Новая система демпфирования качки, предложенная датскими исследователями.
Научные разработки и исследования, направленные на повышение мореходности судов различных типов, в том числе яхт, не прекращаются. Так, наряду с уже широко применяемыми активными плавниковыми, гироскопическими и роторными успокоителями качки, появилась система Airkeel, основанная на совершенно иных принципах.
Для чего эта система?
Новая система, разработанная датской компанией-стартапом Dacoma, изначально предназначалась для CTV (Crew Transfer Vessel) — судов доставки персонала, занятого монтажом и обслуживанием офшорных ветрогенераторов. В Дании таких установок тысячи, эксплуатируются они круглый год, и одна из серьезных проблем, с которой сталкивается эта индустрия, — при доставке бригад к установкам в плохую погоду люди часто страдают от морской болезни. Кроме того, их высадка на башню ветрогенератора с судна-доставщика и прием на борт из-за качки довольно рискованны и даже опасны. Выход — подавление качки судна.
Как заявляют разработчики, такая система может также применяться на судах, используемых в офшорном/прибрежном рыбоводстве, в лоцманской службе, на моторных яхтах и туристических/экскурсионных судах.
Из чего система состоит?
Компоненты системы — киль-плавник с полой сигарообразной гондолой/бульбом в нижней части, шарнирно закрепленный на днище судна и способный перемещаться с борта на борт. Система включает исполнительный механизм с электрическим или гидравлическим приводом, отклоняющий киль на определенный угол; набор датчиков (гироскоп/акселерометр) для измерения углов и угловых скоростей при качке судна, а также компьютер с программным обеспечением Dacoma. В блоке автоматического управления используется пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор, формирующий командный сигнал; частота сигнала соответствует диапазону частот естественных колебаний корпуса.
Как система работает?
В отличие от прочих активных стабилизаторов качки, система Airkeel использует силу Архимеда. Подъемная сила, равная весу воды в объеме бульба, выталкивает корпус из воды, а если киль смещен относительно диаметральной плоскости судна, то и меняет его посадку. В условиях качки датчики дают сигнал исполнительному механизму через компьютер, и киль, отклоняясь на борт под требуемым углом в зависимости от силы и направления волнения, меняет посадку судна в каждый момент времени, устраняя качку.
Длина киля (стойки), как и объем бульба, зависит от размеров судна и характеристик его остойчивости. На тестовой лодке ProZero, о которой речь пойдет дальше, длина киля составляла 1,5 м. Профиль стойки оптимизирован из расчета минимальной осадки и выдерживания боковой нагрузки. Стоит отметить, что на мелководье киль можно перекладывать на левый или правый борт (по выбору рулевого), чтобы максимально уменьшить осадку.
В разговоре о новой системе Airkeel прежде всего следует отдать должное оригинальной концепции с использованием закона Архимеда — базового постулата судостроения.
Вместе с тем возникает немало вопросов. В числе преимуществ Airkeel изобретатели называют работу системы на лодке без хода, хотя существуют модели плавниковых успокоителей качки Zero Speed, эффективные при нулевой скорости. Кстати, тоже требующие не много пространства внутри корпуса.
Разработчики отмечают, что новая система с качающимся килем более эффективно гасит волновые движения. Тут уместно вспомнить серийную модель гироскопического Seakeeper 3DC для лодок длиной от 10 м, о которой была статья в MBY. На 35-футовом корпусе (водоизмещение 6 т) при высоте волн до метра и ветре 15 узлов (на порывах до 30 узлов) было зафиксировано почти полное (94%) подавление бортовой качки.
В то же время проблемными местами Airkeel видятся подводные габариты устройства, повышающие сопротивление при высокой скорости на тихой воде и риск повреждения; риск водотечности при разгерметизации зоны крепления; вероятность опрокидывания судна при отказе управляющей электроники.
Ответы на все вопросы дадут результаты будущих испытаний. Кроме того, на рыночную востребованность системы будет влиять ее стоимость, которая пока не объявлена.
Может показаться, что система Airkeel похожа на качающийся киль (canting keel), в середине 1990-х годов появившийся на гоночных парусных яхтах класса Open 60, Volvo 70 и 65, Mini 6.50, Melges 40 и др. Однако при определенном сходстве различия имеют существенный характер.
Первое и главное: Airkeel — не балластная система, где масса груза повышает остойчивость и влияет на посадку судна.
Второе — целевая функция: Airkeel призван противодействовать качке, тогда как качающийся киль гоночной яхты служит для снижения массы балласта и оптимизации посадки лодки, чтобы уменьшить крен и получить более эффективную настройку парусов, идти острее к ветру и с большей скоростью (особенно важно, если яхту некому откренивать).
Далее: здесь положение киля меняется непрерывно, а парусные яхты, например, в кругосветной гонке, могут идти с переложенным килем сутками. Есть принципиальные различия и в системах управления: у Airkeel оно полностью автоматизировано, тогда как canting keel парусных яхт управляется посредством кнопок на рулевой консоли…
Тест
Первые натурные испытания системы Airkeel, установленной на 7-метровой рабочей лодке ProZero (производитель — компания Tuco Marine Group) с подвесным мотором, прошли в мае в гавани городка Фоборг на южном берегу датского острова Фюн. На борту находился Арнд Баурихтер, изобретатель системы и основатель Dacoma. Лодка вела себя, как и ожидалось: при циркуляции на 360° (скорость умеренная) киль, отклоняясь всего на 5°, полностью купировал крен.
Во время пробного получасового теста компьютер постоянно записывал данные, необходимые для окончательной настройки системы. Анализ показал, что более точная настройка требует дополнительного тестирования энергопотребления системы, поскольку для ее коммерческого использования потребление энергии и вес электрических батарей являются важными параметрами. При следующих тестах планируется выход за пределы гавани для проверки эффективности Airkeel на волнении и на высоких скоростях, влияния на курсовую устойчивость и дрейф. Также Dacoma работает над адаптивным управлением, которое вскоре должно появиться в виде дополнительного пакета.
Это был великий момент, когда лодка освободилась от строп. Я сразу ощутил себя в безопасности. Необычным было только то, что она не кренилась при разворотах и маневрировании.
Ожидаемые преимущества
Разработчики утверждают, что такая система стабилизации качки с качающимся килем и пустотелым бульбом позволит эксплуатировать лодки, доставляющие бригады к ветрогенераторам на шельфе даже в суровых условиях (используя погодные окна), на 40 дней в году дольше. Система Airkeel повышает динамическую остойчивость и эффективно демпфирует качку быстроходных лодок в широком диапазоне скоростей и даже без хода. Кроме того, система компактна, а снижение сопротивления (волнового и трения) за счет уменьшения водоизмещения позволит снизить расход топлива или увеличить скорость/грузоподъемность.
Система применима и для катамаранных судов, где предполагается два киля с бульбом — по одному на каждый корпус. Ожидается, что с некоторыми изменениями такой Airkeel также будет эффективен для крупных моторных яхт водоизмещением до 150 т, конечно, с учетом конструкции корпуса.
Система стабилизации качки Airkeel была разработана командой Dacoma всего за год, в течение которого был проведен весь цикл работ, включая лабораторные испытания и патентование. Поддержку стартапу оказали Морской фонд и Фонд инноваций Дании.
