Большинство книг по парусному спорту описывают основное воздействие стакселя на грот примерно следующим образом: “Стаксель вызывает увеличение скорости воздуха с подветренной стороны грота. Эта более высокая скорость воздуха в слоте (между стакселем и гротом) оживляет воздух за гротом и предохраняет его от разделения и срыва потока".
Что ж, это может показаться неожиданным, но если бы стаксель действительно вызывал поток с более высокой скоростью за гротом, то это на самом деле привело бы к разделению потока над гротом, а не предотвращало его. Но я забегаю вперед в своем рассказе.
Сколько раз вы слышали, что парус создает подъемную силу для управления лодкой, потому что "воздух движется быстрее с подветренной стороны, потому что ему нужно пройти дальше, чем с наветренной. Таким образом, давление разное, и вы получаете подъемную силу". Что же, это неправильно! Даже идеально ровный тонкий аэродинамический профиль с одинаковым расстоянием с обеих сторон обладает подъемной силой, когда он расположен под углом к ветру.

Когда специалист по аэродинамике изучает воздушный поток относительно формы, он понимает, что поток можно разделить на два основных типа областей потока: область внешнего потока и область пограничного слоя (рис. 1). Область течения пограничного слоя - это слой воздуха, который находится очень близко к профилю, и толщина этого слоя сильно увеличена на рисунке для наглядности. Воздух обладает вязкостью (хотя она и очень мала), и именно в пограничном слое вступают в игру вязкостные характеристики воздуха.
Из-за этой вязкости воздух, который соприкасается с профилем, фактически переносится профилем (воздух имеет нулевую скорость относительно поверхности профиля). Воздух на небольшом расстоянии от аэродинамического профиля движется с некоторой конечной скоростью относительно аэродинамического профиля, а воздух на краю пограничного слоя движется со скоростью внешнего воздуха в этой точке аэродинамического профиля.

Оставшаяся часть воздушного потока определяется как внешний невязкий поток. Вязкость воздуха не влияет на аэродинамические расчеты для этой части потока, но методы, используемые инженером для расчета того, что происходит с воздухом в этих двух типах потоков, различны.
Сам пограничный слой обычно делится на три отдельных типа течения. Вблизи передней кромки аэродинамического профиля происходит очень плавное изменение скорости воздуха внутри пограничного слоя от поверхности аэродинамического профиля к краю пограничного слоя. Это ламинарный пограничный слой. В конечном счете, из-за развития неустойчивости в пограничном слое и из-за возмущений, вносимых в поток шероховатостями (карабины стакселя, швы ткани, форштаг и т.д.), а также определенной естественной турбулентности в воздухе плавные изменения скорости в ламинарном пограничном слое начинают уступать место гораздо более неустойчивому типу течения, это называется переходной областью пограничного слоя.

После этой короткой переходной области течение в пограничном слое становится очень неустойчивым, и мы имеем то, что называется турбулентным течением. Переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному существенно не влияет на внешний поток, поэтому подъемная сила аэродинамического профиля изменяется не очень сильно.

Фотография опыта в водном потоке на рисунке 2 показывает другой тип воздушного потока, который может существовать вокруг паруса, - разделенный поток. Все мы видели свидетельства такого типа потока на наших парусах. Когда мы уваливаемся с набитым стакселем, колдунчики на подветренной стороне стрелы внезапно начинают дико закручиваться. Так они реагируют на очень запутанную область разделенного потока, которая образовалась с подветренной стороны паруса.
Обратите внимание, что с аэродинамической точки зрения мы воздерживаемся от применения слова "турбулентный" к разделенному потоку, поскольку слово "турбулентный" зарезервировано для использования при описании турбулентного пограничного слоя. Чтобы избежать путаницы, мы придерживаемся термина "разделенный поток". Почти все время нашего плавания мы тратим на то, чтобы избежать наличия разделенных областей течения на наших парусах, и именно поэтому мы должны узнать как можно больше о причинах и предотвращении разделения.

Мы все знаем, что происходит, когда мы сталкиваемся с разделяющимся течением на наших парусах; парус теряет часть своей движущей силы, и лодка замедляет ход. Но что вызывает разделение? Общепризнанным аэродинамическим фактом является то, что пограничный слой отделяется только тогда, когда внешнее давление вдоль профиля начинает увеличиваться слишком быстро.
Чем быстрее увеличивается давление, тем больше вероятность того, что пограничный слой отделится. Мы также должны отметить, что пограничный слой не будет отделяться, если давление уменьшается вдоль профиля паруса.

Скорость изменения давления вдоль поверхности называется градиентом давления. Когда давление увеличивается, градиент давления называется неблагоприятным градиентом давления. Отделяется пограничный слой или нет при определенном повышении давления (неблагоприятный градиент), зависит от характера пограничного слоя (ламинарного или турбулентного), того, что произошло с пограничным слоем до достижения неблагоприятного градиента давления, и скорости воздушного потока на краю границы слоя. Коэффициент соотношения скорости и расстояния выражается в аэродинамике в термине, называемом числом Рейнольдса.
Самый важный факт, который следует запомнить из этого: давление должно увеличиваться вдоль паруса, чтобы вызвать разделение и срыв потока. Это также означает, что локальная скорость потока должна уменьшаться (помните, когда давление повышается, скорость потока должна снижаться).

Мы также должны знать (об этом будет рассказано более подробно в следующей статье), что высокоскоростной воздух с подветренной стороны грота должен замедлиться и вернуться к скорости, близкой к скорости свободного потока, к тому времени, когда он достигнет задней шкаторины. Именно это замедление движения воздуха и, как следствие, повышение давления, как правило, приводят к разделению.
Теперь вернемся к моему первоначальному утверждению; если слот, образованный стакселем, привел к увеличению скорости потока за гротом, то воздух должен был бы замедляться еще быстрее , чтобы достичь требуемой скорости свободного потока на задней шкаторине. Этот больший градиент давления фактически привел бы к разделению потока, а не предотвратил бы его.

Но из опыта плавания под парусом мы знаем, что стаксель действительно помогает предотвратить разделение потока на гроте. Следовательно, для предотвращения разделения должно происходить меньшее изменение скорости воздуха от мачты к задней шкаторине (уменьшенный градиент давления). Очевидно, что правильное объяснение должно заключаться в том, что стаксель фактически вызывает снижение скоростей над передней частью грота, чтобы предотвратить это разделение.
Полное объяснение того, как стаксель создает пониженные скорости над передней частью магистрали, также будет дано в следующей статье.
Прежде чем я оставлю тему разделения, у меня есть новая интересная идея, которую я хотел бы предложить. Во-первых, немного справочной информации: большинство яхтсменов, участвующих в соревнованиях, используют колдунчики на своих парусах, чтобы видеть, когда на парусе происходит срыв потока. Положение этих контрольных точек 12 – 18 дюймов (30-45 см) от передней шкаторины паруса было определено на основе опыта как индикатор срыва потока на парусе (поток полностью разделился). Наилучший курс относительно ветра расположен где -то между этим состоянием срыва и углом, под которым парус начинает полоскать. Обычно это близко к точке заполаскивания, но не совсем в ней.

Обычные колдунчики - это простые индикаторы срыва потока, которые показывают, когда вы ушли слишком далеко от ветра, полоскание паруса говорит вам, когда вы идете слишком близко к ветру. Что необходимо, так это устройство предупреждения о первом или втором состоянии, которое сообщит нам, насколько мы близки к этим состояниям. Поведение наружного воздуха и пограничного слоя вблизи передней шкаторины паруса могут предоставить эту информацию.
Когда парус установлен под углом, при котором он находится на грани заполаскивания, линия разделения потока плавно переходит прямо в переднюю шкаторину паруса, и поток с подветренной стороны не будет разделен. Когда угол к ветру немного увеличится, линия разделения фактически будет походить к парусу с наветренной стороны. Воздуху придется двигаться очень быстро, чтобы совершить резкий поворот вокруг передней шкаторины и оказаться с подветренной стороны, а затем он сразу же начнет замедляться.

Пограничный слой не выдержит такого быстрого замедления, поэтому он отделится прямо у передней кромки. Однако затем поток быстро снова присоединится к парусу и продолжит движение к задней шкаторине. То, что мы имеем, - это небольшая область разделения, или пузырь, вдоль передней шкаторины. Если угол к ветру снова немного увеличить, длина разделительного пузыря также увеличится. Полная ситуация, когда мы также начали получать разделение вблизи задней шкаторины, проиллюстрирована на рисунке 3, хотя такое разделение потока не всегда происходит на практике. Если мы снова увеличим угол к ветру, пузырь лопнет, и вся подветренная сторона будет разделена, как показано на рисунке 2.

Вот моя идея. Размер разделительного пузырька можно использовать для определения того, когда парус находится между режимами подъема и остановки. Несколько коротких трехдюймовых отрезков нити, расположенных на расстоянии друг от друга от самого края передней шкаторины до положения обычного колдунчика, можно использовать для указания размера разделительного пузырька на передней кромке.

С наветренной стороны воздух немного ленив; он не хочет подниматься в выпуклую область потока, образованную аэродинамическим профилем и линией обтекания застоя. Линии обтекания с наветренной стороны немного расширяются, движение воздуха замедляется, и давление становится выше. Но конечная скорость полета, давление и направление потока у задней шкаторины должны быть такими же, как и на подветренной поверхности, чтобы выполнялось условие Кутты.

Когда все колдунчики с подветренной стороны лежат на парусе, линия разделения проходит прямо по передней кромке, и парус находится в состоянии, близком к заполаскиванию (рис . 4а).
Если закручивается только первый колдунчик, парус находится близко, но не совсем в состоянии заполаскивания (рис. 4b), а разделительный пузырь очень мал. По мере того как лодка будет уваливаться, разделительный пузырь будет увеличиваться, и первые два или три колдунчика будут закручиваться (рис. 4с).
Дальнейшее увеличение угла к ветру приведет к закручиванию всех колдунчиков (включая основной), поскольку произошел срыв потока на всем парусе (рис. 4d). Количество колдунчиков, которые будут закручиваться до того, как произойдет полное разделение, будет зависеть от их длинны и характеристик паруса.

Некоторые из моих друзей, которые использовали эти короткие колдунчики возле передней шкаторины (они называют их "Джентри-колдунчики"), сообщили , что они очень полезны как для точной настройки паруса , так и для того, чтобы оставаться на наилучшем курсе относительно ветра. В их использовании требуется некоторая практика, но они обеспечивают очень чувствительное предупреждение о заполаскивании или срыве потока. Они также полезны для улучшения способности новичков-рулевых ориентироваться в ветре.
Если я скажу новичку плыть с остро к ветру, не приводясь и переуваливаясь, он скорее всего, плохо справится с работой. У него есть несколько градусов в выборе курса, с которыми можно поиграть, и обычный колдунчик сигнализирует ему, только тогда, когда он уже зашел слишком далеко в каком-либо направлении. Однако, если я скажу ему плыть так, чтобы первый короткий подветренный колдунчик слегка развевался, а все остальные лежали ровно, тогда он будет плыть очень хорошим курсом.

Когда первые два или три подветренных колдунчика начинают закручиваться, он знает, что слишком отклонился от ветра, и ему следует вернуться, иначе парус скоро сорвет поток. Когда все подветренные пучки располагаются ровно и даже первый пучок совсем не дрожит, парус вот-вот заполощет. До сих пор эта система успешно использовалась на лодках длиной от 23 до 63 футов.
Как всегда, видимость колдунчиков и проблема его обертывания первого из них вокруг штага являются проблемами, как и в случае с обычными. Однако наличие нескольких полосок на передней кромке и использование пластикового окошка рядом с передней шкаториной решают эти проблемы. Попробуйте установить на своей лодке - возможно, вам понравится.