Из истории проектирования разборных парусных судов

Разборные парусные суда, то есть яхты, приводимые в движение силой ветра и в целях транспортировки по суше либо хранения трансформируемых в компактное транспортное положение можно условно разделить на две категории: обитаемые (туристские) яхты и пляжно-спортивные, грань между которыми весьма условна. Однако в данной работе будут рассматриваться лишь те, которые можно хотя бы частично причислить к первой категории.

Намеревающийся проектировать подобное судно конструктор должен осознать, что главные эксплуатационные свойства такой лодки — ходкость, мореходность и транспортабельность — требуют от конструкции прямо противоположных параметров. Мнения ведущих дизайнеров разборных лодок на этот счет расходятся. Одни предпочитают принести в жертву одно из свойств, другие найти компромисс, жертвуя от каждого понемногу.

Первые разборные туристские яхты, появившиеся на наших водоемах 35 лет назад, были копиями неразборных, но с мягкой обшивкой и складывающимся набором. Это были швертботы и парусные байдарки польской постройки и несерийного изготовления. Швертботы имели неплохие ходовые качества, но транспортабельность и мореходность их была неудовлетворительной. Байдарки были более транспортабельны и имели хорошую ходкость, однако мореходность и безопасность эксплуатации не соответствовали требованиям яхтсменов-туристов.

В последующие годы проводилось немало попыток оснащать парусами различные надувные лодки традиционной "О" и "U" образной формы. Это привело к созданию разнообразных яхт с отличной мореходностью и транспортабельно-стью, но очень плохими ходовыми качествами. Широкое распространение и доступность байдарок с мягкой оболочкой привело к возникновению большого количества построенных на их основе многокорпусников. Эти катамараны и тримараны, несмотря на невысокие эксплуатационные характеристики, были очень популярны среди туристов-яхтсменов, так как оказалось, что многокорпусник позволяет наилучшим образом разрешить присущие конструированию разборного судна проблемы. Дальнейшее развитие идеи разборного многокорпусника привело к тому, что в настоящее время катамараны и тримараны, у которых в качестве корпусов используется надувной баллон (пневмокорпуса) полностью вытеснили из флота разборных яхт все другие конструкции. Причем катамараны более распространены, чем тримараны. О них и пойдет речь далее.

Первыми каркасно-надувными парусными катамаранами были плоскорамные сплавные суда, дооборудованные парусным вооружением. Позже появились специально спроектированные под парус надувные многокорпусники. В процессе конструирования можно условно выделить два основных направления - конструирование силовых схем и общего дизайна. Отдельно стоят вопросы конструирования корпусов, парусного вооружения и органов управления.

В истории развития проектирования разборных парусных многокорпусников отчетливо прослеживаются три основных направления, три школы, имеющие свои традиции, определяющие основные концепции конструирования. Имеются ввиду школы, основанные В. Перегудовым, В.Н. и М.Н. Успенскими и В. Феденюком. (Хотя, уверен, многие будут это отрицать, заявляя, что их детище совершенно оригинально и ничего общего с вышеперечисленными школами не имеет. В редких случаях это действительно так, но автор имеет в виду конструкции, которые существуют не в единственном экземпляре, а многократно копирующиеся и получившие более или менее широкое распространение. Исключением из этого правила является детище завода Энергомаш - "Простор". Это судно, видимо проектировалось назло всему положительному опыту проектирования подобных яхт, и как следствие - получены хорошо всем известные качества.)

Валерий Перегудов известен как популяризатор парусного туризма и основатель концепции конструирования парусных разборных катамаранов с эластичной силовой схемой. Его детище "Аргонавт" удостоилось быть единственным пригодным для туризма разборным судном, которое выпускалось большими промышленными партиями под торговой маркой "Альбатрос". Это судно до сих пор составляет большую часть туристского парусного флота. В основе предложенной им концепции судостроения лежит идея, что из трех китов определяющих эксплуатационное качество судна (ходкость, мореходность, транспортабельность), наименее важным является ходкость (куда спешить туристу?) и ее можно смело принести в жертву транспортабельности и мореходности, причем из мореходности также не стоит делать культа, так как турист всегда имеет возможность переждать непогоду на берегу.

Другого мнения придерживались популяризаторы концепции судов с жесткой силовой схемой братья Успенские. Поставив во главу угла динамические качества, им удалось создать семейство жестких катамаранов (серия "Кентавр" и их различные модификации), которые обладали изумительными ходовыми качествами, однако мореходностью (и надежностью, как одной из составляющих мореходности) пришлось пожертвовать.

Попытку найти компромисс между двумя вышеописанными концепциями предпринял дизайнер из Луганска Виктор Феденюк, и поначалу это вроде как удалось — возникло семейство мореходных и скоростных катамаранов "Странник" . Однако дальнейшая разработка данного проекта, которая велась по направлению увеличения мореходности, надежности и безопасности, привела к появлению "выжимателей ветра", для которых понятие "шторм" вообще не существует. Жертва была принесена - ей стала транспортабельность.

Когда начинают проектировать разборное судно, как правило сначала определяют основную идею и общую концепцию будущего проекта: назначение судна, предполагаемые условия эксплуатации, число членов экипажа, площадь парусности, главные размерения. По этому вопросу существуют различные мнения. Так, приверженцы "Перегудовской" школы парусного туризма для экипажа 3-4 человека предлагают лодку длинной до 5 метров и площадью парусности 7-10 метров, Успенские рекомендовали для экипажа 2 чел. длину 5-6 метров и парусность 13-20 кв.метров , а большинство лодок построенных по проектам Феденюка при длине 6 метров и экипаже 4чел. несут от 12 до 22 метров парусности.

Таким образом, энерговооруженность колеблется от 2,5 до 10 метров парусности на человека. При подготовке проекта лодки, которую предполагается эксплуатировать на озерно-речных акваториях в благоприятных погодных условиях выбор основных размерений шире, чем для мореходных лодок. Вес этих "речных" судов удается снизить, а ходкость увеличить за счет корпусов большого удлинения. Если проектируется всепогодная лодка, то границы вариаций ее размерений ограничены 5,5-6,5 м. при ширине около 3 м. и с макс. сечением пневмокорпуса не менее 450 мм. При этом известно, что "длина бежит" и ходкость длинной лодки больше чем у короткой, при равных прочих характеристиках.

Сводная таблица характеристик

Наибольшую популярность завоевали суда с S пар. 10-13 кв.м. L=5-6м и В=2,5-3м, которые в зависимости от сложности путешествия берут на борт от 2-х до 4-х человек (а в прогулочном варианте и более). Эти размерения позволяют сконструировать в меру быстроходный и достаточно мореходный катамаран, имеющий сравнительно небольшой вес, который приходится переносить при транспортировке одному человеку (и составляет 30 - 50 кг.) Увеличение или уменьшение размеров судна в сравнении с выше указанным усложняет проектирование и удельный вес на человека (при сохранении удовлетворительных мореходных и ходовых качеств) может увеличиться. Однако, многих дизайнеров не смущает этот фактор и можно увидеть мореходные каркасно-надувные катамараны с размерами значительно отличающимися от оптимальных и тем не менее обладающие прекрасными эксплуатационными характеристиками.

Вторым этапом проектирования обычно является выбор силовой схемы, которая включает силовые схемы поплавков, моста и парусных вооружений (в удачных случаях они составляют единое целое). В "эластичных" многокорпусниках это отдельные трубчатые элементы работающие на изгиб. В "жестких" - фермы, состоящие из трубчатого элемента, работающего на сжатие и тросового, работающего на разрыв (либо три трубчатых элемента завязанных в геометрически жесткую ферму). Необходимо отметить, что для эластичных схем необходим упруго изгибающийся материал (Д16Т или аналог),но он подвержен коррозии в морской воде и требует защиты гальваническим покрытием, а для работающих на сжатие элементов жесткого катамарана можно применять менее дорогостоящие материалы. Эластичные схемы могут быть только плоскими, и клиренс такой лодки определен только D поплавка (корпуса).

Известно, что завышение D положительно влияет на мореходность и грузоподъемность но отрицательно на ходкость и маневренность (управляемость). Жесткие схемы позволяют поднять палубу над уровнем корпуса, имеют меньшую массу и позволяют нести более эффективные вооружения, не деформируются на скорости и при крене. В то же время эластичные схемы более технологичны, транспортабельны и просты в сборке. Как показало ближайшее рассмотрение всего разнообразия разборных многокорпусников, практически все из построенных по эластичной схеме полностью или большей частью вписываются в "Перегудовскую" концепцию конструирования, если не является sistership одного из его судов.

Напротив, суда построенные по жесткой схеме отличаются огромным разнообразием и выбрать из них оптимальные довольно сложно. Поэтому главным критерием оптимальности будем считать частоту реализации того или иного проекта. Если по одному и тому же проекту разные изготовители в разное время строят более 4 судов его можно считать удачным.

Силовые схемы мостов и парусных вооружений у "жестких" катамаранов практически одинаковы во всех проектах и представлены так называемым шпрюйтовым "пауком", т.е. системой из 4-8 шпрюйтов с точкой приложения в месте крепления степса мачты. В эластичных катамаранах мачта опирается либо на подкрепленную единственным шпрюйтом подмачтовую балку, либо на центральную продольную балку, распределяющую нагрузку между элементами моста.

Силовая схема парусного вооружения, призванная обеспечивать работу парусов, определяет их расположение и форму. В нее входит рангоут, стоячий такелаж и связанные с ними элементы моста и поплавковых ферм. На эластичных судах дизайнеры предпочитают использовать паруса с автономной силовой схемой, жесткость которых не зависит от жесткости корпуса, а натяжение стоячего такелажа определяет не форму парусов, а лишь их расположение потому что прочность и жесткость корпуса яхты не позволяет увеличивать степень набивки стоячего такелажа.

Напротив, в "жестких" лодках силовые схемы мостов и поплавковых ферм активно включают в системы, призванные участвовать в обеспечении эффективной формы парусов. Во всех случаях силовая схема парусного вооружения включает в большинстве случаев одну мачту, один форштаг, прикрепленный либо к шпрюйту соединяющему поплавковые фермы, либо к бушприту, образованному центральной продольной балкой. И двух бакштагов (вант), также крепящихся либо к шпрюйту, закрепленному между оконечностями подмачтовой и одной из кормовых балок, или прямо к продольной поплавковой ферме. Во всех случаях точки крепления стоячего такелажа приближены к точкам крепления шпрюйтов "паука" для компенсации действующих нагрузок.

По месту крепления такелажа к мачте оснастка может быть либо топовой (для мачт с парусом прикрепленным с помощью кармана) либо иную (7/8, 3/4 и др.) для мачт с лик пазом. Мачты могут быть подкреплены краспицам и ромбовантами, также распространены поворотные и профильные мачты, редко - мачты-крылья. Иногда на эластичных лодках применяют силовые схемы парусных вооружений без стоячего такелажа. Мачты в этих случаях установлены в разного рода "стаканы" жестко завязанные в силовую схему моста или подкрепляются жесткими раскосами, заменяющими стоячий такелаж. Некоторые дизайнеры используют в проектах эластичных лодок Л - образные мачты, или мачты подкрепленные жестким штаг пирсом, что позволяет значительно разгрузить мост катамарана.

Оригинальный проект жесткого катамарана и тримарана используется в серийном производстве новосибирского дизайнера А. Кулика: на традиционный мост эластичного судна установлена жесткая пирамидальная конструкция, вершина которой и является степсом мачты, а нижние вершины - точками крепления стоячего такелажа.

Силовые схемы корпусов "эластичных" лодок - это как правило два (реже один) трубчатый стрингер, к которым и крепится баллон (поплавок, пневмокорпус), зато поплавковые фермы "жестких" лодок дают настолько широкий простор для конструкторской мысли, что каждый дизайнер вносит свою лепту в их конструирование. Выделяют три основных типа поплавковых ферм: тросовые, трубчатые и комбинированные. Первые наиболее удачные жесткие" лодки строились с тросовыми фермами. Это различные разработки братьев Успенских и их дальнейшие модификации в соавторстве с Кузнецовым. Эти суда были довольно удачными, их чертежи публиковались и были многократно воспроизведены. Однако опыт эксплуатации показал, что надежность таких ферм недостаточна, места стыков поплавковых ферм с поперечными балками сильно ослаблены за счет прорезания в них больших отверстий. Тросовые стрингера не обеспечивают форму корпуса и баллон получается с перетяжками по месту установки стрингеров, что отрицательно влияет на гидродинамику поплавка.

Более простая и надежная схема предложена В. Феденюком в модели "Странник-2". Стрингер был опущен до уровня баллона и верхний стрингер-трос фермы исключен из конструкции, а шпангоут сконструирован более прочным, устойчивым и не ослабляющем балку. Хорошие тросовые фермы предложили киевляне Лукьянов и Филь, но наличие в них сложных в изготовлении сварных узлов делают их технологически непривлекательными для производителя.

Одновременно широкое распространение получили катамараны с трубчатыми фермами. Наиболее часто можно встретить фермы разработанные Козловым и усовершенствованные в дальнейшем Святенко, а также различные их модернизации. Они получились настолько удачными, что в течении многих лет в Москве строились только такие суда. Эти фермы более тяжелые и менее жесткие, чем тросовые, зато значительно более надежны и не искажают форму пневмобаллона. Эти фермы позволяют безболезненно увеличивать клиренс без увеличения диаметра поплавка. Однако большим недостатком является технологическая сложность этой фермы, а также неудачно спроектированные стыки, концентрирующие нагрузки и ослабляющие мост катамарана в целом.

Более удачную трубчатую ферму сконструировал ленинградский коллектив: С. Корбан, А. Лебедев, А. Панич, но она не получила широкого распространения. Можно встретить и упрощенные конструкции трубчатых ферм: так в катамаране "Гуляльный" В.Феденюка вместо шпангоутов применены просто стойки-пиллерсы, соединенные с балками с помощью простых книц. Подобные шпангоуты, но с применением сварных узлов применены и в Жуковском катамаране "Фиорд" конструкции В.Пихтарева.

Комбинированные схемы не получили широкого распространения. Единственную очень удачную комбинированную ферму разработал В.Феденюк в проекте "Странник -3, который продолжают неизменно копировать вот уже более 6 лет. Эта ферма очень прочная и жесткая, и главное практически не имеет мест концентрации нагрузок. Недостатком ее является слишком объемный и неудобный в транспортировке шпангоут и то, что от тросовой схемы ферма унаследовала тенденцию искажать формы корпуса в местах крепления шпангоута.

Наиболее сложный и ответственный момент в проектировании разборных парусных судов - это конструирование надувных элементов конструкции. Пневмокорпус - это основной элемент, который и определяет отличия разборного многокорпусника от традиционного парусного катамарана. От него зависят все основные эксплуатационные качества лодки. Над конструкцией пневмокорпуса довлеют технологические и финансовые возможности производителя. Изготовление при несерийном (штучном) производстве пневмобаллона с применением "настоящего" материала и технологий его склейки весьма дорого и по цене превосходит все остальные затраты на постройку судна. Поэтому до сих пор продолжают использовать хорошо отработанные в прошлом двухслойные (камерные) технологии изготовления корпусов, когда внутри оболочки изготовленной из тентовой ткани (PVC на капроновом корде) размещается камера из прорезиненной ткани или пленки.

В прошлом предпринимались многочисленные попытки изготовить бескамерный пневмокорпус, как при штучном, так и при серийном (Альбатрос, Простор) производстве. Однако все они потерпели неудачу - даже дублированные прорезиненные ткани не обеспечивали удовлетворительных эксплуатационных качеств. Использование современных "лодочных" PVC, хайполона и т.п., а также и патентованных технологий позволяют получить идеальные эксплуатационные качества бескамерного корпуса, но стоимость такого корпуса как уже говорилось очень велика.

Вопросы соотношения объема, формы и размеров корпуса в зависимости от водоизмещения, назначения и условий эксплуатации тщательно исследованы В Перегудовым и описаны в его печатных трудах. Однако многие дизайнеры проектируют узкоспециализированные многокорпусники с однобоко-гипертрофированными качествами. Так у сверхскоростных латвийских судов (дизайнер Ступин и Загнибеда) применяются корпуса чрезвычайно большого удлинения, неприменимые при сколько-нибудь значительном волнении, напротив в катамаране Георгий Победоносец -2 (дизайнер Гранкин) используются корпуса очень большого диаметра, что плохо влияет на ходкость этой лодки.

По форме пневмобаллоны всех конструкторов стремятся к каким-либо ламинированным гидродинамическим профилям, однако встречаются и упрощенные цилиндрические с заостренными оконечностями баллоны. Кормовые оконечности встречаются как транцевого, так и вельботного типа, и хотя этот вопрос вызывает оживленную полемику в среде дизайнеров разборных судов, ближайшее рассмотрение показывает, что форма кормы зависит лишь от конструкции рулевого управления: вельботная при центральном расположении руля и транцевая для рулей, разнесенных по корпусам.

Для улучшения гидродинамики корпусов некоторые дизайнеры прибегали к разного рода внутренним переборкам, призванным сделать сечение баллона отличным от круглого. Реже применялись корпуса, состоящие из двух расположенных в вертикальной плоскости баллонов разного диаметра. Предполагалось, что нижний баллон малого сечения и следовательно большого удлинения, увеличит ходкость на спокойной воде, а верхний, большого сечения - увеличит мореходность в штормовую погоду. Однако ни те, ни другие решения не получили широкого распространения из-за сложности в изготовлении и эксплуатации. Шире распространены всевозможные жесткие элементы для придания формы оконечностям корпуса.

Е.Антонов

(год подготовки статьи неизвестен, ориентировочно 1997-8).

Список использованной литературы:
1. Перегудов В. Туристские разборные парусные суда. М, ФиС, 1987г.
2. Успенский В. в кн. Снаряжение туриста водника. М, профиздат, 1986.
3. Успенский В. в журн. Катера и яхты 98
4. Кузнецов Н. в журн. Моделист-конструктор, 7 за 87г.
5. Кужель Ю. в альм. Ветер Странствий 24.