«ЛЕТЯЩАЯ ПО ВОЛНАМ»

 

Так получилось, я все детство и юность  прожил на берегу Каспия на севере Туркмении в п. Бекдаш,. Когда я был еще малышом, я часто занимался различными самоделками. Самой распространенной самоделкой  была модель лодки.. и самолета.  Лодка строгалась из дерева или «балберки» - поплавка от сетей. Первый восторг был, когда лодочка приобретала форму настоящей лодки и ее можно было таскать на нитке по воде и песку. Вполне детская игрушка, которая уже в раннем возрасте начинает заставлять маленького человека думать. Вторым этапом была установка паруса и руля. Лодка стала плавать самостоятельно, но было трудно направить плыть ее, куда надо. Так постепенно начались осмысливаться физические законы и решались вопросы ее остойчивости и надежного управления. Для этого использовались приемы закрепления балластного груза и канатного тормоза. Переход «от простого к сложному» поднимал мою грамотность в судовождении и кораблестроении. Каждое преодоление новой задачи приносило необычайную радость творчества. Шел рост профессионализма.

Чувство радости, рожденное творчеством! О нем непременно скажет каждый, кто хотя бы однажды воплотил в реальность собственный замысел. Творчество — мощный стимул технического прогресса, и каждый из вас дол­жен постоянно помнить об этом. Как часто от учеников средних классов можно услышать: в свободное время, мол, скучно, нечем заняться. Хороших моделей, неожиданных и надолго увлекающих технических игрушек в магазинах не купишь. Те же, что продаются, не всегда интересны, на второй-третий день уже забываются — в них нет  творческого начала. Дело можно поправить, если самому взяться за изготовление... Только вот какой модели? Конечно же, какой-нибудь особенной. А где взять такую модель? Где на нее можно посмотреть? Не смотрите на  готовые конструкции, как на совершенство. Знайте, все, что вы видите, построено за счет многократного совершенства прошлых конструкций. А совершенству нет пределов. Во-первых, нужно быть внимательным и обращать внимание на некоторые несовершенства конструкции. Сначала: что-то мне здесь не нравится. Ах, вот это… Второе действие – ваша идея: что нужно сделать, чтобы решить проблему? Загружаем голову.

Постепенно, принятая к разработке идея, будет обрастать, как снежный ком, новыми идеями, предложениями, задумками. И вот вы уже самостоятельный конструктор нового устройства, которое …работает.  Такого нет ни у кого – вы единственный в мире обладатель и воплотитель идеи в устройство. Хочется кричать как лягушка-путешественница: «Это я…Это я все придумала и воплотила». Остановитесь и еще несколько раз посмотрите на свое «чудо» критично и вот вы замечаете, что там нужно что-то подправить, а там полностью изменить, да и это …что-то не очень нравится. Идет процесс творчества. Для некоторых людей он как наркотик. Трудно выйти из процесса. Он тебя преследует за другими занятиями и в периоды отдыха в постели. Это процесс «фантазий» - в голове просматриваются варианты. Как любой повар, готовя еду, перемешивает компоненты, так и конструктор перемешивает варианты, физические явления для достижения своих целей. Сейчас, на маленьком примере, я хочу показать, как происходит процесс творчества конструктора и хочу увлечь Вас в конструирование новой,  особой яхты, которой еще ни у кого нет .

Все началось с того, что, повзрослев, я стал задумываться о самостоятельных больших путешествиях. Местные путешествия вдоль восточного берега Каспия меня уже не удовлетворяли и я стал задумываться о пересечении Каспийского моря. Имеющиеся моторные средства меня не удовлетворяли своей надежностью. Нужно было что-то выбрать понадежнее. Выбор пал па судно парусное, но построить что-то надежное не было возможностей. Так идея осталась «на созревании» на долгие годы.

 Мне нравится безмолвное скольжение по воде под парусом. Когда нет большого волнения на воде, то  движение под парусом, подобно полету.  Но вот ветер усиливается, усиливается волнение, судно начинает качаться и крениться, хотя скорость его увеличивается не очень. Вся беда парусного судна – это крен и качание.  Из-за них пропадает удовольствие ходить под парусом. И вот возникает вопрос, а что можно сделать, чтобы избавиться от этих бед?  На первый взгляд, это невозможно. В основе парусного хода лежит действие ветра, который через паруса создает опрокидывающий момент, который кренит  судно и старается его опрокинуть.

 Отойдем от классической схемы парусных судов. Давайте попробуем другой принцип. А что если вместо парусов на мачтах использовать воздушный змей. Сразу можно заметить кучу всяких преимуществ. Воздушный змей можно поднять довольно высоко, где скорость ветра намного больше и он там стабильнее. Леер от воздушного змея можно закрепить на судне таким образом, что он не будет создавать кренящего эффекта – если линию леера расположить через центр тяжести судна. Можно закрепить леер так, что будет крен отрицательный.  Так как воздушный змей имеет подъемную силу, то эта сила дополнительно будет вытягивать судно из воды. Как видно, такие летающие паруса могут позволить развить на парусном судне такие большие скорости, как у судов с подводными крыльями. Поэтому, я даю название этому типу судов «ЛЕТЯЩАЯ ПО ВОЛНАМ».

В эксплуатации такого судна кроме преимуществ имеется много недостатков именно из-за высокой скорости движения. Этого не нужно бояться. Когда-то и реактивный самолет тоже был необуздан. Через строительство и испытание нового судна «летящая по волнам», яхтсмены получат удивительное судно, которое можно использовать даже для пересечения океана, для соревнований в кругосветных гонках. Большое удовольствие можно получить и при прогулках вдоль берегов в зоне бризовых ветров. Использовать такие воздушные змеи можно в спасательных шлюпках и плотах. Представьте себе крушение судна. Сильный ветер и штормовая волна. Грести невозможно. Вы выпускаете воздушный змей яркой окраски … и он будет тянуть спасательное судно более ориентированно. Яркая окраска змея поможет спасательной службе найти терпящих бедствие намного быстрее и быстрее их спасти.

Для того, чтобы строить «летящую по волнам», нужно знать элементы теории о воздушных змеях, ветре и даже морских течениях.

 

ВОЗДУШНЫЕ ЗМЕИ

 

Первых и последних воздушных змеев я видел только в детстве. В современной действительности они не получили распространения. Почему? Очень часто они замыкают высоковольтные провода и от этого могут пострадать целые населенные пункты. Впрочем, из-за этих проводов часто падают самолеты и вертолеты. Однако, если подходить к этому более творчески, то всегда можно найти места, где можно запустить змея. А водные просторы озер и морей – это совсем не освоенная и безопасная территория

Первый воздушный змей поднялся в небо несколько десятков веков назад. В то время вряд ли кто мог объяснить, почему он взлетает и какие силы на него действуют в полете.

Долгое время змеи использовались только для забавы и развлечений. В странах Юго-Восточной Азии, например, устраивались битвы воздушных змеев. В небо запускали двух змеев, предварительно смазав клеем и посыпав толченым стеклом бечевки, удерживающие их на привязи. Победителем считался тот, кому первому удавалось перепилить бечевку противника.

Применение змеев для научных наблюдений началось около 200 лет назад. Пионерами в этом деле были американский физик Б. Франклин и русские ученые М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман. Опыты с воздушными змеями помогли им доказать электрическое происхождение молнии, установить наличие положительного и отрицательного зарядов, проверить идею молниеотвода.

А в конце XIX в. большие коробчатые змеи послужили прообразами первых конструкций летательных аппаратов тяжелее воздуха А. Ф. Можайского, братьев Райт. В это же время воздушные змеи стали широко использовать для метеороло­гических исследований. С их помощью ученые поднимали самопишущие приборы на высоту нескольких сот метров и измеряли там скорость ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное давление.

И в наши дни интерес к воздушным змеям не потеряв. Творческая мысль изобретателей многих стран рождает все новые и новые конструкции воз­душных змеев: плоских и коробчатых, надувных и роторных  — все они отличаются друг от друга внешним видом, летными качествами или технологией изготовления.

Почему взлетает воздушный змей? Ответить на этот вопрос поможет упро­щенный чертеж (рис. лпв-1).

 

Пусть линия АВ изображает разрез плоского змея. Предположим, что змей взлетает справа налево под углом а к горизонту или набегающему потоку ветра. Рассмотрим, какие силы действуют на модель в полете. На взлете плотная масса воздуха препятствует движению змея, другими словами, оказывает на него некоторое давление. Обозначим силу давления г,. Теперь построим так называемый параллелограмм сил и разложим силу' Рх на

две составляющие — F2 и F3. Сила F2 толкает змей от нас, а это значит, что при подъеме она снижает его первоначальную горизонтальную скорость. Сле­довательно, это сила сопротивления. Другая сила F3 увлекает змей вверх, поэтому назовем ее подъемной.

Итак, мы определили, что на воздушный змей действуют две силы: сила сопротивления F2 и подъемная сила F3. Поднимая модель в воздух (буксируя ее за леер), мы как бы искусственно увеличиваем силу давления на поверх­ность змея, т. е. силу Ft. И чем быстрее мы разбегаемся, тем больше ста­новится эта сила. Но сила Fu как вы уже знаете, раскладывается на две состав­ляющие: Т2 и г 3. Масса модели постоянна, а действию силы F2 препятствует леер. Значит, увеличивается подъемная сила — змей взлетает.

Известно, что скорость ветра с высотой возрастает, ведь чем выше от земли, тем меньше предметов, которые препятствовали бы его движению. Вот почему при запуске стараются поднять змей на такую высоту, где ветер мог бы его поддерживать. О ветре мы поговорим позже и подробнее.

Рис. лпв - 1.  Разрез плоского змея и силы действующие на него.

 

Рис. лпв -2.  Опыт, демонстрирующий возникновение подъемной силы

 

В полете змей всегда находится под определенным углом к направлению вет­ра. Понять это поможет простой опыт. Возьмите прямоугольный лист картона (рис. лпв-2). Точно по центру прикрепите его к оси ОО. Предположим, что лист вращается вокруг оси без трения и в лю­бом положении находится в состоянии равновесия. Допустим также, что ветер дует с постоянной силой перпендику­лярно плоскости листа. В этом случае он не может повернуть лист вокруг оси ОО, поскольку действие его распреде­ляется равномерно на весь лист. Теперь попробуйте установить лист под некото­рым углом к ветру. Вы увидите, как воз­душный поток тотчас возвратит его в первоначальное положение, т. е. пос­тавит под прямым углом к направлению своего действия. Это значит, что из двух равных частей листа, разделенных осью ОО, большее давление испытывает та часть, которая наклонена в сторону вет­ра. Поэтому, чтобы плоскость листа ос­тавалась в наклонном положении, нужно поднять ось вращения ОО. Чем меньше угол наклона листа, тем выше нужно пере­двинуть ось. Так определяется центр давления. А сила ветра, поддерживаю­щая плоскость в наклонном положении,— это подъемная сила, приложенная в цен­тре давления. Но угол наклона змея не остается постоянным: ведь ветер никогда не дует с одной и той же скоростью.   

 

 

 

Рис. лпв - 3.  Опыты,  показывающие  неустойчивое(а) и устойчивое (б) закрепление палочки(змея) к уздечке.

 

Вот почему, если бы мы привязали к змею бечевку (дальше ее будем называть леером) в одной точке, например в точке совпадения центра давления и центра тяжести, он начал бы кувыркаться в воз­духе. Как вы уже поняли, положение центра давления зависит от угла а, и при порывистом ветре эта точка пос­тоянно смещается. Поэтому, чтобы сде­лать модель более устойчивой, между ней и леером привязывают уздечку из двух-трех и более бечевок.

Проделайте еще один опыт. Возьмите палочку АВ (рис. лпв-3, а). Пусть она сим­волизирует сечение плоского змея. Под­весьте ее за нитку в центре так, чтобы  она приняла горизонтальное положение.      Затем  прикрепите  недалеко  от  центра тяжести О грузик. Действующий с силой R, имитирующий центр давления.

 

Палочка сразу же потеряет равновесие и примет почти вертикальное положение. А теперь попробуем эту палочку подвесить на двух нитках, как показано на рис. лпв-3, б, и снова привяжем к ней тот же грузик: палочка будет сохранять равновесие независимо от положения грузика. Этот пример наглядно демонстри­рует роль уздечек, которые позволяют центру давления свободно переме­щаться, не нарушая равновесия.

На примерах нескольких простейших моделей легко уяснить положения, объясняющие полет воздушных змеев. Имеется множество  конструкций и  моделей воздушных змеев. Нас будет интересовать конечно конструкции мягкие, ранцевые, которые можно как парашют хранить в ранце, а в нужный момент запустить в верх. Думаю, что легче всего и быстрее всего запускать мягкие воздушные змеи с помощью маломощных ракет с пороховыми зарядами. Здесь должна соблюдаться особая технология.

По размерам такие ранцевые воздушные змеи должны быть тоже различными. Для спасательных плотов, учитывая штормовое состояние – они должны быть самыми малыми, а для гонок – самыми крупными.

Конструкции воздушных змеев, в основном, не управляемые. Существующие в настоящее время достижения техники позволяет создать автономное и дистанционное управление воздушных змеев. Так, перемещая узел уздечки, можно поднимать, опускать, перемещать вправо - влево сам змей. Такие возможности регулировать горизонтальную и вертикальную тягу воздушного змея позволяют регулировать режим хода судна от самого малого до глиссирующего.

 

КОРПУС  «ЛЕТЯЩЕЙ ПО ВОЛНАМ» рис. лпв - 4, 5, 6.

 

Так как я уже имею некоторый опыт в конструировании скоростных катеров и немного изучал и видел конструкции яхт, швертботов, то после долгих размышления пришел к выбору судна для воздушного змея. Это трехкорпусное судно – тримаран. Тримаран – самое устойчивое судно и с большой палубой.. Это очень важно при запуске змея и его укладке. Нужно много места.

Три узких корпуса имеют большую остойчивость, чем однокорпусное судно одного того же водоизмещения. Это особенно важно при скоростном движении. Три корпуса – это тройная гарантия для выживания при крушении, которое порой трудно предусмотреть. Так, при большой скорости можно всегда наскочить на спящую рыбу, дельфина, кита, плавающий «мусор» и прочие препятствия, то такие встречи на большой скорости чреваты пробоем корпуса и течью. Это я уже вижу «летящую по волнам» в гонке по океану, как по разбитой мостовой.

Сама конструкция корпуса должна быть из двухслойных поплавков с переборками безопасности.. Жесткие конструкции поплавков в этом судне неуместны по технике безопасности – скорости большие, а удары нужно сглаживать за счет амортизации корпусов. В изолированных отсеках хранятся продукты, вода, снасти, воздушные змеи и прочее..

Корпуса объединяются палубой. На центральном корпусе находится кубрик обтекаемой формы, на котором находится надстройка -  рубка управления. На мачте крепится электронный флюгер и датчики скорости ветра.. На палубе закреплена направляющая рельса, по которой перемещается каретка с узлом крепления леера воздушного змея и лебедка для его выпуска или уборки. Трехкорпусная конструкция судна дает возможность установки на нем выдвижных подводных крыльев,  килей (швертов), крепления подъездного плота или катера.

Мною предоставлен черновой эскизный проект  «бегущий по волнам» для покорения рекорда скорости пересечения океанов на чертежах лпв-4, лпв-5,  лпв-6 .

 

 

Она предназначена для команды из трех человек. Почему не одного? – С увеличением скорости движения, увеличивается нагрузка на яхтсмена. Дело это пока не освоенное и рискованное. Думаю, после освоения технологией навигации на такой яхте, на ней будут ходить и одиночки. Впрочем, я даже и не знаю, правильно ли называть яхтсменом человека работающего не с парусами, а с воздушным змеем. Да, и можно ли мою конструкцию назвать яхтой? Оставим название в силе, так как мы имеем движение морского судна под действием ветра.

Для длительных путешествий требуются только самые необходимые условия проживания: кубрик на три места, и рубка управления – минимум удобств. Также требуется неприкосновенный запас  еды и воды суток на 10. Это на случай аварии или другого обстоятельства. Теперь можно собираться в плавание на «летящей по волнам».

  Сначала нужно потренироваться в управлении судном со змеем. Спокойно выпускаем самый малый змей и проверяем ход яхты на свободной воде. При этом, можно проверить изменение скорости с использованием подводных крыльев. Если ход нас не устраивает, меняем змей малой площади на змей большей площади. Ведем журнал скорости ветра, используемого змея, скорости движения при подводных крыльях и без них. Такой журнал позволит быстрее анализировать режим хода яхты.  После приобретения навыков судовождения на «летящей по волнам», можно пристроиться к организованной регате парусных яхт и сравнить результаты, а затем  приступать  к организации нового  вида гонок с воздушными  змеями или к самостоятельным путешествиям по морским и океанским просторам.

 Я уже увлек Вас кругосветным путешествием на «летящей по волнам» или еще сомневаетесь? Для начала можно попробовать принцип «хождения под воздушным змеем»  самым простым способом. Для начала, сделайте змей площадью всего в 1 кв.м., запустите его  и привяжите к любому плавающему объекту: резиновая лодка, катер, плот …  и покатайтесь – небывалые ощущения. Ближе к цели! – используйте легкий швертбот… Получив навык управления судном под воздушным змеем, Вы можете  попробовать увеличить его площадь, место крепления леера и снова попробовать. Ваш потенциал и интерес возрастает. Уже можно ставить подводные крылья!  Вы стали перегонять моторные лодки!!! Как и при плавании под парусом, здесь тоже необходимо соизмерять площадь змея со скоростью ветра – можно  совсем оторваться от воды и взлететь – это уже перебор для экстремалов.

 

ЧИСТОЙ ВАМ ВОДЫ И ПОПУТНОГО ВЕТРА!

 

 

КСТАТИ, ПОГОВОРИМ О ВЕТРЕ

 

Так как мы собираемся путешествовать под действием ветра, нам просто необходимо иметь  элементарные познания о нем. Перемещение воздуха из области высокого ат­мосферного давления в область низкого атмосферного давления называется ветром.

Атмосферное давление — это вес столба воздуха от верхней границы атмосферы до водной поверхности. Плотность воздуха постоянно меняется из-за колебаний температуры, влажности и других причин, что приводит к изменению его веса, а следовательно, и атмосферного давления.

Нормальным атмосферным давлением считают давле­ние массы ртутного столба высотой 760 мм на площади 1 см², измеренном на уровне моря на широте 45° при тем­пературе 0°С. Атмосферное давление измеряют либо в миллиметрах ртутного столба, либо в миллибарах (760 мм ртутного столба соответствует давлению в 1013 милли­бар).

Единицами измерения скорости ветра являются метры в секунду, километры в час и узлы. В морской практике также распространена оценка силы ветра в баллах по шка­ле Бофорта.

Шкала Бофорта — это условная шкала в баллах в виде таблицы, приводимой во многих руководствах по парусно­му спорту. В таблице сила ветра выражается по его дей­ствию на наземные предметы и по волнению на море. Эта шкала, содержащая оценку силы ветра по 12-ти балльной системе, предложена Ф. Бофортом в 1805 году, а в 1874 году принята Международным метеорологическим коми­тетом. На метеостанциях сила ветра определяется в бал­лах с помощью флюгера (прибор для определения направ­ления и силы ветра), установленного на высоте 10 м.

Следует заметить, что сила ветра в баллах и волнение моря в баллах — разные понятия и их не надо путать.

В последние годы в парусной практике чаще использу­ется оценка силы ветра в метрической системе единиц, т. е. скорость ветра измеряют метрами в секунду.

Направление ветра отсчитывается от точки горизонта, откуда он дует, и измеряется в градусах. Факторами, оп­ределяющими силу и направление наземного ветра, явля­ются: перепад атмосферного давления, солнечное нагре­вание, разнообразие тепловых условий прибрежных райо­нов, топография этих районов, высота над уровнем моря.

Эти факторы в той или иной степени влияют на характер барического ветра и являются причиной появления ветра местного значения, который почти никогда не бывает по­стоянным ни по направлению, ни по силе.

В результате трения нижних слоев воздушного потока о поверхность земли или воды прилегающие к ним струи воздуха затормаживаются сильнее, чем часть потока, на­ходящаяся выше. Метеорологическими наблюдениями ус­тановлено, что характер изменения ветра по высоте, или так называемый вертикальный градиент, зависит от усло­вий погоды и состояния моря. На рис. лпв-7 показана типич­ная кривая ветрового градиента для средних метеоусло­вий над открытым морем. Вблизи берегов или на внутрен­них водоемах характер кривой может быть иным.

 

С увеличением высоты над уровнем моря скорость вет­ра растет. Это, естественно, влияет на вертикальное рас­пределение направления вымпельного ветра, а следова­тельно и на работу парусов. В таких условиях необходимо допускать некоторое скручивание паруса по высоте, либо это должно быть учтено при закрое паруса, так как откло­нение вымпельного ветра по вертикали будет различным. Это явление сильнее выражено в слабый ветер; при силь­ном ветре градиент его скорости меньше. Как видно из графика, использование воздушного потока ветра на высоте более 20 метров воздушным змеем дает большие преимущества по сравнению с парусом.

Для представления о том, какая ожидается погода, каж­дый яхтсмен должен научиться читать синоптическую кар­ту. Наиболее информативной частью такой карты являют­ся линии, соединяющие точки с одинаковым атмосфер­ным давлением и называемые изобарами. Все нанесенные на карту изобары составляют барическое поле данного района. Отдельные участки барического поля называются барическими системами — областями с замкнутыми или незамкнутыми изобарами, с повышен­ным или пониженным атмосферным давлением. По раз­личным конфигурациям изобар выделяют семь основных форм барических образований: циклоны, антициклоны, ложбины, гребни, седловины, частные барические мини­мумы и прямолинейные изобары. Краткий обзор этих форм сделаем на примерах погоды с указанием направле­ний их перемещения. На приводимых изображениях бари­ческих систем (рис. лпв-8,   -9) стрелками показаны направления ветра.

ЦИКЛОН — область низкого давления, окруженная кон­центрическими замкнутыми изобарами. Давление в этой области понижается от периферии к центру.

Падение давления всегда указывает приближение цик­лона, а его отступление сопровождается ростом давле­ния; в первом случае наблюдается ухудшение погоды, во втором — ее улучшение. При изучении погоды надо по­мнить, что вокруг областей низкого давления ветер дует против часовой стрелки, отклоняясь к центру под углом 15-20° к изобарам (рис. лпв-8). При тесном расположении изобар наблюдаются самые сильные ветры. Существует простое правило, позволяющее определить примерное положение циклона. В северном полушарии у наблюдате­ля, стоящего лицом к ветру, самое низкое давление всегда справа, а в южном полушарии — слева. Обычно циклоны перемещаются со скоростью 50-60 км/час, но могут двигаться и медленнее, и быстрее, причем диаметр их может изменяться от 100 до 2000 миль. Впереди циклона часто идут слоистые облака, а за ним — кучевые.

 

 

 

 

 

АНТИЦИКЛОН — область высокого давления, ограни­ченная изобарами; давление в пределах этой области уменьшается от центра к периферии. В антициклоне на­правление ветра гораздо менее постоянно, поэтому и пе­репад скорости и направления ветра гораздо менее точен, чем при циклоне. Ветер, как правило, дует вокруг центра по часовой стрелке, отклоняясь под углом 15-20° к изоба­рам. Антициклоны движутся медленно, а часто и вовсе не­подвижны. Схема антициклонической системы дана на рис. бпв-9. Показано относительное направление ветра и дана характеристика облаков.

ЛОЖБИНА показана на рис. 16 в. Это область низкого давления, проникшая между двумя районами высокого давления. Вдоль оси ложбины наблюдаются шквалы и рез­кие изменения направления ветра.

ГРЕБЕНЬ — антипод ложбины и представляет собой об­ласть высокого давления, которая протиснулась между двумя районами низкого давления и движется в одном с ним направлении. Гребень сопровождается хорошей по­годой, но существует недолго (рис. 16 г).

СЕДЛОВИНА — это район низкого давления между дву­мя антициклонами. Вдоль седловины может двигаться циклон.

ЧАСТНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ МИНИМУМ. Часто это изгиб изобар, обычно расположенный к югу от циклона. Харак­теризуется обложными дождями и отсутствием ветра.

ПРЯМОЛИНЕЙНЫЕ ИЗОБАРЫ. Изобары идут почти прямолинейно; это явление связано с переходным состоя­нием погоды.

При прогнозировании погоды самым информативным показателем можно считать колебания атмосферного давления. Так, высокое давление чаще всего связано с хо­рошей погодой. Постоянное давление или его рост (отно­сительно среднего для данного времени года), сопровож­дающийся падением температуры и увеличением сухости воздуха, может привести к ослаблению ветра.

Рост атмосферного давления от значения ниже средне­го предвещает уменьшение скорости ветра или ослабле­ние дождя. Если же давление остается существенно ниже среднего, то первоначальный его подъем может сопро­вождаться сильными ветрами или шквалами; продолжаю­щийся подъем приносит улучшение погоды. Быстрый рост атмосферного давления служит признаком неустойчивой погоды. Медленный рост без осадков предвещает устой­чивую хорошую погоду.

Падение атмосферного давления обычно указывает на усиление ветра. Низкое давление связано с плохой пого­дой. Сильное и быстрое падение давления предвещает штормовой ветер и дождь.

Иногда возможна хорошая погода и при низком давле­нии, но гораздо чаще низкое давление сопровождается затяжным ветром и дождем.

Во многих прибрежных районах при установившейся погоде ветер в течение дня следует за солнцем по часовой стрелке.

На эти общие схемы обычно накладываются суточные колебания ветра, определяемые разнообразными факто­рами, прежде всего — местными условиями. Поэтому их изучение всегда приносит пользу при прогнозировании поведения ветра.

Одна из разновидностей прибрежного ветра, с которой приходится иметь дело яхтсмену, это бриз — ветер побе­режий, изменяющий свое направление в течение суток: днем он дует с моря на более нагретый берег (морской или дневной бриз), ночью — с быстро остывающего берега на более теплое море (береговой или ночной бриз).

Морские бризы образуются при нагревании поверхно­сти солнечными лучами, поэтому бризы почти не возника­ют при сплошной облачности. Летом бриз начинает ощу­щаться только в разгар утра, когда солнце достаточно про­грело сушу. После полудня, когда солнце начинает спускаться к горизонту, бриз стихает.

Причина возникновения бриза — разность температу­ры воздуха над сушей и над морем. Для возникновения бриза эта разность должна составлять несколько градусов. Там, где солнце жаркое, а суша каменистая или песча­ная и быстро нагревается до значительной температуры, бризы сильнее и распространяются в море на большие расстояния.

Если море у берега мелководно, это может вызвать ос­лабление бризового эффекта. В таких местах вода нагре­вается сильнее и температурный градиент между сушей и водой выражен слабее. Примером может служить бриз на Азовском море, где в жаркое время года (июль, август) бризовой эффект выражен слабо.

Обычные морские бризы несут влагу, которая подни­мается с теплым воздухом над сушей. Это приводит к об­разованию кучевых облаков на расстоянии до 5 км вглубь суши при совершенно безоблачном небе над морем.

В условиях полного штиля и ясного неба образование кучевых облаков над прибрежной полосой суши является признаком возможного морского бриза.

При определенных условиях может возникнуть так на­зываемый бризовой пояс облаков над морем, представляющий собой гряду или цепочку облаков, тянущихся над морем параллельно берегу на расстоянии 15-20 км от него (рис. лпв-10). Возникает этот пояс в ранние утренние часы до появления бриза на берегу, а наибольшего развития дос­тигает в дополуденные часы. Для него весьма характерна быстрая изменчивость вида: башеннообразные «наросты» сохраняются не дольше 20 мин. и исчезнув на одних грядах вырастают на других.

В утренние часы воздух над сушей прогревается (он начинает расширяться) и дав­ление на высоте нескольких сотен метров оказывается больше, чем на той же высоте над морем. Под влиянием барического градиента (разности давлений), направлен­ного в сторону моря, возникает воздушный поток (анти­бриз) с суши на море. С уменьшением наклона изобари­ческой поверхности в сторону моря скорость антибриза уменьшается и он начинает опускаться. При этом анти­бриз вытесняет порции воздуха, встречающиеся на его пути. В этих порциях морского воздуха, более влажных, чем антибриз, и возникают облака, обозначающие зону опускания антибриза.

 

 

Давление воздуха в этой зоне несколько увеличивается по сравнению с давлением на берегу и поэтому антибриз, как только он достигает поверхности воды, направляется к берегу в виде морского бриза.

С того момента, когда антибриз достигает поверхности воды, образование бризовых облаков обычно прекраща­ется, но в некоторых случаях бризовый пояс в виде гряды плоских облаков сохраняется долгое время. Морская зона между берегом и поясом бризовых облаков и является зо­ной бриза.

Для образования морского бризового пояса требуется достаточно развитая бризовая циркуляция, захватываю­щая полосу моря шириной не менее 20 км. Возникнове­нию такой циркуляции способствует не только контраст температур между сушей и морем, но и сравнительно ши­рокая акватория. В узких частях моря она не наблюдается.

Морской бризовой пояс может служить для яхтсменов ориентиром при определении ширины бризовой зоны над морем, а также показателем активности и устойчивости бризовой циркуляции.

Разберем поведе­ние ветра вблизи побережья. На направление ветра у берега влияет ряд факторов. Чаще всего ветры, дующие с моря на сушу и с суши на море, стремятся пересечь береговую линию под прямым углом. Такое поведение ветра связано с некоторыми при­чинами, которые могут изменяться в зависимости от по­годных условий и очертания береговой линии. Рассмот­рим их подробнее.

Основной причиной искривления воздушного потока при пересечении береговой линии является рефракция (преломление), вызываемая тем, что трение о сравнитель­но неровную поверхность суши существенно замедляет воздушный поток, приходящий с более гладкой водной по­верхности. Если ветер дует с суши, он разгоняется над водной поверхностью. Такие изменения скорости и вызы­вают рефракцию, причем, чем ближе направление ветра к перпендикулярному (по отношению к берегу), тем меньше искривление воздушного потока. Отметим, что при ветре, дующем с моря на сушу, искривление воздушного потока начинает проявляться не на самой береговой линии, а не­сколько раньше. Особенно сильна рефракция при берего­вом бризе.

Воздушный поток искривившись неизбежно возвраща­ется к своему первоначальному направлению. Это проис­ходит из-за трения между слоями воздуха, расположенны­ми на разной высоте. Рефракция действует до сравни­тельно небольших высот, поскольку выше эффект трения воздуха о поверхность не сказывается. Основная масса воздуха пересекает береговую линию без искажения и в целом воздушный поток постепенно выравнивает свое движение за счет трения между основным и нижним пото­ками.

Если берег высок, то он по-разному влияет на направ­ление ветра, дующего с суши и на сушу. Так, при ветре, ду­ющем с берега и направленном под углом к береговой ли­нии, происходит разворот ветра вниз к подножию холма (подобно скатывающемуся телу). Ветер же, который направлен с моря на холм, стремится пересечь его под более острым углом, то есть с минимальной затратой энергии.

Бризовый ветер на сушу может складываться с основ­ным барическим ветром. Если барический ветер подходит к берегу под некоторым углом, это приводит к складыва­нию двух различных векторов (бризового и барического), имеющих свою скорость и направление, что также откло­няет результирующий ветер от перпендикулярного пере­сечения береговой черты. В случае, когда основной ветер подходит к берегу под острым углом или имеет значитель­ную скорость (выше 5-7 м/сек), бризовая циркуляция мо­жет стать невозможной.

Взаимодействие описанных выше факторов и опреде­ляет истинный ветер, пересекающий береговую черту. По­скольку их сочетание может быть весьма разнообразным, то и характер направления результирующего воздушного потока может меняться в широких пределах. Для яхтсмена важно понимать механизм взаимодействия основных фак­торов, что позволяет сделать правильные расчеты для конкретных условий плавания вблизи берега.

Яхтсмен должен знать и о типичных искажениях ветра, которые происходят под влиянием берега. Так, в глубоких ущельях, в узких заливах, вблизи островов и мысов наблю­дается усиление ветра, в подветренной части высоких кру­тых берегов создается затишье (ветровая тень), наимень­шие искажения отмечаются вблизи ровных пологих бере­гов, наибольшее — вблизи извилисто-гористых. Ширина морской зоны, где больше всего сказывается влияние бе­рега на ветер, дующий с берега на море, принимается рав­ной приблизительно десятикратной высоте этого берега.

Яхтсмену надо иметь ясное представление о порывах ветра, то есть о пульсациях его скорости и направления.

На порывистость ветра влияют, в основном, два факто­ра: рельеф и термическая неоднородность поверхности. Даже вдали от берега на структуру воздушного потока влияет не только волнистая поверхность моря, но и та не­значительная термическая неоднородность, которая про­является в виде так называемых теплых пятен, то есть уча­стков моря, температура которых отличается от температуры остальной поверхности всего на несколько десятых долей градуса.

Воздушные потоки, соприкасающиеся с водной повер­хностью, несут с собой сформировавшиеся в них вихри. Это особенно относится к холодному воздуху, соприкаса­ющемуся с теплой поверхностью воды. В холодных пото­ках воздуха сохраняется термическая неустойчивость, ко­торая усиливается над теплой поверхностью и определя­ет, в основном, порывистость ветра.

Измерения показали, что при вторжении холодного воздуха скорость ветра в порывах увеличивается до двух раз, а между порывами может уменьшаться почти в три раза. При одной и той же скорости более холодный ветер создает на море и более высокую волну, благодаря на­правленным вниз воздушным струям, «роющим» водную поверхность.

Наряду с беспорядочными порывами ветра, обуслов­ленными его турбулентной природой, в воздушных пото­ках наблюдаются и сравнительно упорядоченные пульса­ции, которые связаны с влиянием облаков. Чередование солнца и тени вызывает закономерное чередование ско­рости ветра. Наблюдения показывают, что если при солн­це скорость ветра была, например, 2 м/с, то при появившейся облачности скорость ветра через З-5 мин. достига­ет 5-7 м/с. Такое резкое усиление ветра возникает в результате поступления к земле быстро движущихся порций воздуха из более высоких слоев. При этом для сохранения баланса массы от земли должны подниматься вверх такие же порции воздуха. В те моменты, когда участок по­верхности освещается прямыми лучами солнца, воздух над ним поднимается вверх, а при появлении тени преоб­ладает движение воздуха вниз.

Расчеты показывают, что для того, чтобы за несколько минут скорость ветра усилилась на 3-5 м/с, надо чтобы воздух опускался с высоты не меньше 50 м, то есть ско­рость опускания была около 0,5 м/с, что вполне согласует­ся с фактическими данными.

Усиление ветра при появлении тени происходит в неко­торой мере и под влиянием оседания воздуха, вызванного уменьшением его удельного объема вследствие охлажде­ния. Благодаря переносу тепла потоками воздуха призем­ный слой также пронизан множеством потоков и затемне­ние поверхности набегающим облаком способствует про­никновению вниз уже имеющихся вертикальных воздушных струй. Особенно выражено это явление при ветре, дующим с берега на море, в меньшей мере — над открытым морем, вдали от берега. Ветер, дующий с бере­га на море, будет обладать в прибрежной зоне (шириной не менее 500 м) всеми пульсациями, возникшими над бе­регом.

Влияние кучевого облака на резкое местное усиление ветра можно упрощенно объяснить опусканием холодного воздуха с уровня облака, в то время как в тыловой части ветер стихает в связи с подъемом воздуха к облаку. Этот эффект успешно используется в практике парусного спорта: приближение облака указывает рулевому, где можно ожидать порыва ветра.

Наблюдения показывают, что данная модель работает в большинстве случаев при вторжении холодного воздуха на акваторию закрытых бухт и небольших внутриматериковых бассейнов. Пульсация скорости и направления вет­ра происходит с периодичностью в 3-5 мин. По-видимому, в этих пульсациях сказываются не только свойства холод­ного воздуха, но и влияние облачных теней, сбегающих с берега на море.

Хорошим примером описанных явлений служат погод­ные условия в Таганрогском заливе Азовского моря. В лет­ний период при хорошо прогретой воде нередки прорывы холодного воздуха, которые сопровождаются низкими об­лаками, идущими с севера. Гонки в таком случае происхо­дят с постоянными и значительными порывами ветра («рваный» ветер). При других же направлениях ветра такие пульсации выражены здесь значительно слабее, воздуш­ный поток стабильней и по силе, и по направлению.

Яхтсмен должен знать, что усиления и затишья ветра обычно сопровождаются и переменой его направления, причем, чем больше период этих изменений, тем возмож­нее отклонение ветра от основного направления. Это явление следует учитывать при лавировке, своевременно делая поворот на курс, приближающий к знаку. В такой си­туации выигрывает тот, кто раньше и лучше поймет зако­номерности изменения ветра (это называется попасть в «качь ветра») и использует их для победы.

Порыв ветра обычно нетрудно наблюдать по движению на воде темной полосы («кусты» ветра), которая идет вме­сте с порывом.

Остановимся подробнее на нередко встречающемся феномене местного ветра, который возникает в результа­те образования восходящих и нисходящих тепловых тече­ний в атмосфере. В отличие от круговорота воздушных масс при бризе этот вид циркуляции связан с кучевыми облаками. Кучевые облака образуются при подъеме теп­лого воздуха вверх и поэтому являются показателем суще­ствования вертикальной циркуляции воздушных масс. По­токи теплого воздуха накладываясь на действующий в данном месте барический ветер в значительной степени влияют на его силу и направление. Особенно ощутимо это влияние при слабых ветрах. Такие порывы могут возникать неожиданно в разных местах акватории и существенно из­менять положение соревнующихся яхт.

При косом ударе опускающихся воздушных масс о по­верхность воды новый ветер, образующийся в результате воздействия удара на наземный ветер, имеет тенденцию распространяться во все стороны, причем его скорость и направление могут быть самыми разными.

На рис. лпв-11 видно, как в результате действия ветра, об­разовавшегося от сложения ниспадающего потока и сла­бого барического ветра, яхты могут плыть в противопо­ложных направлениях одним и тем же курсом — форде­винд. Так же возникает и ситуация, когда две яхты движутся навстречу друг другу, лавируясь одним и тем же галсом. Подобные порывы ветра встречаются, как прави­ло, в районах, охваченных антициклоном, где состояние атмосферы благоприятствует образованию вертикальных течений, о которых говорит появление кучевых облаков. Гонки в таких условиях при слабом ветре требуют приме­нения особой тактики. Она заключается в необходимости постоянно отслеживать появление порывов ветра и ста­раться использовать их для быстрейшего прохождения дистанции.

 

ВОДА. Для гоночной практики существенный интерес представляет и динамика состояния моря — волнение, те­чения, приливы и отливы.

Процесс возникновения волн весьма сложен, однако, несомненно, что основной причиной волнения является давление ветра на воду. Частицы воды не перемещаются

вместе с волной, а только поднимаются и опускаются, двигаясь не просто вертикально вверх и вниз, а по некото­рым замкнутым орбитам, близким к окружности. На по­верхности волны возникают течения, причем на гребне те­чение совпадает с направлением движения волны, а на впадине оно направлено в противоположную сторону. Та­кие течения особенно сильно проявляются на поверхности и быстро затухают на глубине.

Кроме ветра, на образование волны влияют приливы и отливы (приливные и отливные волны), изменения атмос­ферного давления (барические волны), землетрясения (цунами) и другие факторы.

Поскольку движение воды на гребне совпадает с на­правлением движения волны, а в ложбине направлено в противоположную сторону, то при плавании лагом к волне это движение будет на каждом гребне отклонять яхту под ветер, что повлияет на скорость и направление вымпель­ного ветра. На курсе фордевинд и совпадающим с ветром волнении вымпельный ветер на гребне будет усиливаться и заходить к носу, а в ложбинах — наоборот. На курсе бей­девинд вымпельный ветер на гребне будет ослабевать и изменять направление в сторону траверза, в ложбине же будет усиливаться и дуть острее к носу.

Представленная выше картина хорошо выражена при сильном волнении (крупные и пологие волны с большим периодом), когда описанный эффект можно использовать практически. Так, в лавировку на гребнях можно привес­тись к ветру, а в ложбинах несколько увалиться, созда­вая таким образом оптимальное направление вымпельно­го ветра к парусу. При плавании на беспорядочных корот­ких волнах целесообразно идти в лавировку несколько полнее.

При приближении волн к мелководью (то есть месту, где глубина составляет менее половины длины волны), их форма изменяется, а длина и скорость уменьшаются: гребни становятся более крутыми и узкими, а ложбины — более плоскими. При достижении максимальной крутизны гребни опрокидываются. Именно этот признак говорит о том, что волна достигла мелководья.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Принцип использования воздушного змея для транспортировки чего-либо можно использовать не только на воде. Такой транспорт может быть использован и в пустыне и на снежных просторах. Это буера под воздушным змеем.