И все же проблема движения катеров по взволнованному морю, способность их поддерживать высокую скорость независимо от состояния погоды, не может считаться окончательно решенной. Большие ударные перегрузки, которые испытывают катера и их экипажи при движении по бурному морю, не позволяют полностью реализовать мощность двигателей, развить такую же скорость, что и на тихой воде. Тот же «Атлантик Челленджер II», показавший на испытаниях максимальную скорость 106 км/ч. в океане вынужден был снижать ее до 78—80 км/ч, а члены его экипажа, даже будучи закаленными морем людьми, от перегрузок теряли сознание.
Особенно сильны удары днища о встречную волну, длина которой близка к длине катера В момент встречи с гребнем волны на днище действует гидродинамическая сила, направленная вверх. Она во много раз превышает массу катера и легко выталкивает судно из воды. Пролетев по инерции некоторое расстояние в воздухе, катер снова падает на воду и получает еще более сильный удар, чем первый. Ударные нагрузки и ускорения передаются на конструкции корпуса и механизмы, неприятно воздействуют на экипаж.
Сила удара пропорциональна массе катера и квадрату скорости встречи его с волной. Если катер идет прямо или почти прямо против волны, то его днище встречается с гребнем волны со скоростью
где λ — длина волны, м, а 1,25√
Скорость бега волны — довольно ощутимая добавка скорости удара. Например, гребень опасной для «Вирджин Атлантик» 25-метровой волны движется со скоростью 23 км/ч.
Информация об изображении
«Вирджин Атлантик Челленджер II» на финише рекордного перехода через Атлантику
В зависимости от размеров волны и катера, его обводов и скорости перегрузки могут достигать 10—20 g. Напомним, что под перегрузкой понимается отношение ускорения, получаемого при ударе, к ускорению свободно падающего тела g = 9,81 м/с2 или, что то же самое, — отношение силы удара к массе судна.
«Вирджин Атлантик Челленджер II» на финише рекордного перехода через Атлантику
Благодаря развитию морских и океанских гонок на катерах прогресс в решении проблемы снижения перегрузок при ходе на волнении заметно ускорился, так как конструкторы смогли экспериментировать на «натурных» катерах, совершенствуя их обводы, конструкцию корпуса и движители.
В 1958 г. американский гонщик и конструктор Раймонд Хант совместно с Ричардом Бертрамом создал тип катеров с повышенной до 25 на транце килеватостью днища и продольными ребрами-реданами. Благодаря клиновидному в поперечном сечении корпусу нарастание площади и силы удара о волну происходит более плавно, чем при малокилеватом корпусе, удар получается менее жестким. Даже при относительно низких скоростях, характеризующихся отношением скорости к корню квадратному из длины судна v√
В дальнейшем обводы Ханта, называемые также «глубокое V», совершенствовались, развивались в различные модификации. Оригинальный вариант корпуса с такими обводами создал известный итальянский конструктор и гонщик Ренато Леви. Острая скула на его катерах исчезла, ее заменил развитый скуловой брызгоотбойник, установленный на выпуклости в месте плавного перехода днища в борта. За счет выпуклой формы поперечных сечений Леви удалось повысить жесткость и прочность корпуса, сделать его более легким. Если катер падает на волну с креном — случай не такой уж и редкий для катеров, испытывающих в море сильную бортовую качку, удар приходится не в плоскую поверхность обращенной к воде половины днища, а в выпуклую, что несколько смягчает силу удара.
Другой особенностью обводов, разработанных Леви, является пологий подрез килевой линии в носу, что повысило устойчивость на курсе при движении катера с попутной волной, позволило избежать резких неожиданных бросков катера в сторону — брочинга при сходе катера с гребня обгоняемой волны. Характерна и заостренная в носу дельтовидная форма корпуса в плане — катера этого типа в дальнейшем так и стали называться «Дельтами». По мнению Леви, такая форма обеспечивает лучшие аэродинамические качества корпуса, когда он летит над поверхностью воды; позволяет переместить ближе к транцу центр тяжести и точку приложения аэродинамической подъемной силы таким образом, чтобы гребные винты выходили из воды в последнюю очередь и по возможности быстрее оказывались в ней при приводнении катера.
Леви уменьшил развал бортов наружу в носу с тем, чтобы действующие на надводную часть катера аэродинамические силы были не слишком велики и снизилось брызгообразование при входе носовой оконечности в волну. Все «Дельты» оказались очень «сухими» лодками, они буквально пронзали гребни волн. В то же время развал бортов наружу характерен для всей длины корпуса, что необходимо для обеспечения остойчивости катера при больших углах крена и бортовой качке.
Первый из «Дельт» — катер открытого моря «Серфри» был построен в 1965 г. и сразу же после спуска занял третье место в многомильной гонке по маршруту Каус — Торки — Каус. В дальнейшем и «Серфри» и другие «Дельты» одержали немало побед в самых престижных соревнованиях на море. Неудивительно поэтому, что когда Ренато Леви вместе с Питером Биркетом получил заказ на разработку нового катера для завоевания «Голубой ленты», он обратился к опыту проектирования и участия «Дельт» в океанских гонках. Обводы «Вирджин Атлантик Челленджера II» во многом повторяют характерные черты «Дельты»: те же заостренная носовая оконечность и широкая корма с килеватостью днища у транца около 23°, тот же плавный подрез форштевня, мощные широкие брызгоотбойники на скуле и продольные реданы. Но в дизайне и конструкции катера-трансатлантика конструкторы применили и ряд оригинальных решений, позволивших успешно выполнить поставленную перед судном задачу — в кратчайший срок пересечь Атлантику с запада на восток
Длина корпуса, изготовленного из алюминиево-магниевого сплава, — 22,02 м, ширина — 5,8 м; водоизмещение катера порожнем — около 20 т. В конструкции корпуса учтен печальный опыт катамарана «Вирджин Атлантик Челленджер», на котором от непрекращающихся ударов волн сначала дала течь встроенная в корпус топливная цистерна, а затем раскрылась трещина в наружной обшивке, через которую вода заполнила машинное отделение и катамаран затонул всего в 138 милях от финиша. Алюминиевая обшивка на новом катере была подкреплена достаточно частым продольным набором — бортовыми и днищевыми стрингерами, которые вместе со шпангоутами и переборками разбили поверхность обшивки на множество пластин небольшого размера. Благодаря этому обшивка получила повышенную жесткость, и при ударах волн на опорных кромках пластин не возникали напряжения, критические с точки зрения прочности металла.
Особое внимание конструкторы уделили обеспечению непотопляемости и живучести катера. Запас топлива был размещен в четырех алюминиевых баках емкостью по 4000 л, заключенных в герметическую резиновую оболочку. Для того чтобы исключить отрицательное влияние переливающихся при бортовой качке масс топлива на остойчивость катера, баки заполнили алюминиево-пластиковыми сотами, разделяющими внутренний объем на множество микрообъемов. Эти четыре цистерны вместе с пятой (1500 л), установленной в форпике и служащей для регулирования ходового дифферента, являются элементами аварийной плавучести, способными поддерживать катер на плаву в случае затопления его внутренних объемов забортной водой. Кроме того непотопляемость обеспечивается при помощи семи надувных мешков из прорезиненной синтетической ткани, закрепленных внутри катера в свернутом виде в носовой части и у транца. Если бы корпус получил пробоину и начал погружаться в воду, эти мешки по сигналу с поста управления или автоматически мгновенно заполнились бы сжатым воздухом из специальных баллонов и создали бы дополнительную положительную плавучесть около 35 тонн.
Полный запас топлива 13,5 тыс. литров обеспечивал дальность плавания «Вирджин Атлантик Челленджера II» на расстояние 1370 км со скоростью 80 км/ч, поэтому на маршруте трансатлантического перехода были предусмотрены три пункта дозаправки со специально вышедших в определенные точки рандеву судов.
Помимо упомянутой носовой цистерны, экипаж мог регулировать ходовой дифферент катера (в зависимости от метеорологических условий на трассе, расходования запаса топлива и скорости) при помощи больших транцевых плит. Управление ими осуществлялось при помощи гидравлического привода.
«Вирджин Атлантик» развивал максимальную скорость 106 км/ч, на которой уже ощутимым становится воздушное сопротивление судна от встречного потока воздуха. Для того чтобы его снизить, Леви снабдил носовую часть рубки обтекателем, под которым удобно разместились шланги и клапаны устройства для дозаправки топливом в море.
На первом «Вирджин Атлантике» были предусмотрены койки для отдыха членов экипажа, но воспользоваться ими по-настоящему так и не удалось — настолько суровой была тряска и удары корпуса о волну. Поэтому на новом катере ограничились установкой удобных, хорошо амортизированных кресел самолетного типа, в которых можно было отдыхать, не отходя от пульта управления. Как и на самолете, было предусмотрено дублированное управление катером — с двумя штурвалами; рулевые могли передавать управление друг другу, не вставая со своих кресел. Естественно, что о приготовлении горячей пищи и ее приеме не могло быть и речи: все трое суток экипаж питался в основном соками, используя, подобно грудным младенцам, пластмассовые соски, и консервированными продуктами.
На глиссирование катер выводили два 12-цилиндровых дизеля «MTU12-396TB 93G», изготовленные в ФРГ и снабженные турбонаддувом. Они развивали по 1960 л. с. при 2100 об/мин и через реверсивные муфты приводили во вращение пятилопастные гребные винты с суперкавитирующим клиновидным профилем лопастей с тупой выходящей кромкой.
На движительно-рулевом комплексе «Вирджин Атлантика» стоит остановиться подробнее, тем более, что изготовлен он по патенту самого Ренато Леви. «LDU» («Levi Drive Unit») появился сначала на гоночных катерах, когда конструктор стал искать более надежную и эффективную передачу мощности на гребной винт, чем поворотно-откидная угловая колонка. Дело в том, что на предельных скоростях, когда катер глиссирует на небольшом участке днища у самого транца, сопротивление погруженной в воду части колонки достигает 50% общего сопротивления воды движению катера. Корпус нижнего редуктора, расположенный перед гребным винтом, имеет довольно большое поперечное сечение и вносит возмущение в поток, набегающий на лопасть, вследствие чего КПД винта падает. Велики также потери мощности в двух угловых редукторах и опорах трех валов колонки, которые достигают 10%. При изготовлении колонки используется сложная технология (шестерни высокого класса точности, тонкое литье, расточки и т. п.), поэтому колонки довольно дороги.
Путь к избавлению от этих недостатков Леви нашел в применении полупогруженных гребных винтов, расположенных на внешних концах валов, выведенных прямо через транец. На полном ходу катера в воде работает только около половины диска винта, отсутствует сопротивление кронштейнов и гребных валов, имеющее место при обычной установке винтов под днищем катера.
Впервые Леви применил такие движители в конце 60-х годов на 13-метровом катере «Драго», который долгое время был самым быстроходным среди катеров с дизельными двигателями. В дальнейшем движительно-рулевой комплекс совершенствовался и, наконец, приобрел свой современный вид «LDU». Миланская фирма «Марин Драйв Юнит» выпускает несколько типоразмеров, рассчитанных на передачу мощности от 20 до 2000 л. с. Все устройство скомпоновано в агрегат, состоящий из жесткого корпуса с фланцем которым он присоединяется к транцу катера. На фланце смонтированы дейдвудный сальник для прохода гребного вала и патрубок для подсоединения выпускного трубопровода двигателя. К корпусу прикреплены кронштейн с опорным подшипником из синтетического материала, который смазывается забортной водой, и подковообразная поворотная насадка-руль.
Насадка охватывает срывающиеся с лопастей винта потоки воды и направляет их назад, повышая тем самым КПД винта. На ходу в воду погружены только небольшие участки боковых стенок насадки, выполняющие роль рулей. Выхлопные газы от двигателя через направляющий патрубок подводятся к верхней части диска гребного винта, располагающейся на ходу выше ватерлинии. Благодаря этому улучшается вентиляция винта, достигается большее разрежение в выпускной системе двигателя, что улучшает процессы продувки и снижает потери мощности на противодавление на выпуске. В начальный период движения, когда патрубок оказывается под водой, выпуск отработавших газов на «Вирджин Атлантика осуществляется через дополнительный трубопровод, выведенный в борт.
Весь движительно-рулевой комплекс и транцевые плиты защищены от повреждений при швартовках платформой — кринолином, закрепленным на транце.
Как уже говорилось, экипаж «Вирджин Атлантик Челленджера II» должен был довольно точно привести катер к заранее обусловленным точкам встречи с судами-дозаправщиками топливом. Эту задачу помогали решить электронные средства навигации и связи, имевшиеся на борту. Координаты места нахождения катера постоянно высвечивались на дисплее приемника спутниковой навигации и дублировались показаниями систем радионавигации «Лоран» и «Омега», а вблизи берегов — «Рэкен Декка». Обстановку в зоне нескольких миль в океане можно было уточнить при помощи радиолокационной станции «Декка-1070». В темное время суток рулевые вели катер, пользуясь приборами ночного видения. Информация о метеорологических условиях на маршруте постоянно передавалась на борт в виде факсимильных метеокарт, получаемых со спутников, а также из штаб-квартиры перехода в Лондоне. Несколько радиостанций, работавших на всех частотах, выделенных для связи судов с берегом, позволяли оперативно решать возникающие проблемы. Например, когда вышли из строя топливные фильтры главных двигателей, их тут же доставил в океан самолет ВВС.
Экипажу «Вирджин Атлантик Челленджера II» удалось побить рекорд, продержавшийся 33 года. Хотя, как потом справедливо заметили блюстители исторических фактов, эта победа достигнута не совсем «чисто»: трижды за время рекордного перехода в океан доставлялось топливо, в то время как лайнер «Юнайтед Стейтс» пересекал океан с тысячами пассажиров на борту и не делал бункеровок посреди Атлантики. По-этому-то почетный приз сэра Гарольда Хэйлза, вручавшийся каждому новому рекордсмену «Голубой ленты», все еще хранится под пуленепробиваемым колпаком в музее торгового флота в Нью-Йорке.
Однако и это условие — пройти океан без дозаправок — не останавливает азартных гонщиков и конструкторов быстроходных катеров. Уже год спустя после финиша «Челленджера II» у Бишоп-рок стало известно, по крайней мере, о нескольких группах по обе стороны Атлантики, начавших подготовку к штурму рекорда. Одну из них возглавил англичанин Тед Толеман — рекордсмен мира и ныне сотрудник фирмы «Кугэ Марин», которая построила первый «Вирджин Атлантик Челленджер». Он жаждет доказать, что катамараны достаточно мореходны и быстроходны. чтобы завоевать «Голубую ленту».
Известный английский яхтсмен Роберт Белл собирается вступить в борьбу за «ленту» на бывшем газотурбинном патрульном катере ВМФ класса «Брэйв». Турбины, конечно, будут заменены более экономичными днзелями «МТУ», мощность последней модели которых возросла до 2610 л. с. при тех же габаритах и массе 4000 кг (удельная масса 1,53 кг/л. с.). Расчеты показывают, что катер без дозаправки сможет пересечь океан со средней скоростью 45 уз (83 км/ч).
Говорят и о проекте американца Бена Крамера, планирующего построить катамаран с 16-цилиндровыми дизелями «Дженерал Моторе», и о подготовке итальянской команды гонщиков, с которой сотрудничает их соотечественник Ренато Леви.
В яхтенных журналах появился фантастический проект французского конструктора Жака Фаро. Это — катер-трехточка или, как назвал его Фаро, «монокэт» — комбинация однокорпусного судна с катамараном. На «монокэте» можно будет совершить скоростное кругосветное плавание с 23 остановками. Емкость топливных цистерн (100 тыс. литров) позволит завоевать и «Голубую ленту» Атлантики без дозаправки. Два дизеля мощностью по 5000 л. с. с водометными движителями сообщат 38-метровому катеру скорость до 45 уз. Корпус массой 40 т предполагается построить из легких сплавов
Словом, идей много и совсем не исключено, что какую-нибудь из них удастся не без успеха реализовать.
Примечания
1. О попытках англичан завоевать «Голубую ленту» на катерах «Вирджин Атлантик Челленджер» читайте в «КиЯ» №120 и №124.