Водномоторные поиски и находки

ВОДНОМОТОРНЫЙ ПЛАНЕРИЗМ: ПОИСКИ И НАХОДКИ

Вадим Елисеев

Водитель даже самого быстроходного судна не может ощутить всю прелесть непосредственного общения с водной стихией, стать с ней лицом к лицу, когда все зависит не от совершенства лодки и мотора, не от умения управлять ими, а от того, насколько он владеет своим телом, умеет координировать свои движения. И человек стал изобретать «водные планеры» -безмоторные глиссирующие средства, которые позволяют испытать чудесное ощущение полета по водной поверхности. Ведь сам человек никакими ухищрениями не может преодолеть силу тяжести и встать во весь рост на поверхности воды!

С научной точки зрения такой водный планер действительно летит по поверхности воды -так же, как, например, крылатый планер парит в воздушном пространстве. Правда, воздушный планер может маневрировать в третьем измерении - по высоте, а водный - привязан к поверхности воды.

И водный, и воздушный планер относятся к одному и тому же классу летательных аппаратов - они тяжелее той среды, которая создает для них подъемную силу. Полет и водного, и воздушного планеров описывается одними и теми же физическими законами, которые более двухсот лет назад открыли члены Российской Академии Наук Леонард Эйлер и Даниил Бернулли.

Более того, по принятой в спортивной авиации терминологии водные планеры относятся к балансирным летательным аппаратам, то есть таким, которыми пилот управляет за счет перемещения своего тела. В этом смысле водные планеры ближе всего к дельтаплану - современному балансирному планеру в виде треугольного крыла-паруса, изобретенному в 1948 году американским профессором Френсисом Рогалло для космического ведомства США. Эта научная идея содержалась еще в манускрипте Леонардо да Винчи. А сегодня дельтаплан завоевал миллионы горячих приверженцев во многих странах мира.

Что же представляют собой водные планеры? Кто их изобретал?

Как это часто бывает, первый водный планер изобрели задолго до того, как ученые смогли объяснить принцип его скольжения по водной поверхности.

...Пологий песчаный берег. Размеренно накатываются огромные, многометровой высоты волны океанского прибоя. На гребне далекой волны появилась едва заметная черная точка. Волна стремительно несется к берегу. Точка превратилась в черточку, она все ближе... Теперь черточка принимает очертания человеческой фигурки. Уже отчетливо виден человек, стоящий во весь рост на склоне гигантского водяного холма!.. Но вот пенные остатки волны откатились назад. Человек остался на берегу, в руках у него обычная удлиненная доска.

Такую фантастическую картину увидели знаменитый мореплаватель Джеймс Кук и его спутники, когда в 1778 году открыли Гавайские острова. Так европейцы узнали о катании на прибойных волнах - знаменитом серфинге, который позже восхищенный Джек Лондон назовет «спортом богов и героев». Эта доска и есть первый в мире водный планер.

Кто знает, быть может изобретатель серфинга задумался над тем, почему брошенный под углом к воде плоский камень не тонет, а подпрыгивая, скользит по водной поверхности?.. Между прочим, лишь совсем недавно, несколько десятилетий назад, найдено научное объяснение таких водных рикошетов - своего рода высшего пилотажа водного планеризма!

Спортсмену, несущемуся по склону десятиметровой волны со скоростью 50 километров в час нужны незаурядное мужество и ловкость! Но спорт богов и героев почему-то пришелся не по душе белым миссионерам... Лишь в тридцатые годы прошлого столетия возродил серфинг знаменитый пловец, олимпийский чемпион принц Каханомоку. Тогда же серфинг начал развиваться в Австралии и в Калифорнии.

Доску для серфинга, заставляет скользить по воде сила тяжести. На реках и озерах нет приливов, но ведь для глиссирования неважно, какая сила движет доску... Быть может, так рассуждал изобретатель другой разновидности водного планера - акваплана. Это прямоугольная глиссирующая доска в метр длиной, в полметра шириной, к которой привязан буксирный трос. Стоя на такой доске, человек держится за прикрепленные к ее передним углам вожжи и управляет аквапланом, перемещаясь по его поверхности.

Но акваплан не оправдал надежд. Его спортивные возможности ограничены - ведь направление движения акваплана жестко задано буксирным тросом.

Жесткая связь акваплана с лодкой к тому же еще и причина повышенной опасности для аквапланиста. При падении с акваплана можно получить травму - брошенный акваплан не останавливается, он продолжает нестись за лодкой. А не успеешь, падая, отпустить вожжи -рискуешь нырнуть на добрый десяток метров: на зарывшуюся в воду доску действуют топящие гидродинамические силы.

Акваплан - это своего рода водные сани. А нельзя ли сани заменить лыжами?!

...В июльский день 1922 года восемнадцатилетний американец Ральф Самуэльсон промчался вдоль пляжа на озере Пепин, что рядом с Лейк-Сити, на первых в мире водных лыжах. Перед этим он долго экспериментировал с глиссирующими досками разных размеров и формы, но, к сожалению, не закрепил свой успех юридически - ему даже в голову не пришла мысль взять патент на изобретение нового типа водного планера. Это сделал в 1925 году другой, более предприимчивый американец, Фред Уоллер из Хандингтона, официально ставший изобретателем водных лыж.

Вряд ли Ральфу Самуэльсону может служить большим утешением признание его заслуг как «отца водных лыж» историческим обществом штата Миннесота, в 1972 году установившее мемориальную доску на берегу озера Пепин. Увы, в истории водных планеров это не единственный пример потерянного приоритета на изобретение!

Во Франции предпочитают другую версию происхождения водных лыж.

Некий граф Максимилиан Поланский и прелестная француженка катались на аквапланах. Внезапно девушка упала в воду. Оберегая ее от удара об акваплан, галантный граф поставил на него ногу. А вскоре друзья графа специально построили два узких акваплана с резиновыми креплениями. Это произошло в 1929 году.

Существует еще одна, «зимнелыжная», версия происхождения водных лыж. Офицеры 2-го полка альпийских стрелков французской армии обычно развлекались катанием на лыжах за лошадьми. И вот летом того же 1929 года кому-то из них пришла в голову мысль заменить лошадь моторной лодкой.

Так или иначе, но водные лыжи оказались самым популярным вариантом водного планера и быстро завоевали горячих поклонников во многих странах. Особенно возрос к ним интерес после того, как американец Джек Андерсен изобрел в 1933 году фигурное катание, кстати, он же написал первую книгу о водных лыжах. В 1949 году состоялся первый международный чемпионат во Франции, а с 1950 года начали проводиться официальные первенства мира по воднолыжному спорту.

В СССР одним из первых воднолыжников стал первый космонавт планеты Юрий Гагарин, когда из своих зарубежных вояжей привез водные лыжи и прокатился на них по Балтийскому морю за ... торпедным катером! Из-за чего, между прочим, не поздоровилось командиру базы катеров - он был наказан за перерасход авиационного бензина.

С воднолыжным спортом связаны наиболее поразительные достижения водного планеризма. Достаточно сказать, что скорость движения воднолыжника уже превысила 200 километров в час! А ведь совсем недавно, перед второй мировой войной, это был абсолютный рекорд скорости на воде! Рекордный глиссер обладал двигателем мощностью в несколько тысяч лошадиных сил!

Но, в конце концов, и лыжи перестали удовлетворять энтузиастов водного планеризма. И вправду, прикован ногами к глиссирующей доске, то бишь, к лыже. Нельзя по ней пройтись, не говоря уж о том, чтобы к примеру, присесть или прилечь... То ли дело на серфинговой доске! Чувствуешь себя если не «богом и героем», то хотя бы хозяином положения: не лыжи тебя везут, а ты сам, всем своим телом управляешь норовистой доской, скользящей по воде!

И снова осваивается классический серфинг. Если нет прибойных волн, делают волны сами. В США и Японии катаются на искусственных волнах в специальных бассейнах. Москвич Николай Попов пропагандирует серфинг на волнах Балтийского, Черного, Каспийского морей. Другие энтузиасты катаются на волне от катера. Правда, скорости при этом скромные -10-12 км/ч, но все же... приятно чувствовать себя хотя бы «полубогом»...

Серфинг называют акробатикой на волне. Водные лыжи - это скорее спортивная гимнастика на воде. А нельзя ли объединить водные лыжи с серфингом, водную гимнастику с акробатикой? Такой вопрос в свое время задали себе мы - автор и журналист Александр Рожен.

Сохранить «воднолыжные» спортивные возможности? Значит, нужно буксировать себя, держась руками за обычный воднолыжный фал, Добавить «серфинговые» возможности? Заменить две лыжи одной, сделать ее пошире, выбросить воднолыжные крепления для ног и... монолыжа превращается в серфинговую доску! Но удлиненная форма серфинговой доски нужна для того, чтобы управлять ею, скатываясь по склону волны. А при движении на буксире за лодкой удлиненная форма только мешает, навязывая спортсмену преобладающее направление движения. Значит, нужно отказаться от такой формы доски, сделать равноправным любое направление движения на ней!

Так поиски привели нас к дископлану - глиссирующей доске в виде плоского диска. Наш «водный планер» не акваплан (спортсмен буксирует себя за воднолыжный фал) и не «располневшая» монолыжа (крепления для ног отсутствуют). Езда на «летающем блюдце» больше всего напоминает классический серфинг. Но серфинговую доску движет энергия приливной волны, а наш диск - энергия лодочного мотора. Поэтому катание на дископлане мы назвали мотосерфингом.

В мотосерфинге действительно сочетаются и «воднолыжные», и «серфинговые» возможности. Как в обычном серфинге, дископланист может перемещаться по диску, стоять на нем во весь рост, на коленях, сидеть, лежать на спине... даже вперед ногами! Но при этом спортсмену доступна и воднолыжная техника, ведь он буксирует себя так же, как воднолыжник.

Но и это еще не все! Благодаря своей форме, дископлан не имеет заранее предопределенного направления движения - спортсмен сам, по своему желанию, выбирает это направление и при старте, и во время движения. Появляются совершенно новые спортивные возможности!

В то же время кататься на диске может и ребенок: начальная скорость глиссирования по сравнению с лыжами невелика - всего 10-12 км/ч. Старт намного легче и проще - ведь стартуете, лежа на диске. При отсутствии опыта в этом положении остаетесь и во время глиссирования. Освоили технику катания лежа - становитесь на колени. Еще немного тренировок - вы уже умеете стоять на диске.

Вначале катаетесь на спокойной поверхности воды. Через какое-то время замечаете, что машинально изменяете наклон диска при встрече с волной - вам уже не страшны волны от других судов. И вдруг на особенно большой волне вы неожиданно для себя прыгаете над водой! Невероятно - нет креплений и этот прыжок! Но ведь скептикам казалась невероятной сама возможность движения на диске безо всяких креплений. Они уверяли, что человека, мол, просто сдернет. Для справки: сила сцепления подошв ног с поверхностью диска даже в худшем случае превышает половину веса тела.

Есть у нашего диска и другие достоинства. По сравнению с водными лыжами мотосерфинг намного безопаснее. Падая, вы отталкиваетесь от диска и не можете удариться о него, как о лыжи. Если вы устали, пенопластовый диск послужит вам прекрасным спасательным средством, заменяющим спасательный жилет воднолыжника. Обычные плавки - вот и вся экипировка дископланиста!

Итак, мы изобрели «летающее блюдце». Ну, а раз изобрели, пишите заявку на изобретение - подтрунивали над нами друзья. Заявка, не заявка, а поинтересоваться патентной литературой можно. Отправляемся в патентную библиотеку и ... буквально ошеломлены массой патентов на различные конструкции водных планеров! Целая патентная индустрия! Здесь и серфинговая доска на подводных крыльях, и акваплан для езды по воде и под водой, и надувные водные лыжи, и водные лыжи с различными реданами - поперечными, продольными, косыми... Есть уж вовсе экзотические изобретения, например, глиссирующий нагрудный жилет, к вороту которого крепится буксирный трос! ...

Но вот и первая неожиданность - француз Даниэль Бланк патентует устройство для скольжения по воде в виде плоского диска! И когда? В 1973 году! Ужасно обидно - всей душой сочувствуем легкомысленному изобретателю водных лыж Ральфу Самуэльсону! Хоть заказывай себе на берегу Днепра мемориальную доску. Ведь мы катались на диске задолго до французского патента! Тем не менее тщательно и с пристрастием, подогретым взыгравшим честолюбием, изучаем заявку француза. И тут выясняется поразительная вещь!

Оказывается, Даниэль Бланк запатентовал самую неудачную форму дископлана! Нижняя поверхность его диска плавно скошена по краям. С точки зрения гидродинамики диск Даниэля Бланка предназначен для водоизмещающего плавания! Поразительно - в устройстве для глиссирования по поверхности воды не использован принцип глиссирования! Значит, есть над чем поработать изобретательской мысли.

С энтузиазмом принимаемся за работу. Первая мысль - придать диску глиссирующие обводы. А главное условие этого - резкий, с изломом, переход от нижней поверхности диска к его кольцевому борту.

Но раз диск - миниатюрное глиссирующее судно, значит можно применить и реданы, давно известные в технике судостроения. Так родилась вторая идея - снабдить нижнюю поверхность диска кольцевыми реданами, которые играют роль и поперечных, и продольных реданов обычного, не круглого судна. При этом положительный эффект от кольцевых реданов не зависит от направления движения диска.

Дальше - больше. Ставим себе новую задачу: как улучшить форму нашего «летающего блюдца», чтобы оно не сбрасывало с себя «пилота», когда его края погружаются в воду, например, при встрече с волной? Здесь нас снова выручает техника судостроения - в свое время известный американский конструктор Уильям Фокс удивил даже опытных судостроителей обводами своего катера «морской нож» для бурного моря. А обводы эти таковы, что даже команда военного сторожевого корабля отказалась соревноваться в скорости с судном Фокса - настолько невыносимыми оказались удары корпуса сторожевика о штормовые волны! Секрет катера «морской нож» - в специальной форме обводов корпуса, снабженного брызгоотбойниками-реверсорами, которые отражают назад замывающие борта потоки воды от набегающих волн.

И вот новая конструкция дископлана снабжена кольцевыми брызгоотбойниками-реверсорами! Такой диск не врезается во встречную волну, а «взбирается»№ на нее.

Но почему, собственно, нужно бояться врезаться в волну? Почему обязательно отражать потоки воды? Не проявляется ли в этом просто эдакий «судостроительный» консерватизм мышления?! Ведь, в отличие от катера, не страшно, если диск накроет встречная волна и он на мгновение попросту поднырнет под нее!

Так родилось парадоксальное решение - сделать у диска плавно скошенной кромку не нижней, а верхней поверхности! Теперь кольцевой борт приобрел профиль подводного крыла. Одновременно «убиты два зайца». Когда диск «натыкается» на встречную волну, его лобовое сопротивление возрастает намного меньше - спортсмен испытывает меньший рывок за фал. В то же время на врезавшейся в воду кромке диска возникает дополнительная подъемная гидродинамическая сила, которая не дает диску нырнуть глубоко в воду и уйти из-под ног спортсмена.

Да.., удивительны бывают порой результаты изобретательских поисков - ведь наше последнее изобретение просто перевернутый кверху днищем диск Даниэля Бланка! Не правда ли, убедительная иллюстрация того, что совершенствование дископлана дает простор для творческих поисков и находок!

А на повестке дня новые задачи. Как, например, сохранив гладкой верхнюю поверхность диска, дать возможность спортсмену совершать на диске прыжки вверх? Как «приклеить» диск к подошвам ног спортсмена на время прыжка? В ответ родилась идея применить ныне широко известные текстильные застежки-«липучки»...

Мы начали интересоваться гидродинамикой глиссирующих устройств, тем более, что, катаясь на дископлане, с удивлением обнаружили - диск с такой же площадью, как у водных лыж, глиссирует за обычной моторной лодкой несравненно лучше. У него больше грузоподъемность и выше скорость, он меньше нагружает лодочный мотор, но в то же время позволяет выполнять разнообразные упражнения из воднолыжного арсенала фигурного и слаломного катания. А ведь на водных лыжах эти упражнения за обычной моторной лодкой практически невыполнимы - после каждого упражнения она почти останавливается и потом долго набирает скорость.

В литературе о прикладной гидродинамике водных лыж нас подстерегает самая сенсационная неожиданность! В книге латвийского автора В. П. Зуна «Воднолыжный спорт» уже описан дископлан, даже приведен его размер - 75 см. А книга-то опубликована еще в 1960 году! Значит, дископлан был известен задолго до изобретения Бланка! Правда, дископлан Зуна ведет свою родословную от акваплана, а не от серфинговой доски, он даже назван свободным аквапланом.









Действительно справедливо выражение: «новое - это хорошо забытое старое»! Поучительный урок из области патентного права - приоритет на изобретение первого в мире водного «летающего блюдца» мог принадлежать СССР!

В литературе о прикладной гидродинамике водных лыж нас подстерегает самая сенсационная неожиданность! В книге латвийского автора В. П. Зуна «Воднолыжный спорт» уже описан дископлан, даже приведен его размер - 75 см. А книга-то опубликована еще в I960 году! Значит, дископлан был известен задолго до изобретения Бланка! Правда, дископлан Зуна ведет свою родословную от акваплана, а не от серфинговой доски, он даже назван свободным аквапланом.

Действительно справедливо выражение: «новое - это хорошо забытое старое»! Поучительный урок из области патентного права - приоритет на изобретение первого в мире водного «летающего блюдца» мог принадлежать СССР!

Первые воднолыжные соревнования были проведены у нас в 1962 году. Значит, мотосерфинг мог появиться в нашей стране раньше, чем водные лыжи! Быть может, это тоже трудно объяснимый консерватизм мышления - ведь как показали наши расчеты, водные лыжи с гидродинамической точки зрения намного хуже диска.

Итак, мы заинтересовались гидродинамикой водных планеров, т. е. попросту говоря, плоских глиссирующих пластин. И здесь выяснилось - аналогию наших глиссирующих устройств с воздушными планерами уже давно и плодотворно использовали ученые! В современной теории глиссирования, выдающийся вклад в которую внесли советские исследователи академики Леонид Седов, Николай Кочин и их ученики, существует даже «авиационное» направление, опирающееся на фундаментальные работы «патриархов» авиации Николая Жуковского и Сергея Чаплыгина. Дело в том, что классическая гидродинамика позволяет рассчитать только прямоугольные пластины бесконечно большой ширины, а «авиационная» теория глиссирования - пластины любой ширины и формы.

И вот оказывается, что чем шире пластина, тем она выгоднее как водный планер с гидродинамической точки зрения - при одинаковых затратах энергии на ее буксировку подъемная сила выше у более широкой пластины. В частности, выяснилось, что дископлан такой же площади как водные лыжи в десять раз эффективнее использует эту энергию.

Мы сделали гидродинамические расчеты для обычных прогулочных водных лыж и равного им по площади диска (диаметр около 90 см), когда они буксируются самой распространенной у нас лодкой «Прогресс» с мотором «Вихрь». Оказалось, что скорость дископланиста намного выше, нагрузка на его руки меньше и глиссирует диск практически параллельно поверхности воды, в то время как воднолыжник за такой лодкой не скользит по воде, а скорее «вспахивает» ее. Расчеты полностью подтвердились на практике.

Интересно, что в современной теории глиссирования судов вообще не рассматриваются устройства с балансирным принципом управления, к которым относится наш водный планер. А этот принцип позволяет добиться любопытных спортивных эффектов. Можно, например, заставить водный планер прыгать по поверхности воды! Спортсмен чувствует себя так, как будто он оседлал резвящегося дельфина! Это явление в теории глиссирования так и называется - «дельфинирование».

На объяснение этого вредного для глиссирующих судов явления в свое время было затрачено немало усилий. «Дельфинирование» было причиной многих катастроф. А в водном планеризме мы можем «зло обратить в добро», стать зрителями и участниками «водного родео»-соревнований на прыгающих по воде глиссирующих досках!

Поразительно - воднолыжный спорт издавна считается спортом физиков, инженеров, а физика водных лыж так мало изучена. Не говоря уж о связанных с ней конструктивных выводах и находках!





Обширны водные пространства рек и озер нашей страны. Воскресные прогулки, дальние туристские походы - здесь моторная лодка просто средство передвижения. Так сделаем же ее и средством спортивных развлечений на воде!

Мотосерфинг на дископлане дает нам прекрасную возможность эмоциональной разрядки в наш век возросших стрессовых нагрузок. Мотосерфинг как никакой другой вид водного спорта воплощает в себе крылатый девиз «Солнце, воздух и вода — наши лучшие друзья!» От себя добавим - «для любителей отдыха на воде всех возрастов и профессий!»

...Пенопластовый диск брошен на воду, с лодки подают воднолыжный фал. Вы начинаете глиссировать, лежа на диске. Пытаетесь встать на колени, упали в воду — не страшно, ведь рядом плавает диск. Еще одна попытка — вы на коленях! Осторожно балансируя, становитесь на диск ногами. Выпрямляетесь. В тумане брызг, рассекая тугой воздух, вы несетесь по воде, оседлав «летающее блюдце»!