Форма и профиль паруса. Выше уже говорилось о физических основах работы косого паруса и его подобии самолетному крылу, о том, что сила тяги паруса является одной из составляющих аэродинамической подъемной силы.

Следовательно, эффективность паруса как движителя судна зависит от тех же параметров, что и эффективность аэродинамического крыла в создании подъемной силы:
— площади поверхности;
— аэродинамического удлинения (к) и формы контура;
— профиля поперечного сечения;
— угла установки паруса по отношению к набегающему на него потоку воздуха (вымпельному ветру) и его скорости.

Аэродинамическое удлинение крыла и парусов, имеющих очертания, близкие к прямоугольным или эллиптическим, выражается отношением высоты паруса (размаха крыла) Н к средней его ширине (хорде) b: X = Hlb. Для парусов треугольной формы, у которых ширина изменяется с высотой, b — величина условная, принимаемая как частное от деления площади паруса S на его высоту Н, поэтому X = = H2IS.

Влияние удлинения паруса на его работу обусловлено прежде всего индуктивным сопротивлением, вызванным перетеканием воздуха с наветренной стороны паруса — из зоны повышенного давления — на его-подветренную сторону — в зону разрежения. Как и на крыле, такое перетекание воздуха в виде интенсивных завихрений происходит в основном по верхней и нижней кромкам. Чем больше длина этих кромок по отношению к высоте паруса (следовательно, меньше удлинение X), тем больше потери энергии ветра на завихрения и меньше тяга паруса. Поэтому, для того чтобы развить достаточную тягу на острых курсах яхты по отношению к ветру, парус должен иметь аэродинамическое удлинение в пределах А, = 4—5. Кроме того, индуктивное сопротивление меньше у паруса, контур которого в верхней части близок к очертанию полуэллипса. Однако на слишком высоком парусе точка приложения подъемной силы располагается высоко, и парус дает больший кренящий момент на единицу своей площади, чем низкий и широкий. Поэтому удлинение паруса обычно выбирается в соответствии с остойчивостью судна.

Если же парус используется в основном при попутных ветрах, то его тяга во многом определяется тем сопротивлением, которое парус оказывает набегающему потоку воздуха. Иными словами, форма его должна быть плохо обтекаемой. Низкий широкий парус в этом случае дает наибольшую тягу при умеренном кренящем моменте. Такой парус может иметь четырехугольную трапециевидную форму или форму спинакера со сферической верхней частью.

Для эффективной работы на острых курсах по отношению к ветру парус должен иметь правильный выпукло-вогнутый профиль поперечного сечения по всей высоте, называемый яхтсменами «пузом». При малых углах установки «пузатого» паруса к ветру обтекание его происходит плавно, без срыва вихрей на подветренной стороне. Благодаря выпуклости поток воздуха здесь получает дополнительное ускорение, что сопровождается понижением давления и ростом подъемной силы.

При обтекании плоского паруса на его подветренной стороне образуются вихри и срывы струй, на что затрачивается энергия ветра, а условия для ^создания пониженного давления здесь ухудшаются. Поэтому плоский парус имеет гораздо более низкие тяговые характеристики, чем «пузатый». Относительная величина «пуза» fib обычно принимается в пределах 1/8—1/10 у парусов для слабого ветра и 1/25^— 1/30 для сильного. В сильный ветер судно с более плоским парусом идет круче к ветру и с меньшим креном. Целесообразное расположение максимума «пуза» — на расстоянии 33—45% ширины паруса от мачты.

Существует несколько способов, с помощью которых при раскрое паруса обеспечивают нужный профиль поперечного сечения. Простейшим из них является раскрой паруса с выпуклыми передней и нижней кромками. Когда парус растягивается по прямым мачте и гику (или рейку и гафелю), то образующиеся около рангоута излишки материала под действием ветра расправляются и благодаря этому получается «пузо». Форма профиля паруса, положение «пуза» по его ширине и высоте зависят от очертаний шкаторин, стрелки «серпа» и формы изгиба рангоута. Чем меньше серп, тем более плоским получается парус. При сильном изгибе мачты «пузо» паруса становится меньше и для того, чтобы оно имело достаточную величину, необходимо заранее выкраивать грот с большим серпом.

Передние паруса-стаксели не крепятся к рангоуту, а растягиваются между тремя точками — фаловым, шкотовым и галсовым углами. Штаг не является жестким, как мачта, а растягивается и провисает под нагрузкой. При провисании штага и натянутой задней шка-торине «пузо» стакселя увеличивается неравномерно: в верхней части паруса оно становится непропорционально большим и поток воздуха, стекающий со стакселя, «отдувает» ткань грота, нарушая его эффективную работу. Поэтому при раскрое стакселя его передней шкаторине придают S-образность, делая в верхней части вогнутость — отрицательный серп, а в нижней — положительный. По нижней шкаторине делается небольшой серп (иногда в сочетании с закладками по полотнищам), задняя шкаторина обычно прямая или слегка вогнутая, особенно на стакселях для сильного ветра. Вогнутость препятствует чрезмерной «пузатости» паруса в верхней части и предотвращает загибание задней шкаторины в наветренную сторону и задувание грота.

С помощью серпов можно получить «пузо», расположенное вблизи передней или нижней шкаторин. Для того чтобы сместить его дальше в корму, применяют метод закладок, выполняя ряд полотнищ паруса не с прямыми кромками, а с лекальными, суживающимися по направлению к шкаторинам. Длина и максимальная ширина закладок определяется опытным путем на готовых парусах. Наибольшую величину закладки имеют в нижней, самой широкой части паруса, где требуется обеспечить соответственно «пузо» с максимальной стрелкой.

Шитье хорошего паруса, так же как и костюма, является искусством, требующим чуткого использования свойств ткани и прежде всего ее способности растягиваться под давлением ветра. Располагая полотнища в парусе под тем или иным углом к действию наибольших нагрузок, предварительно растягивая ткань по ликтросам шкаторин, мастер имеет возможность регулировать форму и расположение «пуза».

Рис. 1. Профиль бермудского паруса-грота.

Рис. 2. Раскрой паруса, обеспечивающий правильную форму «пуза».
д — бермудский грот; б — стаксель; в — гротгуари и гафельный; г — рейковый парус для малых лодок. Штриховой линией на рейковом парусе показан серп по нижней шкаторине при отсутствии гика.

Парусные ткани. В последние 30 лет паруса на яхтах шьются (за редким исключением) из синтетических тканей — терилена, дакрона, лавсана и нейлона. Это прочные и легкие ткани, обладающие необходимой плотностью и гладкостью поверхности; последние два свойства в ряде случаев достигаются пропиткой в небольших количествах синтетическими смолами. Одновременно благодаря заполнению смолой микропор между, нитями ткани уменьшается ее склонность к повышенной деформации при действии растягивающей нагрузки под углом к нитям основы и утка, что обычно приводит к большим искажениям формы паруса. Синтетика не гниет, устойчива к воздействию масел и многих кимических веществ.

В ряде случаев, особенно при самостоятельной постройке яхт, приходится применять традиционные материалы -для парусов — льняную парусину или хлопчатобумажные ткани (фильтромиткаль, ави-зент, плащ-палатку и т. п.).

Льняная парусина прочнее хлопчатобумажной ткани. В мокром состоянии льняная нить оказывается на 20% прочнее, чем в сухом; поэтому, несмотря на то, что под нагрузкой льняная ткань сильно деформируется, искажая форму паруса, она особенно подходит для шитья штормовых парусов. Это удобно еще и потому, что в сыром состоянии ткань сохраняет мягкость и с ней легко работать руками. От штормовых парусов не требуется, чтобы они были Особенно плоскими, так что можно примириться с небольшим дополнительным увеличением «пуза» вследствие вытяжки ткани.

Благодаря меньшей толщине нитей хлопчатобумажная ткань может оыть сделана более плотной при одинаковом весе, по сравнению с льняной парусиной. Хлопчатобумажные паруса меньше вытягиваются под нагрузкой, но обладают всеми недостатками, присущими тканям растительного происхождения: сильно впитывают влагу, при небрежном хранении могут быть поражены гнилью.

Важным вопросом при изготовлении парусов является выбор ткани соответствующего веса, который обычно указывается в граммах на квадратный метр. Синтетические ткани достаточно прочны, чтобы выдержать усилия, развиваемые давлением ветра в парусах. Однако следует учитывать еще и фактор деформации ткани под действием нагрузки. Легкая ткань, конечно, более удобна для укладки и хранения, но парус из нее вытягивается сильнее и постоянно теряет свою форму при усилении ветра. Это проявляется в том, что «пузо» паруса перемещается назад и парус становится малоэффективным. В еще большей степени это справедливо для парусов из хлопчатобумажной ткани, которая к тому же имеет гораздо меньшую прочность.

Помимо размеров и площади парусов при выборе веса ткани играют роль также размерения яхты, ее водоизмещение и район плавания. Для парусов крейсерских яхт открытого моря применяется более тяжелая ткань, чем для парусов такой же площади для яхт внутреннегр плавания. Если речь идет о хлопчатобумажных парусах, то основные паруса швертботов и небольших яхт могут быть сшиты из ткани весом 220—300 г/м2; яхт класса и более — из ткани 450—520 г/м2. Легкие перкали весом 130—140 г/м2 пригодны для вспомогательных парусов типа спинакера.

Генуэзские стаксели для слабого ветра на больших яхтах шьют из дакрона весом не менее 100—130 г/м2; для спинакеров может использоваться нейлон весом менее 100 г/м2.

При раскрое парусов из хлопчатобумажной ткани учитывается вытяжка ткани в процессе эксплуатации. Грот растягивается по передней шкаторине примерно на 5%, по задней — на 2,5%, а стаксель — на 2,5% и 1% соответственно. Поэтому при вычерчивании паруса длину его шкаторин сокращают в соответствии с указанными цифрами. В поперечном направлении (по основе) ткань садится на 1%, поэтому длину нижней шкаторины необходимо увеличить. Для повышения прочности и жесткости паруса широкие полотнища (ткань выпускается шириной 70—150 см) разбиваются складками ткани — «фальшивыми швами» на полосы шириной 300—450 мм. Ширина фальшивых швов, как и настоящих, принимается равной 1,5 см для небольших швертботов и 2—2,5 см для килевых яхт и компромиссов.

Полотнища на бермудском гроте располагают обычно перпендикулярно прямой, соединяющей фаловый и шкотовый углы паруса. Именно вдоль этой линии действуют наибольшие напряжения и важно, чтобы с их направлением совпали нити основы ткани. В этом случае ткань не будет деформироваться по диагонали и задняя шкаторина имеет устойчивую форму.

При шитье стакселя полотнища чаще всего укладываются перпендикулярно задней и нижней шкаторинами и сшиваются на центральном шве, совпадающем с биссектрисой шкотового угла.