Гибрид-гибрид. Что такое гибридная байдарка?
Все имеющиеся на рынке изделия разделяются на 2 типа, разборные и неразборные. Каждый тип имеет свои бесспорные достоинства и недостатки, определяемые конструкцией и назначением самого изделия. Для придания необходимых качеств используют различные технологии и их комбинации. Если приводить примеры, то наиболее скоростные спортивные и океанские лодки изготавливаются из композитных материалов и такое свойство, как возможность складываться для транспортировки и хранения в расчёт не принимается. Сразу следует отметить набор наиболее востребованных качеств, которые и предопределяют вид нужного изделия. Мореходность (скорость, остойчивость, манёвренность, прочность), вес, грузоподъёмность, вместительность, качество транспортировки и хранения, комфортность, обитаемость, удобство обслуживания(сборка-разборка-просушка), ремонтопригодность, внешний вид, долговечность, надёжность, стоимость и многое, многое другое в разных сочетаниях. Естественно многие качества взаимно противоположны. Не стоит ждать от широкой остойчивой лодки хороших скоростных данных, также и наоборот, чем уже и быстроходнее лодка, тем сложнее обеспечить хорошую манёвренность. Лодка, изготовленная из недостойных или неправильно подобранных материалов не будет надёжной и долговечной, ну и наоборот.
Давайте посмотрим на ту часть российского рынка байдарок, на котором в основном представлены изделия разборные, с возможностью, их удобного зимнего хранения и комфортной транспортировки к месту использования. В таких изделиях хорошим конкурентным преимуществом, становится вес, быстрота и удобство сборки (подготовка к использованию), будь то только надувание, или сборка каркаса внутри оболочки. Если положить в один ряд все возможные варианты разборных байдарок, имеющихся в продаже или изготовленных самостоятельно, то, например, с одной стороны будут лодки с жёстким, сложным каркасом и сильно натянутой оболочкой, а с противоположной, надувные слегка удлинённой формы изделия из лёгких тканей или плёнок. Все эти конструкции хороши и имеют право на жизнь, так-как каждая предлагает своему владельцу определённый набор необходимых ему свойств.
Что такое гибридные байдарки
Прежде всего следует описать саму схему гибридной лодки, а потом и историю её появления на рынке. Гибрид - это производная от каркасной схемы, где весь продольный силовой пояс (привал, фальшборт и стрингера), заменён полнопрофильным, многокамерным пневматическим элементом высокого давления. От каркасной схемы оставлены лишь достаточно развитые шпангоуты, штевни и комплект кильсонных элементов. Зачем и почему это сделали? Дело в том, что процедура продольного растяжения оболочки в каркасной схеме, довольно трудоёмкая и зачастую раздражает владельцев лодок. Все хотят облегчённой сборки, но не в ущерб ходовым характеристикам. Тогда почему не каркасно-поддувная схема. В каркасно-поддувной компоновке задача надувного элемента обеспечивать лишь поперечное натяжение оболочки, а продольное натяжение всё также обеспечивается установкой продольных элементов каркаса. В гибридной же схеме надувному элементу передано намного больше функций. Благодаря особой (спирально-реданной) конструкции пневматический элемент в гибридной схеме обеспечивает как продольное, так и поперечное натяжение донной части растягивая её в нужном направлении, необходимом для правильного формообразования.
А зачем это всё нужно?
Если сравнить основные, массово используемые в производстве схемы: “Каркасные”,” Каркасно-поддувные”, “Гибридные”, “Надувные” и лодки цельно листовые), изготовленные из приблизительно одинаковых материалов и оценить их основные достоинства, то получается вот такая картина.
“Каркасные лодки” - жёсткие, быстроходные, вместительные, весьма тяжёлые, долго собираются, легко упаковываются, умеренно дорогие в производстве.
“Каркасно-поддувные лодки” - Жёсткие, быстроходные, умеренно вместительные, тяжёлые, неплохо собираются, неплохо упаковываются, весьма дорогие в производстве.
“Гибридные лодки” - Умерено жёсткие, быстроходные, умеренно вместительные, умеренно лёгкие, хорошо собираются, хорошо упаковываются, умеренно дорогие в производстве.
“Надувные байдарки” - условно жёсткие, тихоходные, маловместительные, лёгкие, (почти) не требуют сборки, отлично упаковываются, недорогие в производстве.
“Лодки цельно листовые” -условно жёсткие, быстроходные, вместительные, тяжёлые, легко собираются, плохо упаковываются, недорогие в производстве.
Какой вывод? Гибриды это нечто среднее, универсальное, в некоторой степени, схема, отвечающая современным тенденциям и запросам людей с их представлениями об отдыхе и туризме. В тоже время — это не прямое заимствование технических приёмов из вышеописанных схем, а создание нового принципа, позволяющего использовать лучшее на стыке новых освоенных технологий, материалов и технических решений.
Теперь как отличить гибридную байдарку от остальных
Где граница и чем отличается, например, гибрид от надувной байдарки с установленными в ней элементами каркаса.
Вернёмся к конструкции гибрида. Первое отличие — это то, что посадочные места гребцов установлены на каркасе и вертикальные нагрузки от веса экипажа (это важно) передаются на кильсон!
При этом бортовой надувной элемент работает только в горизонтальной плоскости.
При такой схеме каждый шпангоут образует жёсткий треугольник между кильсоном и двумя бортовыми элементами. В сумме образуется жёсткая связь между килевой и привальной линией.
В надувной байдарке жёсткая связь между кильсоном и баллонами не используется, а сидение как правило устанавливается на дно, либо подвешивается или укладывается на баллон, а иногда совсем отсутствует. Однако без связи кильсона и борта, даже используя надувное дно, невозможно обеспечить правильную (килеватую) форму донной части лодки и придать ей необходимые свойства. Отсутствие жёсткой связи в надувной байдарке не является недостатком данное свойство позволяет за счёт изменения общей геометрии поглощать и перераспределять внешние воздействия, не разрушая лодки. Такая схема хороша для мелко каменистых порожистых речек, когда траектория движения неизбежно приводит к контакту с камнями, корягами и поперечно лежащими брёвнами. В некоторых случаях для улучшения ходовых характеристик производители армируют дно жёсткими элементами в штевневых зонах, для изменения формы ватерлинии.
В отличии от надувной, гибридная схема и более привлекательна для мощной воды, будь то полноводная река, ветреное озеро или прибрежная морская зона. Основное противодействие лодке, в такой ситуации, оказывают волнение и ветер, причём вектора и величины этих сил могут постоянно меняться. В условиях волнения основой безопасности становится способность противостоять стихии и вот тогда устойчивость на курсе при ветре, скорость и управляемость невозможно переоценить. Очевидно, что поведение любого объекта в таких условиях во многом будет определятся соотношением форм погружённой и надводной частей. Пример, воздушный шарик, просто надутый или надутый и частично заполненный водой перемещаются ветром по воде с разными скоростями. С байдарками тоже самое, чем глубже подводная часть, тем меньше (при прочих равных) сказывается воздействие волны и ветра.
Исходя из этих соображений в гибридной схеме (в отличии от надувной) большое значение придаётся донной (погруженной в воду) части лодки. Используя жёсткую схему шпангоутов, расчётное поперечное натяжение и благодаря Архимедовой силе донная часть приобретает симметрично-ланцетовидную поверхность от штевней к миделному сечению, образуя переменную «V-образную» форму нужных местах.
При этом шпангоуты (места приложения сил тяжести экипажа) жёстко связаны с донной (водоизмещающей) частью лодки. Такая схема гарантирует стабильную центровку при расчётной рабочей загрузке.
Конструкция шпангоутов позволяет использовать полноценные штевневые элементы, необходимые для формирования правильной, удлинённой и заострённой ватерлинии, а как известно форма ватерлинии существенно влияет на ходовые качества лодки. Ещё одним из важнейших показателей является обитаемость (внутренний полезный объём для экипажа и загрузки вещей).
В чисто надувной схеме проблема обитаемости встаёт очень остро. Объём внутреннего пространства между баллонами (кокпита) напрямую зависит от ширины всей лодки, диаметра бортового баллона и толщины дна.
Грубо говоря, ширина кокпита — это общая ширина минус 2 диаметра баллона. Если принять, что общая ширина байдарки не должна превышать 1050мм (в противном случае эффективность гребли байдарочным веслом значительно снижается), а для обеспечения достаточной жёсткости в каждом посадочном месте необходим бортовой баллон диаметром от 260-300мм с избыточным давлением 0,15-0,3 атмосферы, то нетрудно посчитать, что ширина кокпита в зоне посадки, в самом лучшем случае будет равна 1050-(260*2) =530мм, а глубина равной диаметру баллона.
Даже опуская дно совсем под баллон мы получим весьма скромные параметры. Если учесть, что для улучшения ходовых характеристик лодки необходимо уменьшать ширину, а как следствие уменьшается и обитаемость, и комфортность, то места для конструкторского манёвра остаётся совсем немного. Спасти ситуацию помогает наклеенная сверху дека с посадочными люками, позволяющая грузить лодку выше уровня баллона, но это исключает возможность использования лодки в варианте открытой деки.
Теперь о гибридах. Существует очень существенная разница в конструкции гибридного поддувного элемента и бортового баллона надувной лодки (пусть даже реданного исполнения). Не вдаваясь в детали, у гибридного баллона как правило нет двух одинаковых сечений, и к тому-же, высота в основных сечениях больше ширины в 1,32 раза. Эту величину можно обозначить каким-нибудь коэффициентом, значения которого колеблются от 1 и до 1,5. В общем, в заданном сечении профиль баллона может быть в виде прямой или наклонной сплющенной восьмёрки с разными радиусами в верхней и нижней части.
Использование такого приёма позволяет нарушить прямую зависимость между шириной ватерлинии и обитаемостью лодки, а если учитывать возможность изменения высоты борта шпангоутами, то можно по параметрам кокпита вплотную приблизится к каркасно-поддувной конструкции. Но такая картина имеет и свои минусы, в отличии от надувной байдарки, где бортовой баллон позволяет при полном отсутствии каркаса, хотя-бы частично обеспечить использование изделия. В гибридной схеме такое невозможно. Например, при разрушении части основного баллона надувной лодки, плавучесть её полностью не утрачивается, поскольку надувные байдарки должны иметь поперечные герметичные переборки (2-5 чашек+ дно), а теряется только ход. А вот в современной гибридной конструкции, благодаря продольному расположению 4х герметичных отсеков, при повреждении одного из них, хоть полноценно изделие функционировать уже не может, но ход теряет лишь частично, позволяя ликвидировать проблему на значительно большем удалении от береговой линии. Видимо с точки зрения безопасности эти схемы приблизительно одинаковы, но намного превосходят каркасные. Если внимательно присмотреться к обоим конструкциям, то станет очевидно, что надувная схема более технологична в производстве и допускает меньший процент ручного труда. Гибридная же конструкция подразумевает большее количество входящих комплектующих и соответственно большее число технологических операций в производстве.
Остаётся вопрос окупаются-ли те достоинства гибридной лодки разницей в цене относительно надувной? Спрос показывает, что да!
Об истории появления и о названии “Гибридная”.
Зародилась такая конструкция на основных требованиях Европейского рынка разборных байдарок. Между Российскими туристами и европейцами всё-таки существует масса различий в подходах как к снаряжению, так и к путешествиям в целом. Ну, например, путешествовать по порожистым речкам по традиции нужно на чисто надувной байдарке, рафте или полиэтиленовом каяке, всё это можно взять в ближайшем прокате или привезти на багажнике своего автомобиля. Конструкции надувных байдарок с какими-то каркасными элементами категорически не принимаются, так как не определено назначение. К тому-же рынок надувных байдарок давно поделен между производителями тканей и их дочерними подразделениями. Если планируется путешествие по морю, то как правило, пользуются собственными или прокатными, неразборными лодками различных конструкций. Ну а если задумано что-то совсем серьёзное с заброской в другие регионы планеты, да ещё и с местной авиацией (Крупные реки Аляски, Гренландия, Океания, Ю. Америка) то там используются в основном разборные каркасно-поддувные экспедиционные лодки. Что остаётся гибридам? Непродолжительные походы по рекам и выезды на условно спокойные водоёмы, соответственно и требования: сборка, безопасность, ходкость, хранение. Такая лодка должна продаваться в каком-нибудь спортивном сетевом магазине и иметь приемлемую цену, гарантии и т.п. Вот и получается, анализ всех требований, перечисленных выше и не описанных ниже лёг в основу технического задания в "Тритоне", благодаря которому и была определена и реализована такая концепция как "Гибридная".
Немного о теории
Поговорим о специфических особенностях формы гибридной лодки. Задача создать корпус лодки с приоритетами определённых качеств, при минимально возможном весе, максимально возможной жёсткости, удобной посадке и приемлемой обитаемости, сохранив при этом удобство сборки, невысокую стоимость и необходимый набор ходовых характеристик. Все вышеперечисленные свойства во многом зависят от технологий, материалов и геометрической формы предполагаемого изделия.
При проектировании теории в основном приходится учитывать силы противодействия корпусу со стороны вытесненной воды. Согласно закону Архимеда сила выталкивания, действующая на погружённую часть корпуса (архимедова сила), равна весу объёма воды, вытесненного погружённой частью и направленна вверх. Воздействия этих сил приводят к деформации корпуса лодки и во многом зависят от формы погружённой части.
Например, если поместить в воду тело в форме полусферы, вертикального цилиндра или конуса, то архимедовы силы будут действовать равномерно вокруг центра массы и будут направлены вверх (параллельно оси Y). Корпус лодки такой формы имеет равное сопротивление воды при движении в любом направлении перпендикулярном оси (Y). Теперь, сохранив объём, придадим телу некоторое удлинение по оси (Х), в результате мы получим изменение сечений вдоль осей (Х) и (Z). Совершенно очевидно, что сопротивления воды возрастает вместе с увеличением площади сечения, перпендикулярного направлению движения. В итоге сечение перпендикулярное оси (Х) уменьшилось, а значит и сопротивление при движении тоже уменьшилось. Очень хорошо, но появилась одна проблема. Теперь эти архимедовы силы в плоскости X: Y уже действуют на некотором расстоянии от центра масс и в сумме создают изгибающий момент.
Момент — это векторное произведение силового плеча R на вектор силы F.
М=R*F
Например, если положить на воду цилиндрический удлинённый надувной баллон горизонтально, и прикладывать нагрузку в центре, пытаясь его заглубить в воду, то архимедова сила создаст положительный изгибающий момент направленный перпендикулярно оси цилиндра вверх. На удалении от центра, моменты силы будут равны массе вытесненного объёма воды умноженного на расстояние от центра до сечения. Массу вытесненной воды в каждом сечении условно можно привязать к площади этого сечения. Если сечения располагаются относительно друг друга на расстоянии 1мм, то объём между ними будет равен площади сечения умноженную на высоту (то есть на 1). Поскольку плотность воды равна 1 то можно, пренебрегая погрешностью, считать, что сила, действующая в сечении численно равна площади этого сечения.
Согласно техническому заданию наш корпус должен быть максимально лёгким, то есть в конструкции должно присутствовать минимально необходимое число элементов способных обеспечить противодействие внешним силам.
Корпус лодки можно условно разделить на две части подводная и надводная. Как правило надводная часть воздействует на подводную с силами, определёнными массой груза, экипажа и массой самого корпуса. Для того чтобы вся система находилась в равновесии все силы со стороны надводной части должны уравновешиваться архимедовыми силами. Точки приложения верхних сил определяются техническим заданием, то есть, где и как сидит экипаж, сколько и куда размещено груза, каков запас плавучести, каково назначение самого изделия. Исходя из этого можно, задавая площадь погружённой части в сечениях, добиться контроля над изгибающим моментом в диаметральной плоскости (X: Y), что может лечь в основу дальнейшего проектирования надводной части корпуса.
Самым простым было-бы создать погружённую часть корпуса в виде половинки веретена с определённым удлинением где моменты силы постепенно уменьшаются от середины к концам веретена.
В этом случае можно рассчитать верхнюю часть конструкции способной противостоять деформациям в плоскости (X: Y). Представляя параметры верхней части и имея представление о силах, действующих в средних сечениях можно менять характеристики обитаемости- внутреннего полезного объёма. Изменяя форму сечений погружённой части, но придерживаясь их площади можно сформировать геометрию донной части с приблизительным килевым профилем.
Следующим этапом можно прорисовать мидельное сечение, исходя из расчёта остойчивости, прироста бортового водоизмещения при наклоне плоскости (X: Y) и восстанавливающего момента в плоскости (Y: Z). Повторив эти расчёты в нескольких сечениях параллельных мидельной плоскости можно сформировать предварительный теоретический обвод донной и бортовой частей, учитывая при этом, запас плавучести и дифферент при крене.
Дальнейшие действия с получившимся обводом зависят от возможности производства и пожеланий технологов.
Краткая суть этого опуса. В гибридных схемах, при проектировании лодки, особое внимание уделяется форме погружённой части и распределению нагрузок в корпусе, чтобы уже при изготовлении, максимально возможно, приблизить геометрию к той, к которой лодка будет стремиться при эксплуатации. Этот приём позволяет не использовать избыточных запасов прочности корпуса, а корректировать усилия формируя геометрию изделия.
Ваша оценка «Гибрид-гибрид. Что такое гибридная байдарка?»:
Автор: Константин Галкин, главный конструктор компании Тритон
Отзывы:
отзывов пока нет, ваш будет первым!
Смотрите также:
Вы читали:"Гибрид-гибрид. Что такое гибридная байдарка?"
Раздел: Интересные статьи
