Технические науки / 2.Механика

Тихончук Т., Филиппова А.И., Цепаев Д.В., Балашов М.Г.

Севастопольский национальный технический университет, Украина

БЫСТРОХОДНЫЕ СУДА

Погоня за скоростью на море всегда носила одно из приоритетных направлений развития судоходства. Достаточно вспомнить борьбу пассажирских судов пересекавших Северную Атлантику за "Голубую ленту Атлантики". Соревнование было начато в 1840 г. судном "Британия", имевшим скорость 10,7 уз, и закончилось в 1952 г., когда лайнер "Юнайтед Стэйтс", развив среднюю скорость 36 уз. Этот рекорд был побит только 20 июля 1998 года катамараном "Sea Cat" австралийской компании "In Cat", который имел волнопронизывающие корпуса, при его перегоне к месту работы в пролив Ла-Манш в восточном направлении. Во время перехода средняя скорость хода составила 41 узел.

Первые опыты в области проектирования "парящего" судна проведены в 1872 году в Англии. Эксперименты в опытовом бассейне показали, что при большой скорости корабль будет скользить днищем по поверхности воды и испытывать при этом гораздо меньшее сопротивление по сравнению с обычными судами. В 1897 году в Англии на Темзе испытывается первое самоходное глиссирующее судно – две байдарки, соединенные четырьмя рамами. Под днищем каждой байдарки укреплены одна за другой четыре пары досок, угол наклона которых к уровню воды можно регулировать. На помосте, положенном поверх байдарок, стояла 10-сильная вертикальная двухцилиндровая паровая машина. Опыты на Темзе показали, что при полном водоизмещении 275 кг глиссер достигал скорости 38 км/час.

На рисунках 1 показан пассажирский глиссер 20-30 годов ХХ века. К 1930 году уже существовало несколько регулярных речных линий, по которым ходили глиссеры: в Европе – по Дунаю, Эльбе, Рейну, Сене, Роне, и в Америке – по рекам Колумбии и Аргентины.

Рисунок 1 – Один из реданных пассажирских глиссеров двадцатых годов

В число быстроходных судов входят однокорпусные и многокорпусные суда (глиссирующие и волнопронзающие), суда переходного режима движения, глиссеры (в т.ч. с воздушными винтами), суда на подводных крыльях, суда на воздушной подушке, экранопланы, суда с малой площадью ватерлинии. Глиссирующие суда теперь можно встретить практически на всех широтах. Пока они еще в основном выполняют роль прогулочных и туристских судов, разъездных и служебных катеров или являются небольшими транспортно-пассажирскими судами, скоростными спортивными и военными катерами. Все это мелкие суда, легкой конструкции, водоизмещением 200–300 т. Но и в этом классе уже существуют суда водоизмещением почти в 2000 т, которые не смотря на свой внушительный вид бьют рекорды по скорости.

Футуристически выглядящий катамаран преодолел расстояние от Хобарта до Англии со средней скоростью 67,8 км/час, побив все рекорды легендарных трансатлантических лайнеров – обладателей "Голубой ленты". В том же году Hoverspeed Great Britain с почти такой же скоростью пересек Атлантику, завоевав кубок Hales Trophy и продемонстрировав, что катамараны "прорезатели волн" от Incat могут считаться настоящими морскими судами, получившие за рубежом обозначение WPC (wavepiercing catamaran).

Одной из характерных конструктивных особенностей WPC, в значительной степени определяющей их высокие ходовые качества, является применение предельно узких бортовых корпусов 4,33 м, благодаря чему их относительное удлинение возрастает до 17-18; это приводит к снижению волнового сопротивления судна на расчетном режиме. Наличие на носовой половине судна "среднего" надводного корпуса-волнолома, обеспечивающего дополнительную плавучесть при ходе на волнении, обеспечивает повышение мореходности катамарана – снижает вертикальные перемещения и ударные нагрузки при встрече с волной, в результате чего возрастает комфортность пребывания на судне пассажиров. Фирма построила серию из пяти катамаранов подобного типа длиной 73,65 м и выше. Самый крупный катамаран этой серии “Devil Cat”, построенный в 1997 г., имеет следующие основные характеристики и главные размерения – 91,3х26,0х3,7 м; дедвейт – 400 т; вместимость – 900 пассажиров, 240 автомобилей. Четырехвальная дизельная ЭУ суммарной мощностью 28 320 кВт, осуществляющая привод четырех водометов голландской фирмы Lips–LJ145D, обеспечивает эксплуатационную скорость хода 43 узла и максимальную (при уменьшенной нагрузке) – 49 узлов.

Рисунок 2 – Hoverspeed Great Britain, ныне ходит под именем Sea Runner

В 2001 году ВМС США совместно с американской армией арендовали у Incat сроком на два года 96-метровый паром Top Cat, получивший новое обозначение HSV-X1 Joint Venture. Катамаран Joint Venture был модернизирован: оборудован вертолетной площадкой, двумя 10-тонными кранами, кубриками на 363 военнослужащих, способен перевозить 850 т грузов, при полной скорости 83 км/час. Так, он за семь дней преодолел путь вокруг Африки от Испании до Кувейта длиной более 8000 км, а затем за 23 дня перешел из Кувейта через Индийский и Тихий океаны в США, покрыв почти 25 тысяч км.

Рисунок 3 – Катамаран HSV-X1 Joint Venture

Дальнейшим развитием катамаранов типа WPC является построенный в 1996 г. паром "Condor 12". Обычная их схема дополнена тем, что для обеспечения дифферентовки и умерения качки судна при ходе на волнении предусмотрены носовое Т-образное крыло и управляемые закрылки-триммеры на транцах.

Создание быстроходных судов – важная и перспективная область кораблестроения. Большие задачи по этой группе судов стоят перед учеными и деятелями морского технического образования. Явления и процессы, связанные с функционированием быстроходных судов, представляют значительный интерес. В их математическом, гидродинамическом и конструктивно–прочностном моделировании заинтересованы многие специалисты.