3.1.3.5. Выбор профиля паруса (пуза)

Выше были рассмотрены факторы, отрицательно влияющие на аэродинамическое качество паруса. Теперь обсудим способы, которыми можно повысить аэродинамическое качество. Важнейшим из этих способов является выбор правильного профиля паруса.

По полярам, изображенным на рис. 3.6, мы на примерах различных профилей видели, что они существенно различаются по подъемной силе и аэродинамическому качеству, особенно при малых углах атаки, необходимых для лавировки.

Прогиб паруса - пузо -  характеризуют отношением стрелки прогиба h к длине хорды паруса l, соединяющей самую наветренную и самую подветренную точки паруса. Величину пуза часто измеряют в процентах.

Чем больше пузо, тем больше величина подъемной силы и аэродинамическое качество практически на всех углах атаки, особенно на малых. Однако фактически удается добиться работы мягкого паруса без заполаскивания только на достаточно большом угле атаки, когда его качество ниже максимального. Поэтому паруса с пузом более 10% применяют только на слабых ветрах и то в тех случаях, когда не требуется длительная лавировка. Применение сквозных лат позволяет добиться хорошей работы парусов даже с пузом 15%, но от такого паруса мы можем получит эффект только на достаточно полном курсе и угле атаки около 20°. Практика показывает, что для средних ветров оптимальна величина пуза для лавировки около 8%

3.1.3.6. Форма паруса в плане

Абсолютный максимум подъемной силы имеют паруса, приближающиеся к квадратной форме (удлинение = 1). Это вызвано тем, что у вытянутых парусов происходит более интенсивное перетекание воздуха из области повышенного давления на наветренной стороне в область пониженного давления на подветренной стороне паруса, что приводит к выравниванию давлений, появлению завихрений и как следствие – к снижению подъемной силы и росту сопротивления. К сожалению, максимальная тяга квадратных парусов (при угле атаки 45°) сочетается с максимальным лобовым сопротивлением. Аэродинамическое качество такого паруса близко к 1, т.е. в 10 раз меньше, чем у вытянутых бермудских парусов. Это делает невозможным использование максимальной тяги квадратного паруса на лавировке, когда желание уменьшить силу лобового сопротивления заставляет снижать угол атаки да 20°-30°, где аэродинамическое качество становится приемлемым (более 2), но тяга становится на 30-40% меньше чем у бермудского. Математическая теория показывает, что наилучшей формой паруса при заданном удлинении является эллиптическая, с плавно скругленными углами.

Из анализа влияния формы паруса в плане видно в частности, что для тех туристских судов, которые не предназначены для плавания под парусом против ветра, оптимальным является низкий четырехугольный парус, например, рейковой конструкции. Такой парус обеспечивает наивысшую тягу на полных курсах.

Зато с высоким парусом судно лучше пойдет в лавировку против ветра, чем с низким равной площади.

3.1.3.7. Влияние скручивания паруса

Из предыдущего рассуждения следует, что для лавирующих судов следует конструировать паруса с большим удлинением – чем выше, тем лучше. Это было бы так, если бы не было связано с рядом затруднений. Во-первых, все-таки и с попутным ветром приходится ходить. Во-вторых, высокий парус требует прочного высокого, а следовательно тяжелого и развитого такелажа, что нежелательно для транспортабельных судов. И в третьих, у высоких парусов ухудшается аэродинамическое качество за счет скручивания. Дело в том, что в большинстве конструкций парусов управление углом атаки осуществляется путем установки направления гика, на котором крепится нижняя шкаторина паруса. Остальная поверхность его устанавливается более или менее в соответствии с направлением гика, благодаря жесткости конструкции паруса. Однако, парус не может быть абсолютно жестким, и верхняя часть паруса под действием силы ветра в той или иной мере отклоняется под ветер, стремясь уменьшить угол атаки и стать во флюгерное положение. Если не принимать мер борьбы с этим скручиванием, оно может оказаться очень значительным и определить общий характер внешнего вида паруса, который иногда наблюдается на художественных картинах и рисунках, где паруса часто бывают изображены в форме характерных восьмерок. При наличии скручивания приходится нижнюю часть паруса ставить под углом атаки, гораздо большим оптимального, чтобы верхняя часть начала работать без заполаскивания.

Трудность обеспечить нескручиваемость высоких парусов ограничивает стремление к удлинению паруса, выгодному с точки зрения аэродинамики.