Энергия и цивилизация

Примечание 4.14. Паруса и хождение под парусом против ветра

Когда ветер давит на парус, разница в давлении генерирует две силы: подъемную, чье направление перпендикулярно парусу, и тяговую, которая действует по ходу паруса. При ветре в корму подъемная сила очевидно будет много больше, чем тяговая, и корабль пойдет хорошо. При ветре с траверза, или слегка ближе к носу, сила, толкающая корабль вбок, будет больше силы, двигающей его вперед. Если корабль попытается повернуть еще ближе к ветру, то тяговая сила превзойдет подъемную и судно будет двигаться назад. Максимальные возможности для хождения под парусом близко к ветру достигли более 100° с начала парусной эпохи. Ранние египетские корабли с прямыми парусами могли выдерживать угол только в 150°, средневековые прямые паруса давали возможность медленно двигаться при ветре с траверза (90°, их потомки послеренессансной эпохи могли двигаться под ветер под углом в 80 градусов). Только использование ассиметричных парусов, размещенных большей частью параллельно длинной оси судна и способных поворачиваться вокруг мачт, сделало возможным хождение круче к ветру.

Корабли, на которых прямые паруса комбинировались с треугольными, могли идти под углом 60°, а косая оснастка (включая треугольные, реечные, шпрюйтовые и гафельные паруса) давала возможность идти под 45°. Современные яхты могут приближаться к 30°, к аэродинамическому максимуму. Единственным способом обойти предел возможностей несовершенных парусов древности было двигаться под лучшим из возможных углов, а затем менять курс. Суда с прямой оснасткой должны были поворачивать через фордевинд или делать полный разворот под ветер. Корабли с косыми парусами использовали поворот оверштаг, поворачивая нос под ветер и ловя ветер противоположной стороной паруса.

Рисунок 4.21.

Первичные типы парусов. Прямые паруса: прямоугольные (а) или с выемкой (b) появились раньше всех. Треугольные паруса: тихоокеанский гик (d), латинские с вынесенным носом или без него (е, f). Шпрюйтовые паруса (h) были распространены в Полинезии, Меланезии (i), Индийском океане (j) и Европе (k, I). Мачты и все поддерживающие структуры (гики, шпрюйты, гафели) нарисованы жирными линиями, паруса изображены не в масштабе. Базируется на следующих работах: Needham and co-workers (1971) и White (1984)