Двойной руль – двойной выигрыш?

Даже на чисто крейсерский яхтах все чаще встречаются сдвоенные рули. Их установка является логическим следствием применения на этих яхтах современных обводов. Но конструкторы и рулевые пользуются разной логикой

Текст Ларса Болле

Ранее сдвоенные рули встречались лишь на некоторых гоночных яхтах или ряде «специальных конструкций». Сегодня диапазон их применения на «гражданских судах» чрезвычайно широк – от малых спортивных яхт наподобие Seascape или SQ 25 они пришли и к небольшим крейсерским судам, таким как Dufour 310 или Elan 350, а от них – и к топовым моделям класса Bavaria 56 Cruiser. Сдвоенные рулевые механизмы могут иметь массу преимуществ против одного пера руля, но также имеют и свои недостатки. Практичность их применения зависит от ряда факторов. Они требуют хорошего понимания конструктором теории движения под парусом и физики процесса, а также подразумевают некоторые особенности обращения с лодкой как на ходу, так и в гавани.

Основное преимущество от введения двойных рулей получили гоночные яхты открытого моря – например, такие как лодки класса Open 60. Они отлично глиссируют на попутных курсах за счет широких и плоских кормовых обводов. Чем шире корма, тем заметнее преимущества сдвоенных перьев рулей. Это же справедливо и для крейсерских судов. Они тоже имеют сегодня чрезвычайно широкую корму, но лишь ради повышения обитаемого объема под палубой, а не для возможности глиссирования. Так что и применение двойных рулей на крейсерских судах тоже имеет другие причины.

Во-первых, острые курсы: чем сильнее в корму смещено перо руля, тем эффективнее оно работает. Кроме всего прочего улучшается и курсовая устойчивость лодки. Чем шире при этом ее корпус, тем сильнее приходится работать рулем во время крена. За счет плоской формы шпангоутов на крене наветренный борт выходит из воды, при этом кормовая часть поднимается заметно сильнее, чем носовая. Нос вдавливается в воду, яхта при этом получает сильный приводящий момент, который рулевой должен компенсировать перекладкой руля. Однако при этом на высокой скорости перо руля испытывает сильное давление воды. Одна из составляющих гидродинамической силы, действующей на перо, дополнительно способствует подъему кормовой части из воды. Это приводит к тому, что установленное в ДП перо руля начинает выходить из воды своей верхней частью. Причем чем сильнее руль смещен в корму, тем заметнее этот эффект. Как следствие гидродинамика руля меняется. При выходе его верхней части из воды увеличивается вероятность срыва потока воды, а также прорыва воздуха к перу, что резко снижает его гидродинамическое качество. Как результат яхта выходит из-под контроля.

Одно из средств уменьшить эти негативные эффекты на яхтах с широкой кормой является смещение пера руля в нос. Это решение применяется сегодня на скоростных крейсерах наподобие XP33, но особенно наглядно оно заметно на гоночных яхтах класса ТР 52. Но и такая мера имеет свои границы применимости. Во-первых, корпуса все же не должны быть чересчур широкими, во-вторых, смещение пера руля в нос требует и соответствующего перемещения туда же рулевого поста. На гоночных яхтах это порой имеет свои преимущества – например, рулевой получает лучший обзор стакселя. Но на крейсерских судах такое решение влечет за собой большие компромиссы. Смещение места рулевого вперед требует изменения всей внешней архитектуры судна, длины кокпита и надстройки. На крейсерских яхтах желательно иметь рулевые посты в самой корме, это позволяет делать большую надстройку и просторный кокпит. Необходимость соблюдения этих условий привела к тому, что, например, на ХР33 ось вращения румпеля проходит позади баллера, передача усилий на который осуществляется отдельным механизмом. Это отнимает много места под палубой и в случае качественного исполнения стоит недешево.

Альтернативой может являться использование большого, и в первую очередь глубокого, пера руля. К этому варианту сегодня вернулись многие конструкторы. Но есть и привлекательная альтернатива: двойной руль.

Он не выходит из воды, наоборот, чем сильнее кренится яхта, тем глубже в воду уходит подветренное перо, увеличивая свою эффективность. На сильном крене, когда многие яхты склонны к брочингу, лодки с двойными рулями демонстрируют отличную курсовую устойчивость. Невероятный выигрыш в возможности уверенно контролировать лодку привел к тому, что люди часто спрашивают, почему же до сих пор еще далеко не все крейсерские яхты обзавелись ими. «Двойные рули означают фактически удвоение контроля за лодкой», – говорит МаттиасБрёкер, конструктор из бюро Judel/Vrolijk&Co из Бремерхафена. Однако такая конфигурация с точки зрения физики не является беспроблемной. Вот лишь только один аспект: вода обтекает корпус яхты не параллельными потоками, а по сложным кривым, близким по форме к ватерлиниям теоретического чертежа. Чем дальше линия тока удалена от ДП, тем сильнее она изогнута. Чтобы вода правильно обтекала перо руля, не создавая излишнего сопротивления, угол установки наветренного пера должен отличаться от угла установки подветренного. Но даже и в этом случае индуктивное сопротивление растет. Еще один неприятный эффект – это флаттер наветренного пера, который возникает, когда руль сильно выходит из воды. Решением и здесь является изменение угла его атаки. Как скверно может получиться, когда все эти эффекты суммируются, можно понять из сравнения Dufour 310 и BeneteauOceanis 31. Перья рулей Dufour 310, сконструированного итальянским конструктором Умберто Фелчи, имеют суммарную площадь на 30% меньшую, чем должен иметь одиночный руль на лодке такого размера. Несмотря на это, яхта с двумя рулями получает преимущество лишь тогда, когда наветренный руль целиком выходит из воды, а это достигается лишь при угле крена 25 градусов. При слабом ветре или на курсах полнее галфвинда такие крена редки. Так что на этом примере хорошо видно, насколько узок тот диапазон условий, в котором крейсерская яхта с двумя рулями получает преимущество в скорости.

По-иному дело обстоит на гонках. На уже упоминавшихся Open 60 наветренные перья рулей могут откидываться, не создавая излишнего сопротивления, за счет сложной механики. Это избавляет от негативных эффектов и значительно повышает ходкость яхты. В такой ситуации применение двойных рулей, конечно же, имеет огромные преимущества.

Для крейсеристов преимущества заключаются в лучшем контроле за яхтой во всех ситуациях. Так, схема с двумя рулями заметно уменьшает осаду яхты, что в комбинации с соответствующим килем может сделать доступными некоторые мелководные акватории. Особенно полезны такие схемы при плавании в ваттовых морях и постановке на осушку. Кроме того, эти схемы не имеют оси в ДП лодки, что позволяет организовать в корме ангар для тузика. А применение схемы с двумя рулями на крейсерских яхтах способно повысить безопасность – хотя перо руля, расположенное в ДП, в ряде случаев хорошо защищено плавником фальшкиля от повреждений, но два пера – это своего рода дублирование системы. Разумеется, оно работает лишь тогда, когда и рулевые колонки, и привода тоже задублированы.

К рулевому устройству на яхте относят все, что связано с управлением рулем. Штурвалы и румпели, рулевые колонки, перья рулей, баллеры, подшипники и передаточные механизмы. Как сложно сегодня разработать новую рулевую систему, удовлетворяющую требованиям заказчика, хорошо знает АрминГайслер, руководитель отдела продаж ведущего изготовителя рулевых устройств – голландской компании Jefa. «Для почти каждой новой яхты сегодня приходится создавать новую систему», – говорит он. Очень высокие требования предъявляются и к массовой продукции. «Рулевые посты сегодня должны находиться как можно дальше в корму, что практически не оставляет места для механизмов привода. Кроме того, существует масса вариантов систем: штурвал или румпель, один штурвал или два, одно перо руля или два». Очень часто верфи дают жесткое ограничение по цене, и, разумеется, механизмы под палубой не должны быть ничему помехой. Примеры трех наиболее популярных сегодня типов рулевого привода приведены на противоположной странице. Как можно легко увидеть, они требуют под палубой много больше места, чем схемы с одним пером руля. Да и вопрос стоимости относится к одной из важнейших причин того, почему схемы с двумя перьями пока что редки в серийном яхтостроении.

Наиболее дешевый вариант рулевого механизма – это тросовый привод. К сожалению, он же обладает наибольшими механическими потерями и является самым сложным в настройке.

Как говорит АрминГайслер, вопрос, какое натяжение должны иметь тросы, является наиболее частым. У него есть на этот счет простой совет. «В тихую погоду надо выбрать просторное место и, переложив руль полностью на борт, дать яхте задний ход – сначала тихий, потом все сильнее и сильнее. Это создаст на пере руля наибольшую возможную нагрузку». Скорость нужно отрегулировать так, чтобы на штурвале или румпеле ощущалось заметное усилие. «Нормы ЕС разрешают максимальное усилие, воздействующее на рулевого, не более 20 килограммов. Но и это очень много, нужно заметно меньше». В этот момент второй член команды должен наблюдать за натяжением троса. Если есть слабина, ее нужно выбрать регулировкой, это и будет верным уровнем натяжения троса, передающего усилие на сектор. Натяжение должно быть ровно таким, чтобы трос за счет слабины не мог соскользнуть с сектора. Ни в коем случае нельзя потерять руль во время этого процесса настройки. Хотя, как поясняет Гайслер, наиболее частые случаи потери рулей относятся к пиковым нагрузкам во время ударов.

А как обстоят дела в гавани? Мы проверили это на практике при помощи сразу двух лодок: Dufour 310 и SQ 25, установив их удивительную маневренность. Удивительным оказалось для нас уже то, что и при двух рулях ощущается эффект набегания на перо потока от гребного винта. Этот эффект на яхтах с одним рулем дает им поворачивающий момент даже тогда, когда они стоят на месте. Однако поскольку двухрулевые схемы применяются в основном на хорошо поворотливых современных яхтах с коротким килем, то и они подвержены похожему воздействию набегающего потока. Обе лодки показали на малой скорости столь же малый радиус циркуляции, как и модели с одним пером. Однако при выполнении ряда маневров начальный импульс заметно слабее, это надо учитывать. Например, в случае отхода лагом от причала с заведением с наружного борта кормового шпринга. На яхтах с одним пером руля этот маневр выполняется удивительно хорошо. Но на яхтах с двумя перьями нехватка давления на перья все же чувствуется.

Так что поскольку в гавани отсутствуют ярко выраженные недостатки схемы с двумя перьями рулей*, ее применимость для крейсерских яхт есть вопрос цены и требований заказчика. В случае сомнений, возможно, более целесообразно пожертвовать скоростью в пользу лучшей управляемости, особенно на острых курсах.

* Это не всегда справедливо. Например, на яхту Moody 45DS с двумя перьями руля пришлось ставить и носовое, и кормовое выдвижные подруливающие устройства, без которых эту модель было крайне трудно ошвартовать лагом к пирсу. – Прим. ред.

Толкающие штанги. Простой монтаж, прямая передача усилий, легкая настройка. Схема подходит для яхт, рассчитанных на короткие и средние по продолжительности переходы

Зубчатая передача. Хорошая обратная связь на штурвале, отсутствие люфтов, отлично подходит для длительных переходов, своего рода Rolls-Royce среди передаточных механизмов, часто применяется на гоночных яхтах. Наиболее дорогая в изготовлении и монтаже схема

Тросовая передача. Наиболее дешевая схема, подходит лишь для коротких плаваний, трудна в настройке. Обратная связь на штурвале очень слабая из-за высокого сопротивления трения, высокие нагрузки в подшипниках, передающиеся на обшивку днища

Один против двух. Обе схемы рулевого устройства имеют свои достоинства и недостатки. Схема с одним пером универсальна, схема с двумя перьями все же достаточно специфична

Тормоз. Когда у схемы с двумя перьями оба они погружены в воду, создается гораздо большее сопротивление движению

Стабилизатор. На крене широкие яхты сильно приводятся. Одно перо руля легко выходит из воды, поток с него срывается, результат – брочинг

Посадка на муринг. В узких маринах с мурингами яхта с двумя перьями руля имеет больше шансов зацепить чужой муринг

Давление и тяга. С двойным рулевым устройством не все маневры гавани выполнимы так же, как на яхтах с одним пером. Но широкая корма и шпринги дают массу возможностей

Набегающий поток от винта. Набегающий на единственное перо руля поток от винта на переднем ходу создает поперечную силу и разворачивающий момент. Руль создает сопротивление, в силу чего яхта начинает поворачиваться, даже не имея хода

Влияние рычага. За счет швартова точку, вокруг которой будет поворачивать яхта, можно вынести наружу. Чем больше будет расстояние между швартовным устройством и ДП судна, тем большее плечо рычага (отмечено буквой Х) возникнет, тем сильнее станут заметны эффект рычага и разворачивающий момент

Комбинация. Наибольший момент можно создать за счет комбинации швартова и перекладки руля. Скорость поворота можно очень хорошо регулировать оборотами двигателя и углом перекладки руля

Никакого потока. При схеме с двумя рулями влияние набегающего от винта потока самое незначительное. Без хода получить заметный поворачивающий импульс практически нереально. Но поскольку корма в этом случае весьма широка, поможет применение шпринга

Носовой шпринг. Разворот на носовом шпринге возможен, но лишь при больших оборотах. Поскольку перья рулей почти не обтекаются даже при перекладке на борт, они дают наименьший вклад в этот маневр. Основную работу выполняет гребной винт. За счет большой ширины яхты он создает момент. Нос надо хорошо защитить кранцами, там возникнут большие нагрузки
Как только корма достаточно отойдет от причала, надо быстро переключить реверс на задний ход и переложить руль на другой борт. Добавить газа, очень важно в этот момент получить хороший ход, чтобы рули заработали и помогли отойти от причала

Кормовой шпринг. За счет широкой кормы отход носом может оказаться очень легким. Первая фаза отхода может оказаться даже проще, чем на яхте с одним пером за счет очень большого плеча рычага, возникающего на широкой корме. Руль надо положить в сторону от причала, он должен оставаться в такой позиции до ухода от берега. Корму хорошо защитить кранцами и, плавно дав задний ход, повышать обороты… пока нос не отойдет от причала на возможно большее расстояние. После этого как можно быстрее включить передний ход и дать газ, чтобы яхта получила ход. Теперь перья рулей обтекаются водой и яхта становится управляемой

Швартовка с помощью рычага. И снова широкая корма помогает производить хорошо контролируемый маневр подхода с помощью шпрингов. Он годится даже для команды из двух человек. При заходе в короткий бокс средний шпринг является лучшим тормозом. Матрос накладывает его на пал, рулевой медленно травит ходовой конец. Чем больше ход яхты, тем быстрее она будет разворачиваться носом. В очень длинных боксах лучше всего пользоваться длинным кормовым швартовом с наветра. Его заводят на пал и травят через лебедку. Удерживая конец, можно за счет широкой кормы создать заметный разворачивающий момент. Средний шпринг помогает при швартовке лагом задним ходом подойти к пирсу, завести конец на берег через центральный клюз. Регулируя обороты, контролировать скорость подхода носа яхты к причалу. Маневр можно выполнять и с использованием кормового швартова вместо шпринга.

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
При выборе учебной лодки для Парусной Академии Yacht Russia немаловажным фактором стало наличие у нее двух перьев рулей. Протестировав несколько моделей в различных погодных условиях, мы на практике выяснили, что благодаря подобной конструкции лодка очень чутко отзывается на легкие движения румпелем, отлично управляется при крене и ее достаточно сложно «свалить» в брочинг. Этим условиям полностью соответствовал словенский Elan 210. И действительно, наш опыт показывает, что лодка оказалась идеальной для обучения. Выбирая учебные лодки для Парусной Академии Yacht Russia мы обратили внимание на словенский Elan 210. Наличие двух перьев рулей не было решающим фактором, однако, протестировав лодку в различных погодных условиях, мы убедились, что благодаря такой конструкции лодка очень чутко отзывается на легкие движения румпелем, отлично управляется при крене и ее достаточно сложно «свалить» в брочинг. Наш опыт показывает, что лодка идеальна для обучения.

Сокращенный вариант. Опубликовано в Yacht Russia №8 (66), 2014 г.