6 мая я вылетел в Ригу и в тот яге день имел возможность осмотреть сверкающий белизной катамаран, который спешно достраивался (в мелочах) на сочном лугу возле реки, название которой судно носило. А вечером мы уже смотрели с Алдисом чертежи и расчеты, продолжая нашу дискуссию о конструктивных идеях катамарана, начало которой было положено еще осенью прошлого года, когда он прислал эскиз «Гауи» в редакцию сборника.
«Гауя» — интересное судно, как, впрочем, и все остальные катамараны, построенные братьями Эглайсами1. Сейчас, когда уже позади стадия изучения судна на суше и на море, я охарактеризовал бы «Гаую» так: это — сочетание некоторых строительных идей с минимальными коэффициентами запаса, характерными разве что для ракетной техники.
В самом деле, что же такое «Гауя» с точки зрения строительной механики? Катамаран не похож на все подобные суда. Балки (1÷З на рис. 1), связывающие корпуса, не воспринимают изгибаюших и крутящих моментов, возникающих на корпусах под действием ветра и волн; в сущности, это лишь распорки, препятствующие сближению и расхождению корпусов. Чтобы из аморфного сооружения конструкция превратилась в катамаран, стянули ее тросами. Важнейшими из них являются фор- и ахтерштаги (9 и 10) и нижний пояс 6 подмачтовой фермы. Именно эти связи и превращают два корпуса и мачту в единую предварительно напряженную жесткую вантовую конструкцию.
При первом же знакомстве с проектом я обратил внимание Алдиса на рискованность такой конструкции: в пей все нарушало установившиеся традиции — и устройство подмачтовой фермы и, в сущности, шарнирное соединение балок с корпусами. Подобного типа конструкции, вообще говоря, возможны на гоночных катамаранах, а ведь «Гауя» предназначена для дальних морских походов.
Главная идея Эглапсов — разделить нагрузки, расчленить конструкцию и заставить работать на эти нагрузки только те детали, которые лучше всего приспособлены именно к их восприятию. Например, подмачтовая балка, работающая на изгиб под действием давления шпора мачты. Чисто деревянная коробчатая конструкция этой балки была бы слишком тяжелой, поэтому Эглайсы применяют обычную в строительной практике шпренгельную балку: верхний пояс 3, работающий па сжатие и изгиб, — деревянный, нижняя стяжка 5, работающая на растяжение, — два стальных прутка. Выигрыш в весе очевиден, а чтобы катамаран не рассыпался, его стягивают штагами и нижней полосой 6 подмачтовой фермы.
Что же заставило Эглайсов пойти на такое решение? Стремление облегчить судно, так как чем меньше вес, тем больше скорость. Как это принято на гоночных катамаранах, на «Гауе» отказались от жесткого мостика в виде рубки или надстройки; все бытовые помещения расположили поэтому в корпусах.
Но вот мы и в море. Вторая ночь. Приближаемся к проливу Муху-Вяйн. После ночном вахты иду спать в носовой кубрик. Ветер 2—3 балла, качка ощущается не сильно...
Проснулся от грохота и шума на палубе. Меня подбрасывало с такой силой, что временами казалось, будто я отрываюсь от койки. По свисту ветра понял, что на море свежая погода, и катамаран борется со «своей» встречной волной. Сила и скорость бросков подтверждали теоретические выводы о стремительной качке катамаранов с ускорениями 2—3 g. В сутолоке качки ощущалось еще одно движение, сопровождающееся непонятным звуком: вначале я проваливался вниз — это корпус срывался с гребня и врезался в следующую волну, раздавался грохот от удара о воду, потом что-то со скрежетом дергало у меня за головой переборку, корпус вздрагивал и из-под меня стремился выехать матрац. Боковые дерганья ритмично повторялись, совпадая с ритмом набегающих волн.
Я вышел на палубу, штормило баллов до 6—7: чайка тщетно пыталась преодолеть напор ветра и следовать за катамараном, — она стояла на месте. Надо сказать, капитан Алдис Эглайс отлично провел судно по сложному фарватеру. Мы успешно выдержали борьбу с ветром и волнами, а потом ... три дня штилело. Вот тогда-то и появилось время продолжить наши беседы.
В спокойный солнечный день мы спустились в каюту капитана и снова развернули все расчеты. Начался очередной «симпозиум» по прочности катамарана.
На листке бумаги я нарисовал свой рисунок № 1.
— Вы согласны, — обратился я к автору проекта, — что вся конструкция судна держится на двух тросах? Если при ходе с отрывом наветренного корпуса от воды лопнет ахтерштаг, катамаран превратится в «механизм», в котором каждый корпус может произвольно менять положение относительно другого.
— Это так, — ответил Алдис, — но повороту наветренного корпуса препятствует подветренный ахтерштаг, а его разрыв маловероятен, так как он слабо нагружен.
Соглашаюсь с ним и рисую еще одну схемку (рис. 2):
— Вся конструкция катамарана держится на одной единственной тяге 6 — стальной полосе АС, стягивающей корпуса в плоскости подмачтовой фермы. Не так ли?
— Да.
— Значит, при разрушении этой полосы корпуса катамарана развернет так, как показано на рисунке пунктиром?
— Согласен, но это невозможно, так как полоса АС рассчитана с большим запасом, а нагрузки невелики. Вот только что мы успешно выдержали шторм...
Я вспомнил свое пробуждение и повторяющиеся сильные рывки, дергавшие все судно:
— Но полоса АС рассчитана только на статические нагрузки, а на катамаран при периодическом всплытии и погружении корпусов на волне действуют динамические. Эти рывки будут циклически повторяться на каждой «своей» волне катамарана. За время эксплуатации их наберется много. Значит, в данном случае играет роль и фактор времени — накопление усталостных повреждений.
— Да, но пока полоса АС будет прочной, судно не развалится. А чтобы не произошло ее внезапного усталостного разрушения, надо производить периодические осмотры. Вообще надо осматривать весь такелаж и все основные несущие узлы.
— Мне кажется, на это надо обратить внимание всех, кто будет плавать на серийных катамаранах. Полезно будет выпустить Правила эксплуатации катамарана, как это делается для всех технических изделий. А в правилах изложить все требования, при соблюдении которых судно будет надежным и безопасным
Алдис соглашается с этим предложением, и я снова возвращаюсь к подмачтовой ферме:
— По-моему, если Вы замените одну полосу АС двумя равнопрочными, подмачтовая ферма будет более падежной.
— А я считаю, что любая одиночная связь может быть сделана не менее надежной, чем несколько связей. В строительных конструкциях всегда стремятся обходиться статически определимыми системами; если нагрузка .может восприниматься единичной связью, то и ставят только одну связь.
— Но при разрушении единичной полосы весь катамаран разваливается, в то время как при двух даже одна сохранившаяся связь обеспечит жесткость и движение судна хотя бы со сниженной парусностью.
— Все это так. Но ведь летают же самолеты с одним крылом! И считаются надежными...
Против этого было трудно что-либо возразить.
Мы еще долго обсуждали тогда разные аспекты проблемы прочности катамаранов. Но сейчас я хочу вернуться к стержневому вопросу наших бесед — прочности нижней полосы АС подмачтовой фермы. Теперь, обдумав возражения Алдиса, я считаю, что сравнение крейсерской яхты и самолета неправомочно. Действительно, можно было бы придумать и другие такого же рода сравнения, которые заведомо завели бы наш спор в тупик. Например, что надежнее: автомобиль на четырех колесах, мотоцикл на двух колесах или моноавтомобиль на одном колесе? Получается абсурд — автомобиль на четырех колесах менее надежен, чем машина на одном колесе, В самом деле, с позиций математической теории надежности при равной надежности каждого колеса вероятность выхода из строя одного из четырех колес выше, чем одного единственного. А причина этого в том, что каждое колесо функционирует само по себе, не дублируя другие, и выход любого колеса из строя приводит к остановке автомобиля. В такой ситуации лучше строить моноавтомобиль. По этой же причине самолет с одним крылом надежнее, чем с двумя независимыми крыльями.
Так что же надежнее на крейсерском судне: одна пара основных вант или две? Что же лучше: одна связь у фермы или две? Я считаю, что лучше две, потому что, в отличие от колеса автомобиля и крыла самолета, каждая из таких связей дублирует другую, беря на себя значительную долю общей нагрузки при разрыве одной из них.
Я за две связи хотя бы потому, что самолет движется только в одной стихии — в воздухе, а яхта — в двух (воздух и вода). И еще потому, что нагрузки на полосу АС динамические (рис. 3), а это значит, что в предельном случае они могут вдвое превышать расчетные статические; в районе. отверстий под болты концентрация напряжений будет с коэффициентом α=3; надо учесть еще и коррозию обычной стали в морской воде, и прочее.
Я за две связи, но не хочу быть консерватором. Существуют же крейсерские катамараны (рис. 4), у которых мачта падает за борт при разрыве любого из трех тросов стоячего такелажа! С другой стороны, у этих катамаранов все не так, как у «Гауи»: наоборот, корпуса жестко связаны между собой основными несущими балками, а мачта держится «на честном слове» И это принципиально правильно: связи корпусов должны быть прочнее креплений мачты, ибо эти связи обеспечивают безопасность плавания в первую очередь. У «Гауи» формально это требование также выполняется: мачта рассчитана с «ракетным» коэффициентом запаса, равным единице, а у связей подмачтовой фермы коэффициент запаса существенно выше, но при этом надежность связи корпусов друг с другом, па мой взгляд, ниже, чем у связей мачты с корпусами (сравните рис. 1 и рис. 4). Однако, «это все теория», как любят говорить практики.
Что же в итоге? Знание и риск — двигатель прогресса. Цена риска станет ясной только после всесторонних испытаний «Гауи» и сравнения ее с аналогичными катамаранами «консервативной» конструкции. Длительная эксплуатация будет самым лучшим критерием для оценки надежности судна.
Хотелось бы, чтобы «Гауя» оправдала надежды конструкторов.
22 июля 1970 г. в Рижском заливе внезапно налетевшим шквалом был опрокинут катамаран «Стар» (второй из серии «Гауя»). Судно затем разбилось о прибрежные камни (все члены экипажа спасены).
Как следует из заключения аварийной комиссии федерации вирусного спорта Литв. ССР, причиной аварии являются нарушения со стороны экипажи, вышедшего на испытания, основных привил морской практики (капитан судна дисквалифицирован на один год).
Примечания
1. Эглайсы построили за последние десять лет в общей сложности около десятка различных катамаранов от гоночных, на которых они выступали на чемпионатах страны, до крупных крейсерских.