Уместно рассмотреть причины растущей популярности тримаранов.
Часто быстроходные тримараны называют двухтоннельными судами. Очевидно при этом исходят из той точки зрения, что главное — сами тоннели, которые служат своеобразными ловушками для встречного потока воздуха, образующего под днищем водо-воздушную эмульсию, благодаря чему снижается сопротивление трения и возрастает скорость. Однако профессионалы-катеростроители сейчас все менее склонны принимать всерьез и поддерживать эту точку зрения. Как показали исследования, пузырьки воздуха, проходящие под сводами тоннелей, отнюдь не служат воздушной смазкой, улучшающей «скольжение» днища, а дают скорее обратный эффект. Вот почему на тримаранах последних лет найти эти тоннели все труднее. Взгляните, например, на носовые обводы нового «Бостонского китобоя» — 6,5-метрового «Аутрэйдж»! Да и на многих других современных катерах-тримаранах тоннели как таковые в глаза не бросаются. Зато все более четко выделяются бортовые наделки на основном корпусе — спонсоны. Вот они-то и дают тримарану преимущества перед традиционным корпусом.
Разберемся в поведении сравниваемых корпусов на воде. Если, например, на стоянке пассажир встанет на борт катера, то под влиянием кренящего момента Мкр судно получит крен. При этом на тримаране спонсон со стороны накрененного борта сразу же войдет в воду и будет испытывать со стороны воды противодействующую крену силу d, направленную вверх и пропорциональную погруженному объему спонсона. Эта сила приложена на большом расстоянии от ДП, почти равном полуширине катера, поэтому восстанавливающий момент получается большим и сразу же приостанавливает дальнейшее накренение судна.
В подобной ситуации на традиционном корпусе так же происходит перераспределение погруженного объема, который уменьшается со стороны поднимающегося из воды борта и увеличивается на накрененном. Однако нетрудно заметить, что погружается не удаленный от ДП, сконцентрированный у самого борта большой объем спонсона, как на тримаране, а вся полуширина судна. Значит, плечо L действия восстанавливающей силы D будет гораздо меньше, чем l, и традиционный корпус получит значительно больший крен.
На схеме условно сопоставлены поперечные сечения средней части обоих корпусов. Но надо принять в расчет и то обстоятельство, что в носовой части борта традиционного катера сходятся к форштевню и погружающегося при крене объема здесь практически нет, а у тримарана — остаются параллельными и при крене в воду входит значительный объем. Так что в итоге спрямляющая сила d на тримаране будет еще больше. Поэтому так беспечно ныряют молодые люди с борта 4,3-метрового «Крестлайнера» — их лодка не получит опасного крена!
Помимо повышенной остойчивости на стоянке (статической остойчивости) тримараны отличаются и большей остойчивостью на ходу, особенно, если наружным бортам спонсонов придан наклон. При крене на большой скорости хода к статической восстанавливающей силе добавляются и гидродинамические силы Т, возникающие на наружной наклонной грани входящего в воду спонсона, как на обычной глиссирующей пластине, расположенной под некоторым углом атаки (в связи с ходовым дифферентом). Ясно, что чем меньше крен при повороте, тем меньше и боковой снос катера, т. е. проскальзывание, дрейф в противоположную повороту сторону; тем круче поворот, или, как говорят судостроители, меньше радиус циркуляции.
При плавании ка волнении проявляется и еще одно важное качество тримарана — хороший, равномерный «продольный баланс» корпуса (так можно условно назвать распределение ширины и площади ватерлинии, а также килеватости днища по длине катера). Когда катер традиционного типа сходит с попутной волны, его широкая корма легко поднимается гребнем. В то же время зауженный нос обладает лишь небольшой плавучестью, да и гидродинамические силы поддержания здесь также невелики. В результате носовая часть погружается глубоко в воду; соответственно смещается в нос центр бокового сопротивления корпуса, а так как волна действует неравномерно по ширине катера, он зарыскивает, получая при этом не только дифферент на нос, но и сильный крен (на нашей схеме — на правый борт). Силы S, начинающие действовать на погружающейся правой скуле, будут стремиться развернуть катер в опасное положение — левым бортом к волне, а вышедшая на крене из воды левая скула практически препятствовать зарыскиванию судна не сможет.
В этих же условиях тримаран, обладая большей шириной и объемами в носу, лучше противостоит крену и дифференту. Да и борт левого (см. схему) спонсона не дает судну уходить с курса, так как действуют силы Т, о которых мы говорили выше.
Вот эти свойства тримаранных обводов и позволили японским конструкторам сделать надежной и мореходной одну из самых маленьких в мире мотолодок типа «KT-8S Фламинго». Длина этой микромотолодки, которую можно перевозить на крыше любого легкового автомобиля, всего 2,6 м; ширина 1,25 м. Вес лодки (в спортивном варианте), оборудованной двухместным пластмассовым сиденьем и дистанционным управлением мотором, всего 58 кг. По обычным стандартам безопасная эксплуатация лодки подобных размеров допустима с подвесным мотором мощностью не более 4 л. с., но фирма «Куйова» гарантирует, что «Фламинго» не перевернется на самом крутом повороте даже с 18-сильным мотором при скорости 40 км/час. В то же время под мотором мощностью 8 л. с. лодка глиссирует со скоростью 30 км/час.
Корпус «Фламинго» изготовляется из стеклопластика, поэтому ему придана довольно сложная форма, продиктованная не только соображениями гидродинамики, но и Необходимостью обеспечить достаточную жесткость обшивки, не применяя набора. Корпус собирается из двух частей-секций: собственно корпуса и палубы. Днище выполнено килеватым (угол внешней килеватости на транце около 11), с одним продольным реданом и скругленной скулой. Надо сказать, что скула со сравнительно большим радиусом скругления с точки зрения гидродинамики даже вредна, но, тем не менее, нередко применяется в пластмассовых корпусах: такую скулу проще отформовывать, она меньше повреждается при эксплуатации лодки.
При глиссировании с небольшими скоростями вода из-под днища по скругленной скуле может подниматься и замывать борта. Чтобы этого не происходило, сразу над скруглением на бортах «Фламинго» отформован уступ (или слом), отсекающий воду и брызги.
Как и на большинстве современных тримаранов, спонсоны на «Фламинго» явно выражены в носовой трети корпуса, а затем постепенно переходят в горизонтальные участки днища у транца. На ходу, если, конечно, лодка идет без крена и не встречается с волной, спонсоны располагаются над водой и не создают дополнительного сопротивления движению. Своды тоннелей при этом не смачиваются: продольные реданы на основном корпусе отсекают, отбрасывают брызговую пелену от днища под кили спонсонов. Это очень существенная деталь, иногда упускаемая из виду судостроителями-любителями. Главная их ошибка, как правиле, заключается в том, что кили спонсонов выполняют на одной высоте со средним килем, а глубокие своды тоннелей доводят до транца. В результате вся поверхность сводов оказывается смоченной на ходу, строитель разочарован скоростью своего катера.
В обводах «Фламинго» нужно отметить и довольно острые носовые участки ватерлиний, что характеризует способность этой оригинальной лодки идти против волны.
Одна из трудностей при проектировании подобных микромотолодок— создание такого экстерьера, общего вида судна, при котором не бросались бы в глаза непропорционально большие ширина и высота борта. Ведь уменьшать их ниже какого-то предела нельзя по соображениям безопасности эксплуатации. На «Фламинго» борт имеет высоту 0,6 м, обычную для четырехметровой лодки. Однако эта высота удачно разделена горизонтальной линией соединения секций палубы и корпуса, окантованного защитным профилем из поливинилхлорида.
Рационально спроектирована носовая палуба: в ней предусмотрены специальные выступы над коленями водителя и пассажира, а посередине оставлен ровный участок для удобного прохода в кокпит. В корме имеется самоотливная ниша, защищающая от заливания лодки волной через подмоторный вырез в транце. Принятая форма позволила обеспечить жесткость конструкции оболочки без подкрепления ее шпангоутами или стрингерами. Это сказалось и на стоимости лодки — «фламинго» в спортивном варианте («КТ-8S») продается за 98 долларов.
К характеристике этой весьма популярной среди японских автомобилистов лодочки следует еще добавить, что под палубой, а также между комингсами и бортами прикреплены куски пенопласта, благодаря чему залитый водой «фламинго» не только может поддерживать на плаву весь свой экипаж, но и сохраняет устойчивое положение вниз килем.
Об обводах другого пластмассового тримарана «КТ-14S», выпускаемого той же фирмой, можно судить по фото. Хорошо выделяются основной четырехметровый корпус (с углом внешней килеватости днища у транца, вероятно, около 15—20 ) и бортовые спонсоны. Как и на «фламинго», здесь сделан уступ в месте перехода наклонной наружной грани спонсона в почти вертикальный борт, но для уменьшения ударных нагрузок при ходе на волне клиновидным (в поперечных сечениях) спонсонам придан более заостренный профиль.
Другая важная особенность обводов катера заключается в том, что спонсоны оканчиваются, не доходя примерно одной трети длины корпуса до транца (напомним, что так же сделано на «Тагуане» — см. выпуск №30, 1971 г.). Таким образом, конструкторы признали, что в корме спонсоны вредны — неоправданно увеличивают смоченную поверхность, мешают использовать гидродинамические возможности килеватого днища основного корпуса. Отметим, что при обтекании такого днища на ходу значительная часть воды направляется от киля к бортам. Скулы, особенно, если они имеют горизонтальные участки — брызгоотбойники, работают в этом случае как реданы: на них создается повышенное гидродинамическое давление, поддерживающее часть веса катера. Если же продлить спонсоны до транца, то они будут закрывать выход воды по скулам, «реданного» эффекта здесь не будет и гидродинамическое качество корпуса в целом соответственно снизится.
На днище «КТ-14S» имеются четыре продольных редана (по два на борт). Внешние — очень короткие — проходят только в кормовой части днища как продолжение спонсонов. Два других идут от форштевня до транца, причем их горизонтальная рабочая грань располагается по общему для всех современных тримаранов правилу — чуть ниже линии килей спонсонов.
Тот, кто читал статью «От саней к тримарану» в 23 номере сборника, может заметить, что обводы рассмотренных японских лодок напоминают обводы «Бостонского китобоя». Те же явно выраженные спонсоны с наклонным участком бортов у киля, тот же переход на кормовой части корпуса в днище традиционных обводов — со скругленной скулой («КТ-8S») или остроскулое («КТ-14S»). Широкое распространение, однако, получил и другой тип тримаранов — с почти плоскими бортами и изогнуто-килеватым днищем.
Подобные корпуса можно рассматривать как развитие обводов типа «крыло чайки», популярных для быстроходных катеров середины 50-х годов. Небольшие на первых катерах отгибы днища вниз у скупы постепенно стали увеличиваться (в носовой части), пока корпус не превратился в самый настоящий «кафедрал». Подобные корпуса, например, «Сиспорт» фирмы «Эвинруд-Джонсон», в неменьшей степени обладают всеми положительными свойствами тримаранов, хотя спонсоны имеют несколько отличную от «Бостонского китобоя» форму (без наклонной наружной грани). Можно предположить, что на волнении эти катера испытывают несколько более сильные удары, так как больше ширина между средним килем и килями спонсонов; очевидно, они имеют и больший радиус поворота, так как борта у скулы почти отвесны. На корпусе типа «китобоя» днище имеет повышенную жесткость благодаря уступам на спонсонах и основном корпусе. Преимуществом же корпусов рассматриваемого типа является простота изготовления оснастки, да и упрощение самих работ по формованию корпуса. Ясно, что для изготовления корпусов из металла или фанеры подобные обводы просто незаменимы.
Рассмотрим обводы, при которых все листы обшивки свободно разворачиваются на плоскость и не требуют предварительной штамповки под прессом (металл) или выклейки (фанера). Их особенности хорошо видны, например, на корпусе алюминиевой мотолодки «Гэдэбаут» («Бродяга») американской фирмы «Алюма Крафт». Два средних листа днищевой обшивки в кормовой половине лодки абсолютно плоские; в носу зти листы изгибаются только в одном направлении, следуя почти одинаковым кривым форштевня и верха тоннеля, и поднимаются к палубе.
Угол между носовой кромкой листа и ДП палубы (см. план) примерно равен углу между линией шпангоута и ДП (см. корпус). Благодаря этому листы сравнительно легко укладываются на набор, разве что местами потребуется незначительная выколотка1.
Днища спонсонов выполнены из узких полос металла, также изгибаемых без особых усилий, а борта вообще практически плоские.
Таким образом получились простые и технологичные обводы корпуса, принципиально похожие на показанные выше обводы пластмассового тримарана. Очевидный минус обводов «Гэдэбаута» (и других алюминиевых тримаранов) — несколько более тупые образования корпуса в носу по ватерлиниям. В принципе, этот недостаток начинает ощущаться только на большой волне, когда судно встречает носом ее гребень. Тем не менее, большинство авторитетов утверждает, что ход даже таких тримаранов на волне все-таки мягче, чем катеров с традиционными обводами. Очевидно, имеют значение меньшие ускорения при качке, отсутствие крена при сходе с волны и какое-то демпфирующее влияние тоннелей. Очень важно, что на палубу и в кокпит тримарана брызги почти не попадают — они отражаются вниз внутренними наклонными поверхностями спонсонов.
Знакомство с планировкой тримаранов начнем с «Гэдэбаута» — здесь хорошо заметна значительно большая полезная площадь кокпита (длина его составляет 80% длины корпуса), чем на катере традиционного типа. Достигнуто это благодаря использованию носовой части лодки, где устроена приподнятая относительно пайола в кокпите (чтобы закрыть поднимающиеся здесь своды тоннелей) платформа. Пост управления расположен на обычном месте — несколько в нос от середины длины (миделя).
«Гэдэбаут» оборудован специально для спортивной рыбной ловли. Характерными чертами малых катеров такого назначения являются; просторный кокпит со свободным проходом от носа до кормы, удобные вращающиеся сиденья, пост управления с хорошим круговым обзором. Отличная остойчивость и все остальные качества лодки делают ее пригодной для использования в качестве судна-базы спортсменов-аквалангистов, а под 40—50-сильным мотором — и в качестве буксировщика воднолыжников.
Следует отметить и такую деталь, свидетельствующую об особом внимании конструкторов к вопросам технологичности. Кромки палубы вдоль кокпита сделаны прямолинейными, а это позволило отгибать их на прессе как фланцы; без всякого дополнительного оформления они служат комингсами кокпита.
Другой пример планировки мореходного катера для спортивной рыбной ловли — пластмассовый тримаран «TR-170 Спорт» фирмы «Старкрафт». Это несколько более крупное судно, рассчитанное на установку подвесного мотора мощностью до 135 л. с. Водитель располагается на высоком сиденье; он хорошо защищен от ветра и брызг высоким стеклом и спинкой носового дивана. Имеется и просторная носовая платформа (под ней вместительный рундук), на которой располагаются рыбаки со спиннингами. В корме оборудован ящик для рыбы, сообщающийся с забортной водой.
Выпускается и несколько прогулочных вариантов этого же катера, рассчитанных как на стационарные двигатели мощностью 120-165 л. с. с угловыми колонками, так и на подвесные моторы. Показанный на фото «TR-170 Спортэбаут» имеет два кокпита — обычный шестиместный в корме и отделенный от него дверью носовой («ванну»). При необходимости кормовой кокпит превращается в пригодную для ночлега каюту: закрывается тентом, сиденья раскладываются в койки. Хотя тримаран забрызгивает только в ветреную погоду и на большой волне, носовой кокпит сделан самоотливным: платформа его расположена выше ватерлинии, через шпигаты попавшая сверху вода уходит за борт. Разделение лодки на два кокпита стало типичным для большинства тримаранов.
В носу разместить сиденья таким образом, чтобы водитель или пассажиры сидели лицом по ходу катера, довольно трудно — мешает подъем днища к палубе. Поэтому здесь обычно оборудуют лишь такие поперечные или П-образные сиденья (либо мягкие диваны), на которых пассажиры размещаются спиной к борту или к носу. Подобная планировка применяется и на небольших тримаранах, например, «Маски-14» длиной 4,35 м. Благодаря большей, чем на обычном катере, свободе перемещения пассажиров всегда можно изменять положение центра тяжести катера в зависимости от загрузки, волнения в акватории и скорости хода.
Кстати, непременной деталью оборудования тримарана является прочный поручень из трубы, закрепленный на палубе по периметру носового кокпита. Если в носу не глубокий кокпит, а платформа, ее ограждают жестким релингом высотой 400—650 мм.
Место водителя иногда размещают и в самом носу катера. Достоинства такого решения очевидны — хороший обзор по курсу, все пассажиры находятся за спиной водителя и не мешают управлять судном, получается не разделенный полупереборками просторный кокпит. Есть и недостатки: трудно обеспечить удобное положение водителя (найти место для его ног!), а главное — здесь более ощутимы килевая качка и толчки при встречах с волной. Как бы то ни было, катера с носовым постом управления встречаются все чаще (назовем, например, 4,8-метровый «Спортсмен» фирмы «Эвинруд»).
Рассмотренные примеры планировок дают основания для общего вывода о том, что условия размещения пассажиров и снаряжения на тримаране гораздо лучше, чем на традиционном катере тех же размерений и примерно такие же, как на традиционном катере длиной на 1—1,5 м больше. Иными словами, разместив в корпусе меньших размерений все необходимое оборудование, можно получить известный выигрыш в скорости (особенно при ограниченной мощности мотора). Эту возможность многие конструкторы пытаются реализовать, создавая каютный вариант тримарана, но, по-видимому, еще не найдены оптимальные, специфичные для тримаранов решения архитектуры и планировки.
Оригинальный «дэйкрейсер» предложила в этом году американская фирма «Ларсон». Носовой кокпит на лодке «Акула» закрыт палубой, часть которой выполнена в виде открывающейся на петлях крышки. На стоянке крышка откидывается вверх вместе с постоянно закрепленными к ней мягкими стенками (водонепроницаемый нейлон) и образует довольно удобную каюту.
При устройстве обычной жесткой надстройки ее кормовая переборка на тримаране может быть размещена дальше в нос, чем на традиционном катере (благодаря большей ширине корпуса в носу койки сдвигаются вперед). В самом носу размещается объемистый форпик или, как это сделано на 7-метровом катере «Т-523», дополнительный кокпит, в который можно попасть прямо из каюты. При управлении из рубки возможен вариант и вообще без носовой палубы. В этом случае среднюю часть лобового стекла делают открывающейся (на петлях) наружу, а в крыше рубки прорезают люк со сдвижной крышкой для удобства выхода из катера.
Есть еще один тип малых судов, на которых обводы типа «кафедрал» получают все более широкое распространение. Это быстроходные плавучие дачи.
Корпус одной из таких дач — «Галеона-42» не имеет четко выраженных тоннелей и спонсонов. Это скорее переходный вариант от обычных обводов к «кафедралу»; спонсоны на «Галеоне» можно даже назвать приспущенной скулой. Но уже и этого достаточно, чтобы получить от корпуса дачи требуемые качества — повышенную остойчивость, большую площадь палубы. Добавим и еще одно важное и недостижимое ранее на корпусах-понтонах, которые применялись при постройке плавучих дач, качество: «Галеон» может выходить в море и преодолевать небольшую волну.
Наиболее заметный эффект дает применение тримаранных обводов для дач малых размеров, например, таких, как 7,5-метровая «YF» французской фирмы «Наутик». Конструкторы смогли устроить на крыше надстройки прогулочную палубу, имея полные основания не беспокоиться за остойчивость и безопасность эксплуатации дачи.
В заключение представим «Аутрэйдж» («Ярость») — новую модификацию известного «Бостонского китобоя». (Краткое описание и схема обводов корпуса самого «Китобоя» были опубликованы в №23 сборника; эта лодка, как свидетельствуют полученные письма, понравилась нашим читателям).
Как и «китобой», «Аутрэйдж» предназначен для спортивной ловли рыбы у морского побережья, но благодаря увеличению размерений и усовершенствованным обводам обеспечивает больший комфорт при ходе на волнении. Длина лодки 6,5 м; ширина 2,23 м; осадка 0,24 м; вес без мотора 800 кг. От своего предшественника «Аутрэйдж» отличается более высоким, а главное — острым носом. Кили спонсонов в носу поднимаются выше и по более плавной кривой. В результате лодка входит в волну мягче, без ударов. Несмотря на уменьшение размеров самих спонсонов, они продолжают выполнять свою роль — отражать брызги и волну, обеспечивать остойчивость при крене. В корме днище «Аутрэйдж» выполнено со сравнительно небольшой килеватостью.
Лодка имеет невысокий надводный борт; в бурную погоду это помогает сохранить управляемость и скорость. Ну, а если ее и захлестнет волной, не страшно: дно кокпита расположено выше ватерлинии, а в транце предусмотрены самоотливные шпигаты. При любой аварии «Аутрэйдж» останется на плаву, так как нижняя часть корпуса (примерно до привального бруса) целиком заполнена пенополиуретаном, заклеенным сверху стеклопластиком. Верхняя часть корпуса может иметь несколько вариантов, в том числе и с рубкой.
Соединяются обе части при помощи привального бруса — профиля из поливинилхлорида. Для лучшей защиты корпуса по всему его периметру брус выступает наружу на 50 мм, а чтобы судно не цеплялось им, попадая под край низкого пирса или бона, на бортах сделаны вертикальные клиновидные высадки (одновременно они служат и ребрами жесткости).
Катер рассчитан на установку двух подвесных моторов суммарной мощностью до 200 л. с. На испытаниях с двумя моторами по 55 л. с. «Аутрэйдж» развил скорость 60 км/час.
Примечания
1. Выколотка — способ гибки тонких листов металла путем последовательных часто повторяющихся ударов на пневматической машине.