На крыле

Несмотря на то что первый патент на судно с подводными крыльями был выдан еще в 1869 году, реальная история судов на подводных крыльях началась с итальянца Энрико Форланини. Он первым вывел ряд закономерностей, описывающих принцип плавания на подводных крыльях. Подъем судна пропорционален квадрату скорости, а значит, при увеличении последней требуется меньшая площадь подводных плоскостей.

Поэтому Форланини построил судно со ступенчатой системой крыльев — оно имело двигатель мощностью 60 л. с., весило 1,2 т и при испытаниях на озере Маджоре в 1906 году показало скорость 42,5 узла. Форланини получил множество патентов в США и Британии, и его изобретения использовались в основном для гидроавиации. Потом были эксперименты Александра Белла и Фредерика Болдуина, создавших проект HD-4, установивший в 1919 году новый рекорд скорости 70,85 узла. С именем барона Ганса фон Шертеля связано первое коммерческое использование изобретения. Барон начал свои эксперименты с подводным крылом еще в 1927 году, будучи студентом Берлинского технического университета. Испробовав различные концепты крыльев и систем их контроля, он в 1935 году представил на суд публики судно с V-образным передним и трапециевидным задним крыльями, которое с легкостью проделало путь из Майнца в Кельн и обратно. После успешной демонстрации своего детища Шертель получил заказ на первое пассажирское судно на подводных крыльях. Однако из-за вскоре начавшейся войны этот проект так и не воплотился в реальности. После окончания войны Шертель в Швейцарии вместе с Готардом Заксенбургом основал компанию Supramar, которая в 1952 году спроектировала небольшое пассажирское судно PT10 Freccia d’Oro (оно перевозило 32 пассажира и развивало скорость 35 узлов) и открыла первые в мире пассажирские перевозки на судах этого типа между Швейцарией и Италией на озере Маджоре. В 1955 году другой проект PT20 получил разрешение на использование в море — это судно использовалось для перевозок в Мессинском проливе, перевозило 72 пассажира и разгонялось до 35 узлов. В последующие годы по проектам Шертеля было построено более 200 судов, большая часть из них на итальянской верфи Rodriguez.

Параллельно с гражданским применением изобретения подводные крылья тактивно применялись на военных судах. Это происходило в Европе, в США и, конечно, в России, где строительство судов на подводных крыльях осуществлялось на серийной основе. Изыскания в этой области начались в 40-е годы XX века благодаря таланту и энтузиазму Ростислава Алексеева, который с недюжинной настойчивостью пробивал тему в верхних эшелонах власти. Свой первый катер на подводных крыльях Алексеев спроектировал еще в качестве дипломной работы, а впоследствии продолжил работу на горьковском заводе «Красное Сормово». В результате после множества экспериментальных военных катеров на свет появились и гражданские суда на подводных крыльях: «Ракета», «Беларусь», «Спутник», «Метеор», «Комета», «Циклон», «Буревестник», «Восход». Некоторые из этих проектов производились по 20-30 лет и экспортировались по всему миру, в том числе в США, ФРГ, Францию, Италию, Великобританию и Китай. К 1985 году суда на подводных крыльях перевозили в СССР около 20 млн пассажиров в год. Нижегородское КБ им. Р. Е. Алексеева и сегодня имеет в своем портфеле несколько проектов нового поколения: «Комета», «Циклон», «Валдай», «Рассвет». В США строительством судов на подводных крыльях занималась компания Boeing — ее Jetfoil впервые появились в середине 70-х годов и используются как скоростные паромы в Гонконге, Японии, на Канарских островах. В 90-е годы итальянская Rodriguez выпустила Foilmaster, который успешно используется в Мессинском проливе.

Суть использования подводных крыльев состоит в том, что находящиеся под днищем судна профилированные плоскости, установленные под определенным углом, при движении судна создают подъемную силу, которая при достаточной скорости поднимает корпус судна из воды и поддерживает его в таком положении. Таким образом снижаются влияние волн и энергозатраты при движении на высоких скоростях. За все это приходится платить большой осадкой на малых скоростях и снижением мореходности при волнении. Кроме того, при росте скоростей свыше определенной границы появляется кавитация, которая разрушительным образом воздействует на поверхность крыльев. Также крылья подвержены высокому риску повреждений в случае столкновения с топляком или другими плавающими объектами. А экономическая эффективность судов на подводных крыльях и вовсе неочевидна, по крайней мере в России. И хотя в настоящее время в нашей стране по-прежнему много водоемов, где курсируют «ракеты», такие пассажирские перевозки, как правило, датируются из бюджета.

Подводные крылья на парусных судах появились существенно позднее, чем на моторных.

Одним из первых, кто построил парусную яхту на подводных крыльях, можно считать Гордона Бейкера, который с конца 40-х годов успешно строил моторные ранэбауты такого типа. Бейкер искал не только изящное решение для парусного судна, но и хотел создать коммерческий продукт. Изначально, кроме подводных крыльев, его проект предусматривал два жестких паруса-крыла — Бейкер ставил цель достичь скорость 40–50 узлов. Однако после производства первого паруса из алюминия он понял, что надо переходить к более дешевой конструкции. Так, в 1955 году появилась 26-футовая яхта Monitor с бермудским вооружением из обычных «мягких» парусов и системой подводных крыльев, которая состояла из двух боковых поворотных V-образных ступенчатых конструкций и кормового V-образного крыла. Бейкеру удалось решить основную проблему — яхта имела стабильный ход и не опрокидывалась в случае резкого падения скорости. По свидетельствам очевидцев, Monitor могла разгоняться до 30 узлов, крутить повороты и управлялась сравнительно легко. Однако коммерческий успех не пришел — продажи авангардной лодки были мизерными.

В СССР уже в 60-е годы также сумели построить крылатое парусное судно. Сохранились данные о яхте «Андромеда» (детище того же ЦКБ по СПК, где трудились бывшие коллеги Алексеева), которая при ветре 10 узлов могла разгоняться до 27 узлов. Яхта представляла собой алюминиевый катамаран, спереди на каждом корпусе были установлены два небольших крыла с разным углом атаки, а в корме одно общее крыло между корпусами.

В 70-е годы темой увлекся знаменитый яхтсмен Эрик Табарли — после многочисленных опытов на свет появился алюминиевый тримаран Paul Ricard, на котором легендарный француз побил рекорд Трансатлантики Чарльза Барра, державшийся 75 лет. Примерно в те же годы с подводными крыльями начал экспериментировать и Алан Тебо. Спустя годы его идеи материализовались в уникальной яхте Hydroptère (в переводе с греческого — «подводное крыло»), которая в 2009 году поставила рекорд скорости — 51,36 узла. В 2015 году Hydroptè,re предприняла попытку поставить рекорд плавания от Лос-Анджелеса до Гавайских островов, однако экипажу не повезло с погодой — ветра было мало, и яхта потратила на дистанцию более 11 дней (текущий рекорд — чуть более 4 суток). После прихода Hydroptère в Гонолулу она, как говорят, была оставлена командой. По некоторым данным, яхта с тех пор считается бесхозной и может быть продана любому желающему. Проект завершился неожиданно и печально. Сегодня мировой рекорд скорости принадлежит Vestas Sailrocket 2 (65,45 узла), хотя устройство, на котором Морган Ларсен его поставил, не является судном в привычном нам смысле.

За последние 5–6 лет в профессиональном парусном спорте произошла революция: благодаря новым «летающим» классам парус вновь становится популярным видом спорта, а соревнования — интересными для зрителя. Катамараны 34-го Кубка Америки обсуждали даже те, кто до этого был далек от темы. И это понятно: дизайнерам America’s Cup удалось создать небольшие крылья, способные не только удерживать катамараны весом в несколько тонн, но и обеспечивать этим махинам фантастические скорости.

Быстрое развитие направления стало возможным прежде всего благодаря появлению новых материалов и технологий. Малый вес деталей при их высокой прочности вышел на первый план, поэтому появление углекомпозитов сыграло решающую роль в этом деле. Крылья появились для того, чтобы существенно снизить волновое сопротивление судна, однако у палки всегда два конца. «Никто не занимается всем этим ради красоты полета. Подымая судно над водой, мы можем оказаться в ситуации, когда рост сопротивления на крыле под водой нивелирует все преимущества полетного режима, — говорит авиаинженер, проектировавший крылья для катамарана Oracle во время последнего розыгрыша Кубка Америки, Джозеф Озейн. — То, что яхта вышла из воды, не значит, что она обязательно стала идти эффективнее и быстрее». Гонки на катамаранах AC72 продемонстрировали, что даже минимальные изменения в настройках способны радикально изменить расстановку сил и привести к неожиданному результату.

В отличие от America’s Cup, доступного лишь для элиты профессионального паруса, класс Moth открыл дорогу к новым ощущениям огромному числу яхтсменов самого разнообразного уровня. Впрочем, возможности у этих лодок и правда выдающиеся — уже при ветре 10 узлов Moth может идти со скоростью 14 узлов в бейдевинд и 20 узлов на бакштаге, при 20-узловом ветре показатели будут выше — 17 и 25–30 узлов соответственно. Важно и то, что эти яхты способны проходить классическую дистанцию up and down, включая повороты, не выходя из «полетного режима», что пока не под силу многим другим классам на подводных крыльях. Этот факт из жизни Moth подстегнул интерес дизайнеров и яхтсменов, и сегодня подводные крылья востребованы как никогда ранее. Появилось множество новых амбициозных проектов. Среди них, например, британский концепт C-Fly, который в океанской версии станет, как уверяют создатели проекта, самым быстрым офшорным парусником. Чемпионаты в одиночном A-Class собирают звезд профессионального паруса.

Класс летающих монотипных катов GC32 не только имеет свою серию регат и довольно внушительный флот, но и с этого сезона стал яхтой для Extreme Sailing Series. GC32 имеет три паруса, поворотную мачту, шверты J-типа и рули типа перевернутое T. Уже при ветре от 7 узлов катамаран встает на крыло. Большие шверты-крылья обеспечивают стабильный ход и скорости до 40 узлов. Также благодаря большому размеру швертов при ветре 18–20 узлов GC32 выходит в полетный режим даже на встречных курсах.

Среди относительно массовых проектов стоит упомянуть 18-футовый гоночный монотип Flying Phantom, 40-футовый круизно-гоночный Gunboat G4, а также британский 18-футовый проект Formula Whisper. Производитель круизных катамаранов Catana запустил в производство 59-футовую модель с выдвигающимися загнутыми швертами, которые будут выполнять роль подводных крыльев, создавая подъемную силу в полтонны на скорости 10 узлов.

Dynamic Stability System (DSS), разработанная Хью Велборном, использует профилированное крыло-стабилизатор, выдвигающееся из борта яхты в подветренную сторону. Цель — не поднять судно из воды, а улучшить его динамические и скоростные характеристики. DSS уже используется на многих рейсерах, круизных лодках и суперъяхтах. Впрочем, и полный выход на крыло для DSS также оказался возможным: проект Quant 23 заявлен как первая в мире килевая яхта, способная полностью выходить из воды. Quant 23 использует DSS видоизмененного типа (кстати, эта лодка получила звание European Yacht of the Year 2015/16 в категории «Особенные яхты»). В последнем поколении яхт класса IMOCA 60 применена похожая система — выдвигающийся из борта горизонтальный шверт с загнутым вверх концом обеспечивает поднятие корпуса яхты из воды, снижение сопротивления и стабильное глиссирование даже на очень приличной волне.

Сегодня подводные крылья находят применение в самых разных плавсредствах. Уже никого не удивить ни серфингом, ни виндсерфингом, ни кайтсерфингом на досках с подводным крылом. Последним укомплектовывают педальные байдарки, доски для SUP-серфинга и авиаскиперы. Создаются гибриды квадрокоптеров и судов на подводных крыльях, в сегменте моторных яхт появляются первые «круизные» проекты такого типа — яхты и гидроциклы, для пассажирских перевозок создают первые суда на подводных крыльях из углепластикового композита.