ГЛАВА 6. Наблюдения за волнами

ГЛАВА 6. Наблюдения за волнами

Можно только удивляться, как часто волнение оказывает решающее влияние на результаты парусных соревнований в море. В Последние годы мне гораздо чаще приходилось наблюдать за гонками, чем принимать в них участие, и хотя положение наблюдателя было для меня мучительным, именно оно позволяло мне обратить внимание на некоторые детали, которые остались бы незамеченными, если бы я участвовал в соревновании. Одна из таких деталей — влияние волнения на малые суда.

Почти с полной уверенностью можно утверждать, что большинство гонщиков при выборе курса заботится об извлечении наибольшей выгоды из течений и различных характеристик ветра и лишь немногие уделяют достаточно внимания изучению волновых условий. Часто можно видеть, как гоночный швертбот теряет лидерство только из-за стремления пробиться через маленькие крутые волны, в то же время другая яхта, может быть при более слабом ветре или менее выгодном течении, легко скользит по гладкой воде вблизи берега.

Выбор тактики для различных яхт

Чем легче яхта, тем чувствительнее она к любому неблагоприятному воздействию встречного волнения. Естественно, что на одни формы корпуса волновые условия влияют сильнее, чем на другие. Я вспоминаю случай, когда, плывя на яхте с плавными обводами и экипажем, имевшим значительный вec, мы увлекли менее груженную лидирующую яхту с худшими обводами с гладкой воды на короткое беспорядочное волнение — а затем эффектно и с большим удовольствием обогнали ее.

Некоторые яхты могут ходить на коротком беспорядочном волнении так же круто к ветру, как и на гладкой воде, но другие- я верю, что большинство, — имеют лучшую лавировочную скорость, если идут более свободно. Яхта с исключительно полными обводами и плоским днищем в носовой части будет ударяться о волны и замедляться на беспорядочном волнении и выгадывать при более полных курсах.

Единственный способ узнать, как на вашей яхте лучше всего проходить неправильное волнение, — это уяснить особенности ее формы и, предприняв непосредственно во время гонок некоторые эксперименты, затем руководствоваться их результатами. Законы поведения яхты точно и быстро определить нельзя, это всегда достигается методом проб и ошибок.

Когда следуешь первый раз на беспорядочном волнении, немного уваливаясь под встречный ветер, с удивлением видишь, насколько большую скорость развивает твоя яхта по сравнению с теми, что плывут предельно круто к ветру. Здесь следует найти золотую середину: хотя яхта, идущая свободнее, плывет гораздо быстрее, она должна покрыть значительно большее расстояние и может потерять преимущество, которое ей дает большая скорость. Найти ту золотую середину, которая помогает держать яхту на нужном курсе, нелегко для яхтсмена, не имеющего опыта плавания три волнении.

При плавании против ветра, уваливаясь на беспорядочном волнении, следует помнить, что из-за большей скорости и большего угла к волнам путь будет гораздо «мокрее». Яхты, идущие предельно круто к ветру, не будут принимать на борт много воды. Более того, при плавании под большим углом к свежему ветру гораздо труднее держать яхту на ровном киле.

Влияние обшивки корпуса

Прежде чем перейти к более детальному изучению волн, коснемся еще одного небольшого вопроса об относительном поведении лодок, обшитых внакрой и вгладь. Лодки, обшитые вгладь, замедляются волнами гораздо меньше, чем обшитые внакрой. В этом нетрудно убедиться, рассматривая поперечное сечение лодки, обшитой внакрой, когда она поднимается и опускается на волнах. При подъеме на волнении сопротивление дощатых краев существенно. На продвижение вперед края продольных досок влияют мало, так как поток воды вокруг корпуса в значительной степени следует за линией стыков хорошо построенного корпуса, но когда лодка подпрыгивает вверх и вниз и смещается вертикально относительно воды, то края обшивки перпендикулярны этому движению и сопротивление гораздо больше. По этой причине на яхте, обшитой внакрой, в лавировку стоит выбирать курсы, позволяющие избежать больших крутых волн, однако яхте, обшитой вгладь, выбор таких курсов большой выгоды не принесет.

При встречном волнении на яхтах с одинаковыми обводами гораздо мокрее при обшивке вгладь, чем при обшивке внакрой, так как края досок отталкивают воду от корпуса, а на гладком корпусе волны поднимаются до привального бруса, а затем разбиваются.

Наука о волнах

Учеными и судостроителями были выполнены обширные исследования по изучению волнения, но, к сожалению (и это вполне естественно), только незначительная часть накопленных знаний имеет какое-то отношение к проблемам, волнующим яхтсмена на малых лодках.

Трудности получения точных данных о волнах приводят к расхождению во взглядах даже между специалистами, занимающимися изучением волнения. Связь между факторами волнообразования и элементами волн описывается различными формулами, но для этой книги выбраны самые простые соотношения, которые были еще более упрощены для наших целей. Поэтому результаты, полученные путем вычислений по этим формулам, должны рассматриваться только как приближение, но совершенно адекватное. Если считать волны одним из факторов, оказывающих на исход гонок решающее влияние, очень важно понять, как они образуются и каким законам подчиняются.

Причины образования волн

Существуют многочисленные теории образования волн. Ни одна из теорий не описывает явление полностью, но поскольку практический интерес представляют следствия, а не причины, то такое состояние науки не должно нас особенно беспокоить. На начальной стадии волны вызываются, видимо, трением между движущимся воздушным потоком и неподвижной поверхностью воды. Вода замедляет воздушный поток, вызывая в нем вихри, при этом поверхность воды становится неровной, на ней образуется рябь Возникает порочный круг: из-за того, что поверхность воды стала неровной, трение увеличивается и усиливаются вихри над поверхностью воды.

Рис. 27. Принципиальная схема образования волн, по теории экранирования Джеффриса

Сразу после образования волн начинает работать так называемый механизм экранирования Джеффриса, согласно которому воздушный Поток над крупными волнами существенно искажается. Это влияет на парус маленьких яхт типа швертботов-одиночек. Согласно теории Джеффриса, поток воздуха давит на наветренный склон волны, более или менее плавно поднимается по склону и на гребне направлен несколько вверх, а затем, падая, давит на склон следующей волны; разрыв под гладким воздушным потоком на наветренном склоне волны заполняется турбулентным вихрем таким образом, что эта часть волны экранируется от действия ветра. Рисунок 27 помогает понять этот механизм.[5]

Теория Джеффриса не является полностью справедливой, так как в ней не учитывается скорость самых быстрых волн, которые могут двигаться со скоростью ветра или еще быстрее, тогда как обычно при устойчивом в течение значительного времени ветре волны движутся со скоростью, составляющей примерно ³/₄ от скорости ветра. Тем не менее в образовании более медленных волн механизм экранирования играет важную роль Восходящие потоки воздуха над гребнями используют парящие морские птицы.

Теоретически рябь появляется при ветре около 2 узлов, но при этом настоящие волны не образуются и не поддерживается существование уже сформировавшихся волн, уходящих в районы с меньшей скоростью ветра Если ветер, образовавший рябь, стих, то поверхность воды опять становится гладкой как зеркало.

Следовательно, темные полосы ряби в тихий день являются хорошим индикатором скорости ветра у поверхности воды, хотя это не обязательно означает, что там, где ветровых полос нет, несколько выше поверхности воды ветер отсутствует. Для яхтсмена наблюдение за ветровыми полосами в штиль очень важно, но эти полосы не всегда являются безошибочными признаками лучшего парусного ветра, так как яхту движет ветер не у самой поверхности, а несколько выше.

Необходимо подчеркнуть, что рябь вызывается относительным движением воды и воздуха непосредственно над поверхностью. Поэтому при наличии течения рябь может образовываться при штиле. Таким образом, темные полосы на воде не всегда говорят о ветре, в равной степени они могут быть следствием течения. Необходимо также отметить, что ветер, при котором обычно появляется рябь, не образует ее, если вода движется примерно в том же направлении и с той же скоростью, что и воздух При таких условиях гладкие участки водной поверхности могут означать наличие попутного течения. Аналогично, если легкий ветер дует в направлении течения, а ери штиле течение уже образовало рябь, то ветер может ее уничтожить. Следовательно, используя рябь как индикатор наличия ветра или течения, необходимо помнить все перечисленные обстоятельства. (См также с. 71–76.)

На размеры волн влияет расстояние, на котором развивались ветровые волны. Это расстояние называется разгоном ветра (или волн). Для понимания влияния разгона на волны рассмотрим, как на них действует волнолом Один и тот же ветер может быть как до, так и после волнолома, но волнение будет существенно различным За волноломом оно образовано ветром при ограниченном разгоне и поэтому относительно невелико и может быть безопасным.

На образование волн влияет также вязкость: в натурных условиях крупные волны при скоростях ветра менее 8 узлов образуются редко. Непрерывное воздействие усиливающегося ветра формирует большие волны, но затем диссипация и турбулентность ограничивают размеры волн, и дальнейшая энергия, поступающая от ветра, расходуется только на увеличение их длины и скорости. Например, известно, что при сильном шквале образуются крутые, беспорядочные маленькие волны, которые, в отличие от сравнительно высоких волн, не имели достаточно времени, чтобы достигнуть значительной длины или скорости.

Зыбь

Абсолютно правильные большие волны сравнительно редки даже в открытом океане, в прибрежных водах они встречаются еще реже. Волны, образованные сильными ветрами, затухают медленно и поэтому проходят большие расстояния; такие волны, которые движутся без помощи ветра, называют зыбью. Очень часто в одном и том же районе одновременно могут наблюдаться две или три системы зыби. Часто при местном ветре на гребнях зыби образуются волны меньших размеров и другого направления. Все это может происходить в открытом море, в сотнях миль от суши, поэтому легко представить сложную картину интерференции на мелководье у подветренного берега и при наличии течений.

Достаточно странно и, вероятно, противоречит распространенному представлению мое мнение о том, что волнение на соревнованиях швертботов и других маленьких яхт часто более регулярно, чем в центре Атлантики; причина заключается в ограниченности разгонов в районах соревнований, поэтому волны здесь молодые, следовательно, совпадают с наблюдающимся ветром и не «перепутаны» с волнами, зародившимися в других районах.

Хорошо известно, что зыбь, образовавшаяся при сильном ветре, может существовать долго после того, как ветер стих. Неудивительно, что скорость зыби очень часто существенно превышает скорость местного ветра. Менее известно (об этом мы уже упоминали), что при достаточно большом разгоне и устойчивом ветре скорость волн может быть значительно больше скорости породившего их ветра. Имеется запись волн со скоростью 60 узлов; 30 узлов- скорость вполне обычная.