Полимараны

Свою первую экспедицию через Тихий океан Тур Хейердал совершил на плоту, подобном тем, какие строили древние жители Перу. Он состоял из девяти стволов бальзы, связанных веревками: самое длинное бревно в середине, по сторонам все более короткие. Прямоугольный парус на двуногой мачте нес участников эксперимента по дороге пассатов, и они не смели, да и не имели возможности свернуть с нее. Однажды ночью они попали в сильный шторм: «...общий шум волн заглушался свистом надвигающегося вала, и мы увидели белый гребень, подкрадывавшийся к нам на уровне крыши каюты. Но «Кон-Тики» спокойно вздымал корму и поднимался вверх, затем снова опускался и ждал следующего вала. А вода в эти моменты, набегая на плот, тут же исчезала между бревнами, не заливая палубу. В этом было явное преимущество плота».

Наблюдения Хейердала натолкнули московского инженера, преподавателя кафедры вычислительный техники МИСИ Роберта Ряйккенена на мысль создать полимаран — судно, представляющее собой объемную решетку из нескольких корпусов и связей между ними.

От плота к полимарану перешли устойчивость на плаву и устойчивость на курсе, малая осадка, плавное всхождение на волну, незаливаемая палуба и другие ценные качества. В течение пятнадцати лет автор экспериментировал, рассчитывал (прибегая даже к помощи ЭВМ), строил суда, различные по составу и комбинациям корпусов, парусному вооружению, по самой технологии изготовления и материалам. Выходил на них в плавания, проверял в шторм. Пока, наконец, компетентное ведомство не сделало заключения, гласившего, что «в настоящее время отсутствуют плавсредства, равноценные полимаранам по живучести в прибойной зоне со сложным рельефом дна и крутыми накатными волнами. Ни одно из существующих маломерных судов не может заменить полимаран в этих условиях». Это звучало уже как признание!

Но Ряйккенен на этом не останавливается: он строит океанский полимаран «Спрут» с прицелом на Трансатлантический переход. Эксперимент продолжается.

Полимаран «Спрут» составлен из семи поплавков. Однако в отличие от бревен плота они расположены на разных горизонтальных уровнях: центральный и два промежуточных — надводные, а крайние и средние — погружены в воду на разную глубину. Кроме того, концы всех пар поплавков отстоят от миделевого сечения корпуса на разные расстояния, то есть намеренно уменьшен запас плавучести в носу и корме. Размещение поплавков в виде объемной решетки привело к тому, что осадка судна незначительно меняется даже при всходе его на крутую волну: ближе к гребню она подхватывает сначала промежуточные, а если недостаточно, и центральный поплавки. Здесь вступает в действие резерв плавучести, который позволяет полимарану все время находиться над водой. Так происходит саморегулирование системы, включающей в себя судно с его осадкой и среду с ее различным состоянием, — системы, в которой судно само стремится к оптимальному режиму движения.

Изложенными обстоятельствами объясняется ряд особенностей полимарана. Например, малая и сложная амплитуда его качки. Вертикальные колебания относительно уровня поверхности минимальны: судно как бы срастается с нею и с большой точностью отслеживает колебания, плавно взбираясь на волну. Гребни волн, не встречая отвесного борта, без традиционного фонтана брызг свободно прокатываются между поплавками. Значительно снижены ударные нагрузки на саму конструкцию в связи с тем, что полимаран, в отличие от обычных судов, принимает на себя лишь незначительную часть энергии, высвобождаемой в результате разрушения гребней.

Можно назвать и конструктивные особенности. Так, за счет большого числа поплавков уменьшена осадка и полимаран имеет возможность проходить по мелководью, недоступному другим судам. Повышена непотопляемость поплавков, предусмотрены герметичные отсеки с глухими переборками, в качестве материала или наполнителя вспомогательных отсеков и свободных полостей использован водостойкий пенопласт. Соотношение величин продольной и поперечной остойчивости у полимарана приближается к оптимальному значению, как соразмерных по длине и ширине корпуса. Иными словами, поперечная остойчивость у него больше, чем у однокорпусных судов, а продольная выше, чем у двукорпусных. Суммарно это значительно снижает общую вероятность опрокидывания на волне: так угол безопасного крена у него вдвое больше, чем у катамарана.

В то же время полимаран относится к скоростному типу судов. При испытаниях он развивал скорость более 7,5 узлов.

Он имеет лучшие в сравнении с однокорпусными схемами гидродинамические качества, особенно это относится к волновому сопротивлению формы. При отсутствии ветра можно пользоваться веслами: по пять с каждого борта, транцевая доска на одном из поплавков служит для установки лодочного мотора. Все поплавки полимарана представляют собой, по сути дела, модули, обладающие автономной плавучестью. Однако включение их в единую взаимосвязанную систему повышает эффективность использования и каждого модуля, и всего составного корпуса в целом. Формирование такой системы потребовало составления сложной программы для ЭВМ, включающей большое количество начальных условий и факторов, как конструктивных, так и учитывающих среду — море, а также их обоюдное влияние. Анализ полученных результатов, неоднократные испытания различных образцов, в том числе с изменением количества поплавков, позволили, наконец, остановиться на семикорпусном варианте.

Объединение всех составных частей полимарана в общую пространственную «решетку» происходит с помощью связывающих элементов; основную роль здесь играют три поперечные балки, соединяющие все поплавки. Установленные на средней из них две треугольные мачты, так же укрепленные горизонтальными рамами и топовыми «поплавками», увеличивают поперечную жесткость корпуса, где все элементы призваны обеспечить устойчивость, прочность и жесткость. Однако жесткость относительную: носовая и кормовая балки под действием нагрузок сами могут несколько деформироваться и позволяют поплавкам изменять положение относительно мидель-балки. От чрезмерных изгибов их предохраняют штаги и тросы, связывающие оконечности основных поплавков с топами мачт.

Сами поплавки служат кубриками, причем утепленными, или помещениями для хранения снаряжения, продовольствия, размещения цистерн с пресной водой. В одних можно свободно передвигаться, выпрямившись во весь рост, в других, меньших по высоте, — организовать рабочие и спальные места. Общее число стационарных спальных мест внутри салона и в средних поплавках — шесть; в надводных при необходимости можно разместить еще 6 человек.

Осадку полимарана определяют самые большие, главные поплавки. При плавании по мелководью именно им грозят мели. В связи с этим они прочнее остальных. Для защиты от пробоин их днища выполнены в виде двойной оболочки, заполненной пенопластом и усиленной двутавровой металлической балкой, проходящей по диаметральной плоскости. В носу и корме этих поплавков — герметичные полости, также с пенопластом. Именно этими частями конструкции судно встречает волны, вонзаясь в их гребни, однако плавники-стабилизаторы дифферента не дают им уйти под воду. На главных же поплавках установлены рули и шверты. Последние имеют большой вес, выступая далеко вниз, они понижают центр тяжести корпуса и увеличивают остойчивость. Кроме того, вместе с малоразваленными бортами, что также увеличивает боковое сопротивление, они служат для обеспечения лавировки и стабилизации на курсе. Центральный отсек с жилой надстройкой имеет высоту в рост человека. Здесь расположены рабочие и спальные места экипажа, камбуз, находятся трюмные рундуки. В качестве теплоизоляции используется пенопласт, которым каюта выстилается изнутри.

Погружены в воду, хотя и на меньшую глубину, и крайние поплавки. По габаритам они меньше главных, а по площади сечения самые малые, но вследствие наибольшего удаления от диаметральной плоскости сильнее других влияют на остойчивость. Спереди и сзади они также заполнены пенопластом. Средний отсек каждого — грузовой, длиной около двух метров, с герметически закрывающимся люком.

Центральный и палубные поплавки представляют собой резерв плавучести и на спокойной воде не касаются ее поверхности. Палубные по своему назначению являются вспомогательными. Так, при больших углах крена один из них — подветренный — увеличивает плавучесть, а другой — наветренный — противостоит опрокидыванию, как бы откренивает. При дифференте и преодолении волн, накатов они помогают обеспечить продольную остойчивость, а еще служат рабочей палубой. Отсюда управляют парусами, здесь размещены места гребцов, принайтовлены негабаритные грузы и спасательные средства. Внутри поплавки разделены на два отсека: грузовой и запасной спальный и сделаны поэтому самоотливными. В их палубе при постройке формируются три желоба-гнезда для укладки основных балок, каждая из которых крепится хомутами.

Наконец, центральный поплавок. Его кормовой отсек, отделенный от остальных помещений глухой, непроницаемой переборкой, служит рабочим местом рулевого. В носовом отсеке размещаются приборы управления, в двух средних могут находиться приборы наблюдения, средства связи и пр.

При разработке полимарана преследовалась цель максимальной унификации его деталей, частей, блоков. Поэтому, например, для большей простоты и экономичности при изготовлении основные части поплавков, а они стеклопластиковые, проектировались симметричными. Эти отсеки выклеиваются по одному болвану и одной матрице для каждой пары. Также одинакова форма днища у палубных и центрального поплавков (различие только в длине), и у них одна матрица. Внешний поплавок имеет симметричные днища и палубу. Для соединения изготовленных частей на стыках формуется глухой фланец, усиленный металлическими шайбами в местах установки болтов.

Полимараны — это модульные суда, состоящие из более простых корпусных конструкций. Изменяя число поплавков, можно приводить их водоизмещение в соответствие с предполагаемой работой и необходимым количеством перевозимого груза с учетом условий водоема или акваторий. Становится доступным синтез нескольких типов таких судов из унифицированных полимаранных модулей с двумя, тремя и т. д. корпусами.

Разработанная конструкция позволяет хранить корпуса уложенными в компактный пакет в складском помещении, что значительно удлиняет срок их службы.

По своим возможностям полимараны, по-видимому, могли бы иметь широкую сферу применения в народном хозяйстве. Например, их можно рационально использовать для эксплуатации подводных нефте- и газопроводов, при ведении геологоразведочных работ в прибрежных районах, удобны они и как транспортное средство сообщения с берегом, не оборудованным причалами. Применимы при выращивании океанских культур, добыче морских трав, водорослей в мелководной зоне. Они должны хорошо зарекомендовать себя и в роли специальных научно-исследовательских судов, когда необходимы бесфоновые высокочастотные измерения с поверхности воды при отсутствии загрязняющего воздействия судна на объект исследования. Причем их легко транспортировать к месту проведения работ на борту крупнотоннажного базового корабля, после чего они действуют автономно. В разобранном виде полимаран можно перевезти и по воздуху, скажем, доставить на высокогорные озера.

А как не упомянуть об их перспективах в обслуживании морских и озерно-речных заповедников, где к судам предъявляются наивысшие требования по охране окружающей среды! Применимы полимараны и в роли спасательного средства на мелководье, особенно у скалистых берегов.

Не менее важное значение эти простые, непотопляемые, «вездеходные» суда могли бы приобрести и для отдыха, туризма, физического воспитания, оздоровительных мероприятий.

Полимаран составлен из унифицированных корпусных модулей: из них возможен синтез нескольких типов судов. Если один корпус можно использовать как байдарку, то, соединив его, скажем, с палубным поплавком, получим устойчивое на воде сдвоенное судно, а подняв парус — превратим в быстрый катамаран. На нем позволительно отходить подальше от берега, выходить на открытый простор. Палубный настил трехпоплавкового тримарана дает возможность поставить на нем палатку и путешествовать с удобствами.

На полимаране из четырех модулей вдвое увеличивается число членов экипажа, оборудуется больше мест для гребцов и принимается снаряжение в грузовые отсеки. Пятикорпусный вариант судна, у которого модули уже образуют пространственную решетку (три из них постоянно находятся в воде), обладает высокой проходимостью среди мелей, имеет большое водоизмещение, одинаково послушен веслам и ветру. Он пригоден для туристских и спортивных походов и плаваний. Наконец, семикорпусный полимаран — оптимально составленное морское судно, которому не страшны ни волны, ни мели.

Рис. 1. Общая схема полимарана «Спрут»: 1 — грот-стаксель, 2 — центральный поплавок, 3 — главный поплавок, 4 — салон, 5 — грот-мачта, 6 — фок-мачта, 7 — фок-стаксель, 8 — кабина каюты, 9 — стабилизатор, 10 — главные балки, 11 — продольные балки, 12 — шверт, 13 — внешний поплавок, 14 — палубный поплавок, 15 — перо руля.

Рис. 2. Главный поплавок: 1 — баллерная коробка, 2 — румпель, 3 — сдвижной люк, 4 — спальные места, 5 — подъемная дверца, 6 — килевая двутавровая балка, 7 — шпангоут усиления, 8 — стрингеры, 9 — швертовый колодец, 10 — гнездо балки.

Рис. 3. Внешний поплавок: 1 — хомут балки, 2 — продольная балка, 3 — леерные стойки, 4 — уключина, 5 — штаг-путенс, 6 — емкость для питьевой воды, 7 — фланцы разъема корпуса, 8 — грузовой отсек, 9 — ахтерштаг-путенс, 10 — баллерные гнезда.

© 2005 Дальний Восток - Космопоиск