Корпуса катамарана, имеющие большое удлинение, эффективны с точки зрения затрат энергии на движение только в водоизмещающем и переходном скоростных режимах, т. е. лишь во время разгона до полной скорости. На максимальной скорости такие катера движутся в режиме развитого глиссирования, т. е. контакт с водой ограничен небольшой кормовой частью днища корпусов; таким образом, корпуса достаточно большой длины практически "не нужны", а вес их конструкций относительно велик. Воздействие волн на носовые части корпусов приводит к существенной качке, а также слемингу днищ, несмотря на довольно острые обводы корпусов. Увеличение угла килеватости днища приводит к уменьшению интенсивности слеминга, но еще более снижает гидродинамическое качество корпусов.
Оба эти недостатка могут быть ликвидированы при переходе к новому типу скоростного судна: "рассекающему волны" тримарану — РВТ [1]. Гоночный катер — РВТ — состоит из одной надводной капсулы обтекаемой формы, в которой размещаются экипаж и запас топлива, а также трех корпусов малого удлинения с ломаными (гранеными) обводами и минимальным надводным бортом. Корпуса соединены с капсулой тонкими стойками, которые, в отличие от стоек судов с малой площадью ватерлинии, расположены над расчетной ватерлинией и не пересекают ее в статическом положении. Двигатели размещаются в корпусах. В качестве движителей могут использоваться вентилируемые водометные движители (при скоростях примерно до 100 уз) или воздушные (при больших скоростях).
Поперечная конструкция, соединяющая два бортовых корпуса с капсулой, имеет форму крыла и размещена немного кормовее центра тяжести катера. Это кормовое надводное крыло обеспечивает существенную аэродинамическую разгрузку на полной скорости. Понятно, что на стоянке РВТ будет иметь значительный дифферент на корму.
Центр масс катера находится между расположенными треугольником корпусами; такая схема является наиболее динамически устойчивой, с точки зрения действия гидродинамической подъемной силы.
Аэродинамическая подъемная сила на кормовом крыле и на капсуле имеет равнодействующую, приложенную несколько кормовее центра масс катера. При порыве ветра появляется дополнительный дифферентующий на нос момент, что приводит к увеличению погружения носового глиссирующего корпуса, т. е. к увеличению гидродинамической подъемной силы на этом корпусе и к появлению дополнительного дифферентующего на корму момента, который компенсирует возникший аэродинамический момент. При снижении скорости (или порыве попутного ветра) аэродинамическая сила на крыле падает, дифферент на корму увеличивается, что приводит к увеличению погружения кормовых корпусов и росту гидродинамической силы на них, это и компенсирует падение подъемной силы крыла.
Для предотвращения опасных последствий случайного контакта капсулы с водой на большой скорости ее носовой корпус и днище имеют развитые продольные реданы, а конструкция днища капсулы в носовой части рассчитана на значительные ударные нагрузки. Наличие только одной капсулы (в отличие от двух корпусов катамарана) и небольшая длина корпусов могут привести к снижению массы корпусных конструкций, по сравнению с аналогичным катамараном.
Обратная седловатость палуб корпусов и малая ширина стоек, как у всех "рассекающих волны" судов, обеспечивают повышение мореходности РВТ, в частности — отсутствие слемин-га днищ корпусов вплоть до чисел Фруда (по водоизмещению одного корпуса) около 4, что было показано при модельных испытаниях [2].
Буксировочные модельные испытания показали, что при правильном взаимном расположении корпусов и достаточно высокой скорости практически отсутствует их гидродинамическое взаимодействие. Это означает, что потребная мощность гоночного РВТ (л.с. на тонну полного водоизмещения) может быть приближенно оценена на основании экстраполяции статистических данных о мощности построенных однокорпусных глиссеров
где P — мощность ЭУ, л.с.; W — водоизмещение, т; Frv — число Фруда по водоизмещению одного корпуса.
Для однокорпусных глиссеров увеличение числа Фруда по водоизмещению до 6 и более чревато потерей устойчивости движения. Плоское в корме днище может быть применено только при использовании дополнительных устройств для повышения устойчивости глиссирования на больших скоростях. Напротив, высокая устойчивость движения глиссеров трехточечной схемы хорошо известна.
Концептуальные проекты РВТ различного водоизмещения оценены на основании испытаний моделей в буксировочном и мореходном бассейнах, а также в аэродинамической трубе ЦНИИ имени акад. А. Н. Крылова, администрации и сотрудникам которого автор очень благодарен.
Заметка является авторским переводом опубликованной в английском журнале "Скорость на море", 2001 г. ("Speed at Sea").
Литература
- 1. Патент РФ №2144882, 1998. Трехкорпусное судно с "рассекающими волны" корпусами.
- 2. Dubrovsky V., Motion of Wave Piercing Trimaran: Test Data and a Comparison with the Motion of Other Vessels. — RINA International Conference on High Speed Craft Technology and Operation Papers, November 2002.