Конструкция паруса спинакера и управление им

Существует множество противоречивых сведений, касающихся происхождения гоночного спинакера. Это связано с тем, что само определение спинакера как паруса, устанавливаемого при помощи специальных приспособлении в стороне от корпуса яхты с целью увеличения скорости при движении по ветру, является слишком общим.


Есть основания полагать, что термин спинакер происходит от английского слова «spinmaker», которое можно перевести как «делатель поворотов». Первоначально этот парус в основном служил для обеспечения поворотливости яхты, имел треугольную форму и устанавливался на бушприте; он был известен также под названием «Jimmy Green».

5 июня 1865 г. во время тонки двух английских яхт после огибания поворотного знака с лавировки на попутный курс на яхте «Ниобея» неожиданно подняли на топе мачты, с наветренной стороны, огромный парус, и яхта быстро ушла вперед. Очевидно, это и был первый гоночный спинакер. В 1866 г. спинакеры различной формы уже были изображены в учебнике Диксона Кэмпа «Паруса, парусные суда и морская архитектура».

Ранние спинакеры имели треугольную несимметричную форму с прямой боковой шкаториной. Эти первые спинакеры по форме в значительной степени копировали форму кливера, но имели большую площадь и делались из легкой ткани с полотнищами, идущими параллельно боковой шкаторине. Эта форма спинакера существовала до 1920 г. В 1927 г. Ратсеем был сделан первый симметричный спинакер, который очень быстро завоевал всеобщее признание. В связи с ростом размеров спинакера в 1936 г. в международные правила был записан пункт, разрешивший обносить спинакер вокруг штага и нести его в стороне от корпуса яхты.

Спинакеры, отличающиеся по форме, имели и разную фактическую площадь, поэтому неуклонно развивались правила их обмера. Так, было решено, что спинакер для яхт-монотипов должен быть симметричным относительно центральной линии и выполненным с прямыми швами, а положение нескольких определяющих точек его строго зафиксировано. Такой спинакер, будучи сложенным вдвое по центральной линии, лежит на полу абсолютно плоско. Единственной возможностью оказывать влияние на его форму является расположение полотнищ под различными углами между собой, чем достигается прочность формы. Примером применения этого правила обмера являются спинакеры яхт класса «Дракон».


Существуют и другие системы обмера спинакеров. Например, на «Летучем Голландце» обмерными являются только длины боковых и нижней шкаторин, а также ширина паруса в определенных точках; форма спинакера может быть произвольной. Часто ограничивается лишь минимальная ширина спинакера на половине его высоты; это правило исключает возможность применения увеличенного стакселя, обмеренного по правилам для спинакера.

Наибольшую свободу действий допускают правила обмера спинакеров для яхт свободных классов, например «R-5,5». Здесь в обмер входят лишь длины боковых и нижней шкаторин, что позволяет конструировать паруса различной формы. Один из подобных спинакеров с большой шириной на половине высоты и V-образным расположением швов в верхней части изображен на рис. 1, в.

Многие годы V-образное расположение швов считалось оптимальным, однако в последнее время большинство спинакеров свободного класса шьется с горизонтальными полотнищами: это так называемые сферические или орбитальные спинакеры. Конструкция их позволяет отказаться от центрального шва и образовывать форму дольками при помощи вырезания клиньев (закладок). Такой спинакер (рис. 2) на середине высоты может быть выполнен с большой шириной и представляет собой часть сферической поверхности определенного радиуса.

Развитие форм спинакеров обусловило и появление интереса к материалам для них. Сначала спинакеры шили из легкой хлопчатобумажной ткани. В 1937 г. во время гонки на «Кубок Америки» иа «Рэйнджер» был поднят первый спинакер из искусственного шелка. Появление в 1950 г. нового искусственного материала — терилена, а затем нейлона отодвинуло шелковые ткани на задний план. Малый вес, большая прочность и плотность синтетических тканей позволяют считать их лучшим материалом для спинакеров, причем предпочтение отдается более эластичному нейлону.


Исследование схемы потока воздуха по контуру спинакера имеет практический интерес для парусника-спортсмена. Плоско скроенный спинакер (рис. 3, а) обеспечивает возможность достижения невозмущенного потока воздуха вдоль всей поверхности паруса от входа до выхода. Такой спинакер устойчиво наполнен воздухом и прост в управлении. Полно скроенный спинакер (рис. 3, б) обладает значительно меньшей устойчивостью; воздушный поток поступает в него под углом к передней шкаторине, в связи с чем она может заполаскивать.

Внутренняя поверхность плоского спинакера (рис. 3, в) обтекается без завихрений. Под действием потока воздуха парус стремится раскрыться, сохраняя максимальную площадь, нормальную к направлению ветра. Обтекание полного спинакера (рис. 3, г) характеризуется образованием застойной зоны в центре паруса и нарушением движения воздуха от центра к шкаторинам. Проекция паруса на направление, перпендикулярное ветру, становится меньше, в результате чего уменьшается тяга.

Все это приводит к мысли о том, что, независимо от курса яхты, спинакер должен быть максимально плоским. Таким образом, существующая точка зрения о пользе полных спинакеров должна быть пересмотрена, однако следует учитывать, что эффективный плоский спинакер может скроить только очень опытный парусный мастер.

Даже такие современные материалы для спинакеров, как нейлон и терилен, вытягиваются при работе. Максимальное удлинение материала наблюдается при его растяжении под углом 45° к основе и утку, это следует учесть, располагая полотнища при раскрое. Сохранить заданную форму спинакера можно при использовании эластичных тканей, сотканных из нескрученных нитей, однако и в этом случае полностью избежать вытяжки ткани невозможно.

Напряжения в материале спинакера распределяются по всей поверхности от углов к середине, поэтому следовало бы располагать основу или уток ткани параллельно боковым шкаторинам. Поскольку боковые шкаторины современных спинакеров имеют кривизну, применить такой раскрой не удается. Целесообразно разместить полотнища под прямым углом к боковым шкаторинам.


На рис. 4, а показан простейший способ увеличения эффективной площади спинакера добавкой клина (заштрихован) по нижней шкаторине. Однако, если клин пришить так, как показано на рисунке, нижняя часть паруса будет работать неустойчиво. Избежать этого можно с помощью более сложного варианта, при котором полотнища постепенно разворачиваются веером от середины к нижней шкаторине (рис. 4. б).

Улучшение формы спинакера, если это допускается правилами, может быть достигнуто также сужением полотнищ (применение закладок) в районе центрального шва. В результате спинакер становится более плоским в центральной части и, наоборот, более полным на боковинах. Закладки при этом можно располагать двумя способами: на горизонтальных швах (рис. 5, а) и под прямым углом к линии центрального шва (рис. 5,6). Второй способ более эффективен, однако на практике чаще используют первый способ или их сочетание, являющееся наилучшим решением. Длина и направление закладок в каждом отдельном случае определяются парусным мастером в зависимости от типа спинакера. Во всех случаях необходимо учесть перемещение фалового угла спинакера после сшивания полотнищ (рис. 6).

Эффективность спинакера может быть повышена и за счет некоторой незначительной потери площади паруса. Если срезать заштрихованные на эскизе (рис. 7) площади, шкотовые углы переместятся из точек А в точки В, благодаря чему работающий парус будет стоять дальше от корпуса яхты.

Большое распространение получили спинакеры сферического типа фирмы «Хард», применяющиеся на яхтах свободных классов. Центральная линия такого спинакера является дугой окружности, радиус которой определяется расчетным путем. В некоторых случаях верхняя часть спинакера делается более плоской, однако в целом подход к проектированию такого паруса основан на принципе создания сферической поверхности.

Сейчас уже стало обычным кроить сферические спинакеры из полотнищ, расположенных под прямым углом к центральной линии. При этом количество и величина закладок должны быть такими, чтобы центральная часть спинакера была по возможности плоской. Недостаток спинакера такой конструкции заключается в том. что его верхние полотнища разворачиваются под углом к боковым шкаторинам, а это приводит к деформации ткани и потере жесткости формы именно там, где это наиболее вредно, — в верхней части паруса.

Спинакер такого типа представлен на рис. 8. Боковые шкаторины, обычно укрепленные тесьмой и стальным тросом, не могут деформироваться, в отличие от материала внутри паруса, расположенного под углом к боковой шкаторине; в результате верхняя часть спинакера принимает форму, показанную на рис. 9 (видна вытяжка материала, расположенного под углом к боковой шкаторине в непосредственной близости от троса).

Площадь сферического спинакера зависит от размера максимальной ширины и приближенно может быть определена как площадь прямоугольника, образованного боковыми и нижней шкаторинами, увеличенная на 10-15 %.

Возможен компромиссный вариант, в котором используются достоинства и устранены недостатки каждого из рассмотренных вариантов. Средняя часть такого спинакера состоит из полотнищ, расположенных нормально к центральной линии, а боковые шкаторины образованы из полотнищ, идущих к ним под прямым углом. Такой метод раскроя спинакера (рис. 10) обеспечивает возможность достижения наиболее эффективной формы паруса.

Естественно, что работа спинакера зависит не только от его конструкции, но и от управления им и способа его несения. Спинакер, расположенный близко к гроту (рис. 11, а) оказывает вредное влияние па его работу и сам при этом работает с меньшей эффективностью. Спинакер должен быть вынесен на наветренную сторону, а брас проведен по возможности дальше от корпуса яхты, как показано на рис. 11, б. Тогда поток воздуха из спинакера не будет задувать в грот и уменьшать эффективность его работы.

По установке спинакер-гика существуют определенные правила, пренебрегать которыми не следует. Он должен устанавливаться перпендикулярно направлению ветра и мачте (рис. 12). Отклонения от прямого угла в обоих случаях не должны превышать 15°. При увеличении угла а до 18° эффективность использования длины спинакер-гика, уменьшающаяся пропорционально косинусу угла его установки, снижается на 5%, при 28° — на 10%, а при 36° — на 20%. Во всех случаях необходимо, чтобы расстояние от спинакера до мачты было максимально возможным, так как это обеспечивает его работу в невозмущенном потоке воздуха.

Чрезмерно «задавленный» спинакер (рис. 13, а) создает дополнительную силу дрейфа Р₂. В том же случае, когда при поставленном брасе угол спинакера А до предела отпущен вперед (рис. 13, б), парус создает максимальную силу тяги Р, направленную по движению яхты.