В нашем столетии человек научился летать. Пока еще не так, как хотелось бы, но расстояния и скорости, преодолеваемые даже рядовыми самолетами, весьма внушительны. Говорят, самолеты родились от кораблей. Первые их конструкторы заимствовали морскую терминологию, а некоторые из них были настоящими моряками. Да и сейчас в каждом аэропорту можно увидеть объявление со словами «воздушное судно». Самолет тем не менее всегда отличался от судна. Масса одного из крупнейших самолетов Ил-86 составляет всего 206 т. Аналогичное по массе судно называют всего лишь катером. Суда — самые крупные движущиеся сооружения, созданные человеком.

Авиация также способствовала развитию судостроения. Новые материалы, конструкции, их расчет, испытание и, самое главное, использование в авиации аэродинамической трубы явились важным инструментом в борьбе за скорость самолета и очень необходимы для- изучения паруса.

Оказалось, что высокими тяговыми характеристиками обладают паруса с жесткой, не прогибающейся поверхностью, т. е. поставленные вертикально жесткие крылья. Именно они помогают достичь высоких скоростей и крутизны хода к ветру. Правда, для этого нужен сильный ветер и малый угол атаки. Есть и другие требования, но их мы пока не будем касаться.

История жесткого паруса или просто крыла восходит к началу развития авиации. Тогда же начались опыты применения его как движителя судов. Еще в 1920 г. Антон Флетнер (речь о нем пойдет дальше) запатентовал и испытал судно с таким парусом. Вначале это было обычное крыло, установленное на шлюпке. Позднее рассматривалась возможность оборудования грузового судна двумя установками жестких крыльев. Каждая из них состояла из трех вертикальных параллельных крыльев довольно большого удлинения с небольшим стабилизатором.

О предложении А. Флетнера потом надолго забыли. Только в 1940 г. норвежец Фин Утне построил яхту «Флаундер», которая была во многих отношениях весьма примечательной. То, что не удалось Флетнеру, решил Ф. Утне. Крыло будет работать, если его постоянно удерживать под углом 5—6° к ветру. Чтобы добиться этого, Фин Утне установил на свое крыло несколько модифицированного симметричного профиля (РАФ-30), вращающееся вокруг вертикальной оси (на 1/4 хорды от передней кромки), специальный стабилизатор, который как бы «рулил» основным крылом. Яхта «Флаундер» двигалась, почти как моторная лодка, и великолепно ходила задним ходом. Если учесть крутизну хода к ветру 20° и необычный внешний вид, то есть чему удивляться и в наши дни. Резкие заходы ветра, даже без увеличения силы, способные сильно накренить обычную яхту, почти не оказывали никакого впечатления на «Флаундер» — лишь крыло почти мгновенно занимало новое положение, а в одном из штормов благодаря этому свойству крыла яхта была спасена.

В 1976 г. в гонках на Малый Кубок Америки участвовал Пат Битли на паруснике «Сплайс». Повторив частично в своей конструкции идею Ф. Утне, он пошёл дальше и поместил рулевого с управлением ножными педалями непосредственно в крыло. Эта интересная конструкция не стала победителем, но вызвала живой интерес и дискуссии.

Несколько более простую конструкцию в 1952 г. испытал англичанин П. Мак-Киннон. Крыло 18%-ного симметричного профиля высотой 5,8 м и площадью 10 м2, вращающееся вокруг оси, было установлено на каноэ. Испытания показали ритмичную неустойчивость на курсе, вероятно, из-за отсутствия стабилизатора. Известен также проект парусника с качающимся крылом.

Рис. 1. Один из ранних проектов Флетнера — грузовое судно с парусными решетками из жестких крыльев (Глайдера Рига — Ф. Херрешофа).

Позднее появилось много различных конструкций крыльев. Тем самым было привлечено внимание к крылу как движителю для коммерческого судна.

Рис. 2. Яхта «Флаундер»

Рис. 3. Так выглядели бы парусники О. Дамплтона и С. Боудена,

Овен Дамплтон — один из первых, кто подумал об этом. В 1958 г. в бюллетене АЯРС, посвященном использованию паруса Для коммерческих целей, была опубликована небольшая заметка об идее англичанина Овена Дамплтона. Вот ее суть. Чтобы судно дедвейтом !5 тыс. т могло двигаться со скоростью 15 уз, ему необходима тяга 75 т. Такое судно с наибольшей длиной 183 м, шириной 12,2 м и осадкой 6,1 м (соотношения, характерные для корпуса катамарана) должно иметь площадь парусности 14 тыс. ма при высоте 200 м и хорде 67 м. Подобный парус был бы особенно эффективным при наличии носового и кормового стабилизаторов-триммеров, но не реальным для установки на судне. Улучшение центровки и понижение центра парусности потребуют разделения упомянутой площади на два крыла, меньших по площади, снабженных стабилизаторами. Но и в этом случае оба крыла окажутся слишком огромными.

Чтобы лучше представить сказанное, приведем в качестве примера датский барк «Кобенхавн», построенный в Англии в 1821 г. Судно длиной по палубе 119 м, шириной 15 м, высотой борта 8,7 м было оснащено 4700 м2 парусов. Равное по площади крыло имело бы высоту 120 м и хорду длиной 40 м. Автор считал, что такое крыло стоило бы намного меньше, чем сложная оснастка барка, а груз в 5200 т перевозился бы значительно быстрее и экономичнее. Все управление должно осуществляться прямо с мостика, и поэтому команда не превысит 6 чел. (скорее, это вахта).

«Птичье крыло» . Некоторым отступлением от линии развития жесткого крыла представляется предложение англичанина полковника С. Боудена применить в качестве паруса грузового судна оснастку «Бердсвингриг».

Главный парус полуэллиптической формы растянут между многочисленными реями и может поворачиваться от 0 до 90° на каждый борт, становясь при необходимости во флюгерное положение. Правда, для такого паруса это затруднительно, но его автор считал, что до скорости ветра 13 м/с парус мог бы стоять вполне уверенно. Для регулировки предусматривается триммер, управляемый с мостика. Все это устройство должно устанавливаться на поворотном основании на рубке.

По мнению С. Боудена, его вооружение не имело бы недостатке — оно наилучшее: ни качаний, ни вредного влияния мачты; его можно рифить. Не часто, но при очень слабых ветрах, повреждениях или при сильном ветре все реи могут быть опущены к основанию. Под ветром останется лишь мачта g площадью парусов, достаточной, чтобы судно управлялось. Эти операции, как и поворот, будут осуществляться с помощью механического привода, причем масса вооружения не превысит 1 т на 2 тыс. м2 паруса (что весьма сомнительно).» С таким парусом, позволяющим идти круто к ветру, парусник, по заверениям Боудена, окажется быстроходнее теплохода. Но до этого еще далеко. Парус-крыло не настолько эффективен, как кажется автору проекта, — забыта остойчивость.

Американец Д. Мак Марри предложил использовать для изменения профиля гибкость материала крыла, состоящего из двух поверхностей, соединенных между собой стяжками различной длины. За счет этого образуется профиль переменной толщины, симметричный относительно вертикальной оси. Одна поверхность разрезана по всей высоте, и паз может то расширяться, то сужаться в зависимости от того, в какую сторону направлена выпуклость профиля.

Изменение профиля с целью эффективного использования крыла на обоих галсах до сих пор привлекает внимание изобретателей.

Крылья М. Райта. Моррис Райт (США), пытаясь найти эффективное парусное вооружение, провел испытания двух вертикальных крыльев, каждое из которых установлено на поворотном основании и оба на поворотном круге катамарана. По его расчетам эта система в 1,77 раза эффективнее обычных парусов она меньше по площади и легче. Во время движения катамарана крылья находятся под оптимальным углом. С помощью мгновенного изменения профиля крыла судно может двигаться и вперед и назад. Изменение профиля происходит от наибольшего его значения, например, на правом борту через «нейтральное» (симметричное) до такого же значения на левом борту, причем, по утверждению автора проекта, все промежуточные профили аэродинамически совершенны. Подогнать профиль паруса по скорости ветра заманчиво, но насколько это практически осуществимо и надежно на большом судне, сказать трудно, поскольку механизм изменения профиля неясен. Подобное крыло с плавно изменяемым профилем было применено на катамаране «Мисс Л.» в 1978 г., а в 1980 г. — на итальянском катамаране «Синьор Джи», принимавшем участие в гонках на Малый Кубок Америки.

Рис. 4. Жесткие крылья на катамаране М. Райта.

Жесткие крылья лишены многих недостатков, присущих и полужестким парусам. Шотландский инженер X. М. Баркла разработал несколько схем использования жестких крыльев на яхтах, а затем и на пассажирском судне. Развитие механизации самолетных крыльев, применение крыльев на буерах вновь вдохновили изобретателей. Основным препятствием для установки жесткого крыла была симметрия профиля, несоответствие его изменению скорости воздушного потока по высоте. В авиации проблема решена в результате применения 3—4-секционного крыла. Изменение профиля позволяет регулировать подъемную силу. Для крыла, установленного на судне, задача усложняется — крыло должно работать с двух сторон, да и размеры его во много раз больше (на Ил-86 размах крыла не превышает 25 м).

Доктор Дж. Велликам из Саутгемптонского университета (Англия) провел исследования различных типов вооружения. Он предварил их некоторыми соображениями, в частности, по конструкции крыла.

На судно размером с «Динашиф» он предложил установить одно на 20% меньшее по площади крыло, но равное по эффективности парусному вооружению. В силу необходимости обеспечения прочности крыло должно быть металлическим. Масса его составит около 850 т при высоте 146 м от ватерлинии и хорде 78 м, тогда как масса вооружения «Динаринг» на «Динашифе» равна 370 т. Площадь крыла соответствует восстанавливающему моменту при крене 15° и ветре 18 м/с, но его масса и расположение центра тяжести таковы, что требуется увеличение ширины судна на 38%. В свою очередь, это скажется на скорости. Кроме того, если даже вообразить, как такая махина, реагируя на ветер, будет дергать судно, и не принимать это во внимание, то высота крыла не позволит войти ни в один порт даже с самым высоким мостом. В общем, проблем много, а эффективность симметричного крыла не так велика, чтобы компенсировать остроту хода к Befpy.

Более рационально применение двухкрыльевой схемы — своеобразного биплана. Размеры крыльев значительно меньше — всего 98 м при хорде 38 м. Такое крыло уже можно механизировать, т. е. разделить хорду на три части, поворачиваемые одна относительно другой (щели используются для предотвращения срыва потока), а с целью учета изменения скорости ветра по высоте разделить элерон гоже на три [части (по высоте), устанавливаемые под разными углами. Получившийся профиль вряд ли совершенен, но и скорость движения биплана далека от авиационной.

Триплан проф. Ю. С. Крючкова был предложен в 1977 г. для применения на ролкере. Каждое крыло соответственно меньше, чем в предыдущих схемах, меньше и удлинение. Крыло снабжено аэродинамическими шайбами. Очевидно, понижение центра парусности благоприятно скажется на остойчивости судна и, что немаловажно для ролкера, на уменьшении крена.

Грузы на колесах мало привлекательны для экономистов, ратующих за парусные суда. Это более срочный груз, чем тот, на который может надеяться парусный грузовик, но в определенных районах с постоянными ветрами перевозка его оправдана, тем более, что крылья триплана, находясь во флюгерном положении, не мешают грузовым операциям при горизонтальной загрузке.

Рис. 5. Суда с жесткими крыльями — сравнение габаритов.

Рис. 6. Триплан проф. Ю. С. Крючкова.

Паруса, как бусы, предложил австралиец Р. Ходкинсон. Заинтересовавшись качествами жесткого крыла, он решил … лишить его жесткости и разбил на ряд элементов — ветропанелей, нанизанных на мачту. Каждый элемент состоит из трех секций: носка, средней части и хвостовой, которые образуют профиль с довольно плавной внешней поверхностью. Средняя часть насажена либо подвешена к мачте так, что может вращаться, носок и хвостовая часть устанавливаются специальными приводами. Внутренняя (наветреная) поверхность получается за счет эластичных элементов, растягиваемых во внешней поверхности. Триммер крепится к средней части, но таким образом, что может быть расположен и впереди носка профиля в виде предкрылка.

Положение и профиль ветропанелей определяются соответствующей системой дистанционного управления. По мнению изобретателя, преимущества вооружения следующие: самоустановка к ветру, соответствие изменению скорости ветра по высоте, быстрое изменение профиля, возможность давать судну задний ход и поворачиваться на месте (при многомачтовом вооружении), унификация панелей, управление с помощью одного человека.

Само судно видится как клипер, и это, пожалуй, единственное, что связывает его с давними «стригалями» океанов (от англ. to clip — стричь). Все остальное — дедвейт 10 тыс. т, многочисленные короткие без стоячего такелажа мачты с нанизанными на них ветропанелями, пневматическая система управления профилями ветропанелей и кнопочное управление всей парусностью — достижения второй половины XX в.

Сложенные, как сардинки, панели хранятся под палубой в специальных коридорах и в тихую погоду надеваются на мачты, причем верхние с помощью фалов. Каждая панель скрепляется с муфтами на подшипниках, которые поддерживают ее, снимая напряжение с фалов. Пневмосистема, по мнению Р. Ходки-нсона, надежнее гидравлической. Для последней проблемой может стать и сама рабочая жидкость, и тяга, и трубопроводы. Компрессор почти постоянно работает во время маневров и лишь изредка подкачивает воздух в резервные баллоны.

В противоположность всем остальным проектам Р. Ходкинсон предлагает, учитывая высокую маневренность (и задний ход) судна, полностью отказаться от вспомогательного двигателя, считая, что все равно в портах принято брать буксир. Кроме увеличения грузовместимости и уменьшения команды это некоторым образом компенсирует затраты на вооружение судна. Для привода насосов и компрессора предусмотрен вспомогательный дизель-генератор; грузовое устройство можно питать с берега, демонтируя перед этим мачты.

На острых курсах пригодны ветропанели, а на полных предполагается применить большой двухфальный спинакер и использовать панели для создания направленного в него потока. Пожалуй, предложение Р. Ходкинсона ближе идее К. Мьюди, но еще менее реально, хотя с отдельными мыслями можно согласиться. Лишать судно двигателя, работающего на винт, как показала история, по меньшей мере, необдуманно.

Несомненно, интерес к повышению качества паруса проявится и в других не менее оригинальных проектах. Но пока жесткие крылья-паруса имеют больше теоретических, чем практических преимуществ. Трудно представить, например, судно с такими крыльями в порту во время его погрузки. Ведь крылья постоянно должны находиться во флюгерном положении. Перспективны в этом отношении складывающиеся жесткие паруса, разработанные в ЛИСЭД НКИ.