По специальности Борис Евгеньевич — гидрогазодинамик; он кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ленинградского механического института.
Свою первую мотолодку построил еще в 1959 г., будучи студентом. Скорость ее под самым мощным в те годы мотором — 10-сильной «Москвой» — показалось недостаточной, тогда на свет появилась минимоторка гоночного типа. Следующая разработка, претворенная в жизнь, — швертбот. Началось освоение парусной науки. В дальнейшем парус стал присутствовать во многих новых проектах Синильщикова. По мысли конструктора, парус надо устанавливать и на катерах. Здесь он должен служить в основном в качестве аварийного двигателя и для экологически чистого неторопливого плавания, а не только для экономии топлива.
По подсчетам автора, за кормой построенных им катеров осталось 75 тыс. км. Позади плавания практически по всем водным путям европейской части страны. После нескольких походов по Волге он считает эту реку погибшей. Больше всего любит Онежское озеро. Любит рыбачить на Ладоге; однажды ему удалось вытащить щуку весом 10,5 кг...
Борис Евгеньевич все делает сам. Его руки привыкли держать не только карандаш и линейку, но и любой инструмент. Он член ВПК «Нева». Среди одноклубников пользуется большим авторитетом, никогда не отказывает в консультации молодым водномоторникам. А опыт накоплен огромный. Неслучайно же все те 12 статей, которые напечатаны им в «КиЯ» в разные годы, неизменно вызывали большой интерес судостроителей и судоводителей-любителей. В соавторстве с Ю. Мухиным им написана книга «Автомобильный двигатель на катере», ставшая незаменимым пособием для всех катеростроителей. Интересно отношение Бориса Евгеньевича к патентованию своих идей. Юридически он закрепляет свои разработки только на работе (как он говорит — «по долгу службы»), а в жизни считает, что его идеи быстрее придут к людям через страницы «КиЯ». Однажды он пытался оформить авторское свидетельство на изготовленную им оригинальную угловую колонку. Увы, безуспешно. С тех пор и пропал интерес к патентованию.
На вопрос, будет ли он строить новый большой катер-тримаран в развитие своих последних идей, конструктор ответил, что вряд ли — не хватит мол, сил, однако глаза у него при этом заблестели. Прежде чем предоставить Борису Евгеньевичу слово для рассказа об этих новых идеях, вернемся на 25 лет назад.
Его первая публикация в «КиЯ» приходится на 1965 год: в 5-м напечатано описание самостоятельно спроектированного и построенного им большого (длина 8 м), комфортабельного и мореходного туристского катера «Снарк». Уже в этом проекте отчетливо виден творческий подход к делу. Автор пытается решить далеко не простую задачу — создать оригинальное «двухрежимное» судно. Один и тот же катер должен быть способен и совершать длительные переходы водоизмещающем режиме —на экономической скорости 12—14 км ч, и двигаться в режиме, близком к глиссированию, с вдвое большей скоростью.
В «КиЯ» №10 Синильщиков с цифрами в рука: рассказал об опыте доводки «Снарка» и первых лет его плаваний Выявились два серьезных недостатка катера. Расход топлива на переходном режиме оказался слишком большим (на 20 км/ч практически таким же, как и на 30 км/ч). Даже при незначительной перегрузке (на 150—250 кг против расчетных 2250) скорость катера падала с 30 до 18—19 км/ч. Автор проекта нашел единственно возможный выход: применил развитые транцевые плиты, изменившие длину «Снарка» по КВЛ и характер волнообразования, снизившие потери мощности.
Проблема экономичности стала основной в дальнейшей работе Бориса Евгеньевича. Стоит перечитать в №86 статью (написана совместно с Ю. Мухиным), в которой анализируются проходимое за сутки расстояние и расход топлива нескольких возможных вариантов крупного туристского судна. Авторы приходят к неожиданному выводу, что «высокие экономические показатели можно получить на катамаране с водоизмещающими обводами (D=2÷2,4 т; L=8,5 м; ВКОРП=0,6 м/», и сетуют на то, что «из-за сложности конструкции такие суда у нас неизвестны». Значит, нужно сделать так, чтобы они были известны.
Воплощением идеи комфортабельного и экономичного моторно-парусного катамарана стал «Круиз», спущенный на воду в 1977 г. (см. «КиЯ» №93). Теперь мы имеем возможность познакомить читателей с очередной работой Синильщикова, в которой он опять-таки с цифрами в руках, обобщает накопленный опыт.
А на очереди знакомство с новым проектом Бориса Евгеньевича — моторно-парусным тримараном «Трэк», в основу которого заложена очередная и, как всегда, оригинальная идея моторно-парусного многокорпусника минимальных размерений.
Основные размерения моторно-парусного катамарана «Круиз»
Длина по корпусу наибольшая, м | 8,6 |
Длина с транцевыми плитами по КВЛ, м | 10,5 |
Длина габаритная (с транцевыми плитами), м | 11,3 |
Ширина общая, м | 3,05 |
Ширина корпуса по КВЛ, м | 0,65 |
Осадка расчетная при D=3200 кг, м | 0,43 |
Создание экономичного и в то же время достаточно быстроходного комфортабельного туристского катера на базе многокорпусника представляется наиболее перспективным путем. Об этом подробно говорилось в статье, опубликованной в №93 «КиЯ». Там же приводилось и обоснование выбора основных характеристик построенного нами в 1977 г. моторно-парусного катамаране «Круиз», рассчитанного на 7 спальных мест. Напомним, что первоначально он при водоизмещении 2,4 т имел корпуса с наибольшей длиной 7,2 м и откидные транцевые плиты длиной 2,0—2,3 м. Приступая к его проектированию, мы рассчитывали на скорости с двигателем «ГАЗ-21» порядке 27—28 км/ч.
После неоднократных переделок, к 1981 г. можно было считать, что поставленная нами цель в основном достигнута. Однако за это время произошло неоднократное и существенное повышение цен на бензин, в результате чего эксплуатировать катамаран даже на крейсерских скоростях (около 24—25 км/ч) при расходе топливе 70 л на 100 км оказалось слишком накладым.
Повышение экономичности катамарана
В принципе был применен тот же прием, что и при доводке «Снарка»: мы удлинили корпусе на 1,4 м, в общую «гидродинамическую длину» довели до 11,3 м за счет установки транцевых плит. Это позволило увеличить относительную длину корпусов (отношение длины по КВЛ к ширине) с первоначального значения 11 до 17, что значительно улучшило характер волнообразования на расчетном режиме.
Конструкция плит максимально облегчена. Наилучшим материалом для их изготовления был бы стеклотекстолит толщиной 2 мм. Мы применили фольгированный стеклотекстолит, используемый для изготовления печатных плат; имеющаяся на материале пленка меди исключает обрастание. Каждая транцевая плита на «Круизе» состоит из двух частей. Основная часть плиты длиной 1,5—1,8 м крепится к транцу при помощи кронштейнов. Дополнительные плиты на стоянке (а также при плавании с малой нагрузкой и на сильном волнении) укладываются на основные, а в рабочем состоянии опускаются и фиксируются защелками.
Выступающие за транец плиты несколько усложняют швартовку и шлюзование, но этот недостаток с лихвой окупается фактической экономней топлива. Делать ллнты регулируемыми смысле нет, поскольку они не предназначены для регулировки ходового дифферента.
Установке транцевых плит позволила увеличить водоизмещение до 3,2—3,3 т; при этом расход топлива на 100 км пути при скорости 17—18 км/ч снизился до вполне приемлемой величины 40—50 л. Увеличение же полезной нагрузки позволило уходить в дальнее плавание полным экипажем, имея запас топлива на 1500 км и провианте на весь отпуск, в также установить аварийный вспомогательный двигатель, брать на борт «тузик» с мотором и т. д.
К концу навигации 1989 г. за кормой «Круиза» осталось почти 36 ООО км. Мы ходили на нем на север Ладоги, трижды — на север Онеги, побывали на Волжских водохранилищах, на Ильмене, Белом и Кубенском озерах, пробирались по порогам Сухоны и Меты; не одну тысячу километров прошли в ближних плаваниях по Неве, Финскому заливу. Ладожским каналам.
Фактическая эксплуатационная скорость «Круиза» (17—21 км/ч) не намного выше скорости большинства однокорпусных водоизмещающих катеров (10—14 км/ч). Однако эта разница позволяет нам проходить Неву с ее быстрым течением за 4,5—5 ч, в то время как традиционные суда тратят на это 9—12 ч. По выходным дням нам вполне доступны плавания на Ладожские каналы, т. е. за 120—150 км от Ленинграда; владельцы же водоизмещающих катеров позволить себе этого не могут.
В чем же объяснение того, что катамаран с относительно узкими и длинными корпусами оказывается на переходном режиме экономичнее однокорпусного катера?
Многое объясняется снижением волнового сопротивления за счет благоприятного взаимовлияния корпусов. Так, уже на скорости 10—11 км/ч (при длине по КВЛ 10 м) между корпусами начинает образовываться системе волн достаточной высоты; сначала в месте пересечения носовых расходящихся волн возникает высокий «петух»; далее образуется еще более высокая поперечная волна, потом впадина и, наконец, в районе транца — вторая поперечная волна.
По мере роста скорости расстояние между гребнями этих двух поперечных волн (длина волны) увеличивается, второй гребень оказывается уже за кормой корпусов. Однако при этом длина волны в пространстве между корпусами всегда оказывается меньше, чем снаружи катамарана.
При скорости 13—14 км/ч вершина наружной волны находится в районе кормы. У традиционного однокорпусного катера при дальнейшем повышении скорости вершина волны отрывается от транца, возникает существенный ходовой дифферент на корму и резко возрастает волновое сопротивление. У катамарана этого не происходит, так как вершина внутренней — более высокой волны — еще за транец не выходит. Только при скорости 17,0 км/ч (Fr=0,47) вершина волны начинает выходить за транец. Поэтому и резкое увеличение волнового сопротивления катамарана начинается с более высокой, чем у однокорпусного катера, скорости 18 км/ч.
Последнее обстоятельство особенно заметно при перегрузке, когда доля волнового сопротивления весьма существенна. При увеличении расстояния между корпусами этот эффект будет проявляться на несколько меньших скоростях.
Мореходные качества катамарана
Благодаря высокой остойчивости катамаран не подвержен брочингу (зарыскиванию с опасным креном при сходе с гребня попутной волны) — распространен ному явлению, нередко приводящему к аварии быстроходных катеров.
Весьма специфично поведение катамарана при плавании против волны. Узкие корпусе имеют малый продольный момент инерции. Поэтому при ходе на расчетной скорости (17,5 км/ч) против короткой речной волны высотой 0,6—0,7 м и длиной 6—7 м, когда период килевой качки катамарана менее периода волны, углы килевой качки оказываются весьма небольшими — заметно меньше, чем у однокорпусного катера. Однако при дальнейшем увеличении длины волны до 10—14 м и повышении ее до 0,9—1,2 м размахи килевой качки могут резко увеличиваться; если не принять специальных конструктивных мер, то за счет резонансных явлений они могут превысить углы волнового склона.
Ограничивает амплитуду килевой качки а этом случае мостик, однако он получает сильные удары о волны — слемминг. Естественно, что мореходность такого катамарана будет хуже, чем однокорпусного катера. Это наиболее тяжелый резонансный режим плавания катамарана.
Для улучшения мореходности катамарана необходимо, с одной стороны, уменьшить углы резонансной качки, а с другой — выбрать такой клиренс, чтобы слемминг исключался. Однако при значительном подъеме мостика над водой увеличиваются масса корпуса и его парусность, ухудшается остойчивость.
Уменьшить амплитуду килевой качки или, как говорят судостроители, демпфировать ее, можно применением остроскулых обводов, дополнительных скул и брызгоотбойников на бортах, подводных крыльев, а также дальнейшим увеличением относительной длины выше 9—10. При меньших ее значениях, т. е. при относительно коротких корпусах, недостаточность демпфирующих сил ощущается особенно резко.
Существенное влияние на килевую качку оказывает относительная высота волны. В реальных условиях плавания приходится сталкиваться с волной, более крутой, чем обычная ветровая волна. Крутые волны образуются, в частности, на мелководье, когда глубина меньше половины длины волны, при ветровой волне, направленной против течения, при резком усилении ветра. Можно отметить, что такая крутая волна (с высотой от 1:10 до 1:7) характерна для наших водохранилищ, поэтому для повышения мореходности катамарана, предназначенного для плавания по внутренним водным путям, совершенно необходимо было принимать дополнительные конструктивные меры.
Наиболее эффективным средством демпфирования килевой качки являются носовые крылья. Помимо того что крылья уменьшают амплитуду качки, за ними образуется волновая впадина, что позволяет несколько уменьшить высоту мостика в носовой части.
Рассматривались два варианта носового крыла с расположением ниже и выше ватерлинии. Крыло, погруженное в воду, с точки зрения демпфирования качки предпочтительнее, но оно слишком уязвимо при встрече с подводными препятствиями, на нем собираются водоросли и плавающий мусор.
Первое крыло, которое мы установили над КВЛ, было плоским, поэтому его вход в воду четко фиксировался как жесткий (правда, не очень сильный) удар. Объясняется это тем, что подъемная сила в момент входа крыла в воду в 4—5 раз больше, чем при установившемся обтекании. После одного из штормовых плаваний стойки, поддерживающие крыло, оказались согнутыми. Поэтому второе крыло мы сделали V-образным — с углом килеватости 15е, смягчающим удар. Это крыло установлено между корпусами так, чтобы его низшая точка находилась в ДП на 400 мм выше КВЛ. Крыло, склеенное из двух досок, имеет сегментный профиль с хордой 300 мм и толщиной 40 мм. Оно подкреплено раскосами.
Орбитальные скорости частиц воды в волне высотой 1,0 м достигают 1 м/с; примерно такова же и вертикальная скорость катамарана в районе форштевня при качке. При нулевом начальном угле атаки крыла относительно КВЛ в момент входа в воду при плавании против волны орбитальные скорости частиц воды направлены вверх. В сочетании с вертикальной скоростью крыла, направленной вниз, это приводит к тому, что фактический угол атаки может превышать 20°. При плавании по волне крыло входит в воду при носовом дифференте, орбитальные скорости частиц воды направлены вниз. Поэтому угол атаки будет отрицательным, что приведет к «залипанию» носовых шпангоутов.
При увеличении площади основного крыла и установке дополнительных крыльев выше основного амплитуды качки катамарана удалось несколько уменьшить. Однако при этом ощутимо увеличились ударные перегрузки при входе крыльев в воду и усилилось «залипание» носовых шпангоутов на попутном волнении.
Опыт эксплуатации и результаты расчетов на ЭВМ позволили выбрать такую форму носовой части мостика, которая даже при ходе против достаточно крутой волны практически исключает удары о мостик при установке одного крыла.
Так получилось, что сначала мы удлинили корпуса катамарана, увеличили его водоизмещение, поставили крыло и только после этого взялись за подъем мостика, поэтому долгое время при плавании против волны испытывали неприятные жесткие удары по мостику (впрочем, замеренные перегрузки не превышали 2g).
Мы обратили внимание на то, что при ходе под углом 4S° к бегу крутой волны можно практически исключить удары волн о мостик, а то время как даже значительное уменьшение скорости при плавании прямо против волны их не исключает. Это наблюдение позволило соответствующим образом отработать приемы управления катамараном на волнении.
Выбранная для «Круиза» профилировка мостика оптимальна для плавания с экономическими скоростями около 17 км/ч. Мостик расположен заметно ниже, чем огибающая кривая «О» на схеме, что позволило несколько уменьшить боковую парусность и массу корпуса, повысить остойчивость катамарана.
Обратим внимание на сравнительно низкое расположение мостика в районе в корму от миделя; здесь на скоростях 16—18 км/ч располагается волновая впадина. При выбранной профилировке на малых скоростях (10—14 км/ч) возможны слабые удары волны в этом районе.
Только при повышенных скоростях (более 20 км/ч) при ходе против крутой волны высотой более 1,2 м удары по мостику становятся опасными, однако, как показал опыт, плавание в таких условиях настолько утомительно для экипажа, что скорость все равно приходится снижать.
На наш взгляд, в целом по уровню мореходных качеств «Круиз» не уступает однокорпусным катерам сравнимых размерений при плавании против крутой волны высотой 1,0—1,5 м и значительно превосходит их во всех остальных случаях.
Можно продолжить работу по улучшению мореходности, уменьшив клиренс в носовой части, если установить носовое крыло увеличенной площади (S=1,5 м2) с регулируемым углом атаки. При плавании против невысокой волны такое крыло устанавливают с отрицательным углом атаки. При попутном волнении крыло ставится под большим положительным углом атаки, чтобы исключить «залипание» носовых оконечностей корпусов. При плавании против крутой и высокой волны угол атаки подбирается так, чтобы исключить удары о мостик. Подчеркнем, регулируемое V-образное крыло должно быть достаточно прочным, поскольку при входе в воду на него действует нагрузка около 1—2 т.
Двигатель и управляемость
Малая чувствительность катамаранов к перегрузкам позволяет устанавливать на них не только автомобильные карбюраторные, но и более тяжелые дизельные двигатели, что расширяет возможности выбора.
Оптимален вариант с установкой в каждом корпусе по двигателю мощностью 25—30 л. с. (это может быть, например двухцилиндровый тракторный «Д21»), поскольку на крейсерской скорости 17—18 км/ч потребная суммарная мощность двигателей составляет 28—35 л. с. в зависимости от водоизмещения. Мы эксплуатируем катамаран под одним двигателем мощностью 70 л. с.; первоначально он был установлен на мостике а ДП, а потом — в одном из корпусов.
Если катамаран полной длины (т. е. около 11 м) строится без транцевых плит, гребные винты лучше всего устанавливать на расстоянии около 1,5 м в нос от транца; это поможет исключить возможность оголения их при плавании на волнении, особенно на пониженных скоростях 13—15 км/ч. При использовании длинных транцевых плит винт приходится располагать в районе транцев; для обеспечения нормальной управляемости, особенно при одномоторной установке, лучше применить, как и на «Круизе», рулевое устройство с тремя рулями (см. «КиЯ» №117). Для уменьшения габаритной осадки в районе винта рекомендуется применить обводы с полутоннелями на днище.
Управляемость одновинтового катамарана при варианте установки двигателя в одном из корпусов имеет некоторые особенности: при резком включении переднего или заднего хода катер зарыскивает на 10—15°; радиусы циркуляции вправо-влево отличаются на 20%, однако для движения по прямой достаточно отклонить руль всего на 2—3°. Следует отметить, что катамаран при плавании по быстрым и порожистым рекам резко зарыскивает, отслеживая завихрения воды.
Особенности конструкции и оборудования
Катамаран имеет значительную площадь поверхностей бортов и мостика, поэтому экономия веса за счет уменьшения толщин обшивки оказывается весьма заметной. Опыт показывает, что вполне достаточно обшивать борта фанерой толщиной 4 мм, палубу и днище — 5 мм; в носовой части днища рекомендую довести толщину обшивки до 10 мм оклейкой стеклотканью.
Самые значительные напряжения в конструкциях катамарана возникают не при плавании против косой волны, а при постановке на кили на суше. Поэтому, прежде чем спускать на воду построенный катамаран, советуем провести его проверку на прочность. Приподнимите свое судно краном, причем стропы должны быть обнесены вокруг обоих корпусов. При недостаточной прочности корпуса «сложатся» внутрь. Затем положите на стапель две подкладки: под один корпус в носу, под другой — в корме и достаточно резко опустите на них катамаран. Если испытания прошли успешно, можете спокойно спускать катамаран на воду.
Во время эксплуатации наиболее подвержены ударам форштевни. Топляки, камни, сваи — с чем только они не «встречались»! Поначалу после таких ударов в форпиках появлялась вода. Пришлось место стыка фанеры с форштевнем усилить 10—15 полосами стеклоткани, а снаружи приклеить и форштевню несколько реек так, чтобы получилась дополнительная накладка высотой 100—140 и шириной 40—60 мм; верхний край ее должен доходить до уровня на 400—500 мм выше КВЛ. Через два-три года эту накладку приходится менять. Для уменьшения силы удара было бы целесообразно и увеличить угол наклона форштевня.
Мощного привального бруса, воспринимающего навалы бортом, на «Круизе» нет. Однако позади 115 шлюзований, и наш опыт подсказывает, что лучшая защита борта — хорошие кранцы. У нас это брезентовые подушки, набитые обрезками поролона.
Полностью подтвердилась целесообразность установки пульта управления в каюте. При плавании в сложных условиях рулевой управляет стоя, открыв переднее стекло и соединенный с ним люк.
Степс мачты опирается на наклонный пиллерс (к нему крепится спинка сиденья водителя) и далее на мощную поперечную балку, которая служит опорой сиденья рулевого и коек.
В форпике между койками закреплен плоский бак (емкостью 100 л) для хранения пресной воды. Большая часть поверхности бака для термоизоляции оклеена поролоном. Внутри смонтирован змеевик площадью 2000 см2, через который при необходимости пропускается горячая вода из внутреннего контура охлаждения двигателя. За один-два ходовых часа вода в баке нагревается до 70—7S С; этого в холодное время достаточно для поддержания в каюте нормальной температуры в течение 8—12 ч.
О новых проектах
Опыт проектирования и эксплуатации катамарана «Круиз» позволяет рекомендовать ту же концепцию проекта для создания различных по назначению катеров.
Возможный вариант катамарана длиной 15 м представлен на приводимом рисунке. Корпус целесообразно сделать из легкого сплава; при этом водоизмещение катера составит 9 т. Могут быть установлены два тракторных двигателя «Д-240» мощностью по 75 л. с. Потребная мощность при полезной нагрузке 2 т и скорости 18 км/ч составит 45—50 л. с., максимальная скорость — 26 км/ч.