Радиальный корпус яхты

Последние десятилетия XX-го века были отмечены технологической революцией, которая коснулась и создания парусных яхт. На рынке появились материалы, позволившие строить ULDB (Ultra Light Displacement Boat) — сверхлегкие парусные яхты; сначала это были экспериментальные рекордные, а потом и серийные парусники.

Выяснилось, что простое снижение веса корпуса, к которому всегда стремились конструкторы гоночных яхт, не является панацеей от всех бед — и в частности не обеспечивает повышение скоростей, особенно для океанских однокорпусников. При проектировании последних по разным причинам не срабатывали проверенные временем принципы, закладываемые в конструкции скоростных моторных судов или ходящих без крена глиссирующих скифов, хотя подобных попыткок было немало.

Когда технологические и материаловедческие достижения позволили поднять энерговооруженность (т.е. снизить водоизмещение и увеличить парусность) парусных яхт оффшорного плавания до уровня олимпийских швертботов, сломался и некий стереотип "океанского" корпуса; это способствовало успешным похоронам правил IOR, взлету популярности обмерной системы IMS и бурному росту различных "открытых" классов. В тот период и реализовалась, получая все более широкое распространение, идея маловодоизме-щающего корпуса с независящим от крена яхты комплексным сопротивлением — корпуса с так называемыми "радиальными" обводами.

Радиальный корпус, популярно говоря — это любой корпус, шпангоуты которого образованы радиусами различной величины от носа к корме. Один из крайних примеров — корпус веретена или торпеды. Другая крайность — плавающая на поверхности воды алюминиевая детская "тарелка" для спуска с горы со сферическим дном. У обоих тел форма ватерлинии вытянутый эллипс или окружность — не изменяется при крене, т.е. не зависит от угла крена. Причем у торпеды это понятие абсолютное, а у "тарелки" — в определенных пределах, пока не коснется воды ее край (в нашем случае — это палуба яхты), причем чем меньше будет водоизмещение тарелки, тем меньше будет диаметр окружности ватерлинии и тем больше, при сохранении размеров тарелки, возможный угол ее крена.


В 1991 г. автору довелось присутствовать в США при докладе известного аэро- и гидродинамика профессора Свена Риддера, представлявшего рекордный, на тот момент, однокорпусник "Ultimate 30" и построенную для кругосветных гонок 60-футовую яхту "Hunter's Child". Обе лодки имели радиальные корпуса и замечательные ходовые качества. Мне удалось пройтись на "трид-цадке" и походить на "Hunter's Child". От первой яхты впечатлений было столько (ход — 28 узлов; на голове необходима каска; брызги секут, как гравий), что осмыслить "радиальность" было сложно. "Hunter's Child" наглядно продемонстрировала полное отсутствие приводящего момента при шквале (и крене соответственно), отличную устойчивость на курсе, что необычно для яхты с узким плавниковым бульбкилем, и высокую эффективность бортовых водобалластных цистерн.

Ярким доказательством высокой курсовой устойчивости являлось то, что авторулевой имел привод не на баллер руля, а на тримтэб пера (подвижную часть пера, эдакий закрылок). Поразительным было то, что несколько раз, когда я работал у мачты или на баке, лодку прикладывало неожиданным шквалом, и я, сломя голову, несся к рулю, автопилот или не "вжикал" вообще, или уже успевал коротким импульсом отрабатывать рысканье.

На рис. 1 показаны формы и положение ватерлиний радиального корпуса при нулевом и рабочем крене. Корпус проектируется на рабочий угол крена до 25° максимум. За пределами соответствующих этим углам рабочих ватерлиний форма сечений по шпангоутам может быть изменена по требованиям конструктивной целесообразности.

Не нужно объяснять, что сохранение неизменными формы и величины смоченной поверхности при крене позволяет получить дополнительный импульс силы от увеличения тяги парусов, что работает только на ускорение на ходу.


На рис. 2 продемонстрировано образование плеча восстанавливающего момента при заполнении наветренной цистерны водяного балласта.

На рис. 3 приведен теоретический корпус яхты "Hunter's Child" разработки 1990 г. Обращает на себя внимание погруженная корма и сильно спрямленная килевая линия. Это — прямое следствие реализации всего комплекса решений, соответствующих ULDB конструкции. Действительно, радиальные корпуса имеют несколько больший коэффициент остаточного сопротивления θ = 4.5·10^-3 при числах Fr = 0.1÷0.2 и плавный и относительно небольшой рост его до 7·10^-3 при Fr = 0.5. Однако, этот недостаток "радиалов" на небольших скоростях легко компенсируется увеличением парусности до увеличения значений S/D^2/3 до 30. Для обычных корпусов крейсерских яхт, скажем ранних IMS аналогичной длины, этот коэффициент меняется от 2·10^-3 до 11·10^-3, причем резкий его рост начинается при Fr = 0.3÷0.35 [1]. Благодаря низким значениям остаточного сопротивления при Fr = 0.5, например, сопротивление 60-футового радиального корпуса на скорости15 узлов составляет всего около 930 кг, тогда как у типичного IMS-крейсера оно составит 2000 кг [2].

Радиальные корпуса сначала применялись для создания парусных экст-ремалов, но постепенно, благодаря очевидным преимуществам, стали все чаще использоваться и в серийных изделиях. Наиболее широкую известность, благодаря своей ходкости, получила серийная First 210 "Spirit", модели 1992 г, созданная специалистами французской фирмы "Beneteau". Лодку спроектировала известная своими революционными проектами дизайнерская группа Фино. Известный яхтенный конструктор Брюс Фарр также отдал должное "радиалам", проектируя серийный "One Design Farr 40"; он нашел оптимальный компромисс между радиальной концепцией и Правилами класса, расположив Bmax практически в корме. И, наконец, легенда европейского паруса — класс "MINI 6.5"; практически все яхты имеют радиальные корпуса, включая яхты "Прото" и серийные лодки класса "Pogo".

Конструкторы экстремальных парусников, продолжая развивать концепцию радиальных корпусов, находят все новые и новые решения для создания все более быстроходных океанских гоночных машин, таких, как класс "OPEN 60". В последних разработках можно найти любопытные решения и ряда других проблем. Это, например, обеспечение всхожести на волну яхты "Kingfisher" Мэрфа Овена. Очень интересен разработанный Жаном Мари Фино проект 100-футовика с подъемным килем для "нон-стоп" кругосветки "The Race" [3].

В нашей стране, как мне кажется, исходя из сложившейся экономической ситуации, не просматриваются предпосылки для строительства, и тем более серийного производства ULDB-корпусов длиной более 25 футов; наиболее благодатной почвой для применения радиальных концепций является пока достаточно свободный, популярнейший класс "Микро".

Литература

• 1. ТО "Экспериментальное исследование гидродинамических характеристик яхты 60-ти футового класса" ЦНИИ им. А.Н.Крылова, СПб, 1993 г. вп.35685.
• 2. Lars Larsson, Rolf E. Eliasson. Principles of Yacht Design. Pr. Adlard Coles Nautical, London, 1994.