Катамараны

Секрет двухкорпусных судов был издавна известен полинезийцам, строившим свои быстрые и мореходные лодки с двумя удлиненными корпусами. Давно уже европейские мореплаватели и судостроители пытались перенять конструкцию полинезийских катамаранов — так называются два расположенных на известном расстоянии один от другого корпуса, связанных воедино платформой (соединительным мостом). Еще в 1663 г. в Англии проводились первые опыты с катамаранами, а в 1834 г. в царской России был построен первый пароход-катамаран, ходивший по Неве. В 1850 г. вошел в строй пассажирский паром-катамаран, а в 1874 г. — катамаран «Каталия», который перевозил через Ла-Манш 1000 пассажиров. Однако этим, равно как и построенным позднее катамаранам не суждено было достичь больших успехов, и им не выпала честь открыть эру многокорпусных судов. Совершенно очевидно, что общество в то время еще не испытывало потребности в судах такого типа — однокорпусные суда справлялись со всеми задачами вполне исправно. Совсем по-другому обстоит дело сегодня, а тем более будет обстоять в будущем. Новые виды грузов, требующие больших объемов и площадей грузовых помещений, повышенные требования к скорости и особенно к остойчивости судов, которые в связи с быстро развивающимся освоением богатств Океана будут призваны решать принципиально новые задачи на море, делают многокорпусные суда одним из самых перспективных типов судов будущего. Многокорпусные суда начали приобретать практическое значение после постройки в Советском Союзе в 1961 г. первого грузового катамарана, что дало новый толчок развитию судов этого типа. В настоящее время строятся не только грузовые, но и пассажирские, и рыболовные катамараны, и прежде всего паромы в двухкорпусном исполнении. Разумеется, вероятность встретить катамаран в составе транспортных судов морского торгового флота пока еще мала. Это объясняется тем, что технические преимущества катамаранов достигаются слишком дорогой ценой, и потому суда этого типа не везде применимы.

Пассажирское судно — катамаран

В чем же заключаются преимущества многокорпусного судна перед однокорпусным, которые заставляют надеяться, что транспортные задачи будущего призваны решать суда именно этого типа? Самое главное преимущество, которое успели оценить еще древние жители Океании, заключается в исключительно хорошей поперечной отстойчивости — качестве, которое предотвращает опасность опрокидывания судна. Благодаря тому, что два жестко соединённых мостом корпуса отстоят сравнительно далеко один от другого, у катамарана образуется большой переносный момент инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси. Именно это обеспечивает высокую поперечную отстойчивость, недостижимую на однокорпусном судне сравнимых размеров. Естественно, что катамаран особенно пригоден для работ, связанных с повышенными требованиями к отстойчивости. В частности, это имеет значение не только для научных океанографических судов, мореходных плавучих кранов или малых рыболовных судов, которые должны работать и на взволнованном море, но также для транспортных судов. Такие виды грузов, как контейнеры, автомашины и промышленное оборудование в сборе, требуют сравнительно большой кубатуры. Если же размещать эти грузы только в глубине трюмов, то будет недостаточно эффективно использоваться грузоподъемность судна. Поэтому такие грузы оказывается необходимым ставить и вверху, намного выше ватерлинии, и даже на верхней палубе (разумеется, в том случае, если это позволяет остойчивость судна). И там, где возможности однокорпусного судна в этом плане будут исчерпаны, на сцену выходит катамаран. В числе других преимуществ катамаран предположительно сможет достигнуть более высоких скоростей и лучших маневренных качеств, чем у однокорпусного судна. Здесь нельзя не сказать, что именно проблема скорости оказывается самой спорной при исследованиях катамаранов. При небольших скоростях у катамаранов ни в коем случае не может быть получено выигрыша в мощности по сравнению с однокорпусным судном. Существенно большая по сравнению с однокорпусным судном смоченная поверхность двух корпусов приводит к повышению сопротивления воды. Лишь при высоких скоростях начинает проявляться преимущество более острых обводов корпуса катамарана, которое выражается в уменьшении волнового сопротивления и позволяет многокорпусному судну при высоких скоростях иметь- те же или даже лучшие ходовые качества, чем у однокорпусного судна. Большое влияние на ходкость катамаранов оказывает взаимное расположение его корпусов: создаваемые ими системы волн интерферируют, уменьшая или, наоборот, увеличивая сопротивление воды. Поскольку главные двигатели устанавливаются в каждом корпусе катамарана, мощность, подводимая к одному гребному винту, уменьшается вдвое, что позволяет повысить коэффициент полезного действия винтов. Заслуживают внимания также исключительно хорошие маневренные качества катамаранов. Однако, чтобы рассеять иллюзии, необходимо сразу подчеркнуть, что ни стремление повысить скорость, ни даже желание улучшить маневренные качества не являлись побудительными мотивами постройки уже плавающих катамаранов. Здесь наряду с повышенной поперечной остойчивостью сыграла роль так же увеличенная в несколько раз по сравнению с однокорпусным судном площадь палубы. Это особенно важно для перспективных морских грузоперевозок, когда контейнеры и тяжеловесы станут преобладающими среди генеральных грузов.

Ни одно практическое решение в области техники не дает одних только преимуществ. Так же обстоит дело и с многокорпусными судами. Строительная стоимость таких судов намного выше, чем однокорпусных. Это объясняется повышенным расходом материалов на постройку двух корпусов и соединительного моста, необходимостью дублирования в каждом корпусе энергетической установки, систем и устройств, а также значительным увеличением трудоемкости строительных работ, особенно сборочно-монтажных. Указанные обстоятельства служат главной причиной очень медленного развития этого типа судов. Кроме того, для катамаранов существуют специфические проблемы, которые отсутствуют для однокорпусных судов. К ним относится прежде всего обеспечение поперечной прочности судна — прочности соединительного моста, связывающего оба корпуса катамарана. Яхтсмен катамаран спеши купить, а то всё разберут. На волнении осадки обоих корпусов изменяются во времени не одинаково. Различия в силах поддержания обоих корпусов в каждый данный момент времени приводят к возникновению поперечных изгибающих моментов. Это, в свою очередь, вызывает появление напряжений в конструкциях соединительного моста. Напряжения в связях соединительного моста имеют место даже при плавании на тихой воде, так как скорость набегающего потока между корпусами катамарана будет больше, а давление воды на внутренние борта катамарана меньше, чем на наружные борта.

Рассмотренные обстоятельства обусловливают необходимость тщательно продуманной конструкции и увеличения размеров прочных связей катамарана, в результате чего масса корпуса у него получается больше, чем у однокорпусного судна равной грузоподъемности. Поэтому во всех случаях, когда речь идет о получении наибольшей грузоподъемности при наименьшей осадке, многокорпусные суда оказываются полностью несостоятельными. На перевозках навалочных грузов или нефти обычное однокорпусное судно намного экономичнее катамарана. Однако при перевозке тяжеловесов, которые, так же как контейнеры или поддоны для грузовых операций, требуют большой площади палубы, катамаран представляется перспективным типом судов. Создано много проектов контейнеровозов-катамаранов, предназначенных для трансокеанских рейсов. Однако, например, сравнение английских проектов одно- и двухкорпусного контейнеровозов, предназначенных для перевозки до 1500 контейнеров, едва ли позволяет обнаружить преимущества катамарана. Тем не менее, во многих судостроительных странах, в том числе в Японии, разработан ряд проектов двухкорпусных контейнеровозов и катамаранов. В большинстве проектов контейнеровозов-катамаранов, по-видимому, не учитываются потребности перспективного морского судоходства. Но до тех пор, пока для таких судов будут предусматриваться такая же технология грузовых операций и те же скорости, что и для однокорпусных судов, подобные проекты имеют мало шансов на реализацию.

Катамараны различного назначения

1 — контейнеровоз; 2 — трубовоз; 3 — судно для перевозки скота; 4 — лихтеровоз

Применение катамаранов целесообразно для решения специальных транспортных задач в рамках программы освоения Океана, например, для перевозки труб. Большая площадь палубы может дать заметные преимущества также при перевозках скота, как это предусматривается в одном японском проекте. Катамаран вполне может стать судном завтрашнего дня, эксплуатация которого даст толчок к революционным изменениям в технологии морской транспортировки грузов. В частности, можно представить себе совершенно новые способы транспортировки и перегрузки. Катамаран, похожий на перевернутый плавучий док, сможет, например, перевозить большие баржи в пространстве под соединительным мостом. Баржи будут поднимать на палубу катамарана или только до нижней поверхности соединительного моста и, закрепив там, отправлять таким образом в трансокеанское путешествие. Частично этот принцип уже нашел воплощение в устройстве лихтеровоза типа «Bacaf». Большинство уже построенных катамаранов предназначено для исследовательских целей и лова рыбы, а также для перевозки пассажиров и для паромного сообщения. Катамараны различного назначения эксплуатируются в настоящее время прежде всего в России, США, Японии и Великобритании. К середине 70-х годов во всем мире насчитывалось около 150 многокорпусных судов. Транспортные катамараны составляют менее 1/3 этого количества, причем речь идет главным образом о пассажирских судах и паромах. Наибольшим катамараном до настоящего времени является построенный в 1969 г. в Японии двух-корпусный паром «Рокко Мару» водоизмещением 2950 т.

По вопросу применения катамаранов для грузовых перевозок известны интересные предложения, предварительно следует сказать, что применение многокорпусных судов для морских перевозок грузов является делом отдаленного будущего. До тех пор пока существующая технология транспортировки и перевозки грузов еще удовлетворяет потребности общества, не может быть и речи о какой-либо замене однокорпусных судов многокорпусными. Переход к многокорпусным судам при перевозке контейнеров или других грузовых единиц станет возможным лишь тогда, когда суда-катамараны смогут развивать большие скорости, чем сравнимые однокорпусные суда, при той же мощности энергетических установок. Но для этого должна быть открыта новая эра в проектировании и конструировании многокорпусных судов. Известный доселе катамаран, который состоит из двух судовых корпусов обычного типа, не имеет перспектив в смысле дальнейшего улучшения ходовых качеств. Вместе с тем сама возможность широкого применения катамаранов зависит именно от того, удастся ли уменьшить их сопротивление. Здесь полезно привести следующие соображения. Чем дальше от поверхности воды отстоит большая часть водоизмещения, тем меньше волновое сопротивление. Этот эффект используется в проектах частично или полностью погруженных подводных транспортных судов. Такие суда, однако, весьма неудобны с точки зрения проведения грузовых операций. Но все будет выглядеть совсем по-другому, если грузовые помещения оставить над поверхностью воды, а необходимые силы поддержания создавать за счет глубоко погруженных корпусов.

Многокорпусные суда различного назначения

Вверху — большой контейнеровоз типа «Трисек» (американский проект); внизу — подповерхностное двухкорпусное пассажирское судно

В качестве примера такого судна можно взять американский проект многокорпусного судна, известного под названием «Трисек». Главные составные части этого судна, а именно: два сигарообразных подводных корпуса, надводная грузовая платформа и соединяющие их вертикальные стойки имеют весьма технологичную конструкцию, так как состоят преимущественно из цилиндрических и прямоугольных секций, изготовление которых может быть в высокой степени автоматизировано. Модельные эксперименты показали, что суда типа «Трисек» смогут развивать скорость до 40 уз, а в военном варианте — даже до 80 уз. Высказываются мнения, что конструкция типа «Трисек» является идеалом для судов будущего, особенно для тех, которым требуется большая площадь грузовых помещений и которые к тому же должны быть очень быстроходными. Разумеется, это может быть реализовано только в том случае, если одновременно будет обеспечена высокопроизводительная технология проведения грузовых операций. Суда такого типа позволят применить новые формы транспортировки, еще не известные современному судоходству. Например, сменная верхняя часть — грузовая платформа — может быть совсем удалена с судна и заменена платформой, нагруженной уже новым грузом. Такой метод аналогичен применению буксиров-толкачей со сменными грузовыми лихтерами. Возможна также замена грузовой платформы новой верхней частью судна совершенно другого назначения. Пока снятая грузовая платформа будет разгружаться и вновь загружаться, нижняя часть судна, приняв на себя верхнюю платформу с помещениями для пассажиров, могла бы совершить, например, еще один, дополнительный рейс. Можно представить себе также пассажирский вариант «Трисека», на котором пассажирам будут предоставлены одновременно все преимущества скоростного надводного и подводного плавания. Нетрудно составить также и другие комбинации. Действительно, можно предположить, что речь идет об идеальном судне.

Шведский проект многокорпусного судна «Си Салки»

В проекте предусмотрены два варианта: паром и контейнеровоз. Здесь показан большой трансокеанский контейнеровоз.

Однако реализация возможных преимуществ «Трисека» сопряжена с рядом проблем. Начнем с остойчивости. Для ее обеспечения необходимо, чтобы стойки, соединяющие надводную часть судна с подводными корпусами, имели достаточные размеры. Если площади ватерлиний соединительных стоек малы, судно при воздействии любой внешней силы будет сильно крениться до того момента, пока надводная его часть не войдет в воду. В условиях открытого моря такие воздействия от волнения или ветра — обычное явление. Если же сделать соединительные стойки слишком широкими, то будут утрачены преимущества в ходкости. У судна типа «Трисек» сопротивление воды, т. е. требуемая мощность энергетической установки, становится меньше, чем у сравнимого однокорпусного судна, лишь начиная с 35—37 уз. (Здесь имеет значение не абсолютная величина скорости, а относительная скорость — так называемое число Фруда). При меньших скоростях «Трисек» по своим ходовым качествам уступает однокорпусным судам, а при этих высоких скоростях потребуются колоссальные мощности. Так, при водоизмещении 40 тыс. т для «Трисека» потребуется энергетическая установка мощностью минимум 170 тыс. кВт. Наконец, нельзя забывать, что, несмотря на сравнительно простую технологию изготовления отдельных частей «Трисека», расход материалов на его корпуса гораздо больше, чем для однокорпусногр судна-аналога, и это соответствующим образом скажется на строительной стоимости судна. И все же, несмотря на все эти проблемы, такой тип многокорпусного судна к моменту времени, когда на однокорпусных контейнеровозах уже будет достигнут предел скорости, представит собой принципиально новое решение проблемы. Необходимо учесть также, что «Трисек» представляет собой качественно новое решение, которое не может просто вписаться в рамки существующей технологии транспортировки грузов морем. Следует стремиться к обеспечению максимальной эффективности всего транспортного конвейера в целом, добиваться того, чтобы каждое звено этого конвейера соответствовало другим звеньям. А ведь судно по существу является лишь одним из звеньев этого конвейера. Хотя еще и неясно, когда суда типа «Трисек» смогут войти в состав мирового торгового флота, их конструктивный принцип уже находит практическое применение. Построенное в 1969 г. в Голландии исследовательское судно «Дуплус» имеет два торпедообразных погруженных корпуса, на которые опирается надводная платформа с помощью простирающихся по всей длине судна весьма узких соединительных стоек.

Шведское судно с горизонтальной погрузкой «Биа», грузовая часть которого поддерживается двумя параллельными цилиндрическими корпусами (судно типа катамаран)

Родственную «Трисеку» форму имеет и судно с горизонтальной погрузкой «Биа», построенное в 1975 г. по заказу шведской судоходной компании. Здесь уже нашел воплощение принцип раздельного изготовления подводных и надводной частей судна. На двух отдельно изготовленных цилиндрических корпусах установлена верхняя часть 4500-тонного судна с горизонтальной погрузкой. Такой способ постройки, по данным фирмы-изготовителя, привел к снижению строительной стоимости по сравнению с судном традиционного типа на 25%. Однако необходимо сразу же заметить, что на этом судне, получившем обозначение «Кататран» (КАТАмаран ТРАНсатлантический), не ставилось задачи и практически не было возможностей достижения высоких скоростей. Речь шла только о рациональном способе постройки. Тем не менее, не следует недооценивать значение полученного результата. Возможно, именно это обстоятельство будет играть решающую роль в дальнейшем развитии конструкции морских судов. Независимо от того, будет ли применяться описанный только что метод постройки или какой-нибудь другой, можно предвидеть, что по крайней мере на коротких морских линиях для перевозок пассажиров, легковых автомашин, срочных грузов, контейнеров, трейлеров и т. п. многокорпусное судно представит альтернативу не только однокорпусному судну традиционного типа, но и некоторым нетрадиционным средствам морского транспорта — судам на подводных крыльях и на воздушной подушке, а также самолетам местных авиалиний и вертолетам. Одной норвежской фирмой разработан проект скоростного судна «Вестмаран», предназначенного для перевозки 142 пассажиров. Третье поколение судов этого типа будет развивать скорость до 50 уз.

Малый норвежский скоростной пассажирский катамаран «Вестмаран»

Очень необычной является запатентованная в Швеции конструкция судна «Си Салки», состоящая из понтона, покоящегося на двух поплавках. В поплавках размещены энергетические установки со всеми судовыми запасами, а в понтоне — жилые и другие помещения. Понтон может соединяться с поплавками с помощью шарнирной подвески, что позволит уменьшить его качания при движении по взволнованному морю. Это усовершенствование, безусловно, заслужит одобрение пассажиров такого судна. Во всяком случае, на поплавках могут быть предусмотрены бортовые управляемые рули, благодаря которым «Си Салки» будет иметь лишь незначительную качку. Высота соединительных стоек между водоизмещающими корпусами-поплавками и надводным понтоном такова, что волны проходят ниже понтона, не задевая его. В то время как на судах традиционного типа морское волнение ведет к значительному снижению скорости, «Си Салки» будет продолжать плавание с почти неизменной скоростью даже при развитом волнении. Имеется ряд модификаций судов такого типа: паром, быстроходный контейнеровоз или судно для перевозки автомобилей. Здесь возможна также смена находящегося над поверхностью воды понтона, что позволит достичь высокой степени использования по времени находящихся в поплавках энергетических установок. Даже не рассматривая других проектов, можно признать, что катамаран, особенно в нетрадиционном исполнении, вызывают все больший интерес именно с точки зрения специализации на морском транспорте.

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика