Крутка (твист) грота
Рассмотрим вопрос оптимального скручивания грота в связи с различной силой ветра по высоте.
Для начала, будем считать, что профиля грота всюду одинаковы по высоте. Тогда и оптимальные углы атаки, соответствующие максимальной тяги (Суmax) и наивысшего качества – по всей высоте грота также будут одинаковы. То есть и для острого бейдевинда, и для галфинда скрученность грота должна быть равна «скрученности» вымпельного ветра вдоль мачты.
Подставив параметры 13-ти метровика в программу «Яхта» получаем, что при галфинде 5 м/с катамаран пойдет со скоростью 11,5 км/ч. (Программа итерактивно вычисляет скорость лодки, беря вымпельный ветер из предыдущего цикла, т.е. фактически моделирует разгон лодки с места до равновесной скорости. Коэффициент для водного сопротивления берем из того, что под 3,5 сильным мотором (КПД винта принимается 0.6) – катамаран идет 12 км/ч).
Зная скорость хода и градиент ветра легко вычислить «скрученность» вымпельного ветра. Градиент ветра над водой, погуглив, мы взяли из ..., рис.1 (по вертикали экстраполяция ветра на высоте 10 м на высоты от 2 до 20 м., по горизонтали скорость ветра, уз.)
Экстраполируем рис.1 квадратичной зависимостью, и находим высотный градиент при ветре, скоростью 5м/сек, на высоте палубы 1м, и по рис.2, получаем «скрученность» вымпельного ветра для нашего случая
А для другого ветра, для другого курса?
Используя программа «Яхта» мы составили таблицу оптимальных круток грота с высотой мачты 8м. В ячейках таблицы приведены: в левом верхнем углу скорость хода (км/ч), в правом верхнем – острота вымпельного ветра в градусах на высоте 5 м, и – крупным шрифтом – оптимальная крутка грота высотой 8 м (в градусах).
Для наглядности приводим в виде графиков зависимость оптимальной крутки от курса (для ветра 6 м/с, и – зависимость угла оптимальной крутки от скорости ветра при истинном курсе 75о.
Как видим, оптимальная крутка «гуляет» в заметных пределах, и становится понятным преимущество классического бермудского грота с регулируемой круткой натяжением шкотов по сравнению со «Стрижами», у которого натяжение задней шкаторины фиксировано.
Теперь, попробуем оценить насколько значима оптимальная крутка. Сравним хода лодки при оптимальной крутке и при ее отклонениях в ту и другую сторону.
Для этого парус разбиваем по высоте на 5 элементов, зависимость Су и Сх от угла атаки берем стандартную (рис. 3). Для каждого элемента вычисляем его Су и Сх, умножаем на его площадь, и получаем составляющие тяги и сопротивления. Суммируя, вычисляем скорость хода.
Для примера возьмем ситуацию галфинда 90о со скоростью ветра 6 м/с. При оптимальной крутке в 4,9о (см. таблицу), все сечения грота стоят под 18о к своему «местному» ветру. При изменении крутки гик остается на месте, а верхние сечения паруса, соответственно меняют углы атаки. На графике показана скорость лодки (км/ч) и отставание от «лидера» (в метрах) на дистанции 1 км.
Видно, что «перебирать шкоты», т.е иметь крутку меньше оптимальной хуже, чем «недобирать». Это, очевидно, связано с характером зависимости Сх и Су от угла атаки: в случае «перебора» парус работает в закритической области.
Для бейдевинда 45о , как и следовало ожидать, перебирание шкотов сказывается еще хуже.
Возвращаясь к таблице оптимальных круток,
мы видим, что они (с «точки зрения» мягких парусов, а не жестких крыльев) малы, и это значит, что от грота, а, вернее, от каркаса катамарана требуется жесткость и жесткость.
Ситуацию выручает стаксель, который, работая как предкрылок, затягивает срыв у нижней части грота, позволяя ставить его под большие углы атаки. Это увеличивает оптимальную крутку грота на 6 – 8 градусов, что уже вполне «по силе» мягким парусам.
Июнь, 2013.
