Законы аэродинамики для мореплавателей

За счет чего парусник может двигаться против ветра? Допустим, прямо против ветра - не может, но может идти вперед под углом 30-40° к ветру. Давайте попробуем разобраться.

Поднесите полоску бумаги к своей нижней губе и подуйте. Разница скоростей воздуха с двух сторон бумаги создаст перепад давления и бумага поднимется вверх (рис. 1).

То же самое происходит, когда поток воздуха обтекает парус (или крыло самолета). Форма паруса вынуждает поток воздуха проходить по подветренной стороне более длинный путь, чем по наветренной (рис. 2). Скорость потока на подветренной стороне паруса увеличивается, из-за чего давление с этой стороны падает (согласно закону Бернулли, увеличение скорости потока жидкости или газа приводит к уменьшению давления в потоке). Фактически, парусная яхта движется за счет «всасывания» парусов в область низкого давления на подветренной стороне.

Результирующая аэродинамическая сила паруса образуется двумя основными составляющими: подъемной силой и силой сопротивления (рис. 3). Подъемная сила действует под прямым углом к ветру, а сила сопротивления - по ветру. С увеличением скорости ветра обе силы увеличиваются, но сила сопротивления растет быстрее. Как следствие, для разных скоростей ветра есть различные формы парусов, имеющие оптимальные отношения подъемной силы к силе сопротивления.

Например, при движении против ветра (бейдевинд) требуется максимальная подъемная сила при минимальном сопротивлении. Однако, при ветре с кормы (бакштаг, фордевинд) сила сопротивления работает в нужном направлении и вносит свой вклад в скорость лодки.

На рис. 4 результирующая аэродинамическая сила паруса разложена на два компонента: силу тяги, действующую по направлению движения, и кренящую силу, направленную поперек курса яхты. Кренящая сила вызывает крен и стремится двигать лодку боком (дрейф).