Бульбообразный нос судна: зачем под водой шишка и сколько топлива она экономит

Шишку на носу большого судна, которая сидит под водой, чаще всего принимают за таран: зачем ещё выставлять вперёд такую болванку? Бульб ничего не таранит. Он гонит перед судном собственную волну, и она частично гасит ту, что корабль поднимает носом. Бульбообразный нос судна обычно экономит от 5 до 15 % топлива, но только на скорости, под которую его считали. Сбавит судно ход, и шишка из помощника превращается в лишнее сопротивление.

Бульб парома Spirit of Tasmania 1 у самой воды на подходе к Мельбурну (фото: Luckydog429, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

Корабельный таран, из которого выросла шишка

Догадка про таран не с потолка. В XIX веке боевые корабли буксировали на испытаниях и замеряли сопротивление корпуса, и у кораблей с таранным носом оно выходило меньше, чем у остальных. Дэвид Тейлор, главный конструктор американского флота, построил на этой находке подводный выступ и поставил его на линкор «Делавэр», вступивший в строй в 1910 году. Первые опыты снизили сопротивление примерно на 5 %. В двадцатых годах шишку стали ставить на пассажирские лайнеры: «Бремен» в 1929 году взял «Голубую ленту» Атлантики, приз за самый быстрый переход через океан, пройдя обратный рейс со средней скоростью 27,91 узла. «Нормандию» 1935 года рисовал русский корабельный инженер Владимир Юркевич, и из двадцати пяти предложенных моделей быстрее всех оказалась его, с бульбом на носу. Нынешнюю форму в пятидесятых и шестидесятых годах рассчитал токийский профессор Такао Инуи, и бульб стал обычным делом на большинстве больших судов.

Лайнер «Бремен» в устье Везера у Бремерхафена, 1939 год (фото: Wolfgang Fricke, Wikimedia Commons, CC BY 3.0)

Волна гасит волну

Идущее судно толкает воду, и перед форштевнем растёт горб. Из него вырастает клин, который тянется за кормой, и за каждую поднятую волну двигатель платит топливом. Бульб сидит чуть ниже ватерлинии и делает обратное: сам по себе он поднимает не горб, а ложбину. Если шишку поставить точно, ложбина встречается с гребнем носовой волны, и они частично гасят друг друга. Чем быстрее идёт судно, тем крупнее носовая волна и тем больше есть что гасить. Расстояние до поверхности, объём и подъём кверху рассчитывают под скорость и осадку, поэтому форма у каждого проекта своя.

Вода играет вокруг бульба идущего грузового судна «Дорнбуш», вид с носа сверху (фото: Eduard47, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

Когда шишка показывается над водой

Под полной осадкой бульба не видно. Порожнее судно сидит в воде мельче, и верх шишки выходит на воздух: в гамбургском порту на ней устроилась чайка. У сочинского берега порожний сухогруз тоже может показать её над водой: на внешнем рейде суда ждут свободного причала неделями, и среди них бывают порожние.

Порожний сухогруз в порту Гамбурга: верх бульба над водой, на нём сидит чайка (фото: Matti Blume, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

От пяти до пятнадцати процентов

Справочники расходятся: одни называют вилку от 5 до 15 %, другие для больших судов с бульбом пишут 12–15 %. Заметнее всего выигрыш у тяжёлых судов, которые сутками идут на одной скорости, например у контейнеровозов размером под Панамский канал. Те, кто мерил расход на самих судах, называют цифры скромнее. Классификационное общество DNV изучало нос контейнеровозов Hyundai Merchant Marine вместимостью 8 600 контейнеров: расход топлива упал примерно на 5 % и больше, а замеры показали почти тысячу тонн топлива в год. Первая переделка обошлась около 680 тысяч долларов, и, по оценке DNV, такая работа окупается меньше чем за год. В 2014 году французская CMA CGM собралась менять носы больше чем на двадцати своих контейнеровозах, и верфь Cosco оценивала экономию больше чем в 5 %.

Нос под 27 узлов не любит 15

Те суда проектировали на скорость до 27 узлов, а ходили они 15–18. Режим, когда судно нарочно идёт медленнее расчётного ради экономии топлива, называют медленным ходом. Старая шишка на нём работала плохо: носовая волна при малой скорости слабая, гасить почти нечего, а лишняя поверхность корпуса в воде добавляет трения, и потеря перевешивает выигрыш. Для этих судов DNV рассчитал новую форму бульба по ожидаемым условиям рейсов, и нос переделали.

Новые бульбы для контейнеровозов Maersk «Баффало» и «Балтимор» перед установкой (фото: Maersk Line, Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0)

Что ещё помещается внутри

Круизный лайнер показывает бульб целиком только в сухом доке, когда воду откачали. У «Зандама» шишка там не гладкая: по бокам круглые отверстия туннелей, в которых стоят подруливающие винты, они толкают нос вбок при швартовке. Внутри бульб нередко заполняют балластом, и масса, вынесенная далеко вперёд, смягчает килевую качку. Снизу шишку делают V-образной, чтобы нос меньше бился о встречную волну. У выступа есть цена: он первым достаёт до грунта и причальной стенки, поэтому на мелководье и у причала его берегут.

Бульб круизного лайнера «Зандам» в сухом доке: по бокам круглые туннели подруливающих устройств (фото: Sanner 06n2ey at en.wikipedia, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)*

Почему у катера такого носа нет

Выгода мала у судов с дедвейтом меньше примерно 4 000 тонн (так называют грузоподъёмность вместе с топливом и запасами) и у всех, кто ходит медленнее 12 узлов; лучше всего бульб работает на корпусах длиннее 15 метров по ватерлинии. У буксиров, моторных лодок, парусников и небольших яхт по этому правилу выгода сомнительна. Типичный борт в каталоге нашего сайта около одиннадцати с половиной метров, и около пяти судов из шести, если не считать гидроциклы, короче пятнадцати. К тому же быстрый катер на глиссировании скользит по воде и почти не раздвигает её, так что гасить волну ему нечем.

Быстрый катер и круизный лайнер на одной воде, залив Торбей, Англия (фото: Charles Ian Norman Venn, Wikimedia Commons, CC BY 4.0)

Бульб окупается на долгих переходах с ровной скоростью. От Морского порта Сочи до Мацесты около восьми километров, на двадцати узлах это минут тринадцать, и прогулочному катеру бульб ни к чему, как и узлы в объявлениях прогулок.

Источники: DNV и издание Ship & Bunker (переделка бульба на контейнеровозах, 2013), Lloyd’s List (2014), Институт морских инженеров IMarEST, энциклопедия Savree.