Новое исследование раскрывает динамику сложного маневра парусных судов

Кристиана Маврояиакуму из Института Куранта (на фото у водоема Консерватори в Центральном парке) и Силас Альбен из Мичиганского университета изучали поведение парусов при различных типах поворотов. Автор: Джонатан Кинг/NYU

Поворот оверштаг — маневр, используемый для движения парусного судна против ветра зигзагообразным курсом — является одним из самых сложных, но необходимых элементов управления парусником. Несмотря на распространенность этого маневра, движение парусов и распределение ветровых нагрузок во время поворота до сих пор изучены недостаточно.

Новое исследование математиков из Нью-Йоркского университета и Мичиганского университета проливает свет на эти вопросы. Работа детально описывает поведение парусов при различных вариантах выполнения поворота оверштаг и с разными типами парусного вооружения. Полученные результаты служат основой для улучшения конструкции парусов и повышения эффективности современных автономных парусников, играющих важную роль в океанографических исследованиях.

«Поворот оверштаг — это не просто смена курса, — объясняет Кристиана Маврояиакуму, преподаватель Института математических наук Куранта при NYU и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Physical Review Fluids. — Это маневр с высокими ставками, где работа парусов может определить исход гонки или всего плавания. Наше исследование раскрывает факторы успешного переброса паруса и его временные характеристики, давая морякам и инженерам новые инструменты для работы с ветром».

Исследователи изучили динамику движения парусов при смене галса, когда угол атаки паруса (угол между направлением ветра и хордой паруса) меняется на противоположный для движения против ветра. Успешный поворот приводит к зеркальному отражению формы паруса, тогда как при неудачном маневре парус сохраняет исходную конфигурацию.

Комбинируя математическое моделирование и численные расчеты, ученые выявили ключевые закономерности:

• Три фактора наиболее важны для успешного переброса: жесткость паруса (или его способность изгибаться), начальное натяжение перед встречей с ветром и конечный угол паруса относительно ветра. Наилучшие результаты показали менее гибкие, слабо изогнутые паруса с высоким начальным натяжением, установленные под углом 20 градусов к ветру после поворота.
• Масса паруса, скорость и ускорение поворота в основном влияют на скорость переброса.
• Слабо натянутые паруса сложнее перебросить при смене галса.

Помимо спортивного парусного спорта, это исследование может найти применение при разработке автономных парусных аппаратов, работающих в изменчивых ветровых условиях.

Дополнительная информация: Christiana Mavroyiakoumou and Silas Alben. Sail dynamics during tacking maneuvers, Physical Review Fluids (2025). DOI: 10.1103/37xg-vcff

Источник: New York University