Морские утюги: почему у кораблей нос такой формы?

«Patienc» в переводе с англ. – «терпение», а VOS – сокращенное название компании-владельца, голландской фирмы по обслуживанию буровых платформ. Функции судна схожи с теми, что были и у первенца X-Bow – килектора Orca.

На новой норвежской банкноте в сто крон изображен гокстадский корабль – обнаруженный в ходе раскопок драккар викингов IX века. Дальние потомки средневековых скандинавских воинов из компании Ulstein (Норвегия) уверяют, что вернуться к хорошо забытому старому их сподвигли вовсе даже не бронированные монстры начала века, а именно гокстадская находка и ряд других дошедших до нашего времени драккаров и кнорров (боевых и грузовых судов викингов). Обводы закругленных носов старинных кораблей вдохновили создателей судов, сконструированных по технологии X-Bow.

Первым заказчиком такого судна стала норвежская же компания Bourbon Offshore, занимающаяся монтажом и обслуживанием энергетической инфраструктуры в море (буровые платформы, трубопроводы, ветрогенераторы). В этой сфере востребованы специальные суда обслуживания, называемые у нас килекторами. У килекторов много функций: они ставят так называемые мертвые якоря для статичных объектов типа буровых платформ, обеспечивают подводные работы, служат буксирами. При сравнительно небольших размерах им приходится преодолевать большие расстояния в открытом море, противостоять штормам. Килектор, построенный компанией Ulstein, получил имя Orca, что значит «косатка». Плавные, более свойственные живой природе обводы носовой части судна, очевидно, навели на мысль назвать килектор в честь морского животного.

Большое семейство кораблей, проектируемых Ulstein, включает в себя плавсредства самого разного назначения. Сегодня это не только суда обслуживания морских энергетических объектов, но и рыболовецкие траулеры, контейнеровозы, лайнеры для морских круизов.

Однако кроме оригинального дизайна есть в технологии X-Bow и чисто прагматическое содержание. Когда судно движется в воде, среда сопротивляется его движению. И речь идет не только о трении корпуса о воду. Нос корабля создает носовую (ударную) волну, на преодоление которой также требуется энергия. Еще больше энергии приходится тратить, если вода неспокойна и судно движется против волн. Чуть больше ста лет назад, еще в эпоху боевых кораблей с инверсным носом, был придуман «бульб». Бульб – это продолговатый округлый выступ в носу судна, располагающийся ниже ватерлинии. Если конструкция рассчитана правильно, при обтекании водой бульба образуется волна, которая своей нижней точкой совпадает с гребнем волны, формируемой собственно носом корабля.

Интересное судно, построенное по технологии X-Bow. Оно оборудовано специальной техникой для засыпки на дно камня. Цель – защита трубопроводов, укрепление стоящих на дне опор. Судно спроектировано Ulstein, а построено в Китае.

Таким образом, волны «вычитают» друг друга, и лобовое сопротивление судна уменьшается, заметно экономится топливо. Кроме того, объемный выступ увеличивает плавучесть носовой части, что несколько снижает килевую качку. За прошедший век бульб стал распространенным элементом в конструкции судов большого размера (танкеры, боевые корабли, круизные лайнеры), которые большую часть своего времени передвигаются на высокой крейсерской скорости (при небольшом размере корпуса и малых скоростях более важным фактором становится трение, а бульб увеличивает омываемую водой площадь корпуса судна).

Разрабатывая технологию X-Bow, компания Ulstein проводила в бассейнах испытания моделей судов с инверсным носом и носом обычной конструкции, но оснащенным бульбом. Эти тесты показали, что идея, заимствованная у викингов, работает более эффективно. В самом названии X-Bow («bow» – это «нос корабля») угадывается слово «axe», произносящееся точно так же, как название буквы X в английском алфавите. «Axe» значит «топор». И нос судна, построенного по технологии X-Bow действительно напоминает лезвие топора – он суженный, с острой кромкой (форштевнем) и округлый. При погружении в воду по ватерлинию мы видим только верхнюю, выступающую вперед часть дуги. Наваливаясь на волну, корабль обычной конструкции сначала задирает нос вверх, а затем падает с гребня волны вниз, сотрясаясь и рассыпая облако брызг, заливающих палубу. Судно X-Bow буквально ныряет в волну, «разрубая» ее своим инверсным носом.

Более традиционная для современных судов конструкция носа, который при этом оснащен бульбом. По сравнению с X-Bow бульб оказался менее эффективным средством снижения лобового сопротивления и противостояния волнам.

Результат? Тратится меньше энергии на сопротивление волне, не так сильны удары корпуса о воду, на палубу и надстройку летит минимум брызг. Уменьшается килевая и бортовая качка. X-Bow обеспечивает не только больший комфорт в бурном море, но и дает реальные экономические преимущества на спокойной воде. В 2007 году компания Ulstein организовала своего рода соревнование между двумя судами, обладающими сопоставимыми водоизмещением и мощностью силовой установки. В соревновании участвовали Skandi Caledonia с обычной конструкцией носа плюс бульб и уже принадлежащее компании Bourbon судно Orca. При отсутствии сильного волнения и одинаковых затратах энергии Orca показывала скорость 13 узлов против 8 у Skandi Caledonia.

Но еще до этого судно Bourbon Orca не раз прошло испытание открытым морем. В ноябре 2016 года на пути к нефтедобывающей платформе «косатка» встретила мощный шторм, двигаясь наперекор 15-метровым волнам. Члены экипажа отметили удивительную мягкость хода судна в таких сложных условиях плавания. Мореходные качества новинки превысили все ожидания.

Лучшим подтверждением успешности конструкции X-Bow стал тот факт, что за прошедшие с момента постройки Bourbon Orca без малого полтора десятилетия около сотни кораблей с аналогичной конфигурацией носа были введены в эксплуатацию или начали строиться. Причем среди них есть суда самого разного назначения. В октябрьском номере 2017 года мы поместили репортаж о визите на судно сейсморазведки, которое исследует дно с помощью акустических импульсов, посылаемых в недра и принимаемых обратно буксируемыми многокилометровыми зондами (косами). Судно со схожими функциями, но невероятно продвинутыми – способностью буксировать 20 девятикилометровых кос – было построено компанией Ulstein и получило имя Oceanic Vega.

Имеют мощное артиллерийское вооружение (две 155-мм автоматические пушки) и несут 80 пусковых установок для ракет Tomahawk. Одна из основных задач – огневая поддержка действий высадившегося морского десанта на суше.

В классе пока построены только два корабля – Zumwalt и Michael Monsoor. Третий систершип – Lyndon B. Johnson продолжает строиться на верфи компании Bath Iron Works. Окончание строительства предположительно в этом году.

Технология, обеспечивающая более комфортное плавание, разумеется, найдет свое применение и в  пассажирском  кораблестроении. Многие думают, что морские круизы организуются только где-то в теплых морях, вблизи экзотических коралловых островов и популярных курортов. Однако есть на свете и те, кто мечтает увидеть с борта судна красоты приполярных морей, суровые скалы и айсберги. И для них тоже существуют круизы, причем довольно давно. К сожалению, плавание в этих широтах сопряжено с повышенным риском. Например, построенный в 1969 году полярный круизный лайнер Lindblad Explorer затонул в 2007 году, столкнувшись с айсбергом в антарктических водах.

В память о погибшем судне компания Lindblad заказала у Ulstein новый Explorer. Разумеется, судно, постройка которого завершилась в 2020 году, было изготовлено по технологии X-Bow, чтобы пассажиры меньше страдали от штормов. Кроме того, лайнер получил достаточно высокий ледовый класс.

Zumwalt не только оснащен инверсным носом, который, однако, лишен свойственной дизайну X-Bow округлости, но также имеет завал бортов внутрь, почти как у броненосцев класса «Бородино».

Мы начали статью с исторических реминисценций, связанных с военным флотом, коснемся же военной темы и в заключении. Одним из самых примечательных свидетельств возрождения интереса к инверсному носу стал спуск на воду высокотехнологичного и супердорогого американского эсминца Zumwalt. Корабль построен по стелс-технологии, обеспечивающей ему минимальную эффективную площадь рассеяния, что означает появление на радарах противника в виде небольшого суденышка. Отсюда особенности конструкции. Zumwalt не только оснащен инверсным носом, который, однако, лишен свойственной дизайну X-Bow округлости, но также имеет завал бортов внутрь, почти как у броненосцев класса «Бородино».

Возможно, памятуя об определенных проблемах с остойчивостью у тех старинных кораблей, критики американского «вундерваффе» высказывали опасения, что эсминец может и не пережить сильного крена и затонет, перевернувшись. Дело в том, что судно без завала бортов внутрь при бортовом крене увеличивает водоизмещение, а значит, и действие выталкивающей его архимедовой силы. В случае с судном с завалом бортов ничего подобного не происходит. Представителям производителя пришлось построить уменьшенную модель эсминца, чтобы в испытательном бассейне продемонстрировать его высокие мореходные качества в самых сложных условиях на море. В бассейне все прошло хорошо.