Одним из наиболее распространенных решений в области малых пассажирских судов являются быстроходные катамараны, завоевавшие популярность в Австралии и Новой Зеландии, странах Европы и особенно Скандинавии, Юго-Восточной Азии и т.д.; ряд проектов разработан при участии автора статьи (рис.1).
Рис.1 – Пассажирские катамараны от КБ Albatross Marine Design
a) РМ1800 – на 70 пассажиров, Россия; b) AT1150 - на 40 пассажиров, Индонезия; c) AT800WB – на 12 пассажиров, Андаманские острова (Индия); d) – AT1200 на 50 пассажиров, Таиланд.
Программа развития гражданской морской техники, принятая Правительством России, подразумевает создание новых высокоскоростных судов для обеспечения комфорта и безопасности пассажирских перевозок. При этом, подходы к решению задачи пассажирских перевозок по воде путем рассмотрения транспортной системы в целом наталкиваются на значительное количество ограничений и сложности прогнозирования пассажиропотока, частично несформированного из-за отсутствия предложения, и частично покрываемого полулегальными перевозками. При неразвитости системы кредитования малого бизнеса предпочтение, как правило, отдается небольшим судам, требующим минимальных начальных инвестиций – еще один аргумент в пользу небольших «водных такси». Нельзя не учитывать и имиджевый фактор – не имеющиеся сейчас «разномастные» и неказистые плавсредства, а именно современные, красивые и удобные суда являются привлекательными для туристов, и своеобразной демонстрацией технологического уровня страны.
Таблица 1 – Сравнение типов малых (до 24м длиной) высокоскоростных судов по эффективности и применимости в качесте водных такси
|
|
Одно-корпусник |
Катамаран |
СПВ |
СПК |
Экраноплан |
|---|---|---|---|---|---|
|
Начальная стоимость |
5 |
4 |
2 |
2 |
1 |
|
Экономичность по топливу |
5 |
5 |
3 |
5 |
3 |
|
Мореходность/комфорт по вертикальым ускорениям |
4 |
5 |
2 |
4 |
2 |
|
Компоновка/комфорт/утилизация пространства |
3 |
5 |
3 |
3 |
2 |
|
Обслуживание и сервис судна |
5 |
5 |
3 |
4 |
2 |
|
Сложность управления судном |
5 |
5 |
3 |
4 |
1 |
|
Отсутствие ограничений по осадке |
4 |
4 |
5 |
2 |
5 |
|
Безопасность |
5 |
5 |
5 |
5 |
3 |
|
Эксплуатция в ледовых условиях |
1 |
1 |
5 |
1 |
1 |
|
ОБЩИЙ РЕЗУЛЬТАТ |
37 |
39 |
31 |
30 |
20 |
5 – наиболее привлекательный; 1 – наименее привлекательный
Попытки создания малых пассажирских скоростных судов в России предпринимались за последние годы, но, к сожалению, не все из них можно признать успешными. Согласно сложившейся традиции, в России для пассажирских перевозок применяются суда на воздушной подушке и подводных крыльях; делаются попытки дальнейшего развития тематики пассажирских экранопланов. Однако, на практике эксплуатация таких судов оказывается неэкономичной, требующей частого сервисного обслуживания и высокой квалификации персонала. Опыт показывает, что для большинства районов в свободный от льда период суда традиционных типов оказываются более эффективными и востребованными. При этом, недостаточный опыт российских судостроителей в области постройки катамаранов вынуждает их применять для «водных такси» однокорпусные схемы, априори проигрывающие по параметрам пассажировместимости и комфорта, что приводит к неудачам бизнес-проектов перевозок.
В табл.1 автором сделана попытка проанализировать имещиеся типы малых судов с точки зрения их применимости в качестве водных такси. В представленом анализе весовые коэффициенты, указывающие значимость каждой из характеристик, приняты однаковыми; однако для конкретых возможно учесть приоритетность тех или иных качеств за счет их варьирования. При поставленных условиях очевидными преимуществами обладют суда катамаранного типа, выигрывающие за счет компоновки, мореходности и относительной простоты.
Ряд российских бюджетных проектов на платформе RIB и «плавучих дач» просто слишком малы по размерам, чтобы обеспечить приемлемый для пассажиров комфорт при движении. Функциональные качества многих судов не соответствуют современным требованиям, например ступеньки при входе в салон и тесная его компоновка, неудобство носового выхода и т.д. Многие проекты просто «не дотягивают» по уровню дизайна экстерьера - сделаны без привлечения промышленных дизайнеров или «с использованием имеющейся технологической оснастки»… Очевидно, что говорить о каком-либо положительном результате при таком подходе не приходится.
Общая концепция судна
При разработке проектов «водных такси» на основе предыдущего опыта сформулирован ряд общих требований, которые удается в значительной степени реализовать:
-
Внешний вид должен органично сочетаться с городской средой и быть привлекательным для горожан и гостей города;
-
Архитектура и размерения судна должны соответствовать принципам эргономики и обеспечивать комфорт по ускорениям при движении на волнении; должны соблюдаться основные элементы безопасности согласно международному кодексу по высокоскоростным судам (HSC Code);
-
Возможность высадки пассажиров на причал с борта и через нос, а также опционно – на необорудованный берег;
-
Приспособленность для людей пожилого возраста; предпочтительно – и для инвалидов;
-
Обеспечение транспортабельности по железной дороге и низкий вертикальный габарит для прохода под мостами;
-
Допускать вариативность силовых установок и скоростей движения в зависимости от задач перевозчика, на базе одного и того же корпуса;
-
Быть технологичным в постройке и простым в обслуживании.
-
В идеале, один проект должен быть достаточно универсальным, иметь возможность кастомизации и покрывать применение в различных условиях. Таким образом, предполагается минимизировать расходы на проектирование, сертификацию и технологическую оснастку, которые существенны для судна небольших размеров.
-
Принятая пассажировместимость – 36 человек, что отвечает ожиданиям небольших перевозчиков и позволяет упростить сертификацию судна.
Обоснование характеристик судна
На ранних стадиях проектирования, главные размерения и основные характеристики судна оцениваются с применением метода параметрического анализа, разработанного автором [3] и предполагающего совместное решение системы уравнений объемов, масс, ходкости, дальности плавания, вертикальных ускорений и стоимости. Исследование пространства возможных решений для малого пассажирского катамарана представлено на рис.2. Проектирование катамарана связано с выбором оптимальных параметров тоннеля; особенности расчета и выбора обводов катамаранов рассмотрены автором в [4,9].
Рис.2 – Результаты анализа возможных проектных решений для малых катамаранов из композитных материалов
Водные такси и малые пассажирские суда – мировой опыт
a) – водное такси «абра» (Дубаи, ОАЭ), простейшая традиционно арабская лодка для перевозок, очень бюджетного класса;
b) - водное такси (Окленд, Новая Зеландия) - не просто комфортабельное судно, но и своеобразная демонстрация достижений страны в области дизайна и композитных материалов;
с) – мини-паром-катамаран (Стамбул, Турция). Дизайн несколько угловатый и подчинен максимуму функциональности, но потопчины по бортам представляются нерациональным использованием пространства;
Эстетика
Дизайн экстерьера определяет визуальное восприятие малого судна и решается в сочетании с обеспечением функциональности, комфорта, безопасности и технологичности [5]. Необходимо отметить, что такие суда как «водные такси» являются частью городской среды. Это предъявляет повышенные требования к эстетическим качествам судов, к необходимости компромисса между традиционными «судовыми» стилистическими решениями и современными направлениями в промышленным дизайне, понятными массовому потребителю. Во многих странах мира водные такси и малые пассажирские суда являются лицом города и неотъемлемой частью морского/речного фасада. Большинство из них уникальны и узнаваемы, и являются своеобразными носителями исторических традиций (рис.3-6). Результаты анализа эстетики и эргономики лучших судов положены в основу разрабатываемых новых проектов.
Комфорт и безопасность
Наиболее важным для высокоскоростных судов является комфорт по ускорениям - во избежание повышенной утомляемости, укачивания и возможных травм пассажиров [6,8]. В практике классификационных обществ (КО) параметры ускорений нормируются при комплексной оценке безопасности по HSC Code [1] и Правилам Регистра [10].
Пример записи ускорений при встречном волнении 4 балла, 10уз (слева); сравнение результатов расчетов с экспериментом и критериями (справа).
Натурные замеры, проведенные на ряде судов [2,4,9], показывают, что суда катамаранного типа имеют на 30…50% меньше значения вертикальных ускорений по сравнению с однокорпусными судами близких размеров (рис.4). В свою очередь, это позволяет катамаранам поддерживать более высокую скорость в условиях волнения, избежать перегрузки конструкций и негативных ощущений у пассажиров, а следовательно влияет на привлекательность перевозок. К числу факторов комфорта и безопасности на катамаранах можно отнести также малые углы крена на циркуляции, не превышающие 2…5?[2], высокую начальную остойчивость и непотопляемость при повреждении корпуса.
Еще одной привлекательной чертой катамаранов являются возможности компоновки помещений, при прочих равных условиях. Так, на катамаранах на одного пассажира приходится 0.65…0.9м2 салона, в то время как на судах на подводных крыльях советской постройки – около 0.5м2; на аналогичном однокорпусном водном такси российской постройки – 0.45м2. На практике, это означает более комфортабельное размещение и перемещение пассажиров на катамаранах.
Вопросы сертификации
В практике зарубежных стран, технические требования к малым пассажирским судам и судам для туризма/чартера имеют упрощенный характер и отвечают бюджетам их постройки и эксплуатации. Например, в странах Евросоюза, ЮАР, Австралии и т.д. суда рассматриваемых типов могут соответствовать достаточно простым стандартам группы ISO Small Craft для малых прогулочных судов, с некоторыми дополнениями.
К сожалению, действующие правила российских КО [10,11] не предназначены для судов подобного типа и размера; в правилах «генетически и ментально» заложен «перенос» требований от больших судов к малым, что обуславливает завышенные требования к последним. Наибольшие проблемы вызывает сертификация значительной номенклатуры оборудования, не имеющего прямого отношения к безопасности и выходящего за пределы бюджета, да и здравого для малых судов.
Скажем, на малых судах используется значительное количество оборудования без типового одобрения КО, но с СЕ-сертификатами – оптимально подходящего по стоимости, массогабаритным характеристикам и функциональным качествам. Более того, по ряду позиций оборудование с ТО КО подходящего размера вообще отсутствует на рынке - обычно этот простой факт не укалывается в менталитет сотрудников КО и использование предназначенного для малых судов оборудования с СЕ-сертификатами приходится каждый раз пробивать «с боем».
Усугубляют ситуацию появившиеся в недавнее время в России «техрегламенты» – невразумительные параллельные требования, создателям которых неведом сам факт существования композитных, высокоскоростных и многокорпусных судов.
Подобная ситуация с нормированием является одним из факторов, незаслуженно сдерживающих постройку малых пассажирских судов и фактически стимулирующих нелегальные перевозки, со всеми вытекающими последствиями для безопасности пассажиров. Это как раз тот случай, когда некоторая либерализация требований до разумного уровня будет, наоборот, способствовать повышению безопасности, путем привлечения перевозчиков в «правовое поле» правил.
Материалы и прочность
В качестве материалов конструкции корпуса малых пассажирских катамаранов используются композитные материалы (КМ) и алюминиевые сплавы. Для судов небольшого размера применение КМ и сэндвичей позволяет существенно снизить массу конструкции, которая эквивалентна таковой для однокорпусных судов аналогичной длины из алюминия (рис.5), и это при значительно большей вместимости катамаранов. Преимущества КМ заключаются также в отсутствии необходимости в тепло- и шумоизоляции, в высокой технологичности при серийной постройке. Перспективно также применение комбинированных конструкций из алюминия и пластика.
Рис.5 – Статистические данные по массе конструкций корпуса катамаранов из КМ и алюминиевых однокорпусных судов
Местная прочность малых катамаранов оценивается аналогично таковой для однокорпусных судов и может определяться в соответствии с методикой международного стандарта ISO 12215-5:2008 для судов длиной до 24м. (заметим, что коэффициенты запаса по допускаемым напряжениям в этом стандарте для КМ аналогичны применяемым Речным Регистром [11]). Альтернативно, могут использоваться методики классификационных обществ, однако для судов из КМ длиной менее 15м эти методики зачастую дают неоптимальные весовые характеристики, например, вследствие требований к минимальной толщине оболочек трехслойной обшивки.
Общая продольная прочность катамаранов из КМ длиной до 30…40м обычно по умолчанию обеспечивается при удовлетворении требований к местной прочности, и у большинства КО не является расчетным случаем [7]. Общая поперечная прочность судна оценивается методами конечных элементов (МКЭ); расчет для судов длиной до 24м не является определяющим для размеров элементов конструкции и носит характер проверочного (рис.6). Прочность отдельных узлов и элементов оценивается общеинженерными методами, в том числе с применением МКЭ и с использованием расчетных нагрузок (ускорений) при столкновении, например, согласно HSC Code [1].
Рис.6 – Анализ общей прочности катамарана с использованием МКЭ
Показано распределение коэффициентов запаса по тензорным критериям напряжений при скручивании судна вокруг поперечной оси
Результат - пример проекта
В качестве примера перспективного судна, под руководством автора разработан проект катамарана водного такси ASV1100 (рис.7-9). Можно отметить такие его особенности, как возможность посадки пассажиров через бортовые двери в корме или (опционно) через носовую аппарель, выполнение рулевой рубки как части салона, наличие санузла. Корпус и надстройка выполняются из КМ, с защитой изнашиваемых участков днища. Следует отметить, что вся компоновка судна решена в одном уровне, и приспособлена для пожилых людей. При этом, вертикальный габарит не превышает таковой для алогичных судов российского производства. В настоящее время ведется процесс патентования промышленного образца в РФ и согласования проекта Германским Ллойдом на класс HSDE – высокоскоростное судно, не совершающее международных рейсов и без необходимости полного соответствия требованиям IMO HSC Code [1].
Стилистически, судно может выполняться в варианте «такси», так и в кастомизации для конкретных городов и мероприятий. Кроме того, на имеющейся платформе катамарана прорабатывается вариант водной «скорой помощи» и судна-лаборатории экологического контроля.
Рис.7 – Пример проекта – катамаран ASV1100
Основные характеристики: длина наибольшая/корпуса 11.95/11.0м; ширина наибольшая – 4.0м; водоизмещение полное – 12т; пассажировместимость – 36чел; двигатели – 2x(280…370)л.с.; скорость хода крейсерская – 25…30 уз.
Рис.8 – Примеры стилистического решения проекта ASV1100 для Москвы и для Олимпиады-2014 в Сочи
Рис.9 – Варианты дизайна интерьера салона катамарана ASV1100
Заключение
Малые высокоскоростные катамараны представляют собой сравнительно новый тип судов для российских судостроителей и эксплуатационников, в связи с чем, накопление и обобщение информации по построенным за рубежом судам имеет больше значение. Разработанные методы проектирования катамаранов и накопленный опыт реализации проектов позволяют создавать эффективные и безопасные суда в соответствии с передовыми международными стандартами. Надеемся, что новые суда – красивые и современные, отражающие технологический уровень страны -появятся и на российских акваториях, особенно в связи с приближающимся Олимпиадой 2014 и Чемпионатом Мира по футболу 2018.
Все фотографии предоставлены автором.
Литература
-
International Code of Safety for High Speed Craft (2000 HSC Code) – IMO, 2008 Edition
-
Nazarov A. Application of catamaran concept for small commercial, special and pleasure craft// 16th High Performance Marine Vessels Conference (HPMV-2011) - Shanghai, China, 2011. – E18.
-
Nazarov A. On Application of Parametric Method for Design of Planing Craft //3rd Chesapeake Power Boat Symposium, USA – June 2012.
-
Nazarov A. Power catamarans: design for performance// 2nd Chesapeake Power Boat Symposium – SNAME, Annapolis, USA, 2010.
-
Nazarov A. Practical Small Craft Design: Combining Art with Science// The Transactions of The Royal Institution of Naval Architects, International Journal of Marine Design Vol. 154
Part C1 2012. -
Savitsky D., Koelbel J.G Seakeeping of Hard Chine Planing Hulls//SNAME, SC1, June 1993.
-
Shenoi R.A., Wellicome J.F. Composite materials in maritime structures. Vol. 1-2. Ocean technology series, Cambridge University Press, 1993.
-
Назаров А.Г. Особенности оценки ускорений при проектировании высокоскоростных судов// Морской вестник, №4(44), 2012. – с.59-63.
-
Назаров А.Г. Особенности проектирования малых катамаранов прогулочного, коммерческого и специального назначения// «Судостроение» №4-2011 (797), с.12-17.
-
Правила классификации и постройки высокоскоростных судов. Российский Морской Регистр Судоходства, 2008.
-
Правила - Российский Речной Регистр, т.1-4, Москва – 2009.
Назаров Альберт Георгиевич
кандидат технических наук, член RINA, SNAME,
директор КБ 'Albatross Marine Design'
Контакты для обратной связи:
Email: an@amdesign.co.th
Тел.: +66 38 416 881
