CC BY
42УДК 629.12
Роннов Евгений Павлович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ» e-mail: ptps@vgavt-nn.ru
Корепанов Алексей Эдуардович, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
e-mail: A.E.Korepanov@yandex.ru
603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ТРИМАРАНЫ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Ключевые слова: тримаран, аутригеры, многокорпусные суда, скоростные пассажирские тримараны, относительное удлинение, благоприятная интерференция системы волн.
Аннотация. В статье отражена история, состояние развития и сложившиеся тенденции проектирования судов-тримаранов. Показано как сформировалась терминология по судам данного типа, приведены сведения об основных элементах и характеристиках современных крейсерских, пассажирских и военных судов-тримаранов. На основании анализа данных по построенным тримаранам сделаны общие выводы. Отмечены преимущества и недостатки этих судов, определены перспективные направления исследований по их проектированию, а именно при какой длине, ширине, водоизмещении рационально с точки зрения скоростного режима использовать ту или иную схему расположения аутригеров по длине и ширине судна с целью достижения благоприятной волновой интерференции основного корпуса и аутригеров.
Тримаран - это трехкорпусное судно, состоящее из основного корпуса (vaka) и двух меньших аутригеров (ama), жестко соединенных с основным корпусом боковыми балками (aka).
Конструкция и названия частей тримарана (vaka, ama, aka) взяты у парусного судна народов Полинезии в Тихом океане, которые строились полинезийцами и другими коренными жителями островов Тихого океана почти 4000 лет назад, и большая часть современной терминологии позаимствована именно у них.
Отцом первой трехкорпусной яхты построенной в 1945 г., является Виктор Чечет (русский иммигрант, пропагандист многокорпусных судов). Ему же принадлежала идея назвать суда данного типа тримаранами.
Многокорпусные парусники (тримараны) стали популярными в 60-70-е годы XX века (таблица 1). Артур Пивер несомненно открыл новую эру в трансокеанских плаваниях, переплыв в июне 1960 г. Атлантику на построенном им тримаране «Нимбл» («Быстрый»). С тех пор тримараны неоднократно пересекали океан. В 1966 г. многокорпусные суда стартовали в двух крупнейших крейсерских гонках - вокруг Англии и Транстихоокеанской. Несмотря на то, что большинство участников выступало на катамаранах, победителем в первой из этих гонок и вторым призером во второй оказались тримараны.
Одним из главных достоинств многокорпусных парусных яхт-тримаранов, помимо большой полезной площади палуб, является меньшая амплитуда качки. Когда простое судно даже на малой волне начнет переваливаться с борта на борт, а пассажиры почувствуют первые признаки «морской болезни», в каютах тримарана, почувствуют лишь легкий перекат [1].
В конце XX века многокорпусные суда получили новый импульс в развитии с появлением тримаранов коммерческого и специального назначения. Мировой рынок динамично развивается и в мировом судостроении увеличился интерес к строительст-
ву и использованию скоростных пассажирских тримаранов для пассажирских и автомобильно-пассажирских перевозок. В настоящее время принцип тримарана широко используется в пассажирских паромах и современных боевых кораблях (таблица 2).
Таблица 1
Основные данные крейсерских яхт-тримаранов
Название Главные размерения LxB, м Парусность, м2 Водоизмещение порожнем, кг Число спальный мест Вид двигателя и мощность, л.с. Материалы
«Кросс-24» 7,2x4,3 22 400 3 - Ф-Пл
«Каравелла» 7,9x5,2 33 - 3 - Пл
«Три Стар 28» 8,6x5,0 30 - 5 Ст: 7,5 Ф-Пл
«Нимбл» 9,1x5,5 30 1050 5 П/м Ф-Пл
«Триюн» 9,1x5,5 41 1830 5 П/м Ф-Пл
«Свин Уинг» 9,2x6,9 37 2360 5 Ст Пл
«Вегебенд-П» 11,0x6,2 47 2260 5 П/м: 16 Ф-Пл
«Оф Саундинг» 11,6x6,7 58 2900 7 Ст: 30 Ф-Пл
«Три Стар 40» 11,9x6,4 53 3580 9 Ст: 28 Ф-Пл
«Виктрис» 12,2x6,7 45 3400 8 Ст: 30 Ф-Пл
«Ториа» 12,8x6,8 50 3000 - П/м Ф-Пл
«Вильямс-44» 13,4x6,7 87 3860 8 - Ф-Пл
«Тридент» 14,0x7,3 36 5350 8 Ст: 50 Ф-Пл
Обозначение: Ф - фанера, Пл - стеклопластик, П/м - подвесной мотор, Ст - стационарный двигатель .
Таблица 2
Основные характеристики судов-тримаранов
Название судна Главные раз-мерения LxBxT, м Водоизмещение, т Мощность, кВт Скорость, км/ч Пассажиро-вместимость, чел
«R.V. Triton» 97x22,5x3 1200 Дизель - элек.: 20 655 37 Экипаж:14
«Benchijigua» 126,7x30,4x4 2784 Дизель: 4 х 8200 74 1290 + 340 автомобиль
«Klewang» 62,5x15x1,2 130 Дизель: 4 х 1342 65 Экипаж: 27
«Independence» 127,8x30,4x4,6 2637 Турбины: 2 х21998 Дизель: 2х9099 83 Экипаж: 50
«Cable and Wireless Adventurer» 35x14x1,3 53 Дизель: 2 х 261 45 14
«Earthrace»/ «Ady Gil» 24x7x1,2 13 Дизель: 2 х 400 93 Экипаж: 8
В 2000 г. в Великобритании верфью «Vosper Thornycroft» был построен экспериментальный тримаран военного назначения «R. B. Triton» (рис. 1) водоизмещением 1100 т. До конца 2004 г. он был крупнейшим в мире трехкорпусным судном. Центральный корпус этого судна имеет относительное удлинение длины к ширине - 14, а «супертонкие» аутригеры (34м / 1,4м) - 24,3 [2].
Рис. 1. Тримаран военного назначения «R. B. Triton»
В 2004 г. австралийская фирма «Austal Ships» закончила постройку грузопассажирского скоростного тримарана типа «Auto-Express» [3], [4], [5] под названием «Benchijigua» (рис. 2). Это судно является на сегодня одним из крупнейших в мире тримаранов, длина которого составляет 126,7 м. Его корпус и надстройка полностью изготовлены из алюминия. Оно способно перевозить 1290 пассажиров и 340 автомобилей со скоростью 40 узлов. Конструкция корпуса судна основана по принципу SWATH (smale waterplane area twin hull - «судно с малой площадью сечения по ватерлинии»), получившая название TRISWACH (trimaran smale waterplane area central hull - «тримаран с малой площадью сечения по ватерлинии центрального корпуса») [2].
Рис. 2. Грузопассажирский скоростной тримаран «Benchijigua»
Той же фирмой «Austal Ships» на основе скоростного тримарана «Benchijigua» в 2010 году был построен и вступил в состав ВМС США прибрежный боевой тримаран под названием «Independence» (рис. 3) типа «LCS-2» (littoral combat ships - «прибрежный боевой корабль»). По состоянию на 2010 год, «Independence» и «Benchijigua» являются крупнейшими тримаранами в мире. Тримаран «Independence» имеет длину 127,4 метра. Дизайн тримарана обеспечивает повышенную устойчивость на море, а также значительные объемы внутренних отсеков и большую грузоподъемность.
Рис. 3. Прибрежный боевой тримаран «Independence»
Применение судов тримаранов явилось следствием ряда ж положительный качеств и прежде всего, достижения существенного снижения сопротивления движению. Дело в том, что относительная скорость этт судов наxодится в диапазоне числа Фруда по водоизмещению Fr\ = 1.7 + 2.6, то есть соответствует переxодному от плавания к глиссированию режиму движения. Этот режим xарактеризуется существенной продольной неустойчивостью, особенно при xоде на волнении, значительным увеличением волнового сопротивления, составляющего основную часть от полного, и соответственно ростом мощности энергетической установки. Это делает использование водоизмещающиx судов при такт режимаx движения экономически не рациональными. Уменьшить волновое сопротивление водоизмещающего судна можно за счет значительного увеличения относительной длины l = или отношения длины к
ширине. Снижение волнового сопротивления может быть достигнуто на так называемый судаx с малой площадью ватерлинии. На нт гидростатическая сила плавучести обеспечивается подводными обтекающими гондолами, не создающими волновое сопротивление. Малую площадь ватерлиний создают стойки, соединяющие гондолы с корпусом судна, расположенным над поверxностью воды. Суда имеют большие осадки и поэтому имеют перспективу только для морскт перевозок. На тримаранаx достигается значительное уменьшение волнового сопротивления, что подтверждает опыт создания и эксплуатации такт судов.
Кроме этого тримараны имеют ряд дополнительный положительный качеств, основными из который являются:
- увеличение площади палуб;
- снижение интенсивности волнообразования;
- технологичность;
- способность безопасно и комфортно перевозить пассажиров [6];
- повышение мореходных качеств судна [7];
Изложенное дает основание рассматривать этот тип скоростного судна как перспективный.
Однако при отмеченный выше преимуществаx тримараны имеют ряд недостатков:
- Определенная сложность конструкции корпуса. Это приводит к повышенной трудоемкости hx постройки.
- Большая площадь смоченной поверхности. При малый скоростяx у судна доминирует сопротивление трения.
- Увеличение массы корпуса судна. Из-за большого относительного удлинения центрального корпуса возникают проблемы с его прочностью. Обеспечение прочности вызывает некоторое увеличение массы корпуса, что не так актуально для скорост-нык судов.
При проектировании скоростные пассажирскт тримаранов, которые используются как на внешнт (морскж) так и на внутренне водный путяx, возникает вопрос о выборе скоростного режима и оптимизации hx элементов и xарактеристик. Обеспечивая минимально возможную ширину центрального корпуса можно достичь существенного снижения волнового сопротивления [8], [9], [10], [11], [12]. Следовательно, скоростной режим движения судна должен соответствовать скорости xода, при которой основной составляющей полного сопротивления является волновое сопротивление [13], существенное снижение которого обеспечивают тримараны. В настоящее время нет четкого ответа на вопрос, при какой длине, ширине, водоизмещении, рационально с точки зрения скоростного режима использовать ту или иную сxему расположения аутригеров по длине и ширине судна с тем, чтобы достичь благоприятной интерференции системы волн основного корпуса и аутригеров. Какими оптимальными являются главные размерения аутригеров и центрального корпуса. Какая энерговооруженность необxодима для тримарана.
Таким образом, только при условии полной ясности ответов на поставленные вопросы, разработка проектного обоснования судов-тримаранов, исключит ошибки при проектировании данного типа судна и поможет определить hx нишу использования среди другт типов скоростныи судов, такт как СПК, СВП, скоростные катамараны [14], [15], [16], [17].
Список литературы:
[1] Лапин В.И. Что мы знаем о тримаранаx / В.И. Лапин // Катера и яxты. - 1967. - № 11. -С. 77-86.
[2] Корытов, Н. Тримараны нового поколения / Н. Корытов // Катера и яxты. - 2005. - № 196. -С. 66-69.
[3] Austal updates Auto Express 127 trimaran experience // Fast ferry international. - 2005. - Vol. 44, No 10 - p. 26-27.
[4] Austal Trimaran Technology [Электронный ресурс]. - Австралия: Henderson, Западная Австралия. - Режим доступа: www.Austal.com, свободный. - Загл. с экрана.
[5] Fast ferries take Canary Islands passenger traffic // Fast ferry international. - 2005. - Vol. 44, No10. - p. 21-26.
[6] Рюмин С. Обводы быстроxодныx катеров / С. Рюмин // Катера и яxты. - 2008. - № 214. -С. 72-75.
[7] Elcin, Z. Wave making resistance characteristics of trimaran hulls : Master of Science Thesis / Zafer Elcin; Monterey, California, Naval Postgraduate School. - December 2003. - р. 92.
[8] Michell J.H. The Wave Resistance of a Ship / J.H. Michell // Philosophical Magazine. - 1898. -Vol. 45, Ser. 5. - p. 6-123.
[9] Tuck E.O. Wave Resistance Formula of JH Michell's and its Significance in Ship Hydrodynamics / E.O. Tuck // J. Austral. Math. Soc. - 1989. - Ser. B 30. - p. 365-377.
[10] Wigley, W.C.S. Ship Wave Resistance, а Comparison of Mathematical Theory with Experimental Results / W.C.S. Wigley // 67th Session of the Spring Meetings INA. - 1926. - p. 124-141.
[11] Wigley W.C.S. Ship Wave Resistance / W.C.S. Wigley // Philosophical Magazine. - 1898. - Vol. 45, Ser.5. - p. 106-123.
[12] Gotman, A. А History of Ship Resistance Evaluation: Navigating the Wake of Past Efforts / A. Gotman // The Journal of Ocean Technology. - 2007. - p. 74-96.
[13] Войткунский, Я. И. Сопротивление движению судов. / Я.И. Войткунский. - Ленинград. : Издательство «Судостроение», 1988. - 288 с.
[14] Ваганов А.М. Проектирование скоростныи судов. / А.М. Ваганов. - Ленинград. : Издательство «Судостроение», 1978.
[15] Зайцев Н.А. Отечественные суда на подводный крыльяx. / Н.А. Зайцев, А.И. Маскалик. -Ленинград. : Издательство «Судостроение», 1967. - 364 с.
[16] Блюмин В.И. Транспортные суда на подводный крыльяx. / В.И. Блюмин, Л.А. Иванов, М. Б. Масеев. - Москва.: Издательство «Транспорт», 1964. - 256 с.
[17] Алферьев М.Я. Транспортные катамараны внутреннего плавания / М.Я. Алферьев, Г.С. Мадорский. - Москва.: Издательство «Транспорт», 1976. - 336 с.
TRIMARANS: STATE AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT
Ronnov Evgeniy P., Doctor of Technical Sciences, Professor Volga State University of Water Transport Korepanov Alexey E., postgraduate student Volga State University of Water Transport, 5, Nesterov st, Nizhniy Novgorod, 603951
Key words: trimaran, outriggers, multihull vessels, high-speed passenger trimarans, elongation relative, favorable interference of the wave system.
Annotation. The paper reflects the history, the status of development and current trends in the design of trimaran vessels. It is shown how the terminology on vessels of this type was formed, the information about the main elements and characteristics of modern cruising, passenger and military vessels-trimarans. On the basis of the analysis of data on the constructed trimarans, general conclusions are made. Advantages and disadvantages of these vessels are noted, promising directions of research on their design are determined, namely, at what length, width, displacement it is rational from the point of view of the speed regime to use this or that scheme of the location of outriggers along the length and width of the vessel in order to achieve a favorable wave interference of the main body and outriggers.
References:
[1] Lapin V.I. Chto my znaem o trimananax / V.I. Lapin // Katera and Yahty. - 1967. - №11. - p. 77-86.
[2] Koritov, N. Trimarany novogo pokalenia / N. Koritov // Katera and Yahty. - 2005. - № 196. -
p. 66-69.
[3] Austal updates Auto Express 127 trimaran experience // Fast ferry international. - 2005. - Vol. 44, No 10 - p. 26-27.
[4] Austal Trimaran Technology [Elektronnyi resurs ]. - Australia: Henderson, Zapadnaya Australia. -Rezim dostypa: www.Austal.com, svobodnyi. - Zagl. s ekrana.
[5] Fast ferries take Canary Islands passenger traffic // Fast ferry international. - 2005. - Vol. 44, No10. - p. 21-26.
[6] Rumin, S. Obvody bistrohodnih katerov / S. Rumin // Katera and Yahty. - 2008. - № 214. - p. 72-75.
[7] Elcin, Z. Wave making resistance characteristics of trimaran hulls : Master of Science Thesis / Zafer Elcin ; Monterey, California, Naval Postgraduate School. - December 2003. - р. 92.
[8] Michell, J.H. The Wave Resistance of a Ship / J.H. Michell // Philosophical Magazine. - 1898. -Vol. 45, Ser. 5. - p. 6-123.
[9] Tuck, E. O. Wave Resistance Formula of JH Michell's and its Significance in Ship Hydrodynamics / E. O. Tuck // J. Austral. Math. Soc. - 1989. - Ser. B 30. - p. 365-377.
[10] Wigley, W.C.S. Ship Wave Resistance, а Comparison of Mathematical Theory with Experimental Results / W.C.S. Wigley // 67th Session of the Spring Meetings INA. - 1926. - p. 124-141.
[11] Wigley, W.C.S. Ship Wave Resistance / W.C.S. Wigley // Philosophical Magazine. - 1898. -Vol. 45, Ser.5. - p. 106-123.
[12] Gotman, A. А History of Ship Resistance Evaluation: Navigating the Wake of Past Efforts / A. Gotman // The Journal of Ocean Technology. - 2007. - p. 74-96.
[13] Voitkunskiy, Y. I. Soprotivlenie dvijenia sudov. / Y. I. Voitkunskiy. - Leningrad. : Izdatelstvo «Sudostroenie», 1988. - 288 p.
[14] Vaganov, A. M. Proektirovanie skorostnih sudov. / А. М. Vaganov. - Leningrad. : Izdatelstvo «Sudostroenie», 1978.
[15] Zaysev, N. A.Otechestvennie suda na podvodnyh krilyah. / N. А. Zaysev, А. I. Maskalik. - Leningrad. : Izdatelstvo «Sudostroenie», 1967. - 364 p.
[16] Blymin, В. I. Transportnie suda na podvodnyh krilyah. / В. I. Blymin, Л. А. Ivanov, М. Б. Maseev. - Moskva.: Izdatelstvo «Transport», 1964. - 256 p.
[17] Alferev, М. Y. Transportnie katamarany vnutrennego plavaniy / М. Y. Alferev, G. S. Madorsky. - Moskva.: Izdatelstvo «Transport», 1976. - 336 p.
Статья поступила в редакцию 08.07.2019 г.
