Может ли парусник идти быстрее ветра: вымпельный ветер, парус-крыло и рекорды

Флаг на причале показывает ветер над берегом. Флюгер на верхушке мачты яхты, идущей под парусом, показывает другой ветер: настоящий плюс встречный поток от самого хода лодки. Разница бывает заметной, и с неё начинается ответ на вопросы, которые на борту задают чаще других: как идти против ветра, если он дует в паруса? И бывает ли парусник быстрее самого ветра? Бывает. Рекорд скорости под парусом, 65,45 узла, или 121 километр в час, поставлен в Намибии в 2012 году, и ветер в тот день был медленнее лодки примерно в два с половиной раза. Прогулочная яхта так не сможет, но парус у неё работает по тому же принципу.

Ветер, которого нет на берегу

Велосипедист в полный штиль всё равно чувствует ветер в лицо: двадцать километров в час навстречу воздуху дают те же двадцать. Лодка устроена так же. К настоящему ветру добавляется ветер собственного хода, и вместе они образуют вымпельный, или кажущийся, ветер. Он надувает паруса, и его показывает флюгер.

Флюгер на верхушке мачты парусной яхты. Иллюстрация

У быстрой лодки вымпельный ветер заваливается всё ближе к носу. Ледовый буер идёт под углом 135 градусов к ветру и в шесть раз быстрее него, и вымпельный ветер приходит к нему под углом всего около семи с половиной градусов к курсу. Настоящий ветер дует буеру в корму со стороны, а для паруса поток почти встречный.

Буер класса DN на льду озера Санапи в Нью-Гэмпшире: стальные полозья скользят почти без сопротивления (фото: HopsonRoad, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

Парус работает как крыло

Парус можно представить крылом самолёта, поставленным вертикально. Воздух обтекает выпуклый профиль, и возникает сила, перпендикулярная набегающему потоку, то есть вымпельному ветру. Пока вымпельный ветер не заходит за спину, у этой силы есть составляющая вперёд. Вторая её часть валит лодку набок (почему яхта при этом встаёт обратно) и сносит в сторону; снос гасит киль, который под водой работает так же, как парус в воздухе.

На крутом курсе боковая сила растёт, а тяга падает. Примерно в сорока-пятидесяти градусах от настоящего ветра, у каждой лодки по-своему, тяга пропадает: это «мёртвая зона». От вымпельного ветра, который приходит ближе к носу, тот же курс отсчитывают меньшим углом: градусов тридцать-тридцать пять у хороших яхт. Прямо на ветер лодка не идёт: она петляет по обе стороны от цели, а между отрезками этой петли делает поворот оверштаг. Кто стоял на палубе парусной яхты на таком курсе, помнит наклон палубы и ветер в лицо, который сильнее, чем у причала.

Яхта на курсе круто к ветру, вид с палубы: палуба наклонена, паруса выгнуты (фото: Arnas Goldberg, Wikimedia Commons, CC BY 3.0)

Что держит прогулочную яхту

Тяжёлая однокорпусная яхта упирается в волну собственного носа: у неё есть потолок скорости, он зависит от длины корпуса, и ветер этот потолок почти не поднимает. Поэтому на прогулке узлы решают немного, и в объявлениях их обычно не пишут. Лёгким лодкам этот потолок не страшен: катамаран с тонкими корпусами почти не строит волну, а лодка на подводных крыльях поднимается над водой целиком. Самые быстрые из них, яхты Кубка Америки, идут над водой на крыльях быстрее 55 узлов.

Почему по ветру быстрее не получится

На попутном курсе парус перестаёт быть крылом и становится ширмой: его просто толкают. Лодка разгоняется, вымпельный ветер слабеет, а когда скорость сравнялась с ветром, толкать становится нечем. Обогнать ветер, который лишь подталкивает парус в спину, нельзя.

Рекордсмены идут иначе: под большим углом к ветру, но не против него. Парус остаётся подтянутым почти вдоль лодки и тянет как крыло. Даже если считать только продвижение по ветру, сухопутные яхты на курсе в 135 градусов к нему нередко уходят более чем вдвое быстрее тех, что идут точно по ветру.

Лёгкие, на крыльях и на льду

У узких лёгких корпусов такого потолка нет. Чем меньше сопротивление, тем дольше лодка разгоняется: вымпельный ветер при этом усиливается и заходит вперёд, парус продолжает тянуть, и скорость уходит выше скорости настоящего ветра. Гоночные катамараны и лодки на подводных крыльях доходят до двух скоростей ветра. Французская трёхкорпусная Hydroptère в 2009 году прошла 500 метров со скоростью больше 50 узлов при ветре около тридцати, то есть примерно в 1,7 раза быстрее него.

Hydroptère на тренировке в Лонг-Бич в августе 2012 года: трёхкорпусная лодка идёт на подводных крыльях (фото: Thomas Lesage, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

Лёд убирает воду вовсе. Буер стоит на трёх полозьях с заточенными стальными кромками: они не дают сползать вбок, как киль, и скользят почти без сопротивления. Буера идут в пять раз быстрее ветра и больше, а практический предел для парусных судов оценивают примерно в шесть. Одиночный буер класса DN придумали в 1937 году по заказу газеты Detroit News, чтобы его можно было построить дома; идёт он со скоростью от 89 до 109 километров в час. Сухопутная яхта Greenbird с жёстким вертикальным крылом вместо паруса 26 марта 2009 года развила 202,9 километра в час на высохшем озере Айванпа, а её создатель говорит о скоростях в три-пять раз выше ветра.

Ледовые буера на озере Калхун в Миннесоте, старый снимок из архива (фото: Bromley, Edward A, Wikimedia Commons, Public domain)

Пятьсот метров за 14,85 секунды

Рекордный Vestas Sailrocket 2 тоже несёт жёсткое крыло вместо паруса и идёт на подводных крыльях: это карбоновый аппарат австралийца Пола Ларсена. Для заездов выбрали Уолвис-Бей, где ровная вода и сильный ветер. 24 ноября 2012 года аппарат прошёл мерную дистанцию в 500 метров за 14,85 секунды, и Совет по рекордам скорости под парусом утвердил 65,45 узла.

Уолвис-Бей с воздуха: лагуна и песчаная коса на побережье Намибии (фото: WiPhi267, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

До ноября 2012 года рекорд на этой дистанции, 55,65 узла, числился за кайтбордистом: в 2010 году в Намибии его поставил Роб Дуглас, на доске, которую тянул воздушный змей.

Кайтбордист в облаке брызг на пляже Бамбург в Нортумберленде: доска и тросы, уходящие к змею за кадром (фото: mattbuck (category), Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)