сравнительного анализа полученных данных и ходовых качеств яхт с этими парусами на воде.