Вращающиеся мачты на многокорпусных яхтах

Конструкторы современных многокорпусных парусных яхт — катамаранов, тримаранов и проа, стремясь реализовать их преимущества — малое сопротивление воды движению и высокую остойчивость при умеренном водоизмещении, создают быстроходные суда с высокой «энерговооруженностью» парусами. Хотя одновременно строятся и относительно тяжелые крейсерские суда с высоким уровнем комфорта, все же основная цель создателей многокорпусников — добиться возможно более высоких скоростей. Достигается это постоянным совершенствованием корпусов и парусного вооружения, применением высококачественных материалов и технологии. Одним из объектов парусного вооружения, подвергшихся значительной эволюции в последнее десятилетие, являются мачты.

Как правило, многокорпусники оснащаются шлюпом — системой двух парусов, соотношение площадей которых изменяется в довольно широких пределах. У некоторых гоночных судов класса «Формула-40» стаксель часто не превышает 10—15% общей площади парусности. Основная роль в создании тяги отводится гроту, площадь которого в том же формульном классе свыше 80 м². Такая тенденция характерна и для океанских гоночных многокорпусников 60- и 80-футового классов. При таком соотношении площадей парусов существенно возрастает роль мачты. Если она правильно спроектирована, удается заметно повысить эффективность работы грота и получить дополнительный прирост скорости.

На многокорпусниках применяют мачты постоянные и нращающиеся. Первые относительно просты по конструкции и легки; вторые, уступая в этом, обеспечивают повышение эффективности грота особенно на лавировке, а также позволяют уменьшить зазор между передним парусом и гротом.

Вращающиеся мачты различают двух типов в зависимости от отношения длины хорды профиля к длине нижней шкаторины грота Е (размер Е по правилам обмера IOMR). Если хорда менее 0,08Е, мачту считают просто поворотной, если это соотношение больше, то мачтой-крылом. Сразу отметим, что при обмере оба типа мачты штрафуются посредством увеличения обмерной площади парусности. Поэтому целесообразно проектировать мачту с максимальной длиной хорды, насколько это допустимо по весовым характеристикам. У зарубежных мачт наибольшая длина хорды составляет 1/16—1/20 высоты мачты, передняя кромка мачты чаще всего прямая, а задняя — выпуклая с максимальной хордой посередине высоты.


Сложной проблемой для. конструктора вращающейся мачты является обеспечение вращения. В зависимости от типа оснастки опоры вращения устраивают в шпоре и на топе мачты либо на ее передней кромке, подобно известным у нас мачтам буеров. В первом случае мачта может вращаться на 360° и при любом направлении ветра занимать флюгерное положение, что важно в штормовых условиях и на стоянке. Однако из-за штагов и вант, крепящихся на топе, невозможно получить эффективную форму грота — серп в его верхней части практически отсутствует и профилирование мачты примерно на 1/3—1/4 ее высоты от топа вряд ли целесообразно. Возможно, конечно, выполнить верхнюю опору в виде кронштейнов для ахтерштагов (или бакштагов), но при этом непомерно возрастает вес всей конструкции. В случае если мачта является распоркой в пространственной системе штагов и вант для соединения корпусов в катамаран, она подвергается дополнительному предварительному сжатию, что требует повышения ее прочности и соответственно увеличения веса. Например, мачта из дерева длиной 16 м весит около 250 кг. Такие мачты устанавливают строго вертикально.

В качестве примера полноповоротной (вращающейся на 360°) мачты можно привести мачту-крыло, установленную на тримаране «Байда» (разработка конструкции и расчеты выполнены Ю. Брескиным и И. Грищенко). Ее основа — прочный сварной пространственный элемент из алюминиево-магниевых профилей, работающий на сжатие. Он встроен в обтекатель из листов АМг толщиной 1 мм, приклепанных к нервюрам, которые приварены к прочному элементу. Максимальная хорда этой мачты составляет 1,6 м при высоте 13,5 м, вес — 200 кг. Ликпаз выполнен в виде выпуклой кривой. Такое решение обеспечивает большую «жесткость» формы грота, но его подъем и спуск при наличии 15 сквозных лат затруднительны. Мачта подкреплена ромбо-вантами.

Была испытана еще одна полноповоротная мачта с профилем, имеющим умеренную хорду, и двумя опорами — на шпоре и топе. Для повышения прочности внутрь профиля вварена поперечная перфорированная диафрагма. Ликпаз — прямой. Мачта была подкреплена ромбовантами с двумя рядами краспиц. Как и в предыдущем случае, расположение штагов ограничивает площадь грота. Для сохранения ее приходится увеличивать длину нижней шкаторины. Очевидно, что удлинение и форма паруса не оптимальны.


По нашему мнению, наиболее приемлема мачта с ограниченным углом поворота (50—60° на борт). Эффективность грота особенно важна именно на острых курсах — основных для быстроходного судна. В то же время при креплении стоячего такелажа за переднюю кромку мачты устраняется необходимость применения ахтерштага, излишних подкреплений. Регулирование положения мачты по длине судна возможно не только перемещением нижней опоры вдоль направляющей, но и изменением угла наклона мачты (первоначальный наклон 2—4°). Для наших условий плавания важна также возможность быстро заваливать мачту при входе в шлюз или проходе под мостами.

Такая мачта была спроектирована зимой 1986 г. для тримарана «Гайдамака». Она имеет сварную конструкцию из листов АМг толщиной 3 мм. При длине хорды 350 мм и длине мачты 13,8 м ее вес составил около 100 кг (без такелажа). По сведениям из иностранных источников, подобные мачты даже несколько тяжелее. За рубежом сварные мачты применяют достаточно редко. При небольшой хорде сечения их изготавливают из цельнотянутых алюминиевых профилей или составляют из нескольких таких же профилей. Мачты длиной более 15 м изготавливают, как правило, из композитных материалов с применением углеволокна и синтетических смол.

К сожалению, в нашем распоряжении остается пока лишь гибка фрагментов из листов и соединение их в целое посредством сварки. Поперечный профиль мачты «Гайдамаки» пришлось разрабатывать не только с учетом аэродинамики, но и технологии гибки носка и хвостовой части на гибочном станке. Заготовки, согнутые по шаблонам, сваривались вдоль с разбегом поперечных швов на подкладных планках. Поперечные швы были усилены планками снаружи.


Полноповоротные мачты требуют вполне определенной системы радиальных и опорных подшипников, причем расчетные осевые усилия для последних следует выбирать в 2,5—3 раза больше действующих. Тем не менее, время от времени опорные подшипники разрушаются, что свидетельствует о неучтенных нагрузках, в том числе и динамических. На «Гайдамаке» нижняя опора мачты выполнена в виде вала с двумя радиально-упорными подшипниками и одним опорным; в верхней опоре установлен лишь один опорный подшипник. В зарубежных конструкциях применяют конические роликовые подшипники с углами до 30—40° (у нас наиболее широко распространены с углами 15—17°). В последнее время нижние опоры на многих вращающихся мачтах выполняют по типу «Торнадо» — шаровыми. Верхняя опора чаще всего располагается снаружи на передней кромке мачты, на больших мачтах из углепластика она встроена внутрь и обслуживается через съемные лючки.

Грот крепится к мачте при помощи ликпаза. На больших мачтах устанавливается рельс, а парус снабжается ползунами. На больших парусах (свыше 50 м²) делают специальные карманы-ползуны для сквозных лат. Вредное влияние щели устраняется гибкими накладками по всей высоте задней кромки мачты.

Мачты подкрепляют одним-тремя рядами краспиц, длина которых учитывает возможность постановки передних парусов с большим заходом за мачту (угол тяги стаксель-шкота относительно ДП составляет 6—8°), хотя в последнее время такие стаксели применяют редко. В случае установки одной пары краспиц длина каждой составляет 1/8—1/10 высоты мачты, их длину можно регулировать вручную либо при помощи гидропривода.

Стоячий такелаж полноповоротных мачт практически не отличается от такого же при топовом вооружении — один-два форштага, топванты, один-два ахтерштага. Для поворотных мачт применяют штаг и два бакштага, заведенные на продольные шпрюйты либо непосредственно крепящиеся к корпусам. На океанских многокорпусниках при длинных галсах мачту дополнительно подкрепляют быстроотдающимися бакштагами, выполняющими роль ахтерштага. Для такелажа применяют почти не тянущиеся тросы конструкции 1X19 или подобные, снабженные надежными наконечниками (например, типа «Норсеман»). Жесткие тросы требуют применения шарнирных соединений с талрепами или крючков, которыми стоячий такелаж крепится к мачте.

Угол поворота мачты контролируется с помощью лебедки и рычага, обычно направленного в сторону кормы и расположенного над или под гиком. Иногда рычаг и гик соединены между собой резиновым амортизатором.


Гик оставил свое обычное место — его пятка располагается у шпора на мачте или на корпусе (балке). Гик играет роль распорки для шкотового угла грота, нижняя шкаторина которого свободна. Регулирование положения шкотового угла осуществляется ползуном на продольном погоне, установленном вблизи нока гика. Гика-шкот и рифшкентели (до четырех) проходят внутри гика и через направляющие ролики подаются на лебедку.

На вращающихся мачтах не ставят рельсов для спинакер-гиков, лебедок, обухов для подвески блоков и т. п. На многокорпусниках ставят обычно асимметричные спинакеры, галсовые углы которых закрепляют на рейках, прикрепленных к палубе в виде бушприта.

Фалы и кабели от ходовых огней и приборов проводят внутри мачты, вводя их через вырезы в обшивке, а выводя через открытую нижнюю часть.

Без преувеличения можно сказать, что на современных крейсерско-гоночных и гоночных многокорпусниках вращающиеся мачты превалируют.