Wing sail — это парусная система, которая использует аэродинамическую форму крыла самолета для создания тяги на морских судах вместо традиционных парусов. В отличие от последних, парус-крыло обладает изменяемой кривизной благодаря специальным элементам, таким как закрылки, и часто имеет две оболочки (двойной аэродинамический профиль), что обеспечивает более эффективную работу в широком диапазоне ветровых условий.
Как все начиналось
Для меня как яхтсмена со стажем тема wing sail началась с паруса с жестким профилем на буере С‑8Б, отличавшемся абсолютной безбашенностью из-за высокой скорости и практически отсутствием возможности остановки в экстренной ситуации. У этого парусного снаряда свободного класса были минимальные ограничения (разве что площадь паруса), и народ, что называется, резвился вовсю.
Конструкции крыльев были разной формы и развивались с той же скоростью, что и современные свободные классы типа IMOCA, благодаря своим превосходным аэродинамическим качествам, коэффициенту подъемной силы, меньшему комплексному сопротивлению профиля и, соответственно, гораздо большей тяге и параметру VMG (velocity made good — скорость выбирания на ветер). Однако и на этих «парусах» были свои темные пятна, такие как невозможность убрать положительную тягу или силу дрейфа в случаях, когда это было не нужно или небезопасно, например при швартовке и на стоянке. Даже разворот крыла по ветру для снижения подъемной силы профиля оставлял значительную силу дрейфа, вызванную силой трения профиля и его индуктивного сопротивления. Приходилось демонтировать крыло или переводить его в горизонтальное положение, «отключая» от воздушных потоков. Собственно, этот коренной недостаток, связанный с невозможностью уборки паруса из зоны воздействия ветра, и ограничивал широкое применение крыла в парусном спорте и где‑либо еще…
На «кубковых» лодках
Следующий раз я столкнулся с применением паруса-крыла на катамаране Денниса Коннера, когда он вернул Кубок «Америки» в США (1988). Это крыло имело переменный профиль с закрылком и реально повторяло поставленное вертикально крыло самолета. Понятно, что у данной конструкции от многомиллиардного синдиката претендентов проблем с «обездвиживанием» не было, как и коммерческой привлекательности.
Далее отмечу «выстрел» wing sail, опять в рамках соревнований лодок IACC (International Americaʾs Cup Class). В 2010 году команда BMW Oracle Racing из США выиграла Кубок «Америки» на тримаране с жестким гротом. Крыло высотой 68 м с развитой механизацией закрылков было больше крыла Boeing 747. Эффективность профиля оказалась настолько высокой, что лодка-тримаран под одним гротом обгоняла конкурентов с полным конвенциальным вооружением, со стакселем и гротом. Она развивала 28 узлов при истинном ветре всего 10 узлов! Среди «кубковых» лодок появился целый класс катамаранов АС45 (Americaʾs Cup 45 feet), использующих грот-крыло как стандарт правил. И, наконец, рекорд скорости под парусом установил аппарат Sail Rocket компании Vestas с жестким крылом — 61,3 узла при средней скорости на мерной дистанции 54 узла! Наглядное подтверждение эффективности жесткого паруса, не так ли!
Крыло на «грузовиках»
Понятно, что столь замечательные свойства жестких профильных парусов должны были найти достойное, коммерчески оправданное применение, и оно пришло с введением для морских судов жестких ограничений по выбросам. Например, по регламенту IMO 2020, их доля в общем балансе мировых выбросов СО2 составляет 2–3%. Жесткие паруса в различных вариантах стали устанавливать на «грузовиках», ходящих на линиях с постоянным ветром. Лидером в этой гонке выступает финская компания Norsepower с производством в Китае, установившая в 2018 году жесткие паруса в варианте rotor sail, использующие эффект Магнуса, на коммерческий «грузовик». Этот парус снизил потребление топлива на 5–10% и за 10 лет тестов и эксплуатации сэкономил тысячи тонн топлива, радикально сократив углеродный след. Несмотря на значительную стоимость установки, она окупается, правда, у разных типов судов и в зависимости от маршрутов, которыми они ходят, за разный временной период.
Далее проекты с применением жестких парусов на коммерческих судах посыпались как из рога изобилия. Появились роторные колонны с механизмом складывания: после рейса их укладывали на палубу. Не буду все перечислять и перейду к другой сфере применения технологии wing sail — круизным суперъяхтам, на которых дорогостоящие экологичные новинки также нашли свое место.
Дорогу суперъяхтам!
Один из ярких примеров — голландская Black Pearl, построенная на верфи Oceanco. На шлюпе длиной 106 м жесткие паруса системы DynaRig интегрированы в гибридную пропульсивную установку с солнечными панелями и накопителями энергии. «Жемчужина» стала пионером среди суперъяхт с нулевым выбросом при общем снижении эксплуатационных расходов на 40%.
Следующий «перл c крыльями» — суперъяхта Aera (длина 50 м) с асимметричным дизайном и множеством инноваций от верфи Royal Huisman. Конструкция жесткого крыла этого катамарана навеяна крыльями «кубковых» лодок: то же высокое удлинение профиля, развитая механизация закрылков, придающая невероятную подъемную силу на разных курсах. Благодаря технологии SailGP крыло упаковывается буквально за минуты и не парусит, когда не нужно. Ян Тиммерман, генеральный директор Royal Huisman, расценил круизы на Aera как невероятно привлекательные для владельцев, ценящих экологическую ответственность и комфорт.
Надо сказать, что решением основной проблемы жестких парусов-крыльев, а именно их «нейтрализацией» до состояния покоя, занялись в ряде компаний. Например, фирма Rondal предложила свой технологический подход, «оригинально» назвав его Aero Wing Sail. Техническое решение сходно с крылом АС45, однако крыло располагается на свободно стоящей мачте и может укладываться горизонтально для ликвидации воздействия ветра. Закрылки также секционированы, работают с разными углами атаки, а самый верхний может даже разворачиваться в обратную сторону для увеличения восстанавливающего момента в закритических ситуациях.
А мы будем надувать!
По части инноваций в применении жестких парусов на круизных яхтах меньших размеров ноздря в ноздрю идут французские компании VPLP и Michelin. Обе используют надувные профили. Michelin называет это технологией WISAMO (Wing Sail Mobility) и так ее описывает: надувной, полностью выдвижной и автоматизированный парус-крыло, подходящий для танкеров, балкеров, судов для перевозки генеральных грузов, судов типа ро-ро и пассажирских. Парус-крыло из толстого текстиля надувают вентиляторы низкого давления, поддерживающие симметричный профиль без искажений от ударов или ветра, одновременно с подъемом мачты. Парус монтируется на свободно стоящей телескопической мачте, состоящей из нескольких секций, которые автоматически поднимаются и опускаются. Она не препятствует погрузо-разгрузочным работам, а также позволяет ходить под мостами и в судоходных каналах, повышая маневренность. Парус WISAMO доступен в двух размерах: меньший — для служебных судов и яхтинга, большой разработан для судов, предназначенных для перевозки грузов и людей.
Революционный дизайн
Студия VPLP Design (Франция) известна как автор проектов рекордных океанских гоночных спортивных яхт, в частности IMOCA и IACC, а также как талантливый интегратор инновационных технологий в свои проекты. Примером может служить серийный катамаран MODX 70. Мировое сообщество оценило его как кульминацию революционного дизайна 2025 года. Поговорим об этой лодке подробнее.
.jpeg)
Основываясь на требовательных и дальновидных спецификациях Océan Développement (тоже Франция), VPLP Design спроектировала MODX 70 — круизный катамаран с двумя саморегулирующимися надувными крыльями, электрическим двигателем и вместимостью 10–12 пассажиров, предназначенный для экологичных чартеров в морских охраняемых зонах. Руководитель проекта Стефан Деробер раскрывает идеи прорывных линий катамарана, признанного лучшей многокорпусной яхтой на недавней Международной выставке в Ла Гранд-Моте.
Корпус из полимерного композитного материала построен на верфи Neel в Ла-Рошели, системы и дизайн интерьера разработала команда Océan Développement, а паруса-крылья — компания Aeroforce (опять Франция). В VPLP архитектурное проектирование начали с конструктивного и аэродинамического исследования, причем эти два аспекта в катамаране были тесно связаны. Вариант с одним крылом в центре катамарана быстро исключили, поскольку встраивание в мост катамарана оказалось конструктивно недостаточным. Выбор двух параллельно стоящих крыльев был очевиден. Исследование также показало, что добавление закрылка на задней кромке — идея, приближающая к характеристикам одиночного крыла на большинстве скоростей. Решение Aeroforce, вдохновленное принципами авиации, стало результатом объединения нескольких технологий и инноваций из разных областей. Таким образом, крылья MODX 70 на сегодня являются первыми и надувными, и выдвижными на телескопической мачте, с полностью автоматизированной регулировкой угла атаки и «развала».
Крышу рубки значительно расширили к внешней стороне бортов поплавков, оставив минимальную боковую палубу для маневров в гавани.
Под парусом экипаж и пассажиры могут переходить из одного кокпита в другой через внутреннюю часть. Установка крыльев на корпусах полностью освободила центральную часть судна. Экипаж может перемещаться вокруг поста управления в центре судна с обзором более 270° и иметь доступ к дверям, ведущим в нос. Большая часть надстройки остеклена, а ее широкая конструкция была тщательно проработана для интеграции систем, в частности гиков крыльев, а также 75 кв. м солнечных панелей. При ходе под парусом основная часть заряда аккумуляторных батарей идет на два электродвигателя по 40 кВт, соединенных с гребными валами, вращающимися в режиме гидрогенерации. Это еще одна причина, чтобы спроектировать относительно легкое судно с высоким соотношением длины к ширине. Удлиненная форма гарантирует высокие эксплуатационные характеристики и, соответственно, электрическую автономность. Вот ключ к замкнутому кругу, который VPLP Design удалось подобрать, работая над данным проектом.
Проект MODX 70 отличается множеством других инноваций, таких как ниша для тендера в носовой части, использование натуральных тканей для внутренней обивки и 40% биоматериалов в ПЭТ-сердцевине сэндвича корпусов.
И напоследок…
Скажу еще об одной концепции для небольших лодок — IWS (Inflated Wing Sails). В отличие от вышеописанных надувных парусов, в IWS профили крыльев надуваются высоким давлением наподобие крыльев параглайдеров и передних кромок кайтов. В сечении они являют собой профили NACA, создающие высокую подъемную силу. Достоинства:
— профиль NACA разработан для создания высокой движущей силы при низком восстанавливающем моменте;
— вертикальное крыло на свободно стоящей мачте;
— симметричный профиль позволяет лавировать без изменения формы паруса;
— сбалансированный профиль занимает оптимальное положение для максимального увеличения движущей силы;
— аэродинамический центр сохраняет устойчивость при любых ветровых условиях;
— парус может легко управляться автоматической системой.
Подытожу. Суда и лодки, применяющие технологию wing sail, на данный момент являют собой амбициозный энергетический микс, ярко высвечивающий перспективы экологического судостроения.
P.S.
Работая над этой статьей, я решил идти в ногу со временем и, дабы облегчить себе поиск новинок в означенной теме, обратился к ИИ. Три ресурса выдали откровенную «пургу», которую неспециалист съел бы и не поперхнулся. Я изменял запросы от «перечисли» до «составь обзор», и во всем полученном «мусоре» подметил закономерность. Поиск и составление логических связей базировались не на смысле, а на простых комбинациях параметров и слов. Например, все ресурсы мне выдали, что Борис Херманн «победил» в гонке Vendee Globe на своей IMOCA 60, используя wing sails. Я стал копать, откуда такое вранье, и понял: ИИ не видит разницы между wing sail и wing mast sail. Что характерно, во всех трех вариантах. Апологетам ИИ предлагаю провести данный эксперимент самостоятельно, а остальных призываю: будьте бдительны!
