К настоящему времени за кормой "Круиза" осталось около 100 тыс. км! Накоплен громадный опыт. Обобщению этого опыта, анализу эксплуатационных, в том числе и мореходных свойств малых моторных многокорпусников, а также путей их дальнейшего развития посвящена новая статья Б.Е. Синильщикова. Приведены эскизы улучшенного варианта моторного водоизмещающего экономичного катамарана длиной 11.5 м.
История и перспективы
Для начала — о прошлом. Бурный рост числа дюралевых мотолодок в 70-е годы объяснялся, прежде всего, тем, что моторка заводского выпуска стоила значительно дешевле автомобиля (и могла в какой-то мере его заменить), а бензин был достаточно дешев. В настоящее время лодки и моторы стали намного дороже, а автомобили, особенно подержанные, относительно дешевле. Кроме того, у населения сохранилось значительное число мотолодок-"дюралек", поэтому ожидать повышения интереса к подобным 4-5-метровым лодкам не следует. Тем более что сделать такую открытую глиссирующую лодку по-настоящему туристской — более комфортабельной и мореходной — практически невозможно.
На наш взгляд, вряд ли стоит ожидать повышения интереса к каютным мотолодкам повышенной комфортности длиной до 5-6 м. Стоимость таких мотолодок, даже отечественного производства, существенно превышает стоимость автомобиля; расход топлива превышает расход топлива автомобилем в 6-10 раз, в то время как комфортабельность практически одинакова.
Длина мореходного катера, который по уровню комфорта мог бы существенно превосходить автомобиль, должна быть не менее 7-7.5 м. Однако такие катера заводской постройки будут недоступны большинству россиян по цене. Те же, кто может купить такой катер, скорее всего, купят зарубежный (в конце концов, даже подержанный). Громадные накладные расходы или желание получить сверхприбыль, большие налоги, низкая интенсивность труда, а также малая серийность — вот основные причины, которые мешают выпуску конкурентоспособной российской продукции, несмотря даже на низкую заработную плату.
И тем не менее, в Петербурге каждый год спускаются на воду новые достаточно крупные и комфортабельные катера и яхты. Они построены в "кустарных" условиях, хотя часто выглядят не хуже, чем лодки серийной постройки. На наш взгляд, в случае улучшения экономического положения в стране именно "кустарное" строительство может оказаться наиболее динамичным. Это связано с несколькими причинами. Большая часть катеров и яхт за рубежом строятся из стеклопластика, что при выпуске серийной продукции требует относительно небольших затрат труда при значительной стоимости материалов. Поэтому стоимость таких судов, построенных у нас из зарубежных материалов, может оказаться даже выше зарубежной.
Другое дело — сталь или дерево. Их стоимость невелика; они хорошо приспособлены для "кустарного" производства, причем трудоемкость даже массового производства из них оказывается ненамного ниже, чем в кустарных условиях. При самостоятельной постройке такой катер обойдется в сотню раз дешевле, чем при заводской. Даже если вы наймете специалиста для производства основных работ, вы все равно выиграете по стоимости: ведь не придется оплачивать накладные расходы или сверхприбыль, а также сверхналоги. Раньше основной проблемой были дефицит материалов, сложность или невозможность официальной покупки двигателя (в особенности дизеля), невозможность заказать детали для механической передачи. Сейчас все можно купить и заказать.
Взгляд на дерево и металл как на архаичные материалы вряд ли справедлив. Клееные деревянные конструкции (с применением фанеры) по удельной прочности превосходят стеклопластик, уступая только дорогим многослойным конструкциям на базе угле- и органопластиков. Не все однозначно и с долговечностью. Можно встретить стальные катера довоенной постройки и фанерные катера (ФСФ, латунный крепеж и оклейка стеклотканью), возраст которых приближается к 40 годам. В то же время не редкость и стеклопластиковые яхты, у которых через 10 лет после спуска пришлось делать капитальный ремонт расслоившегося днища.
Какие типы относительно крупных катеров, построенных из указанных материалов, представляются перспективными? Прежде попытаюсь охарактеризовать их будущих владельцев. По моему мнению, их можно разбить на две основные группы: "фанаты" и "бродяги".
Для "фанатов" главное — процесс создания, доводки, эксплуатации. В 70-е годы "фанаты" увлекались созданием экспериментальных лодок ("глубокое V", тримараны), совершенствованием водометов и т.д. Некоторые строили по лодке в год. Сейчас "фанатов" мало. Это в основном яхтсмены, оптимальная лодка для них — классическая килевая яхта длиной 8-9 м. Построить хорошую яхту большей длины слишком дорого; "компромиссы" и мотопарусники не подходят из-за невысоких ходовых качеств.
Интересы "бродяг" связаны с плаваниями к конкретным, обычно достаточно диким местам, куда добраться можно только по воде, благо в России такие места еще остались. Как правило, это — рыбаки, охотники, грибники. Отпуск они проводят только на катере, берут с собой хороший тузик, а то и "Пеллу". Скорость менее важна. Катер их интересует, прежде всего, как комфортабельное и экономичное средство передвижения, поэтому его внешний вид не всегда оказывается на высоте. "Бродяге" не будет жалко изуродовать внешний вид катера, установив несуразную трубу ради хорошей тяги камелька.
У "бродяг" наиболее популярное судно — достаточно мореходный водоизмещающий катер. В свое время энтузиасты пытались создать для таких целей глиссирующий катер, но практика показала, что даже камазовского дизеля для вывода такого катера на глиссирование при полной нагрузке мало. Возможно, двух "Вольво" и хватит, но тогда команде или придется таскать тонны соляра от бензоколонок или рисковать запороть дизель при работе на судовых "коктейлях".
Я считаю, что не оправдали себя и мотопарусники. Стоимость парусного вооружения и, в основном, слабые ветра на внутренних водных путях приводят к тому, что оправдать стоимость установки паруса экономией топлива невозможно.
Наиболее приемлемыми для рассматриваемых целей являются 8-9.5-метровые стальные и 7-10-метровые деревянные (фанерные) катера. При длине стального катера менее 8 м увеличивается относительный вес корпуса, катера получаются тихоходными, валкими. Увеличение длины стального катера более 10 м, хотя и позволяет повысить и уровень комфорта, и даже скорость, но усложняет подъем катера на берег и, что особенно важно для путешественников, увеличивает габаритную осадку и затрудняет снятие с мели. Более легкие фанерные катера позволяют варьировать размеры в большом диапазоне; при использовании облегченных конструкций удается создавать катера повышенной быстроходности (для переходного режима), в том числе и многокорпусные.
Продолжая тему, начатую нашими предыдущими публикациями, сосредоточим внимание на выборе типа именно такого построенного из дерева и подходящего для "бродяг" туристского судна, отталкиваясь от опыта, накопленного за годы плаваний на "Снарке" и "Круизе".
Катамаран "Круиз" проектировался и строился в середине 70-х годов. К тому времени глиссирующие моторные катамараны только начинали завоевывать свое место в ряду быстроходных катеров, а водоизмещающие моторные многокорпусники воспринимались как нечто экзотическое. Эти воззрения наложили свой отпечаток и на первоначальную конструкцию: водоизмещающий "Круиз" строился как парусно-моторное судно.
Вскоре выяснилось, что для экипажа, который не ставит хождение под парусом в качестве самоцели, использование паруса не дает ожидаемых результатов. Наш отказ от паруса не был связан с выбором маршрутов плавания, а объяснялся существенным различием в средних скоростях плавания под парусом и мотором. Действительно: средняя скорость движения катамарана под мотором оказалась равной 17-18 км/ч (при приемлемой экономичности), а под парусом — всего лишь 5-8 км/ч (для однокорпусных парусно-моторных судов эта разница значительно меньше).
В последние годы "Круиз" эксплуатировался только под двигателем, с этим и связано большинство изменений, внесенных в его конструкцию. Сначала катамаран стал длиннее (см. статью в №147), что позволило повысить экономичность. Затем у него появилась ходовая рубка, которая улучшила обзор рулевому и позволила стоять в каюте на мостике в полный рост.
В дальнейшем я пришел к выводу, что более подходящим для наших условий был бы не катамаран, а тримаран. В №148 был представлен проект такого моторно-парусного судна под названием "Трэк", которое расшифровывалось как "тройное ЭК" — экстремальный, экономичный, экологичный. Реализован этот проект не был (по чисто экономическим причинам). Это позволило внести в него существенные улучшения и теперь предложить вниманию читателей усовершенствованный проект под названием "Трэк-2".
Как и в предыдущих публикациях (№93, №147, №148), приведем предваряющие проект общие рассуждения, которыми и определяются основные черты нового судна.
Сравнение ходовых качеств
Моторный катамаран имеет определенные преимущества в скорости и мореходности по сравнению с однокорпусными катерами равного водоизмещения. Сравним ходовые качества катамарана, тримарана и однокорпусного катера, имеющих водоизмещение 2-3 т. Длина катамарана, а тем более тримарана, как правило, больше, чем однокорпусного глиссирующего или водоизмещающего катера равного водоизмещения. Относительная длина корпуса по ватерлинии ψ=L/D1/3 для многокорпусников находится в диапазоне ψ=8.5÷9, в то время как для обычных катеров ψ=5÷6 (для катамарана D — водоизмещение одного корпуса, для тримарана — водоизмещение центрального корпуса). Узкие и длинные корпуса многокорпусников (L/B=12÷16, В/Т=1.5÷2) обладают низким волновым сопротивлением. Поэтому в диапазоне скоростей 12-35 км/ч многокорпусники имеют существенно меньшее сопротивление, чем однокорпусные катера (и чисто водоизмещающие, и идущие в переходном режиме, и глиссирующие).
На скоростях 16-19 км/ч сопротивление катамарана и тримарана в 3-4.5 раза меньше сопротивления обычного катера с ψ=5÷6. Однако при уменьшении ψ до 6-6.5 сопротивление много-корпусника будет мало отличаться от сопротивления катера.
Следует отметить, что у моторных катамаранов L/Bгаб=3÷4, поэтому вследствие взаимного влияния корпусов их сопротивление оказывается на 30-50% выше, чем сумма сопротивлений двух изолированных корпусов.
Для расчета сопротивления катамаранов и тримаранов можно воспользоваться кривыми остаточного сопротивления для моделей, имеющих близкую форму (см. "Справочник по малотоннажному судостроению", Л., Судостроение, 1987).
Сравнение мореходных качеств
Далее рассмотрим мореходность катамарана, тримарана и однокорпусного катера, имеющего обводы для переходного режима. Пусть все суда имеют одинаковое водоизмещение, равное 2.5 т; длина и ширина корпуса по КВ/1 у катера составляют 8 м и 2.2 м, у катамарана — 9.5 м и 0.65 м, у тримарана — 11.5 м и 0.8 м.
Килевая качка. Как известно из теории качки корабля, амплитуда килевой качки зависит от двух составляющих: отношения кажущегося периода волны τ (с учетом скорости судна) к собственному периоду килевой качки τ0 и отношения длины волны λ к длине судна по КВЛ — L. При λ/L < 0.7 амплитуды незначительны. С ростом λ/L в диапазоне 0.7-1.5 амплитуды быстро увеличиваются. Наконец, при λ/L ≥1.5 амплитуда килевой качки практически не зависит от λ/L Во всех случаях амплитуды килевой качки тем выше, чем ближе τ/τ0 к единице. Таким образом, наибольшие амплитуды килевой качки достигаются при резонансе, в случае, если ему соответствует λ/L ≥ 1.5.
Собственный период килевой качки судна прежде всего зависит от средней осадки. Расчетные значения периодов колебаний т0 для катера, катамарана и тримарана соответственно составляют 1.3 с; 1.5 с; 1.7 с, увеличиваясь с увеличением осадки.
Сначала рассмотрим поведение судов при встрече с крутой одиночной волной (например, от проходящего судна). На широкие носовые шпангоуты катера, имеющие в районе киля участки с относительно малой килеватостью, при входе в волну действуют значительные гидростатические силы (силы плавучести) и гидродинамические силы (подъемные силы, зависящие от скоростного напора, и демпфирующие силы, которые связаны с образованием дополнительных волн при входе носовой части корпуса в волну). К моменту, когда волна будет подходить к миделю катера, его носовая часть выйдет из воды. Через некоторое время носовая часть катера войдет в воду, после чего под действием демпфирующей силы (ее величина зависит от вертикальной скорости корпуса относительно поверхности воды) ее вертикальная скорость резко упадет. Поскольку кинетическая энергия переходит в энергию дополнительных волн, килевая качка практически сразу затухает.
На узкие корпуса многокорпусников действует практически только сила плавучести. Поэтому угол дифферента увеличивается плавно, а его максимальное значение меньше. При последующем входе носовых шпангоутов в воду демпфирующие силы также будут малыми и торможение будет производиться в основном под действием сил плавучести. В этом случае по инерции носовые шпангоуты погрузятся существенно глубже ватерлинии, потом всплывут и только после нескольких колебаний качка прекратится. Эти колебания будут совершаться с частотой, равной собственной частоте килевой качки.
Далее рассмотрим движение судов со скоростью 18 км/ч против короткой волны длиной 6 м и высотой 0.6 м (кажущийся период 0.75 с). Наибольшие углы качки (2-4°) будут у однокорпусного катера (его длина, при равном с многокорпусниками водоизмещении, меньше). Катамаран и тримаран разрезают волну практически не качаясь. При увеличении волны до 8x0.8 м (кажущийся период 0.95 с) углы килевой качки катера резко усиливаются и достигают 8-10°. Качка более длинных многокорпусников остается незначительной: 1-3°. При этом в их спектре колебаний можно выделить две частоты: одна связана с кажущимся периодом волн, а другая — с собственной частотой килевой качки. Наличие в спектре колебаний на собственной частоте можно упрощенно объяснить тем, что при прохождении каждой ветровой (равно как и одиночной) волны многокорпусник продолжает какое-то время качаться по инерции. Поскольку реальное волнение нерегулярно и волны имеют различную длину, может оказаться, что группа невысоких и длинных волн, кажущаяся частота которых ближе к собственной частоте судна, раскачает многокорпусник больше, чем одна, пусть даже весьма высокая волна.
При увеличении волны до 10x0.95 м (кажущийся период 1.12 с) катер попадает в условия резонанса. Однако значительные демпфирующие силы, действующие на широкие шпангоуты, существенно ослабляют резонансное раскачивание, и максимальные углы дифферента не будут заметно превышать максимальные углы волнового склона. Тем не менее, плавание уже будет сопровождаться значительными ударными нагрузками (см. рис. 1).
Катамаран (при достаточном вертикальном клиренсе), а тримаран тем более, имеют более плавную качку, хотя углы качки уже становятся значительными (4-6°); см. рис. 2.
При увеличении волны до 15x1.3 м (кажущийся период 1.5 с) условия плавания на катере принципиально не меняются. Для многокорпусников эта волна — самая неприятная. Ее длина близка к 1.5L, а кажущийся период совпадаете периодом собственных колебаний, поэтому катамаран и тримаран попадают в условия резонанса. В отличие от катера, узкие шпангоуты многокорпусников не создают значительных демпфирующих сил. В результате амплитуда угла килевой качки существенно возрастает и может превысить амплитуду угла волнового склона. Другой отрицательный эффект, проявляющийся у судов с малым демпфированием в случае, если кажущийся период волны меньше или равен периоду собственных колебаний, заключается в том, что колебания судна отстают по фазе от волны, то есть максимальный отрицательный угол дифферента возникает, когда носовые обводы входят в передний склон волны (рис. 3).
В наибольшей мере резонансной качке подвержены короткие катамараны, у которых у меньше 7.5 при больших отношениях L/B. Облегченные катамараны, у которых у более 8.5 (особенно — имеющие упрощенные остроскулые обводы), резонансному раскачиванию подвержены в меньшей степени, однако и для них углы килевой качки при данном волнении оказываются значительными.
Способы уменьшения килевой качки катамарана
Уменьшить килевую качку в этом случае можно двумя способами. Первый — это уменьшение восстанавливающих моментов при использовании обводов РВК ("рассекающие волну катамараны"); см. "КиЯ" №157, №164. У этих катамаранов часть корпуса, расположенная несколько выше КВЛ (бортовые стойки), в носу значительно короче и уже, чем нижняя и подводная части. При движении против волны носовые части корпусов входят в волну ("протыкают" волну) и при дальнейшем погружении восстанавливающий момент увеличивается незначительно. К тому же после того, как носовые части начинают всплывать, на них действуют отрицательные гидродинамические силы, уменьшающие скорость выхода из волны.
Использование обводов РВК позволяет заметно уменьшить углы килевой качки, однако, это преимущество можно реализовать только в том случае, если вертикальный клиренс в носу будет больше высоты волны, а на миделе — составлять 0.6-0.7 высоты волны.
Второй способ заключается в использовании таких обводов корпуса, при которых, начиная с определенной высоты волны, резко увеличиваются гидродинамические или демпфирующие силы, в результате чего при резонансе не будет происходить резкого увеличения килевой качки, а ее углы будут близки к углам волнового склона. В этом случае, хотя углы качки и будут высокими, многокорпусник не будет зарываться в волну, уменьшатся силы ударов волн по мостику.
Это можно обеспечить путем существенного развала носовых шпангоутов или созданием килеватого уступа (второй скулы) в верхней части корпуса. Такой способ используется для тримаранов или катамаранов, у которых мостик в носовой части отсутствует.
Если мостик начинается непосредственно у форштевней, указанный способ можно использовать только для наружных бортов. Это связано с тем, что при взаимодействии волны с уступами внутренних бортов образуются отраженные волны, которые увеличивают высоту основной волны между корпусами, что вынуждает дополнительно увеличивать вертикальный клиренс.
По этой же причине для обычных катамаранов нельзя использовать волнолом — короткий килеватый корпус, устанавливаемый в ДП в передней части мостика. Однако волнолом хорошо компонуется с обводами РВК. В последнем случае волнолом устанавливается несколько впереди основных корпусов, а заканчивается в районе передних кромок бортовых стоек. Тогда волны и брызги, возникающие при входе волнолома в воду, беспрепятственно распространяются в стороны (впереди бортовых стоек корпусов) и не вызывают усиления ударных нагрузок на расположенный сзади мостик.
Для катамарана с обычными обводами, на наш взгляд, лучшим способом ограничения килевой качки является установка выше ватерлинии в районе форштевней V-образного крыла, хорда которого составляет примерно 3% длины по КВЛ. Крыло улучшает вход катамарана в высокую волну, уменьшает амплитуду резонансной качки; кроме того, за ним образуется волновая впадина, позволяющая уменьшить высоту мостика за крылом ("КиЯ" №147).
Поведение судов на длинной волне и при встрече с одиночными крутыми волнами. Дальнейшее увеличение длины волны до 25—30 м, особенно, если при этом уменьшается крутизна волны, только облегчает условия плавания судов всех типов, так как кажущийся период составляет уже 2.5 сек.
В реальных же условиях плавания возможна встреча с одиночными аномально крутыми волнами. Вспоминается случай, который произошел с нами на Онежском озере. На переходе Петрозаводск-Вытегра дул встречный 6-7-балльный ветер. Средняя высота волны составляла 1.5 м. "Круиз" уверенно шел против волны со скоростью 17 км/ч, брызгообразование было незначительным и только иногда, при входе крыла в воду, воздух, выходящий из-под мостика, вырывался вперед, сдувая брызги с крыла, в результате чего перед форштевнями возникало туманное облако, состоящее из мельчайших брызг. Чтобы облегчить участь укачавшегося члена команды, рядом с рулевым было приоткрыто переднее стекло. Вдруг совершенно неожиданно за 20-25 м впереди стала образовываться особо высокая волна. И к тому времени, когда "Круиз" сблизился с ней, ее высота явно превышала 2.5 м , а склон ее выглядел почти вертикальным. Так как расстояние между этой волной и предыдущей было меньше 15 м, "Круиз" просто вошел в эту стену. Особого удара мы не почувствовали; не произошло и существенного изменения угла дифферента. При этом через трехсантиметровую щель под стеклом в каюту влилось около 200 л воды, да несколько десятков литров оказалось в тузике, который был закреплен позади каюты. Об аномальных волнах и о том, к чему могут привести экстравагантные формы рубок при встрече с волной хорошо рассказано в известной книге К.А. Колса ("Под парусом в шторм", Л., Гидрометеоиздат, 1985). Поэтому мостик и надстройки катамарана и тримарана должны иметь клинообразную форму.
Поведение судов при дальнейшем увеличении скорости. При увеличении скорости до 30-35 км/ч на волнах длиной 6-8 м ударные нагрузки на однокорпусный катер существенно возрастут, в то время как катамаран и тримаран буду продолжать разрезать волну практически без качки. Это сопровождается увеличением брызгообразования и высоты выплеска ("петуха"), образующегося в месте пересечения носовых волн у катамарана, что может потребовать увеличения клиренса в районе миделя ("КиЯ" №147).
Волна длиной 10 м, по-видимому, является предельной для обычного катамарана при движении на повышенных скоростях. Причем для этого необходимо увеличить высоту клиренса в носу до 1.2 м, а на миделе — до 0.7. Для катамарана РВК без волнолома будет необходимо обеспечить еще более высокий клиренс, что нереально, поэтому, использовать обводы РВК без волнолома можно только на реках, где не бывает волн выше 0.8м. Для снижения высоты клиренса у РВК можно устанавливать волнолом ближе к поверхности воды. Однако в этом случае, при входе волнолома в воду, начинают теряться и преимущества обводов РВК (малые возмущающие моменты), а если волнолом будет полностью входить в волну, то условия плавания не будут существенно отличаться от условий плавания однокорпусного катера. Недаром РВК большого водоизмещения могут поддерживать высокую скорость лишь при высоте волны 0.06-0.07 от длины корпуса. Следует отметить, что условия плавания океанских РВК длиной 70 м при скорости 30-40 уз приблизительно соответствуют условиям плавания рассматриваемых многокорпусников при скорости 23-28 км/ч. При этом необходимо учитывать, что с увеличением высоты, волны, как правило, становятся более пологими.
Таким образом, основным ограничением мореходности катамарана при плавании против волны является, как правило, недостаточный вертикальный клиренс. Поэтому при плавании против волны обеспечить мореходность тримарана, у которого отсутствует мостик, легче.
Условия плавания судов на попутном волнении. Для однокорпусного катера плавание по волне длиной более 15 м (скорость распространения которой 5-7 м/с) с повышенными скоростями представляет опасность. Скатываясь с подветренного склона, катер разгоняется, при входе в наветренный склон теряет ход и зарыскивает (попадает в брочинг), что может привести к перевороту катера через борт.
Катамараны традиционного типа при наличии рулей достаточной площади хорошо приспособлены для плавания по попутной, даже относительно высокой волне, поскольку наличие двух корпусов повышает, во-первых, — устойчивость движения по курсу и, во-вторых, — остойчивость.
Острые носы катамаранов РВК при сходе с волны длиной более 15 м, особенно при плавании на повышенных скоростях, глубоко входят в волну. Отрицательный дифферент, а также направленные вниз волновые скорости на заднем склоне волны 8 этом случае приводят к тому, что на носовые части корпусов действует направленная вниз гидродинамическая сила, которая препятствуют выходу корпусов из воды — происходит "затягивание" катамарана под воду и только наличие волнолома, имеющего значительные размеры и вынесенного вперед, позволяет ослабить это явление.
Если тримаран обладает достаточной остойчивостью, то его мореходность при плавании на попутном волнении достаточно высока; при этом целесообразно, чтобы форштевни боковых корпусов были сдвинуты в корму относительно форштевня среднего корпуса.
При плавании лагом к волне углы бортовой качки катамарана в 2-4 раза меньше, чем однокорпусного катера, хотя при короткой волне (длиной 4.5-6 м) качка катамарана оказывается более стремительной, чем катера. Особенно заметно отличие в их поведении при прохождении обрушивающейся вершины большой волны (с "барашком"). Крен однокорпусного катера сначала увеличивается до максимального в сторону подветренного борта, а затем катер стремительно падает в сторону наветренного борта. У катамарана в этом случае качка достаточно плавная, а прохождение вершины волны ощущается только по "шлепкам", возникающим при взаимодействии "барашка" с бортами. Вместе с тем однокорпусный катер сделать самовосстанавливающимся можно, а вот катамаран — вряд ли. Бортовая качка тримарана зависит от объема и расположения поплавков. При прохождении вершины волны поведение тримарана ближе к поведению однокорпусного катера.
Как выбрать объем поплавков тримарана?
В отличие от парусных тримаранов, рекомендации по этому поводу для моторных судов отсутствуют. Можно воспользоваться рекомендациями для однокорпусных мореходных судов, у которых максимальное плечо статической остойчивости должно быть не менее 0.25 м. Для тримарана водоизмещением D=2.5 т в этом случае является достаточным водоизмещение каждого поплавка d=0.312 т при их установке на расстоянии R=2 м от ДП. По-видимому, это нижний предел остойчивости.
На наш взгляд, для мореходного тримарана необходимо, чтобы восстанавливающий момент расположенного на склоне достаточно крутой волны (угол волнового склона 25-30°) тримарана, при полном погружении поплавка всегда был положительным. В этом случае:
R · d > (0.6 ÷ 0.7) · a · D,
где а — возвышение ЦТ над ЦВ. В нашем случае, если а=0.5 м, то при R=2 м, d=0.5 т. Заметим, что у океанского тримарана "Янмар Индеео", совершившего переход через Тихий океан, при водоизмещении 3.4 т — произведение R·d =1.2(а·D).
Основной вывод
Таким образом, если сравнивать катамаран с тримараном, то, в общем случае, сопротивление катамарана будет больше, чем тримарана, но тримаран должен быть при этом длиннее.
Мореходность тримарана при ходе против волны — лучше, но при плавании вдоль волны или по волне — несколько хуже.
Преимущество катамаранов РВК, имеющих более сложную конструкцию и большую габаритную длину, проявляется лишь при повышенных скоростях движения и высоте волны 0.5-0.9 м.
Масса корпуса тримарана меньше, чем катамарана. На катамаран приходиться устанавливать, как правило, два двигателя, в то время как для тримарана вполне достаточно одного.
Опыт проектирования и эксплуатации "Круиза" показал, что реализовать преимущества катамарана можно только для относительно крупного судна, имеющего шесть и более спальных мест. Попытки разработать проект более легкого относительно комфортабельного катамарана, имеющего четыре спальных места, оказывались неудачными.
По-видимому для такого варианта тримаран предпочтительнее. Несмотря на то, что его длина будет даже несколько больше, чем более крупного катамарана, масса корпуса окажется на 30-40 % меньше, а сопротивление — почти в два раза ниже.
Тем не менее, чисто моторных тримаранов пока очень мало и, по-видимому, это связано с их большими габаритами.
В настоящее время большинство малых парусных тримаранов имеет подвижное крепление поплавков с использованием параллелограммных рычагов, что позволяет подтягивать поплавки к основному корпусу для уменьшения габаритной ширины судна. Однако ошвартовать такой тримаран при волнении (на течении) или удержать около стенки шлюза будет весьма сложно — нет прочных привальных брусьев; мешают рычаги и поплавки.
У чисто моторных тримаранов габаритная ширина и размеры поплавков заметно меньше. В этом случае можно использовать такую схему, когда при швартовке поплавки убираются под крылья мостика и не выступают за габариты основного корпуса. Это основное отличие чисто моторного тримарана "Трэк-2", описание и эскизы которого помещены ниже, от моторно-парусного тримарана "Трэк" ("КиЯ" №148). В данном проекте (так же, как и у "Трэка" и "Круиза") предусмотрены откидные кормовые поплавки (транцевые плиты), что позволяет уменьшать длину основного корпуса до 8.5 м.
Общее расположение и основные черты моторного тримарана "Трэк-2"
Общее расположение — типичное для эксплуатации в странах с умеренным климатом: место рулевого располагается в закрытой надстройке. Имеются четыре спальных места. В качестве двигателя можно использовать автомобильные бензиновые двигатели мощностью 30-70 л.с. Двигатели меньшей мощности (например, от автомобиля "Ока") позволяют получить максимальную экономичность, однако и максимальная скорость при этом будет меньше. Легкие дизеля (в том числе и от легковых автомобилей) позволяют уменьшить расход топлива, однако их ресурс не превысит ресурса бензиновых двигателей; они чувствительны к марке топлива, а ремонт требует значительных затрат.
Для "профессиональных" путешественников лучшим вариантом будет установка тракторного дизеля "Д-240" или "Д-245", однако из-за их высокой массы размерения тримарана целесообразно увеличить на 10-15%.
Заметим, что на кривых приведены расчетные данные; в реальных условиях показатели экономичности могут возрасти на 10-20% из-за износа двигателя, низкого КПД винта и повышенной шероховатости корпуса. Если откидные транцевые плиты не используются (то есть основной корпус имеет длину 11.5 м), гребной винт, утопленный в небольшой полутоннель, не должен располагаться ближе 1-1.5 м от транца, так как на волне транец может выходить из воды. Для улучшения управляемости тримарана, имеющего длинный корпус, будет целесообразно установить рулевое устройство с тремя рулями и углом их поворота ±60° ("КиЯ" №117).
Конструкция корпуса тримарана традиционна для судов с обшивкой из фанеры. Опыт эксплуатации "Круиза" показал, что для бортов достаточно толщины фанеры 4 мм, для палуб и днища — 5-6 мм. Для обшивки днища можно использовать стеклотекстолит суммарной толщиной 5 мм, что повысит срок службы корпуса.
Поплавки имеют упрощенные плоскодонные обводы. По тихой воде поплавки глиссируют, поэтому развиваемая ими подъемная сила дополнительно стабилизирует тримаран по крену. Днища поплавков выполнены в виде пластин постоянной ширины Для того, чтобы при входе в волну уменьшить сопротивление поплавков, их корпуса к ахтерштевню сужаются. Длина поплавков — 5000 мм, ширина — 300 мм, высота — 450 мм; объем поплавка — 0.5 м3. Поплавки лучше всего изготовить из 2-3-миллиметрового стеклотекстолита с последующей оклейкой стеклотканью так, чтобы общая толщина составила 3 мм на бортах и 4 мм на днище. При помощи водонепроницаемых переборок поплавок разбивается на 4-5 отсеков.
К основному корпусу поплавки крепятся посредством трубчатой рамы. Верхние проушины крепятся к усиленным шпангоутам корпуса. Для сведения поплавков к корпусу под крыльями мостика устанавливаются углобульбовые профили, по которым скользят каретки (бугеля), представляющие собой отрезки трубы с продольным пазом. К этим кареткам крепится раскос — труба с обтекателем. Другой конец раскоса крепится к поплавку. Каретка передвигается при помощи тросов, которые выводятся на барабан лебедки соответствующего борта. Лебедки имеют стопора.
В разведенном положении поплавки удерживаются двумя тросами, имеющими талрепы, при помощи которых можно в небольших пределах регулировать высоту установки поплавка, например, при изменении нагрузки.
Перед первым спуском конструкцию целесообразно испытать на прочность, прикрепив стропы к рамам в районе крепления поплавков: на одной раме — в районе носового крепления, а на другой — кормового. Стропы должны быть достаточно длинными или крепиться к траверсе. После этого можно попытаться приподнять тримаран при помощи крана.
Об авторе
Борис Евгеньевич Синильщиков — по специальности гидрогазодинамик, кандидат технических наук. Родился в 1939 г. в Ленинграде, закончил Военно-механический институт. Известен как строитель малых моторных судов и один из опытнейших судоводителей-любителей, наплававший свыше 100 тыс. километров на катерах, построенных своими руками. Разрабатывает проблемы создания экономичных и мореходных туристских судов и силовых установок для них. Автор 15 статей в "КиЯ" и книги (в соавторстве с Ю. Мухиным) "Автомобильный двигатель на катере". Член Петербургского ВМК "Нева".
- 1959 г. — еще будучи студентом, из "простого желания на чем-то плавать" построил свою первую лодку под 10-сильную "Москву";
- Начало 60-х гг. — построил 3.5-метровый швертбот, на котором много ходил под парусом по заливу;
- построил гоночную мотолодку (в соревнованиях не участвовал, интересовала скорость сама по себе);
- сделал водные лыжи и продемонстрировал их на Неве (был едва ли не первым в стране воднолыжником);
- 1964 г. —строит однокорпусный 8-метровый двухрежимный катер "Снарк" с вин-то-рулевым комплексом оригинальной конструкции;
- 1965 г. — публикует первую статью в "КиЯ" (вып. 5);
- 1977 г. — строит моторно-парусный катамаран "Круиз";
- 1990 г. — разрабатывает проект моторно-парусного тримарана "Трак";
- 1998 г. — разрабатывает проект моторного тримарана "Трэк-2".