В. И. Лапин
Журнал КиЯ №11 1967г
Так рекламирует продукцию своей верфи известный американский конструктор А. Пивер. И рекламирует небезуспешно: ежегодно фирма «Пивер и К°» продает более сотни судов от пятиметрового прогулочного до гиганта "Триптих" длиной 20 м.
У Пивера, оказывается, немало конкурентов в Америке, Европе, Австралии, Африке. Не без удивления мы узнаем, что тримараны становятся одними из наиболее популярных судов у любителей парусного спорта во всем мире. Не без удивления потому, что двадцать с небольшим лет назад даже самого названия «тримаран» не существовало.
Кто же изобрел тримараны? Суда, состоящие из трех корпусов, связанных общей палубой-мостом, были известны на архипелагах Тихого и Индийского океанов многие века, если не тысячелетия тому назад. Назывались они, впрочем, как и любые многокорпусные суда, в том числе и обыкновенные плоты, «катту-марам», что в переводе с тамильского языка означает «связанные деревья». От «катту-марам» образовалось «катамаран».
Первый спортивный катамаран был построен в конце прошлого века американским конструктором Херешофом.
Первую современную трехкорпусную яхту построил в 1945 г. Виктор Чечет (американец, русский по происхождению). Ему же принадлежала идея назвать суда этого типа тримаранами.
Родоначальник современных тримаранов «Эгг Ногг» (рис. 1) имел сравнительно несложную конструкцию. И все-же, глядя на него, можно получить представление об основных особенностях судов этого типа.
Ходовые качества тримаранов. Прежде всего, очевидно что «Эгг Ногг I» очень легкое судно. В то же время два поплавка-балансира обеспечивают ему остойчивость, достаточную для того, чтобы нести мощное парусное вооружение. Узкий корпус имеет минимальное волновое сопротивление. Сочетание этих качеств и позволяет тримаранам развивать большую скорость. Например, тримаран «Вегебенд», построенный австралийским конструктором X. Николем, развил скорость 27 узлов. Правда, результат этот был достигнут при идеальных условиях: заезд проводился на мелководном озере, на котором даже 10-балльный ветер не развел большой волны.
Поперечные балки, соединяющие основной корпус тримарана с поплавками, не нагружены давлением мачты. К тому же, пролеты их, а следовательно, и расчетный изгибающий момент в два с лишним раза меньше, чем у катамарана. Все это позволяет уменьшить сечения применяемых конструкций, избежать установки дополнительных подкреплений, например шпрюйтов (рис. 2).
Рассмотрим теперь гидродинамику тримаранов. Вернемся к рис. 1. «Эгг Ногг I» под очень легким ветром идет на одном среднем корпусе; боковые поплавки едва касаются воды. Стоит тримарану накрениться, что и произойдет при усилении ветра, как наветренный поплавок выйдет из воды, а подветренный притопится. Погружение поплавка не замедлит сказаться на росте сопротивления воды движению судна. У катамарана же, как известно, при крене в результате выхода из воды наветренного корпуса сопротивление, наоборот, уменьшается. Таким образом, принципиально, двухкорпусные парусные суда в сильный ветер могут развить большую скорость, чем трехкорпусные.
Вернемся, однако, еще раз к «Эгг Ногг I». Обратите внимание на обводы его поплавков — они явно рассчитаны на глиссирование. Плоское днище слегка развернуто наружу, чтобы при крене стать плашмя на воду. Острые скулы должны отсекать водяные струи, уменьшая таким образом смоченную поверхность.
Глиссирующие поплавки, по замыслу конструктора, должны были обеспечивать необходимый восстанавливающий момент за счет подъемной силы, действующей на их днище при движении. Идея эта, в общем справедливая, не учитывала только, что тримаран, помимо чисто ходовых качеств, должен обладать и достаточной мореходностью. Глиссирующие же поплавки могли работать лишь на спокойной воде.
Более удачно идея использования гидродинамических сил на поплавках была применена Э. Меннером, заменившим поплавки подводными крыльями и, таким образом, создавшим яхту на крыльях. Не следует, однако, считать, что только такие «экстравагантные» конструкции являются перспективными для трехкорпусных судов.
До сих пор рассматривая ходовые качества тримаранов, мы говорили только о легких гоночных судах. Но скорость представляет не меньший «интерес» и для крейсерских яхт (см. таблицу), особенно тех, которые предназначаются для больших морских гонок.
При сравнении ходовых качеств двух- и трехкорпусных судов, рассчитанных на крейсерские плавания, приходится учитывать и такие специфические для них факторы, как аэродинамическое сопротивление корпуса и вероятность замывания волной днища мостика.
По условиям обитаемости жилые помещения катамаранов наиболее целесообразно размещать на мостике. Получающаяся при этом надстройка имеет огромную парусность, увеличивающую дрейф и снижающую скорость хода. В то же время высота мостика над водой на катамаранах, как правило, оказывается недостаточной для того, чтобы при неблагоприятных курсах избежать ударов волн в днище, что также отрицательно сказывается на ходкости.
Легко убедиться, что тримараны, у которых жилые помещения расположены в корпусе, а крылья мостика подняты чуть ли не до уровня палубы и, кроме того, имеют сравнительно небольшой размах (расстояние между бортами корпуса и поплавка — горизонтальный клиренс — обычно не превышает Кг—0,2В), эти неприятности испытывают в значительно меньшей мере. Правда, малая величина горизонтального клиренса приводит к повышению волнового сопротивления из-за неблагоприятной интерференции расходящихся от корпусов волн.
В 1966 г. многокорпусные суда стартовали в двух крупнейших крейсерских гонках — вокруг Англии и Транстихоокеанской. Несмотря на то, что большинство участников выступало на катамаранах, победителем в первой из этих гонок и вторым призером во второй оказались тримараны. Достигнутый успех не был случайным. С особой очевидностью об этом свидетельствуют результаты английской гонки: капитан тримарана «Ториа» Д. Керсел не только сумел отыграть у ближайшего соперника около суток на всей дистанции, но и первенствовал на всех пяти промежуточных этапах: 2000 миль тримаран прошел со средней скоростью более семи узлов. На предпоследнем участке при ветре 6 баллов «Ториа» за сутки покрыл расстояние 260 миль.
.gif)
Рис. 1. Первый тримаран Виктора Чечета—«Эгг Ногг I» (снимок сделан в 1945 г.).
Основой для идей, заложенных в проекте «Ториа», послужил собственный опыт Керсела, приобретенный во время одиночного плавания через Атлантику на тримаране «Фоултер». Суть их сводилась к следующему.
1. Для получения минимального сопротивления воды движению тримарана обводы корпуса и поплавков в сечении по шпангоутам должны быть округлыми, а носовые образования предельно острыми. Первое, безусловно, уменьшает сопротивление трения; второе должно снизить волновое сопротивление. В кормовой части необходимо предусмотреть подъем днища, достаточный для того, чтобы транец не тянул за собой воду.
2. Поплавки следует устанавливать так, чтобы при посадке на ровный киль они располагались над водой (на 100—150 мм выше КВЛ), В таком случае при движении с нормальным креном наветренный поплавок поднимется на 1,0—1,2 м над водой и практически не будет замываться волнами. (Реализовав эту идею на «Ториа», Керсел впоследствии рассказывал, что при плавании в слабый попутный ветер тримаран то и дело перебрасывало с борта на борт. Поплавки при этом с грохотом ударялись о воду. Однако никаких других неудобств, кроме производимого поплавками шума, экипаж не испытывал; качка в рубке почти не ощущалась, так как размах ее не превышал 5° на оба борта).
3. Улучшению лавировочных качеств тримарана способствует отсутствие носового свеса и развала бортов.
Все эти идеи не вызывают возражения, кроме рассуждений Керсела о качке. Значительные ускорения, возникающие при сменах галса, когда тримаран стремительно переваливается с борта на борт, не могут не вызвать у экипажа неприятных ощущений. Чтобы уменьшить резкость качки, а также повысить устойчивость тримарана на курсе поплавки целесообразно устанавливать так, чтобы при посадке на ровный киль они погружались в воду на 100—200 мм.
На мореходные качества тримаранов оказывает влияние также форма поплавков. Чтобы смягчить удары поплавков о воду, Керселу следовало бы придать им не U-, а V-образную форму. Какие это дает результаты, можно видеть на рис. 3.
Тримараны с поплавками, имеющими шпангоуты треугольной формы, обладают меньшей начальной остойчивостью, а следовательно, и более мягкой качкой.
Поплавки V-образной формы установлены на тримаране «Оф Саундинг» (рис. 5), построенном по проекту американского конструктора Д. Брауна, Обводы поплавков у ватерлинии несимметричны; угол наклона к килю у наружного борта меньше, чем у внутреннего. При небольшом крене это обеспечивает дополнительное боковое сопротивление за счет возникающей на поплавке подъемной силы. На больших углах крена (25—30°) действующая ватерлиния поплавка становится симметричной; при этом уменьшается волновое сопротивление, которое, как известно, является основной составляющей полного сопротивления воды движению судна на больших скоростях.
Преимущества такой формы поплавков оценили и другие конструкторы. В частности, такие же поплавки установлены на новейшем английском тримаране «Триюн» (рис. 4), построенном верфью «Мастере Лимитид».
Конструкция и прочность. Чтобы многокорпусное судно было быстроходным, оно прежде всего должно быть легким. Перед конструктором, таким образом, стоит задача: при выбранных размерениях и парусности судна максимально уменьшить его водоизмещение.
Керсел при постройке «Ториа» (рис. 6) решил эту задачу, применив трехслойную конструкцию: стеклопластик — пенопласт — стеклопластик.
Не располагая временем и средствами для изготовления матриц, на которых можно было бы формовать пластмассовые корпуса, он применил упрощенную технологию, которая может быть с успехом использована при любительской постройке любого судна.
По размерам, снятым с теоретического чертежа, Керсел изготовил десяток шпангоутных рамок. Выставив затем шпангоуты на стапеле, он обшил их продольными рейками. Получился макет (болван, пуансон) корпуса в натуральную величину за вычетом толщины обшивки (размеры шпангоутов были, естественно, меньше теоретических еще и на толщину реек). Макет он покрыл плитами пенопласта толщиной 75 мм. Выровняв и тщательно зачистив полученную поверхность; Керсел оклеил ее тремя слоями стеклоткани на синтетической смоле. Затем корпус был снят с макета и оклеен стеклопластиком изнутри. Для обеспечения прочности полученной конструкции потребовалось лишь минимальное количество набора (в основном поперечного), что, в свою очередь, позволило решить сразу две важные проблемы: уменьшить вес корпуса и получить свободу в планировке внутренних помещений.
Аналогичным образом были изготовлены и поплавки тримарана. В связи с тем, что они имели симметричную форму, их выклеивали на одном макете. На три «скорлупы» ушло всего 135 кг пенопласта, а прочность полученных конструкции ни у кого не вызывала сомнений. Единственным недостатком примененной технологии было то, что поверхность корпусов получилась недостаточно гладкой и ее пришлось зачищать абразивным диском (дюрексом), а затем красить. Для остальных конструкций тримарана (палуб, надстройки, поперечных балок) Керсел использовал водостойкую фанеру. Выбор этого материала объяснялся не недоверием к пластмассе, а недостатком времени (Керсел непременно хотел принять участие в гонках). Плоские же конструкции из фанеры собирались быстрее, чем их можно было отформовать из стеклопластика.
Рис. 2. «Джабевок» — гоночный тримаран типа «Крейкн».
Для связи корпуса с поплавками Керсел применил две балки коробчатой конструкции. Носовые оконечности дополнительно, чтобы исключить их взаимные смещения, были связаны легкой балочкой. Конструкция поперечных связей тримарана, выбранная Керселом, также может считаться наиболее приемлемой для любительской постройки. Для обеспечения необходимой прочности при этом могут быть использованы балки сравнительно небольшого сечения, а следовательно, и достаточно легкие.
Попробуем прикинуть, например, какие балки потребовались для «Ториа». Наибольшая нагрузка на поперечные связи тримарана возникает, когда при крене подветренный поплавок полностью погружается под воду. Будем считать, что полное объемное водоизмещение поплавка до палубы составляет половину полного водоизмещения судна. Следовательно, при полном погружении поплавка, которое произойдет, примерно, при крене 30°, на него будет действовать сила поддержания равная:
Будем считать, что каждая из двух поперечных балок жестко заделана одним концом на корпусе тримарана, а другой конец ее нагружен сосредоточенной силой:
Тогда действующий на балку изгибающий момент будет равен:
где К — участок балки от борта корпуса до ДП поплавка; symbol —угол крена. На «Ториа» К=1,8 м; D=4000 кг. Произведя вычисления, получим, что на каждую балку действует изгибающий момент:
Коробчатая балка со сторонами 25x25 см из фанеры толщиной 10 мм имеет момент сопротивления около W=420 см3.
Напряжение в такой балке, нагруженной максимальным изгибающим моментом, составит 380 кг/см2, что меньше предела прочности березовой авиационной фанеры принятой толщины почти в полтора раза, т. е. обеспечивает необходимую прочность с коэффициентом запаса 1,5.
Схема поперечных связей, использованная Керселом, применяется и при заводской постройке тримаранов; в частности, она была применена на «Триюн».
Корпус этого тримарана имеет композитную конструкцию — цельноформованная оболочка из стеклопластика с вклеенными фанерными переборками» Обводы — характерные для тримаранов: узкая ватерлиния в носовой части постепенно увеличивающийся к миделю развал бортов и широкая корма. Поплавки треугольного сечения выполнены из фанеры, но оклеены пластиком снаружи. Все остальные конструкции — фанерные. Поперечными связями служат две балки коробчатого профиля из фанеры, которые на болтах и клее соединены с фанерными переборками корпуса и поплавков, Конструктивное решение исключительно простое, но трудно придумать что-нибудь более надежное.
Не менее оправдан и выбор фанеры для поплавков: принятая треугольная форма проще всего обшивается именно этим материалом. Кроме того, конструктор допускает возможность изменения их обводов при дальнейшем совершенствованнии судна по опыту эксплуатации, что проще осуществить, имея дело с фанерой, а не с дорогостоящими матрицами.
Не менее распространенной, хотя и более сложной в исполнении, является конструкция поперечных связей, представление о которой можно получить по рис. 7, 8, 9, где показаны различные моменты постройки тримарана на верфи X. Николя — конструктора знаменитого «Вегебенда», Здесь за основу взята сотовая конструкция, широко применяющаяся в авиастроении. Нагрузка воспринимается большим количеством легких балочек, соединяющих корпус с поплавками на всей длине моста. Какие это дает преимущества?
По весу получается, пожалуй, то же самое, что и в случае использования для поперечной связи двух-трех балок большого сечения. Однако, несомненно, сотовая конструкция, обладающая большей жесткостью, лучше обеспечивает местную прочность, необходимую в том случае, когда мост используется в качестве палубы, а это всегда желательно на крейсерском судне. Мостик сотовой конструкции обладает также лучшими аэродинамическими качествами (рис. 10).
На рис. 8 можно рассмотреть и некоторые другие особенности конструкции тримаранов. Прежде всего обращает на себя внимание очень легкий набор корпуса. Основой для обеспечения поперечной прочности служат переборки: форпиковая и в районе кокпита. Большие свободные объемы открывают перед конструктором широкие возможности в выборе вариантов планировки помещений.
Вооружение. Крейсерские тримараны относятся к судам с большой величиной относительной парусности. Например, у «Триюн» при вооружении тендер
Тримараны длиной менее 9 м обычно вооружают шлюпом, иногда тендером. На более крупных судах нередко можно встретить вооружение типа кэч. Мачты тримаранов длиной до 10—11 м часто раскрепляют только основными вантами и штагами. Большая ширина по палубе позволяет обходиться без ромбовант и краспиц.
Хотя тримараны обладают большим боковым сопротивлением, чем катамараны, конструкторы, устанавливая мощное парусное вооружение, вынуждены компенсировать создаваемую им силу дрейфа плавниковыми килями (см. рис. 9) или швертами. Кили устанавливают и на корпусе, и на поплавках; шверты, обычно, только на корпусе. Американский конструктор Д. Кентоула вооружает свои тримараны типа «Трилогия» (длина 7,77 м; ширина 4,8В м, площадь парусности 32 м2) даже двумя швертами тандем, устанавливаемыми в ДП корпуса — один под рубкой, другой под кокпитом. «Попутные ветры доставляют рулевому обычно много хлопот,—• свидетельствует Кентоула,— но, имея два шверта, мы не затрудняем себя работой. Тримаран устанавливается на самоуправление, а вся команда спускается в рубку. Для прогулочного судна, на котором экипаж размещается в кокпите, это, возможно, и не представляет большого преимущества, но в дальнем плавании, особенно одиночном, достоинство двухшвертовой системы не вызывает сомнений».
Несмотря на это категорическое высказывание, на большинстве новейших тримаранов конструкторы ограничиваются все же одним Швертовым устройством: преимущества, которые гарантирует предложенная Кентоула система, по-видимому, не компенсируют создаваемых ею неудобств. Швертовые колодцы загромождают помещение. Впрочем не всегда. Например, в каюте «Триюн» его просто не видно. Оказывается, конструкторы нашли возможность совместить колодец со стенкой дивана.
Общее расположение. Сравним каюты обычной яхты, катамарана и тримарана. Как видно на рис. 11, на тримаране удачно сочетаются достоинства килевой яхты (большая высота помещений) и катамарана (большая их ширина). Особенно это чувствуется на судах малых размеров. Действительно, спроектировать каюту нормальной высоты 1,9 м можно только на катамаране длиной не менее 14 м. На современных 9-метровых катамаранах класса «Ирокез» каюта на мостике «сидячая». О комфорте малых яхт можно судить по популярному «Фолькботу».
А вот теперь посмотрим общее расположение 7-метрового тримарана «Кросс-24» (рис. 12, 13). В форпике у него, примерно, то же самое, что и на «Фолькботе»: можно оборудовать двойное спальное место, можно установить гальюн. Зато в рубке значительно просторнее, в основном за счет выноса на крылья мостика спальных мест. В помещении рубки два удобных дивана, между которыми располагается съемный стол. Просторнее и кокпит тримарана, так как боковые банки на нем тоже смещены на крылья.
Планировка, принятая на «Кросс-24», типична для тримаранов любых размерений, так как она подсказывается самой конструкцией судов этого типа. Вернемся к рис. 8. Посмотрите, как органично с помощью элементов набора выделены на тримаране все основные помещения. Это судно лишь немного крупнее «Кросс-24» (примерно, метра на два в длину), но у конструктора, как видим, уже появилась возможность использовать в качестве дополнительного жилого помещения ахтерпик—-здесь будет оборудована , двухспальная койка или туалет. Вместимость тримарана без труда может быть еще увеличена, если спальные места в крыльях сделать пошире — на двоих.
Штурманский стол и камбуз на тримаране располагают, как и на обычных яхтах, по обе стороны при входе в рубку из кокпита. Для хранения парусов, припасов, пресной воды, горючего для двигателя используют пространства в крыльях мостика, под сланями корпуса, а также в поплавках, для чего в них предусматриваются люки с герметичными крышками.
Самой высокой оценки заслуживает внутреннее расположение тримарана «Триюн». Посмотрите (рис. 14), какой просторный проход открывается в форпик. Чтобы не загромождать рубку, конструкторы отказались от традиционного съемного стола в средней части, а вместо него предусмотрели два небольших столика, выдвигающихся из спинок дива-нов. Спальные места на крыльях, имеющие размер 1,9Х0,61 м, могут стать вдвое шире за счет откидных спинок дивана. В носовой части оборудованы одноместная каюта и туалет. Предусмотрен вариант расположения с изолированной двухместной каютой в форпике.
Типичное расположение крейсерского тримарана длиной 12—14 м показано на рис. 15, а общий вид этого судна на рис. 16. В еще более крупных трехкорпусных судах в качестве жилых помещений используют и поплавки, но это решение вряд ли можно считать удачным, так как обеспечить там даже минимальный комфорт невозможно.
Построить относительно комфортабельный тримаран длиной менее 7 м тоже трудно, так как помещения в корпусе будут все же слишком узкими. Наверное, хороший швертбот окажется в этом случае удобнее.
Таким образом, семь и четырнадцать метров: вот границы, за которые не следует выходить при постройке крейсерского тримарана. Можно ли раздвинуть эти пределы? Можно ли сделать маленький тримаран комфортабельным, а большой — менее громоздким?
Рис. 13. «Кросс-24» под парусами.
Конструкторы отвечают на этот вопрос, в принципе, положительно. Ширину корпуса в надводной части можно увеличить за счет развала бортов. При этом ватерлиния корпуса тримарана, которая на ходу меняется незначительно, сохранит оптимальные в отношении волнового сопротивления характеристики, а в рубке будет просторнее.
Рис. 14. Внутренняя планировка «Триюн».
Чтобы уменьшить габаритную ширину тримарана, поперечные связи крепят к корпусу и поплавкам на шарнирах. При плавании в узкостях и на акватории порта поплавки поджимают к бортам корпуса, и тримаран становится уже на 35—40%.
В восьмом выпуске «Катеров и яхт» были опубликованы чертежи и краткое описание тримарана «Матамона», на котором применены оба указанных конструктивных усовершенствования. Пример этот не единичен: на рис. 17 еще одна подобная конструкция — тримаран «Свин Уинг».
Насколько рациональны шарнирные связи корпуса с поплавками, а главное, насколько они надежны, судить пока трудно. Фирмы, строящие тримараны такого типа, рекламируют их для неограниченного плавания, однако «Матамона» на третьем участке английской гонки сошел с дистанции. По-видимому, не обошлось без повреждений, хотя о характере их ничего не сообщается.
Рис. 16. «Три Уиш».
Явным недостатком тримаранов с шарнирными поперечными связями является то, что площадь палубы у них намного меньше, чем у других трехкорпусных судов. Исключена возможность оборудовать спальные места в крыльях мостика, а это значительно уменьшает полезный объем рубки. Таким образом, данная конструкция может рассматриваться не как принципиальное усовершенствование, а скорее в качества компромиссного решения, целесообразного лишь в частных случаях. Подтверждением тому являются последние образцы тримаранов, созданные крупнейшими иностранными верфями спортивного судостроения.
