Как работает воздушная подушка. Грузо-пассажирское судно на воздушной подушке ховеркрафт. Выбор основных характеристик судна

На просторах нашей страны любители активного отдыха не упускают возможностей обеспечить себе комфортное передвижение по бездорожью, включая водные преграды, в любое время года. И если снегоходом, гидроциклом и аэроботом уже никого не удивишь, то использование военной техники привлекает к себе внимание. В фокусе данной статьи - катер на воздушной подушке, его технические характеристики, возможности использования в мирное время, отзывы пользователей и краткий обзор цен на данный вид транспорта.

Принцип действия

Катер на воздушной подушке, благодаря законам аэродинамики, использует поток воздуха, создаваемый двигателем не только для движения, но и для снижения силы трения. Воздушная подушка представляет собой слой сжатого воздуха под днищем транспорта, который удерживается за счёт силы тяжести судна. Превышение давления воздуха приводит к его стравливанию в зоне соприкосновения днища судна с поверхностью земли или воды. В момент стравливания лишнего воздуха сила трения между днищем транспорта и поверхностью земли практически отсутствует - это даёт возможность не только перемещать судно с помощью аэродвигателя, но и свободно им управлять.

Помимо статической работы, направленной на преодоление трения, движительно-нагнетательная система создаёт и динамическую работу, заставляя судно двигаться. Для этого на корпусе катера установлен огромный вентилятор, который мощным потоком воздуха придаёт ускорение катеру. Расположенные за вентилятором перекрытия позволяют управлять потоком воздуха, регулируя направление движения транспорта.

Технические возможности

Технические характеристики катеров на воздушной подушке не позволят любителям активного отдыха равнодушно пройти мимо.

1. Любая поверхность для передвижения. Водоём с высотой волны до 25 см, ледяной или снежный покров - это родная стихия для судна. Допускается передвижение по траве, песку, болоту, гравию или асфальту, однако в таких случаях нужно быть готовыми к быстрому износу гибкого ограждения воздушной подушки.
2. Грузоподъёмность. Если речь касается гражданских судов, то грузоподъёмность, включая пассажиров, составляет примерно 1000-1500 килограмм. В большей степени данный параметр зависит от мощности двигателя.
3. Скорость движения и расход топлива. Стандартом принято считать расход в 20 литров топлива в час на крейсерской скорости в 60 км/ч. Максимальные показатели не должны отклоняться от арифметической прогрессии. То есть скорость катера 120 км/ч увеличит расход топлива в два раза, но не более.

Ограничения использования

Малые, средние или большие катера на воздушной подушке имеют ряд ограничений, которые необходимо знать всем без исключений покупателям.

1. При высоте волны более 30 см на водной поверхности движение катера будет затруднено и может привести к затоплению, так как рывки и удары о гребни волны снижают давление воздуха под гибким ограждением, погружая судно наполовину в воду.
2. Густая и высокая растительность ограничивает плотное прилегание гибкого ограждения к поверхности земли, что также может затруднить перемещение.
3. Жёсткие преграды свыше 35 см (коряги, пеньки, камни) не только понижают давление под днищем судна, но и могут повредить гибкое ограждение. Пусть ремонт катеров на месте не является проблемой при наличии шила и проволоки, однако это лишние временные затраты.

Откуда возник интерес

Речные и морские катера на воздушной подушке в XX веке считались лучшим транспортом для совершения прогулок по водной глади. Огромная скорость, прекрасная манёвренность и высокая безопасность привлекали не только туристов, но и местное население, которое перемещалось на загородные участки и обратно по морям, озёрам и рекам нашей огромной страны. А вот внимание охотников и рыбаков привлёк десантный катер после демонстрации фильма «Ответный ход» на закате двадцатого столетия. Именно тогда зародилась эра малых суден на воздушной подушке, ведь в фильме наглядно были представлены все технические возможности данного вида транспорта, для которого практически не существует преград.

Десантные катера до сих пор стоят на вооружении многих стран мира. Мир и покой россиян оберегает самое большое в мире судно на воздушной подушке под названием «Зубр». Ему не составит особых проблем пересечь всю акваторию Чёрного моря, имея на борту пару танков и десяток БТРов. Помимо перевоза грузов судно имеет на борту крылатые ракеты, что делает его боевой единицей в военное время.

Юный техник - начало всех начал

Воспроизвести десантный катер в приемлемых для транспортировки размерах русским кулибиным не составило особых проблем. Проведя испытания и предоставив технологию производства амфибии в научно-технические издания страны, народные умельцы дали возможность военным технологиям послужить в мирных целях. Если открыть любой технический журнал того времени, на фото можно обнаружить не только моторные катера на воздушной подушке либо с жёстким дном. Для преодоления сухопутных и водных просторов мастера придумывали всевозможные симбиозы автомобильных транспортов и плавучих средств, отдалённо напоминающих БРДМ.

Однако все они так и остались лишь на бумаге, чего не скажешь о самом популярном в мире транспорте, для которого не существует преград, - средстве на воздушной подушке (СВП). В средствах массовой информации даже сейчас можно найти множество подробных инструкций, подтверждённых фото и видеозаписями, по производству плавсредств собственными руками с нуля. Однако профессионалы рекомендуют воздержаться от таких предложений, ведь СВП считается травмоопасным.

Выше только звезды

Самым лучшим плавающим средством на воздушной подушке признан катер серии «Пегас». В первую очередь, он отличается от конкурентов возможностью использования в любое время года. Все новые катера имеют салон закрытого типа. Выполнен он с системой отопления и позволяет сохранять комфортные условия даже в тридцатиградусный мороз. В летнюю жару кабина легко трансформируется, позволяя улучшить циркуляцию свежего воздуха. В зависимости от модификации плавсредство способно принимать на борту от 5 до 8 человек со снаряжением 350-500 кг.

Если учесть малый расход топлива и хорошие показатели дальности хода и скорости, то можно сделать вывод, что это самый лучший катер. Цена такого устройства способна смутить обычного человека - 30 000 условных единиц. Однако если суммировать стоимость вместе взятой техники - моторной лодки, квадроцикла и снегохода, станет ясно, что средство на воздушной подушке имеет очень привлекательную цену.

Если интересен корпоративный сегмент, то лидером здесь признано судно серии «Нептун». Имея в распоряжении множество модификаций, устройство в первую очередь позиционируется как транспорт высокой проходимости для перевозки пассажиров.

Отечественная альтернатива

Помимо «Пегаса» на российском рынке хорошо зарекомендовали себя судна на воздушной подушке «Марс», «Неотерик», «Стрелец», «Мираж», а также морские катера для перевозки до 15 человек серии «Аэроджет». Все они относятся к туристическому классу, из-за чего имеют ряд ограничений, в первую очередь касающихся режимов эксплуатации. Например, судно «Мираж» можно использовать круглый год, включая сильные морозы, однако перемещение его по волнам и неровным поверхностям ограничено из-за некоторых особенностей конструкции. А вот малыш «Неотерик» способен пройти там, где не ступала нога человека, не говоря уже про низкий расход топлива (5 литров в час) и огромную скорость катера. А вот с грузоподъёмностью и эксплуатацией при отрицательных температурах у него большие проблемы.

Чудом российской промышленности считают средство на воздушной подушке, носящее название «Жук». После просмотра СВП на фото ни у кого не повернётся язык назвать его плавсредством. Он больше напоминает мотоцикл на воздушной подушке. Двухместное устройство малых размеров показывает высокие характеристики проходимости на разных поверхностях и под большими углами.

СВП для развлечения

Судя по многочисленным отзывам владельцев, большую популярность в России завоевал катер на воздушной подушке «Торнадо». Изготовлен он украинским производителем ООО «Артель» на Николаевской верфи. Изначально катер позиционируется как плавсредство для развлечений и культурного отдыха. Достаточно увидеть фото катера, чтобы убедиться в его непригодности к рыбалке или охоте. Малые габариты, низкая грузоподъёмность дают возможность СВП нарушать все законы физики и аэродинамики как в скорости и манёвренности, так и в прохождении всевозможных преград. Чем же он заинтересовал российского покупателя?

1. Низкая цена. Всего за десять тысяч условных единиц можно приобрести себе универсальное средство передвижения.
2. Возможность модернизации. Катер СВП прекрасно переоборудуется как для охоты, так и для рыбалки для двух человек.
3. Запчасти российского производства. Помимо двигателя РМЗ-550 все компоненты можно найти на отечественном рынке.

Недорогой, но и маломощный катер на воздушной подушке Hov Pod SPX, представленный заводом Англии, является самым популярным плавсредством в Европе. Также он стоит на вооружении двух десятков стран мира и пользуется спросом в миссиях спасения ООН. На розничном рынке катер позиционируется как транспорт для всей семьи - рыбалка, туризм, активный отдых, пикник - все это ему подвластно. Производитель утверждает, что простота, удобство и безопасность - главные атрибуты этого судна, а управление катером можно доверить ребёнку.

Английские высокотехнологичные устройства и механизмы всегда отличались от конкурентов своей безукоризненностью. Катер Hov Pod SPX на воздушной подушке выполнен из уникального композитного материала, который применяется для изготовления ограждений в «Формуле-1». Рулевое управление сделано из нержавеющей стали Teleflex. Основание корпуса, защита двигателя, а также все металлические компоненты в конструкции кузова хромированы. Таким образом, производитель даёт понять своим покупателям, что морские прогулки на судне не запрещены.

Потребность государственных структур

Помимо активного отдыха и развлечений средства на воздушной подушке нашли своё предназначение в Министерстве внутренних дел и чрезвычайных ситуаций. Например, плавсредство «Север» применяется транспортной полицией для поиска и задержания подозреваемых в совершении преступления. Аппарат на воздушной подушке не только показывает прекрасные скоростные характеристики (150 км/час на воде), но и способен преодолевать затяжные уклоны до 30 градусов. Данное судно было замечено на вооружении у рыбинспекции. Прекрасные тактико-технические характеристики всегда сумеют привлечь к себе внимание.

Для ремонта мостов и сооружений, обслуживания нефтедобывающих платформ, проведения всевозможных водолазных работ, а также если необходим ремонт катеров, яхт и грузовых судов, стоящих на рейде, используют плавсредство на воздушной подушке серии «Шельф». Огромная мощность двигателя и большие размеры позволяют размещать на судне до двух тонн груза без учёта 20 рабочих. Разворот на 360 градусов без смещений позволяет легко маневрировать в любом труднодоступном месте.

Японские моторы

Преимущественно все катера на воздушной подушке снабжаются двигателями японских гигантов автомобилестроения Honda и Subaru. Такой выбор неслучаен. В отличие от обычных моторных лодок, где приоритетным является количество оборотов в минуту карданного вала, плавсредствам с движительно-нагнетательной системой больше важна высокая мощность. Естественно, экономичность расхода топлива всегда в приоритете у любого владельца. Двухлитровые и 130-сильные моторы Honda D15B и Subaru EJ20 нашли себе применение на катерах с воздушной подушкой.

И если изначально их выбор обосновывался высокой производительностью и долговечностью в процессе эксплуатации, то на данный момент популярность заключается в возможностях модернизации. Народные умельцы не только подняли двигателям мощность до 150 лошадиных сил, но и значительно их облегчили, произведя замену некоторых компонентов. В результате получается очень резвый катер на воздушной подушке.

Законность использования

Катер на воздушной подушке относится к маломерным судам, а значит, подлежит регистрации в государственной инспекции с соответствующим названием. Для управления плавсредством его также необходимо поставить на учёт и получить специальные права. Эти процедуры очень просты, они не вызывают каких-либо проблем. Хлопоты может доставить лишь получение медицинской справки для сдачи на права. Ведь не каждый день врачи принимают владельцев маломерных судов. Судя по многочисленным отзывам владельцев СВП, при прохождении комиссии рекомендуется говорить про обычную проверку на управление автотранспортом. Таким образом, владелец значительно ускорит прохождение комиссии и избавит себя от вопросов и шуток со стороны медицинского персонала.

В заключение

Как оказалось, рынок плавсредств на воздушной подушке не пустует. Большое количество моделей как отечественного, так и импортного производства имеют доступную цену и открывают широкий спектр возможностей. Делая выбор среди моделей, нужно поначалу очертить сферы использования - прогулки, развлечения, путешествия, охота, рыбалка. После этого рекомендуется определиться, в какой сезон будет использоваться катер. Цена плавсредства сильно зависит от этого выбора.

Определиться нужно с количеством пассажиров и грузоподъёмностью. А вот выбор двигателя, топливной системы и рулевого управления особой роли не играет, так как большинство устройств имеют очень схожие характеристики, которые незначительно отразятся на цене. Если только потенциальный покупатель не решит отдать своё предпочтение английскому болиду, который имеет 65-сильный двигатель и не способен разогнаться свыше 70 км/ч.

В двадцатом веке появилось немало принципиально новых транспортных средств. К числу наиболее оригинальных по своей конструкции принадлежат корабли на воздушной подушке, успешно используемые в наши дни военными и спасателями.

НАРУШАЯ ЗАКОН АРХИМЕДА

Несмотря на разницу в размерах, тысячелетиями корабли были схожи между собой в одном: они держатся на воде за счет закона Архимеда, гласящего, что погруженное тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объема жидкости. И греческие триеры, и испанские галеоны, и громадные атомные авианосцы подчиняются этому правилу. И лишь один тип кораблей предпочитает обходной путь - суда на воздушной подушке. Вместо того чтобы по старинке разгонять килем воду, они взмывают над ней, опираясь на слой сжатого воздуха, создаваемый под корпусом с помощью специальных воздухонагнетателей.

Хотя первые подобные корабли появились в двадцатом веке, принцип, позволяющий им парить над водной гладью, был открыт еще в начале восемнадцатого столетия шведским ученым-естествоиспытателем Эммануэлем Сведенборгом. Изучая атмосферное давление, он предположил, что сжатый воздух можно использовать для подъема судна над водой. И даже разработал проект небольшого корабля с механическими лопастями, нагнетающими воздух под днище. Замысел так и не реализовали, поскольку мускульной силы для создания нужного давления явно не хватало, а двигателей человечество еще не знало.

ПЕРВЫЕ ПОПЫТКИ

Тем не менее работа Сведенборга взбудоражила умы изобретателей, долгое время пытавшихся реализовать его задумку. Подобные попытки предпринимались и в России - например, в 1853 году в Петербурге была рассмотрена заявка на патент «трехкильного духоплава». Небольшая экспериментальная лодка должна была приподниматься над водой за счет воздуха, закачанного с помощью системы мехов под днище. Впрочем, несмотря на ряд оригинальных находок, успеха изобретателю добиться не удалось.

Верную дорожку к созданию кораблей на воздушной подушке нащупали только в самом конце XIX - начале XX века. В1897 году американский изобретатель Кутбертсон запатентовал корабль со скегами - бортовыми стенками, которые удерживают нагнетаемый воздух от быстрой утечки, создавая повышенное давление между днищем и водой. В 1909 году шведский инженер Ханс Динесон предложил применять для удержания воздушной подушки резиновые перемычки. Наконец, в 1916 году, в разгар Первой мировой войны, появился работающий корабль, использовавший воздушную подушку.

Речь идет об экспериментальном глиссере конструкции австрийского инженера Дагобера Мюллера фон Томамюля. Его отличительной чертой стал нагнетающий винт, создававший повышенное давление под днищем скоростного катера и, тем самым, облегчавший переход в режим глиссирования. Разработку так и не приняли на вооружение, поскольку ее мореходные качества оставляли желать лучшего, а обстановка на фронтах не давала австрийцам ни малейшего шанса на доработку. И все же на развивший в ходе испытаний скорость в сорок узлов катер обратили внимание. Идеи Томамюля стали основой для появления первых советских скоростных кораблей со скегами.

СОВЕТСКИЙ ПРОРЫВ

В СССР 1920-30-х годов требовался новый, невиданный ранее транспорт, и суда на воздушной подушке подходили под этот образ как нельзя лучше. Честь быть первопроходцем в их создании принадлежит профессору Владимиру Израилевичу Левкову, начавшему работу над своими аппаратами еще в 1925 году. Первые шаги были сделаны собственными силами при поддержке студентов: построена аэродинамическая труба, открыта лаборатория. Вскоре на его разработки обратили внимание власти, стало поступать финансирование, первые заказы. В 1930 году Левкова сделали директором нового авиационного института в Новочеркасске.

Именно здесь был разработан трехместный катер на воздушной подушке «Л-1», испытанный летом 1935 года на Плещеевом озере. Небольшое судно имело три винта, On два из которых нагнетали воздух под корпус, а третий приводил конструкцию в движение.

Успех «Л-1» вызвал живой интерес, и вслед за первой моделью была спроектирована целая линейка экспериментальных аппаратов, в том числе дюралюминиевый «Л-5» водоизмещением 8,6 тонны, который развил скорость в фантастические для тех лет 73 узла. Его даже собирались использовать для спасения дрейфовавших на льдине полярников-папанинцев, и только внезапная поломка помешала реализации этого плана. Зато интерес проявил военно-морской флот, заказав разработку боевых катеров. В самом начале 1940-х годов на вооружение Балтийского флота были приняты четыре машины, вооруженные торпедами и пулеметами.

К сожалению, начавшаяся война заставила отказаться от планов по дальнейшему развитию аппаратов Левкова. Они имели ряд недостатков, требовавших доработки. В условиях критической обстановки на фронтах командование предпочло проверенные типы судов новым. Даже построенные скеговые корабли на воздушной подушке не приняли участия в боевых действиях.

ДАЛЬНЕЙШАЯ СУДЬБА

В послевоенное время в СССР о судах на воздушной подушке на некоторое время забыли - зато ими заинтересовались за рубежом. В середине 1950-х первые действующие экземпляры создал английский изобретатель Кристофер Коккерелл. В отличие от Левкова, он использовал не скеги, а замкнутое кольцевое сопло, которое полностью ограждало воздушную подушку по периметру. Установленные сверху аппарата турбореактивные двигатели позволяли развивать скорость до 120 километров в час.

Еще более революционным стал корабль Латимера-Нидхэма, который придумал использовать гибкое ограждение-юбку, способную одновременно удерживать воздушную подушку и с легкостью преодолевать различные препятствия. Схема оказалось столь удачной, что она до сих пор используется повсеместно. После покупки в 1961 году патента на это изобретение компанией «Уэстлэнд» начался выпуск первых в мире серийных судов на воздушной подушке.

С этого начался золотой век этого типа транспортных средств. Великобритания, США и СССР создают один транспорт за другим. Наиболее впечатляющими снова оказались советские разработки, вершиной которых стал десантный корабль «Зубр» - самое большое судно на воздушной подушке в мире. Его грузовой отсек рассчитан на три танка, десять бронетранспортеров или же до пятисот бойцов морской пехоты в полном вооружении. Плавучесть обеспечивает прямоугольный понтон, составляющий основную часть корпуса и включающий в себя, кроме десантного отделения, каюты, помещения для экипажа, силовые установки. Воздушная подушка создается за счет нагнетания под «юбку» воздуха четырьмя мощными турбинами диаметром в 2,5 метра каждая.

Еще три четырехлопастных винта создают тягу, которая разгоняет судно до 111 километров в час, а способность подплывать почти к любому побережью позволяет «Зубрам» производить стремительные десантные операции. Для самообороны и поддержки высадки морской пехоты корабли снабжены собственным вооружением: две 30-мм автоматические артиллерийские системы, две пусковые установки 140-мм неуправляемых реактивных снарядов и восемь переносных зенитно-ракетных комплексов «Игла». Созданный в 1980-х годах, «Зубр» получил заслуженное признание не только на родине, но и за рубежом, став первым советским кораблем, который закупило для своего флота государство-член НАТО.

И В СНЕГ, И В ЗНОЙ

И все же корабли на воздушной подушке не стал и по-настоящему массовым средством передвижения. Помимо большого перечня достоинств, им свойственен и ряд недостатков. Одним из наиболее критичных является сравнительно низкая мореходность: из-за почти полного отсутствия контакта с водой такие корабли испытывают на себе сильное влияние ветра, их нельзя использовать уже при скорости в 12-15 метров в секунду. Оставляет желать лучшего управляемость и маневренность таких кораблей. Но самый большой недостаток - достаточно высокая стоимость эксплуатации, обоснованная сложностью конструкции и повышенным износом из-за вибрации и огромного числа брызг, поднимаемых в воздух при движении и приводящих к коррозии.

По этим причинам разработка крупных транспортов на воздушной подушке пока приостановлена. Вместо этого делается акцент на маломерных гражданских судах, способных передвигаться по заболоченной местности, небольшим речкам, в том числе горным, там, где нет дорог. Такие транспортные средства достаточно прочно закрепились в парке спасательных служб всего мира.

Возможно Вам будет интересно:

• 
  
• 
  

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. Парящие суда представляют значительный интерес и для любителей водно-моторного спорта и для туристов.

Проектирование и постройка судов на воздушной подушке сложнее, чем обычных водоизме-щающих или глиссирующих катеров. Однако опыт постройки мелких судов на воздушной подушке отдельными любителями (как в СССР, так и за рубежом) 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 табл. 1).

Сопловой способ создания воздушной подушки . Воздух от вентилятора поступает по соответствующим каналам к соплу, устроенному по периметру судна (рис. 6). Кольцевое сопло конструируется так, что воздух направляется под днище судна под некоторым углом к его центру, формирует область повышенного давления и создает воздушную завесу.

Мощность, затрачиваемая на создание воздушной подушки, у судов этого типа меньше, чем у аналогичных судов с камерной схемой (без ножей). Остойчивость обеспечивается лишь при малых углах наклона (до 2°), поэтому для улучшения остойчивости на больших углах крена устраивают два ряда сопел или секционированное днище (с перегородками или продольными и поперечными сопловыми устройствами).

Сопловая схема предпочтительна для судов с полным отрывом от поверхности воды и с большими, чем при камерной схеме, скоростями (до 60-80 узлов).

На рис. 7-13 показаны аппараты, имеющие сопловую схему.

Суда на воздушных крыльях . У судов этого типа - экранопланов - подъемная сила создается на воздушном крыле за счет скоростного напора встречного потока воздуха (рис. 14). Эти суда могут иметь и комбинированный способ создания воздушной подушки: подъем судна без движения создается вентиляторами, а по достижении определенной скорости вентиляторы отключаются, и парение осуществляется на крыльях.

Подъемная сила крыла у опорной поверхности значительно больше, чем при удалении от нее. Высота парения судов на воздушных крыльях предусматривается такой, чтобы она превышала высоту гребней волн, а скорость - достаточной для создания подъемной силы, обеспечивающей указанную высоту парения. Диапазон скоростей этих судов от 60-70 до 250-300 узлов.

Появившиеся недавно суда на воздушных крыльях проще, чем суда первых двух типов или суда с комбинированной схемой. Общие энергетические затраты на подъем и движение у них меньше, а возможности достижения высоких скоростей значительно больше.

На рис. 14 и 15 показаны аппараты этого типа. Они представляют собой крыло, наклоненное к горизонту на угол 10-15°, с боковыми ограждениями (шайбами). В передней части крыла установлен воздушный винт, ось которого также имеет наклон. Воздушный винт нагнетает воздух под крыло, что позволяет уже на стоянке поднять судно над поверхностью воды. При движении высота парения достигает 10-15% хорды крыла.

Наклонение аппарата в продольном направлении осуществляется специальным рулем, устанавливаемым в плоскости крыла. Поворотливость обеспечивается вертикальными рулями.

В настоящее время точный расчет судов этого типа теоретически, очевидно, не разработан, но простота их конструкций позволяет в большинстве случаев произвести опыты на моделях самостоятельно и получить основные исходные данные для расчетов.

Рассматриваемые ниже некоторые основные теоретические положения и практические данные, необходимые для проектирования судов на воздушной подушке, будут относиться лишь к судам камерного и соплового типов.

Аппарат «Чайка»

Достройка аппарата «Чайка» была завершена в конце лета 1963 г. Испытания его над землей (во дворе института) показали удовлетворительные качества по управляемости, остойчивости и ходкости. Однако слишком малая высота парения - всего 4-5 см - и перегрев двигателя над вентилятором не позволили испытать его в морских условиях осеннего периода.

Предполагалась окончательная доводка его в 1964 г., однако отсутствие более мощного двигателя (на вентилятор для увеличения высоты парения) послужило причиной прекращения работ по превращению «Чайки» в судно. Начались поиски новых путей.

Зимой 1963-1964 гг. был разработан новый проект и испытана модель более перспективной разновидности аппаратов на воздушной подушке с двигателями малой мощности - судна на воздушном крыле.

Совместно со студентами весной мы построили такой одноместный аппарат и провели некоторые его испытания уже не только во дворе, но и на море. Мы убедились, что на базе тех же двух моторов «ИЖ-60к» можно получить значительно более высокие характеристики, и в частности скорость порядка 100-120 км/час при высоте парения 20-25 см.

Конструктивно новый аппарат-экраноплан оформлен в виде катамарана с палубой в форме крыла. По окончании доводки и испытаний, которые, очевидно, состоятся весной или летом 1965 г., мы расскажем об этом аппарате подробнее.

Выбор основных характеристик судна

Высота парения . Одной из основных задач проектирования судна на воздушной подушке является выбор рациональной высоты парения. Высота парения определяет проходимость судна над твердой поверхностью, имеющей те или иные неровности, и, естественно, должна превышать их высоту.

Движение по взволнованной водной поверхности может осуществляться как в условиях парения корпуса судна над гребнями волн, так и при высоте парения меньшей, чем высота волн. В последнем случае движение сопровождается ударами волн о корпус судна, что приводит к потере скорости. Снижение скорости будет тем большим, чем больше высота волн превышает высоту парения; если высота волн превышает высоту парения в 1,5-2 раза, потеря скорости может составить 20-30%. Эксплуатация судов на воздушной подушке возможна даже в условиях, когда высота волны превышает высоту парения в 4 и более раз, однако потеря скорости при этом будет весьма значительной (около 50%).

Достижение высоты парения, которая обеспечила бы движение над гребнями волн при значительной их высоте, потребует больших энергетических затрат, растущих с увеличением высоты парения. По этой причине высоту парения следует выбирать умеренной, ограничивая район и условия плавания.
Минимальная высота парения, обеспечивающая нормальную эксплуатацию мелких судов в хорошую погоду:

• для малых рек и озер 3 см;
• для больших рек и озер 5 см;
• для прибрежного морского плавания 8- 10 см.

При выборе высоты парения следует учитывать, что на подъем каждых 100 кг веса малого судна на высоту 1 см необходимо затратить 0,6-1,0 л. с. мощности двигателя, приводящего во вращение вентилятор.

Форма и размеры судна . Минимальные энергетические затраты на подъем судна (при заданных высоте парения, весе аппарата и площади подушки) могут быть получены при минимальном периметре днища. Это обусловлено тем, что утечка воздуха из воздушной подушки пропорциональна ее периметру. Из всех геометрических фигур этому условию в наибольшей степени удовлетворяет круг.

Однако при определении сопротивления движению судна можно установить, что увеличение отношения длины судна к его ширине (L/B) желательно для снижения сопротивления движению.

Оптимальная форма днища в плане может быть получена путем варьирования. Обычно отношение L/B колеблется в пределах 2-2,5.

Для обеспечения нормальной эксплуатации судов на воздушной подушке над взволнованной водной поверхностью их носовую часть выполняют по форме, напоминающей носовые обводы обычных судов, С целью снижения сопротивления движению обводы корпуса судна на воздушной подушке следует выполнять удобообтекаемой формы.

Обеспечение остойчивости . Как известно, остойчивостью судна называют способность возвращаться в первоначальное прямое положение, из которого его вывели внешние силы.

Остойчивость судов на воздушной подушке достигается иными путями, чем для водоизмещаю-щих судов. Как уже отмечалось, для этой цели необходимы специальные устройства. На судах с общей подкупольной камерой - это боковые поплавки, которые при наклонениях опираются о воду, или разделение подкупольной части на отсеки с пластинами (ножами) в продольном и за-хлопками в поперечном направлениях; на судах с одноконтурной сопловой схемой образования подушки - это, обычно, устройство второго ряда сопел.

Как и для водоизмещающих судов, понижение центра тяжести - ЦТ судна или его повышение приводит соответственно к увеличению или уменьшению остойчивости аппарата.

Удифферентовка судна на режиме парения без хода обеспечивается при размещении ЦТ судна и центра давления воздушной подушки на одной вертикальной прямой. При хорошо обеспеченной остойчивости судна некоторое смещение ЦТ относительно центра давления к существенному дифференту не приводит, но оно может сильно повлиять на величину сопротивления движению (как в положительную, так и в отрицательную сторону). По мнению некоторых специалистов, для снижения горба волнового сопротивления ЦТ следует смещать в нос на 2-3% L.

Поворотливость и торможение . Обеспечение нормальных маневренных качеств судов на воздушной подушке представляет собой весьма сложную и недостаточно изученную задачу. Для обеспечения поворотливости малых судов обычно применяются воздушные рули. Иногда поворот осуществляется наклонением аппарата или отклонением воздушных струй, либо изменением режима работы двух воздушных винтов регулируемого шага.

Торможение осуществляется воздушными винтами регулируемого шага, наклонением аппарата либо направленным воздушным потоком. Достаточно быстрое торможение при движении над водной поверхностью может быть осуществлено при остановке двигателей вентилятора и движителей.

Брызгообразование . Одним из основных недостатков судов на воздушной подушке является большое брызгообразование, которое ухудшает обзор из рулевой рубки, особенно на малых скоростях движения, увеличивает сопротивление судна движению и требует герметизации электрооборудования двигателей, установки фильтров на карбюраторы и т. п. На больших скоростях движения брызги остаются за кормой и существенных неприятностей не приносят.

Уменьшение брызгообразования может быть достигнуто путем снижения давления в подушке, что связано с увеличением ее площади или уменьшением веса судна (брызгообразование отсутствует при давлении в подушке менее 10 кг/м 2).

Брызгообразование судов с камерной схемой обычно меньше, чем у сравнимых судов с сопловой схемой. Наименьшее брызгообразование может быть достигнуто у аппаратов с воздушными крыльями.

Конструкция корпуса . Конструкция корпуса должна обеспечивать достаточную прочность судна при минимальном весе. Отметим, что конструктивные узлы корпусов судов на воздушной подушке больше напоминают конструкции не судна, а самолета.

Толщина обшивки из алюминиевых сплавов на построенных в настоящее время судах весом до 30 т не превышает 1,5-2 мм, на судах весом до 10-15 т всего 0,7-1,5 мм. Как правило, листы большей толщины устанавливаются в носовой части и на днище, воспринимающих удары волн. Следует также учитывать, что при эксплуатации судна на воздушной подушке удары волн могут привести к резкому торможению и, следовательно, появлению больших усилий инерционного характера. В связи с этим крепления различных деталей и узлов, обладающих большой массой, должны быть достаточно прочными.

К материалу для изготовления корпуса предъявляются следующие основные требования:

• как можно меньшее отношение удельного веса к прочности;
• водо- и воздухонепроницаемость;
• устойчивость к коррозии;
• простота обработки и сборки конструктивных узлов.

Материалами, удовлетворяющими этим требованиям, могут быть: алюминиевые сплавы; пластические массы, армированные стеклянными или хлопчатобумажными тканями; водостойкая фанера и другие.

Для получения простого и легкого корпуса особый интерес может представить конструкция каркасного типа, обтянутая хлопчатобумажной тканью или пластмассовой пленкой. Для придания ткани водонепроницаемости и прочности ее следует пропитать эпоксидной или полиэфирной смолой.

Вес корпуса аппаратов на воздушной подушке, приходящийся на 1 м 2 площади в плане, колеблется в пределах от 10 до 30 кг.

Определение мощности, потребной для создания воздушной подушки

Камерный способ . Для аппаратов с камерной схемой создания подушки энергетические затраты связаны со свободной утечкой воздуха из-под днища по всему периметру судна или в его части, если имеются ограждения в виде бортовых ножей, носовых и кормовых захлопок и т. п. (рис. 16).

Производительность вентилятора должна равняться расходу воздуха. Расход воздуха или производительность вентилятора для камерной схемы:

где S - площадь прохода, через который воздух выходит из-под днища, м 2 ;
v - скорость истечения воздуха, м/сек.
Площадь прохода воздуха:
где П - периметр судна по нижней кромке купола, м;
h c - высота струи, м.

Так как при выходе из-под купола струя сужается, высота струи несколько меньше высоты парения h и может быть принята h c - 0,7÷0,8 h.

Скорость истечения может быть с достаточной степенью точности определена по формуле свободного истечения воздуха из сосуда, т. е.:

где Р - избыточное давление под куполом, кг/м 2 ;
g - ускорение силы тяжести, м/сек 2 ;
у - удельный вес воздуха, кг/м 3 .

Тогда производительность вентилятора определится как:

а мощность, затрачиваемая на подъем:

где η B - коэффициент полезного действия вентилятора.

Сопловой способ . У аппаратов с сопловой схемой образования воздушной подушки расход воздуха (рис. 17) относительно меньше, чем у аппаратов с камерной схемой.

Определение мощности, потребной для создания заданной высоты парения, характеристик вентилятора и других исходных данных проектирования при сопловом способе представляет собой более сложную задачу.

Для приближенных расчетов мощности, затрачиваемой на подъем, можно воспользоваться формулой:

При двухконтурной сопловой схеме потребная мощность должна быть увеличена примерно на 20%.

Выбор двигателя и вентилятора

После установления потребной мощности вентилятора следует приступить к подбору двигателя. Основные требования, которые следует предъявлять к двигателям судов на воздушной подушке:

1) минимальный вес двигателя, приходящийся на 1 л. с.;

2) надежность эксплуатации в условиях интенсивного брызгообразования.

При мощностях до 30 л. с. основному требованию (минимальный относительный вес) отвечают двигатели мотоциклетного типа. Однако следует учитывать, что условия эксплуатации этих двигателей на мотоциклах и на катере на воздушной подушке существенно отличаются как по характеру работы двигателя, так и по условиям его охлаждения. Поэтому при использовании мотоциклетного двигателя расчетной следует считать не максимальную мощность, а мощность, при которой может быть осуществлена долговременная его работа (примерно 0,7÷0,8 N макс).

Необходимо обеспечить интенсивное охлаждение двигателя при его работе и хорошую фильтрацию воздуха, поступающего в цилиндры через карбюратор.

Для получения минимального веса всей установки задачу по выбору типа двигателя надо решать комплексно, одновременно с выбором передачи от двигателя к вентилятору и конструкции вентилятора. Известно, что изменение числа оборотов вентилятора приводит соответственно к изменениям конструктивных размеров и веса при той же производительности.

Одним из основных конструктивных элементов судна на воздушной подушке является вентилятор, поэтому выбор его размеров и конструкции должен быть произведен особенно тщательно. Как указывалось ранее, потребная производительность вентиляторов для судов с сопловой схемой на 30-40% меньше, чем для судов с камерной схемой при той же высоте парения. Это обстоятельство позволяет применять для сопловых схем вентиляторы меньших габаритов, что является дополнительным преимуществом сопловой схемы.

Определение основных элементов вентиляторов для судов на воздушной подушке производится методами, изложенными в специальной литературе, и обычно затруднений не вызывает.

В настоящее время для создания воздушной подушки применяются преимущественно осевые вентиляторы, однако с успехом могут применяться вентиляторы и других типов.

Расположение вентиляторов обусловливается необходимостью равномерного распределения давления по площади днища и весовой удифферентовки. Обычно их располагают симметрично относительно ЦТ площади подушки или на вертикальной оси, проходящей через него.

Заслуживают внимания вентиляторные схемы, использующие скоростной напор встречного воздуха. В отдельных случаях при использовании таких схем вентиляторы получают горизонтальную ось вращения и располагаются со смещением к носу. Несмотря на заманчивость применения этой схемы, следует иметь в виду, что решить такую задачу очень сложно. Вентиляторы на стоянке и при движении будут работать в различных условиях, а это может повлечь значительное усложнение их конструкции и привести к необходимости применения поворотных лопаток с целью сохранения постоянного значения к. п. д. при изменении условий работы, без чего преимущество такой схемы может быть сведено к нулю.

Особое внимание надо уделить обеспечению прочности вентилятора и его крепления к корпусу. При проектировании и изготовлении вентилятора следует помнить о необходимости его балансировки. Недостаточная отбалансированность может привести к сильной вибрации и даже к разрушениям вентилятора и связанных с ним конструкций.

Расчетные характеристики вентилятора должны выбираться с учетом схемы создания воздушной подушки. Для камерной схемы производительность Q можно найти по приведенным выше формулам, а напор И можно принять равным давлению в камере Р. Для сопловой схемы производительность вентилятора и давление следует определять с учетом потерь в воздухопроводах.

Статическое давление за вентилятором:

где k B - коэффициент, учитывающий потери давления в воздушных трактах. Для судов с сопловой схемой k B = 0,6÷0,7.

Тогда производительность определится по формуле:

Выбор параметров соплового устройства

Основными характеристиками соплового устройства, имеющими определяющее значение для выбора оптимальных параметров воздушной подушки, являются:

1) давление в воздушной подушке Р;

2) угол наклона сопла Θ (см. рис. 17);

3) ширина сопла t.

Давление в воздушной подушке для малых аппаратов колеблется в пределах 80-100 кг/м 2 .

Оптимальный угол наклона сопла 0opt может быть выбран по графику (рис. 18) в зависимости от отношений h/t и t/D O , где D O - эквивалентный диаметр:

Отношение высоты парения к ширине сопла принимается обычно в пределах от 2 до 3.

Сопротивление движению судов на воздушной подушке

Волновое сопротивление . Судно, парящее над водой, создает в ней углубление (рис. 19), глубина которого зависит от давления воздуха под днищем. При движении такого судна углубление водной поверхности перемещается вместе с ним и создает системы поперечных и расходящихся волн, картина которых аналогична волнообразованию водоизмещающего судна такой же формы. Таким образом, суда на воздушной подушке, так же как и водоизмещающие, испытывают волновое сопротивление.

По мере увеличения скорости движения картина волнообразования меняется. В начале движения волновое сопротивление растет довольно интенсивно, а затем столь же интенсивно падает. При числах Фруда:

превышающих 0,7, волновое сопротивление резко уменьшается. Из этого следует, что горизонтальный упор движителей должен обеспечивать преодоление максимума волнового сопротивления, а расчетная скорость должна быть выше:

Приближенно волновое сопротивление судна прямоугольной формы при различных отношениях сторон можно определить по формуле:

Произведя расчеты по указанной формуле, можно установить, что волновое сопротивление снижается с уменьшением соотношения сторон.

Воздушное сопротивление. Сопротивление воздуха движению судов на воздушной подушке является одним из главных видов сопротивления. Для определения величины воздушного сопротивления можно воспользоваться формулой:

Для точного определения величины коэффициента С х требуются специальные модельные испытания судна в аэродинамической трубе. Приближенно его значение можно принимать в пределах 0,3-0,5, причем для судов с удобообтекаемой формой оно будет ближе к 0,3.

Сопротивление потери импульса . При работе судов на воздушной подушке воздух захватывается вентилятором и переносится вместе с судном. Это обстоятельство приводит к потерям, называемым импульсным сопротивлением.

Сопротивление потери импульса для аппаратов, не предусматривающих отклонения струй воздуха в корму, может быть определено из выражения:

где Q - производительность вентилятора, м 3 /сек; V - скорость хода, м/сек.

В действительности же встречный поток воздуха при движении судна на воздушной подушке отклоняет в корму струи воздуха, выходящие из сопел. У большинства аппаратов отклонение струй предусматривается конструкцией, что позволяет получить дополнительный горизонтальный упор, величина которого может быть определена приближенно из выражения:

Если даже не учитывать сопротивление потери импульса и дополнительную тягу отклоненных струй, это не приведет к существенным ошибкам при проектировании судов со сравнительно малыми высотами парения; поэтому весь этот расчет практически можно не производить.

Движители

Создание упора для движения судов на воздушной подушке осуществляется различными способами (воздушные винты, водяные винты, возду-хометные движители и др.). Выбор типа движителя должен определиться в результате проектной проработки с целью получения наиболее экономичного аппарата.

Несмотря на разнообразие применяемых движителей, можно установить некоторые закономерности. Так, для судов весом до 0,7 т движение обычно осуществляется наклоном судна в нужную сторону или отклонением воздушной струи в сопловом устройстве специальными отклоняющими лопатками. Этим способом может быть получена скорость от 5 до 30 узлов, причем больший предел скорости может быть достигнут у судов, имеющих большую высоту подушки, так как это позволит осуществлять больший наклон.

На судах значительных размеров с камерной схемой и боковыми ножами с успехом применяются водяные винты. Поскольку наличие боковых ножей ограничивает их предельную скорость (20-30 узлов) и исключает выход судна на берег, установка водяных винтов, обеспечивающих на этих скоростях высокий к. п. д., оказывается наиболее целесообразной.

На судах с полным отрывом от воды и весом более 1 т в большинстве случаев в качестве движителей устанавливают воздушные винты. Это объясняется стремлением обеспечить возможность эксплуатации аппаратов на мелководье, на отмелях и с выходом на берег. Кроме того, проектные скорости судов с полным отрывом от воды (благодаря малому их сопротивлению) могут быть получены значительно более высокими (60-100 и более узлов). На этих скоростях к. п. д. воздушных винтов может быть даже большим, чем водяных, в то время как при меньших скоростях воздушные винты уступают водяным.
Подсчитаем (приближенно) составляющие весовой нагрузки.

1. Вес корпуса (принимаем 20 кг на 1 м 2 площади подушки) Р к = 20·S = 20·4 = 80 кг.

2. Вес двигателя вентилятора 50 кг.

3. Вес вентилятора 20 кг.

4. Вес двигателя воздушного винта 30 кг (предполагается работа двигателя «на прямую» со снятой коробкой передач и сцепления).

5. Вес воздушного винта 5 кг.

6. Вес фундаментов под двигатель вентилятора 8 кг.

7. Вес фундаментов под двигатель воздушного винта 12 кг.

8. Ограждение воздушных винтов 3 кг.

9. Рулевое устройство 7 кг.

10. Бензобаки и бензопроводы 5 кг.

11. Органы управления 5 кг.

12. Вес сиденья 5 кг.

13. Вес топлива 20 кг.

14. Грузоподъемность (2 человека) 140 кг.

Итого: 400 кг .

Литература

• Бенуа Ю. Ю., Корсаков В. М., Суда на воздушной подушке, Судпромгиз, 1962.
• Летунов В. С., Суда на воздушной подушке, «Морской транспорт», 1963.
• Корытов Н. В., X а л ф и н М. Я., Расчет энергетических характеристик судов на воздушной подушке, «Судостроение», № 9, 1962.

В конце XIX века многие инженеры и изобретатели занялись внедрением в практику новых судовых проектов. В скором времени стало ясно, что лучший способ преодолеть естественное сопротивление воды и следовательно, увеличить скорость движения судна — это исключить трение корпуса судна о воду, подняв его во время движения целиком над ее поверхностью. Кроме того, для удобства пассажиров необходимо было разработать транспортные средства, исключающие возможность постоянного воздействия волн на корпус судна.

Первые опыты, проведенные такими изобретателями, как Портер, Ханс, Денесон, Томамхул, Форланини, Крокко и др., ознаменовали собой рождение двух абсолютно новых типов судов — на воздушной подушке и подводных крыльях. СВП поднимается целиком над поверхностью воды посредством действия, либо статической, либо динамической воздушной подушки. СПК движется благодаря разнице в гидродинамическом давлении, возникающем на верхней и нижней плоскостях подводного крыла во время его движения сквозь водную среду. Оба типа могут иметь техническое воплощение на разных судах, поэтому нет ничего удивительного в том, что при отнесении СВП и СКП к определенному классу нередко возникают разногласия. Тем не менее каждый проект обладает своими отличительными особенностями.

Судно на воздушной подушке

Существуют два основных типа аппаратов, использующих близость опорной поверхности. Одни из них движутся над поверхностью, с помощью ими же создаваемой статической воздушной подушки, другие при движении получают аэродинамическую подъемную силу как и самолет, но под корпусом у них образуется динамическая воздушная подушка.

Существуют две схемы образования статической воздушной подушки:

1. Камерная, когда воздух подается непосредственно в подкупольное пространство;
2. Сопловая, когда он подается через сопла, расположенные по периметру.

В камерной схеме получила отражение простейшая из концепций эффекта близости опорной поверхности. Воздух с помощью нагнетателя системы подъема подается непосредственно в подкупольное пространство, имеющее очертания колокола или перевернутой миски для пудинга, где он создает подушку из сжатого воздуха, которая обеспечивает подъем судна над поверхностью на заданную высоту парения. Воздух подается в подкупольное пространство в объеме, достаточном для восполнения его потерь в результате утечки из-под днища судна. Современные суда с камерной схемой образования воздушной подушки снабжены гибким пологом из эластичного материала, который провисает между корпусом и поверхностью, обеспечивая больший клиренс над препятствиями или волнами.

Современное судно на воздушной подушке

Среди судов, созданных по этой схеме, следует отметить СВП со скегами, у которых воздушная подушка удерживается жесткими бортовыми стенками или килями и поперечными гибкими ограждениями в носу и корме и сконструированные Бертином СВП типа „Нэвиплан” и платформы „Терраплан”, имеющие многокамерную схему образования воздушной подушки, состоящую из множества куполов-камер, каждая из которых снабжена легким гибким ограждением. Ввиду относительной простоты конструкции, суда с камерной схемой образования воздушной подушки, снабженные гибким ограждением, получили предпочтение у энтузиастов легких СВП, особенно у тех, кто занимается конструированием и постройкой таких аппаратов в домашних условиях.

Существует тип СВП, в которых воздушная подушка образуется по сопловой схеме, разработанной на основе оригинального принципа, выдвинутого Кристофером Кокереллом. В данном случае воздушная подушка возникает и удерживается с помощью постоянно подаваемых струй воздуха, которые вырываются через сопла, расположенные по внешнему периметру основания корпуса судна. Гибкие ограждения, которыми оснащается этот тип судов, могут иметь вид продолжения, либо только внешних стенок воздушных каналов, либо как внутренних, так и внешних.

В зависимости от принципов аэрогидродинамической компо­новки экранопланы выполняют по схемам „летаюшее крыло” и самолетной. В первом случае корпус экраноплана обычно представляет собой, крыло малого удлинения, по бортам которого, установлены концевые шайбы-поплавки. При движении в результате скоростного напора воздуха, на крыле образуется аэродинамическая подъемная сила. Корпус и весь планер, включая хвостовое оперение экраноплана, выполненного по самолетной схеме, как правило, напоминает обычный одно или двух корпусной гидросамолет (летающую лодку). Основной особенностью экраноплана, отличающей его от самолета, является то, что его аэродинамическая и конструктивная компоновки обеспечивают возможность полета аппарата на небольшой высоте от экрана (поверхности воды или земли).

При этом существенно повышается аэродинамическое качество, что в свою очередь приводит к уменьшению расхода топлива и тем самым к увеличению почти вдвое, дальности полета и полезной нагрузки экрано­плана. Преимущества полета с использованием эффекта близости опорной поверхности, были доказаны еще 50 лет тому назад. Тогда этот эффект помог пилотам первых гражданских самолетов, увеличить дальность полета при пересечении районов Южной Атлантики. Летчики королевских ВВС и транспортной авиации Великобритании, во время второй мировой войны часто прибегали к его „услугам”, при возвращении к родным берегам, особенно если горючее было на исходе или самолет был поврежден.

Одним из ведущих конструкторов аппаратов этого класса, является доктор Александр Липпиш, „отец” дельтавидного крыла и создатель самого скоростного истребителя, периода второй мировой войны - Me-163. Характерная особенность конструкции экраноплана „Аэрофойлбоут” Х-112А, выполненного по самолетной схеме, заключается в том, что путем использования перевернутого V — образного крыла, удалось устранить килевую неустойчивость — одну из главных проблем для всех, кто совершал полет близко к поверхности, особенно на самолетах с обычными крыльями, в момент сближения с поверхностью. Нормальным явлением в авиации считается смещение центра давления в направлении хвоста аппарата, что приводит при движении к наклону носовой части. Конструкция доктора Липпиша выполнена иначе.

Экраноплан на воздушной подушке

Его экраноплан благодаря удачно выбранной схеме хвостового оперения и форме крыла демонстрирует надежную устойчивость полета. Устойчивость его такова, что он может при необходимости совершать полет над экраном или свободный полет практически на любой высоте, а затем снова возвращаться в режим полета над экраном. Это позволяет ему преодолевать высокие берега, береговые или портовые сооружения, речные извилины, мосты и т.п. Однако при выходе из зоны действия экрана экономические преимущества экраноплана утрачиваются, поскольку для свободного полета и поддержания высоты, необходимо увеличить мощность двигателей, а тем самым и расход топлива.

Гибкие ограждения

Если бы не было изобретено гибкое ограждение, то идея создания судна на воздушной подушке, вряд ли продвинулась далеко от той стадии, на которой к ней относились как к просто интересной технической новинке. Благодаря использованию гибких ограждений увеличилась высота воздушной подушки при заданной подъемной силе, в десять раз и уменьшились на 75 % размеры судов, предназначенных для эксплуатации в условиях волнения моря. Полученные при этом экономические преимущества, пожалуй, лучше всего проиллюстрировать, сравнив размеры оснащенных гибкими ограждениями судов с не оснащенными, которые потребовались бы для обслуживания линии через Ла Манш, где нередко высота волн превышает 2 м. Полная масса судна без гибкого ограждения, обладающего для обеспечения клиренса в 2,2-2,4 м, необходимыми размерами и мощностью двигателя составила бы, примерно 700-800 т.

Использование ограждений на современном СВП SR.N4 позволяет уменьшить его массу до 200 т. Кроме того, для более крупного судна, лишенного гибкого ограждения, мощность двигателя составила бы 54,4 тыс. л. с., т. е. в четыре раза больше, чем обеспечивают четыре газовые турбины „Мэрин Протей” на СВП SR.N4. Ведущими фирмами по проектированию и изготовлению гибких ограждений для СВП являются: „ФПТ продактс лимитед”, входящая в состав фирмы „Бритиш ховеркрафт корпорейшн”, „Ховеркрафт дивелопмент лимитед”, „Эейвон раббер компани”. После первых испытаний простейших типов гибкого ограждения в виде резиновой полости фирма „Бритиш ховеркрафт корпорейшн” в 1965 г. решила переключить всю исследовательскую деятельность на разработку типа ограждения, на основе так называемого двухъярусного гибкого ограждения с сегментными элементами.

В такой системе, сжатый воздух от нагнетателей системы подъема, сначала поступает в гибкий ресивер, а затем через сопла в зону под днищем судна, что и приводит к образованию воздушной подушки. В основании гибкого ресивера ниже каждого сопла, имеется раскрытый на конце сегментный элемент, через который воздух направляется внутрь к центру зоны воздушной подушки. Первоначально сегментные элементы применялись для устранения разбрызгивания и уменьшения сопротивления, при движении в открытом море. Но они существенно предотвращают износ и старение всего гибкого ограждения, а так как их можно легко заменять, способствуют уменьшению эксплуатационных расходов.

Чертеж гибкого ограждения на СВП

Поначалу высота сегментных элементов по отношению к высоте всего гибкого ограждения составляла примерно 30 %, со временем это отношение увеличилось до 50 %. В соответствии с первоначальными проектами такие суда, как SR.N4 и SR.N6, эксплуатировались с дифферентом на корму 1,5°, со слегка приподнятым носом, что снижало возможность резкого уменьшения скорости в случае, если бы носовая часть гибкого ограждения „загребла” воду. В результате такого режима работы, кормовые сегментные элементы имели значительно больший износ, чем носовые. Они выдерживали эксплуатацию в течение 100 ч, в то время как носовые — около 500 ч.

В значительной степени благодаря исследованиям, предпринятым фирмами «Бритиш ховеркрафт корпорейшн” и „Бритиш рейл” на судах SR.N4 и SR.N6, в 1972 г. появилось новое понижающееся к корме конусообразное гибкое ограждение. Высота его в носовой оконечности была увеличена приблизительно на 75 см, что позволяло поддерживать необходимый дифферент судна, а затем она уменьшалась до нормальной в кормовой оконечности. Это означало, что судно теперь как бы „посажено” на ограждение, сконструированное с дифферентом на корму в 1,5°C. В результате этого усовершенствования на обоих судах, было отмечено значительное уменьшение износа сегментных элементов гибкого ограждения в кормовой оконечности. Достойной внимания особенностью гибких ограждений, сконструированных фирмой „Бритиш ховеркрафт корпорейшн”, является наличие в них сопл остойчивости, улучшающих остойчивость судна.

На SR.N6 в виде гибкой емкости установлены два сопла остойчивости:

1. Продольное килевое;
2. Разделенное пополам поперечное.

На гораздо более крупном судне SR.N4, воздушная подушка разделена на три отсека, поскольку продольное сопло остойчивости установлено от кормы только до поперечного сопла. Благодаря разделению воздушной подушки на отсеки достигается относительно высокая устойчивость, против килевой и бортовой качки, что в свою очередь предотвращает излишне длительный контакт ограждения с поверхностью воды. При определенных неблагоприятных условиях, носовая часть гибкого ограждения может соприкасаться с поверхностью воды, в силу чего постепенно усиливается торможение, а затем может возникнуть „зарывание” носом. Если это явление не предусмотреть, то последует резкое снижение скорости судна, известное как „вспахивание”, а это может привести к серьезной потере остойчивости и возможно, к возникновению переворачивающего момента.

Поскольку внешний край носовой части гибкого ограждения растягивается по направлению к центру судна (обозначено в терминологии как „подгибание”), то происходит резкое уменьшение стабилизирующего момента давления в воздушной подушке. По мере увеличения угла дифферента на нос корма стремится приподняться над поверхностью, образуя слишком большой зазор. Возникает скачкообразное значительное падение скорости, а у малых судов, кроме того, усиливается опасность перевертывания, под действием попутных волн, увеличивающих угол килевой качки.

Для того, чтобы облегчить решение проблемы „подгибания” и „вспахивания”, фирма „Бритиш ховеркрафт корпорейшн” предложила поднять линию крепления гибкого ограждения на судне SR.N4MK.2 и катере ВН.7. На первом из них система, предотвращающая подгибание, закреплена на носовой части гибкого ограждения. Эта система обеспечивает необходимое сопротивление воздействию водной поверхности и предотвращает „подгибание” и „вспахивание”. Носовое гибкое ограждение на катере ВН.7 при соприкосновении с водой деформируется, задерживая тем самым возникновение „подгибания” и обеспечивая восстанавливающий момент. Суда типа SR.N4 эксплуатируются при высоте волны более 1 м и скорости движения 50 уз и больше.

Судно на воздушной подушке — «СВП»

Соприкосновение гибкого ограждения с поверхностью воды, при таких условиях эксплуатации, вызывает повышенные нагрузки, подобные испытываемым, например, шинами автомобилей во время кросса по бездорожью. Степень износа сегментных элементов гибкого ограждения, можно показать на примере опыта компании „Ховерллойд лимитед”, которая использует для перевозок между Рэмсгейтом и Кале три судна SR.N4. Ежегодно каждое СВП этой компании, находится в эксплуатации 4000 ч и за это время изнашивает 1500 сегментных элементов. Их стоимость является основной расходной статьей при эксплуатации СВП, к чему безусловно, следует добавить, также оплату труда специалистов по починке и замене сегментных элементов.

В настоящее время, ведутся исследования свойств различных материалов и технологии их обработки, которые улучшили бы характеристики износостойкости сегментных элементов. Износ происходит в основном, на высоких скоростях. Наивысшего уровня он достигает, при средних показателях волнения моря и скорости движения СВП 50 уз. При более спокойной поверхности моря, воздействие воды на сегментные элементы менее значительно, поэтому степень износа уменьшается. То же самое происходит и при более сильном волнении, когда скорость движения СВП снижается до 30-40 уз. Одним из методов, решающих проблему разработки лучших материалов для гибкого ограждения, является использование более легких и гибких тканей. Есть доказательства в пользу теории, что благодаря своей гибкости, такие материалы оказывают меньшее тормозящее действие, при контакте с водой.

Одним из ведущих проектов на основе этой теории, является отклоняющееся секционированное гибкое ограждение, разработанное фирмой „Ховеркрафт дивелопмент лимитед”. Гибким ограждением этого типа снабжены такие СВП, как HD.2, VT1 и VT2 фирмы „Воспер торникрофт”, ЕМ.2 и многие другие новые суда из тех, что строятся или уже находятся в эксплуатации. Это ограждение также применяют в промышленности, в том числе для оборудования тяжелых подъемных платформ массой до 750 т, транспорта и трейлеров на воздушной подушке. Такое гибкое ограждение состоит из крупных поперечно расчлененных элементов открытого типа — сегментных элементов, соединенных с корпусом, при помощи открытой петли. Подушка не разделена на отдельные отсеки и поскольку у воздушного потока нет никаких препятствий, при движении между петлей гибкого ограждения и воздушной подушкой, соотношение уровней давления в них практически одинаково и поэтому потери внутренней энергии незначительны.

Для изготовления гибких ограждений, используют тонкую ткань и в результате низкого уровня ее инерции, обеспечивается плавное движение судна. В силу того, что сегментные элементы гибкого ограждения занимают значительную часть всей его высоты, эта система позволяет судну преодолевать высокие волны и препятствия. Еще одно преимущество, которое дает использование этой системы, заключается в том, что корпус дна, на котором она применена, имеет скошенную от днища к бортам поверхность. Таким образом, когда судно лишено воздушной подушки, до внутренних точек соединения сегментных элементов можно добраться, не прибегая к помощи домкратов, что значительно упрощает уход и обслуживание гибкого ограждения. Фирма „Бритиш ховеркрафт корпорейшн” пришла к заключению, что наиболее пригодными материалами для изготовления гибких ограждений являются те, у которых основой ткани служит нейлон, либо терилен, покрытый сверху натуральным каучуком или неопреновой резиной.

Испытанию подвергались ткани из различных материалов, в том числе из стекла, хлопка, синтетических волокон и даже из стали, но результаты оказались неудовлетворительными. Выяснилось, что сталь и стекло неспособны противостоять непрекращающимся ударам волн, а хлопчатобумажные ткани и ткани из искусственного волокна, не обладают достаточной стойкостью к истиранию и не выдерживают длительной эксплуатации. На первоначальном этапе разработок системы гибкого ограждения, для гибкого ресивера были использованы также такие вещества, как нитрил РВК и полиуретан. Гибкие ограждения составляют около 15% всей массы 10-тонного СВГ1 SR.Nh и 10 % — 200-тонного SR.N4.

Военное судно на воздушной подушке

Также для улучшения эксплуатационных и массовых показателей, обычно выбирают такие размеры гибких ограждений, которые отвечают необходимым требованиям эксплуатации судна. Ширина гибкого ограждения, как правило, соответствует наибольшей высоте волны в том районе моря, где предстоит действовать данному судну. Испытания показали, что для обеспечения остойчивости судна, ширина гибкого ограждения не должна превышать 15-20% ширины воздушной подушки.

Подавляющее большинство СВП, способны работать в условиях, при которых высота волны, по крайней мере вдвое превышает высоту гибкого ограждения, особенно если волны длинные и могут быть преодолены без соприкосновения с ними основания носовой части СВП. Крупнейшей фирмой по изготовлению СВП по Франции, является СЕДАМ, которой принадлежит лицензия на производство по патентам Бертина аппаратов серий „Нэвиплан” и „Терраплан”. Особенностью этих проектов, является применение в них предложенной Бертином системы множества нагнетательных камер, воздух для которых поступает от нагнетателя системы подъема, либо отдельно для каждой, либо для целых групп камер.

Камера имеет отдельное гибкое ограждение, в которое через сопло подается воздух. В свою очередь, все они окружены единым периферийным гибким ограждением по периметру корпуса СВП. Модель „Периселл”, одна из последних разработок в этой области, сочетает в себе особенности системы гибкого ограждения с сегментными элементами и системы камер Бертина. В ней вместо бахромы или сегментных элементов у основания гибкой емкости, помещены отдельные крупные камеры. Такая конструкция имеет преимущества над системой гибкого ограждения с сегментными элементами, в части остойчивости в режиме остановки на воздушной подушке. Аппарат SES-100A стал одним из первых СВП, на котором был применен этот новый тип гибкого ограждения.

Энергетические установки

Энерго-вооружение систем подъема и движения СВП, зависит от состава оборудования, принятого в каждом конкретном проекте размеров СВП, той среды, в которой будет эксплуатироваться судно и от требуемых тактико-технических показателей. Кроме того, имеются другие факторы, которые следует принимать в расчет как тем, кто строит СВП, так и тем, кто их эксплуатирует.

Среди них:

• Мощность двигателя;
• Масса судна;
• Расход топлива;
• Срок эксплуатации до капитального ремонта;
• Приблизительная стоимость эксплуатации;
• Возможность обеспечения запасными частями;
• Масштабы ресурсов обеспечения, которыми располагает предприятие-изготовитель двигателей для СВП.

В состав энергетических установок современных судов на воздушной подушке, могут входить различные типы двигателей — от переоборудованных радиоуправляемых, подвесных, мотоциклетных бензиновых моторов, до используемых на SR.N4 четырех газовых турбин „Мэрин Протей” фирмы „Роллс-ройс” мощностью по 3600 л. с. (2600 кВт) каждая. Между этими крайними примерами можно отметить автомобильный двигатель „Крайслер” V8 мощностью 200 л. с. (147 кВт) на шестиместном СВП SH-2 фирмы „Силэнд”, три дизеля водяного охлаждения системы „Камминс” на судах НМ-2 фирмы „Ховермарин” и газовую турбину мощностью 900 л. с. (660 кВт) „Мэрин Гноум» на 58-местных морских пассажирских паромах серии SR.N6 Мк.1.

К настоящему времени ни одна фирма-изготовитель не обеспечена заказами на двигатели для СВП в такой степени, чтобы можно было оправдать проектирование особых систем для этой цели. Поэтому в качестве двигательных систем СВП, в настоящее время используются обычные стандартные проекты, в которых по мере возможности, применены усовершенствования, необходимые для эксплуатации в морских условиях. В таких двигателях большинство деталей и узлов, должно быть испытано на сопротивляемость коррозии, которая является неизбежным следствием воздействия морского воздуха, насыщенного солью.

Судно с газовыми турбинами, спроектированное для эксплуатации в морских условиях, снабжено толстыми фильтрами, состоящими из рыхлого переплетения металлических или пластиковых волокон, которые помещены в воздухозаборники двигателей, для очистки воздуха от воды и твердых частиц. В качестве дополнительной меры против попадания частиц соли и песка в двигатель, повсеместно применяется забор воздуха для двигателя, непосредственно из камеры нагнетателя системы подъема.

Советское пассажирское судно на воздушной подушке

На большинстве судов массой от 8-10 т и более фирмы-изготовители, предпочитают устанавливать газотурбинный двигатель, имеющий лучшие показатели отношения мощности к скорости движения и массы на единицу мощности (кг/л.с.). Однако многие работники транспорта в развивающихся странах избрали бы, вместо газотурбинного двигателя обычный дизель, так как его эксплуатация, снабжение топливом и уход за узлами обходятся дешевле. Кроме того, гораздо легче найти квалифицированного инженера по дизелям, чем по газотурбинным двигателям.

Хотя, некоторые из современных высокооборотных легких дизелей, вполне приемлемы для небольших пассажирских и боевых КВП, массой до 25 т, все же основными двигателями для более крупных судов, остаются различные модели газовой турбины, разработанные на базе авиационных. Проектируемый для нужд ВМС США 2000-тонный аппарат класса SES, будет оснащен шестью газовыми турбинами тина LM-2500 фирмы „Дженерал электрик” мощностью по 20 тыс. л. с. (18,4 МВт) каждая. Две из них передают мощность на нагнетатели системы подъема, а четыре — на водометные движители. Эти турбины относятся к самым мощным газовым турбинам в мире, однако, для энергообеспечения одних только движителей на кораблях класса SES следующего поколения, полная масса которых составит, около 12,5 тыс. т, потребуется в четыре раза большая мощность. Рассчитано, что этим кораблям, во время преодоления на скорости 42 уз горба сопротивления движению, потребуется мощность около 515 тыс. л. с. (290 МВт).

Высокая скорость движения и дальний радиус действия, могут быть обеспечены за счет значительного количества энергии. Такие факторы, как повышенные требования к качеству топлива и его высокая стоимость, вынудили правительство Соединенных Штатов приступить к изучению возможности использования, на крупных скеговых КВП ядерных энергетических установок. Значительная часть исследований до настоящею времени, проводилась в г. Кливленде (шт. Огайо) в исследовательском центре Льюиса национального управления по аэронавтике и космическим исследованиям (NASA), руководил ими Фрэнк И. Ром.

Ядерные энергетические установки, разрабатываемые NASA, для применения на кораблях класса SES, должны быть идентичны с системами, предназначенными для самолетов. В реакторе, окруженном корпусом и защитной отражательной системой, происходит нагрев жидкости (например, гелия) под высоким давлением, которая по трубам подается в теплообменник, расположенный между прямоточными турбореактивными двигателями и компрессором типичного турбовентиляторного двигателя. В этом случае, двигатель может работать на тепловой энергии, поступающей через теплообменник или в результате сгорания топлива в обычных камерах.

Для обеспечения абсолютно безопасной работы реактора, были детально рассмотрены различные меры защиты. Оболочка, окружающая реактор, спроектирована таким образом, чтобы полностью предотвратить выход продуктов ядерного распада, могущего произойти в случае серьезной аварии или разрушения реактора. А материалы, выбранные для изготовления защитного экрана, должны, согласно проекту, не только противостоять удару от соприкосновения, но также равномерно распределять тепло, накопленное при расплавлении. Поскольку стоимость ядерного топлива составляет всего около одной трети или одной шестой от стоимости химического топлива, получается значительная экономия. Теперь стало возможным строить надежные реакторы, рассчитанные на работу без загрузки в течение 10 тыс. ч.

Военный малый корабль на воздушной подушке

Другой привлекательной особенностью является то, что у крупных кораблей класса SES, масса ядерной энергетической установки, составит менее 10% массы всего корабля, равной 5-10 тыс. т. Специалисты NASA полагают, что со временем можно будет за счет использования ядерной энергии достигнуть уменьшения эксплуатационных расходов, до двух центов на тонно-милю. Они утверждают, что теоретически потребуется постройка целого флота из 1500 — 10000-тонных судов класса SES, которые будут использоваться для перевозки 10% мирового грузооборота. Причем эти 10%, по расчетам теоретиков, должны быть „присвоены” СВП именно потому, что удастся уменьшить стоимость их фрахта, до двух центов на тонно-милю. Перспектива эксплуатации подобных судов выглядит еще более привлекательной, чем это показывают приведенные цифры, если учесть возможность появления новых торговых маршрутов, которые без сомнения, возникнут в связи с низкой стоимостью, плюс гораздо большей скоростью перевозок.

Системы подъема

На нагнетатели системы подъема возложена задача, по обеспечению СВП воздухом, для его воздушной подушки. Нагнетатели часто считают сердцем и легкими этих судов, так как СВП по существу является воздуходувной системой, созданной для подъема над поверхностью и перемещения определенных грузов. Нагнетатель непрерывно подает значительный объем сжатого воздуха под днище судна, где он рассеивается и образует воздушную подушку, которая затем приподнимает судно, над поверхностью и удерживает его в устойчивом положении. Количество поступающего в подушку воздуха, должно быть достаточным для восполнения того воздуха, который истекает наружу по периметру СВП. В настоящее время используют в основном два типа нагнетателей. Как правило, чем крупнее судно, тем больше расход воздуха в подушку и выше давление в ней, хотя многое зависит от конструкции, массы и назначения каждого отдельного аппарата.

Самому малому современному пассажирскому судну-амфибии на воздушной подушке требуется давление в подушке порядка 10-15 фунт/фут 2 (44-66 кге/м 2) и расход воздуха 100-200 фут 3 /с (2,8-5,6 м 3 /с), а крупнейшим СВП — 60-70 фунт/фут 2 (260-310 кге/м 2) и расход воздуха до 27 000 фут 3 /с (760 м 3 /с).

Системы подъема:

• Осевые;
• Центробежные.

Хотя применение смешанной системы, сочетающей особенности того и другого типа, в отдельных случаях также было успешным. Осевой нагнетатель, подобно обычному авиационному воздушному винту, гонит воздух в направлении, параллельном оси вращения, в то время как центробежный нагнетатель захватывает воздух между лопастями, а затем выбрасывает его посредством центробежного ускорения наружу в радиальном направлении. Осевые нагнетатели применяются в основном в системах с вертикальным каналом. Они направляют поток воздуха вниз, непосредственно в воздушную подушку.

Относительная простота их конструкции и доступность постройки послужили причиной того, что их охотно используют изготовители малых СВП, с камерной системой образования подушки, особенно любители, строящие суда не в заводских условиях. Но из-за относительно низких показателей силы воздушного потока, эти нагнетатели приходится эксплуатировать в высокооборотном режиме, что приводит к увеличению уровня шума. Поскольку на крупных судах воздух перед поступлением в подушку, должен распределиться по всей длине и ширине довольно протяженного ресивера, то в этом случае налицо значительные преимущества центробежного нагнетателя. Он обеспечивает более высокий уровень статического давления, при более низкой скорости вращения, а также позволяет повысить расход воздуха в подушке. Центробежный нагнетатель обладает простой конструкцией, его установка несложна, а в эксплуатации он прочен и надежен.

Схема судна на воздушной подушке

Тем не менее в своем неуемном стремлении к обеспечению большего комфорта и эффективности, конструкторы не потеряли из виду возможность применения, на океанских СВП нескольких осевых нагнетателей с изменяемым шагом лопастей рабочего колеса, причем не только для обеспечения управления воздушным потоком системы подъема, но и в качестве средства для управления горизонтальными перемещениями судна. Был проведен анализ всего спектра волновых сил, после чего стало очевидно, что теоретически в зоне низких частот, где обнаруживается большая часть волновой энергии, вполне можно нейтрализовать горизонтальные перемещения, с помощью изменения шага рабочего колеса, подобно тому, как осуществляется изменение шага винта в авиации. Результаты исследований, дают основание надеяться, что горизонтальные ускорения могут быть уменьшены более чем в четыре раза, а движение судна будет соответствовать нормам комфортабельности.

Движители

Найдется очень немного видов движителей, которые не были испытаны на СВП, от парусов до воздушных винтов и от гребных винтов, до водометных движителей. Движитель выбирается с учетом назначения судна и технико-эксплуатационных показателей, которыми оно должно обладать. Воздушные движители того или иного типа, обычно устанавливаются на амфибийных СВП, в то время как водометные движители или гребные винты больше подходят для судов, спроектированных для передвижения, исключительно над водной поверхностью. Перечислим виды движителей, используемых в настоящее время, либо предложенных для использования в будущем.

Воздушные движители

• Воздушные винты;
• Воздушные винты в насадке;
• Воздушно-реактивные турбовентиляторы;
• Газотурбинные реактивные паруса.

Водяные движители

• Гребной винт;
• Водомет;
• Гребное колесо.

Движение в контакте с землей

• Колеса;
• Гусеничный ход;
• Толкание руками;
• Буксировка трактором;
• Буксировка лошадью;
• Буксировка вертолетом.

Парение над рельсами

• Воздушный винт;
• Газотурбинный реактивный турбовентилятор;
• Мотор линейной индукции.

Несмотря на обилие предложенных альтернатив более 90% современных СВП движутся, с помощью воздушных винтов, а в большинстве остальных аппаратов использованы гребные винты или водометные движители. Однако похоже, что усиливается тенденция к использованию гидродинамических движителей, либо гибридных систем, так как если рассчитать движительную систему для 10000-тонного скегового СВП, который должен иметь скорость 100 уз, то получится, что на нем надо будет установить, либо 10 воздушных винтов диаметром 18,3 м. каждый, либо 10 прямоточных турбовентиляторных движителей диаметром 10,5 м. Для того, чтобы достичь соответствующего уровня тяги, используя лишь гидродинамические средства, потребовалось бы только два суперкавитирующих гребных винта, диаметром около 9 м., либо 4 водометных движителя диаметром 3,7 м. каждый.

Другими словами, по мере увеличения размеров судов использование воздушных винтов во многих случаях нецелесообразно из-за размеров самих винтов и их фундаментов, тогда как применение гидродинамических систем, при равной мощности двигателя, обеспечивает заданные характеристики, при вполне реальных размерах. Уменьшение диаметра воздушных винтов, ведет к падению их КПД из-за сокращения массы воздушной струи, что вызывает увеличение требуемой мощности двигателя.

Несмотря на то, что воздушные винты неприемлемы в качестве движителей крупных СВП из-за их размеров и количества, они остаются наиболее эффективным видом движителя для СВП, при скоростях движения от 150 уз и выше. Однако, что касается технико-эксплуатационных характеристик, воздушные винты уступают водометным движителям и гребным винтам, при работе на небольших скоростях.

Скеговое судно на воздушной подушке

Испытания еще одного вида воздушного движителя для СВП — воздушного винта в насадке показали, что такой движитель обеспечивает лучшие технические показатели, при невысоких скоростях движения, но сами насадки в значительной степени увеличивают общую массу судна, а при скорости более 100 уз повышают лобовое сопротивление, что заметно уменьшает коэффициент полезного действия движителя. Для крупного высокоскоростного судна, пожалуй, наиболее многообещающей является система, использующая на больших скоростях прямоточные турбовентиляторные движители, в сочетании с полу погруженными суперкавитирующими гребными винтами, обеспечивающие набор скорости до 70-80 уз и преодоление горба сопротивления.

Самое важное преимущество прямоточною турбовентиляторного движителя состоит в том, что при сравнительно одинаковых с воздушным винтом технико-эксплуатационных характеристиках, диаметр рабочего колеса вентилятора вдвое меньше. Кроме того, он значительно легче, имеет меньший уровень шума и может компоноваться с целым рядом различных установок. По мере развития в авиастроительной промышленности, концепции широкофюзеляжных самолетов-аэробусов в ближайшие годы станет возможным, выпуск различных прямоточных турбовентиляторных движетелей, мощностью до 40 тыс. л.с. (30 МВт). СВП класса SES, имеют жесткие бортовые кили-скеги, которые представляют собой идеальные конструкции, для расположения в них водометных движителей, либо гребных винтов и их приводов.

Поскольку нижние части скегов погружены в воду, обеспечивая остойчивость и способствуя устойчивому движению на курсе, движители обычно устанавливают в кормовой части скегов. Проектная скорость 100-тонных судов со скегами ВМС США SES-100A и SES-100B составила 70-80 уз. SES-100A — первое судно на воздушной подушке с водометными движителями, имеющее такие высокие технико-эксплуатационные показатели, a SES-100B - первое судно с полу-погруженными суперкавитирующими гребными винтами, достигшее скорости 80 уз.

Несомненно, в обеих системах заложен значительный потенциал дальнейшего развития, но маловероятно, что поставленные ими рекорды скорости могут быть в ближайшее время превзойдены, благодаря применению более стойких видов металлов и улучшению конструкции. Тем не менее потери их КПД практически неизбежны. Применение на SES-100B частично погруженного суперкавитирующего гребного винта с приводом в транце скега, явилось новым подходом к решению проблемы, так как отпала необходимость в установке вала гребного винта, опорных стоек и подшипников, которые создавали дополнительное сопротивление при движении. КПД винта этого типа оказался таким же, как и КПД полностью погруженного винта, а возникающие на нем тяга и вращающий момент были пропорциональны площади диска погруженного винта.

Винтомоторная установка на судах с воздушной подушкой

Среди специалистов по морским движителям существует мнение, что создание таких суперкавитирующих гребных винтов с помощью которых, можно достичь скорости движения 100 уз и даже больше, задача вполне реальная. Есть проекты клинообразных гребных винтов, профиль лопастей которых имеет острый передний край и квадратную заднюю кромку, что приводит к возникновению кавитации на верхней поверхности и ее исчезновению далеко внизу, под зоной вращения лопастей.

Другая идея - это суперкавитирующий морской гребной винт с изменяемой кривизной лопастей. В случае ее реализации ожидается такой же эффект, который дало применение на самолетах воздушных винтов с изменяемым шагом. Задавая определенную кривизну лопастей винта, рулевой мог бы обеспечить оптимальную величину тяги для начальной стадии выхода на воздушную подушку, для движения на средней или наибольшей скоростях. Гребной винт с изменяемой кривизной производства фирмы „Хамильтон стандард” имеет лопасти, разделенные на сегменты в центральной части таким образом, что это делает возможным индивидуальное регулирование обеих частей лопасти.

При скорости судна свыше 45 уз, применение сверхкавитирующих гребных винтов становится просто необходимым. Еще во время первых испытаний катеров, на подводных крыльях ВМС США было обнаружено, что при скорости 45- 50 уз бронзовые кормовые гребные винты судна РСН-1 подвергались эрозии с обеих сторон и нуждались в починке или полной замене после 40 ч эксплуатации. С тех пор стали применять сплавы, в которых используются более стойкие металлы. Особенно велик спрос на титан и его сплавы, поскольку они обладают большой прочностью, высоким уровнем кавитации и сопротивляемостью коррозии. Первыми судами, на которых установили усовершенствованные гребные винты, были HS «Денисон» и 320-тонный AGEH-1 „Плейнвью”, который имеет два четырех-лопастных титановых винта диаметром 1,5 м каждый.

Водометные движители

Использование водометной установки в качестве судового движителя — одна из наиболее старых технических концепций. Первый патент на такой движитель получили англичане Тугуд и Хейес в 1661 г. В 1775 г. этот движитель был испытан Бенджа­мином Франклином, а в 1782 г. Джеймс Рэмси впервые использовал его на пассажирском пароме на реке Потомак, между Вашингтоном и Александрией. КПД водометного движителя ниже, чем у гребного винта, поэтому работы по его созданию велись недостаточно интенсивно. В течение многих лет, сфера применения водометных движителей была ограничена относительно не дорогостоящими прогулочными судами и боевыми катерами-амфибиями, пока в 1963 г. фирма „Боинг” не объявила о создании газотурбинного опытного судна «Литл скуирт”.

Проявленный фирмой „Боинг” интерес к этому виду движителей в основном объясняется стремлением создать дополнительные возможности, для проектирования новых судовых движителей в противовес суперкавитирующему гребному винту и исключительно дорогостоящей Z — образной системе передачи, применение которой на СПК при эксплуатации на высокой волне, считалось до этого единственно приемлемым. „Литл скуирт”, оснащенный центробежным насосом двойного всасывания, достиг высокого КПД движительного комплекса, равного 0,48, на скорости движения 50 уз.

Катер на воздушной подушке — «КВП»

В значительной степени благодаря интересу, проявленному фирмой „Боинг” к водометным движителям, ВМС США пришли к решению считать такой движитель альтернативным вариантом, применив его на СВП типа SES-100A, для сравнения с суперкавитирующим гребным винтом. Хотя программа исследований и испытаний водометных движителей и завершилась созданием простых в эксплуатации и надежных установок, возникли трудности, обусловленные кавитацией в трубчатых соединениях и насосах, а также необходимостью создания водозаборников, с изменяемой площадью. Скручивание водозаборников, бортовая и килевая качки, а также механическое совмещение водозаборников во избежание кавитации, при скоростях движения до 80 уз — вот те проблемы, которые постоянно изучаются с целью создания проекта скегового СВП, со скоростью движения более 100 уз.

В последнее время значительные усилия направлены на изучение еще одного, уже давно известного вида морского движителя для СВП — это гребное колесо. Главным его пропагандистом, является Кристофер Кокерелл. В настоящее время он работает над созданием водно-гребной движительной системы, повторяющей контур волн, с большой площадью поверхности. Она предназначена специально для судов на воздушной подушке. Благодаря применению конструкции типа „гребень” 20-футовое (более 6 м.) гребное колесо, установленное когда-то на судах, ходивших по Миссисипи, уменьшено до современного образца диаметром всего в 5 футов (порядка 1,5 м).

Для обеспечения движения 2000-тонного судна, общая площадь погруженных лопастей, должна составить не менее 150 квадратных футов (14 м 2). Кристофер утверждает, что его колесо может обеспечить эту площадь, при глубине погружения лопастей всего в 2 фута (60 см), причем общая ширина всех составных узлов составит порядка 75 футов (около 23 м). Колеса будут помещены позади судна на специальных рычагах, что позволит им повторять контур волн. Датчики высоты, расположенные впереди колес, создадут импульсы для системы управления. Безусловно, это очень остроумная разработка, дающая уникальные преимущества. Среди привлекательных ее свойств, следует отметить низкий уровень шума, малую осадку, возможность легкого доступа ко всем узлам, во время обслуживания.

Предлагается к прочтению:

Вопросы проектирования малых судов 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).

Проектные данные некоторых малых аппаратов на воздушной подушке

Наименование аппарата и место постройки	Год постройки	Размеры, мм			Полный вес, кг	Грузоподъемность, кг	Скорость, узл.	Высота парения, см	Род движителей	Мощность, л. с.
		длина	ширина	высота габаритная
Аппараты на воздушной подушке с кольцевым соплом
«Радуга» (СССР, «Красное Сормово»)	1962	9,4	4,12	-	3000	-	65	15	Возд. винт	2х160
«Чайка» (СССР, ОИИМФ)	1962	D-2,4*	-	1,8	400	100	35	4-5	То же	2х18
«Кушенкрафт БН-1» «Бриттен-Норман», Англия	1960	D-5,75*	-	3	2000	1000	35	30-40	2 возд. винта рег. шага	170
«Аэромобиль» (США)	Проект	4,9	2,4	1,7	1000	360	35	30	-	208
«Эйркар-2500 АСМ-3-1» (США)	1960	6,4	2,4	1,5	1750	650	50	15	-	2х180
Модель 55 («Джирдайн К°», США)	-	2,8	1,8	1,6	360	120	-	15	-	72
«Ховер-Скуттер» («Родес», США)	1961	-	-	-	270	90	5	20	Наклон аппарата	23
«GEM-I» (США)	-	4,4	2,5	1,3	450	110	33	23	То же	2х40
«Х-3» - «Гамма-3» (США)	-	D-6,1*	-	1,2	490	100	20	35-40	То же	43
«Х-4» (США)**	-	D-2,8*	-	1,2	270	90	17	7	То же	15
«Х-2» (США)	-	D-2,4*	-	1,2	220	80	8-5	10	То же	5
Аппараты на воздушной подушке с подкупольной камерой
«Хайдростик XHS-I» («Хьюз-Тул», США)***	1960	6,8	3,2	2,5	3000	1000	25	Без отрыва	2 водяных винта	3х80
«DTV» (США)****	-	4,8	2,5	1,3	430	70	-	То же	-	-
«Аэроскутер» (США)*****	1960	2,1	1,4	0,9	230	70	25	5	Воздушно-реактивный	16
Модель инж. В. Н. Кожохина (СССР)	-	2,0	1,5	-	300	80	25	6	То же	2х13
«Аэромобиль» (США)	1959	2,5	1,8	0,8	270	80	34	15	Оклонение воздушной струи	72
«Эйркар АСМ-1-1» («Керитс-Райт», США)	1959	4,9	3,3	1,8	700	200	26	15	То же	85
«Эйркар АСМ-2-1» («Керитс-Райт», США)	1960	6,4	2,4	1,5	1750	650	26	30	То же	2х180
«Би» (США)	1960	3,6	1,8	1,3	800	300	50	10	То же	100
Опытная модель («Спертроникс», США)	1959	5,5	2,8	-	450	90	-	10	-	-
Аппараты на воздушном крыле
«Аркоптер GEM-II» (США)	1962	5,73	2,33	-	637	273	75	30	Возд. винт	115
«Аркоптер GEM-III» (США)	1962	7,33	2,39	2,06	1140	685	90	46	То же	150
Примечание	*Для круглых аппаратов указан диаметр D. **Эластичная юбка. ***Бортовые кили и водяная завеса в носу и корме. ****Водяная завеса по периметру судна. *****Для движения по земле.

Воздух от вентилятора поступает по соответствующим каналам к соплу, устроенному по периметру судна (рис. 6). Кольцевое сопло конструируется так, что воздух направляется под днище судна под некоторым углом к его центру, формирует область повышенного давления и создает воздушную завесу.

Мощность, затрачиваемая на создание воздушной подушки, у судов этого типа меньше, чем у аналогичных судов с камерной схемой (без ножей). Остойчивость обеспечивается лишь при малых углах наклона (до 2°), поэтому для улучшения остойчивости на больших углах крена устраивают два ряда сопел или секционированное днище (с перегородками или продольными и поперечными сопловыми устройствами).

Сопловая схема предпочтительна для судов с полным отрывом от поверхности воды и с большими, чем при камерной схеме, скоростями (до 60-80 узлов).