Важко уявити собі, як можуть вітрильні судна йти «проти вітру» – або, за словами моряків, йти «в бейдевінд». Правда, моряк скаже вам, що проти вітру йти під вітрилами не можна, а можна рухатися лише під гострим кутом до напрямку вітру. Але кут цей малий – близько чверті прямого кута, – і видається, мабуть, однаково незрозумілим: чи плисти прямо проти вітру чи під кутом до нього 22°.

Насправді це, однак, не байдуже, і ми зараз пояснимо, яким чином силою вітру можна йти назустріч йому під невеликим кутом. Спочатку розглянемо, як діє вітер на вітрило, т. е. куди він штовхає вітрило, коли дме на нього. Ви, мабуть, думаєте, що вітер завжди штовхає вітрило в той бік, куди сам дме. Але це не так: хоч би вітер дув, він штовхає вітрило перпендикулярно до площини вітрила. Справді: нехай вітер дме у напрямку, вказаному стрілками на малюнку нижче; лінія АВпозначає вітрило.

Вітер штовхає вітрило завжди під прямим кутом до його площини.

Так як вітер напирає рівномірно на всю поверхню вітрила, замінюємо тиск вітру силою R, прикладеної до середини вітрила. Цю силу розкладемо на дві: силу Q, Перпендикулярну до вітрила, і силу Р, спрямовану вздовж нього (див. Рис. Вгорі, праворуч). Остання сила нікуди не штовхає вітрило, оскільки тертя вітру об полотно незначне. Залишається сила Qяка штовхає вітрило під прямим кутом до нього.

Знаючи це, ми легко зрозуміємо, як вітрильне судно може йти під гострим кутом назустріч вітру. Нехай лінія ККзображує кільову лінію судна.

Як можна йти вітрилами проти вітру.

Вітер дме під гострим кутом до цієї лінії у напрямку, вказаному поруч стрілок. Лінія АВзображує вітрило; його поміщають так, щоб площина його ділила навпіл кут між напрямком кіля та напрямом вітру. Простежте малюнку за розкладанням сил. Натиск вітру на вітрило ми зображаємо силою Q, яка, ми знаємо, має бути перпендикулярна до вітрила. Силу цю розкладемо на дві: силу R, перпендикулярну до кіля, та силу S, спрямовану вперед, уздовж кільової лінії судна. Оскільки рух судна у напрямку Rзустрічає сильний опір води (кіль у вітрильних суднах робиться дуже глибоким), то сила Rмайже повністю врівноважується опором води. Залишається лише сила S, Яка, як бачите, спрямована вперед і, отже, посуває судно під кутом, як назустріч вітру. [Можна довести, що сила Sнабуває найбільшого значення тоді, коли площина вітрила ділить навпіл кут між напрямками кіля та вітру.].Зазвичай цей рух виконується зигзагами, як показує малюнок нижче. Мовою моряків такий рух судна називається «лавіровкою» у тісному значенні слова.

Не менш важливе значення, ніж опір корпусу, має сила тяги, що розвивається вітрилами. Щоб ясніше уявити роботу вітрил, познайомимося з основними поняттями теорії вітрила.

Ми вже говорили про основні сили, що діють на вітрила яхти, що йде з попутним (курсом фордевінд) і зустрічним вітром (курсом бейдевінд). З'ясували, що сила, що діє на вітрила, може бути розкладена на силу, яка викликає нахил і знос яхти під вітер, силу дрейфу і силу тяги (див. рис. 2 і 3).

Тепер подивимося, як визначається повна сила тиску вітру на вітрила, від чого залежать сили тяги і дрейфу.

Щоб уявити роботу вітрила на гострих курсах, зручно спочатку розглянути плоске вітрило (рис. 94), яке зазнає тиску вітру під певним кутом атаки. У цьому випадку за вітрилом утворюються завихрення, на навітряному боці його виникають сили тиску, на підвітряному - сили розрідження. Їхня результуюча R спрямована приблизно перпендикулярно до площини вітрила. Для правильного розуміння роботи вітрила її зручно подати у вигляді рівнодіючої двох складових сил: Х-спрямованої паралельно повітряному потоку (вітру) та Y-перпендикулярній йому.

Сила X, спрямована паралельно повітряному потоку, називається силою лобового опору; вона створюється, крім вітрила, ще й корпусом, такелажем, рангоутом та екіпажем яхти.

Сила Y, спрямована перпендикулярно до повітряного потоку, називається в аеродинаміці підйомною силою. Саме вона на гострих курсах створює тягу у напрямку руху яхти.

Якщо при тому ж лобовому опорі вітрила Х (рис. 95) підйомна сила збільшується, наприклад, до величини Y1, то, як показано на малюнку, рівнодіюча підйомна сила і лобовий опір зміниться на R і відповідно сила тяги Т збільшиться до Т1.

Подібна побудова дозволяє легко переконатися, що зі збільшенням лобового опору Х (за тієї ж підйомної сили) тяга Т зменшується.

Таким чином, є два шляхи збільшення сили тяги, а отже, і швидкості ходу на гострих курсах: збільшення підйомної сили вітрила та зменшення лобового опору вітрила та яхти.

У сучасному вітрильному спорті підйомну силу вітрила збільшують надаючи йому увігнуту форму з деякою пузатістю (рис. 96): розмір від щогли до найбільш глибокого місця пуза зазвичай становить 0,3-0,4 ширини вітрила, а глибина пуза -близько 6-10% ширини. Підйомна сила такого вітрила на 20-25% більша, ніж абсолютно плоского майже при тому ж лобовому опорі. Щоправда, яхта з плоскими вітрилами йде трохи крутіше до вітру. Однак з «пузатими» вітрилами швидкість просування в лавірування більша завдяки більшій тязі.

Мал. 96. Профіль вітрила

Зауважимо, що у пузатих вітрил збільшується не тільки тяга, а й сила дрейфу, а значить, крен і дрейф яхт з пузатими вітрилами більше, ніж порівняно з плоскими. Тому «пузатість» вітрила більше 6-7% при сильному вітрі невигідна, оскільки збільшення крену та дрейфу призводить до значного підвищення опору корпусу та зниження ефективності роботи вітрил, які «з'їдають» ефект збільшення тяги. При слабких вітрах краще тягнуть вітрила з «пузом» 9-10%, тому що через малий загальний тиск вітру на вітрило крен невеликий.

Будь-яке вітрило при кутах атаки більше 15-20 °, тобто при курсах яхти 40-50 ° до вітру і більше дозволяє зменшити підйомну силу і збільшити лобовий опір, оскільки на підвітряному боці утворюються значні завихрення. Оскільки основну частину підйомної сили створює плавне, без завихрень, обтікання підвітряної боку вітрила, знищення цих завихрень має дати великий ефект.

Знищують завихрення, що утворюються за гротом, постановкою стакселя (рис. 97). Потік повітря, що потрапляє у щілину між гротом і стакселем, збільшує свою швидкість (так званий ефект сопла) і при правильному регулюванні стакселю «злизує» вихори з грота.

Мал. 97. Робота стакселя

Профіль м'якого вітрила важко зберегти незмінним при різних кутах атаки. Раніше на швертботах ставили наскрізні лати, що проходять через все вітрило, - їх робили більш тонкими в межах «пуза» і товстішими до задньої шкаторини, де вітрило набагато площе. Наразі наскрізні лати ставлять головним чином на буерах і катамаранах, де особливо важливо зберегти профіль і жорсткість вітрила при малих кутах атаки, коли звичайне вітрило вже полоще по передній шкаторині.

Якщо джерелом підйомної сили є лише вітрило, то лобовий опір створює все, що виявляється в потоці повітря, що обтікає яхту. Тому поліпшення тягових властивостей вітрила може бути досягнуто також за рахунок зниження лобового опору корпусу яхти, рангоуту, такелажу та екіпажу. Для цієї мети використовують різноманітні обтічники на рангоуті та такелажі.

Розмір лобового опору вітрила залежить з його обрисів. За законами аеродинаміки лобовий опір крила літака тим менше, чим воно вже й довше за тієї ж площі. Ось чому вітрило (по суті те саме крило, але поставлене вертикально) намагаються робити високим та вузьким. Це дозволяє використовувати верховий вітер.

Лобове опір вітрила дуже великою мірою залежить стану його передньої кромки. Передні шкаторини всіх вітрил повинні бути туго обтягнуті, щоб не допускати можливості вібрацій.

Необхідно згадати ще про одну дуже важливу обставину - так зване центрування вітрил.

З механіки відомо, що будь-яка сила визначається її величиною, напрямом та точкою докладання. Досі ми говорили лише про величину та напрямок сил, прикладених до вітрила. Як ми побачимо далі, знання точок програми має велике значення для розуміння роботи вітрил.

Тиск вітру розподіляється поверхнею вітрила нерівномірно (більший тиск відчуває його передня частина), проте спрощення порівняльних розрахунків вважають, що він розподіляється рівномірно. Для наближених розрахунків рівнодію силу тиску вітру на вітрила вважають прикладеною до однієї точки; за неї приймають центр ваги поверхні вітрил, коли вони вміщені в діаметральній площині яхти. Цю точку називають центром парусності (ЦП).

Зупинимося на найпростішому графічному способі визначення положення ЦП (рис. 98). Викреслюють парусність яхти у потрібному масштабі. Потім на перетині медіан - ліній, що з'єднують вершини трикутника з серединами протилежних сторін - знаходять центр кожного вітрила. Отримавши таким чином на кресленні центри О і O1 двох трикутників, що становлять грот і стаксель, проводять через ці центри дві паралельні лінії ОА і O1Б і на них відкладають у протилежних напрямках у будь-якому, але однаковому масштабі стільки лінійних одиниць, скільки квадратних метрів у трикутнику; від центру грота відкладають площу стакселя, а від центру стакселя - площу грота. Кінцеві точки А і поєднують прямий АБ. Інший прямий - O1O з'єднують центри трикутників. На перетині прямих AB і O1O буде перебувати загальний центр.

Мал. 98. Графічний спосіб знаходження центру парусності

Як ми вже говорили, силі дрейфу (вважатимемо її прикладеною в центрі парусності) протидіє сила бічного опору корпусу яхти. Силу бокового опору вважають прикладеною у центрі бокового опору (ЦБС). Центром бокового опору називається центр ваги проекції підводної частини яхти на діаметральну площину.

Центр бокового опору можна знайти, вирізавши контур підводної частини яхти із щільного паперу та помістивши цю модель на лезо ножа. Коли модель врівноважується, легко натискають її, потім повертають на 90° і знову врівноважують. Перетин цих ліній дає нам центр бічного опору.

Коли яхта йде без крену, ЦП повинен лежати на одній вертикальній прямій із ЦБС (рис. 99). Якщо ЦП лежить попереду ЦБС (рис. 99 б), то сила дрейфу, зміщена вперед щодо сили бічного опору, повертає ніс судна під вітер - яхта звалюється. Якщо ЦП опиниться позаду ЦБС, яхта повертатиметься носом до вітру, або наводиться (рис. 99, в).

Мал. 99. Центрівка яхти

І надмірне приведення до вітру, і особливо увалювання (неправильне центрування) шкідливі для ходу яхти, оскільки змушують рульового весь час працювати кермом, щоб зберегти прямолінійність руху, а це збільшує опір корпусу і знижує швидкість судна. Крім того, неправильне центрування призводить до погіршення керованості, а в деяких випадках - до її повної втрати.

Якщо ми відцентруємо яхту так, як показано на рис. 99 а, тобто ЦП і ЦБС виявляться на одній вертикалі, то судно буде дуже сильно наводитися і управляти ним стане дуже важко. В чому справа? Тут дві основні причини. По-перше, справжнє розташування ЦП і ЦБС не збігається з теоретичним (обидва центри зрушені вперед, але неоднаково).

По-друге, і це головне, при крен сила тяги вітрил і сила поздовжнього опору корпусу виявляються лежачими в різних вертикальних площинах (рис. 100), виходить як би важіль, що змушує яхту наводитися. Чим більше крен, тим більше схильність судна наводиться.

Щоб ліквідувати таке приведення ЦП поміщають попереду ЦБС. Виникає з креном момент сили тяги і поздовжнього опору, що змушує яхту наводитися, компенсується моментом сил дрейфу і бічного опору, що уловлює, при передньому розташуванні ЦП. Для хорошого центрування доводиться ЦП поміщати попереду ЦБС з відривом, що дорівнює 10-18% довжини яхти по ватерлінії. Чим менш стійка яхта і що вище піднятий ЦП над ЦБС, то більше в ніс треба його пересувати.

Щоб яхта мала хороший хід, її треба відцентрувати, тобто поставити ЦП і ЦБС у таке становище, при якому судно на курсі бейдевінд у слабкий вітер було повністю врівноважене вітрилами, іншими словами - було стійко на курсі з кинутим або закріпленим у ДП кермом (допускається легка схильність до увалювання при дуже слабкому вітрі), а за сильнішому вітрі мало схильність наводитися. Кожен кермовий повинен вміти правильно центрувати яхту. На більшості яхт схильність наводиться збільшується, якщо перебрано задні вітрила і потравлено передні. Якщо ж перебрано передні та перетравлено задні вітрила, судно буде увалюватися. При збільшенні «пузатості» гроту, а також вітрилах, що погано стоять, яхта схильна наводитися більшою мірою.

Мал. 100. Вплив крену на приведення яхти до вітру

Перш ніж приступати до розгляду роботи вітрила, слід зупинитись на двох коротких, але важливих моментах:
1.Визначити, який саме вітер впливає на вітрила.
2. Розповісти про специфічну морську термінологію, пов'язану з курсами щодо вітру.

Справжній і вимпел вітру в яхтингу.

Вітер, який діє на судно, що рухається, і все, що знаходиться на ньому, відрізняється від того, який діє на який-небудь нерухомий об'єкт.
Власне вітер як атмосферне явище, що дме щодо землі чи води, ми називаємо справжнім вітром.
У яхтингу вітер щодо яхти, що рухається, називається вимпельним і є сумою істинного вітру і зустрічного потоку повітря, викликаного рухом судна.
Вимпельний вітер завжди дме під гострішим кутом до човна, ніж справжній.
Швидкість вимпельного вітру може бути більшою (якщо справжній вітер зустрічний або бічний), або меншим від справжнього (якщо він з попутних напрямків).

Напрями щодо вітру.

На вітріотже, звідки дме вітер.
Під вітром- З того боку, куди дме вітер.
Ці терміни, а також похідні від них, такі як «навітряний», «підвітряний», вживаються дуже широко, і не тільки в яхтингу.
Коли ці терміни застосовують до судна, прийнято також говорити про навітряний та підвітряний борти.
Якщо вітер дме з боку правого борту яхти, цей борт називають навітряним, лівий борт - підвітрянимвідповідно.
Лівий і правий галс - два терміни, безпосередньо пов'язані з попередніми: якщо вітер дме в правий борт судна, то кажуть, що воно йде правим галсом, якщо в лівий - то лівим.
В англійській морській термінології те, що пов'язане з правим та лівим бортом, відрізняється від звичайних Right та Left. Про правий борт і все, що до нього відноситься, кажуть Starboard, про лівий – Port.

Курси щодо вітру.

Курси щодо вітру різняться залежно від кута між напрямом вимпельного вітру та напрямом руху судна. Їх можна розділити на гострі та повні.

Бейдевінд - гострий курс щодо вітру. коли вітер дме під кутом менше 80 °. Може бути крутий бейдевінд (до 50 °) та повний (від 50 до 80 °).
Повними курсами щодо вітру називаються курси, коли вітер дме під кутом 90° і більше напряму руху яхти.
До таких курсів відносяться:
Галфвінд - вітер дме під кутом від 80 до 100 °.
Бакштаг - вітер дме під кутом від 100 до 150 ° (крутий бакштаг) і від 150 до 170 ° (повний бакштаг).
Фордевінд - вітер дме в корму під кутом понад 170 °.
Левентик – вітер строго зустрічний чи близький до такого. Оскільки проти такого вітру вітрило судно рухатися не може, його частіше називають не курсом, а положенням щодо вітру.

Маневри щодо вітру.

Коли яхта, що йде під вітрилами, змінює свій курс так, що кут між вітром та напрямом руху зменшується, то кажуть, що судно наводиться. Іншими словами, привестися значить піти під гострішим кутом до вітру.
Якщо відбувається зворотний процес, тобто яхта змінює курс у бік збільшення кута між ним та вітром, судно звалюється .
Уточнимо, що терміни («наводитися» і «увалюватися» використовуються тоді, коли човен змінює курс щодо вітру в межах одного й того ж галсу.
Якщо ж судно змінює галс, тоді (і тільки тоді!) такий маневр у яхтингу називається поворотом.
Існує два різні способи зміни галсу і, відповідно, два повороти: оверштагі фордевінд .
Поворот оверштаг – це поворот проти вітру. Судно наводиться, ніс човна перетинає лінію вітру, рано чи пізно судно проходить через положення левентик, після чого лягає на інший галс.
Яхтинг при повороті фордевінд відбувається протилежним чином: судно звалюється, корми перетинають лінію вітру, вітрила переносять на інший борт, яхта лягає на інший галс. Найчастіше це поворот з одного повного курсу на інший.

Робота вітрила під час яхтингу.

Одне з основних завдань для яхтсмена під час роботи з вітрилами полягає в тому, щоб орієнтувати вітрило під оптимальним кутом щодо вітру, щоб найкраще просуватися вперед. Для цього потрібно розуміти, як вітрило взаємодіє з вітром.
Робота вітрила багато в чому аналогічна роботі крила літака і відбувається за законами аеродинаміки. Для особливо допитливих яхтсменів докладніше ознайомитися з аеродинамікою вітрила як крила можна у серії статей: . Але краще це зробити після прочитання цієї статті, поступово переходячи від легені до складнішого матеріалу. Хоча, кому я це говорю? Справжніх яхтсменів проблеми не лякають. І можна все зробити з точністю навпаки.

Основна відмінність вітрила від літакового крила в тому, що для появи на вітрилі аеродинамічної сили потрібен якийсь ненульовий кут між ним та вітром, цей кут називають кутом атаки. Крило літака має несиметричний профіль і може нормально працювати при нульовому куті атаки, вітрило немає.
У процесі обтікання вітрила вітром з'являється аеродинамічна сила, яка у результаті рухає яхту вперед.
Розглянемо роботу вітрила у яхтингу під різними курсами щодо вітру. Спочатку для простоти уявімо, що щогла з одним вітрилом укопана в землю і ми можемо спрямовувати вітер під різними кутами до вітрила.

Кут атаки 0 °. Вітер дме вздовж вітрила, вітрило майорить, як прапор. Жодної аеродинамічної сили на вітрилі немає, є тільки сила лобового опору.
Кут атаки 7 °. Починає з'являтися аеродинамічна сила. Вона спрямована перпендикулярно вітрилу і поки що невелика за величиною.
Кут атаки близько 20 °. Аеродинамічна сила досягла свого максимального значення за величиною, спрямована перпендикулярно до вітрила.
Кут атаки 90 °. По відношенню до попереднього випадку аеродинамічна сила істотно не змінилася ні за величиною, ні за напрямом.
Таким чином, ми бачимо, що аеродинамічна сила завжди спрямована перпендикулярно до вітрила і величина її практично не змінюється в діапазоні кутів від 20 до 90°.
Кути атаки більше 90° немає сенсу розглядати, оскільки вітрила на яхті зазвичай не ставляться під такими кутами щодо вітру.

Наведені вище залежності аеродинамічної сили від кута атаки є спрощеними і усередненими.
Насправді ці властивості помітно різняться залежно від форми вітрила. Наприклад, довгий, вузький і плоский грот гоночних яхт матиме максимум аеродинамічної сили при куті атаки близько 15°, на великих кутах сила буде дещо меншою. Якщо ж вітрило більш пузате і має не дуже велике подовження, то аеродинамічна сила на ньому може бути максимальною при куті атаки близько 25-30 °.

Тепер розглянемо роботу вітрила на яхті.

Для простоти уявімо, що вітрило на яхті один. Хай це буде грот.
Спочатку варто подивитися, як поводиться система яхта + вітрило при русі найгострішими курсами щодо вітру, так як це зазвичай викликає найбільше питань.

Допустимо, на яхту діє вітер під кутом 30-35 ° до корпусу. Орієнтувавши вітрило на курсі під кутом приблизно 20 ° до вітру, ми отримаємо на ньому достатню за величиною аеродинамічну силу А.
Оскільки ця сила діє під прямим кутом до вітрила, бачимо, що вона тягне яхту сильно убік. Розклавши силу А на дві складові, можна побачити, що сила тяги вперед Т в рази менша, ніж сила, що штовхає човен (D, сила дрейфу).
За рахунок чого в такому разі яхта рухається вперед?
Справа в тому, що конструкція підводної частини корпусу така, що опір корпусу руху в бік (так зване бічне опір) також у рази більше, ніж опір руху вперед. Цьому сприяють кіль (або шверт), кермо та сама форма корпусу.
Однак бічне опір виникає тоді, коли є чому чинити опір, тобто, щоб воно почало працювати, обов'язково потрібно деяке зміщення корпусу вбік, так званий вітровий дрейф.

Це зміщення природним чином виникає під дією бічної складової аеродинамічної сили, і як реакція у відповідь відразу виникає сила бічного опору S, спрямована в протилежну сторону. Як правило, вони врівноважують один одного при куті дрейфу близько 10-15 °.
Отже, очевидно, що бічна складова аеродинамічної сили, що найяскравіше виражена на гострих курсах щодо вітру, викликає два небажані явища: вітровий дрейф і крен.

Вітровий дрейф означає, що траєкторія руху яхти не збігається з її діаметральною площиною (діаметральна площина, або ДП, - "розумний" термін, що позначає лінію ніс - корми). Відбувається постійне усунення яхти під вітер, рух як би трохи боком.
Відомо, що при яхтингу на курсі бейдевінд за середніх погодних умов вітровий дрейф як кут між ДП та реальною траєкторією руху дорівнює приблизно 10-15°.

Просування проти вітру. Лавірування.

Оскільки яхтинг під вітрилами неможливий суворо проти вітру, а можна рухатися тільки під деяким кутом, добре мати уявлення про те, наскільки гостро до вітру в градусах може рухатися яхта. І який, відповідно, той неходовий сектор курсів щодо вітру, в якому рух проти вітру неможливий.
Досвід показує, що звичайна яхта круїз (не гоночна) може ефективно рухатися під кутом 50-55 ° до істинного вітру.

Таким чином, якщо мета, яку необхідно досягти, знаходиться суворо проти вітру, то яхтинг до неї відбуватиметься не прямою, а зигзагом одним галсом, то іншим. При цьому на кожному галсі, природно, потрібно буде намагатися максимально гостро йти до вітру. Такий процес називається лавіруванням.

Кут між траєкторіями руху яхт на двох сусідніх галсах при лавіруванні називається лавіровочним. Вочевидь, що з гостроти руху до вітру 50-55° лавірувальний кут становитиме 100-110°.

Величина куту лавіровки показує нам, наскільки ефективно ми можемо просуватися до мети, якщо вона знаходиться суворо проти вітру. Для кута 110°, наприклад, шлях до мети порівняно з рухом прямий збільшується в 1.75 рази.

Робота вітрила на інших курсах щодо вітру

Очевидно, що вже на курсі галфвінд сила тяги Т суттєво перевищує силу дрейфу D, тому дрейф і крен будуть невеликі.

При бакштагу як бачимо, порівняно з курсом галфвінд змінилося не так вже й багато. Грот поставлений у положення, майже перпендикулярне ДП, і це становище для більшості яхт є граничним, розгорнути його ще далі технічно неможливо.

Положення грота на курсі фордевінд нічим не відрізняється від положення на курсі бакштаг.
Тут для простоти при розгляді фізики процесу в яхтингу ми беремо до уваги лише одне вітрило — грот. Зазвичай на яхті поставлено два вітрила - грот і стаксель (переднє вітрило). Так ось, на курсі фордевінд стаксель (якщо він розташований з того ж боку, що й грот) знаходиться у вітровій тіні від грота і практично не працює. Це одна з кількох причин, з яких курс фордевінд нелюбимий яхтсменами.

Як вступ. Ця стаття з'явилася на світ з подачі та за моральної підтримки моїх давніх колег зі спілкування на форумі сайту «Верф на столі». Метою її було висвітлення в обмежених рамках сайту великого розділу морехідної практики пов'язаної зі зміною вітрильного судна пропорційно силі та напрямку вітру. Саме тому описується лише процес взяття на рифи та прибирання вітрил. Публікація розрахована на людей, знайомих із основними поняттями та термінами з практики озброєння вітрильних суден. Щоб не повторюватися, навмисно упускаю і скорочую все, що вже було опубліковано на цьому сайті і пов'язано з цією темою, а спробую узагальнити те, що на мій погляд може здатися цікавим допитливому читачеві в працях, опублікованих здебільшого в Росії в другій половині XIX століття .

Отже, спочатку про вітер. Так, так про нього, бо, не вдаючись у теорію та докладні розрахунки, саме він і є суть рушійної сили парусного судна. В епоху розквіту вітрильного кораблебудування моряки характеризували силу вітру в залежності від вітрил, які можна було нести, йдучи курсом бейдевінд. Це пояснювалося тим, що за курсу бейдевінд суду змушені носити меншу парусність. Основні причини полягають у тому, що, по-перше, бічне, найбільш небезпечне з точки зору втрати рангоуту вплив вітрил через оброщені реї на щогли та стінки, що підтримуються вантами і фордунами ззаду, ніж з боків, виявляється більшим, ніж при інших курсах; по-друге, бічна стійкість корабля істотно менша за поздовжню; і, по-третє, сила вітру, що впливає на корабель так само як і інший об'єкт, що рухається, залежить від напрямку його руху, тобто в бейдевінд вона збільшується, а при попутному вітрі зменшується. Тому при тому самому вітрі лежачи бейдевінд необхідно було брати у марселів рифи, тоді як на фордевінд можна було нести і брамселі. Виходячи з вищесказаного, про вітрі говорили бом-брамсельний, брамсельний, марсельний, риф-марсельний і ундер-зейль, коли лежачи бейдевінд можна підняти бом-брамселі, або йти під брамселями, або тільки під марселями або під зарифленими марселями, або нести тільки вітрила. Для більш точної характеристики вітру говорили, наприклад, вітер брамсельний тихий, міцний марсельний, риф-марсельний з поривами і т.д. Під штилем малося на увазі повне безвітря, а під штормом - вітер, при якому трималися під глухо зарифленим грот-марселем або тільки під одними триселями. Пізніше перейшли до точнішого визначення сили вітру в балах за системою Бофорта (табл. 1).

Обчислена швидкість за секунду часу	Тиск у російських фунтах на фут	Бали, що означають ступінь сили вітру	Назва вітрів за Бофортом	Назва вітрів за системою Чапмана
10,4	0,28	1	Light air Дуже слабкий
20,8	1,11	2	Light wind Слабкий
31,2	2,49	3	Light breeze
41,6	4,43	4	Moderate breeze Помірний	Бом-брамсельний
51,9	6,92	5	Fresch breeze свіжий	Брамсельний
62,3	9,97	6	Strong breeze Дуже свіжий	Марсельний
72,7	13,57	7	Moderate gale Сильний	Риф-марсельний
83,1	17,72	8	Fresch gale Дуже сильний	Ундер-Зейль
93,5	22,43	9	Strong gale Міцний	Напівшторм
103,9	27,69	10	Heavy gale Дуже міцний	Повний шторм
-	-	11	Storm Буря
124,7	39,88	12	Hurricane Ураган

Відповідно поступово збільшується силі вітру поступово зменшували парусність судна, зазвичай, у такому порядку:

Прибирали брам-стакселі та бом-брамселі з бом-клівером;

Кріпили брамселі або залишаючи останні, брали у марселів один риф;

Брали у марселів другий риф, причому зазвичай кріпили брамселі;

Брали у марселів третій риф і замінювали клівер фор-стеньги стакселем, при цьому клівер намагалися утримувати якнайдовше;

Кріпили крюйсель, брали останній риф у фор-і грот-марселів, брали один риф у бізані;

Кріпили фор-марсель і брали останній риф у бізані (або ставили штормову бізань), фор-стеньги стаксель замінювали фока-стакселем.

Нижні вітрила рифилися зазвичай в наступній послідовності: разом з четвертим рифом у марселів брали перший риф у грота, потім другий риф у грота і перший у фока, потім другий у фока і кріпили грот або заміняли його грот-триселем, і, у крайньому випадку, коли сила вітру та хвилювання позбавляли можливості мати хід і змушували триматися під грот-марселем, кріпили фок.

При попутних вітрах порядок поступового прибирання вітрил передбачався аналогічним вищевикладеним з тією лише різницею, що для зменшення ризику бакштаг прибирали бізань і кріпили крюйсель під час взяття третього рифу в інших марселів.

Таким чином, штормову парусність в бейдевінд на суднах з прямим вітрильним озброєнням становили зазвичай глухо зарифлений грот-марсель (про вітрило говорили, що він глухо зарифлений, якщо у нього було взято всі чотири рифи), фоку стаксель і зарифлену бизань. При фордевінді це були фор-стеньги стаксель, зарифлені грот-марсель і фок. Грот-марсель необхідний як вітрило, у якого хвилі, що піднімаються ззаду, не віднімають багато вітру, фок переносить вперед загальний центр парусності, а фор-стеньги стаксель для компенсації випадкового сильного нишпорення.
Як наочний приклад наводжу літографію Т. Г. Даттона (T G Dutton). На ній (Рис.1) зображено барк Constance, що йде бакштаг при риф-марсельному вітрі під трьома вітрилами: фор-стеньги стакселем, фоком і грот-марселем, взятим на два рифи; команда в цей час прибирає фор-марсель та грот. При цьому відповідні лисель-спирти підняті над реями, щоб звільнити місце для укладання вітрил.

Мал. 1. Барк Constance, що йде бакштаг.

Не можна не згадати, що кількість вітрил, що встановлюються, залежить не тільки від сили вітру та його напряму щодо курсу судна, а й від величини хвилювання, особистого досвіду капітана, характеристик і властивостей конкретного корабля та деяких інших факторів. Чималу роль грає своєчасність ухвалення рішення про зміну парусності при зміні сили вітру: передчасне зменшення парусності веде до втрати ходу, а перетримка може зробити прибирання вітрил і взяття рифів справою важким і небезпечним для марсових.

Для того, щоб мати можливість брати вітрила на рифи, в процесі отакелажування в вітрила простягають риф-леєра, риф-сізні та риф-штерти; вв'язують кренгельси та шпрюйти, пришивають лапки та обносні сізді, простягають нок-бензеля та штик-болти. Більш докладний розгляд цього питання, безсумнівно, може зацікавити з погляду виготовлення моделей кораблів.

Риф-сізні зазвичай плелися з п'яти шкімушок. Їх вішали через жердину і з довгих кінців сплітали плетінку довжиною, достатньою для утворення подвійного окуляра, яке було необхідне для того, щоб одягнені риф-сезня не могли проскочити крізь люверс вітрила (Мал. 2). Потім сплетену частину вішали серединою через жердину, робили одним кінцем оберт навколо жердини для утворення подвійного очка, з'єднували обидва кінці і продовжували плести сізон з шкімушок обох половин. (Мал. 3). Кінці сізнів обвивали вітрильною ниткою і кріжували, прошиваючи наскрізь. Довжина риф-сізней повинна відповідати товщині рею, а так як риф в'язали на реї якомога вище, задні половини сізен зазвичай робилися довшими передніх, виключаючи сізд четвертого рифу, у яких навпаки передні кінці робилися довше задніх, тому що штик-болт четвертого рифа брався, зазвичай, позаду рею і сам риф обтягувався під низ рею. У процесі отакелаживания риф-сезни простягали, сидячи на підлозі, дві людини – по одному з кожного боку розтягнутого вітрила. Кожен, узявши одну половину риф-сезня, пропускав її кінець у люверс, у той самий час приймав від свого колеги інший кінець зима і пропускав їх у очко своєї половини. Далі на кінець зимового одягався звичайний шків, люди бралися кожен за свій кінець руками, ногами впиралися в шківи і таким чином щільно обтягували сісень, надійно закріплюючи його в люверсі. При взятті рифів парусину між реєм і відповідним риф-бантом закочували і рулон, що вийшов, обв'язували риф-сіснями прямим (Мал. 4) або рифовим вузлом (Мал. 5).

Мал. 2 - 5. Риф-сізні.

У другій половині XIX століття через люверси в риф-банті стали проводити один або два риф-леєри одним із наведених нижче способів (Рис. 6). Щоб півштики риф-леєрів не могли слабшати, на них клали бензелі зі шкімушгару.

Мал. 6 та 7. Проведення риф-леєра.

Риф-сізни з клевантами зміцнювалися на прутковому леєрі, що служить для прив'язки вітрила, або на спеціальному леєрі, укріпленому за вітрильним леєром, або обносилися навколо рею (на рисах 8) (на марса-реях їх кріпили парами - один для 1-го і 3 -го рифу, другий для 2-го та 4-го). При взятті такого рифу парусин підбирали до відповідного риф-банта, кінець риф-сезеня пропускали в петлю риф-леєра і закривали на клевант (Рис. 9).

Мал. 8 і 9. Риф-сізні.

При взятті такого рифу м'якуш не чіпали, а залишали висіти між вітрилом і реєм.

Риф-сізні триселів і бізані вирубувалися з білого троса і вшивалися в вітрило трохи інакше. Ось один із способів: робили в вітрилі дірку в місці протягування риф-сезеня, протягували його і дорівнювали кінці по обидва боки вітрила. Потім розкручували сісень впритул у вітрила, щоб пасма розвернулися і утворили калочки петлями. Пришивали ці петлі до вітрила, а трохи нижче простібали обидві частини насіння і вітрила наскрізь. Кінці сізенів обвивали вітрильною ниткою і теж простібали наскрізь для міцності.

Риф-штерти, які так само називали змійками, служили для зручності притягування вітрила до рею при взятті рифів. Вони являли собою тонку мотузку, один кінець якої прихлюпувався до люверсу верхньої шкаторини; інший кінець спускався по передній стороні вітрила і прихоплювався до шийок відповідних риф-сізней аж до четвертого рифу (рис. 7). У нижніх вітрил робили від 6 до 8 змійок, у марселів по 6 (на малих судах по 4), у крюйселів по 4.

4.4. Дія вітру на вітрило

На шлюпку під вітрилом впливають два середовища: повітряний потік, що діє на вітрило і надводну частину шлюпки, і вода, що діє на підводну частину шлюпки.

Завдяки формі вітрила навіть при несприятливому вітрі (бейдевінд) шлюпка може рухатися вперед. Вітрило нагадує крило, найбільший прогин якого віддалений від передньої шкаторини на 1/3-1/4 ширини вітрила і має величину 8-10% ширини вітрила (рис. 44).

Якщо вітер, що має напрямок В (рис. 45 а), зустрічає на шляху вітрило, він огинає його з двох сторін. З вітряної сторони вітрила створюється тиск вище (+), ніж з вітряною (-). Рівнодія сил тиску утворює силу Р, спрямовану перпендикулярно площині вітрила або хорді, що проходить через передню і задню шкаторини і прикладену до центру парусності ЦП (рис. 45, б).

Мал. 44. Профіль вітрила:
В - ширина вітрила по хорді

Мал. 45. Сили, що діють на вітрило та корпус шлюпки:
а - дія вітру на вітрило; б - дія вітру на вітрило і води на корпус шлюпки

Мал. 46. ​​Правильне положення вітрила за різних напрямків вітру: а - бейдевінд; б - галфвінд; в - фордевінд

Сила Р розкладається на силу тяги Т, спрямовану паралельно діаметральної площини (ДП) шлюпки, що змушує шлюпку рухатися вперед, і силу дрейфу Д, спрямовану перпендикулярно ДП, що викликає дрейф і крен шлюпки.

Сила Р залежить від швидкості та напрямку вітру щодо вітрила. Чим більше
Якщо
Дія води на шлюпку багато в чому залежить від обводів її підводної частини.

Незважаючи на те, що при вітрі бейдевінд сила дрейфу Д перевищує силу тяги Т, шлюпка має хід вперед. Тут дається взнаки бічний опір R 1 підводної частини корпусу, яке в багато разів більше лобового опору R.

Мал. 47. Вимпильний вітер:
В І – справжній вітер; У Ш – вітер від руху шлюпки; В - вимпельний вітер

Сила Д, незважаючи на протидію корпусу, все ж таки зносить шлюпку з лінії курсу. Складений ДП та напрямком істинного руху шлюпки ІП
Таким чином, найбільша тяга та найменший дрейф шлюпки можуть бути отримані шляхом вибору найбільш вигідного положення діаметральної площини шлюпки та площини вітрила щодо вітру. Встановлено, що кут між ДП шлюпки та площиною вітрила повинен дорівнювати половині
При виборі положення вітрила щодо ДП і вітру старшина шлюпки керується не істинним, а вимпелевим вітром, напрямок якого визначається рівнодіючої від швидкості шлюпки і швидкості істинного вітру (рис. 47).

Клівер, розташований перед фоком, виконує роль передкрилка. Потік повітря, що проходить між клівером і фоком, зменшує тиск на підвітряному боці фока і, отже, збільшує його тягову силу. Це відбувається лише за умови, що кут між клівером та ДП шлюпки дещо більший за кут між фоком і ДП (рис. 48, а).