Как сообщалось в отчете о прошлогоднем Первенстве СССР по парусу, попытка В. И. Летунова вооружить катамаран класса В кэтом окончилась неудачно — высокая мачта не выдержала штормовых калининградских ветров и на одной из заключительных гонок сломалась. Однако эксперимент заинтересовал многих хотя бы потому, что В. И. Летунов является одним из наших признанных яхтенных конструкторов.
Но попытаемся разобраться в этом объективно. До недавних пор среди гоночных катамаранов кэтом вооружался только класс А. Здесь все объяснимо: одному спортсмену трудно управлять несколькими снастями одновременно.
Катамараны В несли вооружение шлюп по аналогии с другими гоночными судами. В известной мере это объясняется тем, что большинство катамаранов указанного класса за границей являются монотипами, на которых возможность экспериментов как с конструкцией корпуса, так и с парусным вооружением исключается правилами.
Советские гонщики имеют в этом отношении большие возможности, так как класс В у нас является свободным. Однако, как правило, вооружение наших катамаранов лишь немногим отличается от иностранных и состоит из грота площадью 16 м2 и пятиметрового стакселя. Можно только отметить, что катамараны, показавшие лучшие результаты, имели стакселя меньшей площади — до 4,2 м2.
Обычно стакселя на катамаранах В не заходят за мачту; длина их нижней шкаторины не превышает 2 м. Некоторые гонщики пришивают на стаксель латкарманы: 4—5 на задней шкаторине и 3 (вертикальных) — на нижней. Верхняя лата делается сквозной, чтобы удержать в расправленном состоянии узкий фаловый угол паруса.
Грот шьют с достаточно большим пузом. Латы располагают: внизу — параллельно гику, а вверху — под углом 10—15° к нему. Для улучшения аэродинамических качеств паруса нижняя шкаторина грота крепится к гику только по углам и подкрепляется усиленной латой. Латкарманы делают раза в полтора шире лат, чтобы латы при изгибе не деформировали поверхность паруса. Использование гибкого рангоута и гал-совой оттяжки позволяет менять форму грота в зависимости от курса и силы ветра.
Любопытна попытка рижских мастеров братьев Эглайс повысить эффективность работы грота за счет установки вместо гика крыловидной шайбы, которая должна уменьшать перетекание воздуха под парусом. По-видимому, имеются возможности и других усовершенствований. Однако рост скоростей современных гоночных катамаранов, обострение борьбы на дистанции, когда каждая отыгранная секунда может стать решающей для исхода гонок, заставляют конструкторов и яхтсменов искать более радикальные пути для повышения качества парусного вооружения. Эксперимент В. И. Летунова является одной из попыток, предпринятых в этом направлении.
На прикидочных выходах в Москве катамаран Летунова в слабый ветер показал более высокие ходовые качества, чем однотипное с ним судно Рослова — победителя Первенства 1965 г., вооруженное шлюпом. Это преимущество было достигнуто в основном за счет более высокой парусности, позволившей брать верхний ветер. На гонках в Калининграде недостатка в ветре не было, и Летунов начал проигрывать, броде бы аргумент против кэта! Но сам гонщик объяснял свои неудачи другим: «боюсь потерять мачту, приходится постоянно недобирать шкоты». На предпоследней гонке, он, по-видимому, решил все же рискнуть. О результате уже сообщалось.
Из теории аэродинамики парусного вооружения яхт известно, что одной из положительных сторон вооружения типа шлюп является возможность улучшить качество работы грота за счет уничтожения завихрений на его подветренной стороне, которое достигается постановкой стакселя. Однако известно также, что плохо поставленный стаксель может снизить тягу грота.
Добиться правильной работы стакселя на скоростях, с которыми ходят катамараны, трудно. Уменьшение площади стакселя и установка на нем лат дают лишь частичный эффект. Во всяком случае, на лавировке катамаран со стакселем не может идти так же круто к ветру, как с одним гротом. Тугое выбирание стаксель-фала, необходимое лишь для того, чтобы уменьшить прогиб передней шкаторины, приводит к появлению огромных сжимающих усилий в мачте, воспринимающихся поперечной балкой мостика — наиболее нагруженной конструкцией судна.
На попутных курсах эффективность стакселя, имеющего ничтожную площадь, естественно, незначительна.
К недостаткам шлюпового вооружения катамарана можно также отнести трудности работы с парусами и большое лобовое сопротивление полощущего стакселя при повороте оверштаг в сильный ветер.
Самым слабым местом вооружения кэт, как это показал опыт В. И. Летунова, является мачта. Повысить ее прочность, не утяжелив конструкцию, невозможно, а вес катамарана считают, как в авиации, на граммы. Тяжелая мачта, к тому же, повышает центр тяжести вооружения, который у кэта и без того поднят значительно выше, чем у шлюпа.
Выход, как всегда в таких случаях, может быть только в компромиссном решении. Что принести в жертву ради выигрыша в скорости: вес или аэродинамику?
Вес! — решил американский конструктор Дж. Петерсон, впервые установивший в 1964 г. на катамаране класса С «Спринтер» вооружение кэт с аэродинамической мачтой (рис. 1).
Идея аэродинамической мачты сама по себе, конечно, не нова, но Петерсон, если так можно выразиться, довел ее до апогея. Спроектированная им мачта имела при высоте 10,37 м наибольшую ширину (по хорде) 0,76 м и площадь парусности около 7 м2, т. е., примерно, в пять раз больше, чем на катамаранах того же класса, вооруженных шлюпом. Весила мачта около 60 кг.
На чемпионате США в том же году «Спринтер» занял второе место, проиграв своему сопернику в основном из-за поломки кормовой балки во второй гонке.
Очевидно, мачту еще больших размеров скорее можно было бы отнести к разряду жестких парусов, с которыми она, кстати, имеет много общего и по конструкции: ее крыловидный профиль выклеивается из фанеры по набору из тонких реек.
Мачта «Спринтера» имела минимум стоячего такелажа, который затруднил бы ее вращение. С помощью рычага она устанавливалась на любой угол атаки: за счет этого можно было добиваться максимального уменьшения турбулизации воздуха между мачтой и парусом, а также регулировать пузо паруса (рис. 2).
Потребовалось всего два года для того, чтобы эксперимент Дж. Петерсона получил всеобщее признание. Управляемые аэродинамические мачты уже появляются и по эту сторону океана.
На Международной неделе катамаранов в августе 1966 г. англичане выставили пять судов класса С с таким вооружением. Три из них: «Тандер-П», «Манта С» (рис. 3) и «Леди Хелмсмен» (рис. 4) заняли на этих соревнованиях, соответственно, 1, 2 и 3-е места.
Сразу же после окончания «недели» англичане начали готовиться к очередному розыгрышу «Малого Кубка Америки». «Эмма Гамильтон», два года подряд завоевывавшая для Англии этот почетный приз, не могла больше претендовать на участие в гонках, так как на только что прошедших соревнованиях оказалась значительно слабее соперников и заняла предпоследнее 10-е место.
Для того чтобы окончательно выявить сильнейшего, были проведены отборочные гонки между катамаранами «Тандер-II» и «Леди Хелмсмен». Предпочтение, которое было оказано «Леди», объяснялось тем, что по результатам отдельных гонок она имела преимущество перед «Мантой» и проиграла ей только из-за двух пропущенных стартов и одного возвращения с дистанции из-за поломки.
Одержав уверенные победы в серии из четырех гонок, из которых первые две проходили в слабый ветер, а последние — в свежий, экипаж «Леди» — Per Уайт (рулевой) и Джон Осборн (матрос) завоевал право выйти 14 сентября на старт в заливе Торп Бей на встречу с американским претендентом на кубок.
Прототипом для изготовления корпуса английского катамарана послужил «Хелкет III», в отличие от которого у «Леди» был поднят бак и увеличен носовой свес. Аэродинамическая мачта «Леди Хелмсмен» имела высоту 10,7 м и площадь парусности 9,75 м2. Для улучшения ходовых качеств поперечные балки катамарана были подкреплены не обычным шпрюйтом, а очень короткой распоркой с оттяжками из полос легкого сплава.
Американцы, трижды (в 1961, 1962 и 1964 гг.) терпевшие поражение в борьбе за этот кубок, на этот раз готовились к гонкам с особой тщательностью. Конструкция «Геймекука» — последнего творения Дж. Петерсона — свидетельствовала о развитии принятого им направления. Основное внимание конструктор уделил удобству управления парусом, возможности получать лучшие аэродинамические качества в любой ветер.
Мостик катамарана «Геймекук» (рис. 5) состоит из двух приподнятых в средней части поперечных балок и одной продольной балки в ДП. Аэродинамическая мачта вращается на опоре 1. Гик крепится к шпору мачты — так удобнее для проводки идущего вдоль него такелажа, и в то же время за счет изогнутого колена гик не мешает работать экипажу.
Аэродинамическая мачта высотой 11,6 м, площадью парусности 7,5 м2 имеет сэндвичевую конструкцию из стеклопластика с пенопластовым заполнителем. Вес мачты около 75 кг, т. е. примерно 30% общего веса катамарана. Для удобства транспортировки мачта разбирается на две части, стыкующиеся в районе краспиц.
Парус на «Геймекуке» со сквозными латами изготовлен из новой синтетической ткани «Дайнамит» весом 250 г/м2. Латы представляют собой плавно суживающиеся трубы из стеклопластика (предположительно, они изготовлены из рыболовных удочек, выпускаемых в США).
Тонкая регулировка паруса обеспечивается следующими устройствами:
1) оттяжкой 4 гика, которая пройдя через блоки перемещающегося по гику ползуна 10 и четырехходовые тали 11 позволяет получить 16-кратный выигрыш в силе; 2) грота-шкотом 3, также имеющим у нока гика четырехходовые тали; 3) гика-шкотом 8 и контр-гика-шкотом 7.
Рычаг 5 и тали 6 позволяют контролировать и изменять угол атаки мачты. На передней кромке мачты установлен флюгер, указывающий направление вымпельного ветра. Для контроля за правильностью установки паруса и мачты в парусе предусмотрены окна из прозрачной пленки, по обеим сторонам которых подвешены ленты — «колдунчики». Небольшой угол между ленточками на подветренной и наветренной сторонах паруса свидетельствует об удовлетворительной работе вооружения. Опадание одной из них говорит о возникновении срыва потока воздуха с этой стороны паруса.
На «Геймекуке», как и на всех новых катамаранах класса С, установлен широкий, от борта до борта, изогнутый погон, по которому скользит тележка с блоками гика-грота-шкота и оттяжка гика. В нейтральном сечении погона, имеющего двутавровый профиль, вырезаны круглые отверстия: увеличив вес вооружения, конструкторы не забыли облегчить конструкцию там, где это только представлялось возможным.
На отборочных соревнованиях в США «Геймекук» (экипаж — Боб Шилд и Джим Бони) показал великолепные результаты, выиграв гонки у двух других катамаранов новейшей конструкции — «Хайдриджн» и «Элайнс». На «Элайнс», в частности, было применено совершенно необычное парусное вооружение. Как показано на рис. 6, парус состоит из двух соединенных по задней шкаторине полотнищ: еще один шаг к аэродинамическому крылу, которое до сих пор использовалось только на буерах. Наибольшую эффективность такой парус, как и следовало ожидать, показал в сильный ветер.
И все же кубок вновь остался у англичан, хотя начало соревнований было для них неудачным. В двух первых гонках «Леди» вынуждена была сойти с дистанции из-за повреждения подмачто-вой балки: 6-балльный ветер плюс 70 кг собственного веса мачты создали нагрузку, под действием которой труба из высокопрочного легкого сплава получила опасный прогиб. Любопытно, что, возвращаясь с дистанции во время первой гонки, «Леди Хелмсмен» под голой мачтой развила скорость около 10 узлов!
Для продолжения соревнования нужно было срочно заменить балку более прочной. Испросив разрешения американцев на производство такой замены, англичане сумели в течение одной ночи выполнить всю работу. Угроза национальному престижу объединила недавних соперников: капитан «Тандер-П» Терри Пирс (инженер-судостроитель и владелец судоверфи) лично изготовил новую балку.
Дальнейшие гонки прошли при явном преимуществе англичан. Во время четвертой гонки потерпел аварию казавшийся неуязвимым «Геймекук». Опять балка мостика! Но, в отличие от английского катамарана, на американском наиболее слабым местом оказалось соединение балки с пластмассовым корпусом.
Отдавая должное искусству английской команды, присутствовавший на соревнованиях Дж. Петерсон признал, однако, что не меньшая заслуга в одержанной победе принадлежит строителям «Леди Хелмсмен» (верфь «Сейл Крафт Лимитид») и особенно Остину Фереру — конструктору парусного вооружения катамарана. Объективные оценки, сделанные обозревателями журналов «CATIN», «Bateaux» и др., свидетельствуют, что английский катамаран был легче, а его мачта имела более совершенный профиль.
Итак, снова вес и вооружение — проблемы, которые решаются конструкторами гоночных катамаранов с момента появления этого типа судов. К ним нужно добавить еще надежность — ведь не замени англичане балку, судьба «Кубка Америки» могла бы решиться иначе. Мы уже писали в статье о Первенстве СССР по парусу 1966 года об аналогичной аварии, которую потерпел катамаран постройки Ленинградской верфи ВЦСПС.
Чтобы установить причину поломки и наметить пути для создания оптимальной конструкции моста, верфь в конце прошлого года провела открытое техническое совещание. Общим мнением было, что современные трубчатые мосты по весовым и прочностным качествам выше любых других конструкций при условии правильного выбора материала и расчетного сечения (стоило неудачно заменить марку сплава на подмачтовой балке серийного катамарана, и они стали выходить из строя). Наиболее слабым местом про» должает оставаться шпрюйт. Даже при небольшом его удлинении нагрузка в конструкции быстро перераспределяется, в результате чего балки получают деформацию. Лучшим материалом для шпрюйта следует признать стальную ленту. Для того чтобы шпрюйт меньше зарывался в воду (а это не только опасно для прочности, но и снижает скорость хода), балки лучше делать с подъемом в средней части.
Как уже неоднократно отмечалось конструкторами и гонщиками, обводы современных катамаранов с округлыми шпангоутами настолько отработаны, что дальнейшее их совершенствование практически лишено смысла. И все же нельзя не обратить внимания, например, на такое любопытное обстоятельство: все английские катамараны, одерживавшие победы в гонках на «Кубок Америки», имели корпуса с развитыми свесами, в то время как их противники неизменно привозили суда с вертикальными штевнями. Можно предположить, что преимущество английских катамаранов по обводам заключается в более рациональном выборе (с учетом вероятных скоростей) отношения длины по конструктивной ватерлинии к ширине на миделе. Максимальная длина по КВЛ, принятая на американских и австралийских катамаранах, приводит к некоторому повышению сопротивления трения. Носовые свесы, кроме того, улучшают мореходные качества судна. Катамараны с длинными, поплавками (в том числе и типа В отечественной постройки) могут иметь преимущество только при сравнительно слабом ветре. На взволнованной поверхности и при дифференте тупая надводная часть носа погружается в воду, поднимая густую пелену брызг.
У катамаранов класса В, строящихся в Советском Союзе, наибольшее распространение получили обводы со слабо изогнутой килевой линией, длинным носовым свесом и небольшой транцевой кормой. Мидель-шпангоут округлый. Ширина поплавка по КВЛ чаще всего составляет 380—420 мм; максимальная ширина транца не превышает обычно 90% этой величины. Катамараны с такими обводами отлично ведут себя на волне; умеренно разваленные носовые шпангоуты хорошо отваливают воду, причем волна опадает от борта почти без брызг.
В сильный ветер, когда судно движется на режиме, близком к глиссированию, экипаж создает дифферент на корму; в слабый же ветер нетрудно, притопив нос, поднять транец выше ватерлинии.
Большинство катамаранов, успешно выступавших на соревнованиях последних двух лет, имеют длинные водоот-бойники, идущие от форштевня до миделя, а на некоторых судах и до транца с небольшим наклоном (2—3°) к основной плоскости. Отбрасывая поднимающуюся у форштевня воду, отбойники не только уменьшают смоченную поверхность корпуса, но и снижают амплитуду качки на волнении, а также способствуют выходу носовой оконечности на поверхность при зарывании судна в волну.
Стремление максимально снизить вес судна привело к тому, что корпуса современных катамаранов не имеют набора в его общепринятом понимании. Их жесткость и прочность обеспечиваются соответствующим выбором обводов и конструкции обшивки. Широкое применение находят трехслойные конструкции (шпон + пенопласт + шпон или стеклопластик + пенопласт стеклопластик), ламинированная древесина, оклеенная стеклопластиком фанера. Если поплавки первых наших катамаранов весили более 60 кг каждый, то сегодня их вес составляет не более 35 кг, а в недалеком будущем уменьшится до 25 кг.
Существенное влияние на конструкцию корпуса, а значит и на вес судна оказывает технология постройки. Серийные суда Ленинградской судоверфи строятся следующим образом. На деревянной модели судна, уменьшенной на толщину обшивки, выставляют форштевень, киль и швертовый колодец, собранные на кондукторе. Обшивка набирается в три слоя из фанерных лент, устанавливаемых крест-накрест. Фанера укладывается наружными волокнами вдоль судна. Каждый слой обшивки намазывают клеем и прибивают гвоздями к нижележащему. После полимеризации клея гвозди удаляют, а отверстия от них зашпаклевывают. Процесс выклей-ки скорлупы занимает не менее двух дней. Далее готовую обшивку снимают с формы и достраивают на монтажном столе: укладывают привальные брусья, бимсы, палубу.
Проще и эффективнее получается обшивка, выполненная из одного слоя фанеры и оклеенная тонкой стеклотканью или даже менее прочной материей (например, перкалью).
Постройка корпуса может вестись на временных лекалах с использованием гвоздевой запрессовки (взагиб) склеенных деталей. Листы обшивки устанавливают встык с подкладкой из фанеры. Готовый корпус только шпаклюют и красят. Преимущество этого способа в быстроте и дешевизне: стоимость поплавка получается настолько небольшой, что нередко его проще заменить новым, чем отремонтировать.
Для формования пластмассового корпуса используют матрицу, которая может быть выклеена по деревянной модели. Тонкий наружный слой обшивки из стеклопластика покрывается (методом напыления) пенопластом, поверх которого укладывается внутренний слой стеклопластика. На готовый корпус устанавливают бимсы и палубу.
Швертовый колодец выклеивается заодно с корпусом. В наружный слой стеклопластика вводится пигментированная смола. Вес такого поплавка не превышает 35 кг. После механизации отдельных операций и отработки рецептуры компонентов пенопласта этот технологический процесс можно будет рекомендовать для серийной постройки катамаранов.