Жесткий парус-крыло. Парус -крыло Что такое парасейлор

Определим, каким образом на парусе возникает тяговое усилие, которое сообщает движение парусному судну.

Все рассуждения являются чисто качественными. При изложении делаются допущения и не рассматриваются детали не принципиальные, с торчки зрения физических основ работы паруса, но упрощающие как изложение вопроса, так и понимание излагаемого материала.

На парус набегает воздушный поток, определяемый скоростью и направлением вымпельного ветра.

При этом определяем, до начала рассмотрения, что парус является вертикальным крылом и разделяет поток набегающего воздуха на две части. Одна часть воздушного потока проходит по подветренной стороне паруса, а вторая часть по его наветренной стороне. Оба потока смыкаются за задней шкаториной паруса. На подветренной стороне паруса (выпуклой) поток проходит большее расстояние, чем вдоль наветренной. Следовательно, скорость потока на подветренной сто рис. 6 роне паруса выше.

По закону Бернулли давление ниже, там, где выше скорость потока. Таким образом, на подветренной стороне паруса возникает разрежение, которое вызывает смещение паруса в сторону более низкого давления (рис. 6). Величина разряжения возникающего на подветренной стороне паруса пропорциональна скорости потока.

Смещение парусного судна происходит под действием аэродинамической силы, которая является результатом действия на парус двух сил – силы сопротивления воздуха движению паруса и подъемной силы (рис. 7), которая сообщает парусу это движение. В свою очередь, результирующая аэродинамическая сила может быть разложена на две составляющие – вектор в направлении движения судна и пер -

рис. 7 пендикулярный ему вектор. Первый вектор, направленный по движению судна это сила тяги, которая и сообщает движение парусу и через него судну, а вторая - это сила дрейфа (кренящая сила), вызывающая дрейф в подветренную сторону (рис. 8). В литературе и на рисунке сила, перпендикулярная силе тяги, очень часто называется кренящей силой. Это утверждение не является правильным и им авторы заменяют кренящий момент, который возникает в результате взаимодействия судна не только с ветром, но и с водой. Этот вопрос будет рассмотрен позднее, при рассмотрении результирующей гидродинамической силы и плеча между силой бокового сопротивления судна и силой дрейфа.

Исходя из того, что величина

рис. 8 подъемной силы пропорциональна скорости набегающего потока, можно сделать вывод о том, что более скоростное судно может двигаться острее к вымпельному ветру. Это объясняется тем, что при меньшем отношении силы тяги к силе дрейфа, значение силы тяги, при высоких скоростях вымпельного ветра, будет достаточным для обеспечения движения судна. Для судов двигающихся в водоизмещающем режиме этот выигрыш будет незначительным так как возрастающая скорость судна будет вызывать увеличение силы лобового сопротивления и наступит баланс сил тяги и лобового сопротивления. Для глиссирующих судов, имеющих низкое лобовое сопротивления возможен режим движения под очень острыми углами к вымпельному ветру.

Для эффективной работы паруса он должен быть поставлен под определенным углом к набегающему воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки паруса и определяется как угол между направлением ветра и хордой паруса.

Угол атаки паруса очень сильно зависит от поперечного профиля паруса. Оптимальным углом атаки для большинства парусов является угол около 15 градусов (рис. 9).

При углах атаки больше 15 градусов, начинается срыв потока и нарушается ламинарность потока на подветренной стороне паруса. При этом нарушается обтекание паруса (поток становится турбулентным), что приводит к уменьшению скорости потока и, соответственно, уменьшению

разряжения на подветренной стороне паруса. Кроме того, турбулентный поток увеличивает трение о парус, и изменяет поперечный профиль паруса в

рис. 9 районе задней шкаторины (рис. 10). Все эти явления, возникающие при увеличении угла атаки паруса, приводят к снижению эффективности работы паруса как крыла и уменьшению тяги паруса.

При углах атаки менее 15 градусов срывается поток на наветренной стороне паруса. Так как парус является мягким крылом и его форма обеспечивается рис. 10 только потоком набегающего воздуха, то в пределе, при очень малых углах атаки парус теряет форму и перестает работать.

И в том и в другом случае ухудшается эффективность работы паруса, что

рис. 11 рис. 12

приводит к снижению силы тяги паруса. Поэтому при каждом изменении курса необходимо производить настройку парусов.

Парусное судно может двигаться под углами к ветру в диапазоне от 30-40 градусов до 180 в сторону каждого борта. При этом паруса расположены под разными углами к ДП судна, но всегда под углом к вымпельному ветру, обеспечивающим эффективную работу паруса.

На рис. 11 показано изменение положения парусов относительно ДП при уваливании яхты по ветру. При этом используется термин идти полнее.

На рис. 12 показано изменение положения парусов относительно ДП при приведении яхты к ветру. При этом используется термин идти круче (или острее) к ветру.

На рис. 13 показаны курсы яхты относительно вымпельного ветра и положение парусов на каждом курсе.

Этот рисунок можно разделить на две половины по диаметру перпендикулярному направлению вымпельного ветра. Это направление движения судна (90 градусов к ветру) называется галфвинд (полветра).

Курсы, расположенные выше этой линии называются острыми, а ниже этой линии - полными.

К острым курсам относятся бейдевинд (от 30-40 до 90 градусов к ветру) и левентик (0 градусов к ветру).

Левентик не является рабочим курсом, так как парусное судно не может двигаться строго против ветра (о чем говорит заполаскивающий парус на рисунке).

Красный сектор в верхней половине курсовых углов является нерабочим, так как движение в этой зоне возможно, но не эффективно.

К полным курсам относятся бакштаг (от 90 до 180 градусов к ветру) и фордевинд (180 градусов к ветру).

Интересно рассмотреть зеленый сектор в районе курса фордевинд. Это тоже нежелательный сектор курсовых углов, так как в этом секторе движение парусного судна с косым вооружением (крыло) не эффективно. Парус работает как парус (за счет площади парусности, а не за счет свойств крыла). Скорость движения судна по ветру ограничена скоростью ветра и управляемость судна на этом курсе, особенно на волнении, не высокая.

рис. 13 Второй интересной линией разделения данного рисунка является вертикальный диаметр, совпадающий с направлением ветра, который делит этот рисунок на две половины. В левой половине рисунка судно идет правыми галсами относительно ветра, а в правой половине – левыми галсами.

1. Галс это курс судна относительно ветра:

Ветер с левого борта – левый галс;

Ветер с правого борта – правый галс.

2. Галс это часть пути судна между поворотами.

На рис. 14 показаны направления вымпельного ветра при тех же курсах относительно истинного ветра и положение парусов на каждом курсе.

Из анализа ри сунка следует, что при равных скорости истинного ветра и скорости движения судна при курсовом угле 45 градусов к истинному ветру парусное судно имеет курсовой угол к вымпельному ветру равный ~ 22 градуса.

А при движении курсом бакштаг относительно истинного ветра судно идет в бейдевинд относительно вымпельного ветра. И только при курсе бакштаг вымпельный ветер отходит до галфвинда

Кроме положения паруса относительно ДП судна интересно рассмотреть форму паруса в зависимости от условий движения судна.

Очень большое значение имеет поперечный профиль паруса – «пузо» паруса, которое измеряется в процентах от длирис. 14 ны паруса по хорде (рис. 15).

Пузатые паруса обеспечивают большую подъемную силу, но имеют большое лобовое сопротивление (рис 15).

Плоские паруса не обеспечивают большой подъемной силы, но, при этом, имеют небольшое лобовое сопротивление (рис. 15).

Из этого следует, что для тяжелых судов, имеющих большое лобовое сопротивление подводной части корпуса целесообразно использование парусов с большой глубиной паруса, обеспечивающие «большую тягу» при небольших скоростях вымпельного ветра. А для спортивных судов, особенно глиссирующих, рассчитанных на высокие скорости движения, целесообразно использование более «плоских» парусов, имеющих небольшое лобовое сопротивление воздушному потоку, но обеспечивающих «хорошую тягу» при высоких скоростях вымпельного ветра.

Большое значение имеет форма паруса в районе передней шкаторины – «лоб паруса». При смещении «пуза» паруса вперед парус становится «лобастым», а при смещении назад получаем парус «с плоским входом».

При «плоском входе» острота курса выше, но парус критичен к изменению угла атаки. Требуется высокая точность в управлении и при любом изменении курса необходимо производить настройку парусов (рис. 12).

рис. 15 рис. 16

При лобастом парусе (пузо смещено вперед) увеличивается сопротивление паруса и уменьшается острота курса относительно ветра, но увеличивается диапазон изменения курса без дополнительной настройки парусов (диапазон подруливания или курсовой сектор) за счет увеличения диапазона углов атаки паруса, при которых он продолжает работать эффективно (рис. 12).

рис. 17

Парус с пузом, смещенным вперед, целесообразно использовать в сложных рис. 18

погодных условиях, при большом волнении, когда требуется обеспечить возможность постоянного, незначительного изменения курса для обеспечения остойчивости и безопасности судна (например, пересечения под прямым углом гребня волны или невозможности точного удержания яхты на курсе при порывистом ветре).

Изменение пуза грота достигается изгибом мачты. При прогибе мачты происходит раздвигание передней и задней шкаторин паруса и парус за счет этого становится более плоским (рис. 17) при этом происходит смещение назад пуза паруса. Пузо грота в его нижней части изменяют набивкой грота-шкота. Для смещения пуза вперед с целью восстановления правильного его положения в районе 40-50 процентов хорды производят набивку грота фала. При дальнейшей набивке грота фала происходит смещение пуза дальше вперед и увеличение лобастости паруса.

Аналогично производится настройка стакселя. Набивка штага изменяет глубину пуза, а набивка стаксель-фала изменяет положение пуза и лобастость паруса.

Кроме поперечного профиля паруса, большой интерес и большое значение имеет его продольный профиль (изменение профиля паруса по высоте). Для обеспечения правильной работы паруса парус должен иметь скручивание по высоте, которое обеспечивает постоянный угол атаки паруса относительно вымпельного ветра.

Так как скорость ветра увеличивается с увеличением расстояния от палубы судна, а скорость перемещения паруса в горизонтальной плоскости не изменяется, происходит изменение направления вымпельного ветра (увеличивается угол между курсом судна и направлением вымпельного ветра – ветер «отходит») и его усиление (рис. 18).

Для компенсации изменения направления вымпельного ветра необходимо изменять положения паруса по высоте – угол атаки паруса. Это достигается откло-

рис. 18 рис. 19

нением к подветренной стороне верхней части паруса больше чем нижней (рис. 20).

Скручивание грота обеспечивается изменением «набивки» оттяжки гика и положением каретки гика-шкота на погоне.

Скручивание стакселя обеспечивается набивкой стаксель шкота и положением каретки стаксель шкота на погоне. При смещении каретки вперед парус становится полнее и уменьшается скручивание паруса по высоте. При смещении каретки назад парус становится более плоским, а скручивание паруса по высоте увеличивается.

Парус-крыло! Тема, конечно, акуенно оригинальная. Но как бы где-то в "бэкграунде" чувствуются некий комплекс неполноценности "рождённого ползать", но страстно желающего летать. Чел с таким комплексом как бы повышает статус паруса, этакого убогого невзрачного и примитивного устройства, до сверкающих небесных высей чуда эволюции - крыла.
Чтобы не было мешанины из мух и котлет, прежде чем начинать подобные темы, хорошо бы определиться, для себя, ап чом реь пойдёт? Чем крыло отличается от паруса? По-моему, тем, что крылья придуманы для свободного полёта в воздухе, а паруса - для движения по границе между воздухом и водой. И тогда совершенно не понятно, нахрена одно называть другим, или смешивать эти два разных термина в одну кучу. Парус, как идея, ничем не хуже и не лучше крыла, как идеи, он просто предназначен для выполнения соверженно иной, чем крыло, функции. То есть, как идея, парус совершенно не нуждается в каких-то "качественных" улучшениях и подтягиваниях до чего-то более совершенного, поскольку ничего более совершенного для выполнения той функции, для которой он предназначен, просто нету. Ну глупо же пытаться двигаться вверх, когда нам нужно двигаться вперёд, это разные направления движения.
Второй побудительной причиной игры в слова, помимо комплекса несостоявшегося пелота, обычно является техническая безграмотность: мол, парус - это такая тряпочка, привязанная к палке верёфками, а крыло - это такое длинное, толстое и гладкое, как... у самолёта с боков, кароче. Если слегка поинтересоваться вопросом, то становится ясно, что причина эта совершенно безосновательна: крылья первых самолётов (да и последних) были не толще "тряпки на палке с верёфками". То есть объёмность "несущей поверхности" (под это определение одинаково хорошо подходят и крыло и парус) не является принципиальной для выполнения несущей поверхностью своей функции: создавать большую поперечную (к направлению скорости обтекающего её потока) силу при малости силы продольной. Объёмные паруса создавались неоднократно, в том числе и для виндсерфинга, но каких-либо убедительных преимуществ именно объёмности так и не показали, а потому быстро забывались. Ну вот, очередное "изобретение велосипеда". Пачед? Уважуха? Да за что? Скорее всего мужик просто верит в один из мифов из "современной теории крыла", и с упорством, достойным лучшего применения тратит своё время и деньги на его доказательство, понятно - безуспешное. Если бы его средства к существованию зависели только от дохода с продажи его "чудо-парусов", то его упорство быстро сошло бы на нет, а так-то, в качестве хобби - почему бы и нет, без чудаков жить было бы скучно.

Паруса — это крылья, только гибкие, использующие ветер для создания силы, двигающей лодку в яхтинге. Понимание того, как это происходит, поможет получать от парусов максимальную производительность.
Полезно разобраться в том, что представляет собой типичный парус. Обычно он изготовлен из гибкого материала, чтобы позволить ему работать под действием ветра поочередно с обеих сторон - это дает возможность при яхтинге лавировать лодку. Гибкость материала типичного паруса является значительным конструктивным ограничением, не позволяющим существовать многим потенциальным формам паруса из-за неспособности под действием ветра поддерживать нужное состояние.

Это привело к традиционной треугольной форме типичного паруса, поскольку материал в нижней части как бы подвешен к верхней части, которая в конечном итоге уменьшается до точки на топе мачты. Таким образом, проблемой становится, как изготовить, а затем управлять в яхтинге гибким парусом под действием ветра таким образом, чтобы порождать устойчивую силу, способную перемещать лодку.

Работа современного паруса как крыла.

Поскольку ограничение, не позволяющее парусам как крыльям самолетов самим себя поддерживать, в значительной степени снято, например, за счет использования полно размерных лат или жестких материалов, то паруса развиваются в сторону достижения все большей эффективности. Это проявляется в том, что все больше паруса становятся похожими на крылья и все меньше — на треугольный парус. Анализ того, как парус работает в качестве крыла, будет полезным не только для современного паруса, похожего на крыло, но и для традиционного паруса, который выглядит, как обычный парус, но работает практически так же, как крыло.

Скорость движения потока на верхней поверхности крыла увеличивается как за счет угла восходящего потока, так и за счет большей кривизны верхней поверхности по сравнению с нижней. Когда движущаяся среда (воздух или вода) ускоряется, ее давление на прилегающую поверхность падает. Образовавшаяся разность давлений на верхней и нижней поверхностях крыла порождает направленную вверх подъемную силу.

Контур типичного паруса.

Если игнорировать толщину крыла, то оно может быть представлено тонкой кривой, представляющей его контур. Форма контура определяется количеством подъемной силы при заданном угле атаки. Поскольку типичный парус по определению не имеет толщины, он существует только как контур. Поток на выпуклой подветренной стороне паруса как и на крыле имеет меньшее давление за счет ускорения потока, в то время как поток на вогнутой наветренной стороне находится в зоне более высокого давления за счет замедления потока. Разница давлений на поверхностях паруса крыла удерживает гибкий парус в форме устойчивого изогнутого контура и порождает силу, движущую лодку.

Восходящий поток обычного паруса.

Обычный парус как крыло, осуществляющее подъем, заставляет набегающий воздушный поток отклоняться верх. Это происходит из-за более низкого давления на подветренной поверхности обычного паруса, затягивающего воздух в зону над крылом. Такой искривившийся воздушный поток носит название “восходящий поток”.

Влияние формы современного паруса как крыла в плане.

Форма современного паруса как крыла в плане определяется конфигурацией ведущего (переднего) и ведомого (заднего) краев. В дополнение к восходящему потоку, вызванному профилем паруса как крыла из-за более низкого давления на подветренной поверхности, также имеет место образование дополнительного восходящего потока, порожденного изменением формы паруса как крыла в плане. Это происходит вследствие более низкого давления в удаленных частях крыла, заставляющего воздух в прилегающих зонах отклоняться в направлении размаха крыла к его краю, вызывая изменение параметров восходящего потока по длине паруса.

Стреловидность современного паруса как крыла.

Стреловидность паруса крыла определяется как угол между перпендикуляром к потоку и линией (называемой четверть хордной — “quarter chorde”), проводимой на расстоянии 25% от ширины хорды (расстояния между передней и задней шкаторинами) в направлении размаха крыла. Положение на расстоянии 25% от ширины хорды выбрано по причине того, что точка приложения ветровой нагрузки в сечении обычно и располагается приблизительно на таком расстоянии. Это вызвано тем, что наибольшее количество подъемной силы паруса крыла порождается в его передней части, поэтому положение четверть хордной линии в достаточно объективной форме характеризует стреловидность крыла.

Стреловидность приводит к эффекту увеличения восходящего потока по мере перемещения от основания к концу паруса крыла. Поскольку крыло наклонено назад, то воздушный поток в удаленных сечениях испытывает дополнительное влияние от зон низкого давления в сечениях, расположенных ближе к основанию и смещенных вперед.

Нарастающее влияние дополнительного низкого давления заставляет набегающий поток все сильнее отклоняться вверх, постоянно усиливая тем самым восходящий поток по мере приближения к концу паруса крыла.

Клиновидность паруса крыла.

Клиновидность определяется как соотношение длин хорд на конце паруса крыла и у его основания. Для парусов, где крайнее сечение сводится к точке, клиновидность имеет предельное значение (ноль), что является следствием их треугольной формы. Поток, набегающий на удаленные части крыла, отклоняется зоной низкого давления над более широкими частями крыла, которые порождают значительную часть подъемной силы. По мере удаления от основания паруса влияние дополнительного низкого давления нарастает и заставляет набегающий поток все более отклоняться вверх. Таким образом, меньшие по размеру крайние сечения подвергаются воздействию более сильного восходящего потока. Это увеличивает количество подъемной силы, которую они производят, хотя не компенсирует уменьшения их площади.
На этом вступление в теорию паруса как крыла закончим. А в рассмотрим поведение воздушных потоков, с которыми взаимодействуют паруса.

П.С. Иванов
Журнал КиЯ №2 1964г

В последние годы заметно увеличился интерес конструкторов и спортсменов, занимающихся буерным спортом, к буерам с жесткими крыльями-парусами. Это объясняется, в первую очередь, тем обстоятельством, что начиная с 1962 г. «Положения о соревнованиях на Первенство Советского Союза по буерному спорту» допускают к участию в гонках буера с любой конструкцией паруса, в том числе и с жестким крылом. Изменение «Положений» и было сделано с целью дать толчок развитию конструкций буеров с жесткими парусами, скоростные возможности которых изучены в настоящее время еще очень плохо.

Уже сейчас существует значительное количество буеров с жесткими крыльями-парусами, но они настолько различны по конструктивному исполнению, что не представляется возможным дать сравнительную оценку эффективности выбранных профилей. Кроме того, в силу целого ряда причин, обусловленных спецификой буерного спорта и хорошо известных спортсменам, невозможна постановка чисто лабораторного наглядного эксперимента по сравнению профилей, позволяющего исключить из рассмотрения огромное количество факторов, в совокупности определяющих скорость буера в гонке. Влияние этих факторов зачастую приводит к совершенно неверной оценке скоростных качеств буера.

Между тем имеется возможность производить вполне объективную оценку тяговых качеств аэро динамических профилей с точки зрения работы их как движителей буера. Предлагаемый метод дает возможность конструктору на первой стадии проектирования буера сделать выбор нужного ему профиля из огромного количества аэродинамических профилей (приведенных в атласах и справочниках), руководствуясь вполне конкретными величинами силы тяги и скорости.

Метод заключается в сравнении тяговых характеристик рассматриваемых профилей, причем эти характеристики построены в координатах: безразмерная скорость - безразмерная сила тяги. В качестве исходной используется зависимость Су = f(Сх) для данного профиля, т. е. его поляра.

Для построения тяговой характеристики крыла-паруса выбранного аэродинамического профиля рассмотрим силы (рис. 1), действующие на парус буера, движущегося со скоростью V (м/сек) в направлении о-t при скорости истинного ветра w(м/сек). При движении буера встречный поток воздуха (вектор скорости буера V, отложенный в обратном направлении) в геометрической сумме с истинным ветром дает так называемый «вымпельный» ветер-суммарный поток с (м/сек), который и обтекает крыло-парус под углом атаки а. Векторы V, w и с образуют скоростной треугольник. Угол y между нулевой линией профиля и направлением движения буера будем называть углом установки п р оф и л я.

Аэродинамическая сила R, создаваемая крылом в потоке с, определяется выражением:

где Cr - безразмерный коэффициент аэродинамической силы; p - массовая плотность воздуха, кг*сек2/м4; c - скорость набегающего потока, м/сек.

Для оценки крыла как движителя буера интерес представляют проекции силы R на направление движения буера - сила тяги, или просто тяга, Т и на направление, к нему перпендикулярное,- сила дрейфа, или просто дрейф, D, Очевидно, что при выборе оптимального профиля, так же как и при управлении парусом буера на гонке, нужно стремиться к тому, чтобы получить возможно большую тягу и возможно меньший дрейф.

Совершенно ясно, что независимо от конструктивного выполнения крыла данного профиля для каждого определенного сочетания величин курса буера относительно ветра q, скорости буера V и скорости ветра w существует такой оптимальный угол установки крыла у, при котором проекция аэродинамической силы R на направление движения буера, т. е. тяга Т, будет максимальной (дрейф временно исключен из рассмотрения). Практически угол у зависит только от искусства рулевого буера. В ходе дальнейших рассуждений угол у предполагается оптимальным.

Силы, действующие на парус движущегося буера

Аналитические выражения тяги и дрейфа можно записать следующим образом:

где У и X - величины, называемые в аэродинамике подъемной силой и сопротивлением крыла.

Введя обозначения:
- коэффициент тяги:

Коэффициент дрейфа:

получим окончательно:

Для того чтобы перейти к более удобным безразмерным величинам, рассмотрим скоростной треугольник. При этом безразмерной или относительной скоростью буера V или вымпельного ветра с будем называть отношение каждой из этих величин к скорости истинного ветра w:

Из скоростного треугольника:

Преобразуем выражение, используя полученные зависимости:

Теперь запишем выражение безразмерной тяги Т. Под безразмерной тягой будем понимать отношение силы тяги Т (кг) к скоростному напору истинного ветра w, умноженному на характерную площадь крыла, т. е. к величине:

Безразмерная тяга профиля есть функция только двух параметров: курса буера q и относительной скорости V на данном курсе. Действительно, из выражения:

Коэффициенты Сх и Су зависят от угла атаки профиля а. Но при данных q и v угол (а + у), являющийся, с физической точки зрения, углом атаки корпуса буера, полностью определен [см. выражение (9)]; угол установки профиля у, предполагающийся оптимальным, также определен. Следовательно, угол а, который представляет собой разность (а + у)-у, является функцией величин q и V. Поэтому и коэффициенты Сх и Су и, в конечном итоге, тяга 7. зависят только от этих двух параметров.

Из всего сказанного следует, что для каждого заданного курса буера q можно построить зависимость безразмерной тяги профиля Т от безразмерной скорости V:

Это и есть безразмерная характеристика профиля.

Построив подобные характеристики для всех исследуемых профилей, можно производить сравнительную оценку их тяговых качеств в рабочем диапазоне относительных скоростей V.

Для выбора рабочего диапазона значений V нужно руководствоваться следующими соображениями. Известно, что буер обычно ходит в 1,5- 3 раза быстрее ветра. Так как точное фиксирование скоростей ветра и буера осуществляется только во время организации гонок на рекорд скорости, то их результаты и представляют практический интерес.

По данным протоколов этих соревнований, буера показывают скорость порядка 100 км/час (28 м/сек) при ветре 8-9 м/сек. Рекорд скорости, установленный (см. второй выпуск сборника) в декабре 1963 г. конструктором мастером спорта С. В. Виттом на буере собственной конструкции, равен 105,3 км/час (29,3 м/сек) при скорости ветра около 7,5 м/сек. Из приведенных результатов видно, что в отдельных случаях величина относительной скорости буера может доходить до 4.

Учитывая дальнейшее совершенствование конструкций и рост скорости проектирующихся и строящихся буеров, можно определить границы рабочего диапазона относительных скоростей для исследования профилей: Vmin=1; Vmах=5.

Величина q - курс буера относительно ветра, как известно из практики, может изменяться в процессе гонки в пределах 40/150°. Максимальную скорость буера показывают на больших курсовых углах (q>90°). Это значит, что если речь идет об исследовании профиля, предназначенного для достижения рекордных скоростей, то диапазон изменения величины q может быть сужен (практически в этом случае можно ограничиться значениями q=100/120).

Построение тяговой характеристики профиля следует производить для определенного курсового угла, выбранного из указанных выше диапазонов. Каждому значению q будет соответствовать своя
зависимость Т=f(V).

Для построения тяговой характеристики по формуле (13) приходится воспользоваться графическим способом определения коэффициента силы тяги, поскольку зависимости, связывающие величины Су, Сх и а, всегда приводятся в табличной или графической форме.

Задаваясь значениями безразмерной скорости V, из выражения (9) находим соответствующие им величины tg(а + у) и значения (a+y). Коэффициент силы тяги Ст находится следующим образом (рис. 2). На графике, изображающем поляру исследуемого профиля в координатах Сх-Су (масштаб по осям Сх и Су должен быть одним и тем же), через начало координат проводим серию прямых под углами (а + у) к оси Сх, каждый из которых соответствует своему значению безразмерной скорости V. Прямые на рисунке обозначены величинами соответствующих им скоростей. Линии, касательные к поляре профиля и перпендикулярные к проведенным

линиям относительных скоростей, отсекают на последних, считая от начала координат, отрезки, численно равные величинам коэффициента силы тяги. Масштаб отрезка Ст такой же, как и масштаб по осям Сх и Су поляры.

Графическое определение коэффициента силы тяги профиля № 18

Следует отметить, что при использовании описанного графического метода определения величины Ст необходима точность построений, которая является критерием достоверности получаемых результатов.

На рисунке представлены тяговые характеристики профилей № 18, № 144 и № 129 по «Атласу авиационных профилей», построенные указанным методом. Как видно из сравнения двух верхних кривых, профиль № 18 дает более высокие значения тяги в области больших относительных скоростей, т. е. этот профиль позволяет достичь большей максимальной скорости. Профиль № 144 имеет некоторое преимущество перед № 18 в области малых V, что соответствует периоду разгона буера. Вообще при анализе тяговых характеристик исследуемых профилей необходимо принимать во внимание следующее. Буер, строящийся для достижения максимальной абсолютной скорости (рекордный буер), должен иметь крыло-парус, дающий наибольшую тягу в области больших V. Для такого буера «разгонная» характеристика (величина тяги в области малых V) не является важным фактором оценки. Напротив, для буера, строящегося для участия в обычных соревнованиях, «разгонная» характеристика имеет первостепенное значение, поскольку скорость и курс буера в гонке постоянно изменяются. Эти соображения необходимо учитывать при выборе профилей по их тяговым характеристикам.

Попутно следует отметить еще одно немаловажное обстоятельство. Применяющиеся на буерах крылья симметричного профиля обладают гораздо худшими тяговыми качествами, чем крылья несимметричного профиля. В большинстве случаев тяга несимметричного крыла на 20-50% выше, чем у симметричного, при одинаковой процентности профилей. Приведенная на рисунке кривая № 129 принадлежит симметричному профилю; кривые № 18 и 144 - несимметричным.

Тяговые характеристики профилей № 18, 129 и 144.

Из сказанного ясно, что несмотря на большие конструктивные трудности, препятствующие применению несимметричных профилей на буерах, решение этой проблемы весьма заманчиво, так как сулит значительное увеличение скорости. Это в первую очередь относится к рекордным буерам, для которых задача применения несимметричного профиля может быть решена наиболее просто.

Приведенные на рис. 3 тяговые характеристики профилей построены для курсового угла q=90° (курс галфвинд). Можно рекомендовать при использовании предлагаемого метода оценки профилей начинать построение тяговых характеристик именно для курса галфвинд. В этом случае формулы (9) и (13) принимают вид:

Значения углов (а + у):

Дальнейшее исследование на курсовых углах, отличных от 90°, следует производить при более скрупулезной оценке профилей, если их тяговые характеристики, построенные для курса галфвинд, имеют весьма близкие значения, а также если желательно иметь полную картину тяговых качеств рассматриваемых профилей на всех возможных курсах буера.

Если тяговые характеристики профилей, построенные для нескольких значений курсовых углов, всюду имеют достаточно близкие значения, можно воспользоваться для оценки кривыми дрейфа этих профилей, которые могут быть получены совершенно аналогично кривым тяги. Выбор лучшего профиля в этом случае следует сделать по наименьшему дрейфу.

Конструктору, начинающему проектирование, приходится остановить свой выбор на нескольких профилях или нескольких десятках профилей из многих сотен, рассматриваемых в литературе. Построение тяговых характеристик для большого количества профилей затруднительно и, безусловно, нецелесообразно. Для того чтобы исключить эту бесполезную и трудоемкую работу, необходимо пользоваться методом предварительной, грубой оценки профилей непосредственно по их справочным характеристикам.

Кроме поляры каждого профиля, в литературе обычно приводятся значения следующих величин:
1) максимальной величины коэффициента подъемной силы Суmах,
2) максимальной величины отношения Су/Сх, называемого качеством профиля и обозначаемого Кmах.

Качество профиля представляет собой тангенс угла наклона касательной к поляре, проведенной из начала координат, и характеризует крутизну поляры.

Пользуясь этими величинами, можно без построения тяговой характеристики сделать заключение о характере протекания ее кривой. Действительно, профили, обладающие высоким значением Суmах, дают высокие значения коэффициента силы тяги Ст в области малых относительных скоростей буера, т. е. обладают хорошей «разгонной» характеристикой. Профили же, обладающие высоким качеством, имеют более крутую поляру и дают лучшие значения коэффициента силы тяги в области больших относительных скоростей.

В общем случае можно сказать, что чем круче и выше поляра, тем больше будет величина тяги, развиваемой крылом-парусом данного профиля. Это значит, что все профили, значения Суmах и Кmах которых ниже, чем у данного профиля, могут быть исключены из рассмотрения; кривые их тяговых характеристик расположатся ниже во всех областях V.

На основании всех приведенных рассуждений можно сделать вывод о том, что выбор оптимального профиля не зависит от величины абсолютных скоростей ветра, для которых проектируется буер. Профиль, дающий высокие значения безразмерной тяги, обеспечит высокие ходовые качества буера при любой силе ветра. Рассуждения о том, что один парус лучше тянет в слабый ветер, а другой - в сильный, не имеют смысла. Нужно только иметь в виду, что парус, дающий большую тягу, дает, как правило, и больший дрейф, стремящийся опрокинуть буер. Для борьбы с этой вредной силой должны быть приняты специальные конструктивные меры.

В заключение несколько слов об управлении парусом во время гонки и о максимальной скорости, которой можно достичь на буере.

Управление парусом буера в гонке сводится к установке его относительно диаметральной плоскости под определенным углом у, обеспечивающим максимальную величину тяги. Теоретически вопрос о выборе оптимального угла у решается весьма просто. Для выбранного профиля может быть построена зависимость:

т. е. угол установки есть функция угла атаки корпуса. Угол атаки корпуса можно считать независимой переменной, так как на движущемся буере он является совершенно конкретной величиной, которая может быть непосредственно измерена в любой момент времени, независимо от курса и скорости. Оптимальный угол установки находится как разность углов атаки корпуса и значений углов атаки паруса а, соответствующих точкам касания поляры с перпендикулярами к прямым относительных скоростей (значения углов а отмечены на поляре).

На рис. 4 построена зависимость оптимального угла установки профиля № 18 от угла атаки корпуса буера.

На практике датчиком угла (а + у) может служить вымпел, установленный на корпусе буера. Таким образом, остается лишь разработать конструктивные мероприятия, позволяющие спортсмену на гонке использовать расчеты конструктора.

О максимальной скорости буера можно сказать следующее. Из диаграммы сил на рис. 1 видно, что крыло дает силу тяги только в том случае, если соблюдается неравенство:

Нижним пределом отношения Сх/Су является величина, обратная качеству профиля 1//Kmах. Следовательно, угол атаки корпуса (а+у) не может быть меньше, а соответствующая ему скорость буера больше совершенно определенной величины. Для курса галфвинд пределом значения относительной скорости, при котором сила тяги обращается в нуль, является качество профиля Kmах.

Зависимость оптимального угла установки профиля № 18 от угла атаки корпуса.

Действительный предел относительной скорости буера лежит значительно ниже и определяется точкой пересечения кривых тяги и сил сопротивления. Зависимость сил сопротивления от скорости можно представить себе как некоторую квадратичную кривую, представляющую собой сумму сил воздушного сопротивления корпуса буера и трения коньков о лед (сопротивление паруса уже учтено уменьшением силы тяги). Эта кривая, будучи приведена к безразмерному виду, может быть нанесена на график тяги профиля. Для увеличения относительной скорости буера, имеющего в качестве движителя крыло данного аэродинамического профиля, нужно стремиться к уменьшению воздушного сопротивления корпуса и трения коньков о лед (в этом случае точка пересечения кривых тяги и сопротивления передвигается вправо вдоль оси у).

Предел абсолютной скорости буера определяется прочностью его конструкции, способной противостоять большой силе дрейфа.

Скоростной экологически чистый транспорт

Абсолютный мировой рекорд скорости на воде для парусного судна - это 46.52 узла (86.16 км/ч), причем скорость рекордсмена - трехточечного аппарата "Еллоу Пэйджес Энде-вур" превышала скорость ветра (20 узлов) в два с лишним раза.
Мировой рекорд скорости на буере гораздо выше - 230.1 км/ч. Он установлен еще 60 лет назад на одном из североамериканских озер. На колесной (пляжной) яхте рекорд скорости превышает 160 км/ч. Как видим, минимальное сопротивление коньков и отсутствие дрейфа обеспечивают максимальную скорость паруснику, движущемуся по льду.
Для движения под парусами по воде условия наиболее неблагоприятны. Во-первых, это высокое гидродинамическое сопротивление, резко возрастающее с увеличением скорости. Во-вторых, чтобы развить высокую скорость, необходим очень сильный ветер, а чем он сильнее, тем выше волны, увеличивающие сопротивление воды движению яхты. В-третьих, с усилением ветра все более существенную долю сопротивления добавляют крен и особенно - дрейф яхты под ветер. А не препятствовать росту крена и дрейфа - не выставишь паруса на максимальную тягу, не будет скорости.
Вот и приходится для увеличения скорости на воде идти на всякие хитрости. А в результате тот же нынешний рекордсмен мира трехточечный "Еллоу Пэйджес Эндевур" (см."КиЯ" № 159) уже практически ничем не напоминает традиционную килевую яхту, пути совершенствования которой уже в значительной мере исчерпаны.
Характерно, что до "ЕЛЭ" в течение шести лет мировой рекорд скорости на воде под парусом держала парусная доска, также имеющая с классической яхтой очень мало общего. При площади паруса всего 4 м2 такой глиссирующий парусник имеет минимальное водоизмещение и, следовательно, минимальное гидродинамическое сопротивление. И дрейф, и крен доски яхтсмен парирует собственным весом, намного превышающим вес виндсерфера, и гидродинамической силой, возникающей на шверте. Совместить это с управлением, обеспечивающим наивысшую эффективность паруса при достаточно сильном ветре очень трудно, не говоря уже о том, что само удержание паруса в руках требует огромного усилия. Одно хорошо: если не считать разгона, само движение по мерной 500-метровой трассе занимает менее полминуты...
Конечно, на маленькой глиссирующей доске против даже не очень высокой волны не пойдешь. Заезды на побитие рекорда проводят только на узких каналах, на ограниченной поверхности которых волны не успевают развиваться даже при ветре 20 м/с.

Рисунок из " Описания изобретения к Авторскому свидетельству 8 и 1699860 А 1 - Виндг - ляйдер ". Автор - Ю. В. Макаров. Воплощение идеи совмещения виндсерфера и дельтаплана, а - план; 6 - вид сбоку при разгоне левым галсом ", в - вид спереди при у становившемся движении.

Но вот что интересно. Профессионалы-виндсерфисты, выступающие в соревнованиях по "вейву" - на прибойной волне, не гонятся за скоростью движения, но с парусом в руках демонстрируют чудеса акробатики.
Например, разогнавшись, яхтсмен ставит парус горизонтально на ветер и, взлетев на 2-3 м, продолжает полет в течение 8-10 секунд, при этом держится за гик, как за трапецию дельтаплана. Завершается неуправляемый полет падением виндсерфиста спиной в воду. Оно и неудивительно. Полет неустойчив, аэродинамическое качество такого варианта "летательного аппарата" не превышает 1.5-2.0.
Вид парусной доски во время такого полета под парусом является "дружеским шаржем" на дельтаплан. И действительно. Мы видим то же крыло-парус, только в два раза меньшей площади, а вместо трапеции поперек размаха крыла дельтаплана - гик паруса. Однако на парусной доске - много не полетаешь (балансирное управление не предусмотрено), а на дельтаплане - не разгонишься, используя энергию ветра. Попробуйте манипулировать крылом дельтаплана относительно ветра при размахе крыла 10 м и весе больше 30 кг!
И тут невольно возникает вопрос. А что, если совместить эти два устройства в единую конструкцию для расширения их области применения?
В процессе проектирования действительно удалось так оптимизировать конструкцию дельтаплана, чтобы его можно было использовать в качестве крыла-паруса виндсерфера.
Идеальным парусом является планер-паритель, давно и успешно эксплуатируемый в спортивной авиации. Используя его, можно создать ряд интереснейших парусников. Результаты этой работы были доложены еще в 1979 г. на I Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Исследование, проектирование и постройка современных парусных судов". Во-первых, был спроектирован дельтаплан широкого назначения с новой компоновочной схемой. Это - жесткое составное крыло, центроплан которого имеет малое удлинение и дугообразную заднюю кромку, а консоли пристыкованы под углом 30° к центроплану и соединены подкосом, который и служит трапецией управления.
Такой дельтаплан можно использовать в традиционном варианте, т.е. для полетов со склонов, в качестве мотодельтаплана, но также и как парус с повышенным аэродинамическим качеством для виндсерфера-катамарана или легкого буера. Дельтапланерист на роликовых коньках может разъезжать с большой скоростью, например - по взлетно-посадочной полосе в любом направлении - меняя галс. Зимой на коньках по хорошему льду он может развивать скорость больше 160 км/ч. Можно двигаться и на лыжах, причем возможности выбора площадки для полетов с помощью ветра будут гораздо шире, особенно в северных районах страны.
Достоинство этого многофункционального дельтаплана в том, что его можно использовать для взлета с помощью энергии ветра.
Происходит это так. Дельтапланерист на коньках или лыжах устанавливает крыло-парус (т.е. дельтаплан) вертикально - под углом к ветру и начинает разгон. По мере увеличения скорости он доворачивает крыло на истинный ветер и достигает скорости 80-130 км/ч (в зависимости от условий взлетной полосы - асфальт, лед, плотный снег). Теперь он устанавливает крыло горизонтально и, увеличив его угол атаки, плавно набирает высоту 20-30 м и совершает планирующий полет. Конечно, полет в этом случае существенно отличается от кратковременного полета на парусе виндсерфера. Здесь обеспечено заданное положение центра тяжести относительно хорды крыла (что обеспечивает устойчивость полета) и главное - имеется классическая балансирная система управления с рулевой трапецией. Набор высоты осуществляется за счет высокой скорости движения, набранной перед взлетом. Если учесть, что минимальная(посадочная)скорость полетадельтапланаЗбкм/ч (при нагрузке на крыло около 10 кг/м2), а скорость в момент движения взлета 80-130 км/ч, т.е. в два-три раза выше, то дельтапланерист может продолжать набор высоты, пока скорость не упадет до 40-45 км/ч. Достигнутая высота 30 м - будет являться динамическим потолком дельтаплана для данных условий полета.
Интересно отметить, что довоенный истребитель И-16 после разгона в горизонтальном полете у земли, набрав максимальную скорость (400 км/ч), мог вертикально выскочить на высоту 700 м, выполняя при этом восходящий штопор. А известный летчик Б.К.Подошва на пилотажном планере А-13 на воздушном параде в Тушино проходил над всем полем головой к земле на высоте 3 м на скорости 360 км/ч, а затем вертикально уходил на высоту 400 м.
Конечно,дельтаплану-паруснику такие скорости и динамические потолки не требуются. Ему нужны скорость около 150 км/ч, простор и полет на высоте 1.5-2 м с большим аэродинамическим качеством при легком ветре (какие-нибудь 5-6 м/сек).
И такой экзотический полет над водой уже не фантастика, а действительность, вполне достижимая для экраноплана с парусным вооружением. Парусное вооружение экраноплана - У-образное "качающееся" жесткое крыло площадью 6 м2 и размахом 8 м, установленное на топе короткой мачты. Для управления поворотом крыла служит кольцевой гик, а для перекладки (смены галса) - рукоятка с тягой.

Корпус экраноплана выполнен в виде крыла малого удлинения с двумя концевыми поплавками, на которых установлены шверты. Третий - центральный, поворотный шверт расположен на задней кромке крыла под вертикальным оперением с воздушным рулем поворота. (Для сухопутного или ледового экраноплана вместо поплавков и швертов устанавливаются колеса или коньки).
Разогнавшись, парусный экранолет сохраняет контакт с водой только концевыми участками трех швертов и совершает полет с использованием экранного эффекта. Кратковременный подлет экраноплана не предвещает аварийной ситуации, так как аппарат имеет аэродинамическую систему управления.

Одноместный экраноплан с V- образным " качающимся " жестким крылом

В этом случае экраноплан совершает планирующий полетнад экраном, но потеря контакта с водой приводит к исчезновению тяги паруса и экранплан, снижаясь, снова идет на контакт с водой швертами. Таким образом, яхтсмен периодически находится то в свободном планировании над поверхностью воды, то в режиме контакта с водой, возобновляющего тягу паруса.
Скорость движения парусного экраноплана 90-120 км/ч при скорости ветра всего 5-8 м/сек; другими словами, скорость движения в три-четыре раза выше скорости ветра, а не в два с половиной, как у "ЕПЭ". На шоссе парусный экраноплан - буер разгоняется до скорости 140-160 км/ч.
Рассмотренные выше паруса и крылатые парусники имеют небольшое, по авиационным понятиям, аэродинамическое качество - порядка 10-15 (ну, пусть 20 - с использованием экранного эффекта). А в активе-то у нас достижимое аэродинамическое качество паруса минимум 40-45! И такой оптимизм имеет практическое подтверждение: современные планеры-парители открытого класса обладают аэродинамическим качеством 63-65!
Жесткий аэродинамический парус типа планерного крыла часто используют на скоростных парусниках, но применяют только одну (левую или правую) консоль. С таким парусом можно ходить только одним галсом, потому что на них используют несимметричный профиль крыла для получения максимальной тяги. Для откренивания приходится применять противовесы - типа вынесенной на ветер кабины экипажа, требуется сложная система управления парусом-крылом.

Схема экраноплана

б - общий вид катамарана с " качающимся " планером - парусом. 1 - серийный двухместный планер, установленный на шарнире 12; 7 - " вертикальное " крыло планера, служащее вы­ сокоэффективным парусом - крылом; 8 -~ опор­ный поплавок с поворотным килем; 9 - " гори­ зонтальное " откренивающее и обеспечиваю­ щее аэродинамическую разгрузку крыло плане­ ра; 12 - шарнир; 13 - корпус катамарана; 14 - руль; 15 - V- образный управляемый шверт, в - устройство центрального узла - универсального

Рекордный парусник, если в роли его парусной системы использовать конструкцию стандартного планера, получается до примитивного простым, легким и прочным, с прекрасной устойчивостью и управляемостью парусной системы, с огромным аэродинамическим качеством.

Его,конечно, придется слегка доработать - добавить крыльевую опору, изменить угол поперечной У-образности крыла и установить универсальный шарнир для крепления планера на топе "мачты".
Легкий парусник, предназначенный для рекордных заездов, представляет собою катамаран с глиссирующими корпусами, на короткой мачте которого наунивер-сальном (карданном) шарнире установлен двух-местный планер-парус.При этом шарнир расположен в центре тяжести планера. В кабине размещен штурвал управления по курсу воздушным рулем. Система управления планером остается без изменений, но теперь она является системой управления вооружением.
При смене галса производят "перекладку" крыльев при помощи элеронов: крыло, которое служило парусом, становится горизонтальным - откренива-ющим (с опорным поплавком и управляемым килем(швертом) на конце), а которое было откренивающим - становится почти вертикальным и работает как высокоэффективный жесткий парус большого удлинения.
Разгон и движение парусника выполняют, установив паруса относительно ветра при помощи аэродинамических рулей планера (элеронов, рулей высоты и направления} и рулей направления яхты. Так как планер имеет необходимую устойчивость и совершенную систему управления, рассчитанную на высший пилотаж {а уж на свободный полет - тем более!), то никаких проблем в управлении парусником не возникает.
В случае взмывания (кратковременного взлета) планер может спокойно уйти от "чуждой" ему стихии, в отличие от классического гоночного парусника, когда отрыв от воды для него завершается аварией.
Сила тяги крыльев планера направлена вперед и вверх, что значительно уменьшает момент крена, а подъемная сила горизонтального крыла обеспечивает аэродинамическую разгрузку яхты. Аэродинамическая разгрузка может составлять до 80-100% веса. Парусник в этом режиме касается воды только швертами, а при запасе горизонтальной скорости даже может совершать планирующие полеты над водой; при этом оба крыла относительно поверхности воды устанавливаются симметрично, а поплавки (или буерное шасси) фиксируются по продольной оси планера.
Парусник для штурма мировых рекордов скорости, выполненный с использованием серийного двухместного планера 1--13 "В!атК" (с аэродинамическим качеством 28), имеет следующие технические данные. Максимальный вес с двумя яхтсменами на борту - 550 кг. Площадь вертикального крыла-паруса - 10м2 (общая площадь крыльев - 20 мг). Максимальное аэродинамическое качество в варианте яхта-катамаран - 10, в варианте буер -18.
Расчеты показывают, что максимальную скорость парусное судно развивает при ветре галфвинд, который дует под углом 90° относительно направления движения. Для идеального парусника (при отсутствии дрейфа, крена и гидродинамического сопротивления) скорость движения судна - V была бы равна скорости ветра V, умноженной на аэродинамическое качество паруса:
у=КУ.
Присмотритесь к этому выражению. Да это же формула определения горизонтальной скорости планера! И поистине - идеальная яхта это и есть планер. А планер является идеальным парусником. Его основная характеристика - аэродинамическое качество. Ведь у него отсутствуют дрейф, крен и гидродинамическое сопротивление. А летит он без снижения под действием восходящих потоков (вертикального ветра). Если восходящих потоков нет, у планера всегда есть для полета "искусственный ветер", причем, всегда дующий в галфвинд: это вертикальная скорость его снижения - Vв. В этом случае скорость горизонтального полета - Vг определяется так:
Vг=КVв.

1 - сила тяги, 2- полная аэродинамическая сила, 3- сила дрейфа

Как видим, оба выражения идентичны. Здесь К - то же самое аэродинамическое качество планера. Недаром на многих языках слова "планер" и "парусник" звучат одинаково.
А теперь идеальную яхту совместим с реальным парусником. Для этого планер надо установить на мачте так, чтобы его крылья (паруса) были в вертикальном положении. Тогда при ветре всего 2 м/с и отсутствии дрейфа (иначе исчезнет сила действия ветра) мы можем получить максимальную скорость движения нашей яхты при К = 50 равной:
2 м/с х 50 = 100 м/с или 360 км/ч
т.е. в 50 раз больше скорости ветра. Так летают планеры. Но нам-то надо часть энергии отдать на борьбу с дрейфом, еще какую-то часть - на преодоление крена и гидродинамического сопротивления. Реально у нас остается около 8 единиц: Кх - 8, где Кх - ходовое качество яхты. Поэтому максимальная и абсолютно реальная скорость движения яхты при ветре 5 м/с будет равна:
5 м/с х 8 = 40 м/с (144 км/ч), т.е. превышает скорость ветра в восемь раз (еще раз напомним: у "ЕПЭ" - в два с лишним раза). Как видим, парус играет роль аэродинамического "усилителя" действия ветра.
Теперь подведем предварительные итоги. Что мы имеем в активе? Мы можем установить два мировых рекорда и получить приз 3 млн. долларов с помощью рекордной яхты - планера-парусника.
Мировой рекорд скорости на буере (230.1 км/ч) можно повысить до 280 км/ч при скорости ветра 5 м/с; для этого требуется Кх -- ходовое качество буера, равное всего 16. Ну а существующий скоростной рекорд парусной яхты будет побит при том же ветре даже при Кх= 6, что обеспечит скорость хода 30 м/с, т.е. 108 км/ч. На сегодня рекорд скорости 86.16 км/ч, но при ветре 10 м/с!
Соревнования на установление мировых рекордов скорости под парусами проводятся в Уэймуте (Англия) ежегодно. Желающим следует спешить!
До сих пор речь шла о спортивных парусниках, которые демонстрируют границы возможных достижений - рекордные результаты. Для транспортных целей на морских грузовых и пассажирских линиях нужны экологически чистые скоростные суда с минимальным расходом топлива, простые и надежные в эксплуатации.
Разработанный в МАИ парусный экра-ноплан, рассчитанный на 40 пассажирских мест, может послужить примером такого экологичного и быстроходного морского экспресса. Скорость его при ветре 5-8 м/с будет около 90-110 км/ч. Максимальный вес крылатого парусника - 5800 кг, вес конструкции - 1800 кг.
Маршрут Нью-Йорк - мыс Лизард (Англия) на этом паруснике можно пройти всего за трое суток, тогда как тримарану-рекордсмену "Джет Сервисез-5" потребовалось вдвое больше. 

Экологически чистый транспорт.

Известно, что французская шоколадная фирма "Пуле" объявила о награде в 1 млн.долл. первому яхтсмену-одиночке, который под парусом обогнет земной шар за 100 дней, а нынешние обладатели Трофея Жюль Верна уже совершили кругосветное плавание - пересекли все меридианы и экватор - за 71 день. Но для парусного экраноп-лана предлагаемой конструкции 25 суток "кругосветки" (даже при плавании в одиночку) будут продолжительностью регулярного рейса, указанной в расписании. Ведь экраноплан-парусник предназначен не для рекордов, а для пассажирских рейсов. Например, для челночных рейсов по Черному морю. Сорок пассажиров из Одессы будут в Ялте через 5 часов, а в Стамбуле - через 8 и при этом команда израсходует максимум 10 кг дизтоплива на подходы к причалу в указанных портах.
Путешествовать "дешевле" и с меньшим влиянием на окружающую среду можно, пожалуй, только дрейфуя на льдине! Используя энергию воздушного океана, мы не загрязняем атмосферу окислами углерода, азота и углеводородами, и главное - не бросаем деньги на ветер, сжигая энергетические ресурсы. Одна заправка крупнотоннажного океанского судна стоит 1.5-5 млн.долл. Судно водоизмещением 20 тыс.т при скорости 16 узлов затрачивает 35-40 т топлива в сутки. А ведь указанные выше цифры можно уменьшить в 5-10 раз!

Разработано вспомогательное парусное вооружение, которое обеспечивает высокую тягу паруса и позволяет при ветрах 5-10 м/с сократить средний расход топлива во время движения грузового судна на 50-70 %, а при ветрах большей силы - вообще исключить потребность в работе силовой механической установки, не снижая скорости движения. Такое вооружение можно использовать, в первую очередь, на судах-навалочниках дедвейтом 10-25 тыс.т.
На рисунке изображено грузовое судно водоизмещением 37 000 т (дедвейт 23 000 т) с тремя жесткими поворотными парусами-крыльями планерного типа1. Каждое крыло имеет размах 60 м и хорду - 10 м. Общая площадь парусности около 1800 м2. Расчетная скорость судна при ветре 7 м/с - 16 узлов, при 12 м/с - 23 узла. Уменьшение необходимого запаса топлива (в 20 раз) увеличивает полезные объемы судна. Максимальную мощность судовых двигателей можно снизить в 10 раз, используя их только для подруливания и в аварийных ситуациях.
Парусное вооружение планерного типа в штормовую погоду или при ураганном ветре нет необходимости убирать; надо поставить стабилизаторы на нулевые углы и освободить фиксацию парусной установки, тогда она станет обычным флюгером, сопротивление которого меньше сопротивления корабельной мачты.
Парусное вооружение планерного типа позволяет снизить сопротивление воды движению судна, так как обеспечивает некоторую аэродинамическую разгрузку его благодаря появлению подъемной силы на парусах-крыльях. Такие паруса повышают остойчивость судна, поскольку сила тяги парусов проходит через его ЦТ, что исключает появление крена. А большая площадь самих парусов при качке демпфирует судно: при большом волнении паруса не способны мгновенно перемещать большие массы воздуха. Корабль как бы висит на парусах-крыльях, что обеспечивает до 5 % аэродинамической разгрузки судна.
Огромную экономическую эффективность парусов-крыльев планерного типа подтверждают и расчеты, выполненные в МАИ при разработке парусного сухогруза водоизмещением 170тыс.т для "пассатных" направлений перевозок. Крылатый сухогруз может иметь полностью автоматизированную систему даже дистанционного - с берега - управления парусом. С помощью спутниковой связи в центр поступают все данные о погоде и обстановке, ЭВМ оптимизируют курс и график движения судна и передают команды на бортовой пульт управления. Корабль-"скиталец" может ходить в автоматическом режиме - без экипажа. Ветер в соответствии с программой пригонит его в заданную точку земного шара для встречи с экипажем, который с вертолета или служебного судна высаживается на борт перед его заходом в порт или для прохождения сложного участка трассы.

Современные достижения науки и техники позволяют обеспечить полную безопасность такого варианта "Летучего голландца" для судоходства с использованием традиционных плавсредств.
Все рассмотренные в этой статье парусники защищены патентами на изобретения, Проекты судов с аэродинамическим парусным вооружением для скоростного экологически чистого морского транспорта экспонировались на XXV Международном Салоне изобретений в Женеве в 1997 г. и были удостоены диплома и бронзовой медали.