Для вновь создаваемых двухкорпусных судов характерны увеличение скоростей хода и вместимости (грузоподъемности), повышение экономичности и мореходности, улучшение комфортности пассажиров.
Из всего многообразия построенных и спроектированных двухкорпусных судов можно выделить несколько основных типов:
- 1) водоизмещающие катамараны;
- 2) полуглиссирующие катамараны;
- 3) суда с малой площадью ватерлинии (СМИВ, или полупогруженные).
При этом среди судов первых двух групп наряду с традиционными обводами корпусов все чаще можно встретить, так называемые, рассекающие волны (wave piercing) катамараны — РВК. Кроме того, на всех перечисленных типах двухкорпусных судов могут применяться элементы гидродинамических систем поддержания и стабилизации движения.
На начало 1992 г., пожалуй, самым быстроходным катамараном традиционной конструкции был построенный в Норвегии 21-метровый катер «CPS». Его максимальная скорость — 60 уз (110 км/ч), эксплуатационная с полной нагрузкой (70 пассажиров) — 50—55 уз. В каждом корпусе этого катамарана разместились по 4 двигателя ‘типа «Сабр» общей мощностью 2960 л. с. Через гидравлическую передачу они приводят во вращение частично погруженные гребные винты (ЧПВ). Конструкция привода позволяет эксплуатировать катамаран при различном числе работающих двигателей, в том числе и при использовании только двух дизелей в целях экономии топлива и уменьшения волнообразования при маневрировании в гаванях. Катамаран «CPS» является многоцелевым: кроме перевозки пассажиров предусмотрена возможность транспортировки контейнеров, использования в качестве комфортабельной моторной яхты.
Корпуса этого катамарана имеют типичные для глиссирующих катеров плоско-килеватые обводы; каждый корпус представляет собой как бы половину обычного однокорпусного катера, разрезанного по диаметральной плоскости. Достоинством «CPS» является малая габаритная осадка, составляющая на ходу всего 0,76 м.
С 1978 г., когда была начата разработка катамаранов в Норвегии, здесь построено около 50 таких судов длиной от 25,5 до 38,8 м; имеются и проекты более крупных катамаранов, развивающих скорости хода 45 уз, на которых предполагается применить газотурбинные двигатели, ЧПВ или водометные движители.
В Финляндии проектированием быстроходных катамаранов из легких сплавов занимается группа инженеров под руководством М. Ахтикари. Кроме финских судоверфей катамараны по проектам «МХА» строят в США и Швеции. Самый маленький из этих катамаранов «МХА-1700» имеет длину 17 м, общую ширину — 6,4 м, осадку — 0,9 м, полное водоизмещение — 24 т. В пассажирском варианте палуба «МХА-1700» оборудуется 90 креслами. Два дизеля мощностью по 340 кВт приводят в действие приводы Арнесона типа ASD-I4 *. Имеются варианты этого катера с уменьшенной высотой надводного борта и надстройкой и водометными движителями, предназначенные для эксплуатации на реках и озерах.
Эксплуатационная скорость «МХА-1700» от 24 до 26 узлов; дальность плавания — 300 морских миль. Расход топлива составляет 136 л/ч или 2,9 л на каждый пройденный километр.
Катер имеет характерные для глиссирующих катамаранов обводы корпусов с изменяющейся кнлеватостью днища и подъемом линии скулы к палубе у форштевня. Любопытно, что расстояние между внутренними бортами корпусов невелико — около 75% ширины каждого корпуса по скуле.
Кроме 17-метрового катамарана «МХА» строятся пассажирские суда этого же типа длиной 39,43 и 54 м, оснащенные двухвальными установками общей мощностью по 2500 кВт. Они вмещают от 250 до 486 пассажиров. В печати отмечаются хорошие ходовые качества и маневренность этих судов, наличие больших площадей палуб для размещения пассажиров или перевозимого груза. Обводы корпусов также имеют асимметричную форму.
Рассекающий волны катамаран (за рубежом эти суда принято обозначать WPC) характеризуется особой формой несущих корпусов. Они имеют минимальный надводный борт, отличаются большим удлинением и соединены с основным корпусом стойками минимального поперечного сечения. При движении на взволнованном море в контакт с волнами входят только эти весьма острые и разнесенные на большую ширину корпуса, которые пронзают гребни, не испытывая значительных ударных перегрузок. Мостик, на котором размещены пассажирские и служебные помещения, располагается довольно высоко над волнами. Чтобы уменьшить силу ударов от особо высоких и шальных гребней, достигающих мостика, в его передней части предусматривают короткий и килеватый корпус — таран.
Создание рассекающих волны катамаранов справедливо связывают с австралийской компанией «Интернейшнл Кэт» в Сиднее. В 1983 г. здесь был построен опытный катер «Лнттл девил» («Дьяволенок») длиной 8,7 м н водоизмещением 1,1т. Под подвесным мотором мощностью 25 л. с. катамаран развил в море скорость 55 км/ч.
Успех побудил конструкторов катера к проектированию 28-метрового коммерческого катамарана «Спирит оф Виктори», в конструкции которого нашла отражение концепция современных рассекающих волну катамаранов. Его создатели постарались избавить глиссирующее судно от тенденции следовать профилю волны или взлетать с ее гребней. На скорости 26 узлов несущие корпуса шириной по 2,22 м рассекают волны подобно ножам. Обтекаемые крыловидные стойки поднимают мостик с двухъярусной надстройкой на высоту около 1,5 м над поверхностью моря. Два дизеля мощностью по 650 л. с., работающие на гребные винты диаметром 1 м, сообщают этому 219-местному мореходному пассажирскому катеру скорость 26 уз. Корпус и надстройки — цельносварной конструкции из алюминиевых сплавов.
Дальнейшим развитием «рассекающих волны» катамаранов стал построенный в 1986 г. этой же фирмой 30,45-метровый катер «Тэсси девил 2001» водоизмещением 65 т, рассчитанный на перевозку 196 пассажиров со скоростью до 31 уз. В этом проекте мостик катамарана оформился в килеватый средний корпус-таран, на ходу располагающийся полностью над водой. Более массивными стали конструкции «крыльев», соединяющие несущие корпуса с мостиком.
После длительного цикла эксплуатационных испытаний этих судов концепция рассекающего волны катамарана завоевала успех у пассажиров, и фирма «Ин Кэт» (сокращенно от «Интернейшнл катамаране») получила большое количество заказов. В настоящее время эта фирма является одной из ведущих в мире по созданию РВК различных размеров. Среди ее заказчиков несколько европейских судоходных компаний, в частности английских, фирмы из США. По проектам «Ин Кэт» построены довольно крупные рассекающие волны катамараны на судоверфях других стран.
Любопытно, что некоторые быстроходные катамараны, построенные в Австралии, прошли первую серьезную проверку морем при перегонах своим ходом к месту постоянной эксплуатации в европейских водах. Первым из них стала 30-метровая «Леди Памела» — паром-катамаран, совершивший в 1986 г. переход из Хобарта (о-в Тасмания) в английский порт Портсмут. Переход протяженностью 13 987 миль занял 41 сутки 8 часов, из них 10 суток 8 ч катамаран был на ходу. За время этого плавания судно однажды прошло без заправки 2397 миль, а всего было израсходовано 263 700 л топлива.
Такой же переход совершил и катамаран «Ховерспид ГБ» (он же «Христофор Колумб» и «Си Кэт», подробно описанный в «КиЯ» №155), причем на завершающем броске через Атлантику им был побит рекорд лайнера «Юнайтед Стейтс». Расстояние 2800 миль от Нью-Йорка до берегов Англии этот катамаран прошел со средней скоростью 36,3 уз за 3 суток 7 ч 50 мин.
В Европе первый рассекающий волны катамаран был построен в 1990 г. на английской судоверфи «Алюминиум Шипбилдер Лтд.» опять же по проекту «Ии Кэт». Этот катамаран, названный «Кондор-9», длиной 48,4 м и вмещающий 450 пассажиров, имеет ряд конструктивных особенностей, необычную энергетическую установку и движительный комплекс. На нем применена новая система управления главными двигателями и движителями, что позволяет улучшить характеристики ходкости и маневренности судна.
Корпус и надстройки катамарана выполнены из алюминиевых сплавов полностью сварной конструкции. Главная ЭУ состоит из четырех дизелей типа «MWM» мощностью по 1682 кВт, которые через редукторы осуществляют привод четырех водометных движителей. Каждый двигатель размещен на противовибрационном основании и соединен с редуктором с помощью гибкой муфты.
Специалистами отмечается, что впервые в практике развития катамаранов применен движительный комплекс из четырех управляемых водометов, которые работают независимо друг от друга. Двигатели установлены в узких несущих корпусах попарно по схеме тандем. Система управления позволяет капитану раздельно выбирать режим работы каждого из четырех агрегатов в зависимости от условий эксплуатации. Катамаран в случае необходимости может эксплуатироваться на пониженной скорости при работе одного, двух или трех двигателей. При работе всех четырех дизелей эксплуатационная скорость достигает 35 уз, при использовании трех дизелей и полной нагрузке — составляет 30,5 уз.
Водометные движители применены и на упоминавшемся «Ховерспид ГБ», причем каждый из четырех 16-цилиндровых двигателей этого катамарана развивает мощность по 3650 кВт. Один из двух водометов в каждом корпусе предназначен для обеспечения и поступательного движения, и маневрирования, а второй используется только при поступательном перемещении. Дизели с газотурбинным наддувом снабжены электронной системой управления. С полной нагрузкой (450 пассажиров и 80 автомобилей) эксплуатационная скорость составляет 35 уз, а максимальная достигает 42 уз. Катамаран благодаря применению рассекающих волны корпусов способен преодолевать волны высотой до 5 м. Судно управляется с помощью ЭВМ. Оно может даже перемещаться лагом при швартовке и в случае необходимости осуществлять поворот на месте.
Любопытно, что в проекте этого катамарана мостик снабжен лишь коротким «средним корпусом» в носовой части.
Дальнейшим этапом развития катамаранов типа РВК является постройка крупнотоннажных судов повышенной вместимости. По сообщениям печати, фирмой «Ин Кэт» разработан проект суперкатамарана длиной 110 м с осадкой 3,46 м, вместимостью 900 пассажиров и 300 автомобилей. Двухвальная газотурбинная установка обеспечит судну скорость 35—38 уз в зависимости от нагрузки.
По сообщениям зарубежной печати, в Норвегии фирма «Вестамаран» разрабатывает проект быстроходного катамарана «Юмбо Кэт 1200», рассчитанного на перевозку 1000—1200 пассажиров и 300 автомобилей со скоростью 45 уз. Определены главные размерения этого катамарана: длина — 120 м, общая ширина — 34 м, осадка — 3,5 м.
Ведутся работы по использованию на быстроходных катамаранах подводных крыльев различных типов. При этом ставится цель снизить смоченную поверхность судна и сопротивление воды его движению, улучшить характеристики мореходности. Такие катамараны относят к судам «гибридного» типа, на которых конструктивно обеспечивается использование комбинации сил поддержания — гидростатических и гидродинамических.
Так, в Вашингтонском университете разработана проектная концепция гибридного пассажирского катамарана водоизмещением около 100 т, получившего обозначение «Хи Кэт». В его конструкции сочетаются два узких боковых корпуса с глиссирующими обводами и два полностью погруженных подводных крыла большого удлинения, которые установлены по схеме тандем в носу и корме. Боковые корпуса в крыльевом режиме движения оказываются частично погруженными в воду, обеспечивая при этом образование небольшой гидростатической силы поддержания.
Обводы корпусов можно характеризовать как многоступенчатое «глубокое V»: в верхней части, которая погружена в воду в начальный момент движения, угол килеватости днища составляет 40°. В нижней части корпуса, входящей в контакт с водой в крыльевом режиме, угол килеватости достигает 60°. Предусмотрена установка внешних и внутренних брызгоотражателей, которые ориентированы относительно вертикали под углом 56,5°. Эти брызгоотражатели позволяют снизить смоченную поверхность корпусов и, следовательно, сопротивление трения, а также обеспечивают дополнительную динамическую подъемную силу.
Длина каждого корпуса — 16,6 м, ширина — 0,6 м, высота — 1,1 м. Для подводных крыльев применен профиль NACA-16; его относительная толщина 0,1, удлинение λ=0,5.
В крыльевом режиме на долю корпусов приходится 17,5% общей величины силы поддержания, на подводные крылья — 82,5%. Гидродинамическое качество катамарана на расчетной скорости 35 уз К=13; при этом качество самих подводных крыльев равно 22,8.
Возможные модификации быстроходных катамаранов на подводных крыльях, исследуемые судостроителями США, Японии и Норвегии, приведены на рисунке. В Норвегии разработан проект быстроходного пассажирского катамарана «Хайд рокэт 2200 АС» длиной 26,3 м и шириной 11,8 м, рассчитанного на перевозку 150—250 пассажиров. Двухвальная дизельная установка обеспечит скорость 50 уз. Крыльевое устройство состоит из пересекающих поверхность воды крыльев V-образного типа, при этом кормовое крыло спроектировано в сочетании с гондолой, на которой установлены гребные винты с угловой передачей мощности.
Примечания
1. Описание привода Арнесона, работающего на ЧПВ. см в «КиЯ» №152.