Основы пространственно-геометрического мышления в парусных гонках



Ключевые слова: парусные гонки, лейлайны, геометрия парусного спорта, курс, направление ветра.

Гонки под парусом — очень сложный и многогранный спорт. Нужно знать материально-техническую часть, понимать метеорологию, аэродинамику и гидродинамику, уметь быстро оценивать ситуацию и принимать решения. И, конечно, необходимо знать геометрию — не просто в порядке ознакомления, а знать наизусть и уметь применять.

Цель парусных гонок — это в кратчайшее время прийти в заданную точку. Именно по этой причине спортсмену прежде всего необходимо развитое геометрическое мышление и свободное владение основными понятиями модели построения дистанции.

В этой работе мы опишем несколько основных геометрических схем, необходимых для парусных гонок, не зная которых спортсмен всегда проиграет. Начнем с терминов, которые парусном спорте специфические. Прежде чем строить основные фигуры, мы объясним геометрическое значение каждого термина.

Основные термины

1. Флюгарка — устройство, показывающее направление ветра

Рис. 1 [5]

2. Направление ветра — азимут, указывающий на точку, откуда или куда дует ветер. Определяется по сторонам света (северный, юго-восточный) или по градусам компаса (180 градусов — южный ветер)

Рис. 2 [6]

3. Наветренная сторона — сторона откуда дует ветер
4. Подветренная сторона — сторона куда дует ветер
5. Высота к ветру — направление движения к ветру или от ветра обозначается как «выше» и «ниже». Так, «красная яхта идет под ветром у зеленой яхты» — синоним «красная яхта идет ниже зеленой яхты»

Рис. 3. Высота к ветру

6. Левый или правый галс — направление ветра слева или справа

Рис. 4. Галсы

7. Курс — направление движения судна
8. Курс относительно ветра — угол между направлением ветра и курсом

Рис. 5. Курс относительно ветра

9. Острый курс — курс относительно ветра в диапазоне 45–90 градусов
10. Полный курс — курс относительно ветра в диапазоне 90–180 градусов

Рис. 6. Полный курс

11. Уваливание от ветра, идти полнее — увеличение угла между направлением ветра и курсом.
12. Приведение к ветру, идти острее — уменьшение угла между направлением ветра и курсом.

Рис. 7. Уваливание и приведение

13. Лавировка или «острые курсы» — движение яхты курсом к ветру от 45 до 90 градусов. Также имеет название «бейдевинд», «против ветра» или «на ветер». При курсе относительно ветра менее 45 градусов движение невозможно, и поэтому курс ровно на ветер называется «левентик».

Рис. 8. Острые курсы

Рис. 9. Лавировка

14. Поворот — изменение курса, при котором галс меняется с правого на левый. Угол поворота к ветру, при котором галс меняется с правого на левый, по умолчанию составляет 90 градусов.

Рис. 10. Повороты

15. Заход ветра — изменение направление ветра, приводящее к уменьшению угла между направлением ветра и курсом.
16. Отход ветра — изменение направления ветра, приводящее к увеличению угла между направлением ветра и курсом.

Рис. 11. Заходы и отходы ветра

17. Скорость по воде — скорость яхты относительно воды.
18. Скорость лавировки (VMG) — скорость яхты относительно верхнего знака, или скорость, с которой яхта приближается к верхнему знаку
19. Оптимальный угол лавировки — угол к ветру, при котором достигается оптимальное соотношение скорости яхты и скорости лавировки. Так же называют «гоночный бейдевинд».

Рис. 12. Лавировка при приближении к знаку (пример из классических парусных гонок)

20. Траверз — воображаемая линия, перпендикулярная курсу, проходящая через поперечную середину яхты.
21. Стартовая линия — воображаемый отрезок между правим и левым стартовыми знаками, по правилам составляет 1,25 суммарной длины всех стартующих яхт. Правая и левая стороны определяются из положения «ниже по ветру».
22. Судейское судно — судно гоночного комитета, как правило, представляющее собой правый знак, ограничивающий стартовую линию.
23. Стартовый знак — знак, ограничивающий стартовую линии слева
24. Верхний знак — отметка, к которой яхты должны двигаться от стартовой линии, против ветра, в лавировку.

Рис. 13. Старт перед парусными гонками

25. Лэйлайн — воображаемые линии, обозначающие кратчайший путь, по которому яхта может достичь верхнего знака, выполнив только один поворот. Лэйлайн справа — линия движения яхты левым галсом на верхний знак. Лэйлайн слева — линия движения правым галсом.

Рис. 14. Построение лейлайнов

Рис. 15. Изменения курса с заходом и отходом ветра

VMG : двигаться быстрее — не значит побеждать

Главным фактором, влияющим на победу в гонке под парусом, является скорость, с которой яхтсмен приближается к знаку. В этой работе мы рассматриваем движение яхты на ветер, то есть встречные или лавировочные курсы. Поэтому по умолчанию считаем, что ветер дует от знака на яхты. Учитывая то, что движение навстречу ветру невозможно, яхта идет к цели не по прямой. Траектория движения строится зигзагом: под углом 45 градусов к ветру. Таким образом, важно все время четко понимать не только физическую траекторию движения, но и то, как фактически пройденный пусть сокращает расстояние между яхтой и знаком.

Данный параметр называется «Скорость лавировки» и обозначает скорость, с которой сокращается длина отрезка между яхтой и знаком. Все действия спортсмена направлены на то, чтобы этот отрезок как можно скорее уменьшался. Принимая во внимание одинаковые для всех ветровые и технические условия, оперирование геометрическими построениями становится одним из главных факторов победы.

В терминологии парусных гонок приближение яхты к наветренному (верхнему знаку) также называют набором высоты. По сути, это одновременное составление и решение в уме нескольких геометрических задач. Какие постоянные и переменные величины необходимо учитывать?

Первая и главная — это направление ветра. Именно оно задает курс, так как яхта может двигаться под углом не менее 45 градусов. Если угол к ветру больше, движение возможно, более того, оно ускоряется. Однако, снижается скорость лавировки, поэтому набора высоты или сокращения расстояния между яхтой и знаком не происходит.

Вторая переменная — это количество поворотов. При условии, что сила и направление ветра постоянные, а технические характеристики яхт одинаковые, то удерживая оптимальный угол лавировки, выиграет яхта, которая сделала меньше маневров. Для примера рассмотрим траектории синей и зеленой яхт на Рис. 16. Обе яхты идут оптимальным курсом, все время набирая высоту. Но зеленая яхта идет строго по лэйлайн, выполнив только один поворот, а синяя, двигаясь на оптимальных курсах, выполнила четыре поворота.

Рис. 16. Варианты оптимальных курсов

Можно ли сказать, что зеленая яхта выбрала более правильную тактику? Для ответа на этот вопрос рассмотрим последствия, возникающие при выходе яхты за пределы лэйлайн.

Рамка лейлайнов

Одно из наиболее важных правил в парусной гонке — это никогда не выходить за лэйлайн. Все маневры в парусной гонке подчиняются одному императиву — кратчайший путь и кратчайшее время. Лэйлайн представляет собой четырехугольник с углами на точке старта, точке верхнего знака и двух точках, где можно сделать поворот и дойти до верхнего знака, не меняя галса. Любой выход за лэйлайн удлиняет дистанцию и увеличивает время.

В реальных парусных гонках действует очень большое количество факторов помимо угла лавировки и направления ветра. Однако при любых условиях, выход яхты за линию, обозначающую своего рода «идеальную дистанцию» с минимальным количеством маневров и потерь времени, неизбежно удлиняет дистанцию и увеличивает время. Причина очевидна: даже при высокой скорости, красная и желтая яхты на Рис. 16, выходя за лэйлайн, проигрывают зеленой и синей в скорости лавировки (VMG), так как они набирают высоту гораздо медленнее.

Заходы и отходы

Если мы посмотрим на курсы красной и желтой яхт Рис. 17, нам придется задать себе следующие вопросы. Почему они идут именно так? Зачем спортсмены уваливаются ниже лэйлайна, то есть увеличивают угол между курсом яхты и направлением ветра? Простое объяснение о том, что при уваливании яхта набирает скорость не подойдет, поскольку никакая скорость не компенсирует потерю высоты и времени, потраченного на лишнее расстояние.

Одним из ответов может быть изменение направления ветра: заходы или отходы. Давайте обратим внимание на трэк желтой яхты Рис. 18 и представим себе, что ветер не менялся и она просто увалилась для набора скорости. В этом случае это была очевидная ошибка, так как высокая скорость не добавила желтой яхте высоты на знак. Более того, мы видим, что до поворота желтая яхта шла практически, не приближаясь к верхнему знаку, то есть теряла время.

Все становится более понятно, если ветер изменился, (см. стрелку «ветер зашел» на Рис. 17), то есть при неизменном курсе яхты, угол между направлением ветра и курсом уменьшился. Учитывая тот факт, что яхта шла гоночным бейдевиндом (45 градусов), уменьшение лавировочного угла до положения левентик , привело бы к замедлению и остановке яхты. Посмотрим на курс зеленой яхты — при основном направлении ветра угол курса к ветру составляет 45 градусов, что обеспечивает движение. При заходе ветра направление становится практически встречным. Это означает что спортсмену пришлось выбирать между решением увалиться ниже лэйлайн или остановиться. Мы видим к чему приведет уваливание ниже лэйлайна и нас этот результат не устраивает. Аналогичную ситуацию мы видим с правой стороны Рис. 17: красная яхта движется левым галсом (ветер слева), под углом в 45 градусов к ветру. Посмотрим на стрелку «ветер отошел» — направление изменилось и ветер стал встречным. Яхта вынуждена уваливаться, сохраняя угол курса к ветру в 45 градусов или останавливаться.

Очевидным решением при изменениях ветра, заходах или отходах, является выполнение поворота: смена галса на другой, позволяющий продолжить набор высоты.

Рис. 17. Оптимальные решения при заходе и отходе ветра

На Рис. 17 мы видим траектории яхты в случае, если она просто уваливается при заходе или отходе ветра — происходит потеря высоты и скорости лавировки. Выполнив поворот, яхта остается в рамке лэйлайна и продолжает набор высоты.

Когда нужен транспортир

Геометрическое мышление спортсмена позволяет ему держать в голове общую схему дистанции, ограниченную стартовой линией, верхним знаком и точками поворота — условный четырехугольник с лэйлайнами по сторонам. Как спортсмен определяет точки поворота?

При условии, что ветер постоянный, а угол движения к ветру составляет 45 градусов, поворот выполняется на 90 градусов. 45 до направления левентик (точно на ветер) и 45 до направления на другой галс. Для определения точки поворота используется понятие траверза. Маневр выполняется тогда, когда верхний знак расположен по траверзу левого или правого борта в зависимости от галса. На что следует обратить внимание, если дистанция длинная?

В зависимости от класса соревнований гонки проходят на внутренних водах, в условиях моря или океана. Если в первом случае спортсмен все время видит берег и может выбрать неподвижные ориентиры, помогающие более точно определить его местоположение, то на открытой воде привязаться не к чему. Но даже видя ориентиры, крайне сложно на глаз определить каким курсом идет яхта: 150 или 152 градуса. На первый взгляд кажется, что разница не велика. Однако, учитывая величину расхождения в 15 метров на километр, возникающую при отклонении от курса на 1 градус, мы получаем отставание как минимум на один-два корпуса яхты в случае даже незначительной ошибки. Опытные спортсмены говорят, что чемпионаты мира выигрываются компасом, и они не ошибаются. Каждый раз, меняя курс, спортсмен должен убедиться в том, что направление ветра и направление яхты максимально соответствует его задачам.

Рис. 18. Ориентирование по компасу и по траверзу

В зависимости от класса яхт и состава команд расчеты проводятся по-разному. Во всех случаях используются флюгарка для установления точного компасного направления ветра и компас для определения оптимального при данном ветре курса яхты. Некоторые спортсмены перед стартом записывают основные ориентиры и курсовые углы на них, но в ситуации, когда гонщик на одиночной лодке соревнуется в сложных ветро-волновых условиях, всю обстановку приходится держать и рассчитывать в уме.

Заключение

Парусные гонки — один из самых сложных видов спорта на планете. Помимо факторов, приведенных в данной работе, действует значительное количество препятствий. Чистая вода впереди, чистый, никем не загороженный ветер, правила расхождений на открытой воде и в зоне знаков добавляют переменных в уравнение, которое непрерывно решает тот, кто решил выйти в гонку под парусом. Подводя итог, считаю необходимым сказать о том, что без умения свободно оперировать описанными выше геометрическими построениями ни один спортсмен победить не сможет.

Литература:

1. Chartplotter Copilot — Текст: электронный // Cruising Around The World: [cайт] — URL: https://www.cruisingworld.com/chartplotter-copilot/ (дата обращения: 15.01.2024)
2. Currents and Tactics VI — Laylines — Текст: электронный // Ocean Drivers: [cайт] — URL: https://www.oceandrivers.com/currents-tactics-vi-laylines/ (дата обращения: 15.01.2024)
3. Sailing in light air — Текст: электронный // Sailing Magazine: [cайт] — URL https://www.sailmagazine.com/cruising/sailing-in-light-air (дата обращения: 20.01.2024)
4. Tips and Tricks for Laylines — Текст: электронный // Wind Check Sailing Magazine: [cайт] — URL: https://www.windcheckmagazine.com/article/tips-and-tricks-for-laylines/ (дата обращения: 15.01.2024)
5. https://windbrothers.ru/cat/flyugarka-dlya-yaht-luch-lazer.htm
6. https://www.betaenergy.ru/windspeed/velikiy-novgorod/