Надувные поплавки разборных катамаранов

Водоизмещение и сопротивление движению поплавков

Назначением корпуса любой лодки является возможность перемещения экипажа и груза по воде при минимальном сопротивлении движению. Корпуса надувных катамаранов имеют круглую форму сечения в подводной части и большое удлинение (отношение длины каждого корпуса к его ширине), что позволяет иметь меньшее сопротивление движению по сравнению с классическими яхтами.

Водоизмещение надувных корпусов катамарана должно обеспечивать удержание на поверхности воды экипажа, груза и самого судна.

Пример расчета водоизмещения:

а) для походного режима плавания вес экипажа 3,5 человека (трое взрослых и ребенок) х 75 кг (262,5 кг) + снаряжение и продукты (100 кг) + вес судна (100 кг) = 462,5 кг.

б) для спортивно-прогулочного режима плавания вес экипажа 2 чел х 75 кг (150 кг) + 100 кг вес судна = 250 кг.

Итак, при весе судна 100 кг его корпуса должны обеспечивать диапазон водоизмещения от 250 до 462,5 кг.

В походном режиме загрузка обоих поплавков приблизительно одинакова. Парусный катамаран, участвующий в гонках, на порывах сильного ветра может выходить на один поплавок. Крен перегружает весь вес (250 кг) на подветренный поплавок. При наклоне мачты под ветер возникает дополнительная сила, давящая на этот поплавок сверху (приблизительно 50 кг). Таким образом, водоизмещение каждого поплавка катамарана в гоночном режиме может колебаться от 125 кг на ровном киле до 300 кг при ходе с креном. Величины водоизмещений, приведенные в этом расчете, носят ориентировочный характер и показывают степень сложности проектирования универсальных поплавков для разборных катамаранов. Основываясь на многолетнем опыте эксплуатации парусных катамаранов можно считать, что водоизмещение баллонов с размерами по длине от 5,5 м до 6,5 м, диаметром от 0,5м до 0,53м является достаточным и для походов, и для гонок. При этом, объем одного поплавка составляет от 900л до 1200л.

Перейдем к вопросу: «Куда же тратится энергия системы ветер-парус?» Известно, что суммарное сопротивление движению корпуса R состоит из следующих слагаемых:

1. Сопротивление трения Rтр зависит от смоченной поверхности корпуса, его шероховатости и скорости движения в воде. В свою очередь смоченная поверхность зависит от водоизмещения корпуса и его формы. Например, если увеличить водоизмещение на 10%, т.е. со 125кг до 137,5кг, то смоченная поверхность корпуса длиной 6м и диаметром 0,5м увеличится с 2,0 м 2 до 2,08м 2 , а скорость соответственно снизится на 2%. В гонке на 5 км судно с большим весом отстанет от более легкого на 100м. Зависимость Rтр от шероховатости поверхности может определяться из графиков, приведенных в книге «Парусные катамараны» (Крючков О.С., Лапин В.И., 1963). Например, при скорости 27 км/ч сопротивление трения корпуса длиной 5м с шероховатостью 0,5 мм больше на 67%, чем с шероховатостью 0,05мм. Особенно большую роль Rтр играет на малых скоростях, когда волновое сопротивление практически отсутствует.

2. Сопротивление формы Rф составляет, как правило, 8-9% от сопротивления трения и определяется потерями на вихревые потоки при дрейфе и взаимным влиянием корпусов катамарана.

3. Волновое сопротивление Rв корпусов катамарана, имеющих удлинение по ватерлинии более 10, составляет 10-20% от общего сопротивления. Экспериментальные графики замеров общего сопротивления движения корпусов на скоростях от 1,8км/ч до 25 км/ч, приведенные в статье «Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок» (К и Я N 3, 1964) показывают отсутствие каких-либо пиков сопротивления даже при скорости, соответствующей числу Фруда Fr=0,5 (приблизительно 13 км/ч). Такие пики сопротивления присущи классическим яхтам. В указанной статье приводятся результаты испытаний в бассейне корпуса спортивной байдарки-одиночки, имеющей длину Вл — 5,1м ширину Вл — 0,41м, смоченную поверхность 1,72 м 2 , водоизмещение 100кг и осадку 0,121м. эти параметры близки к параметрам поплавков катамаранов. При скорости свыше 10 км/ч появляется ходовой дифферент байдарки, что подтверждает возникновение вертикальной глиссирующей силы и начало переходного процесса движения. Корпуса катамаранов имеют дополнительные потери скорости, связанные с преодолением встречной волны и ветра.

. Форма надувных поплавков

Все нижеприводимые выводы и заключения по выбору формы надувных поплавков катамаранов основаны на результатах многочисленных экспериментов по уменьшению их диаметра, прогиба килевой линии, формы и длины ватерлинии. Эксперименты проводились на регатах в гоночном режиме, т.е. в условиях сопоставимости с ходкостью других катамаранов того же класса. Эксперименты показали, что :

1. Ватерлиния должна иметь угол расхождения в носовой части 6-8 о от оси поплавка.

2. Наиболее широкая часть Вл располагается в 50-60% от ее длины с носа корпуса и составляет 0,42-0,45м.

3. Длина ватерлинии и кормовые обводы влияют на быстроходность катамарана в значительно меньшей степени, чем предполагалось до проведения экспериментов.

4. Килевая линия имеет минимальный прогиб, но этот прогиб должен обеспечивать необходимую поворотливость судна. Угол наклона носовой части килевой линии составляет 2,5-3 о от горизонтали.

5. Форма форштевня заметно влияет на мореходность судна при волнении на акватории. Высота форштевня должна быть около 0,35м от ватерлинии, свес – 0,6-0,8м. носовые обводы повторяют форму ватерлинии на высоте до 0,2м, что позволяет катамарану прорезать крутую волну, а не утыкаться в нее. Выше 0,2м от Вл необходимо развитие объема поплавка для всплытия носов на больших пологих волнах при попутных курсах.

6. Корма предпочтительна конической формы типа «дельфиний нос» с умеренным надводным объемом. Объемная цилиндрическая корма большой плавучести на крупной попутной волне при прохождении гребня через транец будет задирать вверх заднюю часть катамарана и тем самым топить носы. Это может быть критично в такой ситуации.

7. Строевая линия по шпангоутам – полезная графическая характеристика обтекаемости поплавка. Она показывает распределение площади погруженной части поперечных сечений поплавка по его длине. График строевой линии не должен иметь резких перегибов и горизонтальных участков. Плавность строевой линии обеспечивает хорошую гидродинамику корпусов катамарана.

Скоростной режим движения

При скорости парусного катамарана до 10 км/ч осуществляется водоизмещающий режим движения. При этом доминирует сопротивление трения. При гоночной загрузке катамарана возможен диапазон скоростей от 10 до 30 км/ч. Это переход на режим с глиссирующей вертикальной поддерживающей силой, возникающей от действия потока воды на переднюю часть днища корпуса под углом атаки 2-3 о . кормовая часть в создании этой силы не участвует, т.к. обтекается под отрицательным углом атаки. Эффект глиссирующей составляющей не так значителен, как на моторных лодках и окончательно пропадает при походной загрузке катамарана.

Диапазон скоростей катамаранов с походным водоизмещением ограничивается максимальными скоростями 15-18 км/ч. При этом в большей мере сказывается волновая составляющая сопротивления движения. К тому же походы проходят обычно по большим открытым акваториям, где, при наличии ветра, обязательно присутствие волн. Хождение под парусом на больших скоростях в серьезную волну вопрос весьма специфический, мало относящийся к разборным надувным судам. Считаю куда разумнее при таких обстоятельствах умерить прыть своего катамарана взятием рифов на парусах, чем выливать из ушей воду от удара каждой волны.

Режим чистого глиссирования на парусном катамаране с корпусами больших удлинений маловероятен, даже в кратковременных эпизодах парусных гонок. Личный рекорд скорости в гонках на катамаране «Адреналин» 35 км/ч не напоминал чистое глиссирование.

Ткань поплавков

Воздушное давление внутри поплавка создает механическое напряжение оболочки. Каждый погонный сантиметр оболочки поплавка испытывает растяжение в продольном направлении и от носа к корме F и в поперечном направлении П.

Где P – избыточное давление воздуха в баллоне, кг/см 2 ,

d – диаметр баллона, см.

Например, при d=50см и Р=0,1 кг/см 2 каждый сантиметр оболочки растягивается вдоль поплавка с усилием 1,25 кг, а поперек — 2,5 кг.

С уменьшением диаметра баллона в носу и корме натяжение оболочки соответственно уменьшается и жесткость пневматической конструкции падает. Поэтому острые носовые обводы должны сочетаться с развитой в длину трубчатой фермой катамарана.

Специальные лодочные ткани различных производителей имеют в середине толщины, где расположена тканная основа, мембранный слой, обеспечивающий отсутствие диффузии воздуха. К сожалению, эти ткани имеют, на наш взгляд, ряд существенных недостатков:

1. Большое относительное удлинение ткани, особенно в поперечном направлении рулона;

2. Вспучивание ниток ткани при ее натяжении, при этом возникает существенная шероховатость поверхности;

3. Малый слой чистого ПВХ до матерчатой основы на лицевой стороне ткани.

Французская ткань «Феррари» ориентирована на промышленное изготовление автотентов. Отличительной особенностью этой ткани является то, что в технологии ее изготовления применяется предварительное натяжение нити при заливке ПВХ. Она не имеет мембранного слоя, но обладает высокой стойкостью к поперечному удлинению, сохраняет глянцевость поверхности в напряженном состоянии и имеет значительный защитный лицевой слой ПВХ. Она легче других тканей при той же прочности и, как показывает практика, достаточно газонепроницаема. Каждый изготовитель надувных поплавков выбирает тот или иной вид ткани в зависимости от общих требований к катамарану.

Для соединения кромок ткани в основном используются уретановые клеи. Сварка швов СВЧ и промышленными фенами оправдана только для изготовления прямых протяженных швов, которых обычно нет в раскрое баллонов катамаранов. Уретановые клеи, как правило, изготавливаются из сырья немецкой фирмы «Bayer». Эти клеи удобны в применении для склейки швов, так как активизируются (прилипают) только при нагревании до 50-60 о С. Однако, теплостойкость такого шва не превышает 50 о С. Для повышения теплостойкости клеевых швов до 80-90 о С необходимо вводить в клей перед его использованием полиизоционатные добавки.

Самодельный катамаран

Многие задаются вопросами: “Как? Из чего? С помощью каких инструментов? По каким чертежам?” можно самостоятельно изготовить Катамаран. На просторах интернета есть масса информации по данной теме, конечно множество способов, идей, смет и схем будет представлено вашему вниманию. Теоретические знание определенно понадобятся, но лучше увидеть весь процесс собственными глазами и выбрать ту модель катамарана, которая подходит именно вам, и запастись терпением при осуществлении задуманного. В данной статье представлено несколько вариантов постройки катамарана.

Первый вариант

Какое парусное судно можно построить при минимальных затратах, не имея ни специального места для постройки и хранения судна, ни высококачественных материалов?
Таким судном был признан сверхмалый катамаран длиной менее двух с половиной метров. В том, что на катамаране подобных размеров можно успешно ходить под парусом, нас убедила фотография в одном из номеров французского журнала «La Revue Marittirne». Выбранная длина позволила не только построить корпуса в условиях любой городской квартиры, но и перевозить их в электричке, на трамвае и тем более на крыше автомобиля.

Требовалось обеспечить и другие качества катамарана: простоту сборки и вооружения, легкость в управлении и быстроходность. Была разработана разборная конструкция со съемным мостиком и герметичными корпусами.

Тип парусного вооружения—бермудский кэт.

Основные параметры малого катамарана:

• Длина наибольшая, м – 2.43
• Ширина наибольшая, м – 1.34
• Ширина корпуса, м – 0.30
• Осадка со швертом, м – 0.42
• Осадка без шверта, м – 0.13
• Вертикальный клиренс, м – 0.23
• Полное водоизмещение, кг – 120
• Вес, кг – 40
• Площать парусности, м2 – 5.3
• Площадь смоченной поверхности, м2 – 2.1

Для увеличения продольной остойчивости корпуса имеют довольно полные оконечности. Округлые обводы обеспечивают минимум смоченной поверхности, которая при выходе одного корпуса из воды уменьшается еще на УзМатериалом для обшивки корпусов послужил картон толщиной 3 мм, имеющийся в большом выборе в магазинах строительных товаров. Картон достаточно прочен и технологически удобен.

Обшивка приклеена к набору казеиновым клеем с запрессовкой шурупами. Корпуса обтянуты снаружи бязью на эпоксидном клее и пропитаны изнутри смесью олифы и скипидара.
Продольный набор корпуса состоит из киля, мидельвейса (карленгса), привальных брусьев и двух стрингеров. Шпангоуты выпилены из фанеры толщиной 12 мм. В оконечностях шпация уменьшена для удобства крепления обшивки.

Сборка корпусов производилась без стапеля с проверкой по струне.
Мостик опирается на корпуса концами двух коробчатых балок. Подмачтовая балка имеет сечение 64X80 мм и рассчитана на изгиб от давления мачты 150 кг. Запас прочности фанерных поясов балки n=3,5. На корпусах установлены ясеневые подушки с широкими петлями, в которых концы балок фиксируются четырьмя болтами. При таком креплении мостик приподнят над корпусами, что увеличивает вертикальный клиренс.

Пустотелая мачта состоит из двух частей. Верхняя половина надевается на нижнюю и крепится болтом. Место стыка закрыто обтекателем из пенопласта. В нижней части к мачте крепится пара бамбуковых ног; эти ноги заменяют штаги, принимают часть нагрузки вант, облегчают установку мачты.

Разобранная мачта и гик хранятся в корпусе катамарана. Для этой цели в транце одного из корпусов сделан лючок, который задраивается крышкой с резиновой прокладкой.
Шверты и рули вырезаны из дюралюминия Д16 толщиной 3 мм.

Фаловая дощечка паруса служит одновременно для крепления пенопластового поплавка. Объем мачты, обтекателя и поплавка достаточен, чтобы предотвратить полное опрокидывание лежащего на борту катамарана.
Остойчивость столь малого судна зависит, прежде всего, от эффективности откренивания. При выходе из воды наветренного корпуса с рулевым на нем восстанавливающий момент равен 100—120 кгм. Номинальным для катамарана следует считать ветер 7—8 м/сек. В этом случае кренящий момент не превысит 90 кгм, а расчетная скорость на курсе галфвинд будет равна 12 узлам. Полное сопротивление судна при этом составляет 16 кг.

Быстроходность для катамарана (даже такого маленького, как «Колибри») справедливо считают вопросом престижа. Результаты расчета позволяют надеяться, что на закрытых водоемах скорость будет достаточно высокой.
Катамаран имеет запас плавучести 280 кг и может брать на борт второго человека или груз. Увеличение осадки при этом составит 1 см на 12 кг груза.

Второй вариант

МОДЕРНИЗАЦИЯ КАТАМАРАНА

1. Баллоны скорее всего мы будем менять, т.к. их форма нас не устроила. Нужны носы с острыми штевнями.
2. Вместо бочек будем использовать рундуки, которые также вынесем за пределы палубы.
3. Подумаем над ходовой рубкой. А то в этот раз ее все-таки очень не хватало.
4. Может быть слегка увеличим палубу, благо конструкция это позволяет.

В остальном катамаран нас полностью устраивает, насколько это в принципе возможно с данным типом судна, т.е. с надувным и разборным.

• Баллоны. Суммарный объем двух баллонов – 3 куб.м. Купили их в украинской фирме Нэрис, 20 000 рублей, но сейчас они должны стоить подороже.
• Паруса. Общая площадь 10 кв.м. Обошлись они нам в 10 000 рублей.
• Мотор Mercury, 4 л/с, с длинной ногой. Купили его в Москве, в компании Велход. Их сайт www.velhod.ru Обошелся мотор нам в 43 000 рублей.
• Для руля и шверта была использована фасадная солнцезащитная ламель из алюминиевого аэродинамического профиля. 3 метра ламели обошлись нам в 3 000 рублей.
• Якоря Денфорта – 2 шт, по 6 кг каждый.
• Фанера для палубы – 6 листов, 1,2х2,4 м, 8 мм толщины.
• 50 м профильной трубы 80х40х2, сплав АД31Т. 20 м профильной трубы 35х35х2, сплав АД31Т. Шина разных размеров из такого же сплава.
• Несколько метров алюминиевой трубки 12х1, которая использовалась в качестве втулок под болты в местах соединения продольных и поперечных элементов конструкции.
• Около трех тысяч вытяжных алюминиевых заклепок.
• Около сотни разных болтов, гаек, шайб, преимущественно из оцинкованной стали.
• На мачту – 8 м. трубы 50х2 Д16Т, на втулки несколько метров трубы 45х2 Д16Т. Примерно 50м стального троса 6х19, 3мм, из которых 20 м. – нержавеющего.
• Колуши, талрепы, кольца, мочки и прочее.
• Несколько метров медной трубки 8х2, продается в магазинах сантехники. Использовалась она для опрессовки огонов на тросе.
• Веревка в количествах.

Использование нержавеющего крепежа, как показал опыт, особого смысла не имеет, за исключением некоторых самых мелких деталей. Стальной оцинкованный крепеж не особо ржавеет. Заменить его дешевле, чем покупать нержавеющий. Ну и преимущество оцинкованного крепежа также заключается в том, что он не вызывает электрохимической коррозии алюминиевого сплава. То же можно сказать и про тросы.

На яхтенные комплектующие также не имеет смысла тратить огромные деньги, так как в других магазинах можно найти более дешевые аналоги, практически не уступающие фирменным компонентам по функционалу. Например, яхтенный двушкивный блок может стоить в яхтенном магазине 5 000 рублей, а в туристическом магазине альпинистского снаряжения подобные изделия можно купить за 300 рублей. Альпинистский блок будет сделан из такой же стали, с теми же подшипниками, разве что без стопора.

Третий вариант

Самодельный катамаран из пенопласта непотопляем, удобен в эксплуатации, долговечен и прост в изготовлении.

Его размеры: 3750 х 1600 мм, толщина пластин от 40 до 150 мм, высота поплавка 200 мм и ширина 400 мм. Вес 1 м3 пенопласта составляет около 20 кг.

Пластины вырезают на специальном приспособлении проволокой из нихрома, нагретой до 200-250°С, или на специальном станке.
Диафрагму носовой части (2 шт.), перегородки (4 шт.), шпангоут (4 шт.) изготавливают из фанеры толщиной 12 мм. Стяжные трубы, которые служат для крепления деталей,- дюралюминиевые, однако приемлемы и тонкостенные стальные; годятся для стяжки также дюралюминиевые стержни диаметром 10-12 мм. Резьбу на трубах диаметром 1/2 нарезают трещоткой клупа или плашкой, а на стержнях – плашкой с основной метрической резьбой (М10).

Носовая часть поплавков катамарана делается отдельно из алюминиевых уголков 25 х 25 мм и обшивается тонким (0,5 мм) листовым алюминием. Металлическая конструкция имеет фанерную диафрагму, скрепленную болтами М5с уголками; детали алюминиевой обшивки соединены заклепками.
Крышки из фанеры или листового дюралюминия толщиной 1-1,5 мм прикрепляются винтами к уголкам носовой части. Носовую часть насаживают на концы стяжных труб и закрепляют гайками, как показано на рисунке. Затем ее заполняют кусками пенопласта и закрывают крышкой.
Надстройку (палубу) собирают из деревянных брусков и реек. Вся конструкция крепится к шпангоутам восемью болтами с гайками. Для передвижения по воде в корме устанавливается лодочный мотор мощностью 1-5 л.с. Можно плавать и на веслах, сделанных из тонкостенных дюралюминиевых труб. Возможна также установка на катамаране косого паруса площадью до м/2.

Четвертый вариант

Благодаря этому, использование пластиковых труб получило широкую популярность не только при монтаже водопроводов и канализационных систем. Из них «народные умельцы» своими руками изготавливают множество полезных «штуковин», начиная от стеллажей и поилок и заканчивая санями и плавсредствами.

Вариантов плавсредств существует масса, как и их предназначений. Для тех, кто проживает вблизи водоемов, а особенно для тех, у кого преодоление водной преграды является жизненной необходимостью, катамаран подойдет идеально. Такой вариант судна имеет массу преимуществ перед байдарками, лодками или яхтам:

• для изготовления катамараны из пластиковых труб требуется минимальное количество материала. К тому же, вполне могут быть использованы остатки от недавнего монтажа канализации или водопровода;
• катамаран имеет небольшой вес, поэтому не доставляет проблем в вопросах транспортировки;
• благодаря особенностям конструкции – два баллона, соединенные палубой, такое плавсредство имеет высокие мореходные качества, прочность, надежность и достаточную скорость движения;
• возможность размещения необходимого количества мест для сидения;
• на катамаран можно установить двигатель любого типа.

Катамаран имеет большое количество особенностей конструкции, в сравнении с другими плавсредствами.

Именно поэтому нужно подробно знать его составляющие, прежде чем приступать к чертежам и монтажным работам.

1. Первая, и самая главная, часть катамарана – поплавки. Это две камерные конструкции, расположенные по бокам плавсредства. Их непосредственная задача – удерживать судно на плаву. Баллоны могут быть изготовлены из разных материалов, ограничивающих внешний периметр поплавка. Для этого используют пленку, из которой изготавливаются надувные баллоны, пенопласт или трубы ПВХ.
2. Соединительная рама. Она может быть выполнена из любых материалов, начиная от все тех же пластиковых труб и заканчивая деревом или металлом. Чем легче рама катамарана, тем меньший размер могут иметь поплавки.
3. Палуба. Эта часть создается для размещения пассажиров, багажа и прочего, что будет транспортироваться по воде.
4. Руль. Функцию руля у любого плавсредства выполняет подводная лопасть, которая для движения прямо устанавливается параллельно движению, для поворота отгибается в ту или иную сторону с помощью выведенной на палубу поворотной ручки.
5. Весла, педали, мотор или любое другое устройство, приводящее катамаран в движение.

Диаметр поплавков, а так же ширина и длинна судна зависят, в первую очередь от того, где и как оно будет эксплуатироваться. Чем больше предполагается экипаж и чем больше будут перевозиться грузы, тем больше должны быть размеры плавсредства и диаметр поплавков.

Увеличить грузоподъемность судна можно за счет увеличения сечения баллонов или их длинны. Решающим фактором в данной ситуации является объем воздуха внутри баллонов.

Оптимальные параметры расчета поплавков, исходя из экипажа и грузоподъемности следующие:

• одноместный катамаран должен иметь длину 2-3 метра при поперечном сечении баллона 0,3-0,4 метра;
• для изготовления двухместного судна используют баллоны длиной 3,5-4 метра при диаметре 0,45-0,5 метра;
• трех и четырехместные плавсредства имеют длину до 6 метров при диаметре поплавка 0,5-0,6 метра.

Хотя, если плавать вы собираетесь в основном по прямой, ограничений на размер такого «кораблика» нет.