Динамика воблера

Когда публикуются статьи о самодельных воблерах, в них, как правило, самым тщательным образом описываются методики, используемые в работе. Статьи подробно и, я бы даже сказал, дотошно рассказывают о том, как надо делать, но совершенно не объясняют, что надо делать. Проще говоря, в статьях отсутствует самое главное, а именно – как конструкция приманки влияет на её игру. Не могу сказать, что я являюсь крупным «докой» в данном вопросе, но, после нескольких консультаций у специалистов, у меня, наконец-то, сложилась более-менее цельная картина гидродинамики воблера. Пользуясь представившейся возможностью и чувствуя необходимость освещения этой относительно мало изученной проблемы, я и хочу предложить на суд читателя небольшое изложение основных физических принципов работы воблера и факторов, влияющих на его работу.

Что такое воблер, наверное, известно, если не всем рыболовам, то каждому спиннингисту уж точно. Похожие и не похожие на рыбу, большие и маленькие, яркие и невзрачные, стройными рядами лежат они на прилавках любого рыболовного магазина, все их видели. Вот устройство этой приманки детально известно не всем, ведь дополнительная огрузка, погремушки, система дальнего заброса – всё это, как правило, скрыто под слоем краски. А почему он, воблер, вообще работает, задумываются немногие. В первую очередь, те, кто сам пытается их делать.

Данная статья ориентирована, прежде всего, на рыболовов, которые собираются заняться изготовлением воблеров. Но и остальным, я надеюсь, будет достаточно интересна.

Немного физики

Тех, кому ещё в школе надоел предмет, указанный в подзаголовке, прошу заранее не пугаться: физики во всём страшном великолепии её «трёхэтажных» формул не будет. Практическая гидродинамика – дисциплина достаточно сложная, до конца понятная только специалистам, и я к ним не принадлежу. Так что все последующие рассуждения носят чисто умозрительный характер, хотя и с некоторой претензией на научную основу. Я заранее прошу прощения у тех специалистов, которым на глаза попадётся данная статья, за неточности и возможные ошибки. И буду очень признателен, если меня поправят.

Впрочем, те, кому мои рассуждения не очень интересны, могут просто пропустить их и перейти сразу к расположенным после них выводам. Но тогда последние просто придётся принять на веру.

Итак, что собой представляет воблер? Это некое тело более-менее обтекаемой формы, которое вряд ли смогло бы вилять из стороны в сторону, а тем более вибрировать, если бы не некий дестабилизирующий элемент. Обычно это наклонная поперечная пластина (лопасть), выступающая из передней части приманки, реже плоский косой срез самой передней части. Упомянутый элемент и заставляет обтекаемое тело совершать рыскающие колебания в набегающем потоке воды, а также погружаться при движении за счёт наклона к продольной оси воблера. Для понимания динамики этого процесса и влияющих на неё факторов рассмотрим схему сил, действующих на воблер.

На неподвижный воблер действуют только сила тяжести и сила Архимеда. Точкой приложения первой из них, направленной вертикально вниз, является центр масс (центр тяжести) тела. Вторая же, направленная вверх, приложена к так называемому центру плавучести – условной точке, которая являлась бы центром масс воблера, если бы он имел одинаковую плотность по всему объёму (в том числе лопасть, арматура, тройники и т.д.). Указанные две силы разворачивают находящийся в толще воды воблер в такое положение, чтобы центр плавучести находился чётко над центром тяжести (рис. 1а). Чем больше расстояние между центрами, тем быстрее воблер приходит в это положение, тем лучше его остойчивость. Если плавучесть положительна (т.е. сила Архимеда больше силы тяжести), погружённое в жидкость тело стремиться всплыть, а если она отрицательна, то погрузиться.

На воблер в движении действуют ещё и сила натяжения лески, а попросту сила тяги, приложенная к передней петле, а также противодействующая ей сила сопротивления воды. Точку приложения этой силы будем называть центром давления (рис. 1б). Процедура определения точного местоположения этого центра достаточно сложна и неосуществима в домашних условиях, локализовать его можно лишь приблизительно, пользуясь простыми рассуждениями. Само по себе тело воблера, как уже говорилось, имеет обтекаемую форму, и его собственная сила сопротивления сравнительно невелика. А вот дестабилизирующий элемент обладает гидродинамически невыгодной формой и, несмотря на сравнительно незначительные размеры, оказывает довольно сильное сопротивление потоку. Поэтому следует ожидать, что центр давления всей приманки будет локализован где-то ближе к лопасти (срезу). Всё, конечно, зависит от размеров и формы лопасти и собственно тела воблера. Ещё следует заметить, что положение центра давления зависит от ориентации воблера к направлению потока, но мы пока предположим, что оно не меняется.

Силу сопротивления традиционно раскладывают на две составляющие – силу лобового сопротивления, параллельную направлению набегающего потока, и перпендикулярную ей, которую по традиции называют подъёмной силой. Последняя, несмотря на название, не обязательно направлена вертикально вверх. Она может быть направлена вниз, как в нашем случае, или даже вбок.

Будем предполагать, что воблер симметричен относительно вертикальной плоскости. Тогда, по логике, центр давления воблера в равновесном положении лежит в этой плоскости, как и центры масс и плавучести, а также передняя петля, т.е. точки приложения всех сил, действующих на приманку. И векторы сил тоже лежат в этой плоскости.

Поступательное движение воблера

Сначала давайте разберёмся, как и почему воблер ныряет. Для этого, так сказать, запретим воблеру колебаться и жёстко зафиксируем его в плоскости симметрии. То есть, если воспользоваться авиационной терминологией, пусть изменяется только угол тангажа (наклон вперёд или назад), а углы рыскания (поворот влево-вправо вокруг вертикальной оси) и крена (наклон влево-вправо) будут постоянны и равны нулю. Также предположим, что влияние силы тяжести и силы Архимеда ничтожно малы (т.е. натяжение лески и сопротивление жидкости намного больше), а центр давления при изменении угла тангажа никуда не смещается.

Что же произойдёт, если потянуть за леску? Понятно, что чем больше её натяжение, тем больше и сила сопротивления. Но точки приложения у них разные, да и векторы их не всегда разнонаправлены, а в общем случае образуют тупой угол. Возникает вращающий момент, заставляющий воблер опускать нос до тех пор, пока центр давления не окажется на линии натяжения лески (рис. 1в), при этом приманка двигается не в направлении потяжки, а вперёд и одновременно вниз. Чем меньше угол наклона лопасти к продольной оси воблера, тем меньше лобовое сопротивление и больше подъёмная сила. Соответственно, воблер заглубляется быстрее.

Если приманка движется с постоянной скоростью, значит, силы тяги и сопротивления компенсируют друг друга. То есть они равны по значению, а их и векторы противоположно направлены (см. рис. 1в). Угол α₀ между любым из этих векторов и направлением движения воблера – величина постоянная, не зависящая от скорости (специалистам, которые сразу вспомнили о числе Рейнольдса, напоминаю: все наши рассуждения носят достаточно приближённый характер, тем более что сказанное достаточно хорошо выполняется в широком диапазоне скоростей). По мере заглубления воблера направление вектора силы тяги меняется, и когда его угол к горизонтали становится равным α₀ (рис. 1г), приманка достигает своей рабочей (максимальной) глубины. Эта глубина определяется только длиной лески и тоже не зависит от скорости движения. Если, конечно, не учитывать влияние сил Архимеда и тяжести. Тонущий воблер будет идти чуть глубже, а плавающий – немного ближе к поверхности, чем суспендер. И чем меньше скорость проводки, тем существеннее это различие.

Если длина лески l постоянна (например, воблер тянется за движущейся лодкой), тогда расчётная глубина хода будет равна lsinα₀ (надводную часть лески мы не здесь учитываем). Впрочем, нагляднее будет рассматривать зависимость глубины не от l, а от горизонтального расстояния x до приманки. Тогда расчётная глубина равна xtgα₀. На самом деле, конечно, эти рассуждения весьма условны и справедливы лишь при небольших значениях l или x, поскольку не учитывают собственного сопротивления лески набегающему потоку, в результате которого её выгибает дугой и реальное заглубление приманки получается меньше расчётного. При больших x, когда леска на ближайших к рыболову метрах почти параллельна поверхности воды, глубина хода воблера становится практически постоянной. Это значение y₀ и понимают под термином «рабочая глубина» (надо сказать, что y₀ зависит и от диаметра лески: у более тонкой сопротивление потоку меньше, соответственно её меньше выгибает, и воблер движется глубже). Выражаясь математически, можно сказать, что кривая зависимости глубины хода от горизонтального расстояния y = f(x) имеет две асимптоты: y = xtgα₀ при x > 0 и y = y₀ при x > ∞ (рис. 2) .

Если же спиннингист крутит ручку катушки, то длина лески всё время уменьшается, как и её угол к поверхности воды. В то же время угол между силой тяги и направлением движения α₀ не изменяется. Расчёт траектории движения приманки в воде даёт дугу с плавно уменьшающимся радиусом – сходящуюся спираль, которая закручивается вокруг начала координат, связанного с кончиком спиннинга (специально для любителей математики привожу результаты расчётов: траектория как зависимость глубины от горизонтального расстояния x задаётся параметрически с помощью системы уравнений {x = lcosφ; y = lsinφ - l₀sinφ₀}, где полярный угол φ выражается через параметр l (длину лески) формулой φ = φ₀ - tgα₀ ln(l/l₀). Здесь l₀ – длина лески в начале движения (максимальная длина лески), а φ₀ – начальное значение полярного угла при l = l₀ (при глубине y = 0)); примерно такую форму имеет часовая пружина. Однако область применения и этих вычислений весьма ограничена. Они работают только на небольших дальностях заброса (малых l₀), когда сопротивление лески в воде намного меньше собственного сопротивления воблера. Когда влияние лески существенно, реальная траектория проходит выше по глубине. На полной дальности заброса воблер сначала достаточно резко погружается, быстро достигает максимальной глубины (которая примерно равна рабочей) и постепенно приближается к поверхности по мере выматывания лески, а в конце движения резко поднимается (рис. 3). Чем дальше заброс, тем больше заглубление воблера приближается к его рабочей глубине и тем больше времени проводит приманка на данной глубине (рис. 4). Чем ниже угол α₀, тем меньше воблер заглубляется. Соответственно, сопротивление лески оказывает меньшее влияние на заглубление, а реальная траектория больше похожа на расчётную, особенно на малых дальностях заброса (рис. 5).

Примечательно, что дальность хода воблера со значительной глубиной хода (большим α₀) может превышать дальность заброса: точка выхода приманки на поверхность по горизонтали будет находиться ближе к рыболову, чем кончик спиннинга. Кроме того, при определённых условиях приманка в конце траектории даже может двигаться в противоположную от спиннингиста сторону. Впрочем, эти особенности присущи только приманкам с большим заглублением и не имеют практического значения в рыбалке. Они проявляются лишь тогда, когда тюльпан спиннинга опущен близко к поверхности воды, и представляют скорее неудобство: можно провести приманку слишком близко к себе и зацепить крючком о днище лодки, с которой производится ловля.

Надо сказать, что и рассуждения, учитывающие выгибания подводной части лески под действием набегающего потока, тоже не вполне точны, поскольку не учитывают прогиб её надводной части вниз под действием силы тяжести. За счёт этого «подводные эффекты» лески становятся заметны на меньших расстояниях l.

Сложно? На самом деле всё ещё сложнее, поскольку при любых эволюциях воблера относительно набегающего потока меняется и положение центра давления, и сила сопротивления, что тоже необходимо учитывать. Но для понимания пока сойдёт и так.

До сих пор мы предполагали, что воблер идеально сбалансирован и векторы сил тяги и сопротивления находятся на одной линии, как показано на рис. 6а. А что будет, если эти векторы не лежат в одной плоскости? Такое случается, если лопасть асимметрична или перекошена в одну сторону (впрочем, возможно и то и другое вместе). Оба эти случая проиллюстрированы на рис. 6б и 6в. Ситуации разные, но результат одинаков: возникает вращательный момент, заставляющий воблер поворачиваться вбок и (мы помним, что точка приложения силы тяги находится выше точки приложения силы сопротивления, т.е. центра давления) одновременно крениться в противоположную сторону. В случае, изображённом на рисунке, воблер начинает смещаться влево по ходу движения и при этом кренится на правый бок. Момент сил тяжести и Архимеда, который тем больше, чем сильнее крен, старается, наоборот, выровнять воблер. При некотором угле крена моменты сил могут уравновеситься, и приманка будет двигаться вперёд с креном в одну сторону и отклонением от курса в другую. Если же скорость движения достаточно высокая, так что отклоняющий момент всегда больше выравнивающего, воблер будет двигаться по спирали, пока его не вынесет на поверхность. Как этого избежать? Необходимо сместить вбок одну из точек приложения сил – либо силы тяги (подогнуть переднюю петлю в сторону крена воблера), либо центра давления (сточить лопасть с этой стороны).