Потеря "Уинстона Черчилля"

Дональд Жордан (оригинал здесь)

 

Наихудший случай удара обрушивающейся волной

Обстоятельства гибели яхты "Уинстон Черчилль" в гонке Сидней-Хобарт 1998 рассмотрены здесь как пример наихудшего случая удара обрушившейся волной. "Черчилль" был классическим 55-футовым шлюпом, построенным из древесины, водоизмещением 25 тонн. Из девяти человек опытного экипажа двое были потеряны в катастрофе.

Из "Fatal Storm' by Mundle. "Море выскочило из ниоткуда", сказал Стэнли, "Я мог видет это из кормовой рубки. Оно подхватило лодку и покатило по переднему склону - это 25 тонн лодки - и бросило в подошву под углом в 45 градусов. Это было подобно удару в кирпичную стену, когда мы ударились днищем". Член экипажа, который находился внутри, сообщил, что внезапный рывок отбросил его на два метра. Он увидел, что два с половиной метра прочного деревянного фальшборта и доски обшивки были оторваны в районе подветренных вант, и шпангоуты обнажились. Лодка быстро заполнилась водой и затонула в течение минут.

Это нетипичный инцидент. При всех описанных авариях, происшедших в штормовых условиях, нет схожих с этой - чтобы хорошо построенная яхта размера и репутации "Черчилля", с достаточным экипажем опытных моряков получила такие катастрофические структурные повреждения, что через несколько минут пошла на дно. Как такое могло случиться? Да, шторм был предельным, но не беспрецендентным. Большие яхты попадают в ураганы в этих широтах. И хотя яхты иногда погибают в таких условиях, я не нашел информации о сравнимых структурных разрушениях.

Собранные данные показывают, что возможность яхты противостоять опрокидыванию или повреждению большими обрушивающимися волнами находится в сильной зависимости от водоизмещения судна. Информация по яхтам размером менее 35 футов скудная, а яхты размером более 50 футов редко опрокидываются и испытывают повреждения в таких условиях.

Природа и детали повреждений, полученных яхтой "Черчилль" также по большей части неизвестны. Судно было спроектировано Спаркменом и Стеффенсом и построено по высшему стандарту. И все же прочный фальшборт был сломан, обшивка потеряна и шпангоуты обнажились.

Мы можем оценить скорость обрушивающейся волны (именно обрушивающейся, а не регулярной), если знаем ее высоту. Высота такой волны, уничтожившей "Уинстон Черчилль", по оценке нескольких наблюдателей, была не менее 15 метров. Скорость движения воды в такой волне около 30 миль в час (27 узлов). Лодка, подхваченная такой волной, будет двигаться с такой же скоростью.

Так как "Черчилль"скользил вниз по переднему склону волны с незначительным сопротивлением или трением, так как вода, скатывающаяся вместе с лодкой должна двигаться с той же скоростью и ускорением. Без учета трения лодка могла бы разогнаться до скорости 67 миль в час (60 узлов) к тому моменту, когда она достигла подошвы волны. Даже если мы примем в расчет только половину прироста скорости, лодка ударится в сплошную зеленую воду подошвы волны на скорости свыше 50 миль в час (45 узлов).

Такая скорость эквивалентна свободному падению с высоты свыше 20 метров. Это объясняет последовавшую цепочку событий, которые привели к гибели яхты. Лодка, ударившаяся о воду на такой скорости может испытывать ударную нагрузку около 90 тонн.

Ситуация - "Черчилль", буксирующий ДРОГИ

Нет возможности спроектировать ДРОГИ, которая предохранит лодку от разгона до скорости обрушивающейся волны. Нагрузки на устройство будут запредельными. Поэтому устройство должно быть спроектировано для торможения лодки до безопасной скорости, прежде чем лодка погрузится в подошву волны.

На иллюстрации Fig . 4 "Черчилль" находится в подошве 15 метровой обрушивающейся волны. ДРОГИ последовательного типа (series drogue) выпущено с кормы и лодка не имеет движения относительно воды. Передний склон волны движется в сторону лодки со скоростью около 27 узлов. ДРОГИ состоит из 164 конусов с диаметром 125 мм, нанизанных с шагом 500 мм на буксируемый трос длиной 104 метра. (Диаметр троса в случае применения double braided nylon от 22 мм с уменьшением диаметра к концу, где нагрузка меньше). Трос нагружен на конце весом в 14 кг.

Fig. 5 показывает момент, когда волна настигла лодку. Тяжелая лодка, такая как "Черчилль", не будет отброшена вперед, но будет подхвачена и разогнана до скорости волны.Ударные нагрузки от гребня волны недостаточны, чтобы причинить разрушения. Лодка движется вместе с передним склоном волны со скоростью, близкой к скорости воды, когда получает удар гребня. Более, чем за 15 лет с начала применения этой конструкции ДРОГИ не было информации о повреждениях лодок. В частности - рулевые устройства, транцы, кокпиты и люкт главных входов не имели повреждений.

В положении, показанном на иллюстрации Fig. 5, ДРОГИ испытытывает нагрузку около 2300 кг. Этого достаточно, чтобы предотвратить рыскание и брочинг, но недостаточно для того, чтобы предотвратить разгон лодки до скорости обрушивающейся волны.

На иллюстрации Fig. 6 "Черчилль" спускается по переднему склону волны в режиме серфинга. Гребень обрушился и вспененная вода движется вместе с волной. Без ДРОГИ лодка быстро разгоняется. Лодка, буксирующая ДРОГИ, в этот момент эффективно тормозится. ДРОГИ испытывает пиковую нагрузку, более 11 тонн, или около половины водоизмещения яхты. Лодка достигает подошвы волны со средней скоростью и небольшим креном или рысканием. Корпус и рангоут не испытывают серьезных нагрузок.

Fig. 7 показывает "Черчилль" без ДРОГИ, ударяющийся в подошву волны на сколости более 20 узлов. Вот почему команда сообщила, что "казалось, что мы столкнулись с другой лодкой".

Цифры и характеристики волнения, которые обсуждались здесь и показаны на иллюстрациях, взяты из расчетной гидродинамической модели. Хотя реальные штормовые волны будут отличаться в деталях, энергетика и динамика больших волн, подобных тем, которые потопили "Черчилль" сейчас хорошо изучены и доступны для инженерных целей.