Скоростной тримаран на подводных крыльях «Трифойлер»

В «КиЯ» №149 шведский яхтсмен и аэродинамик Андерс Ансар рассмотрел перспективы достижения в ближайшем будущем скорости 100 км/ч парусными судами различных типов. Расскажем о реальных шагах, сделанных на этом нелегком пути американцем Грэгом Кеттерманом — молодым яхтенным конструктором и инженером-механиком из Калифорнии. Много лет он занимается парусным спортом, предпочитая гонки на быстроходных парусниках — катамаранах класса «Хобби» и парусных досках. А в 1980 г., когда знаменитый катамаран «Кроссбау-2» установил абсолютный рекорд скорости под парусами, равный 36 уз, Кеттерман серьезно задумался над созданием лодки, способной побить этот рекорд.

Начинал с постройки и испытаний самоходной модели в масштабе 1:4, затем последовали полноразмерные образцы. С самого начала конструктор решил, что это будет многокорпусное судно на подводных крыльях, но потребовалось 11 лет экспериментов, прежде чем были решены все технические проблемы. Практический опыт Кеттерман приобрел также, участвуя в проектировании катамарана «Старз энд страйпс», одержавшего победу над новозеландской мега-яхтой в нашумевшей кампании Кубка Америки в 1988 г. Проектировал он и водный велосипед на подводных крыльях.

Наконец настала пора вызывать официальных представителей Комитета мировых рекордов скорости под парусами из Англии. 25 июня 1990 г. на оз. Бьюкэнон в Техасе его «Трифойлер», управляемый Расселом Лонгом, установил новый рекорд в классе В (суда с площадью парусности 150—235 квадратных футов — 13,9—21,8 м²). Скорость прохождения 500-метровой дистанции составила 34,53 уз (63,94 км/ч) — всего на 1,47 уз ниже рекорда «Кроссбау». И что примечательно — этот результат был достигнут при 17-узловом ветре (8,5 м/с), «Кроссбау» же развил свою скорость при вдвое большей скорости ветра. Последующие расчеты и эксперименты показали еще большие потенциальные возможности «Трифойлера»: его скорость может в 2,5 раза превышать скорость ветра. Значит при 25-узловом ветре (всего 12 м/с) реально достижение скорости 50 уз1 Кстати, при неофициальных заездах «Трифойлер» уже перекрыл результат «Кроссбау-2», развив 38 уз.

«Трифойлер» (буквально — «трехкрылый») представляет собой тримаран оригинальной конструкции, запатентованный Кеттерманом. Расчетный режим движения судна — на трех подводных крыльях. Два L-образных крыла расположены по концам 5,5-метровой поперечной балки, имеющей поперечное сечение самолетного крыла. Здесь же закреплены два небольших поплавка-аутригера, обеспечивающих необходимую поперечную остойчивость лодки на стоянке и в период разгона до выхода на крылья. Рулевой (или «пилот» — ведь «Трифойлер» парит над поверхностью воды на высоте 0,3 м) располагается в среднем узком и длинном корпусе, напоминающем фюзеляж самолета. Длина этого корпуса 4,5 м, а общая длина тримарана 6,33 м. На транце среднего корпуса навешено третье Т-образное подводное крыло, служащее также рулем.


В отличие от уже известных читателям «КиЯ» парусных СПК, на «Трифойлере» применены глубокопогруженные подводные крылья, не пересекающие поверхность воды. Им не страшно явление вентиляции, когда по наклонному участку крыла воздух из атмосферы проникает на «спинку» профиля в область разрежения и происходит потеря подъемной гидродинамической силы, за счет которой лодка приподнимается над водой. При этом лодка с пересекающими поверхность крыльями «проваливается» — садится всем корпусом на воду, теряет свою скорость.

У L-образных крыльев вертикальные стойки подобны ножам, рассекающим воду под нулевым углом атаки. Поэтому на них отсутствует зона разрежения и явление вентиляции несущего горизонтального участка крыла невозможно.

Другой особенностью крыльевой системы «Трифойлера» является автоматическое регулирование угла атаки крыльев в зависимости от состояния поверхности воды, по которой движется судно. Паря над поверхностью, лодка следует ее профилю, подвсплывая на гребнях волн и опускаясь при прохождении подошвы; клиренс — высота подъема корпуса — остается практически постоянным. «Датчиками», следящими за профилем водной поверхности, служат небольшие поплавки, жестко закрепленные на штангах впереди боковых поплавков и скользящие по воде. Кеттерман назвал их «сенсорами». Любая неровность поверхности вызывает всплытие либо погружение сенсоров, соответственно корпус получает небольшие угловые перемещения в продольной плоскости и вместе с ним изменяется угол атаки горизонтальных участков подводных крыльев. С увеличением угла атаки подъемная сила на крыле растет с уменьшением — падает.

Сенсоры вместе с кормовым подводным крылом стабилизируют «Трифойлер» в продольном направлении, компенсируя момент силы тяги парусов, дифферентующий лодку на нос.


Важным свойством крыльевой системы «Трифойлера» является восстанавливающий момент, который возникает уже при небольшом крене благодаря способности наветренного крыла развивать подъемную силу, направленную вниз. В паре с подъемной силой, действующей вверх на подветренном крыле, она удерживает лодку на ровном киле. Причем, чем сильнее ветер, тем большую величину имеет восстанавливающий момент и, следовательно, большая сила тяги парусов может быть реализована для достижения максимальной скорости (см. упомянутую статью А. Ансара). Так что максимальная скорость «Трифойлера» ограничивается в основном прочностью парусного вооружения и всей конструкции, а не остойчивостью судна. Это, кстати, было доказано при испытаниях в сильные ветра, когда тримаран не опрокидывался, но происходили поломки мачты либо поплавков.

С целью уменьшить кренящий момент Кеттерман применил двухмачтовое парусное вооружение типа биплан, понизив общий центр парусности. Мачты, установленные на боковых поплавках, кроме того, не мешают рулевому вести наблюдение по курсу. Изобретатель в конце концов применил полужесткие «виндсерферовские» паруса со сквозными латами, хотя немало экспериментов провел и с жестким парусом-крылом, подобным установленному на «Старз энд страйпс». Между собой мачты раскреплены жесткой штангой, а с корпусом — парой вант, разнесенных в нос и корму. Мачты и гики-уишбоны изготовлены из углепластика, что обеспечивает рангоуту высокую прочность при небольшом весе.

Кстати, очень важно было получить судно минимального веса, иначе тяги парусов оказалось бы недостаточно, чтобы вывести «Трифойлер» в крыльевой режим. Средний корпус изготовлен трехслойной конструкции — набран из тонких пенопластовых реек, оклеенных снаружи и изнутри стеклотканью. Поперечная балка и распорка между мачтами — из легкой древесины, оклеенной ненаправленным углеволокном. Из таких же волокон выполнены необходимые местные усиления конструкции.

Задача облегчалась тем, что, поскольку основной режим движения «Трифойлера» — на подводных крыльях, не требовалось больших объемов плавучести. Наоборот, конструктор стремился по возможности уменьшить смоченную поверхность корпуса и поплавков, чтобы облегчить выход тримарана на крылья.


Общий вес лодки составил всего 95 кг. При парусности 13,94 м² и весе гонщика 75 кг на каждую тонну водоизмещения тримарана приходилось 82 м² парусов — примерно в 1,5 раза больше, чем соответствующие цифры для рекордных парусных досок и в 2 раза больше, чем была энерговооруженность «Кроссбау-2» во время его рекордного заезда в 1980 г. Это еще одно свидетельство больших потенциальных возможностей нового типа парусника.

Управление «Трифойлером» достаточно простое. Руки рулевого заняты шкотами, а управление рулем осуществляется при помощи педалей. Поскольку в воду погружены только три вертикальных стойки крыльев, оказывающие минимальное сопротивление повороту, «Трифойлер» обладает удивительными маневренными качествами. Правда, поворот оверштаг происходит не без потери скорости: когда форштевень тримарана пересекает линию ветра, происходит падение тяги парусов, и инерции легкого суденышка не хватает, чтобы продолжить движение в крыльевом режиме. Тримаран садится корпусом на воду, но на новом галсе быстро набирает скорость и вновь выходит на крылья. Зато повороты фордевинд совершаются с таким же стремительным ускорением, что и на парусной доске.

Прошедший сезон Кеттерман и Лонг посвятили доводке и подготовке «Трифойлера» к штурму мирового рекорда скорости. Кроме того, проектом заинтересовалась японская фирма «Ямаха», которая планирует внедрить тримаран в серийное производство. Предполагается, что слалом и гонки «Трифойлеров» на дистанции типа «восьмерка» будут не менее зрелищными и динамичными, чем на парусных досках.

Кстати, не теряют зря времени и виндсерфисты — нынешние обладатели мировых рекордов скорости в трех из пяти классов. В феврале прошлого года француз Паскаль Мака на парусной доске, изготовленной специально для побития рекорда скорости, установил новый рекорд в классе парусников с площадью паруса до 10 м². Его парусная доска типа «Ган» имела длину 2,25 м при ширине 0,35 м, вес всего 4,5 кг и была оснащена парусом из пленки майлар площадью 4,5 м². Тридцатитрехлетний спортсмен был в прекрасной форме (его вес 85 кг при росте 192 см), а заезды состоялись на специальном канале длиной 1 км при ширине 20 м, оборудованном для этих целей в городке Сан-Мари-де-ла-Мер на средиземноморском побережье. При самых сильных ветрах вода в канале сохраняет идеально гладкую поверхность.

В день установления рекорда дул мистраль со скоростью 38—40 уз (около 20 м/с) и Мака прошел 500-метровый участок дистанции со скоростью 42,91 уз (79,47 км/ч). На сегодня — это наивысшее достижение для парусных лодок.

Итак, в 1990 г. был сделан еще один шаг к 50-узлов ой границе — в классе до 10 м² на 2,43 уз; в классе В — на 6,38 уз.