МОТОРНОЕ МАЛОМЕРНОЕ СУДНО КАТАМАРАННОГО ТИПА
COMPACT MOTORED CATAMARAN

Решение относится к малому судостроению, в частности к надувным многокорпусным судам, преимущественно к туристическим, прогулочным, спортивным и для других целей моторного или парусного типа катамаранам.
Моторные маломерные суда катамаранного типа
У подавляющего числа судов классическими обводами днища являются килевые днища, где по центру продольной осевой днища имеется выступ с выраженным углом, который задается конструктором судна. Благодаря килю судно носовой частью мягче входит в волну и имеет стабильную курсовую устойчивость.
Есть суда с совершенно плоскими обводами днища. Подобные суда имеют наименьшую осадку и большую по сравнению с другими судами грузоподъемность. Но подобные суда, как правило, тихоходны и имеют узкую специализацию эксплуатирования.
К судам с узкой специализацией относятся суда катамаранного типа. Катамараны характеризуются тем, что имеют два плавучих образования по днищу, которые расположены параллельно друг другу и равноудалены от продольной осевой днища к правому и левому борту. Само днище у катамаранов плоское, и при наборе скоростей по днищу судна образуется подъемная сила и возникает планирующий эффект, при этом судно приподнимается, уменьшается масса судна и оно скользит по воде на плавучих образованиях (скегах). Катамараны имеют хорошие скоростные характеристики, отличную прямолинейность хода, бортовую устойчивость и управляемость в поворотах, отсутствует валкость судна. Суда катамаранного типа часто используют в спортивных соревнованиях, в быту, для скоростных прогулок.
Есть и существенные недостатки.
Катамараны требуют мощных движителей, так как площадь и объем скегов незначителен по сравнению с массой судна, и глиссирующий ход на скегах можно организовать только путем уменьшения массы судна за счет образования подъемной силы при планировании, а планирование можно создать за счет мощной тяги и планирующей плоскости по днищу судна.
В случае резких порывов ветра, при движении на большой скорости, катамаран, который при этом находится в планирующем режиме, может получить избыточную подъемную силу за счет дополнительного притока воздуха под днище и перевернуться.
Загрузка катамарана предметами и пассажирами требует повышенного внимания, так как, если в носовой части надувного катамарана находится избыточный груз, то катамаран не сможет выйти в глиссирующий режим или время выхода будет весьма длительным. В идеале в глиссирующем режиме маломерные суда катамаранного типа должны идти только на подошве скега с нулевым дифферентом относительно ватерлинии судна.
Известен патент на полезную модель №99763, где роль скегов играют замкнутые или нет надувные баллоны, которые соединены между собой силовым каркасом, а к основным надувным баллонам для образования глиссирующей поверхности присоединены малые поплавки (1).
Известен патент на полезную модель №60058, где надувная лодка содержащая U-образный корпус, образованный надувными бортами и жестким транцем, надувным днищем, образованным плоско-параллельными поверхностями палубы и килевой его части, а вдоль баллонов каждого борта корпуса лодки со стороны днища дополнительно установлены, по крайней мере, по одному надувному баллону, заключенному в оболочку, закрепленную на бортах с образованием профиля-скега, на нижней части которого установлен эластичный профиль, оболочка скега со стороны кормы лодки выполнена не замкнутой (2).
Указанное решение может быть принято за наиболее близкое относительно заявляемого. Однако в аналоге и прототипе ограничением решений является избыточный дифферент на корму при начале движения, недостаточная мореходность и устойчивость судна катамаранного типа, а также жесткость планирующей поверхности днища.
В начале движения судно катамаранного типа имеет отрицательный угол дифферента на корму, для нормального глиссирующего состояния судну приходится посредством двигателя придавать повышенное ускорение, следствием чего является необходимость снабжать судно избыточно мощным двигателем, тратить много топлива, дополнительно нагружая экологию вредными выбросами. Так как носовая часть, как правило, легче кормовой части, в начале движения создается сильный дифферент на корму, в этот момент для уменьшения нагрузки на двигатель для преодоления волны сопротивления может помочь временная нагрузка на носовую часть.
Найден способ, который способствует быстрому выходу судна в глиссирующее состояние. В патенте №60058 описывается устройство скега - по крайней мере, два дополнительных надувных баллона с каждой стороны бортов, заключенных в оболочку, закрепленную на бортах. Оболочка скега со стороны кормы лодки выполнена не замкнутой. Так как оболочка не замкнута, то вода, которая в избытке находится между основными баллонами надувной лодки, баллонами - скегами и их оболочкой, при начале движения надувного катамарана, вода сразу выливается и не влияет на временную загрузку носовой части катамарана.
Сущность предлагаемого решения
Моторное маломерное судно катамаранного типа, содержащее U-образный корпус, образованный надувными бортами и жестким транцем, надувным днищем, образованным плоско-параллельными поверхностями палубы и килевой его части, а вдоль баллонов каждого борта корпуса лодки со стороны днища дополнительно установлены, по крайней мере, по одному надувному баллону, заключенному в оболочку, закрепленную на бортах с образованием профиля-скега, на нижней части которого установлен эластичный профиль, оболочка скега со стороны кормы лодки выполнена не замкнутой, характеризуется тем, что надувное днище по периметру к бортам судна закреплено на всю плоскость толщины надувного днища, оболочка скега со стороны кормы лодки в торце выполнена замкнутой и имеет самоотливные либо регулируемые клапаны.
Судно характеризуется тем, что регулировка ширины подошвы скега осуществляется за счет баллона скега, в котором продольно устанавливается перегородка, которая фиксирует высоту баллона скега, а ширина двух долей, образованных перегородкой единого баллона, задана в зависимости от необходимой ширины подошвы скега.
Судно характеризуется тем, что формируется по крайней мере один водный канал необходимого диаметра и длины продольно между баллонов скегов и их оболочками по правому и левому борту судна. Каналы имеют систему самоотливных или регулируемых клапанов.
Судно характеризуется тем, что балластовые емкости устанавливаются продольно на внешней стороне оболочки скегов по наружной стороне бортов, на оболочки скегов и имеют самоотливные или регулируемые клапаны, или по внутренней стороне бортов на оболочки скегов под днищем и имеют самоотливные или регулируемые клапаны. Судно характеризуется тем, что на надувном дне по центральной продольной осевой создан киль, который начинается в носовой части и заканчивается не доходя до торца в кормовой части и имеет общую длину от одной четвертой до трех четвертей надувного днища, при этом киль в носовой части создается путем закроя ткани, когда между двумя внутренними центральными перегородками надувного днища конструктором создается путем кроя эластичного материала, являющегося на днище низом, выпуклость в виде плавно начинающегося и заканчивающегося объема, или киль сформирован путем конструкции двух центральных внутренних перегородок, встроенных в надувное днище таким образом, что перегородки выкраивают со стороны палубы прямолинейными, а с нижней части формируют кривую выпуклую линию, задающую килеватость, или киль создан с помощью дополнительного баллона, который задается определенной длины и крепится по днищу судна в носовой части по центральной линии продольной осевой в сторону торца.
Судно характеризуется также тем, что в носовой части бортов устанавливается интерцептор относительно горизонта, который регулируется углом от 5 до 85° в виде надувной, напряженной эластичной или жесткой поверхности, при этом интерцептор состоит из двух эластичных плоскостей, герметично замкнутых между собой и имеющих внутренние перегородки, которые формируют его толщину и каналы направления наружного потока воздуха, или интерцептор состоит из жесткого каркаса, на него устанавливается напряженный эластичный материал, или интерцептор выполнен в виде регулируемой жесткой плоскости.
Технический результат - повышение мореходности, устойчивости судна катамаранного типа, а также жесткости планирующей поверхности днища. Кроме того, исчезает избыточный дифферент на корму при начале движения судна.
Конструкция предлагаемого судна представлена на чертежах.
Предлагается (Фиг. 2) оболочку скега 3 в его торце 4 в кормовой части заглушить и установить самоотливные клапаны 5. Когда надувной катамаран находится в покое, забортная вода наполняет полости, находящиеся между обоими скегами и их оболочками (во время начала хода вода, находящаяся внутри является балластом, который помогает при начале движения судна увеличивать вес в носовой части и тем самым не дает принять судну положения с избыточным дифферентом на корму, благодаря чему судно плавно и быстро выходит в глиссирующий режим. После набора скорости судно постепенно за счет самоотливных клапанов в торце скегов самопроизвольно лишается воды, и катамаран приобретает свой естественный вес.
Полностью надувные катамараны имеют повышенную парусность и, если в катамаране находится один человек (шкипер), а судно движется в глиссирующем режиме, есть большой риск, что при порыве ветра или наскочив одним скегом на волну, судно может перевернуться. Когда судно катамаранного типа находится в покое, то клапан устанавливается в режим забора забортной воды, после наполнения водой полостей скегов клапаны закрываются, и на протяжении всей эксплуатации катамарана на воде он имеет балласт, расположенный с правого и левого бортов. Балласт придает значительную боковую и курсовую устойчивость, катамаран значительно устойчивей при боковом и носовом порывах ветра. Благодаря балласту по обоим сторонам судна во много раз уменьшается вероятность перевертывания катамарана в случае одновременного нахождения нескольких человек у одного из бортов либо при ударе волны на один борт.
В случае, если поступающей воды в естественные полости между баллонами скега и их оболочками недостаточно (Фиг. 3) для необходимого балласта судна, предлагается формировать по крайней мере один водный канал 6 необходимого диаметра и длины 7 вдоль правого и левого баллонов скегов и их оболочек, которые могут иметь систему самоотливных или регулируемых клапанов 5.
Предлагается (Фиг. 4) балластовые емкости 8 устанавливать продольно на внешней стороне оболочки скегов. В этом случае, в зависимости от конструктивных особенностей надувного катамарана, емкости устанавливаются по наружной стороне 9 бортов на оболочки 3 скегов либо по внутренней стороне 10 на оболочки скегов под днищем. В этом случае балластовые емкости могут иметь систему самоотливных или регулируемых клапанов.
Надувные баллоны-скеги имеют определенный диаметр, который строго зависит от высоты ноги мотора, если скег будет небольшого диаметра, то нога мотора погрузится в воду больше, чем требуется, и мотор не сможет развить необходимую мощность, и, наоборот, если скег будет большого диаметра, то мотор может не погрузиться своими лопастями полностью в воду и выдаст повышенные обороты, которые приведут к перегреву двигателя и выходу двигателя из строя. Если задать правильный диаметр баллона скега, то его может быть недостаточно для формирования подошвы, на которой катамаран глиссирует, судно будет скоростным, но грузоподъемность его будет небольшой из-за узких подошв, которые не смогут предоставить необходимую плоскость для выхода на нулевой дифферент и успешного глиссирования, либо двигатель должен быть очень мощным. Производители судов катамаранного типа для придания большей грузоподъемности устанавливают по два баллона-скега с каждой стороны для увеличения площади подошв скегов, при этом скорость значительно ниже, так как подошвы скегов шире, и пятно залипания таких скегов значительно больше, сопротивляемость воды выше. Проблема этой конструкции в том, что диаметр скега задается строго в зависимости от длины ноги мотора, соответственно, при установке двух скегов с каждой стороны бортов ширина подошв задается расстоянием диаметров двух баллонов скегов и уменьшить их нельзя, можно сделать только шире, раздвигая баллоны скега друг от друга, но это полностью изменяет идею конструкции катамарана.
Предлагается (Фиг. 1) регулировать ширину подошвы 28 скега баллоном скега, в котором продольно устанавливается перегородка 30, которая фиксирует высоту баллона скега, а ширина двух долей, образованных перегородкой единого баллона 29, будет задана конструктором в зависимости от необходимой ширины подошвы скега.
Судно катамаранного типа может развивать значительные скорости, при которых важно устойчивое горизонтальное положение судна относительно зеркала воды, т.е. нулевой дифферент относительно ватерлинии. Для формирования устойчивости положения в горизонте предлагаются балластовые емкости и система клапанов, регулирующих количество забортной воды. В некоторых случаях этого недостаточно. Предлагается для дополнительной устойчивости в носовой части бортов установить интерцептор относительно горизонта, который регулируется углом от 5 до 85 градусов в виде надувной плоскости (Фиг. 8), состоящей из двух эластичных элементов 19, герметично замкнутых между собой и имеющих внутренние перегородки 20, которые формируют его толщину и каналы направления наружного потока воздуха 21, напряженной эластичной или жесткой поверхности (Фиг. 9), где имеется жесткий каркас 24, на котором закреплен напряженный материал 23. В случае, если катамаран (Фиг. 10) имеет жесткий корпус 24, к которому присоединены надувные скеги, интерцептор может быть жестким, например, выполненным из металла 25.
Интерцептор закреплен в носовой части судна, имеет угол атаки, который должен при наборе скорости способствовать увеличению дополнительной нагрузки на носовую часть судна, придавливая его к горизонту за счет набегающего потока воздуха.
Одновременно интерцептор в носовой части может служить защитным козырьком от брызг и дождя для вещей или для схода на берег пассажиров либо разгрузки предметов.
В указанном патенте на полезную модель №60058, где надувная лодка содержит U-образный корпус, образованный надувными бортами и жестким транцем, надувным днищем образованного плоско-параллельных поверхностей палубы. Производители маломерных судов катамаранного типа днище закрепляют к бортам лодки по периметру на одну линию в виде мембраны. Днище при этом не может выдержать создаваемой подъемной силы и выгибается вовнутрь судна. Во избежание этого эффекта производители вынуждены внутри кокпита судна устанавливать ребра жесткости в виде одного или нескольких поперечных баллонов, которые нижней касательной закрепляют к палубе надувного днища. Поперечные баллоны в кокпите уменьшают вместимость судна и делят внутреннее пространство на несколько секций, добавляя судну дополнительный вес.
Предлагается (Фиг. 1) для создания необходимой жесткости планирующей поверхности днища 1, устойчивой к подъемным силам, закреплять надувное днище по периметру к бортам судна катамаранного типа на всю плоскость толщины надувного днища 2. Таким образом надувное днище становится жестким и выдерживает подъемную силу, образованную под днищем за счет движения судна катамаранного типа. В этом случае отпадает необходимость устанавливать в кокпите судна ребра жесткости, например, в виде надувных баллонов установленных поперек кокпита маломерного судна.
Известны суда тримаранного типа: конструкция такова, что имеет скеги по бортам и по центральной продольной осевой днища. Скеги расположены параллельно относительно друг друга. Возможны варианты, когда, например, надувная килевая лодка, к которой с двух бортов нижней ее части имеются скеги, третьим, центральным скегом является киль лодки. Тримараны более устойчивы при движении к коротким и косым волнам, менее чувствительны к перегрузке и распределению груза в кокпите судна, однако планирующая поверхнасть имеет значительно меньшую площадь, и к этим типам судов необходимо применять более мощный двигатель. Особенно это заметно на тримаранах, где средним скегом является киль судна, который доходит до торца в кормовой части, и при движении поток воздуха, который должен выходить в кормовой части под дном, не имеет такой возможности в полной мере, соответственно, уменьшается подъемная сила.
Для большей мореходности и устойчивости судна катамаранного типа предлагается на надувном дне по центральной продольной осевой создать киль, который начинается в носовой части и заканчивается не доходя до торца кормовой части, и имеет общую длину от одной четвертой до трех четвертей надувного днища в зависимости от конструктивных особенностей судна. Таким образом, получаем в носовой части по центральной осевой третий скег, который придает дополнительную мореходность и увеличивает полезную загрузку в кокпит маломерного судна, и в тоже время по днищу маломерное судно катамаранного типа имеет достаточную плоскую площадь для планирования.
Короткий киль (Фиг. 5) в носовой части создается путем закроя ткани 11, когда между двумя внутренними центральными перегородками надувного днища конструктором создается выпуклость 12 в виде плавно начинающегося и заканчивающегося объема. Днище нагнетается воздухом и благодаря прямым перегородкам днище становится плоским, и только в месте, где имеется выпуклость, выдувается киль. В случае, если киль недостаточен по высоте (Фиг. 6), его возможно формировать и путем конструкции двух центральных внутренних перегородок 16, встроенных в надувное днище, таким образом, что перегородки выкраивают со стороны палубы прямолинейными 14, а с нижней части формируют кривую выпуклую линию 13, задающую килеватость.
Возможно создать киль (Фиг. 7) дополнительным баллоном 18 (скегом), который задается определенной длины и крепится по днищу маломерного судна катамаранного типа в носовой части по центральной линии 17 продольной осевой.
На Фиг. 6 показан сформированный киль 15, на Фиг. 8 - надувной интерцептор 22, на Фиг. 10 позиция 26 обозначает регулировку жесткого интерцептора 25 в пределах 5-85°, позиция 27 - регулировку его по оси 26.
Источники информации
1. Патент РФ №99763, Плавучее средство катамаранного типа, МПК В63В 7/08, заявл. 01.07.2010.
2. Патент РФ №60058, Надувная лодка, МПК В63В 7/08, заявл. 13.07.2006.