"Ветер странствий", вып. 24 (1989 г.)

Ю.Кужель

Схемы разборных катамаранов

Парусный туризм обладает сочетанием свойств, которые, вообще-то говоря, совместить трудно. Будучи высокотехничным, он в то же время является одним из самых экологически чистых видов туризма. Парусное путешествие, не создавая больших нагрузок на окружающую среду, дарит человеку незабываемые ощущения близости к природе, чувства единства с ней, воспитывает бережное к ней отношение. В то же время парусный туризм дает возможность любому желающему испытать радость технического творчества, оценить на практике, насколько удачна созданная своими руками конструкция. Вот почему все большее число туристов, несмотря на острый дефицит нужных материалов, строят разборные парусные суда.

В основном это катамараны с надувными корпусами, которые по численности выходят сейчас на первое место среди туристских парусников, оттеснив байдарки. В чем причина популярности этих катамаранов? Туристы ценят их за относительную простоту, сравнительно небольшой вес, высокие скоростные качества при достаточном уровне безопасности плавания. Лучшие образцы таких самодеятельных судов по энерговооруженности, уровню спортивности и ряду других качеств приближаются к спортивным яхтам.

В последние 3-4 года, несмотря на то что промышленность серийно выпускает катамаран "Альбатрос" (его прототип - катамаран "Аргонавт" разработан В. Перегудовым), самодеятельное "катамараностроение" приняло массовый характер; появились даже высказывания о "катамаранном буме" в парусном туризме. Год от года все больше катамаранов появляется на соревнованиях, проводимых дважды в сезон на Иваньковском водохранилище (Московском море). Место проведения соревнований известно туристам как, Парусный Берег Московского Моря, организует их комиссия парусного туризма г. Москвы. Большая работа по созданию надежных, быстроходных и безопасных туристских катамаранов была проведена В. Успенским, В. Перегудовым, С. Козловым, В. Кузнецовым, В. Свойенко, К. Федоровым и многими другими. Материал данной статьи основан на этих работах.

Вполне естественно, что самодеятельное строительство приводит к большому разнообразию и конструкций и размеров судов. Но на основании опыта походов и соревнований можно, хотя бы примерно, определить оптимальные пределы размерений главных их узлов и деталей и, что самое важное, соотношения этих размерений. Такие ориентировочные данные представлены в таблице.

Соотношение размерений катамаранов
Площадь парусности  катамарана, м2	Наибольшая величина			Примерный вес, кг
	L, м	L/D	L/B
До 5	4,2	10—11	3	20-40
До 7	5	10—11	2,5	40-65
До 10	5,6	10—11	2,5	60-90
До 13	5,8	10	2,3	60-100
До 15	6	10	2,3	75-110

Где:
L - длина поплавка катамарана
D - диаметр поплавка
B - конструктивная ширина катамарана (расстояние между осями его поплавков).

Примечание. Данные по катамаранам с площадью парусности более 15м² не приведены, так как их строится намного меньше остальных. 

Что представляют собой эти туристские суда? Их надувные корпуса состоят из поплавков с закрепленными на верхней части продольными элементами жесткости, которые соединены поперечными балками, образуя раму. В своей средней и кормовой части рама перекрыта трамплином (тентом) из прочной толстой ткани или - реже - сетки. Корпуса надувных катамаранов могут соединяться по "эластичной" или "жесткой" схемам. Обе разновидности судов обладают своими достоинствами и областями применения (своими "экологическими нишами"). Рассмотрим вопросы устройства катамаранов несколько подробнее.

Силовые схемы катамаранов

Выбор конкретного варианта силовой схемы сразу же обусловливает характерные черты будущего катамарана - как его устройства (типа и площади парусного вооружения, степени сложности конструкции, особенностей отдельных узлов, возможного ассортимента применяемых материалов), так и эксплуатационных свойств - веса, времени сборки-разборки, уровня спортивности, ходовых качеств и пр. Соответственно выбор той или иной силовой схемы и конкретной конструкции судна при его проектировании с самого начала должен определяться не только наличием средств - материальных и денежных, - но и склонностями экипажа. Полезно попытаться сформулировать "конструктивную идею", конструктивную концепцию устройства будущего судна. Четкая концепция помогает провести своего рода функциональный анализ проекта и судов уже построенных, т. е. увидеть все лишнее, определить пути совершенствования узлов и деталей, вызвавших сомнения, и прийти к рациональной, логически завершенной конструкции судна.

"Эластичные" катамараны устроены, как правило, проще "жестких", на их сборку-разборку уходит меньше времени. Хотя их энерговооруженность и соответственно скоростные качества ниже, чем у жестких катамаранов, по эластичной схеме строят надежные и мореходные суда с достаточно высоким уровнем комфортности для экипажа. Продольные элементы жесткости поплавков этих катамаранов чаще всего представляют собой отдельные стрингеры из тонкостенных дюралюминиевых труб. Конструкция рамы позволяет корпусам перемещаться в вертикальной плоскости относительно друг друга (поочередно приподнимать носы корпусов при проходе гребня волны). Благодаря этому катамаран легче "отыгрывается" на волне, его ход становится мягче, снижаются динамические нагрузки на судно. Основным парусом на "эластичном" катамаране является грот, обычно - типа "Стриж". Для него достаточна жесткость нс всей рамы, а ее отдельных узлов. Стаксель (или набор их) играет вспомогательную роль ввиду относительной эластичности силовой схемы судна, так как в сильный ветер трудно в этом случае обеспечить правильность формы работающего стакселя большой площади. Для создания бокового сопротивления применяют как один шверт симметричного профиля, так и два асимметричных боковых шверца, работающих поочередно.

На рис. 1 показана примерная силовая схема "эластичного" катамарана. Стрингеры 1 (продольные элементы жесткости поплавков,) соединены поперечными балками 2, образуя раму. Посередине рамы может устанавливаться продольная балка 3, которая применяется не всегда, но весьма полезна. Она существенно повышает прочность рамы, перераспределяет нагрузки более равномерно и облегчает установку мачты и шверта в оптимальном положении. Балки-раскосы 4, расположенные в носовой части рамы, препятствуют искажению ее формы в горизонтальной плоскости под нагрузкой, т.е. не позволяют прямоугольной раме принять форму параллелограмма. Используются они и при устройстве защитного козырька или кокпита. Серию "эластичных" катамаранов различных размеров, веса и площади парусности построил В. Перегудов. Испытания в самых жестких условиях плаваний показали, что они не только надежны, мореходны и вполне безопасны, но и комфортабельны (чего на катамаранах добиться непросто). 

Следует отметить, что четкую границу между "эластичными" и "жесткими" катамаранами можно провести далеко не всегда: в ряде случаев туристы создают суда, где совмещены удачные конструкторские решения катамаранов обеих схем. 

У "жестких" катамаранов продольные элементы жесткости корпусов и, как правило, мачта имеют вид легких ферм. Силовые элементы такого катамарана соединены с помощью тросовых растяжек в одну пространственную конструкцию, жесткую и прочную. Такое решение позволяет обеспечить высокую энерговооруженность судна, так как на нем можно установить бермудское парусное вооружение большой площади парусности, при работе которого силовые элементы судна испытывают большие нагрузки. Боковое сопротивление судна обеспечивается одним швертом. Мощное и эффективное вооружение делает "жесткие" катамараны зачастую спортивнее и быстроходнее эластичных, близких им по размерам. Чтобы лучше понять особенности работы "жесткой" силовой схемы катамарана, рассмотрим схему "идеального" катамарана, то есть схему упрощенной, чисто условной конструкции судна (автор схемы - И. Булгаков), изображенную на рис.2.

Мачта 1 подвешена в центре рамы, образованной продольными элементами жесткости поплавков - балками 2, носовой поперечный балкой 4 и кормовой балкой 6. Мачта раскреплена стальными тросами; снизу ее поддерживают растяжки 5, сверху они растянуты форштагами 5 и ахтерштагами 7. Мачта не опирается на какую-либо балку, и тем не менее она жестко зафиксирована относительно рамы. Все узлы схемы вместе образуют пространственную конструкцию, не изменяющую свою форму под нагрузкой (в пределах прочности самой слабой детали).

Реальная силовая схема "жесткого" катамарана (рис.3), естественно, сложнее. Здесь мачта 1 стоит на балке 8. Продолжением мачты является упирающаяся снизу в балку стойка (шпрюйт) 9, через нее проходят (и прижимают ее к балке 8) шпрюйтовые растяжки 7, закрепленные в углах рамы, образованной поперечными балками и продольными балками 5 ферм поплавков (фермы являются продольными элементами жесткости поплавков). Сравнительный анализ обеих схем (на рис.2 и 3) помогает уточнить многие вопросы. Прежде всего, можно точнее прикинуть величину и направление нагрузок, приходящихся на поперечные балки. Видно, например, что балка 8 воспринимает не всю создаваемую мачтой (с работающими парусами) нагрузку часть ее воспринимается шпрюйтовым узлом (вспомним: на идеальной схеме мачта вообще не опирается на балку). Наоборот, швертовая балка 10, помимо значительной нагрузки от работающего шверта 11, воспринимает и усилия от вант 6. Несколько разгрузить ее и заодно повысить прочность швертового узла можно, установив шверт по методу В.Успенского - с использованием боковых растяжек 12. Видно также, что в реальной схеме рама будет испытывать скручивающие нагрузки, так как мачта раскреплена не четырьмя штагами, как на рис.2, а форштагом 4 и бантами 6 (из-за чего иногда - при сильном попутном ветре - нос подветренного поплавка может начать зарываться в воду; скручивание рамы можно уменьшить, если отнести вверх точку раздвоения форштага, правда, такой способ затрудняет установку стакселя).

Поплавковые формы "жесткого" катамарана могут быть трубчато-тросовыми (рис.3,а) или трубчатыми (рис.3,б). В первом случае ферма состоит из прямой продольной балки 5, вдоль которой проходят три стальных троса, раскрепленные шпангоутами 15. Нижние ветви шпангоутов охватывают сверху поплавки. Стрингер-тросы 16 проходят по бокам поплавка, леерный трос 17 - над ним. Стрингер-тросы фиксируются на поплавке с помощью приклеенных к нему петель. 

Трубчатая ферма (рис. 3,б) состоит из изогнутой продольной балки 5, лежащей на верхней части П-образного шпангоута 15, согнутого из швеллера или трубы. Диаметр и толщина стрингеров 18 меньше, чем у балки 5. Стрингеры крепятся к нижним концам шпангоутов. На поплавке стрингеры фиксируются так же, как в предыдущем случае.

Катамараны с тросово-трубчатыми фермами поплавков весят меньше судов с трубчатыми поплавками фермами. Зато вторые хотя и тяжелее первых, но более надежны: обрыв даже одного троса поплавковой фермы приводит к почти полной потере жесткости силовой схемы судна, в то время как при разрушении стрингера поплавка жесткость схемы уменьшается не так значительно. Применение на "жестких" катамаранах поплавковых ферм позволяет располагать их трамплины относительно выше от поверхности воды, чем на "эластичных". Благодаря этому короткая крутая волна внутренних открытых водоемов реже достает до трамплина движущегося судна, что облегчает движение и повышает мореходность "жестких" катамаранов.

Поплавки. Они могут быть разных типов. Комбинированный поплавок состоит из наружной силовой оболочки-обтекателя, воспринимающего нагрузки, и внутренней камеры, надуваемой воздухом, от которой требуется только герметичность. Обводы поплавка в этом случае задаются обтекателем; камера может иметь упрощенную по сравнению с ним форму, размеры надутой камеры принимаются на 10-15% больше, чем у обтекателя, это позволяет компенсировать растяжение материала обтекателя под напором камеры и повысить вероятность сохранения ее герметичности при проколе обтекателя. Применение комбинированных надувных поплавков расширяет ассортимент используемых для их изготовления материалов что важно при большом их дефиците; в частности, камеры таких поплавков иногда делают из полиэтиленовой или поливинилхлоридной пленки). Упрощается и сам процесс изготовления поплавков. Ходовые качества катамарана снижают шероховатость работающей в воде части поверхности его поплавков и искажение их формы под нагрузкой (что можно несколько смягчить применением более жесткого материала обтекателя;. это необходимо учитывать при выборе материалов для поплавка.

Поплавок может изготавливаться и одинарным, цельноклееным. В этом случае его материал должен быть не только герметичным, но и прочным и износостойким. Для повышения безопасности такие поплавки можно делить на несколько изолированных отсеков - либо с помощью внутренних перегородок, либо вкладывая внутрь поплавка, до его заполнения воздухом, страховочную емкость, имеющую меньшие размеры, которая надувается первой. Цельноклеенные поплавки, как правило, легче комбинированных и удобнее в эксплуатации. Но их изготовление - работа сложная, требующая определенной квалификации. При неправильном раскрое и склейке материала форма надутого воздухом поплавка может получиться сильно искаженной. 

В свежий ветер, когда скорость катамарана существенно возрастает, жесткость носовой части поплавков может оказаться недостаточной, их носы начнут сминаться. Повысить жесткость в этом месте туристы пытались несколькими способами. Удачное решение разработал В. Успенский. Он вклеивает в носовую часть цельноклееного поплавка две горизонтальные перегородки - одну над другой. При этом не. только повышается жесткость, но и улучшаются обводы поплавков, они легче всходят на волну, что улучшает ходкость и мореходность.

Паруса на катамаране

Начинающие самодеятельные конструкторы нередко стремятся строить крупные катамараны с парусами площадью 20м2 и более, стремясь, прежде всего, иметь скоростное судно. Однако скоростные качества катамаранов, даже при правильно изготовленном и примененном парусном вооружении, зависят не только от площади его парусности, но и от многих других факторов: материала поплавков, их формы, размеров (и, естественно, площади их смоченной поверхности) и степени их жесткости, расстояния между ними; аэродинамического сопротивления катамарана, конструкции и размеров шверта и руля, правильной их установки и т.д. Не вступая в спор о вкусах, следует отметить, что в путешествиях кроме чисто скоростных характеристик судно важен и ряд других его параметров: надежность, безопасность, мореходность, обитаемость, вес, удобства, время сборки-разборки и многое другое. Как показала практика походов и соревнований, хорошим соотношением всех этих качеств и соответствующей популярностью отличается катамаран с площадью парусности 10м2. Грамотно построенные суда этого класса оказались очень подходящими для походов практически по всем нашим внутренним водоемам. Хорошо показали себя они и на соревнованиях. 

У катамаранов с площадью парусности 7м2 скоростные качества похуже, несколько ниже у них и мореходность. Но меньше и вес. Меньшая парусность этих катамаранов - фактор не столь уж важный, так как сильнее всего это сказывается в слабый ветер, когда можно увеличить площадь парусности за счет дополнительных парусов. 

Большие и средние катамараны хороши в сложных и длительных походах, но не столь удобны для походов выходного дня, где важны небольшой вес, компактность в упаковках, небольшое время сборки-разборки. Конструировать отвечающие этим требованиям малые катамараны, казалось бы, легче, чем суда больших размерений. Но только на первый взгляд. В действительности работа конструктора здесь существенно осложняется как тем, что на таких судах ходят и в более длительные походы, так и самой спецификой "мини-катамараностроения". При небольшой площади парусности этих, судов их ходкость, мореходность и безопасность заметно уменьшаются как при слишком больших, так и заниженных размерах поплавков, то есть границы оптимума их размерений довольно узки. Из-за жесткого лимита времени туристы в парусных походах выходного дня более зависимы от капризов ветра, поэтому в ряде случаев малые катамараны делают парусно-гребными. Удобно грести на них байдарочными веслами, но тогда габариты катамарана по ширине не должны превышать 1,2-1,25м. Однако при слишком малом расстоянии между поплавками возрастает их вредное взаимовлияние, снижающее ходкость, да и поперечная остойчивость падает. Большое внимание приходится уделять продольной остойчивости. У катамаранов она сравнительно невелика, поэтому у малых катамаранов при завышенной площади парусности или сниженной длине поплавков весьма реальна опасность опрокинуться через нос в свежий ветер.

Насколько непросто решать подобные проблемы, хорошо видно на опыте установки парусов на гребном катамаране "Инзер-2" (длина поплавков 3,7м, их диаметр 0,37м, конструктивная ширина катамарана - около 0,8м, вес 16кг), особенно в сравнении с такой работой на байдарках, где при грамотном выполнении она дает хороший эффект. Результаты, полученные при модернизации "Инзера-2", нельзя оценить однозначно (автору известны две такие работы, одна из них собственная, обе дали сходный эффект). Гребут на этом катамаране байдарочными веслами. Но по сравнению, например, с байдаркой "Таймень-2" катамаран по гладкой (без волны) воде, когда нет ветра, идет почти втрое медленнее при равных усилиях гребли. При легком встречном ветре он почти не движется, несмотря на усилия гребцов. Неважные ходовые качества - следствие слишком малого расстояния между поплавками и их неоптимальных обводов. Трамплин (тент) на катамаране расположен слишком низко над водой, экипаж забрызгивает и заливает даже при небольшой волне. Делать для защиты экипажа развитый кокпит - значит увеличивать вес судна и, главное, паразитную парусность (аэродинамическое сопротивление), которая у катамарана существенно выше, чем у байдарки. При площади парусности всего 4-5м2 это весьма нежелательно, ставить паруса большей площади - опасно. Обитаемость и комфортность переоборудованного катамарана также ниже, чем у байдарки. Существенно выше у него только цена. Можно ли добиться лучших результатов? Да, если заменить штатные поперечные балки на более длинные и прочные и переделать катамаран по "жесткой" схеме. Но тогда придется отказаться от байдарочного способа гребли, а главное - от купленного за 380р судна останутся в основном одни поплавки. Их размеры и особенно обводы далеко не идеальны. Самодельное судно того же веса можно сделать более ходким, удобным и безопасным, применив более удачные соотношения размерений (см. табл.1).

В беседах как с покупателями, так и с продавцами "Инзера-2" высказывалось мнение» что его покупали бы охотнее, будь он оборудован парусами. Но как показано выше, установка парусов создает больше проблем, чем решает. Спору нет, небольшой и сравнительно легкий парусно-гребной катамаран нужен. Однако степень его успеха у покупателей будет прямо зависеть от того, насколько успешно сумеют конструкторы справиться с трудностями, неизбежными при создании такого судна.

На катамаранах в основном применяются два типа парусного вооружения: на "жестких" - бермудское, наиболее эффективное, на "эластичных" - вооружение "Стриж" (автор - В.Перегудов) и разновидности этого типа вооружения. Для изготовления парусов вооружения "Стриж" можно использовать менее качественную ткань, чем для бермудских, и тем не менее получить парусное вооружение, почти не уступающее бермудскому (если же пошить из этой ткани бермудские паруса, их эффективность будет явно ниже).

Ряд попыток применять паруса в виде крыла (такие паруса обладают высокими аэродинамическими качествами) не получили большого распространения из-за сложности эксплуатации, особенно подъема и спуска паруса.

Большое значение для туристов имеют весовые характеристики разборных судов. Но характеризует катамаран не абстрактная величина его веса - вне зависимости от конструкции; даже соотношение веса и размерений может служить характеристикой судна только с учетом типа и разновидности его силовой схемы и конкретных конструктивных особенностей. Следует отметить, что в самодеятельном катамараностроении разнообразие типов силовых схем и их разновидностей не исчерпывается описанными выше. Выбраны для описания они из-за того, что суда, построенные по таким схемам, отличаются простотой, лаконизмом и завершенностью конструкции и высокой весовой культурой проектирования (т. е. соблюден принцип минимум веса при максимуме прочности и надежности).

Характеристики подобных судов приведены в таблице. В длительных походах все они рассчитаны на экипаж из двух человек, кроме последнего судна, являющегося одноместным.

Весовые характеристики катамаранов
Название (конструктор)	Тип силовой схемы (разновидность)	Тип парусного вооружения	Площадь парусного вооружения S,м2	Вес P,кг	P/S
(И. Александров, И. Булгаков)	жесткая (трубчато-тросовая)	бермудское	20	75	3,75
Кентавр (В. Успенский)	жесткая (трубчато-тросовая)	бермудское	19,5	88	4,5
Порыв (Н. Кузнецов)	жесткая (трубчато-тросовая)	бермудское	13	60	4,6
Феникс (К. Федоров)	жесткая (трубчато-тросовая)	бермудское	10(15)*	80	8(5,3)
Арбалет (Н. Крочак)	жесткая (трубчато-тросовая)	Стриж	7	40	5,7
Аргонавт (В. Перегудов)	эластичная	Стриж	8,5	55	6,5
Альтаир (В. Перегудов)	эластичная	Стриж	4,5(7)*	35	7,8(5)
(А. Бабенко)**	эластичная	Стриж	4,2	20	4,8

Примечания: * - площадь парусности при использовании дополнительного стакселя; ** - катамаран одноместный. 

Информация о некоторых из этих судов напечатана. "Эластичные" катамараны описаны в книге В.Перегудова "Туристские разборные парусные суда" (М, ФиС, 1987г.), катамараны В.Успенского - в книге "Снаряжение туриста-водника" (М, Профиздат, 1986г.) и журнале "Катера и Яхты" №98, катамаран Н.Кузнецова - в журнале "Моделист-Конструктор" №7, 1987г.