Sức cản của catamaran cao tốc được thiết kế với số Froude cao đã được nghiên cứu
bởi Ermolaev để dự đoán sự làm việc của các catamaran trong tương lai với phạm vi lượng chiếm nước từ 100 đến 3000 tấn và tốc độ lên đến 60 hl/g. Các tác giả nghiên cứu các catamaran thông thường ở các mode hoạt động quá độ và lướt, catamaran có thiết bị nâng, đệm khí và cánh ngầm. Một phổ rộng hình dáng thân tàu đã được nghiên cứu, từ
loại có hông tròn đến loại có bẻ góc, hình 29, cũng như phạm vi của tỉ số L/B, dạng hình học phía mũi và khung sườn phía lái, dạng đường ki chính, dạng đường nước, góc nghiêng
đáy và sự thay đổi của nó dọc theo chiều dài tàu, các dạng mặt bên trong và khoảng hở
ngang của thân tàu. Sự lựa chọn kích thước chính của thân tàu dựa trên giới hạn liên quan
đến vị trí buồng máy của tàu. Với các thiết bị nâng phụ trợ, chỉ xem xét đến các cánh nâng
cố định, ngoài ra cũng nghiên cứu đến các đệm khí tĩnh với các áp lực khác nhau. Tất cả các thông tin thu được khi thử nghiệm hơn 120 mô hình đều được phân tích.
Hình 29: Một số dạng vỏ catamaran điển hình
Với phạm vi số Froude từ 0,5 đến 3,7, các catamaran thông thường được thiết kế
với các kích thước cơ bản tối ưu theo một tốc độ cho trước sẽ có sức cản riêng R/W cao
hơn khi so sánh với các tàu một thân có cùng lượng chiếm nước được thiết kế tối ưu. Tuy nhiên, việc tối ưu hoá hình dáng và kích thước thân liên quan đến tốc độ và mode cho
trước có thể cải thiện đáng kể sức cản của catamaran (hình 30 và 31). Tác động lớn nhất
có thể lên đến 50% nếu lựa chọn đúng tỉ số L/B. Tối ưu hoá hình dạng thân tàu có thể
giảm sức cản đến 15-20%, Lựa chọn chính xác hình dáng mạn trong, phù hợp với khoảng
hở ngang, tốc độ và các thông số hình học khác, là bài toán thiết kế quan trọng. Mỗi đặc trưng nêu trên có thể giảm từ 5-7% sức cản của từng thân tàu riêng rẽ, thậm chí trong trường hợp các mạn trong của catamaran có dạng phẳng, hình 31.
Sự hỗ trợ của thiết bị nâng tàu (cánh thuỷ động) là một trong những phương tiện
hiệu quả nhất để cải thiện đặc tính thuỷ động của catamaran cao tốc, và làm cho chúng có nhiều ưu điểm so với tàu một thân về mặt sức cản. Tác động của cánh nâng kết hợp với sự
phân bố lại tải giữa các thân và cánh, độ nổi và sự thay đổi độ nghiêng dọc của tàu, loại
trừ giao thoa sóng giữa các thân và giảm giao thoa ở khu vực gần mạn ngoài, giảm diện
tích mặt đường nước giữa các thân. Sức cản cũng rất nhạy cảm với các thông số của cánh như góc tấn và định dạng cánh. Mặc dầu cánh nâng có làm tăng sức cản ở các tốc độ trung
gian của tàu, catamaran cánh ngầm vẫn có tính cạnh tranh so với các loại tàu cao tốc khác,
hình 32. Việc điều khiển tác động của cánh nâng làm cho tàu có thể cải thiện hơn nữa hiệu
Hình 30: Ảnh hưởng của hình dáng và Hình 31: Ảnh hưởng của hình dáng kích cỡ vỏ catamaran thông thườngđến sức cản mạn trong, khoảng hở và số Froude
đến sức cản
Hình 32: So sánh sức cản riêng đối với các loại catamaran cao tốc tiêu biểu.
Như đối với các tàu cánh ngầm, sự bố trí hai thân cùng loại sẽ mở ra giải pháp giảm
sức cản trong cả hai mode nhảy cóc và mode nâng hoàn toàn khỏi mặt nước. Mode nhảy
cóc là do hiệu quả tương tác giữa cánh và thân catamaran, trong khi mode nâng là do hiệu
quả tương tác của cánh trước và cánh sau. Tuy nhiên, sự giảm sức cản lớn nhất có thể đạt
tới chủ yếu ở mode nhảy cóc, khi có thể đạt được sự giảm sức cản trên 10% bằng sự lắp đặt cánh và tối ưu các thông số của chúng – hình 33.
Hình 33: Tác động của vị trí và số cánh đến sự giảm sức cản của catamaran cánh ngầm.
Ở các tốc độ hành trình, có thể tiết kiện công suất nhiều nhất khi dùng catamaran có
đệm khí, tuy nhiên, với loại này, cần phải có nguồn công suất bổ sung để bơm không khí,
hình 32. Các đặc tính hấp dẫn của loại hình này bao gồm: sự phân bố lại tải trọng giữa các thân và đệm khí; khả năng thay đổi tỉ số L/B của toàn bộ kết cấu theo khoảng hở ngang. Độ giảm sức cản cao nhất có thể đạt tới 30-35% do sự thay đổi dạng vỏ, tới 20% do tối ưu
hoá sự tiêu thụ không khí, và tới 15-20% do thiết kế váy đệm hợp lý.
Ảnh hưởng của biển động là vấn đề quan trọng đối với các catamaran cao tốc. Với
catamaran loại 1000 tấn trong sóng có h3% = 0,06L, sức cản bổ sung trên đỉnh sóng, khi so
với nước tĩnh, xấp xỉ 8-11% ở các số froude từ 1-2; Giá trị tương tự đối với các loại khác
là: 7-8% của catamaran cánh ngầm; 27-30% của catamaran cánh thuỷ động. Cũng như với catamaran đệm khí, sức cản bổ sung khoảng 5-6% ở các số Froude thấp (Fn≈1), và lên đến
36-40% ở Fn > 2.