Вопросы проектирования малых судов на воздушной подушке
Суда на воздушной подушке — парящие суда — представляют собой принципиально новое средство водного транспорта, обладающее высокой проходимостью и большой скоростью. Для них доступны скорости, превышающие 200 узлов; их эксплуатация возможна не только на мелких реках с выходом на пологий берег, но и на болотах, надо льдом и т. п. Суда на воздушной подушке представляют значительный интерес и для любителей водно-моторного спорта и для туристов.
Проектирование и постройка судов на воздушной подушке сложнее, чем обычных водоизмещающих или глиссирующих катеров. Однако опыт постройки мелких судов на воздушной подушке отдельными любителями показывает, что и эта работа доступна не только специализированным проектным организациям и предприятиям.
Ниже рассмотрены основные вопросы проектирования и постройки мелких судов на воздушной подушке, причем некоторые вопросы теории изложены в упрощенной форме. Приведенные в статье практические коэффициенты выведены на основе данных, полученных в результате испытаний отечественных и зарубежных опытных аппаратов, в том числе и построенного (под руководством автора) студентами Одесского института инженеров морского флота опытного катера на воздушной подушке.
Существует несколько способов формирования воздушной подушки, однако опыт эксплуатации парящих судов еще недостаточен для того, чтобы уверенно дать предпочтение какому-либо одному из них. Существуют лишь примерные границы высот парения и скоростей, для которых может быть рекомендована та или другая схема.
Способы создания воздушной подушки
Камерный способ создания воздушной подушки
Как показано на рис. 1, днище судов этого типа представляет собой купол, являющийся камерой, в которую вентилятор нагнетает воздух. Повышенное давление в камере создает подъемную силу. Равновесное положение аппарата наступает, когда равнодействующая сил давления уравновешивает силы веса, а производительность вентилятора компенсирует вытекание воздуха из-под купола.
Однако камерная схема в таком виде не может быть применена для судна, так как она не обеспечивает одного из основных мореходных качеств — остойчивости. Этот недостаток судов, построенных по камерной схеме, может быть устранен устройством боковых поплавков (рис. 2) как у катамарана,
или секционированием днища (рис. 3) продольными стенками (вдоль бортов и не менее одной в промежутке между ними) с одновременной установкой поперечных захлопок.
Благодаря установке продольных стенок — «ножей» и захлопок (1, 2 на рис. 2) значительно снижаются затраты энергии на создание подушки. Однако ножи при больших скоростях хода вызывают значительное сопротивление движению, поэтому такого типа суда проектируют для скоростей хода, не превышающих 40-60 узлов.
На рис. 4 и 5 показаны аппараты с камерной схемой образования воздушной подушки (характеристики ряда аппаратов приведены в таблице ниже).
www.vodnyimir.ru
Суда на воздушной подушке
Тысячелетиями Мировой океан бороздили корабли, державшиеся на плаву благодаря действию принципа водоизмещения, сформулированного еще Архимедом: предмет, погруженный в воду, выталкивается из нее с силой, равной весу вытесненной жидкости.
Лучшие из таких судов были прочны, остойчивы и обладали хорошей плавучестью. Но из-за сопротивления воды, возраставшего в геометрической прогрессии с ростом скорости, они никак, не могли догнать другие виды транспорта — автомобили, поезда, но говоря уже о современных авиалайнерах.
Для повышения скорости хода судна существовало два традиционных рецепта — по строить корпус с более совершенными обводами и уменьшить его водоизмещение. Вероятно, самым прогрессивным результатом этих попыток стала постройка мелкосидящих судов с плоскими обводами днища У-образной формы.
При возрастании скорости такие суда приподнимались над водой, снижая сопротивление воды ходу судна. И все же у таких судов были существенные недостатки. Во-первых, пассажиры испытывали большие перегрузки, во-вторых, речные суда с V-образным корпусом, шедшие на высокой скорости, создавали за собой мощную кильватерную волну, которая угрожала безопасности движения других судов и размывала речные берега.
Еще во второй половине XIX столетия корабелы всерьез задумались о том, как достичь высокой скорости хода не в ущерб комфорту морских путешествий. Именно тогда были сделаны первые попытки приподнять корпус судна над водой, изолировав его от ударов волн.
Тем самым исключалось тормозящее действие воды, и судно, способное развить сказочную (до 100 узлов) скорость, не было подвержено качке. Два новых типа судов — на воздушной подушке (СВП) и подводных крыльях (СПК) — стали вариантами технической реализации этой идеи.
Пассажирское речное СВП «Заря», СССР
Первым в мире удачным воплощением проекта СВП стал торпедный катер на воздушной подушке со скегами (бортовыми стенками), построенный в 1916 г. австрийским инженером фои Томамхулом. Необычное судно, оснащенное гребными винтами, могло развить огромную по тем временам скорость — 40 узлов. Высота воздушной прослойки, которую создавал центробежный вентилятор, была весьма незначительной, и при ходе катера даже на небольшом волнении его днище касалось воды.
Но вслед за первыми успехами последовали долгие годы ожидания. Дорогостоящие проекты СВП за неимением финансирования пылились на полке. Но кое-какие нз них все-таки были доведены до победного конца.
В 1930 г. американец Дуглас Кент Уорнер включил од ну из своих спортивных лодок со снегами в состав участников знаменитых Миддлтонских гонок. Приблизительно в то же время австралиец А. В. Олкок трудился над целой серией действующих моделей СВП. Идея строительства судов на воздушной подушке захватила и советских инженеров.
В 1935 г. на Плещеевом озере под Переслав- лем-Залесским прошел испытания первый советский 1,5-тонный катер на воздушной подушке «Л-1», положивший начало серии однотипных судов, которые строились в предвоенные годы под руководством профессора В. И. Левкова. На катере-катамаране с бортовыми скегами установили три авиационных двигателя «М-11» мощностью по 110 л. с.
Два из них работали на вентиляторы, нагнетавшие воздух под днище для образования воздушной подушки. Третий мотор, установленный в корме судна, заставлял вращаться воздушный винт. Судно управлялось при помощи хвостового оперения и поворотных жалюзи, расположенных под вентиляторами.
За «Л-1» последовали другие катера. На испытаниях 1937 г. в водах Финского залива катер «Л-5» показал рекордную скорость — 73 узла. При всем том катера Левкова имели один, но весьма существенный недостаток — плохую мореходность. Уже при 4-балльном волнении им угрожали поломка жалюзи и выход из строя вентиляторов.
Катер «Л-5» В.И. Левкова
Настоящее признание к судам на воздушной подушке пришло только в 1959 г. — после того, как в мировой прессе появилось сообщение о разработках англичанина Кокерелла.
В системе Кристофера Кокерелла использовалась струя воздуха, который поступал через воздуховод по периметру судна. Воздух перемещался через сопла вниз и внутрь, под корпус, что с одной стороны, обеспечивало постоянную воздушную завесу, а с другой — сводило к минимуму утечку воздуха и еще выше поднимало судно над водой. Первой отважилась реализовать проект Кокерелла фирма «Саундерс-Рое лимитед».
Жарким летом 1959 г. на глазах очевидцев построенное его СВП с серийным номером SR № 1 пересекло Ла-Манш и остановилось в Дуврской гавани. Просто фантастика! Амфибийное судно, по внешнему виду напоминавшее катушку ниток, долго парило над водой, а затем и над пляжем.
Но изобретение Кокерелла осталось бы не более чем интересной игрушкой, если бы в 1958 г. другой изобретатель — К. X. Латимер- Нндхэм — не пришел к выводу, что для хода СВП при волнении необходима «юбка», или гибкое ограждение, которое могло бы удерживать воздушную подушку и позволило бы судну преодолевать препятствия.
Первое гибкое ограждение состояло просто из двух полотнищ, через зазор между которыми подушка наполнялась воздухом. При встрече судна с волнами, камнями или выступами гибкое ограждение отклонялось, после чего опять принимало прежнюю форму под действием воздуха, поступающего в зону подушки,
В 1968 г. англичане построили SR № 4 — серию транспортно-пассажирских 254-местных СВП с гибким ограждением. В последующее десятилетие производство пассажирских судов на воздушной подушке освоили многие кораблестроительные фирмы в Англии, Японии, Франции, Швеции и США. В Советском Союзе тоже приступили к серийному строительству СВП — на Сормовском и Ленинградском Адмиралтейском заводах.
Мореплавание стало не единственной «работой» судов на воздушной подушке. Получив ряд усовершенствований, они стали незаменимыми па мелководных реках Дальнего Востока, в полярных районах Аляски, Канады и России, зимой скованных льдом, а летом превращающихся в тонкие болота. Корабль-амфибия, легко переходящий с водной глади на болотистую тундру или лсд и без снижения скорости пересекающий арктическую пустыню, для того чтобы затем снова выйти в океан, совершил на стоящую революцию в транспортной технике.
Иногда судам на воздушной подушке приходилось выполнять и неординарную работу. Пожалуй, самым своеобразным нолем деятельности могли похвастаться два австралийских судна «Скимэр» компании «Тейлоркрафт». В начале 1980-х гг. ее директор Л. Эндрюс заявил, что эти трехместные машины со стеклопластиковым корпусом — единственные в мире СВП, предназначенные для того, чтобы сгонять скот с пастбищ на бойни.
Наряду с грузовыми и пассажирскими СВП появились, что естественно, и боевые корабли этого типа. Еще в начале 1950-х гг. возникла идея создания военного судна на воздушной подушке — быстрого и компактного.
По своим тактико-техническим характеристикам «парящий » над водой 75-тонный корабль, вооруженный ракетами, мог успешно конкурировать с обычным боевым кораблем водоизмещением 2000-3000 т, который не только уступал ему в скорости, но и являлся гораздо лучшей мишенью для торпед противника. Для военных СВП не нужны были глубоководные порты, сухие доки и другие дорогостоящие сооружения, без которых не смогла бы обойтись обычная флотилия.
Впервые со времен Второй мировой войны у надводного СВП размером с эсминец появилось преимущество в скорости перед субмаринами, которое грех было не использовать, оснастив корабль современными радиолокаторами и противолодочным оружием.
Опытный десантно-штурмовой 160-тонный катер JEFF, США
Первый десаитно-штурмовой 150-тонный катер на воздушной подушке, спущенный на воду фирмами «Белл аэроспейс» и «Эйроджет дженерал», только разжег аппетит у командования американских ВМС, и в начале 70-х гг. Соединенные Штаты поставили перед собой еще более глобальную задачу — построить 2000-3000-тоиное судно со снегами (программа SES).
Первым этапом этой программы стал спуск на воду двух опытных 100-тонных СВП в 1/20 натуральной величины: SES-100А производства «Эйроджет дженерал» и SES-100В фирмы «Белл аэроспейс».
Оба судна смогли достичь скорости 70 узлов на волне высотой до 70 см. На модели SES-100А движителем служил водомет, а на втором судне решили использовать полуногруженные суперкавитирующие гребные винты, успешно прошедшие испытания при волне свыше 2,5 м. В 1976 г. общие расходы но программе SES превысили 300 мли долларов, но уже через два года Штаты неожиданно заявили о прекращении программы.
Главной причиной, очевидно, стала оказавшаяся не по силам дороговизна новой техники, хотя чины ВМС США и предпочли сослаться на ненадежность ряда систем и ограниченную дальность плавания.
Американские десантные катера заметно отличались от СВП других типов. Так, большую часть грузовой палубы 147-топных катеров JEFF 1975 г. выпуска занимала открытая площадка.
По ее бортам находились узкие и низкие надстройки, в которых размещалась ходовая рубка, машинные отделения и помещения для экипажа. В каждой из бортовых надстроек имелось по три газовых турбины, благодаря которым катер с максимальной нагрузкой 67 т развивал скорость 50 узлов при дальности хода 200 миль. Управлялся катер с помощью аэродинамических рулей в носовой части корпуса. Поперечные и продольные переборки разделяли корпус судна на 20 водонепроницаемых отсеков.
В 1967 г. Великобритания начала строить свои патрульные катера серии «Винчестер». Это были первые английские СВП, на которых вместо гребных применили воздушные винты. Через пять лет англичане спустили па воду корабли на воздушной подушке типа «Веллингтон» — и система береговой обороны полпостью изменилась. Ушла в прошлое тактика постоянного патрулирования в открытом море.
Теперь корабли на воздушной подушке несли боевое дежурство на берегу, почти незаметные среди прибрежных дюн. По сигналу с командного пункта судна-матки — плавучей базы, оснащенной радиолокаторами для раннего обнаружения противника, они быстро и неожиданно устремлялись на перехват нарушителя.
Катера серии «Веллингтон» используются еще и как противолодочные корабли, а также в качестве минных тральщиков. Поэтому вооружение «Веллингтона» может быть различным. Как правило, оно состоит из двух ракет «Экзосет», размещенных в контейнерах в средней части палубы, или одной 76-мм артустановки, которая находится в носовой оконечности катера.
Основанием корпуса и грузовой палубой служит прочная платформа, выполненная из стойкого к коррозии алюминиевого сплава. В конструкции надстройки, которая вмещает до 170 вооруженных солдат, использован стеклопластик. Катер уверенно держится на плаву при 4-балльном волнении.
Судно способно развить скорость до 65 узлов. На некоторых катерах грузовое отделение разделено продольными переборками на три отсека: два бортовых, в которых находятся 60-90 десантников, и центральный — для самоходной гусеничной и колесной техники (максимум шесть 105-мм гаубиц или же три транспортера).
СВП береговой охраны «SR № 6». Великобритания
Один из наиболее удачных опытов практического применения боевых катеров на воздушной подушке принадлежит Ирану. В 1969 г. иранский императорский флот, располагавший несколькими такими судами, захватил три стратегически важных острова в Персидском заливе, утвердив свой военный контроль над проливом Хормез. Катера подобного типа отлично зарекомендовали себя и в операциях против контрабандистов.
В том же 1969 г. министерство финансов Индии зафрахтовало одни из катеров SR № 6 для пресечения контрабанды золота, которое доставляли на быстроходных лодках с Аравийского побережья.
За несколько недель судно на воздушной подушке успело перехватить около 300 лодок с нелегальным грузом. Во время одной из таких операций индийские таможенники конфисковали золота на сумму около 200 000 фунтов стерлингов, что надолго отбило охоту у контрабандистов заплывать в пограничные воды Индии с неправедными намерениями.
sea-library.ru
Суда на подводных крыльях и воздушной подушке
При сравнении водных средств с другими общественными видами транспорта (автомобильным, железнодорожным и воздушным) выясняется, что они отличаются следующими основными признаками: более дешевы и экономичны, но имеют относительно малую скорость. Если первый признак является важным преимуществом, то второй представляет собой очевидный недостаток. Сравним средние скорости отдельных транспортных средств: средней скоростью автомобильного транспорта, например, считается 60—80 км/ч; аналогичные скорости имеет железнодорожный транспорт. У воздушного транспорта средняя скорость составляет 500—800 км/ч, причем верхняя граница все больше повышается (так же, как на железной дороге). Если принять среднюю скорость судна 15—16 уз, очевидно, что эта довольно значительная для судна скорость в два-три раза меньше, чем у автомобильного или железнодорожного транспорта, не говоря уже о воздушном. Одной из возможностей значительно повысить скорость является резкое уменьшение сопротивления движению за счет подъема корпуса судна из воды. Это решение технически относительно просто. Здесь используются принципы, которые позволяют летать самолетам, более тяжелым, чем воздух. На быстро движущиеся в потоке воздуха несущие поверхности особого профиля действует так называемая аэродинамическая сила (2 на рисунке), которую можно разложить на силу сопротивления 1 и подъемную силу 3. Последняя и обусловливает подъем самолета. Но для этого необходимы либо очень большие скорости, либо очень большие площади поверхностей (крыльев). Если средой служит вода, которая значительно плотнее, чем воздух, то для подъема корпуса судна из воды требуются значительно меньшие площади крыльев и значительно меньшие скорости; последние составляют на практике 15—20 уз.
Суда на подводных крыльях
а — морское СПК для людей и автомобилей, b — СПК типа Ракета, c — СПК типа Метиор, d — СПК типа спутник, e — распределение давления и сил на крыле, f — полностью погруженные крылья, g — этажерчатые крылья, h — ложкообразные крылья, i — бочкообразные крылья 1 — сила сопротивления, 2 — аэродинамическая сила, 3 — подъемная сила, 4 — разрежение на верхней поверхности крыла, 5 — избыточное давление на нижней поверхности, 6 — направление движения, 7 — набегающий поток
Так возникла новая группа водных средств передвижения, которые называются судами на подводных крыльях. Судно на подводных крыльях (СПК) во время стоянки или при малой скорости находится в воде в соответствии с законами гидромеханики; сопротивление движению судна возрастает пропорционально третьей степени скорости. Одновременно с увеличением скорости возрастает подъемная сила, действующая на поверхности подводных крыльев. Она добавляется к силе поддержания, и корпус судна поднимается. Благодаря этому площадь смоченной поверхности становится меньше, уменьшается также общее сопротивление воды, судно получает более сильное ускорение, подъемная сила становится еще больше и, наконец, весь корпус судна выходит из воды. СПК имеют пока еще очень ограниченные размеры и служат исключительно для пассажирских перевозок в закрытых водоемах, небольших морских проливах и прибрежных районах. Водоизмещение СПК практически не превышает 250 т, скорости достигают 150 км/ч.
Сравнительно недавно начали использовать еще один способ уменьшения сопротивления — скольжение на так называемой воздушной подушке. Принцип действия судов на воздушной подушке (СВП) показан на рисунке ниже. Газовая турбина 10 приводит во вращение вентилятор 15 и одновременно воздушные винты 5. Воздух подсасывается через приемные отверстия на верхней палубе и под определенным давлением нагнетается под плоское днище судна. Так как под днищем находится «камера», образованная гибким ограждением 17, возникает воздушная подушка, которая приподнимает судно. Для создания воздушной подушки применяют камерный, сопловой и комбинированный принципы.
Суда на воздушной подушке
а — продольный разрез СВП, b,c,d — варианты СВП, e — камерная схема образования воздушной подушки, f — сопловая схема образования воздушной подушки; 1 — кабина пилота, 2 — радар, 3 — вход воздуха, 4 — поворотные пилоны, 5 — воздушные винты, 6 — главные приводные валы, 7 — приводной вал, 8 — коническая шестеренчатая передача, 9 — стабилизатор, 10 — турбина, 11 — подача воздуха в подушку, 12 — грузовой люк, 13 — пассажирское помещение, 14 — редуктор, 15 — воздухонагнетатель, 16 — воздушная подушка, 17 — гибкое ограждение
В качестве движителей используют воздушные винты, воздушно-реактивные движители, гребные винты и водометные движители. Управляемость СВП так же как и у самолетов, обеспечивается стабилизаторами 9 с воздушными рулями. СВП по сравнению с судами на подводных крыльях имеют одно существенное преимущество: они могут двигаться — как над водой, так и над землей. На практике СВП используются в основном как быстроходные паромы со скоростями от 120 до 150 км/ч для перевозки пассажиров и автомашин в проливах и каналах. При подходе к берегу они выходят на сушу (например, на бетонную посадочную площадку); пассажиры и автомобили покидают паром через откидывающиеся аппарели. Жители и гости Москвы могут увидеть настоящие, морское, военное судно на воздушной подушке посетив музей ВМФ на берегу Химкинского водохранилища в парке «сев. Тушино». Добраться туда можно доехав до метро Сходненская, далее пешком (7 минут) по Химкинскому бульвару, перейти через улицу Свободы и войти в парк. Там же можно увидеть и другие интересные морские экспонаты — подводную лодку и экраноплан «Орленок»
www.seaships.ru
§ 14. Суда, достигающие неводоизмещающего режима движения
Одно из решений проблемы увеличения скорости движения судов — резкое снижение сопротивления их движению — привело к созданию неводоизмещающих судов: судов на воздушной подушке и на подводных крыльях,— а также водоизмещающих двухкорпусных судов — катамаранов.
Суда на воздушной подушке принято называть так потому, что слой сжатого воздуха, специально подведенного под днище, поднимает судно на высоту H = 0,3—0,5 м над уровнем спокойной воды, и судно как бы парит над нею.
Воздух непрерывно выходит из-под днища, и поэтому для поддержания подъемной силы он непрерывно туда нагнетается вентиляторами.
Воздушные или водяные движители обеспечивают поступательное движение судна, и оно, встречая незначительное сопротивление воздуха, развивает большую скорость, в некоторых случаях превышающую 80 узл. Суда на воздушной подушке двигаются с высокими скоростями, недостижимыми для обычных водоизмещающих судов, они могут достигать значительных размеров, двигаться по мелководью, по болотам, пескам, снегу и льду, в условиях ледостава и ледохода, что невозможно для любого другого судна.
Суда, плавающие на воздушной подушке, разделяют обычно на три категории: с полны м отрывом , с частичным отрывом и без отрыва от воды (рис.30).
Суда первой категории после подъема на воздушную подушку по всему периметру не соприкасаются с водой. Такие суда могут выйти на берег и способны двигаться над твердой поверхностью. Днище судов второй категории после подъема на подушку находится ниже уровня невозмущенной воды во время стоянки. Воздух выходит из-под днища по всему периметру. При выходе на берег судно может двигаться над землей.
Суда третьей категории имеют толщину воздушной подушки, приближающуюся к тонкой воздушной прослойке. Некоторые части корпуса находятся ниже дна водной чаши, воздух ограниченно выходит из-под купола как на стоянке, так и на ходу. Над землей такие суда двигаться не могут из-за недостаточной высоты подъема над твердой поверхностью.
Недостатки судов на воздушной подушке, из-за того, что опыт их эксплуатации еще невелик и малоизучен, трудно пока еще установить, но очевидно, что к ним следует отнести: затруднения плавания на взволнованной поверхности, забрызгивание, обледенение при низких температурах, потерю видимости при брызгообразовании и т. п.
Суда на подводных крыльях имеют корпус водоизмещающего судна в подводной части с конструкциями в виде крыльев. При стоянке или движении на малой скорости такие суда водоизмещающие, как и всякое надводное судно. На ходу, при увеличении скорости, находящиеся в воде крылья судна приобретают подъемную силу. Когда подъемная сила достигает величины водоизмещения, корпус судна полностью выходит из воды (судно выходит в крыльевой режим), в воде остаются только крылья, движители и рули.
Подводное крыло (рис. 31) в поперечном сечении имеет вытянутую обтекаемую форму. Если крыло поставить под некоторым углом а, называемым углом атаки, к набегающей воде, то оно рассечет воду на два потока: один, обтекающий крыло сверху, а другой— снизу. После прохода крыла оба потока соединяются вновь. Скорость воды над крылом больше, отчего давление ее над крылом становится меньше, чем под крылом. Равнодействующая этих давлений Р направлена под углом вверх и приложена в центре давления в точке С. Если силу разложить на составляющие: одну по направлению потока, а другую — перпендикулярно ему, то получим силы: Р x — силу лобового сопротивления и Р y — подъемную силу, которая на ходу выводит судно на крыльевой режим.
При выходе корпуса из воды сопротивление воды движению судна резко уменьшается, отчего скорость судна намного увеличивается.
Основными преимуществами судов на подводных крыльях являются: достижение значительной скорости без увеличения мощности силовой установки и, как результат этого, экономия топлива или увеличение района плавания, хорошая мореходность на тихой воде, отсутствие волнообразований, дающее преимущества, аналогичные преимуществам катамаранов, и т. п.
К недостаткам таких судов следует отнести: отсутствие заднего хода на крыльевом режиме и ухудшение мореходных качеств при плавании на взволнованной поверхности, когда судно может потерять устойчивость, а это приведет к срыву крыльевого режима и сведет на нет все преимущества судов на подводных крыльях.
flot.com
История развития CBП
В давние времена суда были не так совершенны, как сейчас. Они держались на воде и не тонули, поскольку выталкивались на поверхность из-за водоизмещения за счет закона Архимеда. О высокой скорости не могло быть и речи. Несмотря на то, что они довольно устойчивы на воде, при движении, слишком сильное сопротивление для корпуса, не позволяло мчаться со скоростью звука. Многие годы, попытки добиться желаемых результатов, касательно скорости, были почти безрезультатными.
К превеликому сожалению судовладельцев, мастера, работающие над этим, нелегким заданием, радовали и удивляли всех редко и медленно. Покорение водных просторов на высокой скорости долгое время оставалось недостижимой целью для мореплавателей. Суда существенно и безнадёжно развивали значительно меньшую скорость, сравнительно с другими средствами передвижения. Как ни странно, водная стихия, оказалась неподатливее, чем ядерная энергия и просторы космоса.
Скеговое CBП. Проект Дагоберт Мюллер фон Томамхул. 1916 г.
Бесчисленные разработки.
Разработки по улучшению судов не вызывают должного энтузиазма и восхищения в сфере судостроения. Это не безосновательно, ведь в течение 5000 лет никто не смог явить миру конкурентоспособное водное транспортное средство, для замены водоизмещающего суда. Недоверие к новым изобретениям вызвано чередой неудачных концепций, не принёсших ожидаемых результатов. Целесообразно ли лелеять надежду на удачный исход научных разработок на сегодняшний день?
Таким образом видно, что воздушная подушка своими руками собирается только после предварительных расчётов, просто так в гаражных условиях, без инженерных расчётов аппарат на воздушной подушке построить невозможно.
Если проанализировать скорость передвижения других видов транспортных средств, то прогресс очевиден. За ближайшие сотню лет ровно в 10 раз стали быстрее передвигаться: автомобили, авиалайнеры, железнодорожный транспорт. Например, поезда, двигались много лет назад не более 10 миль в час, а первый автомобиль 12 миль в час, на сегодняшний день их скорость значительно превышает первоначальную в несколько раз.
Об уникальной трансформации самолетов
Об уникальной трансформации самолетов отдельный разговор: их скорость преобразовалась от 60 до 600 миль в час. На сегодняшний день многие транспортные средства, за исключением судов, могут гордиться существенным прогрессом, касательно увеличенной в десятки раз скорости. Меньше, чем в три раза возросла быстрота передвижения судов по сравнению с 1858 г.
Исторический факт того, что «Грейт Истерн», в то время, самый крупный из всех известных кораблей, развивал скорость 14,5 узлов, даёт возможность осознать мизерный масштаб изменений, произошедших за столетие. Сделав соответствующие выводы, установлены несколько основных преград на пути к созданию высокоскоростных конструкций: во-первых, среда передвижения судов, её основные свойства и, во-вторых, состояние водных просторов, постоянно и непредсказуемо меняются.
Препятствия
В продолжение описания препятствий, которые неизменны и неподвластны человеку, следует упомянуть сопротивление, возникающие при движении корабля, поскольку плотность воды больше в 815 раз, чем воздуха. Силу торможения и сопротивление воды, которые увеличиваются при взаимодействии с быстро идущим судном, можно преодолеть, значительно усовершенствовав и увеличив мощность двигателя. Это поспособствует развитию высокой скорости, но когда начнутся волнения моря, не сможет оградить пассажиров и груз от дискомфорта и возможно, даже, увечий и ущерба.
Теряясь в догадках и постоянно пребывая в процессе усовершенствования технических характеристик, создатели были убеждены, что если уменьшить часть корпуса, который погружается в воду, то это станет единственным, правильным решением на пути к противостоянию силе сопротивления воды, препятствующей быстрому движению. При этом, они исключали возможность менять или улучшать сам корпус.
Спустя десятилетия
Спустя десятилетия, мнения разделились, и некоторые разработчики стали утверждать, что если корпус судна приподнять так, что при этом он не будет соприкасаться с волнами, то гарантировано удастся одновременно развивать большую скорость и не нарушать комфорт.
Вследствие этого, мы имеем честь, наблюдать суда на воздушных подушках (СВП), на подводных крыльях (СПК) и экранопланы. Эти суда динамических принципов поддержания (СДПП), за несколько последних лет получили возможность развивать скорость больше, чем существующая у водоизмещающих судов. А мореплаватели с гордостью начали новую эпоху в истории судов.
Эммануэль Сведенборг шведский философ попытался в 1716 г. использовать воздушную подушку в конструировании судна. Но вскоре, он признал, что его изобретение не под силу использовать одному человеку. Задумка была такая: судно похожее на ялик, поднятый над водой и кокпит посередине. Пара неких «вёсел», которыми через щели управляет кто-то, ударяясь о поверхность воды, направляли сжатый воздух под корпус и поднимали его над поверхностью.
Снижение сопротивления воды
Изобретатели, основной задачей видели снижение сопротивления воды с помощью сжатого воздуха вокруг основания корпуса. «Трехкильный духоплав» появился в 1853 году с «лёгкой руки» русского инженера Иванова. Под днищем этого плавсредства, было предложено установить меха и воздуховоды. Закачивать с их помощью воздух должны были сильные люди.
Реактивная струя воздуха, предполагаемо, содействовала увеличению скорости и движению вперёд, а воздушная прослойка, появляющаяся благодаря работе системы, расположенной под днищем, поднимала корпус над водой. Британское бюро патентов сохранило сведения, о том, как в 1874 г. Лорд Торникрофт экспериментировал «смазывая» воздухом корпуса судов.
Конструктор из Великобритании и проектировщик из Нидерландов обменивались своими мнениями на этот счет посредством писем в 1875 г.Вильям Фруд, известный как судостроитель и ученый из Англии не остался в стороне и принимал активное участие в обсуждении. Но, к сожалению, очень долго никому не удавалось воплотить в реальность все разработки и проекты. Наконец-то Густаву Лавалю посчастливилось создать катер, в котором через множество отверстий, расположенных в форштевне, сжатый воздух должен был обволакивать корпус. Но шведского инженера в 1885 году постигла неудача, которая не заставила его отказаться от своих замыслов, а наоборот, промах стимулировал испытателя приступить к разработке более мощного катера, который должен развивать скорость за счет уменьшения сопротивления воды через напор встречного воздуха.
Миллионер А. Нобель, сам, будучи изобретателем, выступил спонсором, и его неожиданная смерть приостановила все работы. Впервые нечто похожее на современные СВП со стенками бортов, изобрел мистер Кутбертсон, в 1897 г., получивший патент на новое судно.
Система подъема, которого была создана за счет воздуха — компрессоров, они гнали воздух через отсеки, а трение уменьшалось через минимальное соприкосновение корпуса с водой.
Тот же принцип создавал воздушную подушку между водной поверхностью и корпусом судна. В 1909 г. Ханс Динесон, инженер из Швеции, детально разработал проект лодки на воздушной подушке, со скегами и расположенными гибкими перемычками из резины от кормы до носа для того, чтобы удерживать воздушные подушки. Дагобер Мюллер фон Томамхул, инженер из Австрии стал создателем торпедного катера на воздушной подушке с кегами. В 1916 г. его творение было передано австрийскому флоту.
Скорость катера
Сохранились сведения, что скорость катера достигала 40 уз. Это первое удачное судно в мире на воздушной подушке. Французский изобретатель А.М. Гамбен поделился разработками аппарата на воздушной подушке с добавлением вентиляторов, которые планировалось поместить в носовую часть. С их помощью можно было б нагнетать воздух по всей площади подушек, он бы под днищем и килями равномерно распределился.
В.Ф. Кизи, изобретатель из Америки, внёс своё предложение в 1925 году, оно касалось проекта баржи на воздушных подушках, разделенной килями, это способствовало б равномерному распределению воздуха. Уникальность этой разработки в схеме рециркуляции воздуха, за счет чего существенно снизилась бы потребность в высокой мощности энергоустановки, которая создаёт воздушные подушки.
Спортивная первая лодка с кегами, предстала на осуждение общественности в 1930 году.
Её создатель Дуглас Кент Уорнер показал её на гонках — соревнованиях по реке Коннектикут. Немного позже Товио Карио над поверхностью льда, показал скорость в 12 уз на экраноплане с корпусом, похожим на крыло, и предназначенном для одного человека. Это произошло в 1935 году. Аваакомпания, в которой работал смельчак, называлась «Валмет».
Русские изобретатели
Русские изобретатели, ученые, советские инженеры существенно помогали создавать и разрабатывать СВП. Книга великого русского ученого К.Э. Циолковского «сопротивление воздуха и скорый поезд» содержит выложенные впервые в мире: теорию, научное, техническое пояснение касательно методике, по которой можно рассчитать движение средств передвижения на воздушных подушках.
Ученый также разработал проект со всеми необходимыми, основными расчетами поезда на воздушной подушке.
В. И. Левков
Профессором В.И. Левковым, из Новочеркасского института, была начата работа по разработке советских СВП.
В период с 1927 г. по 1941 г. он создал и испытал небольшое количество катеров на воздушной подушке. Л-1 обладал водоизмещением 15т, считается одним из крупных строений советского ученного. Создан в 1934 г, выдержал все испытании и различные природные условия. Так было доказано, что подобные суда имеют право на существование.
Рекордную скорость в 1937 году — 135 км в час, зафиксировали у катера Л-5 с водоизмещением 9 т, и мощностью ЭУ 1300 кВт.
В.И. Левков не остановился на этом, и в конструкторском бюро появились разработки амфибии на воздушной подушке, которые имели водоизмещение 30 т. Их уникальность состояла в том, что там имелись высокие пространства в камерах, сверху граничащие с дном и поплавками по бокам. Двухлопастные воздушные винты служили воздухонагнетателями, энергоустановка — поршневыми двигателями, поток воздуха, благодаря своей реактивной силе использовался, как двигатель. Но недостатки были существенными: палуба и рубка сильно забрызгивались, значительный дрейф от ветра, сложности с управлением на малом ходу. Созданные В.И. Лневковым СВП, так и небыли усовершенствованы и избавлены от недоработок, исследования в данной области закрыли с началом Великой Отечественной войны, до сих пор чертежи воздушной подушки так и не нашли.
1953 г. стал памятным для Г. Туркина, студента МИНГ им. И.М. Губкина. Он стал создателем безколесного автомобиля, испытания которого успешно проводились в Москве. Реналто Альвес де Лима из Бразилии, пытался запатентовать аппарат с сопловой воздушной завесой. Это было в августе 1955 года.
Карл Вейланд
Карл Вейланд из Швейцарии, на своём аппарате с циркуляционной схемой, на озере в Цюрихе развил скорость 120 км/ час. Кристофер Коккерел создал СВП весившую 130 грамм, при испытании развившую скорость 24 км/час. В этом же, 1955 году радиоинженер из Англии, заявил о своей разработке судна, у которого имеется кольцевое сопло. По периметру СВП образовывалась струйная воздушная завеса, граничащая с воздушной подушкой. Сопловая схема минимизировала затраты мощности на поддержание воздушной подушки, она была признана уникальной и использовалась на амфибийных судах на воздушной подушке (АСВП).
Экспериментальное судно АСВП SR №1 имело двухконтурное кольцевое сопло. Оно было создано в 1959 году по разработке проектировщика К. Коккерела при непосредственном участии фирмы «Саундерс Ро».
Использовалась овальная платформа, её размеры 9, 2 х 7,6. В шахту подавался воздух, для этого использовали нагнетатель, а из неё в отсек- ресивер, который располагался под палубой. Оттуда воздух передавался двухконтурному кольцевому соплу, и уже через него попадая под корпус судна, трансформировался в воздушную подушку.
Одновременно блокировалась возможность выхода его с помощью воздушной заслонки вокруг судна. Появления которой, можно было добиться, используя сопловые струи. Под корпусом судна образовывалось избыточное давление, оно поднимало судно над поверхностью воды на небольшое расстояние. Располагаясь на палубе воздушных каналов, реактивная тяга из воздушных струй приводила судна в движение. Когда турбореактивные двигатели вытеснили воздушно-реактивные, скорость увеличилась до 120 км/час. Судно АСВП SR №1 25 июля в 1959 году через 50 лет пересекло пролив Ла-Манш, повторив маршрут самолета, за 2 часа. Взирая на непогоду, была развита скорость движения в среднем 25 км/час.
АСВП с сопловой схемой
АСВП с сопловой схемой формирования воздушной подушки получили право на существование после ряда испытаний, даже, не смотря на такие существенные недостатки, которые можно отнести скорее к недоработкам: низкая мореходность, необходимость хороших погодных условий, для спокойного состояния моря, влияющего на работу, слабая тяга воздушно-реактивных двигателей и неудачная комплектация. 25 июля 1959 года — знаменательный день в истории судов с воздушной подушкой. К.Х. Латимер-Нидхэм анализировал информацию, полученную от Кокерелла в 1958 г. Рассматривая результаты исследований и опытов, был сделан вывод, что гибкое ограждение, своеобразная юбка, очень важно для быстрого передвижения судов на воздушных подушках при неспокойном состоянии водной поверхности.
Благодаря этому, удерживалась воздушная подушка, и никакие препятствия мореплавателям были уже не страшны. Принцип работы юбок заключался в том, что они, встречаясь с преградой, огибали её или мощную волну, а воздух, поступающий в подушку, возвращал их в первоначальное место. Гибкие ограждения сначала имели сложную конструкцию, и были искривлённые. Фирма «Уэстлэнд», акционеры компании «Саундерс Ро Лимитед», создателей СВП SR №1 в 1961 году приобрели все права и патент у К.Х. Латимер-Нидхэма. Научные центры не остались безучастны и начали усердные исследования и доработки.
Наиболее активными стали страны Англия, США, Япония и другие. Результаты не заставили себя долго ждать, и через 12 недель с момента начала регистрации Коккерела патента, Мелвилл Бердсли из Англии, изобрел и запатентовал периферийную сопловую систему СВП.
Патент гибкого ограждения
К. Коккрел запатентовал гибкое ограждение на воздушной подушке в 1957 году. Его изобретение было похоже на тонкое полотнище и прикреплялось снаружи корпуса АСВП. Это было самое крупное открытие инженеров того времени, сравнить его можно, например, с изобретением надувной шины.
В середине 1962 года, стали устанавливать юбку высотой 1,2м, и всё кардинально переменилось. Если в 1959 г., судно без гибкой ограды справлялось с препятствиями в 15-23см, то в последствии, оно, развивая скорость 40уз, преодолевало волну до 1,5 м. Благодаря этому, грузоподъемность увеличилась в два раза. В 1962 г. различного рода испытания в период всех сезонов прошло удачно СВП «Нева». Амфибийного типа судно 17,3 м. длиной, 6,6 м. шириной и водоизмещение 12,45т., рассчитано на 38 пассажиров. Оно с лёгкостью могло свободно двигаться при волне высотой 0,6 м., выходить на берег, успешно преодолевать песчаные косы и отмели на скорости 60км/час даже в спокойной водной поверхности. Касательно мощности энергетической установки: в общем, это 540кВт, сюда входит мощность двух двигателей по 165 кВт, благодаря им создаётся воздушная подушка, и один 210кВт, который обеспечивает быстроту движения.
Завод «Красное Сормово»
Одновременно с этим, завод «Красное Сормово» в Горьком, стал местом появления амфибийного типа СВП, которые назывались «Радуга» а газотурбоход — «Сормович». Первое СВП длиной 9,4 м, шириной 4,1м и водоизмещением 3т, было рассчитано на 5 пассажиров. Скорость движение обеспечивалась поршневым авиационным двигателем. Его мощность 162 кВт развивала до 100 км/ч, при высоте волны 0,8м, а при спокойной водной поверхности до 110 км/час.
СВП «Сормович» был построен чуть позже в 1965 году, при его создании результаты испытаний и наблюдений касательно «Радуги» были использованы и улучшены. Ново-созданный агрегат длинной 29,2 м, шириной 11,3 м, с высотой гибкой ограды 0,8 м и грузоподъемностью 5т., был рассчитан на 50 человек. В качестве энергетической установки используется мощный 1690кВт, авиационный газотурбинный двигатель.
Он способствовал развитию скорости судна до 100 км/час. Изначально на обоих судах СВП «Радуга» и «Сормович» была установлена сопловая схема формирования воздушной подушки, так называемая воздушная завеса. В 1968 г., ряд испытаний и опытов привели к тому, что «Сормович» переоборудовали, и установили гибкое ограждение. Волжское речное пароходство, посодействовало и поддержало эксперимент, в котором участвовал СВП «Сормович» на пассажирской линии Горький-Чебоксары. Маршрут был длинной 274 км, вдоль реки Волга. Судно проработало год с 1971 года, и с его участием, было обслужено 6000 пассажиров.
В конце 60-х
В период существования СССР, в конце 60-х, начало 70-х годов сразу три предприятия, занимающиеся судостроением, произвели три небольших СВП. В тогда ещё Ленинграде, ныне Санкт-Петербурге, строительное объединение «Алмаз», явило миру СВП под названием «Бриз», завод «Красное Сормово» в Горьком, назвал своё творение «Радуга-2», в Москве ЦКБ «Нептун» выпустил АКВПР. С немыслимой скоростью развивались СВП в дальнейшем, темпы появления различных моделей настолько быстрые, что повествование о них может затянуться слишком надолго. При желании проследить историю судов, можно на примере созданных таблиц.
moshovercraft.ru