Юный техник, 2002 № 07 - [8]
Полинезийский «парусный крейсер», вмещавший десятки людей с припасами, домашней птицей и земляной печью.
В чем же секреты отличной мореходности и скорости полинезийских судов? Автор многие годы по крупицам собирал сведения о них и четверть века назад послал статью, подобную этой, в журнал «Катера и яхты». Не последовало ни публикации, ни ответа… Но что такое четверть века по сравнению с тысячелетним опытом полинезийцев? Теперь конструкцию судов можно хорошо рассмотреть на репродукциях и снимках, «скачанных» из сети Интернет, и уже есть последователи, использующие полинезийские принципы в конструкциях современных судов. Рекорд скорости под парусами на воде (более 30 узлов, или 55 км/ч) поставлен именно на проа, которые уже сегодня могут двигаться почти вдвое быстрее ветра.
Чтобы яснее понять полинезийские принципы движения под парусами, посмотрим сначала на европейскую яхту с косым «бермудским» парусом на вертикальной мачте, идущую курсом полный бейдевинд (рис. 1).
Здесь показан вид на яхту сзади и сверху. Сила F, которую ветер развивает на парусе, раскладывается на две составляющие: Fx, движущую яхту вперед, и Fy, создающую нежелательные крен и дрейф под ветер. Дрейфу противодействует киль или шверт, на котором создается боковая сила сопротивления воды Fc, в точности равная Fy, но направленная в обратную сторону. Эти две силы создают момент, кренящий яхту, как показано справа.
Собственно говоря, наши яхты без крена ходить вообще не могут (разве что тяжелый матрос на легком швертботе свесится за борт), даже стало считаться красивым, когда яхта в свежий ветер идет с большим креном. Но крен крайне вреден.
Появляется новая составляющая силы Fz, направленная от паруса вниз и еще больше прижимающая его к воде. Сила Fx также смещается от осевой линии яхты влево и «приводит» яхту к ветру. Чтобы противодействовать этому, приходится отклонять руль (говорят, что яхта «лежит на руле»). На руле возникает сила G, которая также раскладывается на две: Gy, которая поворачивает яхту, и Gx, которая тормозит ее.
Крену противодействует лишь большая ширина яхты (тормозящая движение) и тяжелый киль, увеличивающий водоизмещение, что также снижает скорость. Удлинение корпуса, т. е. отношение его длины к ширине, не превосходит обычно 3…6. Таким образом, западные принципы движения под парусами далеки от совершенства.
Рассмотрим полинезийские принципы.
Полинезийцы изобрели лодку с балансиром (проа) и катамаран (двойную лодку). У проа нет носа и кормы (при смене галса, т. е. курса относительно ветра, они просто меняются местами), зато есть наветренный и подветренный борт (рис. 2 и 3).
Очень узкий и высокий основной корпус (удлинение более 10…15) часто даже делают несимметричным — наветренный борт более выпуклым, тогда при движении на корпусе, как на крыле самолета, создается сила Fc, противодействующая дрейфу, хотя и так корпус большого удлинения создает огромную силу бокового сопротивления при ничтожном сопротивлении движению вперед. Корпус почти не создает волн, и сопротивление движению создает лишь трение поверхности днища и бортов о воду. Балансир (аутригер) всегда расположен с наветренной стороны.
Парус проа растянут между двумя длинными реями, верхняя фалом подтягивается к топу мачты, а нижняя отдувается ветром и удерживается шкотом. Передний угол паруса (где сходятся реи) закрепляется на той оконечности лодки, которая на данном галсе служит «носом». Галс меняют, не убирая паруса, просто переносят его передний угол на другую оконечность корпуса.
Парус оказывается наклонным, и сила F, развиваемая на нем ветром и примерно перпендикулярная поверхности паруса, направлена вперед, вбок и вверх. Именно на такие компоненты ее и можно разложить: Fx, Fy и Fz. Первая движет судно вперед, вторая направлена вбок и создавала бы дрейф под ветер, если бы ему эффективно не препятствовал узкий (и глубокий) корпус, а третья… (внимание!) — третья создает подъемную силу! Она направлена вверх и «вытаскивает» корпус лодки из воды, уменьшая его водоизмещение! А как же крен? Давайте разбираться дальше.
На рисунке 2 показан вид проа сзади с рулевым, сидящим на балансире. Центр инерции ЦИ всей системы расположен где-то между корпусом и балансиром, а линия действия силы на парусе (пунктир) проходит рядом с ним. Попробуйте повернуть колесо или штурвал, прикладывая силу, направленную к оси или от оси. Ничего не получится! Так и сила давления ветра на парус проа не создает крена. Если рулевой наклонится в сторону корпуса лодки, ЦИ сместится влево, и балансир выйдет из воды, поднимаясь вверх. Откинется рулевой назад, балансир пойдет вниз, к воде (потому, видимо, он и назван балансиром).
Какие же преимущества это дает? Самое главное — площадь паруса можно теперь увеличивать и увеличивать, практически до тех пор, пока «подъемная сила» Fz не сравняется с весом лодки и проа не взлетит в воздух! Собственно говоря, у рулевого, сидящего на поднятом над водой балансире, учитывая большую скорость, создается полное впечатление полета, откуда и пошло в западной литературе название «Flying ргоа
