Решая вопрос, какими эксплуатационными качествами катера можно пожертвовать и в какой мере, следует учитывать, что на реке время движения под парусом мало по сравнении? со временем плавания под двигателем, поскольку ветра, позволяющие идти с приемлемой скоростью, бывают не так уж часто. Кроме того, большая часть туристских маршрутов приходится на крупные и средние реки, а также на водохранилища, вытянутые вдоль речных долин, в которых, как правило, преобладают ветра, направленные вдоль оси водоема. В результате большую часть пути парусник либо идет курсом фордевинд, либо получает встречный ветер. В последнем случае паруса обычно не используются.
Наиболее подходящими для вооружения парусами являются водоизмещающие туристские катера. Они, как правило, достаточно комфортабельны для продолжительности плавания, характерной при движении под парусами; кроме того, их скорость под двигателем невелика, поэтому при переходе на парус ее снижение не слишком удручает экипаж. Чаще всего такие катера оснащают бермудскими парусами, заимствуя схему оснастки и различные детали у спортивных яхт. Однако обводы корпусов и развитые надстройки катеров практически исключают возможность движения под парусом на остром курсе, а бермудские паруса обладают преимуществами перед другими типами только на данном курсе. К тому же при бермудском вооружении нужно ставить высокую мачту и сложный стоячий такелаж, в результате чего заваливание и постановка мачты становятся сложными операциями для экипажа.
Все сказанное приводит к выводу, что бермудский парус на туристском катере не дает оптимальных результатов. Это в значительной мере относится и к гафельному, и к штатному вооружению шлюпок — с разрезным фоком, которое состоит из двух парусов, крепящихся к одному рейку. На всех курсах, кроме фордевинда, реек располагается в диаметральной плоскости судна. При этом паруса хорошо работают на бейдевинде, но не эффективны из-за сильного скручивания на курсах галфвинд и особенно бакштаг.
Нам представляется, что катера наиболее целесообразно оснащать одномачтовым вооружением с одним прямым парусом. Он поднимается при помощи рея, к которому пришиурован своей верхней шкаториной. Такой парус обеспечивает движение судна курсами от фордевинда до галфвинда и даже несколько острее. Наиболее эффективно работает в том случае, когда его плоскость делит приблизительно пополам угол между ДП и направлением вымпельного ветра. На курсе галфвинд парус располагается под углом около 45° к ДП судна, при этом его пузо не должно быть большим. Поэтому ширину паруса следует принять равной ширине судна в месте установки мачты, умноженной на √
При всех возможных курсах усилия, действующие на мачту со стороны паруса, направлены вперед или вперед-вбок в диапазоне ±45° от ДП. Для противодействия этим усилиям достаточно двух вант, раскрепляющих топ мачты, Вант-путенсы необходимо отнести в корму от мачты на расстояние, приблизительно равное полуширине корпуса у мачты. Штаги не требуются, но мачта должна крепиться в степсе и пяртнерсе, разнесенных по высоте на достаточное расстояние.
При помощи брасов рей поворачивается на необходимый на данном курсе угол относительно ДП. К нижним углам паруса крепятся шкоты, которые оттягиваются вниз к бортам судна через блоки, прикрепленные к вант-путенсам. На каждом борту шкот и брас целесообразно заменить одной снастью, имеющей длину примерно вдвое большую, чем боковая шкаторина паруса. Верхний конец этой снасти следует прикрепить к ноку рея, нижний — к шкотовому углу паруса. Трос пропускается через два блока, причем к более кормовому крепится еще одна снасть (будем называть ее шкотом), при помощи которой регулируется положение паруса относительно ДП. В результате парус управляется двумя шкотами, из которых подветренный следует набивать, а наветренный — отдавать. При набивке усилия на шкетах довольно значительны, поэтому полезно предусмотреть тали или лебедки. При движении курсом галфвинд и острее наветренный шкотовый угол паруса нужно оттянуть в сторону носа, иначе боковая шкаторина будет заворачиваться и заполаскивать. Такая проводка шкотов позволяет управлять парусом из-под тента и даже из рубки катера.
При выборе площади парусности S следует принимать во внимание остойчивость катера, легкость заваливания и постановки мачты, а также скорость движения катера под парусом. Наибольший кренящий момент Мкр возникает на курсе галфвиид. При этом, хотя парус и стоит под углом около 45° к ветру, возникает подъемная сила. Поэтому будем считать, что
где Qп — сила давления на парус ветра, перпендикулярного его плоскости, т. е. тяга паруса; Н — высота центра парусности.
Используя старое правило английских парусных капитанов, определяющие среднее давление ветра на паруса как фунт на квадратный фут при ветре 5—6 баллов, т. е. при скорости ветра Vв ≈ 10 м/с, получим
Восстанавливающий момент Мвос при не очень больших углах крена θ можно определить по формуле
где D — водоизмещение судна, кг; h — начальная поперечная метацеитрическая высота, м.
Приравнивая кренящий и восстанавливающий моменты при значении θ, равном допустимому θдоп, получим формулу, из которой можно найти допустимую величину произведения SHЦП. В свою очередь S и HЦП зависят от высоты паруса H. В одномачтовом варианте вооружения
где В — ширина судна; δ — расстояние от нижней шкаторины паруса до уровня воды. В результате для определения допустимой высоты паруса Hдоп получается уравнение
Из этого уравнения видно, что каждому значению Vв соответствует своя допустимая S.
Обычно сильные ветра непродолжительны. Так, в средней полосе Европейской части нашей страны ветра со скоростью более 10 м/с, т. е. сильнее 5 баллов, дуют менее 5% всего времени года, причем чаще всего поздней осенью. Ветра со скоростью 5—10 м/с занимают уже около четверти всего времени. Поэтому в качестве наибольшего значения средней Vв, при которой возможно плавание с полной парусностью и 0 не более допустимого, разумно принять 10 м/с. Так как Vв на порывах может превышать среднюю скорость на 20—40%, в формулу для определения Hдоп следует подставить не среднее, а наибольшее значение Vв, в качестве которого примем 24 м/с. При больших, чем 10 м/с, Vв на парусе необходимо брать рифы и одновременно спускать парус до прежнего положения нижней шкаторины.
Обычно туристские катера не приспособлены к плаванию с большими θ, поэтому представляется разумным выбрать θдоп = 20° ≈ 1/3 рад. При этом θ, соответствующий Vв = 10 м/с, будет составлять 10°, что не должно вызывать большого нарушения комфорта плавания. У водоизмещающих катеров длиной 6—9 м метацентрическая высота по порядку величины равна 1 м1.
Величина δ определяется главным образом как расстояние между глазами рулевого и ватерлинией. Если рулевой сидит, то обычно δ ≈ 1,5 м, если стоит — δ ≈ 2,0 м. Оценим допустимую S для двух катеров. У одного из них L ≈ 6 м, D = 1000 кг, В = 2 м, δ = 1,5 м, hм = 1 м, у другого — L ≈ 9 м, D = 3000 кг, В = 2,8 м, δ = 2,0 м, hм = 1 м. Получаем: при L ≈ 6 м S должна быть не более 10 м2 (H ≤ 3,6 м, ширина паруса — 2,8 м); при L ≈ 9 м — S должна быть не более 20 м2 (H ≤ 5,2 м, ширина паруса — 4,0 м).
Полученная величина допустимой S относительно невелика. Поэтому, чтобы решить вопрос целесообразности установки парусного вооружения на катере, необходимо оценить скорость его движения под парусом Vп. Это можно сделать, сравнивая случаи движения под парусом и под двигателем, поскольку для последнего параметры движения обычно известны. Воспользуемся соотношением
где Vп и Vд — скорости движения судна под парусом и под двигателем, соответственно; Qд — упор винта гребного двигателя. Заметим, что это соотношение справедливо при водоизмешающем режиме движения, если Fr ≤ 0,4.
Величина Qп зависит от скорости вымпельного ветра. На курсе фордевинд вымпельный ветер равен разности истинной Vв и Vп, поэтому на данном курсе
Из указанных зависимостей получается уравнение для определения Vп на курсе фордевинд (на бакштаге и галфвинде Vп будет практически такой же), решение которого представлено на рисунке. Qд можно оценить по формуле
где v — КПД гребного винта; Nд — мощность двигатетеля, Вт.
Заметим, что существенное увеличение S не приводит к значительному повышению скорости. Так, если S удвоить, то Vп возрастет только на 15—18%, что вряд ли может оправдать трудности, сопряженные с увеличением S.
На катерах площадь пера руля обычно невелика, так как руль рассчитан на работу в струе от винта, и для увеличения его площади требуется увеличить осадку. Поэтому получить хорошую управляемость на курсах бакштаг и особенно галфвинд можно лишь при правильном положении ЦП относительно центра бокового сопротивления ЦБС подводной части судна.
При следовании курсом галфвинд судно под парусом всегда имеет крен на подветренный борт. При этом ЦП отклоняется в поперечной плоскости от ЦБС, в результате чего возникает момент, стремящийся привести судно к ветру. Этот момент можно компенсировать, смещая ЦП на боковой проекции в нос на расстояние l относительно ЦБС, что приведет к появлению уваливающего момента. Приводящий и уваливающий моменты зависят от Vв по-разному, поэтому уравнять их можно лишь при одном определенном значении скорости ветра — V0. Для этого l должно приблизительно равняться следующему отношению:
при Vв < V0 судно будет стремиться увалиться, при Vв > V0 — привестись. При Ув = 0,7V0 разность приводящего и уваливающего моментов имеет наибольшую величину Ммакс
Судно будет хорошо управляться при всех скоростях движения, которые меньше соответствующих им V0, особенно в том случае, когда Ммакс будет в несколько раз меньше наибольшего поворачивающего момента Мпов, возникающего при перекладке руля на угол около 40°.
где Sp — площадь пера руля. При Vв = 1,1V0М0 будет равна по величине Ммакс, а при Vв = 1,41% она составит уже 8Ммакс. В последнем случае судно будет приводиться независимо от отклонения руля.
Естественно, в качестве V0 следует выбрать среднюю Vв, допускающую движение под парусом без взятия рифов, т. е. 10 м/с. Теоретически при прямом вооружении ЦТ на боковой проекции совпадает с мачтой. На практике, однако, он смещен в нос от мачты, так как ветер отдувает парус. При Vв = 10 м/с и S = 20 м2 смещение составляет 0,5—1,0 м в зависимости от натяжения шкотов. Это следует учитывать при определении положения мачты.
Приведенные соображения и оценки были использованы при установке вспомогательного парусного вооружения на катере «Кереть», названном так в честь старинного поморского села на побережье Белого моря. Основные данные катера: L = 9 м, В = 2,8 м, D = 3000 кг. Использован двигатель «СМ-557Л», максимальная мощность которого 13 л. с. В валовой линии установлен второй редуктор, снижающий частоту вращения гребного вала до 1200 об/мин. Рангоут и такелаж использованы от шлюпки «ЯЛ-6». Высота мачты от палубы — 5,5 м, масса мачты — 20 кг, длина рея — 4,3 м. Парус прямоугольной формы площадью 19 м2 (ширина — 4,15 м, высота — 4,6 м) сшит из горизонтально расположенных полос ткани, чтобы уменьшилось сопротивление обтекающего его воздушного потока.
Оценку Vп произведем исходя из того, что в режиме экономичного плавания при Рд = 10 л. с. = 7,36 кВт она составит 10 км/ч, т. е. 2,8 м/с. Тогда при Vв = 5м/с Уп составит 5 км/ч, а при Vв = 10 м/с — 8 км/ч. Поскольку существенное уменьшение Уп по сравнению со скоростью под мотором нежелательно, на катере «Кереть» двигаться под парусом целесообразно при ветре не менее 4 баллов. При Vв = 14 м/с можно считать допустимым θ = 22°. Следовательно, «Кереть» может нести полную парусность при ветре не более 5 баллов.
Парусное вооружение этого катера было испытано во время туристского плавания по Иваньковскому, Угличскому и Рыбинскому (от п. Ново-Завидово до г. Мышкин) водохранилищам в конце июля — начале августа 1982 г. На этом участке Волга имеет генеральное направление с юго-запада на северо-восток. На плесах длиной более 5 км ветер практически всегда дул по оси плеса. За все время движения в сторону Мышкина он был только встречным, на протяжении 40% пути в обратную сторону — попутным. При ветре 2 балла средняя Vп составила 3,2 км/ч, при ветре 3—4 балла — 5,2 км/ч.
Всего преодолено 460 км, из них 65 км, т. е. 14%, — под парусом. На курс фордевинд пришлось около 40 км, пройденных под парусом.
Конструкция крепления мачты позволяет заваливать или устанавливать мачту буквально за минуту усилиями одного человека. Шлюпочная наметка на мачту установлена по высоте 0,7 м от палубы на швартовном битенге.
Примечания
1. Если, конечно, катер не перегружен громоздкими надстройками и наиболее тяжелые массы расположены в нижней части корпуса.