Тоска по крыльям

Колеса по воде

Все знают о важности изобретения колеса, и мало кто вспоминает про парус. Между тем, многие считают создание этого судьбоносного полотна более важной вехой человеческой цивилизации. Благодаря тому, что люди смогли путешествовать по морю, в неолите зародились первые города. Когда именно появился парус – доподлинно неизвестно. Археологические раскопки трипольской культуры свидетельствуют о том, что пользоваться парусными лодками люди начали с шестого тысячелетия до нашей эры. А данные по так называемому Убаидскому периоду, который продолжался примерно с 5500 до 3700 года до нашей эры, прямо свидетельствуют о существовании в ту эпоху парусных лодок.

Но зачастую авторство изобретения паруса почему-то приписывают древним египтянам. Тростниковые лодки с парусами у них и в самом деле были – об этом свидетельствуют изображения, сделанные около 3200 года до н. э. Впрочем, примерно в то же время такие суда использовали и шумеры. Считается, что именно они проложили морские торговые пути вплоть до долины Инда, а греки и финикийцы начали торговать на парусниках примерно к 1200 году до н. э.

Одно из ранних изображений паруса. britishmuseum.org

Квадраты, треугольники, трапеции

Первые паруса могли изготавливаться из шкур или обычных тростниковых циновок. Вероятно, они имели исключительно квадратную форму и использовались только при попутном ветре. Их устанавливали перпендикулярно его направлению: тот раздувал парус, и судно скользило по воде. Первые лодки, как и паруса, воображение не поражали – в длину эти суда имели около 15–20 метров, высота корпуса по борту равнялась всего 1–1,5 метрам, а мачта не превышала 10 метров.

Другая форма паруса – треугольная или косая, вероятно, появилась лишь спустя тысячелетия – во II веке. Это было обусловлено развитием судоходства, связанного с появлением военного и торгового флотов. Такие паруса называют латинскими, хотя их использовали не только в Средиземном, но и в Красном море, а также в Индийском океане. Косые паруса стали революцией во флоте! Они были куда более эффективны при слабой потяге и позволяли менять курс корабля по отношению к ветру в довольно широком диапазоне. Поэтому отныне мореплавателям были подвластны и норд-весты, и норд-осты, и зюиды!

Дау. arabianbusiness.com

Куда ветер дует?

Принцип действия латинского паруса коренным образом отличался от такового у его прямоугольного собрата. Его до сих пор используют и современные парусники. Если вы были на море, то наверняка замечали, что парусные яхты движутся туда, куда нужно капитану, а не в сторону направления ветра (даже если он встречный; на самом деле парусник не может идти против ветра – со стороны не всегда заметно, что он движется немножко под углом к нему, так называемыми галсами). И дело не в моторе, который установлен на большинстве таких судов (он нужен, чтобы спасти жизнь экипажу, когда парусом уже не воспользоваться: при поломке мачты, разрыве полотна, штормовом ветре).

Дело в том, что парус устанавливается не поперек, а практически вдоль направления ветра под небольшим углом к нему. Движущая сила возникает как составляющая аэродинамической из-за разности давлений между выпуклой и вогнутой частями паруса. Потоки воздуха изгибаются, чтобы обойти парус, при этом им приходится немного ускориться. Так возникает область низкого давления за парусом – она-то и генерирует «подъемную» силу.

То же самое происходит с подъемной силой крыла самолета, поэтому, чтобы понять, как работает косой парус – представьте такое крыло, установленное на палубе корабля. Только подъемная сила самолетного крыла использует встречный поток ветра и толкает железную птицу вверх, а вертикально расположенный парус – вперед.

Поток ветра, набегающего на него под углом 6–7 градусов, создает аэродинамическую силу, которую можно разложить на силу тяги, направленную по курсу судна, и силу дрейфа, то есть кренящую – ту самую, что смещает корабль с курса, вынуждая его дрейфовать под ветер. Большая часть производимой подъемной силы паруса направлена в сторону и лишь небольшое количество – вперед.

(а) Действие ветра на паруса яхты, идущей попутным ветром. Ветер дует прямо в корму яхте. Струи воздуха, набегая на парус, создают определенное давление на его наветренную сторону. Огибая парус, струи стремятся уйти (вместе со всем движущимся воздухом) дальше, вследствие чего на подветренной стороне паруса создается некоторое разрежение. В результате одновременного давления на наветренной стороне паруса и разрежения на подветренной его стороне возникает сила давления ветра на парус. Она-то и тянет его, а вместе с ним и яхту по направлению движения.
(б) Действие ветра на паруса яхты, идущей под острым углом к ветру. В этом случае сила R давления ветра на парус будет вызывать не только движение судна вперед, но и в значительной мере снос его в сторону, или, как говорят, дрейф под ветер. Т – сила тяги; D – сила дрейфа.
(в) Силы, действующие на паруса яхты. На рисунке – плоский парус, испытывающий давление ветра под определенным углом атаки.В этом случае за парусом образуются завихрения, на наветренной стороне его возникают силы давления, на подветренной — силы разрежения. Их результирующая R направлена примерно перпендикулярно к плоскости паруса. Сила X, направленная параллельно воздушному потоку, называется силой лобового сопротивления; она создается, кроме паруса, еще и корпусом, такелажем, рангоутом и экипажем яхты. Сила Y, направленная перпендикулярно воздушному потоку, называется в аэродинамике подъемной силой. Именно она на острых курсах создает тягу в направлении движения яхты.
Иллюстрации из книги «Школа яхтенного рулевого» (под ред. Е. П. Леонтьева)

Но вернемся к нашим судам. Желание увеличить площадь парусов и улучшить управляемость кораблей привело к увеличению количества мачт. Хотя даже во времена Римской империи этих матч уже было две: помимо основной появилась носовая наклонная – бушприт, которая предназначалась для улучшения маневренности судна. К XV веку стали строить трехмачтовые суда, состоящие из передней мачты – фока, центральной – грота и задней – бизани. Такие корабли уже обладали хорошей парусностью и в буквальном смысле отлично держали нос по ветру: бизань способствовала стабилизации курс судна, не позволяя ему «гулять» по волнам.

Крабы и жалюзи

Именно трехмачтовые корабли с разными видами парусов позволили мореплавателям вроде Колумба, Васко да Гама или Магеллана обогнуть земной шар. И сегодня паруса делятся по большому счету всего на две категории – прямые и косые. Первые имеют форму треугольника или трапеции, они симметричны: правая и левая стороны зеркальны по отношению друг к другу. Чаще всего их устанавливают на реях – горизонтальных балках, подвешенных за середину к мачте. Это основные паруса, которые определяют тип парусного вооружения судна. Их косых собратьев размещают на других элементах рангоута (так называют все виды устройств для установки парусов), и они почти никогда не бывают симметричными. Это вспомогательные паруса.

Косые паруса, впрочем, делятся на простые и рейковые. Первые, в свою очередь, бывают: бермудскими, гафельными, шпрюйтовыми и шпринтовыми. Все они отличаются разным креплением к мачте и формой – треугольники или неправильные трапеции. Рейковые подразделяются на латинские, люгерные, стоячие люгерные и разрезные фоки.

Иллюстрации из книги Владислава Крапивина «Фрегат "Звенящий"», rusf.ru

Существуют и экзотические типы косых парусов – например, клешня краба, который традиционно используют на островах Юго-Восточной Азии, Микронезии, Меланезии, Полинезии и на Мадагаскаре. Эти паруса тоже отличаются в зависимости от региона, но в целом напоминают оконечность крабовой клешни – сверху у такого паруса есть характерная полуовальная выемка.

Фото: Wade Fairley, thepolynesiansociety.org

Китайский тип косого паруса называют джонкой, как и одноименное парусное судно. Традиционно оно состояло из поперечных рей, на которые крепилась циновка из бамбука. Такие паруса могли складываться подобно жалюзи.

Фото: Indochina Junk, flickr.com

Что общего у паруса и утки?

Тысячелетия назад паруса, вероятно, изготавливали из того, что бог послал. А в те далекие времена он мог послать только вышеупомянутые шкуры животных, циновки из тростника и даже ткань, потому что ткачество зародилось задолго до появления самого паруса. Другое дело, что последняя, вероятно, была очень дорогой. Зато позже, когда ткачество стало более массовым, в ткань стали «одевать» не только людей, но и корабли.

Викинги, к примеру, ставили на своих судах паруса, сотканные из шерсти (подробнее о кораблях скандинавских мореплавателей читайте здесь). А вот голландские мореходы использовали так называемый «утиный холст» от местного слова doek – «льняной холст», превратившийся в английское duck («утка»). Такая ткань изготавливалась из хлопка и льна с небольшим добавлением конопляных волокон. Лен придавал парусу прочность и был его основой, хлопок делал его легче, а конопля позволяла достичь устойчивости к гниению от постоянной влаги.

1. Образец парусного полотна из льна, изготовленного в 1736 г. ussconstitutionmuseum.org
2. Ткацкий станок для изготовления голландской парусины (zeildoek), XVII в. gensnostra.nl
3. Мастера по изготовлению парусов за работой, США, 1930-е гг. Судя по логотипу на парусе – он сделан из «хлопковой утки». ussconstitutionmuseum.org

Детали прямых парусов:
(a – нижний парус; б – марсель (брамсель))
1) Парусина, открытая после взятия рифов; 2) подшивка; 3) верхняя шкаторина; 4) боковые шкаторины; 5) нижняя шкаторина; 6) «ноковый изгиб»; 7) шкотовый угол; 8) ликтрос; 9) боуты;
10) барусина, убираемая при взятии рифов; 11) риф-банты; 12) риф-сезени; 13) ноковый кренгельс;
14) «кость»; 15) риф-кренгельс для риф-шкентеля или штык-болта; 16) кренгельс риф-талей;
17) кренгельс для шпрюйта булиня; 18) стоплат. korabley.net

Паруса превращаются… в элегантные джинсы

Лен использовали в изготовлении парусов вплоть до XIX века, пока его таки не вытеснил более легкий хлопок. А все потому, что корабли становились больше – вместе с ними «росли» и паруса: лен попросту был слишком тяжел для них. Правда, этот материал все равно нет-нет да использовали хотя бы на отдельных парусах, ведь он был прочнее хлопка, который то и дело норовил порваться. Сначала «хлопковый переход» произошел в США, поскольку здесь его по большей части и выращивали, а потом постепенно и во всем мире. Так и мучились мореплаватели, комбинируя то лен, то хлопок вплоть до конца так называемой эры парусов – период с середины XVI до середины XIX века, когда в мировой торговле и военном деле господствовал парусный флот.

Лишь после того как серьезные морские суда превратились в пароходы, вопрос о парусниках стал уделом романтиков. Им, кстати, тоже повезло – в конце XX века натуральные волокна в парусах стали массово заменяться легкой, прочной и дешевой синтетикой. Современные паруса изготавливают из нейлона, полиэстера, лавсана, карбона, полиэтилена и множества других вариантов композитных материалов, в которые иногда добавляют натуральные лен и хлопок.

Паруса из нейлона. precisionsailloft.com

Выбор ткани зависит от типа судна – например, на гоночных парусниках используют кевлар – очень прочное термостойкое синтетическое, но дорогое волокно. Его применяют не только при изготовлении парусов, но и частей корпуса судов. Что и говорить – выбор у современных мореплавателей огромен, а с инновационными конструкциями паруса им даже не нужно желать попутного ветра!

Ткацкий станок, плетущий кевларовую ткань. Фото: Monty Rakusen / Getty Images, thoughtco.com