Катамаран ( / ˌ k æ t ə m ə ˈ r æ n / ) ( неформально «кот») — плавсредство с двумя параллельными корпусами одинакового размера. Расстояние между корпусами катамарана придает сопротивление качке и опрокидыванию. Катамараны обычно имеют меньший объем корпуса, меньшее водоизмещение и меньшую осадку (осадку), чем однокорпусные катамараны сопоставимой длины. Два вместе взятых корпуса также часто имеют меньшее гидродинамическое сопротивление , чем сопоставимые однокорпусные корпуса, что требует меньшей движущей силы от парусов или двигателей. Более широкое положение катамарана на воде может уменьшить как крен , так и движение, вызванное волнами, по сравнению с однокорпусным судном, а также может привести к уменьшению следа.
Катамараны были изобретены австронезийскими народами и позволили им распространиться на острова Индийского и Тихого океанов . [1]
Катамараны различаются по размерам: от небольших парусных или гребных судов до больших военно-морских кораблей и автомобильных паромов. Конструкция, соединяющая два корпуса катамарана, варьируется от простой рамы, натянутой ремнями для поддержки экипажа, до мостовой надстройки, включающей обширную каюту и/или грузовое пространство.
Катамараны из Океании и морской Юго-Восточной Азии стали источником вдохновения для современных катамаранов. До 20-го века развитие катамаранов было сосредоточено в основном на концепциях парусного привода.
Слово «катамаран» происходит от тамильского слова kattumaram (கட்டுமரம்), что означает «бревна, связанные вместе», и представляет собой тип однокорпусного плота, состоящего из трех-семи стволов деревьев, связанных вместе. Этот термин эволюционировал в английском языке для обозначения судов с двойным корпусом. [2] [3] [4]
Суда катамаранного типа были ранней технологией австронезийских народов . Ранние исследователи, такие как Хейне-Гельдерн (1932) и Хорнелл (1943), когда-то считали, что катамараны произошли от каноэ с выносными опорами , но современные авторы, специализирующиеся на австронезийских культурах, такие как Доран (1981) и Махди (1988), теперь полагают, что это наоборот. [5] [6] [1]
Два связанных вместе каноэ возникли непосредственно на основе технологии минимального плота из двух связанных вместе бревен. Со временем форма каноэ с двойным корпусом превратилась в асимметричное двойное каноэ, где один корпус меньше другого. В конечном итоге меньший корпус стал прототипом выносной опоры , уступив место каноэ с одной выносной опорой, а затем реверсивному каноэ с одной выносной опорой. Наконец, типы с одинарными выносными опорами превратились в каноэ с двумя выносными опорами (или тримараны ). [5] [6] [1]
Это также объясняет, почему старое австронезийское население островов Юго-Восточной Азии склонно отдавать предпочтение каноэ с двойными выносными опорами, поскольку это обеспечивает устойчивость лодок при повороте оверштагом . Но у них еще есть небольшие регионы, где до сих пор используются катамараны и каноэ с одной опорой. Напротив, более отдаленные потомки населения в Океании , Мадагаскаре и Коморских островах сохранили типы каноэ с двойным корпусом и с одной выносной опорой, но технология изготовления двойных выносных опор так и не достигла их (хотя она существует в западной Меланезии ). Чтобы решить проблему неустойчивости лодки, когда выносная опора при повороте направлена под подветренную сторону, вместо этого они разработали маневровую технику в плавании в сочетании с реверсивными одинарными выносными опорами. [5] [6] [1] [7] [8]
Несмотря на то, что они были более «примитивной формой» каноэ с выносными опорами, они, тем не менее, были эффективны, позволяя полинезийцам-мореплавателям путешествовать к отдаленным островам Тихого океана . [9]
Ниже приводится список традиционных австронезийских катамаранов:
Первый задокументированный пример парусного судна с двойным корпусом в Европе был спроектирован Уильямом Петти в 1662 году для плавания быстрее, на мелководье, при слабом ветре и с меньшим количеством экипажа, чем другие суда того времени. Однако необычный дизайн был встречен скептически и не имел коммерческого успеха. [10] [11]
Эта конструкция оставалась относительно неиспользованной на Западе в течение почти 160 лет до начала 19 века, когда англичанин Мэйфлауэр Ф. Крисп построил двухкорпусное торговое судно в Рангуне, Бирма . Корабль получил название Original . Крисп описал его как «прекрасную быстроходную морскую лодку; во время сезона дождей она торговала между Рангуном и провинциями Тенассерим в течение нескольких лет». [12] [13]
Позже в том же столетии американец Натанаэль Херрешофф построил двухкорпусную парусную лодку собственной конструкции (патент США № 189,459). [14] Корабль «Амариллис » участвовал в своей первой регате 22 июня 1876 года и показал очень хорошие результаты. Ее дебют продемонстрировал явные преимущества катамаранов в производительности по сравнению со стандартными однокорпусными судами. Именно в результате этого мероприятия, Столетней регаты Нью-Йоркского яхт-клуба, катамаранам было запрещено посещать регулярные занятия по парусному спорту, и так продолжалось до 1970-х годов. [15] 6 июня 1882 года три катамарана Южного яхт-клуба Нового Орлеана прошли курс длиной 15 морских миль по озеру Пончартрейн , и победившая лодка в классе катамаранов « Nip and Tuck » опередила время самого быстрого шлюпа более чем на пять минут. [16] [17]
В 1916 году Леонардо Торрес Кеведо запатентовал новый тип корабля — многокорпусное стальное судно под названием Binave (Твин-корабль), которое было построено и испытано в Бильбао ( Испания ) в 1918 году. В конструкцию вошли два морских двигателя Hispano-Suiza мощностью по 30 л.с. , и смог изменить свою конфигурацию во время плавания , разместив два руля на корме каждого поплавка, а гребные винты также разместили в корме . [18] [19] [20] В 1936 году Эрик де Бишоп построил полинезийское «двойное каноэ» на Гавайях и отплыл на нем домой, чтобы встретить героя во Франции. В 1939 году он опубликовал свой опыт в книге Каймилоа , которая была переведена на английский язык в 1940 году .
Роланд и Фрэнсис Праут экспериментировали с катамаранами в 1949 году и в 1954 году переоборудовали свой лодочный завод в Канви-Айленде , Эссекс (Англия), построенный в 1935 году, на производство катамаранов. Их катамараны Shearwater легко выиграли гонки у однокорпусных судов. Yellow Bird, Shearwater III 1956 года постройки , на котором Фрэнсис Праут успешно участвовал в гонках в 1960-х годах, находится в коллекции Национального морского музея Корнуолла . [22] Компания Prout Catamarans , Ltd. спроектировала мачту в кормовой части с мачтой в кормовой части миделя корабля для поддержки увеличенного кливера - более чем в два раза превышающего размер уменьшенного грота конструкции; он производился как модель Snowgoose . [23] Заявленное преимущество этого плана парусного вооружения заключалось в уменьшении склонности носовой части судна к закапыванию. [24] [25]
В середине двадцатого века пляжные катамараны стали широко распространенной категорией парусных катамаранов благодаря простоте спуска на воду и массовому производству. В Калифорнии производитель досок для серфинга Hobie Alter в 1967 году выпустил 250-фунтовую (110 кг) Hobie 14 , а два года спустя — более крупную и еще более успешную Hobie 16 . По состоянию на 2016 год Hobie 16 все еще производился, было выпущено более 100 000 экземпляров. [26]
Катамараны были представлены в олимпийском парусном спорте в 1976 году. Двуручный катамаран Tornado был выбран для многокорпусной дисциплины на Олимпийских играх с 1976 по 2008 год. В 2000 году он был модернизирован. [27] На подводных крыльях Nacra 17 использовался на Олимпийских играх в Токио в 2020 году. , которые прошли в 2021 году; [28] [29] после принятия в 2015 году Nacra 15 в качестве класса юношеских чемпионатов мира и нового класса для юношеских Олимпийских игр. [30] [31]
Катамараны имеют две основные эксплуатационные характеристики, которые отличают их от водоизмещающих однокорпусных судов: меньшее сопротивление проходу по воде и большая остойчивость (начальная устойчивость к опрокидыванию). Выбор между однокорпусной конфигурацией и конфигурацией катамарана включает в себя соображения грузоподъемности, скорости и эффективности.
На низких и средних скоростях легкий корпус катамарана испытывает сопротивление проходу через воду, примерно пропорциональное квадрату его скорости. Водоизмещающий однокорпусный корпус, напротив, испытывает сопротивление, которое, по крайней мере, является кубом его скорости. Это означает, что катамарану потребуется в четыре раза больше мощности, чтобы удвоить свою скорость, тогда как однокорпусному судну потребуется в восемь раз больше мощности, чтобы удвоить свою скорость, начиная с низкой скорости. [32] Для катамаранов с двигателем это подразумевает меньшие по размеру электростанции (хотя обычно требуется две). В парусных катамаранах низкое сопротивление вперед [33] позволяет парусам получать мощность от присоединенного потока , [34] их наиболее эффективный режим — аналог крыла — что приводит к использованию крыльев на гоночных судах. [35]
Катамараны полагаются в первую очередь на устойчивость формы, чтобы противостоять крену и опрокидыванию. [32] Сравнение устойчивости к кренению однокорпусного корпуса с балкой прямоугольного сечения B по сравнению с двумя корпусами катамарана шириной B / 2, разделенными расстоянием 2× B , определяет, что катамаран имеет начальное сопротивление кренению, которое в семь раз больше, чем у однокорпусного судна. [36] По сравнению с однокорпусным парусным судном, крейсерский катамаран имеет более высокое начальное сопротивление крену и опрокидыванию: пятидесятифутовому паруснику требуется в четыре раза больше силы, чтобы инициировать опрокидывание, чем эквивалентному однокорпусному судну. [37]
Одним из показателей компромисса между скоростью и грузоподъемностью является число Фруда водоизмещения (Fn V ) [38] по сравнению с эффективностью транспортировки по спокойной воде . [39] Fn V применяется, когда длина ватерлинии слишком зависит от скорости, чтобы иметь значение, например, в случае глиссирующего корпуса. [40] В качестве эталонной длины используется кубический корень из объемного водоизмещения корпуса V , где u — относительная скорость потока между морем и кораблем, а g — ускорение силы тяжести :
Эффективность транспортировки судна на спокойной воде пропорциональна водоизмещению при полной нагрузке и максимальной скорости на спокойной воде, деленному на соответствующую требуемую мощность. [41]
Крупные торговые суда имеют Fn V от единицы до нуля, тогда как катамараны с более высокими характеристиками могут приближаться к 2,5, что означает более высокую скорость на единицу объема катамаранов . Каждый тип судна имеет соответствующую эффективность транспортировки на спокойной воде: количество крупных транспортных судов находится в диапазоне 100–1000 по сравнению с 11–18 для транспортных катамаранов, что означает более высокую эффективность на единицу полезной нагрузки для однокорпусных судов . [39]
Двумя улучшениями по сравнению с традиционным катамараном являются двойной корпус с малой площадью ватерплоскости (SWATH) и волнообразующая конфигурация, причем последняя конструкция стала широко популярной.
SWATH снижает волнообразующее сопротивление за счет перемещения водоизмещающего объема ниже ватерлинии, используя пару трубчатых корпусов, похожих на подводные лодки, соединенных пилонами с настилом мостика с узким поперечным сечением ватерлинии. Затопленные корпуса минимально подвержены воздействию волн. [42] Форма SWATH была изобретена канадцем Фредериком Г. Кридом , который представил свою идею в 1938 году и позже получил на нее британский патент в 1946 году. Впервые она была использована в 1960-х и 1970-х годах как эволюция конструкции катамарана для использования. в качестве океанографических исследовательских судов или судов-спасателей подводных лодок. [43] В 1990 году ВМС США заказали строительство корабля SWATH для проверки конфигурации. [44]
Суда SWATH сравниваются с обычными моторными катамаранами эквивалентного размера следующим образом: [42]
Волнобойные катамараны (строго говоря, это тримараны с центральным корпусом и двумя выносными опорами) имеют на каждом корпусе низкоплавучую носовую часть, которая направлена к ватерлинии и поднимается в корму до уровня, позволяющего каждому корпусу пройти через волны, а не кататься по ним. Это позволяет развивать более высокую скорость на волнах, чем обычный катамаран. От катамаранов SWATH они отличаются тем, что плавучая часть корпуса не имеет трубчатой формы. Настил пролетного мостика может иметь некоторые характеристики обычного V-образного корпуса, что позволяет ему преодолевать гребни волн. [45]
Конструкции катамаранов, пробивающих волны, использовались для яхт, [46] пассажирских паромов, [47] и военных судов. [48]
Конфигурация катамарана заполняет нишу, где скорость и мореходность отдаются предпочтение перед вместимостью. На более крупных судах эта ниша отдает предпочтение автопаромам и военным судам для патрулирования или работы в прибрежной зоне.
Катамараны для отдыха и спорта обычно рассчитаны на экипаж из двух человек и спускаются на воду и приземляются с пляжа. Большинство из них имеют батут на мостовой конструкции, вращающуюся мачту и полноразмерные рейки на гроте. Версии Performance часто имеют трапеции, позволяющие экипажу выходить и уравновешивать силы опрокидывания во время сильного ветра в определенных точках плавания. [49]
Для 33-го Кубка Америки и защитник, и претендент построили многокорпусные суда длиной 90 футов (27 м). Société Nautique de Genève , защищаясь вместе с командой Alinghi , плавал на катамаране. Претендент, BMW Oracle Racing, использовал тримаран, заменив его мягкую парусную установку на высокий парус - самое большое парусное крыло, когда-либо построенное. В водах Валенсии , Испания, в феврале 2010 года тримаран BMW Oracle Racing с мощным парусным крылом показал себя превосходно. Это представляло собой отход от традиционных однокорпусных судов, которые всегда использовались в предыдущих сериях Кубка Америки . [50]
В заливе Сан-Франциско Кубок Америки 2013 года проходил на катамаранах AC72 длиной 72 фута (22 м) (судно, установленное правилами Кубка Америки 2013 года). На каждой яхте использовались подводные крылья и парус-крыло. Регата была выиграна командой Oracle Team USA со счетом 9–8 у претендента, команды Emirates Team New Zealand , в пятнадцати матчах, поскольку команда Oracle Team USA начала регату с двухочковым штрафом. [51] [52]
В яхтенном спорте появились многокорпусные суда длиной более 100 футов (30 м). « Гонка » помогла ускорить эту тенденцию; это было кругосветное плавание, которое стартовало из Барселоны, Испания, в канун Нового 2000 года. Из-за призовых денег и престижа, связанных с этим мероприятием, четыре новых катамарана (и два сильно модифицированных) длиной более 100 футов (30 м) были созданы для конкуренции. Самая большая, PlayStation , принадлежавшая Стиву Фоссету , имела длину 125 футов (38 м) и имела мачту, которая находилась на высоте 147 футов (45 м) над водой. Практически все новые мега-коты были построены из углеродного волокна препрега для обеспечения прочности и минимально возможного веса. Максимальная скорость этих лодок может достигать 50 узлов (58 миль в час; 93 км/ч). Гонку выиграл катамаран Club Med длиной 33,50 м (109,9 футов) под управлением Гранта Далтона . Он обогнул земной шар за 62 дня со средней скоростью 18 узлов (21 миля в час; 33 км/ч). [53]
Катамараны для бурных вод, иногда называемые «ката-плотами», для занятий водными видами спорта широко распространены в постсоветских странах . Они состоят из двух надувных корпусов, соединенных решетчатой леской. Каркас туристического катамарана может быть изготовлен как из алюминиевых (дюралевых) труб, так и из срубленных стволов деревьев. Надувная часть имеет два слоя — герметичный баллон с отверстиями для инфляции и оболочку из плотной ткани, защищающую баллон от механических повреждений. Преимуществами таких катамаранов являются малый вес, компактность и удобство в транспортировке (все изделие упаковывается в одну упаковку-рюкзак, соответствующую стандартам воздушного движения) и скорость сборки (10–15 минут на надувание). [54] Полностью надувные модели доступны в Северной Америке. [55] На реке Колорадо была использована конструкция ката-плота для перевозки тяжелых бурных вод, сохраняя при этом хорошую скорость в воде. [56]
Моряки, путешествующие в круизах, должны выбирать между объемом, полезной нагрузкой, скоростью и стоимостью при выборе лодки. Выбор катамарана предполагает увеличение скорости за счет снижения нагрузки на единицу стоимости. Ховард и Доан описывают следующие компромиссы между крейсерскими однокорпусными кораблями и катамаранами: [37] Морское однокорпусное судно для дальнего плавания может иметь длину всего 30 футов (9,1 м) для данного состава экипажа и вспомогательных материалов, тогда как для круизного катамарана потребуется быть 40 футов (12 м) для достижения той же мощности. Помимо большей скорости, катамараны всасывают меньше воды, чем однокорпусные — всего 3 фута (0,91 м) — и их легче вывести на берег. Катамараны сложнее поворачивать и занимают больше места в гавани. Крейсерские катамараны влекут за собой дополнительные расходы из-за наличия двух двигателей и двух рулей. Тарьян добавляет, что крейсерские катамараны могут с комфортом преодолевать 300 морских миль (350 миль; 560 км) в день, а гоночные версии преодолевают более 400 морских миль (460 миль; 740 км) в день. Кроме того, они не кренятся более чем на 10-12 градусов даже на полном ходу на вылете. [57]
Круизные катамараны с электроприводом обладают многими удобствами, присущими парусным круизным катамаранам. Салон обычно состоит из двух корпусов, в которых расположены каюты и моторные отсеки. Как и в случае с парусными катамаранами, эта конфигурация сводит к минимуму движение лодки на волнении. [58]
Зарегистрированный в Швейцарии катамаран Tûranor PlanetSolar , спущенный на воду в марте 2010 года, является крупнейшим в мире судном, работающим на солнечной энергии . В 2012 году он совершил кругосветное плавание . [59]
В 1970-е годы катамараны стали использоваться в качестве высокоскоростных паромов , пионером которых стала компания Westermoen Hydrofoil в Мандале , Норвегия, которая запустила проект Westamaran в 1973 году. [60] Stena Voyager был примером большого, быстрого парома, обычно курсирующего на скорость 46 миль в час (74 км/ч), хотя он был способен развивать скорость более 70 миль в час (110 км/ч). [61]
Австралийский остров Тасмания стал местом строителей больших транспортных катамаранов — «Инкат» в 1977 году [62] и «Аустал» в 1988 году [63] — каждый из которых строил гражданские паромы и военные корабли. Компания Incat построила HSC Francisco , высокоскоростной тримаран, который со скоростью 58 узлов является (по состоянию на 2014 год) самым быстрым пассажирским судном в эксплуатации. [64]
Первым военным кораблем, приводившимся в движение паровым двигателем, названным « Демологос » или «Фултон » и построенным в Соединенных Штатах во время войны 1812 года , был катамаран с гребным колесом между корпусами.
В начале 20 века несколько катамаранов были построены как спасательные суда подводных лодок: SMS Vulkan и SMS Cyclop в Германии , Kommuna в России и Kanguro в Испании , все они были предназначены для подъема пострадавших подводных лодок с помощью огромных кранов над лунным бассейном между корпусами. Два спасательных корабля времен холодной войны , USS Pigeon и USS Ortolan ВМС США , также были катамаранами, но не имели функции лунного бассейна.
Впервые использование катамаранов в качестве высокоскоростного военно-морского транспорта было осуществлено компанией HMAS Jervis Bay , которая находилась на вооружении Королевского военно-морского флота Австралии в период с 1999 по 2001 год. Командование военных морских перевозок США в настоящее время управляет несколькими катамаранами экспедиционного быстрого транспорта , принадлежащими ВМС США; [65] они используются для высокоскоростной перевозки военных грузов и для проникновения в мелководные порты.
Класс Makar — это класс двух больших исследовательских кораблей-катамаранов, построенных для ВМС Индии . По состоянию на 2012 год одно судно INS Makar (J31) находилось в эксплуатации, второе находилось в стадии строительства. [66]
Ракетный катер класса Houbei ВМС Народно -освободительной армии (PLAN) , впервые спущенный на воду в 2004 году в Шанхае, имеет конструкцию катамарана, обеспечивающую скрытность корабля. [67]
Корвет типа «Туо Чианг» — это класс тайваньских быстрых и малозаметных многоцелевых волнопробивающих корветов - катамаранов [68], впервые спущенных на воду в 2014 году для ВМС Китайской Республики (Тайвань) .
{{cite book}}
: CS1 maint: другие ( ссылка )См. рис. 2.1. Фигуры «Slender» и «Swath».