Катер для буксировки парашютиста

Насколько нам известно, родоначальником полетов на парашюте за катером был в 60-х гг. прошлого века великий новатор — организатор и начальник Горьковского ЦКБ по судам на подводных крыльях Р.Е.Алексеев. Буксировщиком являлся катер на крыльях "Волга" (длиной 8.5 м с двигателем "ГАЗ-13" мощностью 165 л.с.), применявшийся для испытания моделей. Летали не только сам Алексеев, но и его сотрудники — Б.А.Зобнин, В.И. Шадрин, В.В.Моисеев и другие, впрочем — пока им было до 50 лет. Зимой буксировщиком был автомобиль, а когда появились снегоходы — использовали его. Летали на десантном парашюте типа ПД-47.

Зимой 1978 г. довелось и одному из авторов этой статьи — А.Матвееву — испытать это наслаждение — поболтаться на веревочке на высоте пятиэтажного дома под свист ветра.

Впоследствии нижегородский отряд энтузиастов растаял: кто-то остыл, Моисеев освоил дельтаплан, кто-то, к сожалению, ушел из жизни.

В настоящее время во многих курортных местах катанием на парашюте за катером потчуют всех желающих туристов. Этот увлекательный вид активного отдыха после 20-летнего перерыва опять начинает возвращаться и в наш нежаркий климат.

В конце сентября — начале октября 2001 г. нижегородская телекомпания "Волга" показала сюжет про то, как некий спортсмен в гидрокостюме с парашютом, привязавшись за катер длиной метров 10, пытался стартовать с берега. Катер подходил кормой к берегу, потом давал "полный вперед", спортсмен бежал сначала по суше, потом по воде, ожидая, что парашют его вот-вот поднимет, но катер явно не мог обеспечить необходимой скорости. После третьей неудачной попытки спортсмен замерз и прекратил свой аттракцион.


Так какой же должен быть катер и с какой скоростью ему надо двигаться, чтобы обеспечить устойчивую буксировку парашютиста?

Рассмотрим схему буксировки парашютиста за катером.

Буксирный фал длиной крепится в точке 0 на борту катера. В точке Р находится парашютист. На него действуют сила веса G и, через стропы парашюта, полная аэродинамическая сила R — равнодействующая сил давления на его купол. При обдуве парашюта набегающим потоком воздуха его центральная ось устанавливается на некоторый угол Ф относительно горизонта.

Силу R можно разложить на вертикальную Y и горизонтальную X составляющие: Y = R sinφ и X = R cosφ. Отношение этих составляющих и характеризует аэродинамическое качество парашюта


Спортивные планирующие парашюты имеют удлиненную в виде крыла форму купола и обладают К = 4—6. У десантных парашютов типа ПД-47 с круглым или квадратным куполом эта величина К = 0.8—1.1.

Полная аэродинамическая сила R выражается в аэродинамике как


где CR — коэффициент сопротивления парашюта; ρ — плотность воздуха; S — площадь парашюта.

Опуская расчеты, приведем кривые (рис. 2 и 3), по которым можно получить потребную скорость катера для возможности буксировки парашютиста весом G = 70÷100 кг и буксировочное усилие Х на узле крепления фала в функции угла подъема у для стандартных атмосферных условий (p = 760 мм рт. ст.; t = 15°С). При этом в качестве исходных данных были приняты: ρ = 0.125; S = 20 м²; C_R = 1.2; К = 1.

По этим кривым мы видим, что при заданных характеристиках парашюта подъем спортсмена весом G = 100 кг происходит на скорости V = 9.7 м/с. Сопротивление движению катера от парашюта составляет в этот момент Х₀ = 100 кгс.


По мере роста скорости буксировки происходит увеличение угла подъема у (высоты подъема при заданной длине фала), сил Х₀ и Y₀.

Для расчета характеристик катера минимальных размерений примем при Y = 20° (Н = 34.2 м), V = 12.2 м/с и G = 100 кг сопротивление движению катера от буксируемого парашюта Х₀ = 157.2 кгс и приподнимающую катер силу Y₀ = R sinφ — G = 57 кгс.

Спроектируем требуемый катер в первом приближении. Катер с буксируемым парашютистом должен двигаться со скоростью 12.2 м/с и располагать мощностью, необходимой для собственного движения и преодоления сопротивления парашюта 157.2 кгс.

Мощность, требуемая для преодоления сопротивления парашюта,


где η — коэффициент полезного действия гребного винта, величину которого можно принять равной 0.55.

Предполагаем, что мощность для движения глиссирующего катера водоизмещением D около 1.2 т (см. табл. 1) при гидродинамическом качестве К_к = D/R = 4.5, реальном при глиссировании, составит


Полная потребная мощность



С некоторым запасом примем N = 150 л.с.

Оценив полезную нагрузку, получим длину катера 6 м, ширину 2.2 м; при этом отношение L/B = 2.73 находится в пределах известных глиссирующих мотолодок (2.6-2.8). Катера с большим удлинением способны сохранять продольную устойчивость в более широком диапазоне скоростей, однако необходимость обеспечения буксировки парашютиста со смещением относительно ДП катера — при боковом ветре и на циркуляции — вынуждает нас остановиться на ширине катера 2.2 м при ширине транца 2.0 м.

Для катера (назовем его "Парашютист") применим форму "моногедрон" с углом килеватости от миделя до транца 17° и одинаковой шириной по скуле 2.0 м. Умеренная килеватость позволяет получить достаточно высокое гидродинамическое качество при приемлемых перегрузках на волнении и хорошую остойчивость. Буксировка парашютиста будет проходить, скорее всего, при тихой погоде с волнением не более 0.25 м, так что мореходность катеру потребуется не выше, чем для прогулочного варианта.

Продольные реданы автоматически регулируют смоченную ширину днища в зависимости от скорости. Если бы 6метровый катер проектировался для достижения максимальной скорости под мотором 150 л.с., ближний к скуле продольный редан следовало бы протянуть до транца — сопротивление было бы меньше, скорость — больше. Необходимость обеспечения повышенной остойчивости в начале глиссирования при движении с парашютом, смещенным относительно ДП, принуждает нас обрезать этот редан, не доводя его до транца на 1 м. Второй редан (340 мм от ДП) не доходит до транца на 2 м.

Выполнив расчет сопротивления катера "Парашютист" по методике, изложенной в книге И. Т. Егорова и др. "Ходкость и мореходность глиссирующих судов" (Л., "Судостроение", 1978), получим потребные мощности для движения с буксировкой парашюта на разных скоростях (табл. 2).


Приведенные расчеты показывают, например, что катер "Парашютист" может идти со скоростью 10-12 м/с и буксировать парашютиста весом до 100 кг при угле подъема 20°, что соответствует высоте полета до 34 м при длине фала 100 м. Гребной винт подвесного мотора должен реализовать мощность при этих скоростях.

Расчет дает завышенную величину сопротивления трения на скоростях больше 12 м/с из-за того, что не учитывается уменьшение смоченной поверхности от работы продольных реданов. Реально достижение в прогулочном варианте (без парашюта за кормой) скорости 18 м/с (65 км/ч).

Стойка буксирного фала должна крепиться к катеру чуть кормовее (100-150 мм) его центра тяжести. Тогда сила, возникающая на буксирном фале F₀, будет приводить катер к ветру.

При несимметричной относительно ДП катера буксировке парашютиста на стойку крепления фала действует боковая сила, вызывающая кренящий момент. Оценим величину этого момента. При смещении парашютиста весом 100 кг на угол 10° в плане, величина боковой силы составит 29.1 кгс. Приняв высоту стойки над центром тяжести катера равной 1.0 м, получим кренящий момент 29.1 кгм и восстанавливающий момент 47.8 кгм.

При движении на режиме глиссирования восстанавливающий момент увеличивается в два и более раз (вода становится все более "твердой").

Таким образом, сравнивая полученные величины моментов, можно установить, что (в рамках принятых допущений) при движении катера на режимах буксировки парашютиста со смещением относительно ДП катера его поперечная остойчивость будет обеспечена.

Теперь определим характеристики буксирной лебедки.

Примем диаметр фала d_ф = 10 мм, длину фала L_ф = 100 м. Парашютист весом 100 кг буксируется с углом подъема Y = 20° и усилием на фале F₀ = 167.3 кгс. Учитывая рывковый характер нагрузки на фале, примем расчетное значение F₀ = 1.5·167.3 = 251 кгс.


На барабане диаметром d = 0.1 м и шириной b = 0.3 м можно уложить 112 м фала заданного диаметра в семи слоях. Наружный диаметр с учетом намотанных слоев фала составит d = 0.23 м. Задав окружную скорость барабана U = 0.3 м/с, получим частоту вращения


потребный момент


и потребную мощность привода лебедки


Такую мощность вполне обеспечит автомобильный аккумулятор "12СТ-190".

Можно предложить два способа полета на парашюте за катером.

1) без лебедки: фал, закрепленный на катере и подвесной системе парашюта, выкладывается змейкой на причале, расположенный к нему кормой катер дает ход, набирает скорость 12 м/с, парашютист взлетает, совершает полет и далее посадку на берег;

2) с лебедкой: катер набирает ход 12 м/с, парашютист выходит на стартовую площадку катера (ее длина около 2.5 м), крепит подвесную систему парашюта к фалу лебедки, инструктор выбрасывает парашют в сторону кормы, парашютист взлетает, лебедка разматывает фал. По завершении полета лебедка подтягивает парашютиста на стартовую площадку, инструктор помогает погасить парашют, катер сбавляет ход.

Желаем успешных полетов!