Прекраснейшие страницы истории парусного флота связаны с клиперами. Невиданно высокие мачты, одетые парусами, названия которых так и манят в простор, перевозки чая и шерсти, трансокеанские гонки, плавания вокруг мыса Горн, достижение фантастической по тем временам (немалой и для наших дней) скорости — это и есть клипера XIX века, высшее достижение эпохи паруса. В 1854 г. клипер «Соверейн оф Си» показал максимальную скорость 22 узла — самую высокую из когда-либо достигнутых коммерческим парусником (как показывают расчеты, чтобы обеспечить такой ход, потребовались бы машины мощностью не менее 6000 л. с.).
Клипер — это сочетание отработанных столетиями форм корпуса (как правило — очень узкого; L/B иногда даже превышало 6) и огромной площади парусности, которую было принято нести, не уменьшая, даже при сильных, чуть ли не штормовой силы ветрах. Очень важной слагающей успеха была квалификация экипажей, особенно капитанов. И не случайно считалось тогда, что хороший капитан — лишние пол-узла хода. Только прирожденный моряк, великолепно «чувствующий ветер», мог использовать высокие ходовые качества клипера в реальных условиях всего длительного рейса. Ведь далеко не всегда попутный ветер надувал паруса. Подсчитано, например, что на пути из Австралии в Лондон в среднем около 20% времени рейса приходилось на штиль, а 28% — на встречные ветра. Рекорды рекордами, а средняя скорость сравнительно небольших клиперов на коротких рейсах не превышала 8 узлов, на длинных — 6,5 узла.
Открытие Суэцкого канала и совершенствование пароходов, особенно в части уменьшения расхода топлива, привели к тому, что клипера утратили сначала «чайную», а в 80-х годах и «шерстяную» линии, стали переходить на случайные трассы и низкие фрахты.
В конце прошлого — начале нынешнего века была сделана героическая попытка выиграть поединок с паром постройкой больших стальных парусников для перевозки массовых грузов — селитры, угля, гуано и зерна. Рейсы с таким грузом через Атлантику парусники совершали по расписанию: не было опозданий более двух суток. Эти высокобортные, с развитыми надстройками многомачтовые суда (корабли, барки) в любой шторм огибали мыс Горн, поэтому и назвали их «капгорнерами». Среди них были такие гиганты-пятимачтовики, как «Франс», «Р. С. Рикмерс», «М. Рикмерс», «Потози», «Пройсен».
Американцы «увлеклись» шхунами. Начали с трехмачтовых, а в 1902 г. построили семимачтовую («Т. Лоусон»). Главное преимущество шхун состояло в том, что для работы с парусами требовалось меньше матросов: на «Т. Лоусоне» экипаж был 20 чел., а на «Пройсене» — 45. Шхуны лучше, чем суда с прямым вооружением, ходили в бейдевинд, но несколько уступали им на полных курсах. Скорость «Т. Лоусона» не превышала 15 узлов, в то время как «Пройсен» иногда достигал 17.
В штиль, в узких проливах и оживленных гаванях все парусники становились беспомощными. Не только скорость хода, но и самая возможность движения всецело зависела от направления и силы ветра; они имели крайне низкие маневренные качества, отсутствовал задний ход; система вооружения с большим (иногда до 48) числом парусов на высоких составных мачтах была сложной в обслуживании и легко уязвимой, плохо поддавалась каким-либо усовершенствованиям. Разгружать и загружать трюмы было делом весьма сложным: мешали малые размеры люков, а главное — рангоут и такелаж. Несмотря на проводимую унификацию элементов вооружения и применение механизмов для облегчения работы с парусами, экипаж большого парусника по-прежнему состоял из нескольких десятков человек, а работа оставалась и тяжелой, и опасной.
Открытие Панамского канала, снижение спроса на гуано и селитру, а главное — появление теплоходов, подписали окончательный приговор парусникам в их «классическом виде». Лишь 11 парусных судов компании Эриксона и 3 — Лайеша вплоть до начала II мировой войны занимались перевозкой пшеницы из Австралии в Европу, но, естественно, уже не играли большой роли в общем грузообороте.
Ныне лишь последние из могикан — учебные суда в редкие дни слетов «Операции парус» напоминают о былом. Однако и на сегодня, в век электроники и атомной техники, проблема использования даровой энергии ветра на морском транспорте остается актуальной и важной. Попыток решить эту проблему, заменив традиционные паруса какими-то иными устройствами — мельничными крыльями, вертушками, цилиндрами-роторами и т. п. известно немало.
Начнем наш обзор с роторных судов Антона Флетнера, который известен в основном как изобретатель «руля флетнера». Изучение авиационных профилей натолкнуло его на мысль заменить быстроизнашивающиеся паруса и такелаж жесткими крыльями. Необходимая для создания той же тяги площадь крыльев оказалась на 20—30% меньше, чем обычных парусов, но создать надежную и пригодную для практического использования конструкцию крыльевого устройства флетнеру так и не удалось. Во-первых, осталась нерешенной задача уменьшения площади крыльев при усилении ветра, а во-вторых, не был найден надежный способ удерживать крылья точно против ветра. Испытания натурного крыла на шлюпке, несмотря на в целом обнадеживающие результаты, изобретателя не удовлетворили. Нужно было искать какое-то иное решение ветрового движителя.
Узнав в 1923 г. о «геттингенских роторах» (в Геттингенском институте экспериментальной аэродинамики под руководством проф. Прандтля проводились опыты по изучению пограничного слоя и эффекта Магнуса на вращающихся цилиндрах), флетнер заинтересовался ими и немедленно принялся за изготовление и продувку моделей. Полученные результаты позволили институту аэродинамики и специально созданному обществу «Флетнер» переоборудовать трехмачтовую шхуну «Буккау», имевшую площадь парусности 883 м2, в двухроторное судно, верфь «Германия» успешно справилась с необычной задачей и в октябре 1924 г. «Буккау» (позднее «Баден-Баден») вышло на испытания. Судно длиной 45 м, шириной 9 м, при осадке 3,6 м имело водоизмещение 900 т и было снабжено 120-сильным дизелем, работавшим на 8РШ. Роторы общей боковой площадью 87 м2 приводились в движение отдельной дизель-электрической установкой мощностью 45 л. с.; при 120—144 об/мин окружная скорость составляла 17,6—21,12 м/сек.
Максимальная скорость, достигнутая судном при работе одних роторов, составила 8,2 узла при курсе 125° относительно ветра. Повороты и задний ход обеспечивались регулировкой числа оборотов и изменением направления вращения роторов, причем управлял ими всего лишь один человек.
Обрадованный Флетнер сразу же предложил транспортному отделу морского ведомства и гамбургскому судовладельцу Р. Б. Сломану использовать ротор на обычном теплоходе в качестве дополнительного движителя, который, по его подсчетам, во время рейса мог бы заменять один из двух главных дизелей. Было решено поставить на одно из заказанных верфи судов дюралевый ротор высотой 28 м и диаметром 7 м, но впоследствии его заменили тремя меньшими — высотой по 17 м при диаметре 4 м.
Судно, названное «Барбарой», имело длину 89,5 м, ширину 13,2 м и при осадке 5,4 м дедвейт 2830 т. Два дизеля по 530 л. с. обеспечивали скорость до 10 узлов, а роторы, приводившиеся в движение отдельным 150-сильным дизелем (при максимальных 150 об/мин на курсе бакштаг при 6—7-балльном ветре), до 9 узлов. Но обычно роторы лишь дополняли главную силовую установку. Так, на испытаниях, проведенных 26 июля 1926 г. при ветре 6—7 баллов, судно достигло на курсе бейдевинд скорости 6 узлов при работе обеих машин без роторов и 6,25 при работе одного двигателя и роторов. На некоторых курсах прирост скорости при включении роторов составил 15—25%. Однако при ходе острее 50° к ветру роторы были бесполезны и больше того — создавали огромное лобовое сопротивление, снижавшее скорость хода под дизелями.
Таким образом, оказалось, что роторные суда не свободны от основного недостатка обычных парусников — зависят от ветра, но, в то же время, гораздо хуже их идут при сильных попутных ветрах и вообще при сильных ветрах (из-за ограниченной окружной скорости). Выяснилось, что незначительное снижение общего расхода топлива благодаря работе роторов в течение даже большей части рейса не может компенсировать повышенных затрат на постройку роторного судна. (Тем более, что выявилась необходимость увеличивать ширину корпуса для обеспечения остойчивости.)
Как бы там ни было, оба роторных судна совершили только по нескольку больших рейсов (в Средиземное море и Нью-Йорк). В 1928 г. «Баден-Баден» пришлось продать в США, где первым делом роторы были демонтированы. «Барбара» плавала с роторами дольше — до 1932 г., когда после девятимесячной стоянки на приколе ее также переоборудовали в обычное судно.
Спустя 32 года инженер Вагнер из Гамбургского университета теоретически доказал бесперспективность роторного судна и сделал вывод о необходимости дальнейшего усовершенствования паруса на иной основе.
Широкое распространение ветродвигателей, в частности — в сельском хозяйстве, подтолкнуло изобретателей на использование их для движения судов. Поляк Залевский испытал несколько самоходных моделей и пришел к выводу, что наилучшие результаты дает воздушный винт с передачей вращения прямо на движитель судна — водяной гребной винт, однако достижимые скорости движения при этом оказывались в 2—3 раза меньше скорости ветра. Несколько раньше к такому же выводу и тоже на основе экспериментов с моделями пришел француз Константен. Однако и в настоящее время многие исследователи считают: то, что плохо для модели или небольшой яхты, может оказаться приемлемым и дать определенные преимущества на большом судне.
Движительная установка такого судна состояла бы из одного или нескольких воздушных ВРШ на поворотных мачтах. Общая «парусность» (суммарная площадь, ометаемая винтами), очевидно, будет сравнимой с имеющейся на традиционном паруснике, но зато команду можно будет уменьшить в несколько раз. Трудно пока представить себе судно с большими (например, диаметром 70 м) винтами; конечно, ему будут присущи и многие из недостатков того же роторного судна, однако все чаще суда-«ветроходы» становятся объектом внимания инженеров и ученых. (В этой связи уместно напомнить о «Ветряной мельнице» братьев Мерве — неугомонных персонажей технических рассказов Д. Тила и материалах, напечатанных в том же №21 сборника).
Еще в 1798 г. был предложен проект плавучей крепости, приводимой в движение воздушными горизонтальными крыльями. В XX веке эта идея представляется особенно привлекательной, поскольку в принципе позволяет идеально решить проблему автоматизации управления и резко снизить число членов экипажа.
Не прекращаются, однако, и попытки усовершенствовать давно известное. Так, командор Джофри Боулс предложил новый вариант косого парусного вооружения. На пяти мачтах 72-метрового Судна поднимаются пять одинаковых треугольных гротов и девять стакселей. Все паруса с жесткой (труба) задней шкаториной. На полных курсах предполагается использовать сдвоенные гроты и стакселя, причем шкотовые углы «дополнительных» парусов выносятся с помощью выстрелов, расположенных вдоль борта. Такая система позволит настолько механизировать работу с парусами, что ими сможет управлять один человек, неизменно сохраняя постоянный по высоте оптимальный профиль каждого паруса; судно будет ходить круче к ветру, в целом используя, по крайней мере, 3/4 «розы ветров». В качестве вспомогательной силовой установки предусмотрена газовая турбина, работающая на водомет или движитель Гочкиса, а для улучшения маневренности — подруливающие устройства. Предполагаемая скорость под парусами — до 16 узлов, под машиной — 12 узлов. Сочетание парусов и турбины позволит, по расчетам Боулса, резко снизить расход топлива и значительно превысить средние суточные пробеги клиперов. Однако скептики полагают, что и этот парусник окажется нерентабельным (сложная система механизации и автоматизации работы с парусами, сложная и дорогая силовая установка, затруднения с погрузкой и выгрузкой при небольшой грузоподъемности — всего 2000 т).
Приложение методов аэродинамики к исследованиям парусов спортивных яхт привело к появлению и других интересных проектов сравнительно больших судов.
Информация об изображении
Крылоходы по проектам Баркла: пассажирское судно на подводных крыльях и яхта (на заднем плане)
Шотландец Баркла пришел к выводу, что только жесткие профилированные крылья-паруса с закрылками способны обеспечить достижение высоких скоростей судам будущего. Баркла предложил несколько вариантов подобных судов, идущих без крена и достигающих скоростей вплоть до 40 узлов; он считает возможным обеспечить глиссирование таких «крылоходов» и даже добиться некоторого уменьшения их осадки за счет применения подъемной силы, возникающей при установке воздушных крыльев с наклоном. Глубоко погруженные подводные крылья смогут избавить пассажиров от всех неприятностей морского путешествия.
Крылоходы по проектам Баркла: пассажирское судно на подводных крыльях и яхта (на заднем плане)
Эстафету Баркла принял американец Смит, разработавший проект патрульного крылохода с неограниченно большой автономностью, рассчитанного на скорости свыше 40 узлов.
Обен Дамплтон, подсчитав, что для движения 15-узловым ходом судна дедвейтом 15 000 т (длиной около 180 м) необходима тяга 75 т, предложил обеспечить эту тягу установкой гигантского паруса-крыла высотой 205 м с хордой 67,5 м или, для упрощения дела, двух вдвое меньших по площади крыльев. Эту идею развил Боуден. Вот его предложение; полуэллиптический парус на поворотной обтекаемой мачте, снабженный множеством реев, позволяющих уменьшать его площадь без искажения формы; при ураганном ветре идти можно вообще под одной мачтой. Для точной установки паруса и облегчения маневров предусмотрена установка крыла-стабилизатора. Как и в других аналогичных проектах, считается, что судном сможет управлять один человек. Вес оборудования для поворота мачты, дистанционного взятия рифов и т. п. составит, по мнению автора, примерно 1 т на 200 м2 паруса.
Морис Райт, используя последние достижения аэродинамики, испытал модель катамарана с поворотными изменяемого профиля крыльями, установленными на поворотном столе. Таким образом управление судном ведется изменением профиля и поворотом крыльев как вокруг собственной оси крыла, так и вокруг их общей оси с помощью поворотного стола. Подобные паруса-крылья грузового катамарана будут на треть ниже обычных мачт и, по утверждению автора, в 1,7 раза эффективнее самых совершенных «классических» парусов» В свободном (флюгерном) положении, например — при ходе под двигателем в штиль, сопротивление крыльев будет значительно ниже, чем традиционного рангоута с такелажем или, тем более, роторов.
«Грузовые парусники давно сошли со сцены, ко теперь нет и людей, которые работали на них, некому держаться за старое, поэтому легче освободиться от груза традиций», — считает Холмзк Спенс. Главное, по его мнению, правильно применить современные знания, материалы, технологию. Он считает, что ка оптимально спроектированном корпусе нужно установить П-образные стойки с подвешенными к ним прямыми парусами малого удлинения. С помощью дистанционно управляемых лебедок паруса можно будет передвигать поперек судна и поворачивать под углом к ДП. Мостики — поперечины, соединяющие бортовые стойки, будут перемещаться по ним вверх и вниз, что позволит «рифить» паруса. На курсе бейдевинд паруса будут располагаться не параллельно один другому, а носовые подветреннее кормовых, что улучшит условия их работы. Идя в полветра, судно будет нести сплошную горизонтальную ленту парусов. На фордевинде паруса сдвинутся одни в левое крайнее положение, другие — в правое. Разумеется, управление парусами осуществляется ЭВМ. Если паруса будут использоваться хотя бы 60% времени рейса, то уже будет достигнут реальный экономический эффект, — считает Спенс.
Большинство этих рассмотренных проектов — лишь идея, эскиз, реже эксперимент на модели. Более серьезный шаг в деле применения даровой и вечной энергии ветра сделали инженер Вильгельм Пролс и ученые Института судостроения Гамбургского университета Б. Вагнер, Г. Тиме и Г. Вайнблюм.
Информация об изображении
Разрез «Динашифа» и применение такого же вооружения на пассажирском лайнере и спортивных яхтах
Приступая в 1956 г. к работе над проектом грузового парусника, Пролс пришел к выводу, что и в наши дни будет конкурентоспособным лишь судно, рассчитанное на перевозку массовых — насыпных грузов, не требующих высоких скоростей. Наиболее приемлемый вариант — судно дедвейтом около 15000 т, универсальное с точки зрения партионности груза и возможности посещения любых портов земного шара. (Такие же предпосылки заложены и в проектах судов «неолиберти», строящихся во многих странах.)
Разрез «Динашифа» и применение такого же вооружения на пассажирском лайнере и спортивных яхтах
Гамбургский «Динашиф» — образец современного подхода к старой идее. Наибольшая длина его корпуса (тип «Маринер») — 160,5 м; длина между перпендикулярами 150,8 м; ширина 21 м; высота борта 13 м; осадка корпусом 9,2 м, а двумя швертами 14,2 м. Коэффициент полноты водоизмещения 0,75. Дедвейт 16425 т. Площадь парусности 9600 м2, средняя расчетная скорость 12 узлов.
Общая мощность трех вспомогательных двигателей 1500 л. с. Машинное отделение впервые в практике мирового судостроения поднято на палубу — двигатели установлены в кормовой надстройке. Это позволило увеличить полезный, занимаемый грузами объем трюмов на 20%, по сравнению с теплоходами аналогичных размерений. Жилые помещения (на 28 чел. команды и 12 пассажиров) расположены в кормовой надстройке, а рулевая рубка в районе 2-й мачты.
Парусное вооружение состоит из шести металлических полых эллиптического сечения поворотных мачт, надежно закрепленных на переборках между трюмами. (В качестве варианта разработаны трехногие: поворотные мачты.) К мачтам наглухо жестко прикреплены профилированные реи, между которыми натягиваются прямые паруса. Паруса располагаются без промежутков, образуя сплошное крыло большого удлинения. Каждый парус в случае необходимости может быть за 15—20 секунд снят — подтянут к середине рея, а затем и убран внутрь мачты. Бегучий такелаж проведен (на электролебедки) внутри мачт, стоячего такелажа нет вообще. Дистанционное управление изменением площади парусности и углами поворота мачт с парусами выполняется одним человеком. Если разделить общую площадь парусности на число всех членов экипажа «Динашифа», получится гораздо, больше, чем на 40-метровой яхте «Вандреди трез», специально построенной для гонок через океан в одиночку. Отсутствие такелажа, большие люки и возможность подъема нижних реев позволят применить современные погрузочные средства.
Информация об изображении
Суда с прямыми парусами на П-образных стойках идут одно на фордевинд, а другое в галфвинд
Десятилетние испытания и продувки моделей отдельных элементов, проведенные Б. Вагнером, подтвердили правильность принятых решений. Теоретически доказано, что «Динашиф» будет обладать характеристиками, значительно более высокими, чем типичнью старые парусники (в частности, четырехмачтовый барк типа «Памир», модель которого проходила аналогичные испытания). У «Динашифа» — лучшее соотношение коэффициентов бокового и лобового сопротивления, лучший (благодаря более широким верхним, парусам) ход при легких ветрах, меньшие потери тяги парусов при качке, допускается регулирование площади парусности, имеется задний ход, отсутствует бушприт, затрудняющий маневры в порту. Сравнение поляр барка и «Динашифа» наглядно показывает преимущества нового проекта.
Суда с прямыми парусами на П-образных стойках идут одно на фордевинд, а другое в галфвинд
Дж. Морвуд, издатель и почетный председатель АЯРС — Общества любителей исследований паруса, попытался сравнить «Динашиф» с клипером «Катти Сарк», имеющим более легкий и узкий корпус (коэффициент полноты водоизмещения 0,504) и большую парусность на полных курсах. Проект выдержал такое сравнение. Его расчетная скорость при ходе под 48° к направлению истинного ветра силой 5 баллов составила 6 узлов, в то время как клипер, по свидетельству Морвуда, вообще не ходил круче 56°. Максимальная скорость «Динашифа» по расчету — 22 узла. «Катти Сарк» быстрее 17 не ходил.
Возможность достижения проектных скоростей в практических условиях как раз и вызывает наибольшие сомнения. Авторы проекта настроены оптимистично. Они считают доказанным, что «Динашиф» при силе ветра 4—5 баллов будет иметь среднюю скорость хода на 60% выше, чем старые парусники, т. е. не ниже большинства эксплуатируемых ныне теплоходов, перевозящих аналогичные сыпучие грузы. Вахтенный офицер, имея в своем распоряжении все необходимые данные о гидрометеоусловиях в интересующем его в районе и пользуясь полярами скоростей, может с помощью компьютера выбрать наилучший курс и соответственно поставить паруса, не выходя из рубки.
Для преодоления штилевых зон и маневрирования в узкостях на руле установлен гребной винт (в насадке) с электроприводом от двигателей.
Расчет годовой эксплуатации «Динашифа» на 3800-мильной трассе Хемптон Родс — Гамбург с учетом времени стоянок в портах и в ремонте, затрат на содержание судна и т. п. показал, что при самых неблагоприятных условиях перевозка грузов на нем будет на 10% дешевле, чем на теплоходе. При равных расходах применение ветроходов будет предпочтительнее с точки зрения экономии топлива и сохранения среды, комфорта при перевозке пассажиров. Не досужие предположения, а точные расчеты на основе современных знаний подтверждают экономичность и, следовательно, реальность парусника Пролеа. (Судно строится; выход его в плавание ожидается в 1975—1976 гг.)
Экономика — рычаг, способный повернуть многое. Вот совсем другая отрасль морского транспорта — суда для круизных путешествий. Сейчас стоимость одного дня плавания составляет 35—80 долларов и, конечно, морские путешествия доступны лишь немногим. Английский экономист А. Майе предлагает строить 2000-тонные парусники на 250 пассажиров каждый. Суточное содержание пассажира на таком экономичном современном ветроходе, снабженном лишь маломощным двигателем, с аккумуляторами, заряжаемыми самими пассажирами (педалями), составит по его расчетам всего 7—8 долларов.
Группа «Друзей Земли» (США), горячо одобряя идею применения паруса в интересах защиты Мирового океана и воздушного бассейна от загрязнений, требует правительственных субсидий на разработку и постройку ветроходов. Интерес к вопросу возрастает и в сугубо научных кругах. На проходившем в 1971 г. в Токио симпозиуме «Торговые суда 2000 года» и, позднее, на IX симпозиуме по гидродинамике (Париж, 1972 г.) возможность появления современных ветроходов и, в частности, судов типа «Динашиф» рассматривалась совершенно серьезно. Это важный симптом изменения отношения к тому, что большинство еще и сейчас по старинке считает анахронизмом.
И, быть может, уже недалеко то время, когда старинные океанские дороги вспенят белогрудые ветроходы атомного века.