Примечательна тесно связанная с дебютом катамаранов спортивная карьера известных в водно-моторном мире Поля и Бетти Кук.
Еще в 1973 г. крупный американский бизнесмен Кук передал известной американской же фирме «Аэросикрафт корпорейшн» заказ на проектирование и постройку глиссирующего катера с использованием экранного эффекта, который был бы способен действовать на высокой скорости даже в открытом океане. К середине следующего года уже был построен и испытан глиссирующий и в то же время достаточно мореходный катер-катамаран, на котором мост, соединяющий корпуса, имел профиль крыла, рассчитанного на движение вблизи экрана — поверхности воды.
В сентябре того же 1974 г. впервые в истории океанских соревнований на катерах старшего класса на старт гонки в Сан-Франциско среди 13 катеров традиционного типа (в основном — прославленных «Сигарет» Дона Аронау) вышел катамаран. Это и был «Куду-2» («Антилопа-2») — новый катер Поля Кука. Тогда же он одержал первую победу среди катеров неограниченного класса, показав среднюю скорость 127,4 км/ч, почти на 16 км/ч превышающую рекорд предыдущего победителя на этой дистанции — чемпиона мира Карло Бономи. На отдельных участках трассы «Куду-2» достигал скорости 150 км/ч. Тогда лишь немногие могли предположить, что это не случайный эпизод, а первый шаг к лидерству гоночных катамаранов.
И тем более никому не могло прийти в голову, что через пять лет бывшая супруга Поля (они к этому времени уже разошлись) Бетти Кук уже во второй раз станет чемпионом мира по океанским гонкам, опять-таки выступая на катамаране. Правда, на этот раз это будет уже новый катамаран «Каама-2» постройки «Кугэ Марин». И теперь уже речь шла не о случайном эпизоде, а о триумфе катамаранов, одерживающих победу за победой!
Однако всегда особенно интересен именно первый опыт. Сейчас, по прошествии нескольких лет, стали известны некоторые сведения о «Куду-2», с которого «все началось». Думается, они могут представить интерес и сегодня, тем более, что технические данные такой сложнейшей и тонкой машины, какой является океанское гоночное судно, просачиваются в печать крайне редко.
Основные данные катера «Куду-2»
Информация об изображении
Победный финиш «Куду-2» под мостом через Золотые Ворота в калифорнийском заливе
Победный финиш «Куду-2» под мостом через Золотые Ворота в калифорнийском заливе
| Длина наибольшая, м | 10,40 |
| Ширина наибольшая, м | 4,27 |
| Высота борта, м | 1,67 |
| Полное водоизмещение, кг | 5766 |
| Полный экипаж, чел. | 4 |
| Мощность двигателей, л. с. (кВт) | 2X635 (467) |
| Запас топлива и масла, кг | 908 |
| Дальность плавания, км | 550 |
| Максимальная скорость, км/ч | 157 |
Каковы же обводы «Куду-2»? Катамаран имеет асимметричные в поперечном сечении корпуса, соединенные мостом, имеющим крыльевой профиль. Внутренние стенки корпусов для снижения брызгового сопротивления и уменьшения смоченной поверхности сделаны плоскими вертикальными. Угол внешней килеватости 13° на транце оказался удачным компромиссом между необходимостью получения максимально возможного гидродинамического качества и стремлением уменьшить ударные нагрузки при входе корпусов в воду. Ведь для океанских катеров время «чистого полета» за гонку исчисляется минутами! Также тщательно из числа известных авиации профилей был выбран конкретный профиль моста. После многочисленных испытаний в аэродинамической трубе конструкторы остановились на такой форме профиля, которая обеспечивала бы катеру небольшой дифферентующий момент относительно ЦТ. Нижняя поверхность крыла устанавливалась под углом 5° по отношению к килю.
Немало трудностей встретилось при расчетах прочности и выборе конструкции «Куду-2». Наиболее важным, определяющим фактором является при этом правильность оценки ожидаемых нагрузок. Это потребовало проведения специальных исследований для уточнения исходных цифр.
Продольные изгибающие нагрузки воспринимаются в корпусе «Куду-2» обшивкой и в первую очередь — мощными продольными связями, которыми являются вертикальные внутренние борта. Поперечные нагрузки в основном воспринимаются транцем и четырьмя поперечными переборками, а также девятью промежуточными шпангоутами, опирающимися на часто поставленные продольные связи.
Надо сказать, что окончательная конструкция катера была найдена не сразу. В первоначальном варианте транец, переборки, шпангоуты, нижняя поверхность моста и внутренние борта корпусов имели трехслойную сендвичевую конструкцию. Были использованы 19-миллиметровые панели «Хексел», имеющие наружный и внутренний слои (толщиной 6,4 и 3,2 мм соответственно) и сотовый заполнитель из алюминиевого сплава. Остальная наружная обшивка, а также палуба и верхняя поверхность крыла были изготовлены из морской фанеры.
После первых же выходов в океан стало ясно, что реальные предельные нагрузки оказываются больше расчетных. Обнаружились существенные повреждения корпуса, в частности, связанные с по меньшей мере значительным расслоением обшивки из-за проникновения соленой воды. Больше всего это проявилось в кормовой четверти длины катера.
В апреле 1975 г. была срочно выполнена корректировка расчета и осуществлена модернизация конструкции корпуса в кормовой части катамарана. При новых расчетах с достаточным запасом величина распределенного давления на участках корпуса, испытывающих удары о воду, была принята равной 7 кгс/см2.
Транец был изготовлен новым — из 14-слойной кленовой водоупорной морской фанеры толщиной 25,4 мм (с направлением волокон в смежных слоях под 90°), облицованной листом алюминия толщиной 9,5 мм. Следующие четыре промежуточных шпангоута были сделаны усиленными — из 7-слойиой кленовой фанеры толщиной 12,7 мм (с диагональным направлением волокон в смежных слоях) с мощными, выклеенными из фанерных полос поясками по свободным кромкам. Особое внимание было уделено подкреплению узлов соединений транца, продольных переборок (в продолжение внутренних бортов) и поперечной водонепроницаемой переборки, ограничивающей моторное отделение с носа; получилась жесткая коробка, в которой были установлены двигатели.
Надо сказать, что даже после внушительного усиления конструкции вес корпуса равнялся 2556 кг, что составляло меньше половины полного водоизмещения катера, которое в момент старта с максимальным экипажем из четырех человек составляло 5766 кг.
В качестве энергетической установки применены два четырехтактных бензиновых двигателя, изготовленных на основе 8-цилиндровой модели «427-Шевроле V-8» с V-образным расположением цилиндров, мощностью по 635 л. с. (467 кВт) каждый, с частотой вращения коленвала 5500 об/мин. Эти мощные машины, работающие на высокооктановом авиационном бензине (расход топлива 195 г/л. с.-ч), отличаются завидными весовыми показателями — каждый из них весит всего 472 кг.
Каждый двигатель через реверс-редуктор соединен с угловой колонкой с помощью телескопической шлицевой муфты с универсальными шарнирами на обоих концах. Эта муфта помогает компенсировать относительное смещение, которое всегда имеется между двигателем и угловой колонкой.
Две угловые колонки типа «Меркруйзер-III Супер-Спидмастер» фирмы «Меркюри Марин Инкорпорейтед» навешены на транец. Эти прямоугольные передачи, понижающие число оборотов в отношении 1,33:1, позволяют изменять направление вектора тяги на ходу катера. По отношению к линии киля колонки могут опускаться на 7° и подниматься вверх на 14° относительно оси подвески на транце. Гребные винты для компенсации реактивных моментов имеют противоположное вращение — наружу к бортам. Как показали испытания, механические потери в силовой передаче составляют менее 10%.
На каждой угловой колонке установлен трехлопастной суперкавитирующий винт. Клиновидные лопасти с тупыми выходными кромками, откинутыми на 10°, при установившемся движении работают в полупогруженном режиме — лопасти пересекают поверхность воды при погружении площади диска винта приблизительно на 85%.
В течение четырех лет «Куду-2» принимал участие во многих океанских гонках судов неограниченного класса (открытый класс IV). Это позволило накопить большой опыт эксплуатации катера и сделать сравнение с традиционными глиссирующими катерами, находящимися в тех же условиях соревнований.
Первое, что волновало его создателей, это проблема управления катером. «Куду-2» проектировался исходя из возможности управления одним человеком, однако при движении на высокой скорости обычно его экипаж состоит из двух человек. Водитель (рулевой) располагается в левом корпусе и управляет судном по курсу. Постоянные манипуляции с дросселями двигателей и регулировку угла наклона колонки осуществляет бортмеханик, находящийся в правом корпусе. В длительных океанских гонках экипаж увеличивается еще на одного человека: в сложной навигационной обстановке бывает необходим штурман.
Катамаран стартует при откидке угловой колонки «под корпус», т. е. с отрицательным углом перекладки. Это создает дифферентующий момент на нос относительно ЦТ и обеспечивает некоторую помощь в прохождении первого «горба» сопротивления. Это типичный для глиссирования «горб»; он начинается для «Куду-2» на скорости 22,2 км/ч. Дроссели двигателей осторожно открываются и, как только скорость катамарана приближается к величине, достаточной для преодоления первого «горба» сопротивления, механик вводит в действие дополнительный дроссель, чтобы заставить винт «вырваться на свободу», т. е. ввести его в режим кавитаций: катамаран быстро разгоняется до скорости 89 км/ч. При этом задняя кромка крыла еще касается воды и катамаран проходит второй «горб» сопротивления.
Как только крыло отрывается от воды, скорость катера становится чувствительной к изменению мощности. В этих условиях угловые колонки несколько откидываются вверх, т. е. устанавливаются с положительным углом наклона, чтобы обеспечить продольный момент относительно ЦТ, дифферентующий на корму; иначе носовые части корпусов будут слишком заглублены и катамаран станет трудноуправляемым.
При движении на сильном волнении катамаран может полностью находиться в воздухе, когда взлетает с вершины волны. Как только катер отрывается от воды, дроссель закрывают, чтобы предельно снизить пиковые нагрузки на лопасти винта, возникающие при их входе в воду, а также уберечь двигатели и передачи от чрезмерного роста оборотов и перегрузок при внезапном ударе лопастей о воду.
Надо сказать, что угловое положение колонок на ходу все время изменяется, поскольку необходимо поддерживать оптимальным «компромисс между скоростью и управляемостью» с учетом высоты волны, скорости и направления ветра. Когда катамаран надлежащим образом удифферентован, возникает ощущение скольжения на воздушной подушке; при этом судно испытывает небольшие амплитуды килевой и бортовой качки (с большими периодами) относительно точки, расположенной приблизительно на миделе.
Развороты лучше всего выполняются при согласованных действиях водителя и борт-механика, который опускает колонку внутреннего борта, т. е. приподнимает внутренний кормовой угол корпуса. Это «вдавливает» переднюю (носовую) кромку наружного корпуса в воду гораздо больше, чем внутреннюю, поэтому наружный корпус действует как плавник, вокруг которого вращается катамаран. «Куду-2» хорошо разворачивается внутри кривых циркуляций обычных катеров и даже на скорости 128 км/ч может выполнить разворот на 180° в пределах трех длин корпуса.
В открытом океане катер комфортабельно движется со скоростью 128 км/ч. Дальность хода на этой скорости составляет около 550 км. При наличии двух членов экипажа катамаран может нести 1090 кг полезной нагрузки, в которую входят запасы топлива и масла.
На волне «Куду-2» имеет более мягкий и плавный ход, чем традиционный глиссирующий корпус.
Первые испытания катера проводились в бухте Сан-Педро (штат Калифорния) на мерной миле, отмеченной створными знаками на волноломе. Влияние мелководья исключалось. Скорость ветра составляла менее 5 м/с, а высота волн не превосходила 0,3 м. В течение испытаний масса катамарана была приблизительно равна 5,4 т.
Во время заездов было определено, что центр аэродинамического давления расположен на 2,53 м впереди центра тяжести (ЦТ находился в продольном направлении — на расстоянии 2,29 м от транца и по вертикали — на высоте 0,855 м). Это означало, что в режиме полета продольная устойчивость движения могла оказаться необеспеченной, однако опыт показал, что реальной опасности нет. Время полета оказывается непродолжительным; любые вращения в продольной плоскости с дифферентом на корму или на нос являются малыми.
Визуальные наблюдения за «Куду-2» во время океанских гонок показали, что устойчивость его движения гораздо выше, чем у глиссирующих катеров традиционного типа.
На скорости 128 км/ч только 2,1 м длины корпусов от транца касаются воды, гидродинамическая сила поддержания создает большой «пикирующий» момент на нос относительно ЦТ. Этот момент уравновешивается за счет носового расположения центра аэродинамического давления и «топящей» (отрицательной) силой, создаваемой соответствующим наклоном колонок (эта отрицательная подъемная сила составляет около 57% аэродинамической подъемной силы — около 12% веса катамарана). Дальнейшее улучшение ходовых характеристик может быть достигнуто за счет более выгодного взаиморасположения по длине точек приложения подъемных сил и ЦТ.
Был выполнен также скоростной пробег, на котором катамаран достиг скорости 85 уз (157,5 км/ч). Угловые колонки были установлены при этом под углом 9,4°; упор составлял 910 кгс. На этом режиме движения общее гидроаэродинамическое качество с учетом аэродинамической разгрузки составило приблизительно 5,9. Эта величина гораздо выше, чем у обычных мореходных глиссирующих катеров, и даже немного выше, чем у СПК. Важно отметить тот факт, что наклон кривой сопротивления отрицателен, в то время как для глиссирующих катеров с традиционными обводами он положителен. Очевидно, что на указанной скорости 157 км/ч режим полета только начинается и зона более высоких ходовых характеристик расположена за этим порогом.
Прошло более восьми лет с тех пор, как началась разработка проекта катера-катамарана с аэродинамической разгрузкой. Можно утверждать, что в основном эта концепция имеет потенциальные возможности, значительно улучшая ходовые характеристики.
Опыт эксплуатации «Куду-2» помог сделать следующие выводы:
- необходимо совершенствование методики расчета прочности;
- соотношение между положением ЦТ, конфигурацией и положением крыла является критическим и требует дополнительных исследований;
- использование угловых колонок с изменяемым углом установки оправдывает себя полностью;
- доказана возможность получения высокого гидроаэродинамического качества иа больших скоростях при очевидном улучшении мореходных качеств, что делает целесообразным дальнейшее развитие концепции глиссирующих двухкорпусных катеров с использованием экранного эффекта.
При подготовке материала использована работа П. М. Кука, X. Ф. Гельцера и Т. Уорда «Проектирование и ходовые испытания катера-катамарана для океанских гонок «Куду-2» (РЖ «Водный транспорт, 05А Судостроение; вып. 11, 1978).