История на чертежной доске

Общепризнан тот факт, что гонки на Кубок Америки — это главное в парусном мире соревнование, проходящее в трех основных направлениях: спортивном мастерстве, качестве конструкторских проектов, производственных технологиях. Победитель Кубка определяется в финальной серии матчевых гонок, однако основа успеха закладывается задолго до очной встречи соперников — в конструкторских бюро и научно-исследовательских центрах. И это не громкие слова. История показывает, что выигрывает Кубок самая быстрая яхта, а самая быстрая яхта обычно бывает построена по самым современным технологиям.

Так было с самого начала, когда в 1851 г. американская шхуна “America” выиграла “Кубок 100 гиней”. Эта победа носила легкий политический оттенок: строители яхты продемонстрировали Старому Свету компетентность молодой нации в области проектирования и постройки судов. Шхуна с относительно острым носом, широким миделем, полной кормой и низким надводным бортом так сильно отличалась от других парусников тех же размерений, что сразу по прибытии в Англию получила “радикальную” оценку британских специалистов: “Если она — правильная, значит все наши — неправильные”. Как известно, американцы выиграли Кубок, и еще долго во всех последующих гонках сохраняли эту победную традицию, пока не пришло время новаторов с другого континента.

Гоночные яхты для Кубка Америки значительно отличаются от своих предшественниц, технические и технологические новшества всегда были главной отличительной особенностью каждой гонки.

Одним из самых известных проектантов за всю историю Кубка можно смело назвать легендарного американца Натаниэла Херешоффа. Он был автором огромных яхт, которые участвовали в розыгрыше Кубка в период с 1893 по 1903 г. Красавица “Reliance” считается самой значительной его работой. Эта крупнейшая за всю историю яхта-участница гонок за Кубок Америки служит ярким примером концептуальных взглядов Херешоффа: главное —это максимальная длина ватерлинии плюс максимальная длина кормового и носового свесов (длина по ВЛ у “Reliance” была 89 футов, однако полная длина корпуса – почти 144 фута!). Чем больше длина, тем больше площадь парусов, которую можно разместить на судне, а значит — выше скорость.

Херешофф добавил в проект еще ряд революционных новшеств. Яхта впервые имела два штурвала. Перо руля было пустотелым (оно могло заполняться водой или осушаться в зависимости от потребности рулевого). Были применены лебедки с шариковыми подшипниками и автоматической коробкой передач. На яхте стоял легкий стальной рангоут и был применен ряд интересных решений для того, чтобы понизить положение центра тяжести: так стеньга, в то время, когда она не использовалась, опускалась внутрь мачты.

В Старом Свете из современников Херешоффа обычно выделяют конструктора –ирландца Джорджа Уотсона — создателя второй яхты для известного предпринимателя и яхтсмена сэра Томаса Липтона. Его “Shamrock”, несмотря на суммарное поражение, в нескольких гонках обошла признанного лидера тех лет — американскую “Constitution”. Ирландская яхта была первой, проектировавшейся с учетом результатов буксировки моделей в опытовом бассейне. С тех пор испытания в бассейне стали неизменной основой проектирования яхт для Кубка Америки.

Эра 12-метровых яхт, наступившая в 1958 г. и длившаяся 30 лет, явила парусному миру множество технических новинок. Так, уже первая кубковая яхта, построенная по введенной тогда новой формуле, — “Columbia” имела “реверсивный” (с наклоном в нос) транец. Капитан этой яхты Бриггс Каннингхем изобрел названную его именем оттяжку, пропускаемую через специальное отверстие в парусе (“The Canningham eye”) и служащую для регулировки полноты пуза паруса. В 1962 г. очередной новинкой стало появление на спроектированной знаменитым Аланом Пайном яхте “Gretel” “кофемолок” — специальных лебедок, существенно ускоряющих работу со стакселями на лавировке.

В 1974 г. “Courageous”, “Mariner” и “Southern Cross” стали первыми “12-метровыми” яхтами, построенными с использованием алюминия (хотя и не были первыми в истории Кубка — эта честь принадлежит яхте “Defender” —1895 г.). В 1986 г. новозеландская яхта была построена с использованием стеклопластика, а сразу после этого в качестве материала корпуса и рангоута стали все более широко использовать углепластик.

В 1980 г. была впервые реализована программа сравнительных испытаний сразу двух полноразмерных яхт с целью оценки эффективности различных конструкторских решений. Конечно, это дорогостоящий и длительный способ проектирования, но он и сегодня используется крупными синдикатами, не особо доверяющими чисто модельным испытаниям.

Большой шум в 1983 г. наделало появление на публике яхты “Australia II”, спроектированной командой Алана Бонда, на которой впервые был применен киль новой формы с крыльями на конце — так называемый wing keel. В тот год американцы (в лице Денниса Коннера) впервые упустили Кубок из своих рук. Вдобавок, “Australia II” имела вертикальный покрой парусов, что позволило ей при ходе против ветра лучше использовать свойства кевлара, который начинал обретать популярность в те годы.

Следует отметить, Коннер много сделал для того, чтобы уже через 4 года вернуть Кубок Америки на его привычное место в Нью-йоркском яхт-клубе. Команда талантливых проектантов и инженеров провела обширные исследования и натурные испытания, построив сразу три (!) полноразмерные яхты. В окончательном виде яхта “Stars&Stripes” получилась длиннее своих соперниц из других синдикатов при меньшем количестве парусов. В условиях сильного ветра в заливе близ Фримантла, где проходили гонки, американская яхта легко выиграла у австралийской с “сухим” счетом 4:0.

Развивая успех соотечественника, американский бизнесмен-миллионер и любитель парусного спорта Билл Кох, готовясь к гонкам 1992 г., создал еще более “наукоемкую” команду. Он не только нанял больше ученых, чем все его предшественники и соперники, но и поставил этих ученых — узких специалистов по теории корабля, гидро-аэродинамике, прочности над проектировщиками яхты. Эта команда создала яхту, которая, с самим Кохом в качестве второго рулевого, легко выиграла у итальянского претендента “Il Moro di Venezia” 4:1.

Казалось, проект Билла Коха было трудно улучшить. Однако, к соревнованиям 1995 г. феноменальную по своей мощи подготовительную кампанию провели новозеландцы. Их стремительная “Black Magic” стала второй неамериканской яхтой, завоевавшей Кубок Америки.

И вот — очередная блестящая победа киви. На этот раз уже в качестве защитника Кубка, прочно осевшего на зеленом острове. Теперь все синдикаты, соревновавшиеся в гонке 1999-2000 гг., использовали в своей подготовке научный подход и проводили предварительные расчеты с применением самых современных исследовательских программ.

Новые методы и инструменты проектирования, а также новые научные дисциплины, появившиеся в последние годы XX века, сделали процесс отработки характеристик гоночных яхт очень эффективным. Развитие масштабного моделирования и программирования, успехи гидро- и аэродинамики позволили проектантам точнее учитывать влияние таких факторов, как метеоусловия гонок, картина нерегулярного волнения, соотношение острых и полных курсов во время гонки.

Современная формула — кто получает преимущество?

В принципе, до 1992 г. гонки 12-метровиков за Кубок Америки проходили по аналогичным правилам, разве что константа в правой части формулы равнялась 12 м.

Новая формула обмера яхт класса IACC выглядит так:

(L + 1.25 ЦS – 9.8 3Ц DSP )/ 0.679 ё 24.000 m.

где L – приведенная длина корпуса; S – площадь парусности; DSP – водоизмещение. Введенный ныне термин “приведенная длина” для этой базовой формулы определяется следующим образом:

L=LM[1+0.01(LM–21.2)^8]+FP+DP+WP+BP

Важное отличие яхт, спроектированных по правилам IACC, от других современных гоночных яхт заключается в наличии довольно больших носового и кормового свесов, что увеличивает “приведенную длину” яхты. DP, WP и BP принимаются равными нулю, за исключением случаев, когда ширина по ватерлинии превышает оговоренное правилами максимальное значение —5.5 м или вес выходит за пределы 16-25 т, или осадка больше чем 4 м. Правилами накладываются ограничения на некоторые сечения корпуса яхт; оговаривается максимальная высота мачты над палубой (32.5 м); кроме того, длина спинакер-гика и площадь спинакера увязаны с базовой длиной переднего треугольника.

В Правилах IACC есть несколько существенных особенностей, отличающих их от прочих правил проектирования яхт.

Во-первых, эти Правила не содержат измерения и нормирования остойчивости. Это провоцирует проектантов к тому, чтобы искать любую возможность для облегчения собственно корпуса яхты, переноса массы вниз — сосредоточения веса на “кончике киля”. В свою очередь, это подталкивает их к проектированию яхт с минимальным запасом прочности, необходимым для того, чтобы выдерживать нагрузку от парусов. Нагрузка на такелаж сегодня достигает 25 тс, а сила сжатия мачты — 50 тс, причем вся она воспринимается легкими углепластиковыми конструкциями! Поэтому, если события 95-го года в Сан-Диего, когда во время отборочных гонок претендентов разломилась надвое и затонула австралийская яхта, привели кого-то в легкую оторопь, то аналогичная авария, случившаяся с “Young America” в 2000-м году, уже ни у кого не вызвала удивления. Подобная возможность для яхт IACC просто запрограммирована: конструкции работают абсолютно на грани разрушения.

При отсутствии ограничений по остойчивости все яхты, участвующие в гонках за Кубок Америки, имеют очень большие и тяжелые бульбы в нижней части киля. Обычно они имеют вес 16-20 т и крепятся на тонкой стойке киля. При этом изгиб стойки под нагрузкой иногда достигает 100 мм!

Поломка яхты “Young America” во время отборочного турнира претендентов на Кубок Америки — 2000.

Второе отличие современных правил — отсутствие ограничений минимальной ширины корпуса по ватерлинии (максимальная ширина оговорена — 5.5 м). Уменьшение ширины снижает смоченную поверхность, однако при этом снижается и остойчивость. Конструкторы ищут золотую середину, ведь более широкая яхта может быстрее идти против ветра, но пойдет медленнее при слабых попутных ветрах. Глядя на яхты-участницы последнего розыгрыша Кубка Америки можно сделать вывод, что все они сделаны в расчете на достижение преимущества именно на острых курсах.

Наконец, третье отличие Правил IACC состоит в том, что форма корпуса яхт почти не ограничена в пределах базовых параметров. Данные Правила содержат ограничения лишь на площадь поперечного сечения корпуса в местах носового и кормового перпендикуляров.

Таким образом, заложенные в Правила условия и компромиссы в целом весьма просты. Более длинная яхта будет нуждаться в меньшем количестве парусов, либо в большем весе. Более легкая яхта аналогичным образом может нести меньше парусов или быть более короткой. Яхта с большей площадью парусов должна быть короче или тяжелее.

Следуя традиции, установившейся в 1992 г., большинство конструкторов склоняются к тому, чтобы закладывать в проект максимально возможный вес. Причина очевидна: увеличение веса можно “компенсировать” увеличением же длины яхты и площади парусов. Однако, с увеличением веса повышается остойчивость, ведь большая часть добавочной массы концентрируется в бульб-киле, т.е. на 4 м ниже ватерлинии. После серии испытаний было установлено, что более тяжелые в рамках Правил яхты оказываются и более ходкими. Так что, похоже, составители обмерной формулы несколько переоценили необходимость компенсации увеличения веса.