МОТОРНЫЕ КАТАМАРАНЫ

ДЕЛАЕМ КАЮТНЫЙ КАТЕР

Кабина, а по-морскому «рубка» или даже «каюта», должна обеспечивать защиту команды туристического судна от брызг и дождя и не чувствовать дискомфорта. Быть при этом разборной и легкой, насколько это возможно. Напомню, что снаряженный вес плавсредства, чтобы оно оставалось в категории не подлежащих регистрации, не должен превышать 200 кг. В качестве основного материала я решил использовать монолитный листовой поликарбонат толщиной 3 мм. Прозрачный для передней стенки и матовый для крыши. Листы поликарбоната соединены между собой рояльными петлями. Поликарбонат такой толщины материал прочный, но весьма гибкий, поэтому для обеспечения жесткости его листы окантованы дюралевыми уголками. К сожалению, при установке рубки приходится отказаться от кронштейна переднего мотора.

Окончательный вариант конструкции катамарана представлен на чертежах. Весовая сводка в варианте с закрытой рубкой и самым мощным мотором поплавки — 2 х 36 кг; носовая палуба мостика — 8,5 кг; кормовая палуба — 17 кг; перемычка между палубами — 4,5 кг; кронштейн подвесного мотора — 5,0 кг; складная кабина — 15.8 кг; бортовые поручни — 2 х 3,5 кг; леерное ограждение со стойками крепления кабины — 2 х 2,0 кг; сиденья — 2 х 4,2 кг; багажный ящик носовой — 3,2 кг; багажные ящики кормовые — 2 х 1,6 кг; весла — 2 х 1,0 кг; подвесной мотор «Волгарь-15» — 29 кг; топливный бак на 24 л — 2,2 кг. Итого, снаряженная масса катамарана без топлива — 181,8 кг. Остаток от предельно допустимых 200 кг можно потратить на запас бензина. Объем двух поплавков (отсеков плавучести) равен 0,8 м³. В этом случае допустимое водоизмещение с коэффициентом безопасности 0,75 составляет 0,75 х 0,8 х 1000 = 600 кг. В результате, полезная грузоподъемность нашего катамарана 600 — 200 = 400 кг. Не стоит удивляться тому, что этот показатель выше, чем у американского прототипа — в нем используются тяжелый 25-сильный ПЛМ Evinrude Е25 с электростартером (80 кг), плюс примерно 20-килограммовый аккумулятор.

ХОДКОСТЬ КАТАМАРАНА

Craig Cat изначально задумывался как скоростной глиссирующий катамаран. Вот и мне хотелось разогнать свою самоделку хотя бы до минимальной скорости глиссирования. Критерием глиссирования служит, как известно, безразмерное число Фруда, рассчитываемое по формуле

где V — скорость катера в м/с, D — его водоизмещение в тоннах, g = 9,81 м/с. Физический смысл числа Фруда — отношение гидродинамических сил, поддерживающих глиссер, к гидростатической силе Архимеда. Условно принято считать, что полноценное глиссирование начинается при Fr > 3. При Fr < 1 имеет место водоизмещающее плавание с незначительным волнообразованием. Самый неприятный и неэффективный с точки зрения расхода топлива — переходный режим при числе Фруда от 1 до 3. В переходном режиме гидродинамических сил еще недостаточно для поддержания катера, но уже происходит сильное волнообразование. Понятно, что скорость выхода на глиссирование зависит от полной массы (водоизмещения) катера. Для данного катамарана с собственной массой около 200 кг (0,2 т) можно принять полное водоизмещение приблизительно равным 0,3 т с экипажем из одного человека и 0,4 т с двумя людьми и багажом. Скорости, соответствующие числам Фруда, равным 1 (начало переходного режима) и 3 (начало глиссирования), приведены в таблице. Таким образом, глиссирование моего катамарана начинается со скорости около 30 км/ч. Такую скорость он уверенно развивает с мотором мощностью от 15 л.с и более, то есть для выхода на глиссирование ему необходимо примерно 40 л.с на одну тонну веса. В то же время известно, что обычные двухместные мотолодки уверенно глиссируют с моторами мощностью 8-10 л.с,, то есть им достаточно 25 — 30 л с. на одну тонну.

Зависимость скорости катамарана от числа Фруда

ПОЧЕМУ ВСЕ ТАК ПЛОХО?

Как уже говорилось, схема и конструкция катамарана типа Craig Cat противоречат основным правилам мелкого судостроения. Поплавки расположены настолько близко друг к другу, что не просто вредно взаимовлияют на волнообразование, но и образуют между собой мощный бурлящий поток воды, на создание которого, естественно, тратится мощность мотора, и немалая. Приблизительные расчеты показывают, что при таком расположении поплавков скорость этого потока может в полтора раза превосходить скорость катера.

Допустим скорость катамарана 20 км/ч, тогда винт его мотора работает между поплавками в потоке со скоростью до 30 км/ч. Действительно, практика подтверждает, что лучшие результаты по скорости достигаются с винтами самого большого шага. Например, «Ветерок-8» прекрасно работает с винтом от «Ветерка-12», что совершенно исключено на однокорпусной лодке (Кстати, мощный поток воды между корпусами существенно улучшает устойчивость катамарана на курсе. В первоначальной версии моего катамарана поплавки имели довольно высокие кили-плавники, но я их спилил «под корень» за ненадобностью.)

Другая проблема связана с волнообразованием в тоннеле между поплавками. Там происходят очень интересные явления, которые можно не только наблюдать своими глазами, но и рассчитать теоретически. Длина волны А, создаваемой катером, движущимся со скоростью V, равна λ=2πV²/g. Тогда при скорости, равной примерно 10 км/ч (2,8 м/с), длина волны составит примерно 5 м, и место, где установлен подвесной мотор, попадает как раз во впадину волны. Большие моторы проходят эту критическую точку без проблем, хотя иногда на волнении и «прохватывают» винтом воздух, а у маленьких, мощностью 2-3 л.с., винт оголяется. Для таких моторчиков пришлось изобретать специальный кронштейн меньшей высоты.

Вторая критическая точка достигается при скорости примерно 15 км/ч (4,2 м/с). Соответствующая длина волны составляет 11,3 м, и мотор попадает прямо на ее гребень. При этом в «ногу» по всей ее высоте бьет мощный поток воды, на преодоление которого и тратится почти вся мощность. Для моторов мощностью до 10 л.с эта скорость будет предельной. Более мощные эту точку преодолевают, корма приподнимается, и мотор из воды все-таки выходит.

Однако было бы ошибкой считать, что Craig Cat выводится на глиссирование только «грубой силой», выдаваемой 25-сильным ПЛМ. У него есть хитрые приспособления, хорошо видимые на фотографиях с кормового ракурса. Во-первых, мотор имеет регулируемый электроприводом угол откидки. Алгоритм его регулирования мне неизвестен, но можно предположить, что при выходе на глиссирование этот угол уменьшается, что позволяет приподнять корму и уменьшить «замывание» мотора. После выхода на режим угол откидки целесообразно увеличить, чтобы создать необходимый ходовой дифферент. Во-вторых, между поплавками заметна управляемая гидролыжа, также предназначенная для уменьшения «замывания» мотора на переходной стадии.

Я тоже немного поэкспериментировал с подобной гидролыжей, только без дистанционного управления, конечно. Действительно, при недостаточной мощности мотора (10 — 11 л.с.) она облегчает выход на глиссирование, но при малейшей ошибке в высоте ее установки винт «хватает» воздух на волнении и в поворотах. Честно говоря, я так и не добился оптимального положения этой лыжи, а потому решил пока просто использовать мотор большей мощности.

МОРЕХОДНОСТЬ

Понятие «мореходность» включает в себя всхожесть на волну, заливаемость, забрызгиваемость и ветрозащищенность. Заливаемость для поплавкового катамарана отсутствует вовсе, поскольку заливать здесь нечего. Проблему забрызгиваемоести и ветрозащищенности я решил установкой кабины-рубки, а вот со всхожестью на волну все не так просто. В частности, она зависит от обводов и высоты борта в носовой части. У поплавков по типу Craig Cat нет ни обводов (они совершенно плоскодонные), ни высоты борта. Как же этот катамаран преодолевает волну?

Как известно, самая опасная волна — эта та, длина которой примерно совпадает с длиной судна. Для моего катамарана это 3 — 4 м. Как раз такая волна характерна для наших больших озер, в том числе Онежского. Скорость такой волны составляет, по уже указанной формуле, — 2,2 — 2,5 м/с (8-9 км/ч). Допустим, катамаран движется навстречу волне длиной 4 м с собственной скоростью 4 м/с (примерно 15 км/ч). Расстояние между гребнями волн он проходит за 4 / (4 + 2,5) = 0,6 секунд. Конечно, за такое время его дифферент не изменится, катамаран будет встречать волны поднятыми носами поплавков и весело прыгать по волнам. Конечно, забрызгивние будет грандиозным, но если вода не холодная, это воспринимается как вполне безопасный аттракцион.

На попутной волне все значительно хуже. При тех же условиях — собственная скорость 4 м/с, скорость волны 2,5 м/с — катамаран проходит между гребнями волн за 4 / (4 — 2,5) = 3 с. За эти три секунды он успевает «нырнуть» носом и врезаться плоскими лыжами-поплавками в следующую волну со скоростью 4 -2,5 = 1,5 м/с. Ощущения, надо сказать, непередаваемые! Создается впечатление, что судно стремится уйти под воду, как субмарина, или перевернуться через нос.

Движение под углом к волне не спасает. Мало того — появляется реальная возможность нырнуть под воду только одним из поплавков и опрокинуться через борт. Попав несколько раз в такие «приключения» на Кубенском и Онежском озерах, мы нашли решение. Необходимо всего лишь снизить скорость до скорости волны, то есть «притормозить» до примерно 10 км/ч. Тогда катамаран вновь превращается в мирно покачивающийся на волнах плот, и даже забрызгивание почти полностью прекращается.

Несмотря на то, что ситуацию оказаться в аварийном режиме можно предвидеть и легко избежать, само наличие такой возможности — это уже потенциальная опасность. И она могла бы стать препятствием, например, если бы кто-то захотел сертифицировать такой катамаран как коммерческое транспортное средство. Лучше все-таки не брать пример с американцев и изменить обводы носовых частей поплавков, увеличив в этом месте высоту борта, или загнув их вверх, как у водных лыж.

Подведем итоги. Конечно, компактные моторные катамараны с жесткими поплавками имеют как достоинства, так и недостатки — порой даже существенные Вместе с тем, повторюсь, данная схема предоставляет уникальную возможность в рамках 200 кг «транспортабельного» веса создать весьма комфортабельное за счет большой площади палубы, довольно быстроходное за счет возможности установить мощный мотор, и вполне мореходное, если не делать ошибок, плавсредство.

Григории ДЬЯКОНОВ для сайта modelist-konstruktor.com