Полет над водой: что такое гидрофойл и как он устроен
Как появились гидрофойлы?
Первый прототип будущего гидрофойла был построен еще в 1897 году. Судно было оснащено четырьмя поперечными «гидропланами» и называлось «Катамаран графа де Ламбера». Принцип, по которому его конструировали не сработал. Несмотря на то, что катамаран поднялся над морем, случилось это из-за сопротивления поверхности крыльев с поверхностью воды. Однако этот случай положил основу попыток сконструировать фойл.
Первая удачная разработка фойла случилась в 1898 году. Тогда итальянец Форланини сконструировал корабль с подводным крылом, который смог по-настоящему взлететь над водой.
В 1940-х фойлы стали развиваться с невероятной скоростью. Подводные крылья появились на кораблях Америки, Германии и Канады. В то же время разработка добралась и до нашей страны. Флот СССР обзавелся судами с подводными крыльями. Разрабатывали и усовершенствовали технологию ученые со всего мира – им удалось сделать так, чтобы военные корабли научились развивать скорость до 100 км/ч. Для того времени это было фантастически много, а подводные крылья воспринимались как настоящий научный прорыв.
В спорт гидрофойлы стали интегрироваться в 1960-х. Тогда их начали прикручивать ко всему, что попадалось под руку. Культовый советский журнал «Катера и яхты» вовсю обсуждал схемы подводных крыльев для парусных яхт, а инженер-аэронавигатор из Массачусетса Уолтер Вудвард запатентовал водные лыжи на подводных крыльях, а затем доску, акваплан и катамаран с гидрофойлами. Фотографии причудливых водных снарядов обошли все научно-популярные журналы мира, сами устройства были показаны на некоторых водных шоу, и на этом интерес к ним тихо сошел на нет: конструкция из нержавеющей стали была тяжелой и плохо управляемой.
Из чего состоит гидрофойл?
Настоящий прорыв в фойлинге произошел благодаря французским кайтерам, которые упорно пристраивали подводные крылья к серфам и кайтбордам. «В отличие от подводных крыльев для больших судов и гоночных яхт, гидрофойлы для серфов имеют довольно простую и надежную конструкцию, – поясняет знаменитый российский разработчик кайтов и гидрофойлов Роман Любимцев. – Практически это маленький планер с передним несущим
и задним стабилизирующим крылом на обтекаемой "ноге" или мачте, причем не требующий точности в изготовлении.
Первые гидрофойлы для кайта делали из дерева и фанеры, ламинированных стеклотканью, или выфрезировывали из алюминиевых сплавов». Любой гидрофойл более-менее подходящего размера будет летать над водой, уверен Роман. Первый свой гидрофойл Роман с товарищем спроектировал и собрал всего за неделю.
Сегодня основные материалы для изготовления подводных крыльев – углепластики и алюминий, хотя вовсю применяется и старая добрая фанера, усиленная углетканью. Топовые фойлы делают по вполне космическим технологиям из препрега, запекая готовое изделие в автоклаве. Зачастую крылья и фюзеляж выполнены в виде одной детали в комбинированной матрице, вес такой модели составляет всего 2,5–3 кг. Иногда фюзеляжи, где важно обеспечить минимальное сечение, изготавливают из закаливаемой нержавеющей стали и высокопрочных алюминиевых сплавов типа В95Т.
Во фрирайдовых моделях, где не так важна жесткость, применяют горячее или холодное формование из мультиаксиальной (разнонаправленной) угле- и стеклоткани – получаются гидрофойлы с оптимальными свойствами и разумной ценой. Самые простые и дешевые фойлы производят из алюминиево-магниевых сплавов (мачта и фюзеляж). Крылья могут быть из фанеры/стеклопластика или стеклотекстолита. Конечно, такие модели значительно тяжелее и медленнее своих гоночных собратьев.
Современный гидрофойл – это разборная конструкция. Само подводное крыло присоединяется к доске с помощью крепления под названием Tuttle box или US box. Сам гидрофойл можно устанавливать на разные модели досок. Основной материал для создания фойла – легкий и прочный карбон.
Основные составляющие гидрофойла:
- Мачта;
- Гидрокрыло;
- Шортборд для фойлинга;
- Стабилизатор
Идеальная яхта
Несмотря на то, что фойлы захватили все пляжи мира, с точки зрения гидродинамики они изучены плохо, а расчеты подводных крыльев для судов и яхт тут не работают. Это гидродинамика малых скоростей, которую двигают вперед энтузиасты, выкладывая профили своих устройств в интернет.
«В детстве я прочитал книгу Джозефа Норвуда "Быстроходные парусные суда", где были даны теоретические основы движения под парусом с большой скоростью, – вспоминает Роман Любимцев. – Там была нарисована идеальная яхта, состоявшая лишь из паруса и шверта, корпус только мешал движению. Кайт с гидрофойлом как раз и является такой идеальной яхтой, у которой корпус за гонку может ни разу не коснуться воды. Кайт прикреплен к трапеции в районе центра тяжести спортсмена и не создает кренящий момент. Поэтому сила тяги, которую можно передать на гидрофойл, никак не ограничена. На воде в хороший гидрофойл упираешься, как в стену». В гонках спортсмены достигают скорости 32–35 узлов, что на волне очень много.
Как работает гидрофойл?
По сути гидрофойл работает как самолет – по законам аэродинамики и гидродинамики. Разница заключается только в том, что у воды и воздуха разная плотность. Профиль подводного крыла повторяет форму крыла самолета, по-другому ее называют аэродинамическим профилем или поперечным срезом.
Точнее понять работу гидрофойла помогает закон Бернулли. Так, благодаря профилю крыла, за одно и то же время встречный поток воды над крылом проходит большее расстояние, чем поток под крылом. Соответственно, скорость течения воды над крылом больше, чем под крылом. По закону, сверху крыла давление становится меньше, из-за чего появляется подъемная сила, которая и позволяет гидрофойлу лететь.
Поэтому, чтобы доска со спортсменом начала парить над водой, нужно разогнаться, обеспечив тем самым встречный поток воды для гидрофойла. Именно для этого и используются катеры, водные мотоциклы, кайты, виндсерфинги и весла. Достичь нужной скорости на гребной тяге очень тяжело, поэтому начинающим спортсменам желательно пробовать себя на гидрофойл с полетов за катером или гидроциклом.Фойлбординг и кайтфойлинг сегодня самые модные виды экстрима. Серфинг тоже поднимается на подводных крыльях – они позволяют фактически путешествовать на серфе, используя энергию волн. Почти все кайт- и серфинг-школы предлагают обучение желающим взлетать над водой. Сам сэр Ричард Брэнсон был замечен за освоением гидрофойла в компании Барака Обамы. Андеграунд закончился. Добро пожаловать в XXI век!
Какими бывают гидрофойлы?
- Фрирайдовые – у крыла более низкое соотношение сторон. Такие гидрофойлы хорошо подходят новичкам и тем, кто хочет заниматься спортом в свое удовольствие без рекордов и усложнений;
- Гоночные – у крыла соотношение сторон гораздо выше. Переднее крыло такого гидрофойла будет намного длиннее и тоньше, что обеспечивает большую подъемную силу на более высокой скорости. Такие гидрофойлы подойдут профессиональным спортсменам и тем, кто к этому уровню стремится.
- С высоким аспектом удлинения крыла – самые быстрые, но нестабильные в маневрах и требующие большей мощности для подъема;
- С низким аспектом удлинения крыла – они медленнее, чем прошлый вариант и подходят для того, чтобы оставаться в контакте с волной, а не убегать от нее;
- С средним аспектом удлинения крыла – что-то между низким и высоким. Часть из таких гидрофойлов бывает ближе к нижней границе, а часть – к верхней.
Какими бывают доски для гидрофойла?
- Водоизмещающая – доска с большой толщиной (4-9 сантиметров) и большим литражом (10-20 литров);
- Фанерка – доска, сделанная по твинтипной технологии, тонкая (1-1,5 сантиметров).
Как выбрать гидрофойл?
В магазинах гидрофойлы найдутся под разные запросы и уровень мастерства. Выбирая его, стоит опираться на свои предпочтения и те условия, в которых вы будете кататься. Если вам нужен универсальный фойл, советуем обратить внимание на эти факторы:
- Общая площадь гидрофойла. Для обучения и слабого ветра подходит 2000+. Для такой площади не нужно сильно разгоняться, именно поэтому для новичков такой фойл будет наиболее комфортным;
- Крылья лучше выбрать универсальные – 1700-1800. Их будет легче контролировать на первых занятиях;
- Фюзеляж для новичков будет лучше выбрать более длинный;
- Самая универсальная длина мачты – 90 см.
Как сделать гидрофойл своими руками?
Купить гидрофойл можно в любом из физических и интернет магазинов, продающих товары для серфинга и водного спорта. Но можно выбрать более сложный и интересный путь и смастерить гидрофойл своими руками. Подробнее о том, как это сделать – в видео.
