Крылья новой эры
Впервые в Кубке «Америки» будут выступать крылатые однокорпусники. Когда дело дошло до их проектирования и постройки, команды столкнулись с совершенно новыми проблемами. Мы сравнили концепции четырех гоночных яхт…
Defiant команды American Magic летит над водой

Текст Ларса Болле

С начала 2021 года и по март того же года в Окленде (Новая Зеландия) будут проходить отборочные состязания очередного розыгрыша Кубка «Америки», названные в честь спонсора Prada Cup и призванные выявить окончательного претендента на борьбу за трофей. После этого начнется собственно матч-рейс за право обладания старейшим спортивным призом мира.

В так называемой Мировой серии Кубка «Америки» команды еще в этом году должны были посостязаться друг с другом в трех разных географических локациях: предполагается, что подобные регаты могут предоставить командам важную информацию о своем собственном уровне технического развития и спортивной подготовки, а также (и это едва ли не важнее всего) обеспечат спонсорам широкую зрительскую аудиторию на протяжении всего текущего года.

Однако битва за самый важный трофей в парусном спорте теперь зависит и от последствий пандемии коронавируса. Само начало «новой эры в парусном спорте» (так пафосно называли весь процесс розыгрыша Кубка) было намечено еще на апрель нынешнего года. Первая встреча команды-защитника Emirates Team New Zealand с тремя претендентами – Luna Rossa Challenge (Италия), Ineos Team UK (Великобритания) и American Magic (США) – была запланирована на 23–26 апреля в Кальяри (Сардиния). Но начало Мировой серии было отменено. И теперь должно пройти некоторое время, прежде чем команды смогут на практике – и в прямом сравнении друг с другом – оценить уровень своей подготовки. И понять, какая из команд лучше всего осознала новые правила класса, кто из них разработал самую быструю и в то же время самую маневренную лодку.

По замыслу создателей (правила совместно разработали Emirates Team New Zealand в качестве защитника Кубка и Luna Rossa Challenge в качестве записного претендента), новые правила должны гарантировать, что, с одной стороны, затраты на проектирование и постройку яхт не слишком возрастут, а с другой стороны, что различия в конструкциях яхт у разных команд не будут слишком уж большими. Потому что существенные различия в конструкции могут означать большие различия и в скорости, что повлечет за собой скучные для зрителей гонки.

В силу принципиальной новизны правил проведения данного розыгрыша Кубка конструкторы столкнулись с ранее неизвестными техническими проблемами. Как же выглядят предложенные ими решения?

Ключевыми элементами новых кубковых яхт, влияющими на их скорость, маневренность и способность быстро выходить на крыло, являются следующие: геометрия корпуса, план парусности, подводные крылья на корпусе и на руле, работа крыльев и управление ими.

Хотя большую часть времени в гонке яхты должны будут проводить в крыльевом режиме, тем не менее они похожи на обычные водоизмещающие суда и имеют относительно высокий надводный борт. При этом новые лодки сильно различаются по форме шпангоутов. Причина сравнительно традиционного внешнего вида новых гоночных аппаратов кроется не только в правилах, но и в личных предпочтениях. Дело в том, что для итальянского миллиардера Патрицио Бертелли (главы группы Prada, главного спонсора итальянцев и одного из главных спонсоров Кубка) было важно, чтобы эти суда по-прежнему выглядели как «настоящие» яхты, то есть были бы изящными и не чересчур футуристическими парусными устройствами. Заданные правилами размеры и пропорции новых судов вполне гарантируют этот результат.

Общая длина корпуса (или уже фюзеляжа?) составляет от 20,60 до 20,70 метра (или 68,5 фута). Вместе с бушпритом это дает 75 футов – отсюда и обозначение класса AC 75. Ширина корпуса должна составлять от 4,80 до 5 метров, а водоизмещение – от 7785 до 7815 килограммов.

Форма носа и кормы определяются заданными величинами минимальной ширины. Она должен быть измерена в двух точках: на удалении 17 и 19 метров к носу от среза транца. В этих двух точках корпус не может быть шире, чем 1,6 метра и 1 метр соответственно, а ширина кормы должна быть не менее 4 метров. Это решение направлено на то, чтобы избежать создания корпусов типа «скоу». Корпус же должен иметь минимальный внутренний объем 70 кубических метров, а также иметь определенную величину восстанавливающего момента при опрокидывании на 90 градусов. Оба этих результата могут быть достигнуты только при наличии соответствующей высоты надводного борта. В противном случае корпуса могли бы быть гораздо более низкими и плоскими. И согласно законам аэродинамики это было бы гораздо лучше. Потому что когда корпуса яхт на глиссировании выходят из воды, очень важно, чтобы их аэродинамическое сопротивление было как можно ниже.

«С точки зрения аэродинамики все четыре конструкции не очень отличаются», – говорит Рольф Фролийк. Этот гамбургский дизайнер уже был обладателем Кубка «Америки» вместе с командой Alinghi, а теперь работает по контракту с британским претендентом. Однако он видит серьезные различия в формах шпангоутов, особенно в очертаниях подводной части. Это, по его мнению, вызвано влиянием не вполне равных начальных условий. Дизайнеры и защитника, и записного претендента работали вместе, чтобы разработать новый набор правил, и они могли начинать работу над проектами еще на самой ранней стадии, тогда как два других претендента смогли начать свою деятельность только после публикации финальной версии правил. В итоге новозеландцы и итальянцы получили примерно месячное преимущество в темпах создания новых яхт, что особенно заметно в формах именно подводной части. «Они перешли в стадию строительства намного раньше, чем смогли это сделать мы, ибо сами сформулировали основную концепцию новых судов и установили соответствующие правила», – отмечает Фролийк.

Еще претендент и записной защитник могли использовать очень хорошие компьютерные эмуляторы гонок уже на раннем этапе. «Они оба использовали программу, которую новозеландцы разработали еще для предыдущего кубка, – объясняет Фролийк. – Первоначальная программа была написана специалистами из Alinghi, а Luna Rossa купила лицензию на данную программу и наняла нескольких ее разработчиков. Это означает, что обе команды не только используют одно и то же программное обеспечение, но и имеют в своем распоряжении людей, которые его разработали».

Использование подобного программного обеспечения сейчас очень важно, потому что время для реальных тестов на воде ограничено правилами, а испытания в опытовых бассейнах или аэродинамических трубах вовсе запрещены. Каждая команда может построить только два корпуса класса AC 75, изменить каждый из этих корпусов максимум на 25 процентов относительно другого и – самое главное! – никогда не гонять обе лодки друг против друга. То есть прямой спарринг запрещен.

Кроме того, тестовый период на воде был отложен на несколько месяцев из-за изначально негодной конструкции стрелы – держателя подводных крыльев, которая является стандартным оборудованием, то есть одинаковым для всех команд. Для команд же проведение как можно большего времени на воде имеет решающее значение, чтобы иметь возможность постоянно сравнивать данные компьютерных расчетов с практически показанными результатами. Таким образом, поскольку время тестов на воде ограничено, хорошие программные симуляции важны как никогда.

Однако программы у разных команд, кажется, ведут в разных направлениях. Пока что мы видим, что, с одной стороны, похожи друг на друга концепции новозеландцев и итальянцев, с другой стороны, очень близки между собой британцы и американцы.

Новозеландцы и итальянцы полагаются на килеватые обводы, точнее, на обводы с некоторым подобием гидролыжи. Достоинство таких корпусов в том, что смачиваемая поверхность корпуса и, следовательно, его сопротивление быстро уменьшаются при переходе от водоизмещающего движения к крыльевому режиму. Лодки будут выходить на крылья даже при небольшой скорости ветра (согласно правилам, ветровое окно для кубковых гонок простирается от 6,5 до 21 узла для Prada Cup и от 6 до 23 узлов для собственно Кубка «Америки»).

Довольно плоские корпуса британцев и американцев имеют относительно большую смоченную поверхность даже тогда, когда они слегка приподнимаются над водой. Зато эти корпуса могут создавать так называемый эффект концевой шайбы (или пластины). Суть в том, что широкий и плоский корпус способен эффективно предотвращать перетекание воздуха с наветренной стороны на подветренную, причем в данном случае это относится не только к парусу, но и ко всей яхте в целом. Для ликвидации такого перетекания, ведущего к выравниванию давления по обе стороны грота, сделано многое. Например, нижняя шкаторина генуи лежит на палубе, кокпиты также спроектированы таким образом, чтобы нижняя шкаторина грота не имела под собой заметного просвета. Но для эффективной работы всех этих конструкторских решений воздух не должен свободно проходить под корпусом. Вот почему эти яхты проектируются так, чтобы даже при ходе на крыльях всегда находиться как можно ближе к поверхности воды. И здесь преимущество плоских корпусов в том, что они создают более эффективную концевую шайбу у поверхности воды. Впрочем, недостатки тоже очевидны: корпус быстрее тормозится, когда касается поверхности воды, из-за чего состояние полета над водой сложнее контролировать, и в целом яхта прощает меньше ошибок.

В свою очередь, сравнительно узкие подводные части корпусов новозеландской и итальянской яхт менее чувствительны в этом отношении: если их корпуса касаются воды, в нее уходит значительно меньшая по площади смачиваемая поверхность. Яхта меньше теряет скорость при касании воды.

Так что управление этими новыми яхтами – это не просто искусство полета над водой, а строгое регулирование высоты этого полета.

На полном курсе дрейф яхты, как известно, минимален, здесь важнее всего снижение гидродинамического сопротивления. Для вывода корпуса на крылья у лодок класса AC 75 предназначены три устройства: руль с T-образным крылом, поворотные стрелы-кронштейны, на которых вынесены бортовые крылья, и сами T-образные крылья на этих стрелах. Идеальное взаимодействие всех этих гидродинамических поверхностей и станет решающим для победы в Кубке. Сам руль, кстати, можно целиком поворачивать вокруг продольной оси – таким образом можно добиться наиболее эффективной работы всего комплекса.

Поворотные стрелы-кронштейны по правилам одинаковы для всех команд, а оси этих стрел должны находиться на расстоянии 2,05 метра от линии ДП. Лишь только в нижней трети стрел командам разрешается самостоятельно разработанный гидродинамический профиль.

Существуют ограничения и на бортовые Т-образные крылья. Например, осадка яхты с целиком опущенным кронштейном не должна превышать пяти метров, что ограничивает размах крыльев. Их общая площадь тоже ограничена. Но все равно, когда яхта идет в крыльевом режиме, расстояние от наружной оконечности крыла до ДП (полуширина) составляет около шести метров. Если в воду будут опущены сразу оба крыла, то ширина лодки составит почти двенадцать метров. «Мы на самом деле должны говорить о тримаранах, – утверждает Рольф Фролийк, – у которых поплавки заменены крыльями».

Правилами разрешается достаточно широкое варьирование конструкции крыльев. «Новозеландцы явно полагаются на универсальные крылья, которые будут достаточно хороши в любых ветровых условиях», – говорит Фролийк. Об этом свидетельствует очень большая их площадь практически без угла между двумя половинами крыла.

Чем больше по площади крылья, тем выше создаваемая ими подъемная сила, тем быстрее лодка выходит из воды. Но большая площадь крыла также означает и большое сопротивление. Поэтому, например, итальянцы полагаются на сравнительно маленькие крылья, которые должны дать им более высокую максимальную скорость. Вес, сэкономленный меньшими по площади крыльями, был вложен в «торпеду» (балластный бульб), которая размещена в точке крепления крыла к стреле-кронштейну. Подобные «торпеды» есть у всех команд, за исключением новозеландцев. Их масса, как утверждает Рольф Фролийк, составляет от 300 до 600 килограммов. При этом общий вес выносных стрел-кронштейнов и крыльев ограничен максимум 1385 килограммами. Эти «торпеды» используются для создания некоего противовеса с наветренной стороны, при поднятой стреле-кронштейне их масса будет способствовать росту восстанавливающего момента.

Очень важен для ходовых качеств яхты угол по отношению к ДП, под которым располагается стрела, а на ней находятся крылья. От угла наклона стрелы зависит, параллельны ли крылья поверхности воды или располагаются под углом к ней.

При ходе полным курсом крылья располагаются параллельно поверхности воды, так как дрейф практически не играет роли. Такая схема дает максимальную подъемную силу.

При ходе острым курсом крылья должны располагаться под углом к поверхности воды – у лодок нет швертов, и только стоящие под углом крылья могут создать необходимую силу бокового сопротивления. Здесь возможны два решения: изначально расположить крылья под углом друг к другу (это снизит подъемную силу, но даст боковое сопротивление) или подъемом стрелы-кронштейна поставить крыло целиком под углом к поверхности воды (при этом корпус яхты опускается вниз к поверхности воды, что делает очертания подводной части судна особо важными).

Подъемная сила, создаваемая крыльями, регулируется триммерами на его задней кромке, аналогично закрылкам на самолете. В крыльях есть небольшие гидроцилиндры, через стрелу-кронштейн проходит гидравлический шланг. Гидроцилиндры можно регулировать независимо друг от друга. «Это позволяет тонко настраивать крыло, – говорит Фролийк, – что является совершенно новой задачей для яхтсменов».

Сегодня решение этой задачи по тонкой настройке пока что находится исключительно в руках моделирующего программного обеспечения. Решающим фактором в гонках, возможно, будет то, насколько точно работают различные элементы автоматического управления. «Наши сегодняшние автопилоты управляют яхтами гораздо лучше, чем экипажи, – говорит Фролийк. – Если лодка идет хорошо и стабильно, то это значит, что автоматические системы, скорее всего, нормально работают. Всякий раз, когда лодка будет неуверенно идти на крыльях, будет виновата команда».

Стрела-кронштейн работает с использованием единых для всех команд гидравлических систем, которые приводятся в действие с помощью электрических насосов. Все остальные системы также могут управляться гидравлически, но давление в гидросистеме, необходимое для этого, должно создаваться экипажем вручную – вращением «кофейных мельниц». Насосы с ножным приводом, такие, как использовали новозеландцы на 35-м Кубке, теперь запрещены.

Электронные системы с обратной связью тоже запрещены. Бортовой компьютер раньше обеспечивал идеальные настройки с помощью графических дисплеев: экипаж вводил данные с одной панели и видел компьютерные рекомендации по идеальной настройке на другой. Ввод и вывод данных были отделены друг от друга, но в итоге экипаж только исполнял предложенные компьютером решения.

Такая система больше не разрешена, экипаж снова приобретает свое привычное значение на борту. Численность экипажа ограничена до одиннадцати человек, отдельной квоты для женщин-яхтсменов нет. Экипаж должен весить в сумме не менее 960 и не более 990 килограммов. Планируется «гостевой яхтсмен», который не может весить более 100 килограммов.

Парусные мастера тоже вновь вернулись в игру. В отличие от предыдущего Кубка грот больше не будет жестким крылом, он теперь представляет собой двойной парус из мембранных материалов. На задней кромке мачтового профиля имеются два ликпаза или две направляюще для кареток. Два полотнища грота расположены рядом друг с другом и, таким образом, образуют профиль крыла с двумя разными профилями для засасывающей и нагнетающей поверхностей.

Тонкой настройке формы подлежат лишь два участка: верхние четыре метра у самого топа мачты и нижние полтора метра (по длине передней шкаторины). Детали механизма регулировки пока не известны в полной мере, но ожидается, что в топовой части паруса будут размещены своего рода специальные механизированные латы для изменения твиста паруса при увеличении силы ветра (или высокой скорости судна) для сброса нагрузки. Возможно даже создание «обратной» формы профиля, то есть с направленной на ветер стрелкой прогиба (наветренным пузом) ради создания дополнительного восстанавливающего момента в некоторых ситуациях.

В нижней части грота главная задача яхтсменов состоит в регулировке грота-шкотов обоих полотнищ в продольном направлении так, чтобы обеспечить необходимое натяжение нижней шкаторины. «Традиционная настройка грота с помощью гика-шкота теперь вряд ли необходима, – полагает Фролийк, – потому что угол вымпельного ветра из-за очень больших скоростей изменяется совсем незначительно: не более чем на пять градусов при переходе от полных курсов на лавировку».

В зависимости от желаемой глубины профиля оба грота-шкота могут работать совместно или по отдельности. Если команда туго выбирает подветренный грота-шкот и травит наветренный, то наветренное полотнище грота немного прогибается так, что сдвигает пузо всего паруса вперед. Эта игра с двумя грота-шкотами и очень гибкой верхней частью грота позволяет иметь тысячи вариантов настройки. Но это также объясняет, почему компьютерное моделирование теперь так важно: ведь одни только тесты на воде отнимут слишком много времени, чтобы найти лучшие комбинации настроек.

Да, описанные на этих страницах лодки на данный момент являются первыми корпусами из двух разрешенных. Все команды уже строят вторую гоночную яхту. Одно непонятно: когда мы увидим их на воде?

ETNZ

Команда-защитник полагается на универсальные качества своей Te Aihe (Дельфина). Корпус не имеет каких-либо ярко выраженных аэродинамических настроек, подводная часть оптимизирована для быстрого выхода на крыло, равно как и сами большие плоские крылья. Верхняя часть шпангоутов имеет сравнительно плоский продольный редан, облегчающий выход на крылья. При подъеме корпуса смачиваемая поверхность уменьшается очень резко, что может стать преимуществом при слабом ветре. Даже небольшие касания воды не должны стать проблемой

Luna Rossa Prada Pirelli Team

На подводной части своей яхты Luna Rossa итальянцы решили усилить эффект концевой шайбы с помощью некоего скега перед рулем, не увеличивая смоченную поверхность. Небольшие крылья, созданные для достижения максимальной скорости, несут свинцовые «торпеды». Достаточно хорошо заглубленные шпангоуты должны обеспечить плавный переход от водоизмещающего плавания к полету. Чем выше будет подниматься лодка, тем больше будет уменьшаться смоченная поверхность. Касания поверхности воды будут сравнительно мягкими

Ineos Team UK

Britannia английской команды несколько выпадает из общих рамок за счет необычной формы носовой части, созданной для уменьшения аэродинамического сопротивления. Надводный борт в корме приподнят для получения требуемого правилами объема корпуса. Крылья умеренных размеров. Британские обводы похожи на американские, но они не такие плоские, да и корпус немного шире. Обе лодки рискуют столкнуться с заметным «присасыванием» плоских корпусов к воде при сильном к ней приближении

American Magic

Американцы полагаются на низкое аэродинамическое сопротивление своего Defiant за счет пониженной носовой части. Корпус узкий, подводная часть довольно плоская. Вместе с очень маленькими крыльями основной упор здесь делается на достижение максимальной скорости. Очень плоские U-образные шпангоуты означают большую площадь смачиваемой поверхности до тех пор, пока яхта не выйдет на крыло, узкий корпус несколько противодействует этому. Переход от водоизмещающего плавания к глиссированию произойдет внезапно. U-образные шпангоуты образуют хорошую концевую шайбу

Сокращенный вариант. Полностью статья опубликована в Yacht Russia №7-8 (129), 2020 г.

Популярное
Идеальная яхта для дальнего плавания

Если вы запланировали круизную прогулку на яхте, то, скорее всего, уже решили, через какие именно экзотические места будет пролегать ваш маршрут. Однако подобрать судно для путешествия не так-то просто. Наши эксперты знают, на что нужно обращать внимание при выборе подходящей яхты

Oyster. Подъем с глубины

Всякое время и всякое дело имеют свои символы. Нередко в качестве вечных символов называются архитектурные сооружения: Кремль, египетские пирамиды, Тауэр, Биг Бен. Часто в качестве понятных знаковых вещей упоминаются некоторые бренды, символизирующие те или иные качества товара и обладающие очень высокой – а порой и вовсе «незыблемой»! – репутацией высококлассных изготовителей. Например, автомобили Bentley. До недавнего времени к таким незыблемым брендам относилась и британская компания Oyster Yachts, яхты которой считались образцом качества, надежности и долговечности. Однако все изменилось…

Мотылек с острова Дьявола
Он был преступником. Арестантом. Заключенным. И бежал снова и снова. Его ловили, а он опять бежал. Потому что... Жить, жить, жить! Каждый раз, находясь на грани отчаяния, Анри Шарьер повторял: «Пока есть жизнь, есть надежда».
Неоконченная кругосветка Сергея Жукова

Сергей Жуков в одиночку дошел до Австралии на собственноручно построенной яхте... и там потерял ее. Но главное - остался жив и не расстался с мечтой о кругосветном путешествии

Дональд Кроухерст: лестница вниз

Его называют мошенником чаще, чем героем. Его судьба неразрывно связана с первой безостановочной кругосветной гонкой 19068-1969 годов. Он пропал в океане...

Борода - краса и гордость моряка

Издавна считается, что борода моряка - символ мужской силы, отваги, воли, мудрости, гордости. Особенно если эта борода шкиперская, фирменная.

Жизнь на яхте

Все чаще мы узнаем о том, что кто-то из сограждан, устав от жизни на берегу, бросил налаженный быт, приобрел яхту и отправился в море, выбрав себе (а, порой, и семье) судьбу морского скитальца. Что это – форма эмиграции, эскапизм, здоровый авантюризм или своего рода впадение в детство, когда игра в кораблики важнее реальных проблем? Ради чего люди разрывают привычные стереотипы?

Дауншифтинг под парусом, или В плену стереотипов

Бытует мнение… И пусть оно ошибочное, оно все равно бытует. Путешествовать на яхте могут себе позволить только миллионеры. Купить яхту это безумно дорого, а уж жить такой жизнью это вообще только олигархам доступно.

Гром и молния!

В гавани, на якоре или в открытом море – в любом случае встреча с грозой для яхтсмена является сильным переживанием. Неготовность к этой встрече только усиливает негативные эмоции. 

На якорь – без стресса!

Поскольку спокойный отдых на якорной стоянке относится к важнейшим вещам во время плавания под парусами, то мы попытались систематизировать все ключевые моменты, касающиеся постановки на якорь. К тому же, у каждой лодки свои особенности выполнения маневров постановки на якорь…