Щелевая мачта для небольших парусных судов

Летом 1991 г. внимание опытных яхтсменов, крейсирующих в Северном море у берегов Голландии, привлекла 10-метровая пластмассовая яхта "Тринтелла-З". Внешне она не отличалась от типичных семейных крейсеров", которые используются в основном для морского туризма и прогулок, а не для спортивных состязаний. Удивляло другое: "Тринтелла-3" шла заметно круче к ветру и развивала несколько более высокую скорость, чем остальные яхты близких размерений.

Присмотревшись внимательнее, можно было обнаружить, что яхта оснащена необычной мачтой, которая представляет собой два параллельно установленных вертикальных крыловидных профиля, скрепленных поперечными распорками. Между этими профилями по всей высоте мачты оставлена профилированная щель, сужающаяся у кормовой кромки. Передняя шкаторина грота не крепится к мачте вообще. а поддерживается в натянутом состоянии за кормовым краем мачты благодаря стальному тросу, вшитому в шкаторину; кромка паруса располагается точно посередине щели.

Шкипер яхты — 53-летний Хилберт Ноорман, известный как строитель небольших деревянных прогулочных и рыболовных судов, охотно давал пояснения всем интересующимся. Оказалось, что он сам и изобрел такую щелевую мачту, и на это изобретение получил патент. Правда, специалисты-патентоведы сделали при этом оговорку, что в принципе идея не нова и есть, по крайней мере, два других автора, предлагавших реализовать ее. однако дальше эскизов дело у них, вроде бы, не пошло...

Ноорман же наоборот — начал с эксперимента. Свою первую щелевую мачту длиной 4.8 м он сделал из стальных труб и тонколистовой стали. Вес ее не играл роли, так как для начала было решено провести эксперимент на суше: щелевую мачту он поставил на крестовину из деревянных брусьев длиной 4 и 2 м, которую придавил к грунту десятью железобетонными блоками весом по 100 кг. Для испытаний на ней был поднят парус площадью всего 3.6 м², шкот которого провели на "кормовой" конец длинного бруса крестовины.


Идея Ноормана состояла в том, чтобы, во-первых, получить эффект Венчюри — повысить в 3-4 раза скорость воздушного потока, проходящего через плавно сужающуюся между мачтовыми профилями щель. Если парус будет обтекаться с такой повышенной скоростью, то аэродинамические силы, образующиеся на нем, должны возрасти пропорционально квадрату скорости, т.е. в 9-16 раз, по сравнению с силами на парусе с обычной мачтой. Соответственно увеличится и сила тяги паруса, движущая лодку вперед.

Во-вторых, появлялась возможность устранить вредное влияние мачты на обтекание подветренной стороны паруса. Воздушный поток, выходя через зазор между подветренным мачтовым профилем и носовой кромкой паруса, формирует на подветренной его стороне устойчивый поток, который вытесняет из зоны разрежения вихревую дорожку от мачты.

Известно, что подъемная сила на парусе, как и на любом крыле, помещенном в поток жидкости или газа, создается в основном за счет разрежения на "спинке" профиля, т.е. в нашем случае — на подветренной стороне паруса. Завихрения, возникающие при обтекании мачты традиционного овального профиля, снижают эффективность паруса на величину до 25 %. Щелевая мачта позволяет существенно уменьшить эту цифру.

Хотя Ноорман не имел возможности провести свой эксперимент по строгой научной методике, с точными замерами скоростей потока, сил и моментов на парусах, результатами он остался доволен. Парус работал, не заполаскивая, даже при установке под самым острым углом к направлению ветра, по которому была ориентирована щель в мачте, и развивал значительную тягу. Однажды в 6-балльный ветер парус едва не унес вперед всю тонну груза, который прижимал основание мачты к земле.


Затем последовали испытания щелевой мачты уже деревянной (клееной) конструкции и "на воде" — на небольшом швертботе. При длине 4.65 м вес мачты составил всего 5 кг. Перед установкой на лодку изобретатель испытал прочность мачты, уложенной на две опоры, на действие сосредоточенной нагрузки 60 кг приложенной по середине ее высоты (максимальный прогиб составил 59 мм), а затем и равномерно распределенной нагрузки 120 кг. Никаких повреждений обнаружено не было. Успешно прошли и сами испытания на швертботе, оснащенном одним гротом.

Полученный опыт послужил основой для изготовления "настоящей" 12.5-метровой мачты композитной конструкции из древесины, пенопласта и стеклопластика, с которой "Тринтелла-3" впоследствии совершила переход в Португалию и обратно, дважды пересекая бурный Бискайский залив. Все фалы и электрические кабели на этой мачте были проведены через алюминиевые трубки, расположенные внутри мачтовых профилей.

Сейчас изобретатель работает над усовершенствованием конструкции своих щелевых мачт, которые предполагается изготавливать сборными из прочных тонкостенных стеклопластиковых труб.

Как он сообщил редакции "КиЯ", яхты со щелевыми мачтами его конструкции способны идти в бейдевинд на 15-20° круче, чем однотипные яхты с традиционными мачтами овального поперечного сечения.

Желающим убедиться в преимуществах изобретения Ноормана напомним, что для достижения положительного результата недостаточно только сменить мачту: должны быть идеально сшитыми паруса, безупречными в гидродинамическом отношении — корпус, киль и руль яхты.