Перед нами интересный проект каютного тримарана с парусным вооружением и кормовыми подводными крыльями, имеющий откидные поплавки. И это не «обычный» парусный крейсерский тримаран со вспомогательным двигателем, а в первую очередь, моторное прогулочно-туристское судно, хорошо (гораздо лучше, чем «Круиз») приспособленное для несения парусов в дальних походах по внутренним водным путям.
«Трэк» еще не построен. Хотя бы поэтому мы публикуем краткое его описание не под рубрикой «Для самостоятельной постройки», традиционной для раздела «Мастерская технического творчества». Перед вами даже не проект, а скорее — размышления и идеи опытного судостроителя-любителя.
Предлагаем вам оценить эти идеи и принять участие в обсуждении далеко не простой проблемы создания экономичного, комфортабельного и безопасного малого туристского судна.
Основные размерения тримарана «Трэк»
| Длина наибольшая, м: | |
| по центр, корпусу (без плит) | 7,95 |
| по КВЛ (с транц. плитами | 10,30 |
| по поплавку (от «Торнадо») | 6,01 |
| Ширина наибольшая, м | до 5,00 |
| Ширина центр, корпуса, м: | |
| по палубе | 2,20 |
| по КВЛ | 0,80 |
| Осадка расчетная при D=1,8 т, м | 0,45 |
Проект этого тримарана мы разрабатывали в течение нескольких лет параллельно с совершенствованием давно построенного катамарана «Круиз» (см. предыдущий номер «КиЯ»).
Необходимость в создании нового варианта моторно-парусного многокорпусника — более легкого и лучше приспособленного к несению парусов тримарана вместо катамарана — была вызвана следующими соображениями, вытекающими из постепенно накапливаемого опыта эксплуатации «Круиза».
Мы убедились в том, что при плавании под парусами ходовые качества катамарана с каютой на мостике оказываются невысокими. Слишком велики его водоизмещение, смоченная поверхность корпуса, парусность развитой надводной части. Реализовать преимущества миогокорпусника в размерениях и водоизмещении «Круиза» очень сложно. Нести паруса в свежий ветер в условиях реальной озерной волны не позволяют его недостаточно высокие мореходные качества (та же остойчивость). В слабый же ветер дает себя знать явно недостаточная площадь парусов, увеличивать которую нежелательно по всем соображениям, включая финансовые.
Поэтому, на наш взгляд, на катамаране минимальных размерений с каютой на мостике парусное вооружение может быть применено толь ко для вспомогательных целей — экономии топлива при ходе с попутным ветром достаточной силы.
Совершенствуя «Круиз», мы получили достаточно комфортабельные условия для размещения семи и даже восьми человек, но это потребовало установки двигателя большей мощности с соответственно возрастающим расходом топлива Эксплуатация такого катамарана оправдывает себя только при полном экипаже.
Наши многочисленные попытки разработать проект более легкого катамарана по типу «Круиза», но для экипажа из двух-четырех человек, оказались неудачными: судно получалось и неудобным, и неэкономичным
Вот тогда мы и вспомнили о достоинствах парусных трехкорпусных судов — их высоких ходовых качествах и остойчивости Появилась идея разработать относительно легкий моторно-парусный тримаран минимальных размерений на экипаж из трех-четырех человек. Конечно, приходилось идти на то, что условия их пребывания на борту судна будут спартанскими — менее ком форта больными, чем на «Круизе». Зато это давало возможность сочетать более высокую скорость при ходе под парусами и экономичность при плавании под мотором
Проект предлагаемого тримарана мы назвали «Трэк», что расшифровывается как тройное «эк» — экстремальный, экономичный, экологичный.
Основной недостаток тримаранов — большие габаритные размеры. Габаритная длина «Трэка» составляет 11 м при полной ширине 4,5—5 м. Для упрощения проблем транспортировки и размещения на стоянке можно уменьшить габаритную длину до 8 м, применив, по аналогии с «Круизом», двойные транцевые плиты, а ширину до 2,7 м — благодаря шарнирному креплению боковых корпусов — поплавков.
Опыт эксплуатации высокоскоростных парусных тримаранов показал, что поплавки следует ставить чуть выше КВЛ — на такой высоте, чтобы при положении на ровный киль они не создавали сопротивления, а при крене выше 5—10° подветренный поплавок начинал входить в воду и активно препятствовал дальнейшему нарастанию крена, тогда как наветренный «работал» как откренивающий груз.
Минусом является то, что и на стоянке, и на ходу под мотором тримаран всегда будет иметь крен 5—10°, так как остойчивости узкого центрального корпуса для сохранения положения без крена недостаточно.
Однако, если строить тримаран с откидными поплавками и расположить вертикальные оси шарниров поворотных рам с наклоном на 10—12° в нос, то при повороте рам в нос и подтягивании поплавков вплотную к основному корпусу они погрузятся в воду и обеспечат остойчивое положение тримарана на стоянке без крена. Для предотвращения дальнейшего опрокидывания момент от сил Dк и Dп должен быть больше момента от силы Dк1.
Чтобы обеспечить такое же остойчивое и без крена положение тримарана на ходу под мотором, на транцах поплавков предлагается разместить по четыре подводных крыла — откидные «этажерки» общей площадью по 0,4 м2. При этом в воде будет находиться только одно нижнее крыло каждой этажерки. При плавании под парусами и, следовательно, с креном в воду войдут все четыре крыла подветренной «этажерки», что также будет препятствовать нарастанию крена благодаря образованию на крыльях подъемной силы.
Обводы центрального корпуса «Трэка» напоминают обводы корпусов «Круиза». Благодаря отсутствию взаимного влияния корпусов, характерного для катамарана, гидродинамическое качество тримарана может быть выше, чем «Круиза», особенно на скоростях 12—15 км/ч.
В связи с тем, что в узком центральном корпусе разместить соответствующие помещения выше ватерлинии невозможно, корпус в надводной части расширяется, образуя аналог моста катамарана. В носовой части этот «мостик» тримарана переходит в брызгоотбойник, поэтому проблема «слеминга» для «Трэка» не столь актуальна. В то же время можно ожидать, что мореходность тримарана при плавании вдоль волны окажется ниже, чем катамарана, из-за резкого изменения крена при прохождении вершины волны. Непотопляемость «Трэка» обеспечивается большим количеством отсеков плавучести и герметичностью поплавков.
По конструкции «Трэк» аналогичен «Круизу». Вес максимально облегченного корпуса не должен превышать 800 кг. Основу набора центрального корпуса составляют два рамных шпангоута; к ним крепятся два длинных горизонтально расположенных стальных угольника (40X25) с приваренными шпильками М12 для крепления проушин поворотных рам. (Прочность полученной конструкции очевидно будет необходимо испытать, приподняв краном полностью собранный тримаран за концы двух противоположных рам, закрепленных в разведенном положении.)
На тримаране необходимо установить легкий и экономичный двигатель мощностью 20—30 л. с. (например от нового «Запорожца»), Наилучшим вариантом был бы легкий дизель.
По расчетам для достижения скорости 17—18 км/ч при водоизмещении 1800 кг достаточна мощность 15 л. с.; под 30-сильным двигателем скорость повысится до 22 км/ч Следует подчеркнуть особую важность экономии веса; так, повышение общего водоизмещения до 2500 кг существенно не ухудшит мореходных качеств тримарана, но расход топлива на той же скорости 18 км/ч возрастет в 1,5 раза.
Сравним затраты, связанные с приобретением и эксплуатацией двигателей трех видов: паруса, подвесного мотора и стационарной установки Предположим, что срок службы судна 15 лет; если за навигацию судно будет проходить 1500 км, то за это время оно (пройдет 22 500 км.
Чтобы наш тримаран имел удовлетворительные ходовые качества, сравнимые с ходовыми качествами крейсерских яхт, он должен нести 30—35 м2 парусов. Стоимость такого вооружения будет составлять примерно 4000 руб., а средняя скорость плавания по внутренним водным путям вряд ли превысит 8 км/ч.
Чтобы пройти те же 22 500 км пути при использовании подвесного мотора «Ветерок-8», придется сменить четыре-пять моторов и израсходовать 9000 л топлива; суммарные затраты составят около 3700 руб, а скорость повысится до 10 км/ч.
При установке стационарного двигателя (пусть стоимость его с учетом работ по конверсии составит 2000 руб.) на тот же путь будет израсходовано 4500 л топлива, так что суммарные затраты окажутся на уровне 3350 руб. при скорости 18 км/ч!
Этот простейший расчет говорит о том, что чисто парусный вариант далеко не всегда обеспечивает минимум расходов. Наверное, вообще стремление ходить под парусом нет смысла обосновывать какими-то логическими рассуждениями. Бывает достаточно совершить хотя бы один хороший переход под парусами, чтобы стать их горячим сторонником. И не случайно для многих людей главное на судне — парус, а мотор нужен только для того, чтобы скорее добраться до ближайшей большой воды. Как бы там ни было, наш легкий многокорпусник должен давать нам такую возможность, оставаясь сравнительно экономичным и быстроходным при всех вариантах движения.
Теоретически для использования парусов в помощь двигателю при попуЛшх ветрах была бы достаточна площадь парусности 15 м2. Максимально возможная для «Трэка» парусность — 50 м2. Именно столько парусов несет тримаран «Таис-3» (см. «КиЯ» №135), имеющий размерения, близкие к размерениям «Трэка». Теоретически при такой парусности можно было бы рассчитывать на скорости вплоть до 20 узлов, но для этого пришлось бы жертвовать комфортом, экономичностью плавания под мотором, надежностью конструкций и удобством эксплуатации тримарана. Другими словами, мы отошли бы далеко от идеи моторно-парусного судна Наконец, в дальнем плавании по внутренним водным путям такие скоростные возможности просто не удалось бы использовать. Достаточно сказать, что для скоростей выше 10 узлов нужен ветер сильнее 6 баллов...
Мы остановились на среднем значении 30 м2.
От площади парусности зависят размерения поплавков. Для тримарана, к лавировочным качествам которого не предъявляют высоких требований, достаточен объем поплавка, равный половине водоизмещения. Это дает возможность использовать в качестве поплавков «Трэка» фанерные корпуса гоночного катамарана «Торнадо», несколько усилив их путем дополнительной оклейки стеклотканью и установив носовые фальшборты. Несложно и сделать их самостоятельно, руководствуясь статьей «Как построить «Торнадо» в «КиЯ» №57.
Наполним размерения этих круглоскулых поплавков: длина наибольшая — 6,01 м, ширина по палубе наибольшая — 0,41 м. Чтобы получить общую ширину тримарана равной 4,5 м, следует раздвинуть поплавки так, чтобы расстояние между ДП тримарана и ДП каждого из них равнялось 2,08 м.
Поплавки устанавливаются с небольшим креном внутрь. По мере приближения к централь ному корпусу их крен уменьшается. При этом крен поплавка фиксируется только на заднем узле крепления; передний узел фиксирует лишь вертикальное положение поплавка. Это позволяет исключить жесткие требования по обеспечению строгой параллельности осей поворотных рам. В разведенном положении поплавки дополнительно фиксируются по бортам благодаря специальным кронштейнам, в пазы которых входят элементы рамы. Продольное положение каждого поплавка фиксируется двумя оттяжками. Для сведения поплавков необходима лебедка (можно воспользоваться шкотовой лебедкой).
Теперь остановимся на безопасности плавания Возможность опрокидывания парусника через борт при резком усилении ветра является одним из наиболее неприятных моментов. На «Круизе» мы испытали систему «автоматической» отдачи стаксель-шкота при возникновении опасной нагрузки, действующей на мачту. На катамаране «Центаурус», как известно, применена система отдачи шкотов при возникновении опасного крена. Однако такие однопараметрические системы, в которых момент срабатывания зависит лишь от какого-то одного параметра (нагрузки или угла крена), на наш взгляд, недостаточно эффективны. Докажем это, используя диаграмму статической остойчивости (см. «КиЯ», №113).
На рисунке представлены три графика восстанавливающего момента в зависимости от угла крена, характерных для «Круиза» на тихой воде и для взволнованной поверхности (угол волнового склона 10°). Вначале рассмотрим поведение катамарана, идущего по тихой воде, причем за счет давления ветра на катамаран действует момент Мо, вызывающий крен на угол αо.
При шквале момент, действующий на катамаран, увеличивается до значения Мшка. Его можно представить в виде суммы двух моментов: от действия ветра на паруса — Мпар и на корпус — Mкор. При этом при увеличении крена момент от парусов уменьшается, а момент от корпуса увеличивается, достигая значительной величины: ведь парусность корпуса стоящего на борту «Круиза» — 25 м2. Поскольку величина Мшкв больше Мт, крен катамарана стремительно возрастает, а угловая скорость увеличивается пропорционально Мшкв—Мт.
Теперь предположим, что при угле крена αсбр произошел аварийный сброс шкотов и, следовательно, Мпар стал равен нулю К этому моменту угловая скорость поворота корпуса возросла до значительной величины, причем величина кинетической энергии определяется по заштрихованной площади S1, расположенной между кривыми Мшкв и Мт от αо до αс6р.
После сброса шкотов восстанавливающий момент будет положителен, так как Мт больше Мкор, и угловая скорость кренящегося корпуса будет уменьшаться; при этом «затормозить» его надо до угла αопр, так как на больших углах опрокидывающий момент уже будет превышать восстанавливающий Для этого αсбр необходимо выбрать таким образом, чтобы площадь S1 была меньше площади S2. Проводя такие построения с разными значениями Мопр и графиками, построенными для ветровых расчетных воли (2X20 м — по разряду «О» и 3X40 м — по разряду «М»)1 с учетом реальной ширины катамарана и соответствующего значения Мп, получим значение αсбр=30° (при угле волнового склона 21—22°).
Однако всегда имеется вероятность встречи с аномально высокой и крутой волной, а для такой волны значение αсбр получается равным 20° и даже меньше. Другими словами, мы приходим к абсурду, так как именно с таким креном идет катамаран в условиях среднего ветра и слабого волнения.
На наш взгляд, система автоматики будет работоспособной, если она будет, во-первых, учитывать одновременно параметры проходящей и ближайшей волны, силу ветра, угловую скорость и угол крена, а во-вторых, будет не сбрасывать шкоты а травить их на необходимую величину. Управлять такой системой может ЭВМ, например, бытовой компьютер БК0010. Его же можно, использовать и для целей навигации, выбора оптимальных парусности и курса; если подключить к нему компас, лаг и измеритель дрейфа, то можно будет и вести счисление.
Во всех случаях при плавании «Круиза» в условиях волнения было целесообразно при скорости ветра более 12 м/с уменьшать парусность, а при скорости более 16 м/с — паруса убирать и продолжать плавание только под мотором.
Кривые восстанавливающего момента для тримарана имеют такой же вид, как и для катамарана. Отсутствие развитого мостика приводит лишь к уменьшению Мкор. Если объем поплавка будет больше суммарного водоизмещения, то картина остойчивости тримарана также будет подобна картине остойчивости катамарана. Однако положение существенно изменяется, если объем поплавка будет меньше водоизмещения. Как только угол крена превысит угол, при котором восстанавливающий момент максимален, подветренный корпус уходит в воду; при дальнейшем погружении он испытывает значительное сопротивление, поэтому дальнейшее увеличение крена тримарана происходит значительно медленнее, чем катамарана. Время до полного опрокидывания тримарана составляет несколько секунд, тогда как катамаран опрокидывается менее чем за одну секунду. В распоряжении рулевого тримарана всегда будет несколько больше времени, чтобы спасти положение.
Поскольку угловая скорость при нарастании крена тримарана невелика, после сбрасывания парусов дальнейший рост крена прекращается практически мгновенно. Поэтому αсбр можно выбирать на 10—15° меньше угла αопр.
Так же, как и для катамарана, эта величина существенно зависит от крутизны волны, однако значение αсбр=30—35° уже будет в достаточной степени удовлетворять целям туристского плавания.
Примечания
1. См. журн. «Судостроение», № 6, 1963 г.