Парусную яхту положило на бок: до какого крена её возвращает киль

«А если порыв положит нас на бок, мы не перевернёмся?» Этот вопрос приходит в ту секунду, когда парус наполнился, палуба поехала вниз, а мачта показала на воду.

Короткий ответ: морская килевая яхта, которую положило мачтой на воду, то есть на 90 градусов, встаёт сама. Предел, за которым она бы уже не вернулась, у морских яхт обычно лежит между 110 и 140 градусами, а для лодки, рассчитанной на открытое море, американский журнал Practical Sailor считает нормой не меньше 120. До границы остаётся двадцать-пятьдесят градусов запаса, и обеспечивает его тяжёлый киль под днищем.

Парусная яхта идёт с креном: подветренный борт и леер почти у воды (фото: miketnorton, Wikimedia Commons, CC BY 2.0)

Киль как рычаг

На боку яхта выглядит как поломка: парус плашмя лежит на воде, мачта торчит вбок, а плавник киля поднялся над водой в другую сторону, как стрела подъёмного крана. Работает как раз эта стрела.

Вес яхты тянет вниз через одну точку, вода выталкивает корпус вверх через другую. Пока лодка стоит прямо, обе силы лежат на одной вертикали. Когда она ложится, под водой оказывается всё больше корпуса с нижнего борта, и выталкивающая сила уходит туда же, а центр тяжести, утянутый грузом киля, оказывается с противоположной стороны. Вес теперь тянет вниз у верхнего борта, вода толкает вверх у нижнего, и расстояние между этими двумя вертикалями работает рычагом: пара сил проворачивает корпус обратно.

Поэтому чем глубже посажен груз, тем выше предел. В расчёте Practical Sailor для трёх тридцатифутовых яхт он оказался самым большим у лодки с шестифутовой осадкой и самым маленьким у мелкой, с четырёхфутовой. Яхта с грузом в бульбе на конце киля держится прямее, чем яхта с такой же долей груза в длинном мелком киле. У девятиметровой «Хэппи», одной из парусных яхт каталога, осадка 1,68 метра: на столько уходит вниз её киль. У гоночной J/70, на которой гонялись на зимних регатах в Сочи, в киле 285 килограммов свинца.

Парусная яхта на подставке на берегу: под днищем плавник киля с грузом-бульбой на нижнем конце (фото: Jean-Pierre Bazard Jpbazard, Wikimedia Commons, CC BY 4.0)

В обычный день под парусом яхта лежит градусов на пятнадцать-двадцать: этот рабочий угол описан в разборе крена на повороте. Кренит её боковая составляющая той же силы, что толкает вперёд: парус работает как крыло, а как именно, рассказано отдельно. Порыв прибавляет и ход, и наклон, а мачта на воде — это угол раз в пять больше рабочего.

Катамаран устроен иначе: тяжёлого киля у него нет, палубу держит ширина двух корпусов, а про его ровный ход есть отдельный текст.

Сколько градусов в запасе

Точное число считает конструктор для каждой лодки, и разброс заметный. Всё, что стоит наверху, запас съедает: в испытаниях Wolfson Unit при Саутгемптонском университете яхта с обычными парусами показала 127 градусов, а с гротом, убирающимся в мачту, и генуей на закрутке — 96.

Для парусных яхт, которые продают в Европе, нижнюю планку задаёт стандарт ISO 12217-2. Для категории A, то есть для яхты, которой позволен океан, предел должен быть не меньше 130 градусов минус две тысячных от массы в килограммах и в любом случае не ниже ста: лодка массой пять тонн получит 120. Для морской категории B формула мягче, 130 минус пять тысячных массы и не ниже 95, те же пять тонн дают 105. Прибрежная категория C, ветер до шести баллов и волна до двух метров, довольствуется девяноста. Для закрытой воды, категории D, достаточно 75.

Выходит, что у яхты прибрежного класса запас по нормам может кончаться ровно там, где мачта ложится на воду. Справочная статья о восстанавливающем моменте тоже отмечает, что у многих парусных яхт предел опускается до девяноста градусов. У морской, с её 120 и больше, мачта на воде ещё далеко от края.

Contessa 32 на ходу в спокойной воде: крейсерская килевая яхта (фото: Matthew Haywood, Wikimedia Commons, Public domain)

Что бывает за пределом

Яхту можно довести до границы краном. В 2011 году британский журнал Yachting Monthly снял с крейсерской яхты мачты и стал поднимать её борт стропами. Около 130 градусов лодка, по описанию журнала, перевалилась сама, упала на палубу и осталась лежать килем вверх. В таком положении она была очень устойчива, и без крана не встала бы никогда. Тот же груз в киле, который на 90 градусах тянул её обратно, за границей тянет вниз.

Килевая яхта на причальном кране: под корпусом висит перо киля (фото: Ahunt, Wikimedia Commons, CC0)

В августе 1979 года на гонку Фастнет вышли 303 яхты, и шторм с волнами, по оценкам, до пятнадцати метров застал их в море. По докладу расследования, которое вели британские яхтенные организации RYA и RORC, 112 яхт клало на бок, у 77 из них мачта оказывалась ниже горизонтали или лодка переворачивалась, а пять побывали килем вверх от тридцати секунд до шести минут. Погибли пятнадцать яхтсменов.

Скала Фастнет с маяком у южного берега Ирландии: гонка названа по ней и огибает её (фото: Odd Wellies, Wikimedia Commons, CC BY 2.0)

В приложении к докладу сравнили две лодки. Запас устойчивости у Contessa 32 составил 156 градусов, у полутонника 1976 года постройки 117, и вторая, по выводу доклада, гораздо вероятнее остаётся килем вверх. Позже исследователи из Wolfson Unit нашли, что яхту с запасом от 150 градусов одно движение воды поднимает из перевёрнутого положения.

Contessa 32 в стропах под краном в цеху: виден киль (фото: Matthew Haywood, Wikimedia Commons, Public domain)

Эти градусы получают для медленного наклона в неподвижной воде. Ветер и ударивший сбоку гребень в такой расчёт не входят, и канадская федерация парусного спорта Sail Canada, разбирая те же нормы для гонщиков, предупреждает прямо: соответствие им не даёт полной защиты от опрокидывания.

Какой волны хватит, чтобы выйти за предел, известно лишь приблизительно. Яхтенные издания со ссылкой на бассейновые испытания в Саутгемптонском университете пишут, что почти любую яхту переворачивает ударивший в борт обрушивающийся гребень высотой около 55 процентов её длины, а для некоторых современных широких серийных лодок называют уже 40. На десятиметровой лодке это пять с половиной метров воды в одном случае и четыре в другом. Для конкретного корпуса точной цифры в этих оценках нет.