Океанские гоночные яхты класса W-60
Кругосветные гонки Whitbread проводятся каждые четыре года под патронажем Королевского дома Великобритании начиная с 1973 года. Увлекаться яхтами в Англии начали еще в XVII веке. Король Карл II, правивший с 1660 года, имел, в частности, яхту под названием «Мэри». Первый яхт-клуб в Англии появился в 1720 году.
Whitbread - это самые престижные и длительные, длящиеся порядка девяти месяцев, профессиональные соревнования в парусном спорте. Здесь отрабатываются новейшие технологии в гонках под парусом.
Традиционно в них участвуют ведущие мировые державы — Великобритания, США, Франция, Япония, Италия. Советский Союз лишь однажды был представлен в 1989 1990 годах яхтой «Фазис», финишировавшей одиннадцатой. В 1993 1994 годах из бывших союзных республик выступала только Украина с парусниками «Гетман Сагайдачный» (7-е место) и «Одесса-200» (вне зачета). Россия же не участвовала в столь престижных соревнованиях ни разу.
В гонках в 1997 года стартовали яхты одного класса (W-60), а не трех, как в предыдущий раз. Уже в 1993-1994 годах W-60, разработанные специально для таких гонок, зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. С того времени яхты стали еще более скоростными и надежными.
«Правила океанских яхт Whitbread-60» предусматривают создание одномачтовых однокорпусных яхт, на высшем уровне современных технологических и спортивных достижений. Они должны иметь достаточно близкие характеристики. Документ особо подчеркивает требования к безопасности и остойчивости судна.
Идея W-60 в том, чтобы уровнять шансы яхтсменов. Участникам и организаторам гонки надоели слишком большие разрывы между соперниками, случившиеся, к примеру, в гонке 1989—1990 годов, сложные формулы, уравнивающие возможности судов разных размеров, по которым приходилось вычислять победителя. Назрело решение выбрать один быстроходный и относительно дешевый класс, где суда плотно финишируют, а результат определяется максимально просто - временем прихода.
По рекомендациям гонщиков, в июне 1990 года в Великобритании была собрана группа из шестнадцати ведущих мировых конструкторов яхт. После этого совещания и появился новый класс - Whitbread W-60. Это семейство океанских гоночных яхт, имеющих почти одинаковые характеристики: для значений длин, площадей и весов определили допустимый диапазон.
Тем не менее у каждого шкипера, конструктора, парусного мастера и строителя остается достаточно возможностей для применения своего таланта и новых технологий.
Скоростной потенциал яхт W-60 нового поколения очень велик. Средняя скорость парусника этого класса - 20 узлов, а максимальная - до 40. Установление нескольких мировых рекордов скорости в гонках 1990-х годов - наилучшее доказательство перспективности класса W-60.
В соответствии с правилами корпус яхты разделен водонепроницаемыми переборками на три отсека, при затоплении любого из них яхта остается на плаву.
Корпус W-60 - трехслойный. Между двумя оболочками из кевлара помещен пенопласт. После склейки получают монолитную конструкцию. Отказ от традиционной схемы поперечно-продольного силового набора позволяет усилить конструкцию и разместить несущие элементы в максимально укрепленных местах.
Все узлы крепления такелажа изготовлены из композиционных материалов, позволяющих по сравнению с металлическими аналогами существенно уменьшить массу судна.
Скорость яхты заметно зависит от жесткости корпуса, поскольку палуба подвергается колоссальному сжатию, особенно в носу и корме. Для оптимизации веса и наилучшего распределения нагрузок используются специальные компьютерные программы.
В гонке 1993-1994 годов большинство парусников пострадало от расслоения обшивки, кроме «Гетмана Сагайдачного», построенного на основе передовых авиационных технологий. Причина в применении высокоэффективного водного балласта. Он позволяет в сильный ветер нести существенно большую парусность, а, значит, судну приходится выдерживать большие скоростной напор и ударные нагрузки по сравнению с традициоиными. Поэтому после финиша гонки 1994 года, чтобы избежать разрушения корпуса в жестких условиях гонки, разработали специальные технологические ухищрения.
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-napycoB. 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, что значительно превосходят по качеству свои «панельные» аналоги.
|
|
Читайте в рубрике «Водный транспорт»: |
Военная техника | Телекоммуникации | Электроника | Энергетика | Физика | Химия | Биология | Математика | Психология | Физиология | Экономика | Металлургия | Строительство | Сельское хозяйство | Медицина | Культура и искусство | Виды двигателей | Машины и механизмы | Воздушный транспорт | Водный транспорт | Автотранспорт | Ж/д транспорт | Физики | Химики | Математики | Биологи | Европейские изобретатели | Американские изобретатели | Российские изобретатели | Советские изобретатели | Методология науки | Развитие креативности | Как стать изобретателем | Изобретения будущего