18.12.2017

Лодочные крылья

Существует несколько разновидностей типов лодочных парусов в регионе Тихого океана.

Сразу оговорюсь что я не являюсь экспертом по тихоокеанским лодкам и их парусным системам. Всё ниже сказанное – это просто моё скромное ни на что не претендующее мнение. Скорее это взгляд физика-теоретика на это потрясающее явление – крылья для лодки.

 

Содержание


История

IMHO историю плавания по мировому океану надо начинать с воздушных змеев.

(Когда 7 лет назад я собирал материал для этой статьи, Кайт-серфинг не был таким популярным видом. Сегодня я услышал о новом рекорде высоты полета на Кайт-серфе. Он составил 200 метров. Будем счиать что наши современники уже освоили этот вид экстремального спорта – прим. Ignat)

В нашем “цивилизованном” мире не сильно известен один полинезийский “экстремальный вид спорта” – полёт на воздушном змее. Это развлечение для местных полинезийцев. Они не бояться переродиться в другом теле (умереть) и видимо поэтому они могут позволить себе полетать под большим воздушным змеем над поверхностью воды, на большой высоте. Тем более что для их условий (обитания на острове) это практически единственный способ подняться высоко. Я конечно не учитываю современные летающие лодки – они появились позднее. От больших змеев и ведут происхождение парусные системы тихоокеанских лодок.

Полинезийские проа

Парус “Клешня Омара”

Обратите внимание на наклон мачты

На полинезийском проа парус подвешен к мачте-стреле, которая может поворачиваться при смене галса к носу или корме. При этом парус перекидывается с внешней стороны исключительно одного борта, противоположного борту с балансиром. При этом мачта-гик может быть установлена на различном расстоянии от носа или кормы. Так как нос и корма в проа равнозначны и меняются местами при смене курса. При такой конфигурации, чем дальше пятка мачты-гика тем больше наклон паруса к вертикали. И тем больше парус играет роль крыла.

Таким образом сила стремящаяся накренить европейскую лодку “нелинейным чудом (c)” используется для движения а сила которая заставляла дрейфовать европейскую лодку приподнимает полинезийскую лодку. Причём, за счёт солитонов (спаренных вихрей) на подветренной стороне тяга возрастает как минимум в два раза. Вообще-то при учёте нелинейной динамики в случае резонанса (совпадения частот) тяга может возрасти в разы.

Аутригер-каноэ с Фиджи

Аутригер-каноэ с Фиджи

Flying Prow — летучий проа

Вариант парусного вооружения с Индийского океана (с V-образной мачтой-гиком похож на клешню омара)

Вариант парусного вооружения с Индийского океана (с V-образной мачтой-гиком похож на клешню омара).

Среди многих различных катамаранов и каноэ южной части Тихого океана аутригер-каноэ (каноэ с балансиром) меланизийцев с Фиджи и Тонга занимают особое место. Они были различной величины длиной от 20 до 100 футов и шириной лишь несколько футов, но способные предпринимать большие океанские плавания. Наибольшие из этих быстрых парусников брали на борт до 50 человек.

Проа — длинное, узкое, спереди и сзади полностью одинаковое открытое малайское судно, у которого, однако, борта имеют совершенно различные формы. Один из них, который всегда должен быть подветренным -плоский, а другой – наветренный — выпуклый наружу. К наветренному борту судна, посредством шести связанных с ним длинных балок, было подвешено ещё маленькое похожее суденышко, всегда находившееся на наветренной стороне и противодействовавшее переворачиванию. Вплотную к наветренной стороне проа находилась довольно высокая мачта с бермудским парусом, который над бортом был прикреплен к гику. При боковом ветре эти суда шли с невероятной скоростью и лавировали, не пересекая линию ветра носом, так как попеременно шли носом или кормой. Парус, который был выполнен из матов, для этого опускали, а гик, у которого спереди находилось два шкота, поворачивали. После этого задняя шкаторина паруса оказывалась на прежней носовой части судна, а передняя там, где прежде на проа правили. Длина этого судна составляла около 36 футов, ширина на миделе не более 2 футов и осадка почти 4 фута. Если парус хотели зарифить, то это производилось посредством гика, на который парус просто наворачивали.

 

Стоячий такелаж судна состоял из двух штагов, прикрепленных к обоим концам каноэ, и из четырех вант, проведенных к четырем углам мостика. Нижний конец реи устанавливался в башмаке. Правили же рулевым веслом.

 

Блоки отсутствовали. Каноэ было построено без единого гвоздя – всё соединялось лишь тросами из растительных волокон.

Индонезийские прау

Прау с о. Бали

Прау с о. Бали

Перо руля прау

Перо руля прау

Крепление мачты-гика

Крепление мачты-гика

Шкаторина паруса, гик и крепление булинем

Шкаторина паруса, гик и крепление булинем.

Шкипер Ньоман рисует схему возможных направлений хода против ветра

Шкипер Ньоман рисует схему возможных направлений хода против ветра.

Утлюк(fordak.ru) пишет:
Недавно на Бали пару раз порулил под подобным парусом. Из разговоров с аборигенами-шкиперами, а также на практических занятиях в море, удалось выяснить:

1. Парус и лодка позволяют ходить в бейдевинд под углом 30-40 градусов к ветру. (!!!!!) На снимке видно как шкипер Ньоман рисует схему возможных направлений хода против ветра.

2. Вследствие особенностей крепления подъемной мачты (спереди мачты-опоры), изменение галса всегда производится уваливанием под ветер с последующим переносом паруса впереди мачты-опоры на другую сторону. При этом перебрасывается (обводится вокруг паруса) и шкот. Хорошая остойчивость, позволяет спокойно и уверенно работать стоя на планшире возле мачты-опоры.

3. Размерения паруса: равнобедренный треугольник со сторонами 600см и основанием 575 см. Верхняя (задняя) шкаторина (основание треугольника) прямая и натянутая. Пузо кроится на мачте и гике по дуге, с максимальным выпуском над хордой 35-40 см в средине длины гика (мачты). К задней шкаторине парус уплощается.

4. Внутри шкаторин протянуты булини. К ним снаружи пришиты стежками “внешние булини”, работающие в качестве люверсов.

5. Баллер руля (дерево диаметром около 8 см) вставляется в двух местах в вырезы, имеющие форму полукруга, а затем плотненько прижимается путем изгибания натяжной палки. Вращается руль довольно туго и на ходу удерживается в нужном положении за счёт силы трения в узлах крепления.

6. Лодка, имеющая ширину около 60 см и почти вдвое бОльшую высоту, на ходу погружена на 30-45 см. Погруженная часть корпуса работает как шверт и очень хорошо держит лодку на курсе. В то же время перо руля заглублено незначительно (20-30 см) и поворачивается в пределах +/- 30 градусов.

7. На подъемной мачте (в верхней части) крепится снасть, выполняющая роль ванты. Используется только в сильный ветер, по необходимости.

8. При усилении ветра весь парус “прижимается” к лодке за счет отвода к носу лодки ноков мачты-гика, путём потравливания двух снастей, проходящих по всей длине лодке к рулевому. Подъем паруса осуществляется ими же.

9. На лодке нет ни одной металлической детали, но для крепления планширя используется эпоксидка.

10. Сделана лодка из дерева породы БЕЛАЛУ. Длина – около 6 метров, вес – четыре не хилых балийца тащат её кряхтя :), где-то в районе 500 кг. Стоимость лодки около $1500-2000, стоимость паруса из плёнки ~$50. Свободно вмещает 4-5 человек (+мотор с бензобаком).

Филипинские бангки

Маленькая современная бангка на одного человека

Маленькая современная бангка на одного человека

Изготовление паруса на Daovong Danao о.Пангалао что возле о.Бохол мастером Honorato Pamaton

Изготовление паруса на Daovong Danao о.Пангалао что возле о.Бохол мастером Honorato Pamaton

Крепление нижней шкаторины паруса к гику

Крепление нижней шкаторины паруса к гику.

Мачта закреплена жёстко. По шкаторинам паруса пропущена верёвка. Она же служит шкотом. Парус закреплён на мачте и гике с помощью лески. Управление этой лодкой напоминает виндсерфинг, но в сидячем положении. Когда она разгоняется при хорошем ветре и не большой волне это напоминает полёт. На практике удобно держать гика-шкот зажатым коленями и изредка подгребать с подветренной стороны веслом, направляя лодку. На такой маленькой лодке ни каких физических усилий практически не требуется. Энергетические затраты эквивалентны сидению на стуле и размахиванию руками в жестах (при хорошей погоде, конечно).

Катамаран Арта Лейна

Вот такая лодка с парусом дельтопланом и множеством полезных свойств

Вот такая лодка с парусом дельтопланом и множеством полезных свойств.

Термин “вихревая подъемная сила” (“vortex lift”), изобретенный Чеславом Мархаем, наверняка известен очень немногим. Известный гидроаэродинамик впервые привел его в 1890 году в своей публикации, рассматривающей особенности распределения давления на парусах различной конфигурации. Мархай выдвинул теорию, согласно которой на парусе с двумя гиками, расположенными на противоположных шкаторинах, возникают завихрения, которые препятствуют перетеканию воздушного потока за пределы паруса и увеличивают подъемную силу.

Попытки проверить теорию практикой с тех пор предпринимались неоднократно — экспериментаторы стремились заставить этот эффект проявить себя на различных типах парусного вооружения — например, на латинском и “полинезийском”, а также на парусе, напоминающем крыло дельтаплана. Американский яхтсмен и конструктор Арт Лейн, недавно представивший широкой публике свой 20-футовый катамаран с необычным “горизонтальным” вооружением, предложил, как считают специалисты, наиболее новаторское решение. Творчески переработав множество идей — предложенных, в частности, тем же Мархаем, Лейн решил установить парус с двумя “жесткими” шкаторинами на соединяющей их поперечине-“качалке”, которая поворачивается вокруг топа невысокой мачты. В итоге все управление парусом сводится лишь к изменению угла установки упомянутой поперечины. Однако главным предметом гордости Лейна является невиданная тяга, которую развивает его относительно небольшой по площади парус — вихревой эффект, считает он, удалось наконец приручить.

Наш коллега Питер Марш из американского журнала “Multihulls” (“Многокорпусники”) всерьез заинтересовался необычным вооружением и решил сам испробовать его в деле, для чего совершил вместе с Лейном небольшую прогулку вдоль калифорнийского побережья. Приводим вкратце его впечатления от этих испытаний:

“Лейн без труда отошел от причала в бейдевинд, хотя лично я не сразу понял, какие снасти он для этого использовал. Но, по правде говоря, у “горизонтального” вооружения не так много веревок, чтобы в них путаться, и привыкаешь к управлению очень быстро. Мне показалось, что в плане скорости на лавировке парус Лейна несколько проигрывает своим традиционным собратьям, однако на сегодняшний день для движения против ветра лучше бермудского вооружения пока что ничего не придумали.

Но стоило нам потравить шкоты, как наш катамаран рванул вперед, словно пришпоренный. Учитывая небольшое сопротивление двух узких корпусов, это было не особо удивительно, но все равно чувствовалось, что относительно небольшой по площади парус развивает невиданную мощь. Крен практически отсутствовал — Лейн ни разу не озаботился тем, чтобы переместиться на наветренный поплавок.

Усилия на шкотах, закрепленных на концах качающейся на мачте поперечины, совсем невелики, поскольку основные нагрузки приходятся на нос и короткую мачту, и повороты оверштаг и фордевинд крутить одинаково легко. Парус всё время располагается высоко над головой и тащит лодку с невероятной силой — такого я до сих пор не проходил.

Лейн сообщил, что парус можно “зарифить”, сдвинув “гики” ближе друг к другу, отчего за счет увеличения пуза он теряет тягу, но выполнять подобную процедуру мы не пробовали. А в “стояночное” положение мы его перевели, попросту поставив в горизонтальное положение, отчего парус навис у нас над головами метрах в трех над палубой, словно дельтаплан. Катамаран по инерции скользнул к причалу, а Лейн с улыбкой заметил, что в таком положении парус можно заодно использовать в качестве навеса для защиты от дождя или солнца.”

Летающие лодки будущего

Изображение взято с блога Александра Розова автора “Конфедерация Меганезия”

Изображение взято с блога Александра Розова автора “Конфедерация Меганезия”

В 1921, германская фирма Dornier, выпустила гидроплан «Libelle» – 7-метровую лодку-пирогу, со стабилизатором и рулем на корме

В 1921, германская фирма Dornier, выпустила гидроплан «Libelle» – 7-метровую лодку-пирогу, со стабилизатором и рулем на корме.

Ш-2

Советская копия «Libelle» – Ш-2

 

Гидросамолет "ДАР" Бартини

 

Гидросамолет “ДАР” (Дальний арктический разведчик) Бартини. Обратите внимание на Экронопланный корпус лодки и спаренный двигатель.

А это уже дельтоплан с мотором и надувной резиновой баллонной лодкой. IMHO лодку и надувной парусный каркас кайта-паруса можно накачать гелием, но как это скажется на равнодействующей сил? Возможно для данной лодки эффект будет не заметный, но как идею это стоит обдумать IMHO.

Итог

Опыт пилотирования 53 футовой яхты-кеча Морган Оутисланд 53, Латитудес шкипера Кристиана Петерсена мне подсказывает, что во время волнения и сильного ветра большая парусность на этом судне с выдвижным швертом-килем скорее придаёт стабильность ходу судна. Так что даже большие европейские суда склонны держаться за воздух 🙂
Но я бы не сказал, что подобные яхты очень приспособлены для подобных экстремальных ситуаций. Поэтому IMHO интерес к альтернативным типам паруса (не бермудский шлюп) будет только возрастать.

 

Автор статьи: Ignat


Ссылки на другие статьи:

1. Тихоокеанские многокорпусники

2. 20 000 лет навигации

3. Алекс Розов, Притяжение неба Миф об Икаре Политэкономия полета.

Источник — «http://www.wiki.oceanschool.ru/ru/index.php/Лодочные_крылья»

Последнее изменение этой страницы: 18:07, 5 июня 2010.


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *