Моторные тримараны нового поколения

В парусном мире достигли высочайшего совершенства огромные катамараны и тримараны для многомесячных океанских переходов со средней скоростью до 16-17 уз либо, наоборот, — самые малые и нередко складные минимногокорпусники. В моторном флоте положение иное. Двухкорпусные суда еще строятся, но уже в довольно ограниченном количестве, о постройке же тримаранов практически ничего не слышно. Этот пробел в информации в какой-то мере закрывает статья нашего автора-ветерана Николая Владимировича Корытова.

Стоит отметить, что в ней наглядно просматривается неразрывная связь между малым — малотоннажным — и "большим " судостроением: прослеживается путь от 12-метровой "моторки" до огромных транспортных тримаранов, в которых находят применение многие опробованные на катерах решения (подводные крылья, принцип СМПВ, водометные движители и т. д.).

На пути повышения скорости судна возникла непростая проблема преодоления так называемого барьера волнового сопротивления R_в, возникающего вследствие образования системы волн при движении. Это — основная составляющая полного сопротивления движению быстроходного судна: на некоторых режимах R_в поглощает более 50% мощности его энергетической установки (ЭУ). Другой, менее значительной составляющей полного сопротивления является сопротивление трения R_тр, которое зависит в основном от размеров и степени гладкости смоченной поверхности корпуса.

Картина волнообразования, а следовательно, и величина R зависят прежде всего от скорости движения. При малых скоростях, определяемых числом Фруда Fr=0.10÷0.15, волновое сопротивление практически отсутствует. С увеличением скорости (при Fr>0.3) оно начинает возрастать и при Fr=0.4÷0.5 наблюдается его максимум. Сопротивление R существенно зависит также от формы обводов корпуса и соотношения его главных размерений; при этом увеличение L/B способствует снижению R тем большему, чем больше число Фруда.

Сопротивление R_в зависит и от глубины погружения корпуса: с ростом глубины интенсивность волнообразования значительно снижается.

Отмеченные выше особенности изменения R_в используются в различном сочетании. На сегодня уже предложен ряд модификаций быстроходных судов с пониженным волновым сопротивлением. Одной из них является концепция многокорпусного судна.

Современный быстроходный тримаран представляет собой совокупность трех водоизмещающих корпусов: центрального, погруженный объем которого обычно составляет 85-90% водоизмещения судна, и двух выносных боковых корпусов (аутригеров), общий погруженный объем которых, как правило, не превышает 10-15% водоизмещения; конструктивно корпуса объединены общей платформой — соединительным мостом.

В целях всемерного снижения R_в центральный корпус тримарана проектируют с большим относительным удлинением — до 15-17. Необходимая поперечная остойчивость судна при столь удлиненном центральном корпусе обеспечивается разносом боковых корпусов по ширине тримарана.

Боковые корпуса тримарана проектируют более удлиненными, чем центральный — их относительная длина достигает 20-23. Эти корпуса чаще всего располагаются в средней части судна; с увеличением расчетной скорости тримарана их оптимальное месторасположение смещается в кормовую часть судна. Длина боковых корпусов обычно составляет 35-45% длины центрального.

Следует отметить как минус то, что, по сравнению с однокорпусным судном такого же водоизмещения, смоченная поверхность тримарана оказывается значительно большей, что приводит к росту R_тр. Задача в том, чтобы эффект от уменьшения R_в с лихвой компенсировал и рост R_тр, и увеличение веса корпуса судна, и повышение его построечной стоимости.

По данным модельных испытаний, R_в тримарана за счет увеличения относительной длины центрального корпуса и благоприятного гидродинамического взаимодействия волновых систем корпусов может быть уменьшено в среднем на 15-20% по сравнению с однокорпусным судном такого же водоизмещения.

В Великобритании верфью "Vosper Thornycroft", имеющей огромные заслуги в области создания быстроходных малых кораблей, в 1998 г. за десять месяцев был построен из композитных материалов 35-метровый катер "Cable & Wireless Advanturer". Этот тримаран совершил рекордное кругосветное плавание за 74 дня 20 ч и 58 мин (подробнее см. "КиЯ" №165). Отметим, что, как можно предположить, его создатели обратились к тримаранной схеме по двум соображениям. Было необходимо обеспечить при достаточно высокой скорости минимальный расход горючего; только такое решение позволяло совершить 26000-мильное плавание с минимумом потерь на дозаправку горючим. К тому же при столь малых размерениях только тримаран давал надежду на возможность поддержания требуемой средней скорости (фактически — 14.5 уз) в условиях океанской трассы.

Рекорд кругосветного плавания, установленный этим катером, произвел серьезное впечатление на кораблестроителей и вновь пробудил интерес к тримаранам. При этом все более крупные суда развивают схему, испытанную на катере-"рекордсмене" и предшествующей ему мотолодке "Endeavour".

Той же верфью в 2000 г. был построен экспериментальный тримаран военного назначения водоизмещением 1100 т. "R. B. Triton" до конца 2004 г. был крупнейшим в мире трехкорпусным судном. Его водоизмещение — 1100 т. Центральный корпус, в котором размещена ЭУ, имеет удлинение 14, а "супертонкие" аутригеры (34x1.4 м) — 24.3 (их относительная длина — 38%). Принятые схема и главные размерения обеспечивают, как отмечают специалисты фирмы, фактическое снижение волнового сопротивления на 15-20% в зависимости от скорости судна. Любопытная особенность судна состоит в том, что в аутригерах расположены два движительно-подруливающих устройства с приводом от дизелей мощностью по 350 кВт. Эти устройства выполнены выдвижными; они могут использоваться как резервные движители для обеспечения малого хода — до 8 уз.

В данном случае военных моряков Британии интересовали большая свободная площадь палубы и благоприятные характеристики качки. На "Тритоне" проводились эксперименты с обслуживанием вертолетов и аэростатов. Очевидно, флот остался доволен результатами испытаний, так как обсуждался вопрос о постройке к 2013 г. крупной серии (23 единицы?) фрегатов на базе проекта несколько увеличенного тримарана. По одному из вариантов проекта фрегат водоизмещением около 3000 т будет иметь длину 110 м и ширину 28 м. ЭУ мощностью 22 080 кВт обеспечит скорость полного хода 30 уз. При крейсерской скорости 18 уз дальность плавания составит 4500 миль. Особенность этого проекта в том, что центральный корпус выполнен с уменьшенной площадью ватерлинии (типа полуSWATH).

Проектирование тримаранов военного назначения в Великобритании продолжается. Так, фирма "Vosper Thornycroft" получила заказ на разработку трех новых проектов трехкорпусных кораблей: патрульного катера водоизмещением 150 т; сторожевого корабля (700 т) и корвета (1500 т). В печати опубликованы также некоторые данные еще двух кораблей тримаранного типа. Одно из них — прибрежное патрульное судно водоизмещением 514 т — имеет главные размерения 76.8x13.7 м (центральный корпус с L/В=18.3) скорость — 25 уз. Другой тримаран — это малое судно снабжения водоизмещением 234 т, длиной 61.04 м и шириной 10.85 м. Центральный корпус имеет относительную длину 14.2, а боковые корпуса — 18.7. Мощность ЭУ составляет 2140 кВт, максимальная скорость хода — 25 уз.

Типоразмерный ряд пассажирских тримаранов разработан английской компанией "FBM Marine". Построена серия судов длиной 45-53 м, на которых предусмотрен целый комплекс конструктивных и гидромеханических средств для повышения как пропульсивных качеств, так и комфортности. К таким средствам относятся, например, бульбообразные носовые наделки и система демпфирования вертикальной и продольной качки (Т-образные носовые подводные крылья с закрылками).

Одним из тримаранов этой серии является пассажирский паром "Tricat Sea Speed 1" вместимостью 450 чел. Т-образные подводные крылья обеспечивают снижение гидродинамических ударов и вертикальных ускорений на 50%.

Австралийская компания "North West Bay Ships" построила и провела испытания пассажирского парома — тримарана "Triumphant" пассажировместимостью 463 чел. В целях повышения мореходности и уровня комфортности и на этом судне установлены два подводных крыла, а для обеспечения маневренности на малых скоростях применены два носовых подруливающих устройства.

Положительный опыт эксплуатации этого парома подсказал конструкторам фирмы идею создания на основе того же проекта высококомфортабельной моторной яхты-"люкс" "E-Motion". Обращает внимание сравнительно небольшая общая ширина судна — 15.4 м при длине 61.4 м. Главный выигрыш от применения тримаранной схемы с очень узким (ниже моста) центральным корпусом без уменьшения общей ширины судна — высокая экономичность: дальность плавания 12-узловым ходом — свыше 5000 миль. Максимальная скорость этого 125-тонного судна — всего 20 уз.

В 2004 г. австралийская фирма "Austal Ships" закончила постройку грузопассажирского скоростного тримарана типа "Auto-Express" под названием "Benchijigua". Это на сегодня крупнейший в мире тримаран длиной 126.7 м. Двигатели размещены в двух смежных отсеках центрального корпуса (по два в каждом). В качестве движителей применены три водомета "KaMeWa", при этом центральный водомет имеет привод от двух дизелей, а каждый бортовой водомет с реверс-рулевым устройством — от одного. Центральный не оборудован РРУ, он является маршевым для обеспечения полной скорости хода.

Компанией "Diogene Marine" разработан проект малого пассажирского (на 110 чел.) тримарана с наибольшей длиной 36 м. Два бортовых спонсона призваны в первую очередь обеспечивать стабилизацию движения судна. Габаритная ширина судна — 13.94 м, а осадка с учетом Т-образного подводного крыла — 1.95 м. ЭУ, состоящая из трех дизелей, работает на три водомета, два из которых снабжены РРУ, а третий является маршевым. Испытания натурного судна этого типа USPT (Ultra Slender Power Trimaran) запланированы на 2005 г.

Стоит подчеркнуть, что на малых судах добиться существенного эффекта от применения классической¹ тримаранной схемы довольно трудно. На катерах поиски новых вариаций обводов чаще приводят к применению не отдельно стоящих боковых корпусов-аутригеров, а более или менее развитых, но примыкающих к центральному корпусу спонсонов. В качестве примера приводим фото недавно показанного на бот-шоу в Генуе итальянского 28.5-метрового катера "Speedo Surf Runner 95".

Показателен факт присуждения в 2004 г. премии на конкурсе перспективных решений в номинации малых моторных яхт за оригинальный проект тримарана "Delta Power". При длине 40 м (по КВЛ — 36 м) он имеет ширину 16.5 м и осадку 2 м. Расчетная скорость — 40 уз. Корпуса-аутригеры длиной порядка 10 м сдвинуты в корму. Примененная схема не только обеспечивает повышение остойчивости и улучшает поведение катера на волне, но и дает архитектору Рэю Харви большую площадь для размещения комфортабельных помещений.

Исследования по дальнейшему совершенствованию и развитию тримаранов не сокращаются, а расширяются. Так, например, предложена новая модификация, получившая название TRISWACH (Trimaran Smale Water Area Central Hull), обеспечивающая уменьшение площади ватерлинии центрального корпуса (она определяется лишь площадью сечения ватерлинией вертикальной поддерживающей стойки). Таким образом, в этой гибридной модификации используются принципы как собственно трехкорпусного судна, так и (частично) концепции судна с малой площадью ватерлинии (СМПВ) типа SWATH. Центральный корпус выполнен погруженным — подповерхностным — с эллиптической формой обводов. Это обеспечивает существенное снижение Яв благодаря заглублению центрального корпуса, однако суммарная смоченная поверхность возрастает, что обуславливает увеличение Ятр.Опубликованы основные проектные данные тримарана такой модификации: водоизмещение — 7650 т; длина — 156 м при ширине 29 м; расчетная скорость 30 уз при мощности ЭУ 56 500 кВт. Водоизмещение погруженного центрального корпуса с габаритами 156x10.1x6.3 м составляет 95% общего, его относительная длина — 15.4. Боковые корпуса при габаритах 69x2.9x3.2 м имеют относительную длину 23.7.

Тримаранная схема неожиданно получила воплощение и в проекте большого контейнеровоза-"пентамарана". Пента — по-гречески означает пять, но в данном случае речь идет именно об идее тримарана. Узкие бортовые корпуса разделены на две части каждый: линия киля одного поднята выше линии киля другого с таким расчетом, чтобы при ходе порожнем касалась воды одна пара корпусов, а при ходе в полном грузу (с максимальной осадкой) работали обе пары. Здесь бортовые корпуса понадобились для повышения остойчивости; это потребовалось в связи с тем, что ее ухудшают уложенные на палубу высокие штабеля контейнеров.

Примечания

1. Иногда, говоря о мореходных скоростных паромах, называют тримаранами классические катамараны с наделкой-волноломом по ДП на носовой части моста.