От автора блога:

Статья публикуется здесь с любезного разрешения автора – Александра Кулиша.

Адрес первоисточника: http://butuzik.usite.pro/

Статья посвящена экзотической конструкции парусного вооружения – «клешня краба», много веков (а может и тысячелетий) применяемого островитянами Тихого океана.

В «западном» мире к этому парусу отношение крайне не однозначное – существует относительно небольшая группа энтузиастов, убежденных в его высочайших качествах. Есть не меньшая группа, настроенная к этому парусу негативно и даже агрессивно. А большинство любителей паруса о нем даже не слышали 🙂 .

Чтение статьи требует определенного напряжения – необходимо иметь некоторые представления о векторах и операциях с ними, а также максимально напрягать воображение, чтобы представить аэродинамические процессы, происходящие на поверхности паруса.

В квадратные скобки ([…]) помещены вставки автора данного блога.

Клешневедение и клешневождение

(Пособие клешневода)

Теория и практика паруса «клешня краба»

Катамаран Арта Лейна и шверцбот "Бутузик" Александра Кулиша с парусом "клешня краба"

Очевидно, что на вопрос: «Как работает парус?»

Самым простым ответом будет: «Как самолетное крыло.»

И это правильно, поэтому прежде чем разобраться с парусом, тем более с парусом-клешнёй, следует уяснить как работает самолетное крыло. В сети без труда можно найти массу информации относительно возникновения на крыле подъемной силы, но разбираться с вариантами и нюансами можно бесконечно, пройдя путь от закона Бернулли, через Брелио, Можайского, Ньютона, Жуковского, ЦАГИ, НАСА, до «вихрей Мархая» и циркуляции скорости вокруг профиля. И чем подробнее будет путь познания, тем он будет длиннее.

Поэтому, оставив в стороне баталии апологетов различных точек зрения, в казалось бы давно известном человечеству вопросе о подъемной силе крыла, есть смысл остановиться на непререкаемом факте – полная аэродинамическая сила на крыле возникает как разность давлений над и под крылом. С этим согласны сторонники различных точек зрения, по разному отвечающие на вопрос, почему и каким образом эта разность появляется. Т.е., в общем и целом, все согласны – чтобы крыло «парило» в воздухе, давление над ним должно быть как можно меньше, а под ним как можно больше.

Распределение давлений и сил возле жесткого крыла

А как же быть с парусом, где у него «над» и где «под»?

Если кусок ткани, поставить так, чтобы его плоскость была перпендикулярна направлению ветра, то на него будет оказывать воздействие движущаяся масса воздуха, и чем больше будет его скорость, тем давление на ткань будет больше. В недрах интернета существует даже готовая табличка, показывающая с какой силой ветер будет давить на этот кусок ткани.

Давление ветра в зависимости от скорости и сила ветра на препятствии. Ветровая нагрузка в первом приближении

Нормальное ветровое давление на препятствие в первом приближении определяется по формуле

W = 0,5 * ρ * v2, («Ветровая нагрузка на сооружения», Савицкий, 1972 г.), где

  • v – скорость ветра, м/с;
  • ρ – плотность воздуха, кг/м3, зависящая от его влажности, температуры и атмосферного давления;
  • 0,5 – коэффициент сопротивления (обтекания). Англосаксы используют коэффициент равный 0,75, т.е. получают данные в 1,5 раза выше, но порядок величин – тот же, конечно.
Таблица: Ветровая нагрузка (в первом приближении). Давление ветра в зависимости от скорости и сила ветра на препятствии. Расчет для плотности воздуха 1,2 кг/м3
Скорость ветра в м/с
1510152025304050
Давление, Па = Н/м0,6015601352403755409601500
(Объект 1м х 1м)Сила на 1 м2, Н0,6015,0060,00135,00240,00375,00540,00960,001500,00
(Объект 1м х 1м)Сила на 4 м2, Н2,4060,00240,00540,00960,001500,002160,003840,006000,00
(Объект 2м х 2м)Сила на 1 м2, кгс0,061,536,1213,7824,4938,2755,1097,96153,06
(Объект 2м х 2м)Сила на 4 м2, кгс0,246,1224,4955,1097,96153,06220,41391,84 612,24

Под воздействием напора потока воздуха ткань прогнётся, на её наветренной поверхности (обращенной НА ветер) появится вогнутость, на противоположной (подветренной) – выпуклость, а в точках крепления ткани возникнут тянущие усилия. Вот и готов ответ на вопрос: «под» – это там где вогнутость, а «над» – где выпуклость. Известная картинка из Перегудова, а также повседневная жизнь, иллюстрируют этот несомненный факт.

Воздействие ветра на ткань

Самолетное крыло, в общем, классическом случае, имеет выпуклость верхней поверхности, т.е., в сечении вертикальной плоскостью по оси движения потока, крыло имеет некоторый профиль.

Различные профили крыла

В отличие от крыла самолета, парус обычно изготовлен не из металла или композитного материала сохраняющего форму, а из ткани, которая лёжа расстеленной в вашей самой большой комнате, не будет иметь никакого, даже «околосамолётного», профиля. Но если парус раскрепить палками и верёвками (рангоутом [и такелажем]), а затем вынести на ветер и поставить вертикально (как обычно и ставятся паруса), то у него появится и выпуклость и вогнутость, кроме случая когда парус будет болтаться как рекламный флажок (положение левентик).

Рекламные флажки подобны парусам в положении "левентик"

В отличие от самолетного крыла, у обычного паруса нет верхней и нижней поверхности, выпуклой и вогнутой может быть любая из его сторон, попеременно, в зависимости от того, как мы поставим парус относительно ветра. Тем не менее, сходству с самолетным крылом парусу добавляет тот факт, что кроем ткани закладывается его будущая форма, которая при наполнении ветром будет напоминать профиль самолетного крыла. Вместе с тем, если взглянуть на рассматриваемый далее в тексте парус-клешня в Т-образном подвесе, то у него как и у самолетного крыла есть верх и есть низ, «над» и «под» , а также вполне себе выпуклый профиль. Если такой парус правильно поставлен и «забирает ветер», то верхняя поверхность у него всегда выпуклая, а нижняя вогнутая, и этот порядок не будет меняться даже если повернуть клешню в пространстве таким образом, чтобы её плоскость была перпендикулярна горизонту — внешняя поверхность такого паруса все равно будет «над», а внутренняя «под». Клешня, лежащая рейками на поперечном рее, по желанию шкипера будет занимать то или иное положение в трехмерном пространстве при помощи шкотов рейков и галсов.

Верхняя и нижняя поверхности паруса "клешня краба"

Т-образный подвес паруса "клешня краба"

Вернёмся к давлению над и под крылом (клешнёй).

Снова же, чтобы избежать рутинных споров и заговаривания главного вопроса, определимся с чем согласны приверженцы различных течений, «школ» и заблуждений в аэродинамике.

  1. Чтобы на крыле возникла подъемная сила, желательно чтобы оно имело заданный профиль и располагалось к набегающему потоку воздуха под определённым углом атаки.
  2. Разность скоростей потока на верхней и нижней поверхностях трансформируется в разность давлений.
  3. При обтекании стреловидного крыла, эффективной скоростью потока, «создающую подъемную силу», является её составляющая, перпендикулярная передней кромке крыла.
  4. Срыв потока на верхней поверхности крыла уменьшает подъемную силу.
  5. Результирующая абсолютная скорость течения в вихре, т.е. векторная сумма осевой и тангенциальной скорости воздуха в вихревом потоке, превышает скорость набегающего потока.

Клешня в Т-подвесе на курсе фордевинд

На курсе полный фордевинд, установить парус «клешня» можно в различных пространственных положениях:

  1. «рога вверх», галсовый угол (галс) на подмачтовом блоке;
  2. клешня лежит «на боку»;
  3. парус близко к горизонтальному положению (горизонтальному левентику);
  4. «рога вверх», галс на дальнем блоке;
  5. с произвольным правым (левым) креном и произвольным углом тангажа (от 0о до 90о).

Примечание:

  • для регулировки положения галсового угла полезно иметь два блока для галсовых концов, подмачтовый и дальний.
  • поскольку положение клешни в Т-подвесе можно легко задавать в «самолётной» системе координат, а именно – углом крена и углом   тангажа, будем в дальнейшем использовать эти термины для характеристики пространственного положения клешни.

Термины положения паруса "клешня краба" в т-образном подвесе

«Рога вверх»

Парус "клешня краба". Курс фордевинд. Рога вверх

Самый первый, можно сказать нативный, вариант установки клешни на курсе фордевинд. В таком положении клешня реализует режим работы прямого балансирного паруса и сила тяги на нем создается разностью давления от скоростного напора «под» и атмосферным давлением «над» (по картинкам скорее «за»). Кто сталкивался при плавании под парусом с вихрями господина Кармана, тому совсем не безразличен вопрос как с этим делом под клешнёй (?). С «карманом» дело обстоит всё так же, вихри его имени никуда не исчезают. Но вот к тяжелым последствиям в виде раскачивания, переброса гика на противоположный борт с попутным столкновением оного с головой шкипера, которая тут же, для охлаждения, попадает в воду из-за черпания гиком волны, не будет. Гика нет и переброса нет, соответственно и резкого изменения центровки не будет, разве что лёгкое подёргивание. Парус дёрнется вокруг оси (биссектрисы галсового угла) в одну сторону, потом в другую, и будет так делать, пока будем ему (и Карману) это позволять. Остановить дёрганье просто – отдать немного один шкот рейка и набить другой.

Клешня лежит «на боку»

Парус "клешня краба". Курс фордевинд. Парус на боку

Если сравнить это положение с предыдущим, то тяговые характеристики клешни практически не изменилось, парус стал полубалансирным. Несколько ухудшились условия при «переброске паруса Карманом», хотя, с другой стороны, можно легко избежать этого, просто подтянув галсовый угол. Возникает резонный вопрос, зачем нужно укладывать парус на бок, если есть «рога вверх». Дело в том, что при достаточно свежем ветре, перевести клешню из положения «рога вверх» в горизонт можно только предварительно повернув парус вокруг оси-биссектрисы. Конечно, можно отдать галс и до одури тянуть одновременно на себя шкоты рейков, пытаясь повернуть парус вокруг оси = рей чтобы расположить заднюю шкаторину над кормой лодки. Но это не только трудно представить, но и сделать тоже нелегко. В горизонт клешню, особенно в ветер, целесообразно выводить именно через положение «на боку». Хотя бы по той простой причине, что парус уже будет сориентирован и относительно легко, с помощью ветра, выйдет в положение близкое к горизонтальному левентику, которое тоже используется для хождения на фордаке. Задняя шкаторина переместится туда, где ей самой нужно быть по условиям задачи, без лишних усилий и поломок рангоута.

Парус в районе горизонтального левентика

Парус "клешня краба" в районе горизонтального левентика

Зачем нам этот гембель, спросите вы, попробовав единожды такое положение клешни в сильный ветер, особенно если пузо паруса большое, и потому часто-часто хлопает, волнение сильное и никакой надежды на то, что ситуация рассосётся. Да, иногда не совсем приятно, но гарантированным выходом из такой неприятности может быть только сброс паруса с мачты, постановка штормового, или движение под рангоутом. Если этого сделать нельзя или нецелесообразно, то надо терпеть, приспосабливаться и осваивать хождение фордаком в положении паруса горизонтальный левентик. Для уменьшения пуза придется стать носом против ветра, подтянуть рейки к нокам рея и зафиксировать их с некоторым преднатягом. Увалиться в фордевинд и испытывать судьбу далее. Сразу уменьшится произвольное хлопание паруса, зато повысится вероятность согнуть рейки, «запустив» под них слишком много ветра. Поэтому на лавировке не следует наглеть и не гнаться за скоростью, она и так будет, зато потом не придется разгибать рейки «на колене». Кстати, если «чистый фордевинд» дотянуть хотя бы до «железного бакштага », то сразу наступит счастье, не говоря уже о галфвинде и бейдевинде, где это положение клешни (парус в районе горизонтального левентика) не просто счастье, а огромное счастье в непростых ветровых условиях.

«Рога вверх», галс на дальнем блоке

Парус "клешня краба". Курс фордевинд. Галс на дальнем блоке

Если дальний галс набит, то в зависимости от того на каком расстоянии от мачты он расположен, будет уменьшаться проекция паруса на плоскость, нормальную направлению ветра, т.е. будет уменьшаться работающая площадь паруса. Клешня снова станет прямым балансирным парусом , управление которым достаточно просто, главное держать шкоты набитыми, чтобы усилие не передавалось на мачту. Ветровой поток с паруса, в такой его позиции, не будет иметь возможности упорядоченно уходить через декольте задней шкаторины, что ухудшит ситуацию с точки зрения возникновения вихрей Кармана, которая, тем не менее, легко парируется шкотами рейков.

С произвольным правым (левым) креном и произвольным углом тангажа (от 0о до 90о)

Парус "клешня краба". Курс фордевинд. Парус установлен с креном и произвольным тангажем

В этом положении парус на фордевинде будет работать аналогично случаю указанному в пункте («Рога вверх», галс на дальнем блоке) с той лишь разницей, что клешня из разряда прямого паруса снова перейдет в разряд полубалансирных, а размер проекции паруса на плоскость нормальную направлению ветра будет определяться уже двумя углами. К тому же, если лодка будет следовать полным фордевиндом и произойдет заход-отход ветра, либо парус будет переброшен раскачкой от вихрей Кармана с борта на борт, то можно будет на практике оценить насколько переброс клешни безобиден по сравнению с перебросом мачтового паруса с гиком.

Клешня на остальных курсах

Приведемся к ветру и рассмотрим ещё два режима работы паруса клешня, отличающихся от режима «сдувания ветром» на фордевинде.

Предваряя анализ работы паруса в этих режимах, необходимо уяснить некоторые моменты, изложенные в разделе аэродинамики треугольного крыла (пластины).

Особенностью обтекания треугольного крыла, подобием которого и есть парус клешня, является возникновение двух продольных вихрей над его внешней (верхней, выпуклой, подветренной) поверхностью. В аэродинамике они обзываются концевыми (для прямого крыла), носовыми (для треугольной пластинки), «вихрями Мархая» в парусной тусовке. Необходимыми условиями возникновения таких вихрей являются:

  • достаточная стреловидность (треугольная форма паруса);
  • угол атаки;
  • определенный угол скольжения (угол между набегающим потоком и биссектрисой галсового угла).

Концевые вихри на парусе "клешня краба"

  1. Угол стреловидности, т.е. форма треугольника для парусов этого типа, скорее всего была наработана опытным путем. Во всяком случае, по этому вопросу исследований не просматривается, но первоисточники настаивают на величине галсового угла немногим менее 60о.
  2. Зависимость подъемной силы от угла атаки в опытах с тонкой треугольной пластинкой с симметричными вихрями, достаточно освещена в специальной литературе, однако вследствие того, что на лодке мы угол атаки «щупаем», т.е. измеряем на уровне «чуть-чуть больше/меньше», не будем останавливаться на этом вопросе подробно. Достаточно лишь отметить, что для того, чтобы над клешнёй появились вихри, угол атаки Должен Быть, и совсем даже не микроскопический.
  3. С зависимостью вихрей от угла скольжения несколько сложнее, потому как этому вопросу в специальной литературе уделено немного внимания. Однако особенности обтекания со скольжением имеют большое значение для понимания работы с парусом клешня.

Рассмотрим подробнее эти особенности.

При параллельности направления потока и биссектрисы галсового угла паруса, над верхней поверхностью клешни возникают два симметричных вихря, энергия потоков в которых в принципе одинакова, и ведут они себя похоже, в том числе и разрушаются на примерно одинаковом расстоянии от галсового угла, в зависимости от различных факторов, как то: значение угла атаки, угла стреловидности, угла скольжения, удлинения крыла, формы задней шкаторины. Но стоит рассогласовать параллельность биссектрисы и набегающего потока, как сразу же вихрь, образованный на той стороне клешни где реёк «выдвинулся на ветер», прижимается к парусу, сплющивается, и перемещается ближе к биссектрисе, а второй вихрь уходит ближе к рейку. Выглядит это так, как будто парус проворачивается под застывшей картинкой потока с вихрями. При дальнейшем увеличении угла скольжения, в какой то момент, вихрь от «выдвинутого на ветер» рейка разрушается и остается только его симметричный визави, который к этому времени уже может быть за пределами плоскости паруса, вблизи «уходящего по ветру» рейка. На схемке из работ товарища Белоцерковского, иллюстрирующей этот процесс, угол скольжения небольшой, поэтому мы видим только картину сплющивания и уменьшения интенсивности одного из вихрей.

Стационарные вихревые структуры треугольного крыла при скольжении

Зато на видеоролике обдува модели клешни с углом скольжения поболее, четко просматривается только одинокий нижний вихрь.

Малый угол скольжения (два вихря)

Большой угол скольжения (один вихрь)

Из всего этого для нас важны следующие два вывода:

  • при обтекании клешни строго через галсовый угол, над ней образуются два симметричных вихря, определяющие понижение давления над парусом;
  • при повороте клешни на некоторый угол относительно направления набегающего потока, один из вихрей разрушается, а второй смещается со «спины» клешни за «уходящий» от ветра реёк.

После этого можно переходить к детальному рассмотрению следующего режима работы паруса клешня.

Режим двух носовых вихрей, «вихрей Мархая»

На треугольной тонкой пластинке, треугольном крыле и парусе клешня, подъемная сила создается, как и на любом другом крыле, разностью давлений над и под пластинкой (парусом, змеем). Как было отмечено выше, наличие двух мощных носовых вихрей над парусом клешня, полностью определяет понижение давления на выпуклой стороне паруса. Вогнутая же сторона принимает на себя скоростной напор потока воздуха, повышающий давление под парусом, и упорядоченно направляет его по конусу клешни через заднюю шкаторину. Такая картина скорее напоминает обтекание потоком воздушного змея, а не профиля крыла самолёта. Но не простого змея, а змея, у которого предусмотрен путь для упорядоченного схода потока с нижней поверхности и «заброс» вихрей от рейков на верхнюю поверхность, где они создают и поддерживают зону низкого давления. При движении в пределах рабочей поверхности змея, нижний поток и вихри не взаимодействуют, переток давления низ-верх минимален, пока поток и вихри не смешиваются за пределами рабочей поверхности змея. Разность давлений на вогнутой и выпуклой поверхности клешни и будет полной аэродинамической силой паруса-змея.

Чтобы идти под клешнёй в таком режиме, надо выставить её в положение тангаж = 0о, крен = 90о, угол атаки около 15о-20о. На внешней поверхности клешни возникнут два симметричных вихря, поток с нижней поверхности упорядоченно устремится через заднюю шкаторину-декольте, лодка получит ход. Шкотами рейков и галсом можно уменьшать крен паруса, корректируя положение клешни в пространстве на различных курсах таким образом, чтобы обеспечивалось условие параллельности набегающего потока и биссектрисы галсового угла. С двумя вихрями на «спине» клешни, лодка может идти практически любым курсом, кроме фордевинда на полных курсах, а также исключая «мертвую зону» внутри лавировочного угла, на острых курсах.

Режим одного «вихря Мархая» (третий)

Он отличается от «сдувания ветром» лодки на фордевинде (первый режим) и довольно экзотического создания подъемной силы с участием двух вихрей, понижающих давление на «спине» клешни (второй). Третий режим характерен тем, что обтекание клешни в нём практически не отличается от обтекания любого мачтового паруса. За исключением небольшого, но важного момента – наличия одного носового вихря вблизи «ушедшего» за ветром рейка, и его влияния на поток огибающий выпуклую поверхность паруса.

Парус "клешня краба". Один вихрь

Видеоролик показывает, что этот вихрь существует, а схематическое изображение картины обтекания паруса подсказывает, что будет происходить с воздушным потоком на выпуклой поверхности клешни, а именно – вихрь будет «засасывать» поток, идущий вдоль поверхности паруса, не давая ему возможности отрываться. Эжекция (всасывание), несколько изменяет направление потока, перетекая через передний реёк он «переламывается» в сторону нижнего рейка, как бы стремясь проскочить межрейковое расстояние по кратчайшему пути и, вполне возможно (замеры не проводились), ускоряется за счет большой тангенциальной скорости вращающихся в вихре частиц воздуха, направление скорости которых совпадает с направлением потока.

Таким образом:

  • эжекция от вихря искривляет направление потока над клешнёй, за счёт чего увеличивается нормальная (перпендикулярная к рейку) составляющая скорости обтекающего потока (на рис. вверху розовый вектор), которая, как гласит аэродинамика, определяет подъемную силу на стреловидном крыле;
  • в результате воздействия вихря на поток, последний не теряет скорость по мере обтекания профиля и является безотрывным даже при достаточно большой выпуклости профиля паруса.

Именно эти особенности обтекания паруса при наличии одного «вихря Мархая» улучшают параметры обтекания и повышают в целом эффективность работы клешни. Можно сказать, что этот простой на вид и по своей конструкции парус, идеально адаптирован для эффективной работы при обтекании со скольжением.

Парус "клешня краба". Нижний вихрь

Визуализация нижнего вихря на парусе

Положение клешни на курсе бейдевинд

Если сравнить работу клешни на курсе бейдевинд на втором (два вихря) и третьем (с нижним вихрем) режимах, то очевидно преимущество последнего. Для того чтобы вывести парус из второго на третий режим следует всего-навсего увеличить тангаж клешни до 45о-50о.

Парус "клешня краба". Курс бейдевинд

Что делать с креном подскажет ситуация. В сильный ветер крен придётся уменьшить до 45о-60о, в умеренный и свежий, не говоря уже о слабом, крен может быть увеличен до максимального — 90о. К тому же, следует иметь в виду, что одним из условий возникновения «нижнего вихря третьего режима» является достаточная для этого скорость ветра. В слабый ветер там никакого вихря не будет, поэтому тангаж можно безболезненно увеличивать до положения клешни «рога вверх» и даже закренивать парус под ветер чтобы тряпка приняла хоть какую-нибудь форму. Обтекание клешни на больших углах тангажа, без образования носового вихря, ничем не будет отличаться от обтекания стандартного крыла, поток на внешней и внутренней сторонах паруса будет иметь одно и то же направление.

Парус "клешня краба". Потоки воздуха на нем

Но если ветер не слабый, то при тангаже 45о-50о придется уменьшить крен до таких же примерно величин (или чуть больше, ориентируясь на свои ощущения и желания), чтобы плавание было комфортным и не пришлось принимать героические позы для откренивания лодки. При этом проекция аэродинамической силы на вертикальную ось подрастет, на боковую уменьшится, на продольную – как получится. С дальнейшим увеличением силы ветра на курсе бейдевинд, парус переводится в положение близкое к горизонтальному левентику: тангаж 10о-20о; крен 15о-30о. Понятно, что указанные углы крена и тангажа, это ориентировочные значения, определяющие общую тенденцию.

Парус "клешня краба". Курс бейдевинд. Сильный ветер

Три нижних снимка наглядно демонстрируют соотношение составляющих подъемной силы клешни (по курсу, крену и вверх) в положении тангаж = 50о, крен = 50о. Необходимо только отметить, что точка их приложения на рисунке выбрана произвольно. Реально же она определяется точками крепления шкотов и галса к лодке и находится значительно ниже.

Парус "клешня краба". Составляющие подъемной силы

Горизонтальный левентик

Изменяя крен клешни шкотами рейков и регулируя угол тангажа, можно установить приемлемую для данных условий тягу паруса по курсу, уменьшив кренящую составляющую до «комфортного значения», т.е. виртуально «зарифить» парус, вплоть до вывода его в ГЛ. Уникальными особенностями подобного «взятия рифов» является его бесступенчатость и высокая скорость изменения степени «рифления», исчисляемая секундами.

Положение ГЛ очень удобно для хода под вёслами или мотором, при отходе от берега и причаливании, особенно к заросшему деревьями берегу, проходе под препятствиями (мосты, ЛЭП и т.п.), а также для пропуска шквалов (хотя привычный вариант – отдать шкот рейка-гика, тоже работает). Выведенный в ГЛ парус полностью теряет тягу (см.график) и способен выдержать значительное усиление скорости воздушного потока, хотя конечный результат зависит от прочности ткани, размеров паруса, силы ветра и волнения. Волнение можно отыгрывать шкотами рейков, но в сильный ветер и большую волну лучше всё же в положении ГЛ смайнать клешню к биссектрисе, увязать её, и поставить на огрызок мачты «носовой платок».

Кренящая сила, кренящий и опрокидывающий моменты на клешне

Посмотрим на всем известную иллюстрацию по этому вопросу из книги Перегудова:

Кренящий момент швертбота

Прямая зависимость кренящего (опрокидывающего) момента от величины кренящей силы и высоты точки её приложения не вызывает сомнения, чем выше точка приложения силы тяги, тем больше кренящий момент. При вооружении лодки парусом клешня в Т-подвесе, тяговое усилие от которого практически полностью передается на лодку через шкоты рейков и галсы, которые закреплены на уровне палубы, высота приложения тягового и кренящего усилия будет значительно понижена, что в свою очередь резко уменьшит кренящий момент. Хождение под клешнёй в Т-подвесе, в этом смысле сродни хождению на лодке буксируемой кайтом, с той лишь разницей, что клешня находится на совсем уж коротких «стропах», а чистоте сравнения несколько мешает поддерживающая парус «недомачта», которая в некоторых положениях паруса (если она не свободнокачающаяся) всё же воспринимает от него нагрузки.

Лодки, буксируемые кайтом

Как уже отмечалось, для регулировки положения галсового угла клешни, желательно иметь два галса, проходящие через блоки у мачты и «дальний» блок, отнесенный от мачты к носу на некоторое расстояние. Такая регулировка обеспечивает нахождение галсового угла в некотором пространстве, проекция которого на плоскость палубы будет выражена некоторой близкой к эллипсу фигурой, имеющей даже «заходы» за мачту в сторону кормы. Однако, только в двух положениях галсового угла, он будет жестко (люфты не в счет) зафиксирован. Первое – под мачтой при полностью набитом подмачтовом галсе и отданом дальнем, и, второе, наоборот – подмачтовый отдан, дальний галс набит. В других положениях галсовый угол, закреплённый в пространстве двумя «растяжками», при ослаблении или изменении направления ветра или сильной качке, может смещаться в сторону ДП.

Положение галсового угла при набитом дальнем и отданном подмачтовом галсе представляет интерес, поскольку в этом случае клешня лишается балансирности и происходит передача нагрузки на мачту, что полностью меняет характер паруса, он становится более «мачтовым», кренящий момент растёт. Вместе с тем, усилие на шкоте нижнего рейка от работающего паруса становится совсем небольшим. Это свидетельствует о том, что клешня приобрела балансирность вокруг некоторой воображаемой оси, в формировании которой принимает участие и мачта, т.е. если на шкоте нагрузка падает, то в другом месте она возрастает, и похоже, что возрастает как раз на топе «воображаемой мачты», который расположен значительно выше физического топа «недомачты». Клешня как будто перестает быть змеем и становится пародией на косой штаговый парус, т.е. на балансирный стаксель. Однако, достаточно немного отдать галс, галсовый угол тут же уйдёт на ветер, шкот нижнего рейка «затяжелеет», мачта разгрузится, основные тяговые усилия от паруса снова будут передаваться через закрепленные на палубе шкоты и галс, резко уменьшится плечо в формуле опрокидывающего момента и клешня снова «станет змеем». И не просто парусом-змеем, а полубалансирным парусом-змеем, поскольку «игра» креном и тангажом приводит к повороту паруса вокруг вертикальной оси, вследствие чего некоторая его часть переходит на наветренный борт (на ветер от ДП).

Практика хождения под клешнёй показывает, что если использовать её как «кривой» стаксель, с набитым дальним галсом, то ход к ветру становится немного острее. Насколько это необходимо, нужно решать исходя из имеющихся ветровых условий, поставленных целей и т.п. Главное не забывать, что «раздача» усилия на мачту требует чтобы последняя была готова воспринять это без последствий и вовремя принять меры к открениванию лодки.

К вопросу несимметричности профиля паруса «клешня»

Ещё в далёком 2010 году, на ветке Crab Claw (gik.fordak.ru), коллега Филипп предложил проанализировать профиль «клешни» с учётом наклона оси симметрии паруса (биссектрисы галсового угла), т.е. изобразить профиль по линиям обтекания. На тот момент линии обтекания отождествлялись с исходным направлением потока.

Скриншот с форума

После многочисленных опытов, в которых фиксировалось направление потока на выпуклой поверхности, стало очевидно, что верхний поток на клешне, работающей в режиме одного вихря на острых курсах, искривляется по причине «подсоса» нижним вихрем и пересекает наветренный реек под углом около 90о. Колдунчики недвусмысленно указывают на это.

Обдув модели паруса "клешня краба"

Опыт с моделью «клешни» подтверждает феномен излома потока (правый снимок).

Если от фото перейти к схеме клешни в плане, и нанести наблюдаемое направление потока (под 90о к наветренному рейку), то очевидно, что расстояние от наветренного рейка до оси симметрии будет меньше расстояния от неё же до подветренного рейка.

Схема паруса "клешня краба"

Изобразив профиль «клешни» в плоскости перпендикулярной плоскости рейков паруса (секущей), увидим, что максимум профиля будет смещён к носку. Таким образом симметрия пуза клешни без учета направления потока, является кажущейся. Симметричность профиля (по линиям обтекания) будет наблюдаться только в том случае, когда поток будет направлен  перпендикулярно оси симметрии.
Т.е. – профиль клешни, под наклоном в рабочем положении не симметричен, за исключением упомянутого выше случая (перпендикулярности оси симметрии и потока).

Эффект поворота потока на выпуклой стороне

Хорошая визуализация поворота потока на верхней поверхности клешни. Колдунчик размещается на стойке и устанавливается на различной высоте от паруса. В первом эпизоде колдунчик поднят на высоту 2 см, во втором – 2 мм, т.е. в районе пограничного слоя.  Отчетливо видно, что при уходе рейка на ветер, поток в пограничном слое искривляется и обтекает поверхность паруса под более выгодным углом с точки зрения создания аэродинамической силы на стреловидном крыле, а именно, почти перпендикулярно передней кромке.