100 великих чудес техники - Сергей Мусский

В гонке 1993—1994 годов восемь из десяти яхт построили по проекту Брюса Фара. Все его суда были оснащены L-образными килями. На тонком узком стальном пилоне подвешивалась массивная свинцовая бульба весом восемь тонн, напоминающая по форме торпеду. Новый киль при существенно меньшей площади поверхности дал значительное преимущество по подъемной силе на острых курсах по сравнению с традиционной конструкцией. Однако при крене возникают большие скручивающие нагрузки на узлы крепления к корпусу, так как центр тяжести бульбы сильно смещен назад.

Перед гонкой 1997—1998 годов конструкторам пришлось выбирать между L– и традиционным Т-образным килями. Анализ моделей не выявил особых преимуществ ни одного из них. Если на более высоких скоростях предпочтительнее оказался L-образный, то на малых – из-за ламинарного обтекания – Т-образный киль.

Не помогло и компьютерное моделирование. И лишь натурные испытания в бассейне позволили выбрать оптимальную форму.

Традиционно детали руля гоночных яхт изготавливаются из углепластика, и W-60 – не исключение. Однако несколько серьезных поломок заставили конструкторов пересмотреть к гонке 1997—1998 годов некоторые традиционные концепции. Так в результате доводки руля нового поколения были оптимизированы распределение нагрузок, относительное удлинение и площадь смоченной поверхности, его форма при обтекании в разных режимах.

Первоначально у рулевой системы «Гетмана Сагайдачного» максимальные расчетные нагрузки на подшипники были – 9,2 тонн на нижний и 5,1 тонн на верхний. После пересмотра параметров конструкторами, у нового узла при весе всего в 19,2 килограмма на нижний и верхний подшипники приходятся, соответственно, максимальные рабочие нагрузки в 36,1 тонны и 19,6 тонны. К сведению, рулевое устройство яхты «Одесса» из нержавеющей стали весило около 480 килограммов!

Компьютерное моделирование и натурные испытания в бассейне позволили команде Фара создать к последней гонке концептуально новый, облегченный и вместе с тем более прочный и эффективный во всех режимах руль. Это дало возможность яхтам нового, уже четвертого поколения стать при меньшем сопротивлении более управляемыми, особенно на высоких скоростях.

«Навигаторская рубка яхты класса W-60 не уступает кабине новейшего истребителя по насыщенности современной электроникой и компьютерами, – пишет в журнале «Техника – молодежи» Е. Платон. – Ведь успех в гонке, в первую очередь, зависит от качества принятых штурманом решений.

Действительно, прочие условия в гонке одинаковы для участников, поскольку все яхты одного класса и все (кроме одной) спроектированы Брюсом Фаром, а команды состоят из профессиональных гонщиков высшей мировой квалификации. Успех или неудача зависят от одного человека – штурмана, проводящего все время согнувшись в три погибели над своим столом и «колдующего» над компьютерами и погодными картами.

Во время океанской гонки каждый навигатор получает и анализирует по-своему погодную информацию. При определении оптимального курса он также должен учитывать скоростные характеристики яхты, разные комбинации парусов, угол и силу ветра. Проводить точные расчеты в, мягко говоря, стесненных условиях рубки яхты W-60 (над головой вращается вал привода лебедки, способный в любой момент снять скальп) при постоянном недосыпании, в 100-процентной влажности тропиков или при нулевых температурах воздуха и воды в Южном Океане – нелегкое занятие.

И потому на W-60 – не менее двух ЭВМ, не менее четырех систем связи, из которых две – глобальные спутниковые, спутниковая же навигационная система, автоматизированный комплекс сбора информации о состоянии яхты и погоды вокруг; радиолокатор, наконец, – система обнаружения "Человек за бортом!".

Но повторюсь: какой бы мощной ни была современная техника – она лишь помощник, решение всегда принимает штурман. И вот со всем этим мудреным хозяйством он и управляется во время 9-месячной гонки вокруг Земли».

Во время гонки на W-60, помимо штормового стакселя и триселя, разрешается использовать 38 парусов. Причем на каждом из этапов на борту должно находиться не более 17. Стоимость полного комплекта составляет примерно 370000 долларов.

Паруса – это двигатель яхты. Чтобы спроектировать такой двигатель, надо знать силу и направление ветра в гонке. Исходя из этого рассчитывается их геометрия и аэродинамика, выбираются материал и технология.

Для создания оптимального варианта в ходе подготовки к гонке для каждой яхты испытывается более 150 вариантов парусного вооружения. В команде, как правило, три профессиональных мастера, работающих или имеющих опыт работы в фирмах по производству гоночных парусов. Перед стартом они проводят за швейной машинкой более пяти тысяч часов, перешивая полотнища после испытаний.

В исследовательских программах широко используется продувка в аэродинамических трубах. Проводятся сравнительные испытания на двух яхтах в спарринге с применением сверхсовременных локаторных систем для определения вариаций скорости.

«Чтобы яхта шла на ветер (в лавировку), – пишет Е. Платон, – она должна постоянно делать повороты оверштаг ("через ветер"). W-60 способна идти под углом 30 градусов (круче, чем большинство других) к истинному ветру. Грот и стаксель на этих курсах закреплены максимально близко к оси палубы. Когда ветер дует сбоку под 90 градусов к курсу – галфвинд – на яхте скорость вымпельного (суммарного со скоростью судна) ветра может вдвое превосходить скорость истинного. Тогда парусник идет быстрее ветра!

На курсах острее галфвинда (бейдевинд) на W-60 ставится грот; джиб-топ – полный стаксель и стэйсэйл – узкий саблевидный внутренний стаксель. Когда угол ветра немного больше 90 градусов (фордевинд), вместо джиб-топа поднимается ричер – плоский асимметричный спинакер. На более полных курсах (бакштаг) – ричер заменяется на ранер – полный асимметричный спинакер.

На яхтах W-60 используются два типа ричеров и ранеров – топовые и 7/8. Первые при слабом и среднем ветре поднимаются на самую верхушку мачты – топ, вторые – при сильных ветрах – на семь восьмых ее высоты.

В гонке 1993—1994 годов организаторами были введены искусственные ограничения на вес ткани для ричеров и ранеров, не разрешалось использовать топовые версии этих парусов на большинстве этапов гонки (кроме двух). Сейчас ограничения сняты.

Во время урагана на W-60 ставится штормовой стаксель и трисель. Это сравнительно маленькие по площади паруса из сверхпрочной ткани».

Сегодня паруса для гоночных яхт изготавливаются из специальных ламинированных тканей. При этом выбирается материя, соответствующая рабочим нагрузкам в той или иной части паруса. Таким образом, при сшивании вместе разных полотнищ получается парус, словно составленный из панелей разного цвета и веса.

В конце 1990-х годов фирма «Nort Sails» разработала технологию изготовления цельных, бесшовных, так называемых 3DL-парусов. Эти паруса из полимерных пленок и высокомодульных волокон. Они ламинируются вместе при высокой температуре в специальной матрице. Из-за отсутствия швов такие паруса значительно легче «панельных». Первые подобные гроты для яхт W-60 гонки 1997—1998 годов весили от 90 до 100 килограммов. Они стали в два раза легче «панельных» предшественников. Дальнейшее использование в качестве армирующих высокомодульных РВО-волокон позволило еще больше сократить вес до 75-80 килограммов. И 3DL-стаксели значительно превосходят по качеству свои «панельные» аналоги.

Суда на воздушной подушке

Идея увеличить скорость корабля или катера с помощью «воздушной смазки» родилась еще в конце XIX века. Суть ее заключалась в следующем. Если мощным вентилятором под плоское днище судна нагнетать воздух, то сопротивление воды уменьшится; следовательно, возрастет скорость. А чтобы воздух не «убегал» в стороны, корпус судна нужно оснастить продольными килями – скегами. Впервые реализовать эту идею удалось австрийскому инженеру Дагоберту Мюллеру фон Томамюлю в 1916 году. Созданный им торпедный катер смог развить скорость почти 40 узлов – 74,08 километров в час, мощность мотора составляла 480 лошадиных сил.

Затем возникла новая идея: скеги заменили резиновой «юбкой». Теперь нагнетаемый воздух выходил из-под днища еще медленнее, и получалась настоящая воздушная подушка. Суда такого типа действительно парят над водой, могут «выползать» на берег и даже передвигаться по суше.

Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку – слой сжатого воздуха.

Эта идея и подтолкнула доцента Новочеркасского политехнического института Владимира Левкова к созданию собственной конструкции, правда, не поезда, а катера.