Действительно, катамаранная схема представляет известные преимущества перед однокорпусным судном. Это, в первую очередь, высокая остойчивость на стоянке и на ходу, большая полезная площадь палубы — кокпита, высокая безопасность, внушительная грузоподъемность. Однако не случайность и то, что как среди любительских конструкций, так и среди промышленных моделей прогулочно-туристских моторных судов встречаются катамараны сравнительно редко.
Чем объясняется такое «обидное» невнимание?
Может быть та плата, которой приходится расплачиваться за преимущества катамарана, слишком велика? Вместо одного корпуса практически приходится строить два — увеличивается потребность в дефицитном материале, резко возрастает трудоемкость; нелегкой задачей становится соединение двух корпусов в единую прочную конструкцию; трудно обеспечить нормальную работу подвесных моторов (мотора). Играет роль, очевидно, и то, что стояночное место для более широкого судна подыскать труднее.
Можно, пожалуй, утверждать, что трудности эти сами по себе непреодолимым препятствием не являются. Суть проблемы в другом: далеко не всегда удается использовать преимущества катамарана, не теряя в скорости.
Наш очередной обзор, посвященный моторным катамаранам любительской конструкции, начнем с рассмотрения именно этого вопроса: может ли катамаран быть конкурентом традиционному однокорпусному судну по скоростным качествам?
Специалисты-гидродинамики отвечают категорически: на скоростях глиссирования 30—48 км/ч, наиболее доступных нашим любителям (с учетом мощности имеющихся в продаже моторов), катамаран по гидродинамическим характеристикам заметно уступает однокорпусному судну. На таких скоростях замываются внутренние борта его корпусов; волновое сопротивление движению возрастает из-за возникающей между корпусами дополнительной системы волн. Вносят свою долю в нежелательный рост общего сопротивления и другие составляющие «катамаранного эффекта», такие, например, как взаимодействие брызговых струй, образуемых каждым корпусом.
Исследования показывают, что сопротивление катамарана с шириной каждого корпуса около 0,6 м на скорости 48 км/ч при прочих равных условиях на 15% больше, чем однокорпусной моторки шириной 1,5 м. Естественно, что дополнительное сопротивление приходится компенсировать лишними лошадиными силами мощности, увеличением расхода горючего. Другими словами, в указанном диапазоне скоростей ходовые качества катамаранов неизбежно будут разочаровывать капитанов.
Теперь подчеркнем, что те же исследователи на основании многочисленных модельных испытаний в опытовых бассейнах установили еще одну немаловажную для нас закономерность. При меньших скоростях, соответствующих числам Фруда до FrΔ=1,5÷1,9, а именно в этом диапазоне большинству традиционных корпусов приходится в переходном режиме преодолевать «горбы» сопротивления, катамаран — при определенных условиях — может оказаться выгоднее однокорпусного судна. Это подтверждается и опытом судостроителей-любителей, предпочитающих неторопливое плавание в комфортабельных условиях безуспешной погоне за скоростями.
Катамаран — комфортабельная плавдача
Закономерен вопрос — каковы же эти условия?
Выгоднее однокорпусного оказываются катамараны с узкими симметричными корпусами, расстояние между которыми — горизонтальный клиренс — выбрано правильно, с учетом их взаимовлияния.
Как показывают исследования, вредное взаимовлияние корпусов при рассматриваемых малых скоростях практически исключается, когда относительный клиренс с — отношение расстояния между внутренними бортами катамарана к удвоенной ширине каждого корпуса — превышает 1,5. Выполнение этого условия — увеличение общей ширины катамарана, как раз на руку тем, кто решил воспользоваться преимуществами двухкорпусной схемы для постройки моторкой плавучей дачи — надежного вместительного судна для плавания со скоростью вплоть до 25—30 км/ч с одним мотором умеренной мощности. Разнесенные для уменьшения взаимовлияния корпуса дают возможность получить не только просторную палубу (кокпит, каюту), но и прекрасную остойчивость: даже при уменьшении упомянутого оптимального
Катамаран Ю. А. Лыченского, письмо которого мы процитировали в начале обзора, как раз и представляет удачный пример двухкорпусного судна для путешествий всей семьей — плавдачи, достаточно быстроходной (скорость ее около 30 км/ч под 25-сильной «Москвой») и в то же время гораздо более вместительной, надежной и комфортабельной, чем традиционная мотолодка 5-метровой длины. Разберем подробнее отличительные черты этого судна.
Корпуса спроектированы удачно: они сделаны симметричными, с большим относительным удлинением (L/B=8), с плоско-килеватыми обводами. При общей ширине катамарана по палубе 2,2 м и ширине корпусов около 0,6 м величина горизонтального клиренса получилась достаточной для уменьшения взаимовлияния корпусов без излишнего увеличения габаритов судна. «Плавдача,— как отмечает автор проекта, — удивительно остойчива и просторна».
Полезная площадь каюты и закрывающегося тентом кормового кокпита в общей сложности 2.74X1,9=5,2 м2. Багаж и горючее убираются в носовые и кормовые отсеки в корпусах. И при всем том имеющиеся возможности использованы не до конца. Так, стоило бы переместить носовую балку моста (и соответственно носовую стенку рубки) на шпацию в нос. Это не только добавило бы около 1 м2 полезной площади, но и избавило бы от забрызгивания стекол рубки на ходу (с этим явлением автор борется подбором профиля брызгоотбойников по скулам). Более оправданным, на наш взгляд, было бы и размещение мотора на уровне транцев корпусов с соответствующим увеличением длины кокпита.
Корпуса «Янги» обшиты 2-миллиметровым стеклотекстолитом я оклеены стеклотканью в несколько слоев, однако набор представляется излишне мощным: шпангоуты имеют сечение 60X18 при шпации 450—500 мм; с не меньшим запасом прочности сделаны конструкции моста коробчатого сечения и щитовой рубки. 300 кг — с таким довольно большим весом корпуса «Янга» была спущена на воду.
«При ночной стоянке на Дону в «Янгу» на полной скорости врезался потерявший управление «Прогресс». Треск был такой, что я думал — мой катамаран разлетается в щепки! Однако утром, после того, как с трудом вытащили из своего борта застрявший нос «дюральки», кроме пробитой стеклотекстолитовой обшивки никаких повреждений не обнаружил. В прочности теперь сомнений нет». — Этот рассказ о случившемся косвенно подтверждает нашу догадку о чрезмерном запасе прочности, а следовательно, и весе конструкции. Лишь благодаря малой на таких скоростях чувствительности катамарана к нагрузке подобные «излишества» не сказались на скорости! Ну что ж, это еще одно достоинство двухкорпусной схемы!
Нельзя назвать удачным общее архитектурное решение катамарана, однако в целом автору «Янги» удалось воспользоваться почти всеми положительными качествами катамаранной схемы при умеренных скоростях глиссирования.
Вообще говоря, возможности катамаранов как судов для «неспешного» семейного плавания и отдыха на воде уже неплохо изучены нашими судостроителями-любителями (см., например, обзор в сборнике №70), поэтому стоит поподробнее остановиться на других, менее освоенных ими диапазонах скоростей.
Как использовать опыт гонщиков?
Победы «тоннельных» мотолодок на всемирно известных гоночных трассах, а с недавних пор и победы крупных катамаранов в океанских гонках — в условиях открытого моря наталкивают некоторых из любителей скоростей на мысль об использовании опыта постройки этих экстремальных судов.
Действительно, как доказывают ученые и как показывает опыт, за 50-километровым рубежом, столь притягательным для наших водномоторников, катамараны получают преимущества перед сравнимыми однокорпусными судами, возрастающие с дальнейшим ростом скоростей. На страницах сборника неоднократно печатались материалы, знакомящие читателей с этими особенностями быстроходных двухкорпусных судов. Напомним лишь, что благодаря большему, чем у обычных катеров, удлинению несущих корпусов, катамаран устойчиво глиссирует под оптимальными с точки зрения достижения высокого гидродинамического качества, углами атаки. Однокорпусные же суда на высокой скорости при попытке увеличить угол дифферента до 4—5° для получения выгодных углов атаки устойчивость движения теряют: они начинают отрываться от воды, падать, теряя скорость, и вновь взлетать в воздух. Чрезмерная подъемная сила, появляющаяся на широком днище, постоянно стремится вытолкнуть катер в воздух.
Однако и на скоростях выше 50 км/ч несомненные теоретически преимущества катамаранов могут быть использованы практически только при условии тщательной «настройки»: точного выбора сочетания удлинений глиссирующих корпусов (уже асимметричных!), величины горизонтального клиренса, центровки, профилировки моста и т. д. и т. п.
Как показывают эксперименты, катамаран с шириной корпусов по 0,6 м на скорости 68 км/ч будет иметь сопротивление на 10%, а на 86 км/ч — на 20% меньше, чем 1,5-метровой ширины однокорпусный катер. Прибавьте к этому еще и возможность превратить встречный поток воздуха из источника дополнительного сопротивления в союзника: ведь на удачно спрофилированном мосте создается аэродинамическая подъемная сила, способная принять на «свои плечи» большую часть веса катамарана (при 100 км/ч каждый 1 м2 несущей площади моста дает до 30 кг подъемной силы). Этим и объясняется рост интереса спортсменов к катамаранной схеме обводов.
Уточним, спортсменов, выступающих или в основном на гладкой воде — на закрытых акваториях и в старших классах гоночных судов, или на океанских катерах больших размерений. Вертикальный клиренс — высота подъема моста над зеркалом воды — накладывает строгие ограничения по мореходности, поэтому в принципе конструкторы всегда стараются делать вертикальный клиренс максимально возможным. Только в 700-кубовом классе упора мотора становится достаточно, чтобы иметь размерения, при которых высота подъема моста уже сравнима с высотой волн при толчее на трассе.
Если же говорить о катерах для океанских гонок, то здесь получить достаточный вертикальный клиренс и сделать двухкорпусное судно мореходным удается при длине не менее 11—12 м. Ясно, что для движения более тяжелого, чем однокорпусное судно, катамарана, подобного 4,5-тонному «Куду» или ветерану гонок Каус — Торки — Каус «Пентахаузу» нужны еще более мощные двигатели! Добавим еще, что на таких мощностях и скоростях (вроде средней скорости 121 км/ч, показанной катамараном «Еллоудрама-III») появляются новые проблемы; так, конструкторам приходится думать уже не о том, чтобы поднимать катер из воды, а о том, как прижимать его к воде, чтобы удержать от взлета...
В какой же мере наш любитель может воспользоваться скоростными преимуществами катамаранов, выявленными на гоночных дистанциях, строя судно под имеющиеся у нас моторы и не для спортивных целей, а для прогулочных выходов?
В этом номере в разделе для самостоятельной постройки публикуются чертежи скоростного прогулочного мини-катамарана, спроектированного ленинградским конструктором Ю. А. Зиминым, имеющим большой опыт создания гоночных судов. Прототипом для «Радуги-39К» послужил гоночный катамаран, на котором он успешно выступал в классе SC-500 (см. сборник №45). При тщательной настройке катамаран на прямой достигал скорости 70 км/ч. На более тяжелой и комфортабельной «Радуге-39К» таких скоростей, конечно, получить не удастся, но во время прогулок с 30-сильным мотором и налегке на 55 км/ч рассчитывать можно, что и делает оправданным применение двухкорпусной схемы.
Каковы же особенности рассматриваемого прогулочного катамарана?
Учитывая большие нагрузки и меньшие скорости, при которых будет эксплуатироваться «Радуга-39К», автор проекта сделал внутренние борта асимметричных корпусов не вертикальными, как у гоночного варианта, а с небольшим развалом. Это позволило сохранить достаточно высокое качество за счет увеличения рабочего участка от редана «Р-2» до редана «Р-3» (см. теоретический чертеж. «Радуги-39К»). Для исключения взаимовлияния корпусов (на меньшей, чем у мотолодки SC скорости) и увеличения активной площади моста горизонтальный клиренс увеличен на 80 мм.
Для упрощения постройки конструктор отказался от второй скулы. Теперь при выходе на глиссирование, резких поворотах, ходе на волне и с полной нагрузкой ее роль частично выполняет редан «Р-3».
Для активного отсечения брызговой пелены от внутренних стенок и моста установлен дополнительный редан «Р-2». Появившийся небольшой слом носовой части моста предохраняет палубу от забрызгивания и от зарывания при встрече с крутой волной. Уже за 40-километровым рубежом скорости такой мост надежно «зависает» над водой и на нем начинает появляться все более ощутимая аэродинамическая сила, разгружающая корпуса. С ростом достижимой скорости преимущества катамарана по гидро- и аэродинамическим характеристикам перед обычной мотолодкой будут расти.
С характером быстроходного катамарана любителю, решившему построить «Радугу-39К». еще предстоит познакомиться. Особенностями его поведения будут: некоторое переваливание с борта на борт при выходе на глиссирование, да и большая длительность времени выхода на режим; внешний крен при циркуляции; более плавная, чем у обычной лодки, вертикальная и килевая качка; чувствительность к резким порывам ветра и носовой центровке.
При тщательном изготовлении катамарана, удачном подборе винта и правильном заглублении мотора граница достижимых для прогулочных лодок скоростей может быть значительно продвинута вперед. Однако повторяем, речь идет о скоростях порядка 50 км/ч и выше.
Выход — установка крыльев
Мы рассмотрели два скоростных диапазона, между которыми осталась область в принципе наиболее реальных, доступных для прогулочного флота скоростей. Как мы уже знаем, на этих скоростях 30—48 км/ч катамараны обладают большим сопротивлением, чем однокорпусные лодки, однако ученые подсказывают путь, дающий возможность избавиться от этого недостатка двухкорпусных судов.
Недавние гидродинамические исследования — о них рассказывают Э. А. Афрамеев и Я. С. Рабинович — показали, что и этот средний диапазон скоростей будет совсем не так уж «безнадежен», если поставить катамаран на подводные крылья. Одно, два или даже три плоских крыла с сегментным профилем, установленных между корпусами катамарана, способны почти полностью исключить волнообразование между корпусами, уменьшить сопротивление трения за счет опускания уровня воды между ними и повысить общее гидродинамическое качество судна (так как крылья, принимающие на себя большую часть его веса, обладают более высоким качеством, чем глиссирующие поверхности днища).
Основные данные катамарана на крыльях Белоусовых
| Длина наибольшая, м | 4,4 |
| Ширина наибольшая, м | 1,6 |
| Высота борта наибольшая, м | 0,6 |
| Полное водоизмещение, кг | 600 |
| Осадка корпуса на ходу, м | 0,1 |
| Вес корпуса, кг | 170 |
Самое любопытное, что идея установки крыльев на катамаран для некоторых наших читателей — далеко не новинка. Например, горьковчане отец и сын Белоусовы впервые поставили катамаран на крылья в 1958 г.: тогда они ходили на нем еще под 10-сильной «Москвой»! Второй крылатый катамаран они построили уже на базе полученного опыта десять лет спустя. Служит это судно и по сегодняшний день.
Корпуса катамарана Белоусовых имеют симметричные обводы и сильное сужение к корме (по форме днища они напоминают водную лыжу); относительное удлинение корпусов около 11,5; легкий подъем килевой линии начинается сразу за миделем. Горизонтальный клиренс на миделе около 0,3 м. Между корпусами поставлены два плоских крыла из сплава АМг, причем каждый край крыла крепится всего двумя винтами. Оба крыла имеют плоско-выпуклый сегментный профиль. (Кстати, наиболее проста технология изготовления крыльев именно с таким профилем: внутреннюю поверхность трубы фрезеруют на плоскость, наружную опиливают до нужного профиля.)
Как бы то ни было, скорость 4,4-метрового катамарана с одним водителем под мотором «Вихрь» составляет 47 км/ч. Конструкторы своего добились—при помощи крыльев использовали на традиционно невыгодных для катамарана скоростях такие достоинства двухкорпусной схемы, как высокая остойчивость, устойчивость движения, малая чувствительность к нагрузкам.
«Даже при водоизмещении 450—460 кг нашу лодку с одной «Москвой-25» не могут обойти другие моторки меньшего водоизмещения и с двумя моторами», — пишут авторы. Ход на волне мягкий. Даже через плавающие бревна катамаран «перелетает» свободно (крылья установлены чуть выше глиссирующих поверхностей корпусов): лишь откидывается при этом мотор, антикавитационная плита которого поднята выше кормового крыла на 80 мм. Во время прошлогоднего путешествия из Горького на КАМАЗ и обратно катамарану не раз приходилось выбрасываться на берег, никаких повреждений не было. Как убедились авторы, крылья придают немалую дополнительную жесткость всей конструкции. Обшивка корпусов выполнена из 5-мм бакелизированной фанеры по дюралевому набору.
К сожалению, авторы не сообщили, имеется ли возможность регулировки крыльев по углам атаки и перестановки по длине. Однако и при фиксированном положении крыльев эксплуатационные достоинства такого крылатого катамарана налицо. Крыльевая система предельно проста, не мешает швартовке и хранению, существенно повышает общее гидродинамическое качество; наконец, она значительно более безопасна, по сравнению с традиционными крыльями.
К недостаткам, на наш взгляд, следует отнести сужение корпусов к корме (в связи с чем потребовались стартовые наделки); симметричность обводов корпусов, которая на максимальных скоростях не оптимальна из-за большого брызгообразования; крепление крыльев выше килевой линии, повышающее опасность срывов малопогруженных крыльев с режима и увеличивающее вредное брызгообразование.
В целом же рассмотренную и практически проверенную многими годами эксплуатации конструкцию несомненно следует признать удачной и представляющей возможности для дальнейшего усовершенствования.
Основные данные катамарана на крыльях Г. Илвеса
Информация об изображении
Разборная конструкция катамарана рижанина Г. О. Илвеса позволяет ему путешествовать по стране
Разборная конструкция катамарана рижанина Г. О. Илвеса позволяет ему путешествовать по стране
| Длина наибольшая, м | 6,2 |
| Ширина наибольшая, м | 2,35 |
| Высота до крыши рубки, м | 2,0 |
| Осадка, м | 0,15 |
| Вес без оборудования, кг | 350 |
| Макс. пассажировместимость, чел. | 7 |
Любопытна конструкция 7-местного катамарана другого нашего читателя — Г. О. Илвеса из Риги. Фактически — это кузов на понтонах, которые соединены тремя стальными трубами (∅50) над водой и двумя подводными крыльями. Вся конструкция разборная. Пол просторной каюты-кузова высоко поднят над водой, что позволяет избежать ударов при ходе на волнении. Здесь свободно устраиваются на ночлег четыре пассажира. Имеются разборный стол, газовая плита, складные мягкие стулья и даже гальюн. В непогоду даже с поставленным тентом можно спокойно ловить рыбу — в полу открывается лючок 40X60 см.
Максимальная скорость под двумя моторами «Москва-25» — 45 км/ч стала возможной благодаря установке крыльев размером 1200X600 каждое. Крылья склепаны из 2-мм дюралевых листов, пространство между которыми заполнено эпоксидной смолой. Максимальная толщина крыльев в передней трети профиля — 10 мм. Переднее крыло имеет угол атаки — 5°, заднее — 3°. Разумеется, на высоких скоростях такие необычно широкие крылья не оптимальны (очевидно, можно добиться и повышения максимальных скоростей!), зато на глиссирование катамаран выходит уже по достижении 20 км/ч.
При любой волне и направлении ветра судно идет уверенно, без ударов. Как полагает конструктор, в немалой степени способствуют этому тримаранные обводы узких корпусов.
Конечно, созданная конструкция (катамаран построен еще в 1959 г. и с тех пор усовершенствуется) — это вариация на вольную тему, которая далека от оптимальных характеристик. Вряд ли есть смысл рекомендовать этот самобытный проект для повторения. Важно, однако, что автор пришел к той же идее: с помощью крыльев попытался совместить несовместимое, получить комфортабельную плавдачу и одновременно — скоростное мореходное судно.
Основные данные катамарана на крыльях «Чайка»
| Длина наибольшая, м | 4,30 |
| Ширина наибольшая, м | 1,80 |
| Высота борта на миделе, м | 0,85 |
| Кокпит, м | 2,10X1,30 |
| Вес корпуса, кг | 170 |
| Водоизмещение с четырьмя пассажирами, кг | 700 |
Идея создания катамарана с гидродинамической разгрузкой при помощи крыльев заинтересовала и нашу промышленность. Ленинградцами В. И. Варламовым и Л. А. Тедером в содружестве со специалистами Ярославского судостроительного завода создан проект катамарана на крыльях для серийного выпуска. «Чайка», так условно названа новая 4,3-метровая мотолодка, имеет два асимметричных корпуса, между которыми установлены три прямоугольных в плане подводных крыла.
Проведены первые испытания опытного образца этой мотолодки, которые подтвердили ее высокие скоростные и мореходные качества. Под двумя изношенными «Вихрями-М» с далеко не оптимальными для данного случая штатными винтами, с четырьмя пассажирами на борту скорость «Чайки» составила 45 км/ч; под одним мотором той же мощности 25 л. с. и при той же нагрузке — до 35 км/ч. При этом скорость хода очень мало зависела от числа пассажиров.
Мотолодка остойчива, хорошо всходит на волну, не испытывает при этом ударов; брызгообразование незначительно. Мореходные испытания катамарана при волне высотой 0,45 м показали вполне удовлетворительную устойчивость и полное отсутствие забрызгивания на всех курсовых углах к бегу воли, за исключением угла 90°, при котором брызги попадали в кокпит. Наибольшие вертикальные перегрузки при ходе со скоростью около 36 км/ч возникали при курсовых углах 0° и 45° и составляли 1,7 g. (Обычная мотолодка в таких же условиях испытывала заметно более жесткие удары.)
Говорить о серийном производстве этой мотолодки, конечно, рано. Не до конца доведены испытания, далеко не исчерпаны ее скоростные возможности, не найдено еще и решение внешнего облика необычного судна. Однако при всем том создание «Чайки» представляется очень интересным и перспективным шагом.
Приведенные примеры показывают, что моторные катамараны, обеспечивая целый ряд эксплуатационных преимуществ, могут быть равноценны по скоростным качествам обычным мотолодкам на всех доступных нашему сегодняшнему любителю скоростях. Можно утверждать, что при тщательной настройке двухкорпусные суда могут даже превосходить однокорпусные суда по своим гидроаэродинамическим характеристикам. Конечно, решение этой задачи — сложнее, чем создание скоростной традиционной мотолодки, но — тем дороже успех!