Катамаран ( / ˌ k æ t ə m ə ˈ r æ n / ) (неофициально «cat») — водное судно с двумя параллельными корпусами одинакового размера. Расстояние между корпусами катамарана обеспечивает сопротивление качке и опрокидыванию. Катамараны обычно имеют меньший объем корпуса, меньшее водоизмещение и меньшую осадку (осадку), чем однокорпусные суда сопоставимой длины. Два корпуса в сочетании также часто имеют меньшее гидродинамическое сопротивление , чем сопоставимые однокорпусные суда, требуя меньшей тяговой мощности от парусов или двигателей. Более широкая стойка катамарана на воде может уменьшить как крен, так и движение, вызванное волнами, по сравнению с однокорпусным судном, и может давать меньшие следы.
Катамараны были изобретены австронезийскими народами и способствовали их экспансии на острова Индийского и Тихого океанов . [1]
Катамараны различаются по размеру от небольших парусных или гребных судов до крупных военных кораблей и паромов для перевозки автомобилей с функцией ролл-он/ролл-офф . Конструкция, соединяющая два корпуса катамарана, варьируется от простой рамы, натянутой на стропы для поддержки экипажа, до мостовой надстройки, включающей обширную каюту или грузовое пространство.
Катамараны из Океании и Приморской 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 «связанные вместе брёвна» и представляет собой тип однокорпусного плота, сделанного из трёх-семи стволов деревьев, связанных вместе. Термин развился в английском использовании для обозначения несвязанных двухкорпусных судов. [2] [3] [4]
Суда катамаранного типа были ранней технологией австронезийских народов . Ранние исследователи, такие как Хайне-Гельдерн (1932) и Хорнелл (1943), когда-то считали, что катамараны произошли от каноэ с выносными балансирами , но современные авторы, специализирующиеся на австронезийских культурах, такие как Доран (1981) и Махди (1988), теперь считают, что это наоборот. [5] [6] [1]
Два связанных вместе каноэ развились непосредственно из минимальных технологий плота из двух связанных вместе бревен. Со временем двухкорпусная форма каноэ развилась в асимметричное двойное каноэ, где один корпус меньше другого. В конце концов меньший корпус стал прототипом аутригера , уступив место каноэ с одним аутригером, затем — реверсивному каноэ с одним аутригером. Наконец, типы с одним аутригером развились в каноэ с двумя аутригерами (или тримараны ). [5] [6] [1]
Это также объясняет, почему более древние австронезийские популяции в островной Юго-Восточной Азии, как правило, предпочитают каноэ с двумя аутригерами, поскольку это сохраняет устойчивость лодок при лавировании . Но у них все еще есть небольшие регионы, где все еще используются катамараны и каноэ с одним аутригером. Напротив, более отдаленные потомки в Океании , на Мадагаскаре и Коморских островах сохранили типы каноэ с двумя корпусами и одним аутригером, но технология для двойных аутригеров так и не достигла их (хотя она существует в западной Меланезии ). Чтобы справиться с проблемой неустойчивости лодки, когда аутригер обращен подветренной стороной при лавировании, они вместо этого разработали маневровую технику в парусном спорте в сочетании с реверсивными одинарными аутригерами. [5] [6] [1] [7] [8]
Несмотря на то, что они были более «примитивной формой» каноэ с балансиром, они, тем не менее, были эффективны, позволяя мореплавателям-полинезицам путешествовать к далеким островам Тихого океана . [9]
Ниже приведен список традиционных австронезийских катамаранов:
Первый задокументированный пример двухкорпусного парусного судна в Европе был разработан Уильямом Петти в 1662 году для более быстрого плавания, 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]
Конструкция оставалась относительно неиспользуемой на Западе в течение почти 160 лет до начала 19-го века, когда англичанин Мэйфлауэр Ф. Крисп построил двухкорпусное торговое судно в Рангуне, Бирма . Судно было названо Original . Крисп описал его как «быстроходное прекрасное морское судно; оно торговало во время муссонов между провинциями Рангун и Тенассерим в течение нескольких лет». [12] [13]
Позже в том же столетии американец Натанаэль Херрешофф построил двухкорпусное парусное судно собственного дизайна (патент США № 189 459). [14] Судно, Amaryllis , участвовало в своей первой регате 22 июня 1876 года и показало себя исключительно хорошо. Его дебют продемонстрировал явные преимущества в производительности, предоставляемые катамаранам по сравнению со стандартными однокорпусными судами. Именно в результате этого события, регаты столетия Нью-Йоркского яхт-клуба, катамараны были отстранены от обычных парусных классов, и это оставалось так до 1970-х годов. [15] 6 июня 1882 года три катамарана из Южного яхт-клуба Нового Орлеана участвовали в гонке на дистанции 15 морских миль по озеру Пончартрейн , и победившая в классе катамаранов лодка, Nip and Tuck , превзошла время самого быстрого шлюпа более чем на пять минут. [16] [17]
В 1916 году Леонардо Торрес Кеведо запатентовал многокорпусное стальное судно под названием Binave (Twin Ship), новый тип катамарана, который был построен и испытан в Бильбао ( Испания ) в 1918 году. Инновационная конструкция включала два 30-сильных морских двигателя Hispano-Suiza и могла изменять свою конфигурацию во время плавания , размещая два руля на корме каждого поплавка, при этом винты также располагались на корме . [18] [19] [20] В 1936 году Эрик де Бишоп построил полинезийское «двойное каноэ» на Гавайях и отправился на нем домой, где его встретили как героя во Франции. В 1939 году он опубликовал свои впечатления в книге Kaimiloa , которая была переведена на английский язык в 1940 году. [21]
Роланд и Фрэнсис Праут экспериментировали с катамаранами в 1949 году и переоборудовали свою лодочную фабрику 1935 года в Канви-Айленде , Эссекс (Англия), для производства катамаранов в 1954 году. Их катамараны Shearwater легко выигрывали гонки у однокорпусных судов. Yellow Bird, построенная в 1956 году Shearwater III , на которой Фрэнсис Праут успешно участвовал в гонках в 1960-х годах, находится в коллекции Национального морского музея Корнуолла . [22] Prout Catamarans , Ltd. спроектировала мачтовую оснастку с мачтой в кормовой части миделя для поддержки увеличенного стакселя — более чем в два раза больше уменьшенного грота конструкции; она была выпущена как модель Snowgoose . [23] Заявленное преимущество этой схемы паруса заключалось в уменьшении любой тенденции носа судна зарываться. [24] [25]
В середине двадцатого века бичкэты 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 изготовлено более 100 000 экземпляров. [26]
Катамараны были введены в олимпийский парусный спорт в 1976 году . Двуручный катамаран Tornado был выбран для многокорпусной дисциплины на Олимпийских играх с 1976 по 2008 год. Он был модернизирован в 2000 году. [27] Фойловый Nacra 17 использовался на Олимпийских играх 2020 года в Токио, которые состоялись в 2021 году; [28] [29] после принятия в 2015 году Nacra 15 в качестве класса для чемпионатов мира среди юниоров и в качестве нового класса для юношеских Олимпийских игр. [30] [31]
Катамараны имеют две основные эксплуатационные характеристики, которые отличают их от однокорпусных водоизмещающих судов: меньшее сопротивление проходу через воду и большая устойчивость (начальное сопротивление опрокидыванию). Выбор между однокорпусным и катамараном конфигурации включает в себя соображения грузоподъемности, скорости и эффективности.
На низких и средних скоростях легкий корпус катамарана испытывает сопротивление проходу через воду, которое приблизительно пропорционально его скорости. Водоизмещающее однокорпусное судно имеет такое же соотношение на низкой скорости, поскольку сопротивление почти полностью обусловлено поверхностным трением. Когда скорость лодки увеличивается и образуются волны, сопротивление зависит от нескольких конструктивных факторов, в частности, от водоизмещения корпуса по отношению к длине и от соотношения расстояния между корпусом и длиной, это нетривиальная кривая сопротивления со множеством небольших пиков, поскольку волновые последовательности на разных скоростях объединяются и нейтрализуются [32] [33] Для моторных катамаранов это подразумевает меньшие силовые установки (хотя обычно требуется две). Для парусных катамаранов низкое лобовое сопротивление [34] позволяет парусам получать мощность от присоединенного потока , [35] их наиболее эффективный режим — аналогичный крылу — что приводит к использованию парусов-крыльев в гоночных судах. [36]
Катамараны в первую очередь полагаются на устойчивость формы, чтобы противостоять крену и опрокидыванию. [33] Сравнение устойчивости к крену однокорпусного судна прямоугольного сечения шириной B с двумя корпусами катамаранов шириной B /2, разделенными расстоянием 2× B , определяет, что катамаран имеет начальное сопротивление крену, которое в семь раз больше, чем у однокорпусного судна. [37] По сравнению с однокорпусным судном, круизный парусный катамаран имеет высокое начальное сопротивление крену и опрокидыванию — для опрокидывания пятидесятифутового судна требуется в четыре раза больше силы, чем для эквивалентного однокорпусного судна. [38]
Одной из мер компромисса между скоростью и грузоподъемностью является число Фруда водоизмещения (Fn V ) [ 39 ] по сравнению с эффективностью транспортировки на спокойной воде . [40] Fn V применяется, когда длина ватерлинии слишком зависит от скорости, чтобы иметь смысл, как в случае с глиссирующим корпусом. [41] Он использует опорную длину, кубический корень объемного водоизмещения корпуса, V , где u — относительная скорость потока между морем и судном, а g — ускорение под действием силы тяжести :
Эффективность транспортировки судна на спокойной воде пропорциональна водоизмещению при полной загрузке и максимальной скорости на спокойной воде, деленным на соответствующую требуемую мощность. [42]
Большие торговые суда имеют Fn V от одного до нуля, тогда как более производительные катамараны могут приближаться к 2,5, что означает более высокую скорость на единицу объема для катамаранов. Каждый тип судна имеет соответствующую эффективность транспортировки на спокойной воде, при этом большие транспортные суда находятся в диапазоне 100–1000, по сравнению с 11–18 для транспортных катамаранов, что означает более высокую эффективность на единицу полезной нагрузки для однокорпусных судов. [40]
Два преимущества по сравнению с традиционным катамараном — это двухкорпусная конструкция с малой площадью ватерлинии (SWATH) и волнопроницаемая конфигурация, которая стала широко распространенной конструкцией.
SWATH снижает волнообразующее сопротивление, перемещая водоизмещающий объем ниже ватерлинии, используя пару трубчатых, похожих на подводные лодки корпусов, соединенных пилонами с мостиковой палубой с узким поперечным сечением ватерлинии. Подводные корпуса минимально подвержены влиянию волн. [43] Форма SWATH была изобретена канадцем Фредериком Г. Кридом , который представил свою идею в 1938 году и позже получил британский патент на нее 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 спасательных судов подводных лодок . [44] В 1990 году ВМС США заказали строительство судна SWATH для проверки конфигурации. [45]
Суда SWATH сравниваются с обычными моторными катамаранами эквивалентного размера следующим образом: [43]
Катамараны , пробивающие волны (строго говоря, это тримараны , с центральным корпусом и двумя аутригерами), используют нос с низкой плавучестью на каждом корпусе, который направлен на ватерлинию и поднимается на корме до уровня, позволяющего каждому корпусу пробивать волны, а не скользить по ним. Это позволяет развивать более высокую скорость на волнах, чем у обычного катамарана. Они отличаются от катамаранов SWATH тем, что плавучая часть корпуса не трубчатая. Пролетная мостовая палуба может быть сконфигурирована с некоторыми характеристиками обычного V-образного корпуса, что позволяет ей пробивать гребни волн. [46]
Катамараны, пробивающие волны, использовались для яхт, [47] пассажирских паромов, [48] и военных судов. [49]
Конфигурация катамарана заполняет нишу, где скорость и мореходность имеют приоритет над вместимостью. В более крупных судах эта ниша отдает предпочтение автомобильным парам и военным судам для патрулирования или работы в прибрежной зоне.
Катамараны для отдыха и спорта обычно рассчитаны на экипаж из двух человек и могут быть спущены на воду и высажены с берега. Большинство из них имеют батут на мостовой конструкции, вращающуюся мачту и полноразмерные латы на гроте. Версии для производительности часто имеют трапеции, позволяющие экипажу выходить и уравновешивать силы опрокидывания при сильном ветре в определенных точках паруса. [50]
Для 33-го Кубка Америки и защитник, и претендент построили многокорпусные яхты длиной 90 футов (27 м). Société Nautique de Genève , защищающая с командой Alinghi , ходила на катамаране. Претендент, BMW Oracle Racing, использовал тримаран, заменив свою мягкую парусную оснастку на возвышающееся крыло-парус — самое большое парусное крыло из когда-либо построенных. В водах Валенсии , Испания, в феврале 2010 года тримаран BMW Oracle Racing с его мощным крылом-парусом показал себя лучше. Это стало отходом от традиционных однокорпусных яхт, которые всегда использовались в предыдущих сериях Кубка Америки . [51]
В заливе Сан-Франциско Кубок Америки 2013 года проходил на катамаранах AC72 длиной 72 фута (22 м) (суда, установленные правилами для Кубка Америки 2013 года). Каждая яхта использовала подводные крылья и парус-крыло. Регата была выиграна со счетом 9–8 командой Oracle Team USA против претендента Emirates Team New Zealand в пятнадцати матчах, потому что Oracle Team USA начала регату со штрафом в два очка. [52] [53]
Яхтинг стал свидетелем развития многокорпусных судов длиной более 100 футов (30 м). « Гонка » помогла ускорить эту тенденцию; это было кругосветное плавание, которое стартовало из Барселоны, Испания, в канун Нового года 2000 года. Из-за призового фонда и престижа, связанных с этим событием, для участия в нем были построены четыре новых катамарана (и два сильно модифицированных) длиной более 100 футов (30 м). Самый большой, PlayStation , принадлежащий Стиву Фоссету , был 125 футов (38 м) в длину и имел мачту, которая находилась на высоте 147 футов (45 м) над водой. Практически все новые мегакатамараны были построены из предварительно пропитанного углеродного волокна для прочности и минимально возможного веса. Максимальная скорость этих лодок может приближаться к 50 узлам (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). [54]
Катамараны для бурной воды, иногда называемые «ката-рафтами», для водных видов спорта получили широкое распространение в постсоветских странах . Они состоят из двух надувных корпусов, соединенных решетчатым каркасом. Каркас туристического катамарана может быть изготовлен как из алюминиевых (дюралюминиевых) труб, так и из срубленных стволов деревьев. Надувная часть имеет два слоя — герметичный баллон с отверстиями для накачивания и оболочку из плотной ткани, защищающую баллон от механических повреждений. Преимуществами таких катамаранов являются малый вес, компактность и удобство в транспортировке (все изделие упаковано в один рюкзак-упаковку, соответствующий стандартам авиаперевозок), а также быстрота сборки (надувание занимает 10–15 минут). [55] Полностью надувные модели доступны в Северной Америке. [56] Конструкция ката-рафта использовалась на реке Колорадо, чтобы справляться с бурной бурной водой, сохраняя при этом хорошую скорость на воде. [57]
Круизные яхтсмены должны делать компромиссы между объемом, полезной нагрузкой, скоростью и стоимостью при выборе лодки. Выбор катамарана обеспечивает повышенную скорость за счет снижения нагрузки на единицу стоимости. Говард и Доан описывают следующие компромиссы между круизными однокорпусными судами и катамаранами: [38] Однокорпусное судно для дальних морских круизов может быть всего 30 футов (9,1 м) для заданного состава экипажа и вспомогательных поставок, тогда как круизному катамарану потребуется 40 футов (12 м) для достижения той же вместимости. Помимо большей скорости, катамараны оседают меньше воды, чем однокорпусные суда — всего 3 фута (0,91 м) — и их легче вытаскивать на берег. Катамараны сложнее лавировать и занимают больше места в марине. Круизные катамараны влекут за собой дополнительные расходы из-за наличия двух двигателей и двух рулей. Тарьян добавляет, что круизные катамараны могут поддерживать комфортные 300 морских миль (350 миль; 560 км) в день, а гоночные версии — более 400 морских миль (460 миль; 740 км) в день. Кроме того, они не кренятся более чем на 10-12 градусов, даже на полной скорости на перегоне. [58]
Моторные круизные катамараны обладают многими удобствами, присущими парусным круизным катамаранам. Салон обычно охватывает два корпуса, в которых находятся каюты и отсеки двигателя. Как и в случае с парусными катамаранами, эта конфигурация минимизирует движение судна на волнении. [59]
Зарегистрированный в Швейцарии катамаран -волновод Tûranor PlanetSolar , спущенный на воду в марте 2010 года, является крупнейшим в мире судном на солнечных батареях . Он совершил кругосветное плавание в 2012 году. [60]
В 1970-х годах появились катамараны в качестве высокоскоростных паромов , пионером которых стала компания Westermoen Hydrofoil в Мандале , Норвегия, которая запустила конструкцию Westamaran в 1973 году. [61] Stena Voyager был примером большого, быстрого парома, обычно передвигающегося со скоростью 46 миль в час (74 км/ч), хотя он мог развивать скорость более 70 миль в час (110 км/ч). [62]
Австралийский остров Тасмания стал местом строительства крупных транспортных катамаранов — Incat в 1977 году [63] и Austal в 1988 году [64] — каждая из которых строила гражданские паромы и военные суда. Incat построил HSC Francisco , высокоскоростной тримаран, который при скорости в 58 узлов (по состоянию на 2014 год) является самым быстрым пассажирским судном в эксплуатации. [65]
Первый военный корабль, приводимый в движение паровым двигателем, названный «Демологос» или «Фултон» и построенный в Соединенных Штатах во время войны 1812 года , представлял собой катамаран с гребным колесом между корпусами.
В начале 20 века было построено несколько катамаранов в качестве судов для спасения подводных лодок: SMS Vulkan и SMS Cyclop из Германии , Kommuna из России и Kanguro из Испании , все они были разработаны для подъема пострадавших подводных лодок с помощью огромных кранов над лунным бассейном между корпусами. Два судна для спасения подводных лодок времен Холодной войны , USS Pigeon и USS Ortolan из ВМС США , также были катамаранами, но не имели функции лунного бассейна.
Использование катамаранов в качестве высокоскоростного морского транспорта было впервые осуществлено судном HMAS Jervis Bay , которое находилось на вооружении Королевского австралийского флота с 1999 по 2001 год. В настоящее время Командование морских перевозок США эксплуатирует несколько экспедиционных скоростных транспортных катамаранов, принадлежащих ВМС США; [66] они используются для высокоскоростной транспортировки военных грузов и для захода в мелководные порты.
Makar -class — это класс из двух больших катамаранных исследовательских судов, построенных для ВМС Индии . По состоянию на 2012 год одно судно, INS Makar (J31) , находилось в эксплуатации , а второе находилось в стадии строительства. [67]
Ракетный катер класса «Хубэй» Военно-морского флота Народно -освободительной армии Китая (НОАК) , впервые спущенный на воду в 2004 году в Шанхае, имеет конструкцию катамарана, что позволяет использовать возможности малозаметности судна. [68]
Корветы класса «Туо Чианг» — это класс быстроходных и малозаметных многоцелевых корветов - катамаранов тайваньской разработки, предназначенных для преодоления волн [69], впервые спущенных на воду в 2014 году для ВМС Китайской Республики (Тайвань) .
{{cite book}}
: CS1 maint: другие ( ссылка )См. рис. 2.1 Фигуры «Узкая» и «Полоса».