Суда на воздушной подушке
Суда на воздушной подушке
Идея увеличить скорость корабля или катера с помощью «воздушной смазки» родилась еще в конце XIX века. Суть ее заключалась в следующем. Если мощным вентилятором под плоское днище судна нагнетать воздух, то сопротивление воды уменьшится; следовательно, возрастет скорость. А чтобы воздух не «убегал» в стороны, корпус судна нужно оснастить продольными килями – скегами. Впервые реализовать эту идею удалось австрийскому инженеру Дагоберту Мюллеру фон Томамюлю в 1916 году. Созданный им торпедный катер смог развить скорость почти 40 узлов – 74,08 километров в час, мощность мотора составляла 480 лошадиных сил.
Затем возникла новая идея: скеги заменили резиновой «юбкой». Теперь нагнетаемый воздух выходил из-под днища еще медленнее, и получалась настоящая воздушная подушка. Суда такого типа действительно парят над водой, могут «выползать» на берег и даже передвигаться по суше.
Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку – слой сжатого воздуха.
Эта идея и подтолкнула доцента Новочеркасского политехнического института Владимира Левкова к созданию собственной конструкции, правда, не поезда, а катера.
А вот что пишет в журнале «Всемирный следопыт» Станислав Зигуненко: «Начал он, как обычно, с расчетов и строительства моделей. Первая конструкция, построенная молодым ученым-аэродинамиком, напоминала перевернутый таз. Легкий деревянный каркас обтягивала калька, а там, где у обычного тазика полагается быть днищу, стоял электромотор с воздушным винтом. Винт, нагнетая воздух, под «тазиком» создавал повышенное давление. И вся конструкция как бы всплывала над полом, опираясь на воздушную подушку.
Около пяти лет испытывал Левков эту простейшую модель, стараясь понять, как ею можно управлять, какой высоты должна быть создаваемая подушка, чтобы и не расходовалась излишняя мощность, и будущее судно развивало как можно большую скорость…
В 1932 году Левков, уже профессор, начал испытания новой модели. Она имела удлиненную, каплевидную форму, два двигателя: в носу и корме. Маленький аппарат на воздушной подушке легко скользил над кафельным полом аэродинамической лаборатории
Скоро вид модели опять изменился. Она стала похожей на длинную перевернутую коробку со срезанными под углом сторонами. В вырезах в наклонном положении были укреплены электрические двигатели с пропеллерами. Отбрасываемый винтами воздух скапливался под корпусом модели, приподнимал ее. По этой схеме потом Левковым создавались все первые большие аппараты на воздушной подушке».
Весной 1934 года Левков переехал в Москву – его пригласили на работу в Московский авиационный институт (МАИ). Он привез с собой крупную (длиной более двух метров) модель катера на воздушной подушке. Спроектированная по всем правилам строительной механики, она производила приятное впечатление. Бросались в глаза легкость конструкции и прекрасная внешняя отделка модели. Масса ее была всего около шести килограммов.
Для испытания модели в МАИ отвели специальную комнату. В ней устроили неглубокий бассейн. Над ним протянули два провода для питания электромоторов маленького катера. Летал он неплохо. За пару секунд легко переносился от одного борта бассейна к другому.
Затем было организовано Опытное конструкторское бюро во главе с профессором Левковым. Оно приступило к разработке трехместного катера Л-1. Испытания его начались летом 1935 года недалеко от Москвы, на Плещеевом озере.
Масса катера была 1,5 тонны. Его деревянный корпус состоял из двух узких лодок, соединенных платформой. Два авиационных двигателя с винтами нагнетали воздух в пространство, ограниченное платформой и лодками. Управлялся катер с помощью поворотных заслонок – жалюзи, укрепленных под моторами. При вертикальном положении заслонок поток воздуха направлялся вниз, и катер висел неподвижно. Если жалюзи отклонялись назад, реактивная сила двигала катер вперед, отклонялись вперед – давался задний ход. Кроме того, имелось вертикальное и горизонтальное оперение, которое также участвовало в управлении летающим катером.
Этот катер стал прообразом других летающих судов, созданных под руководством Левкова, в частности катера Л-5. Масса его достигала 9 тонн, поскольку его корпус был уже металлическим, дюралевым. Позади кабины водителя и бортмеханика устроили помещение для пассажиров.
Сначала катер испытывали на суше. Смотрели, как он летает. Потом начались морские испытания. Машину попытались сопровождать обычные катера, но вскоре они безнадежно отстали. А когда на мерной миле включили секундомер, то испытатели не поверили собственным глазам: оказалось, что скорость катера – более семидесяти узлов, то есть около 140 километров в час! Испытания также показали, что катер мог столь же свободно пройти над болотом, над заснеженным полем или льдом.
Результатами испытаний весьма заинтересовались военные, и профессор Левков вскоре возглавил специальное конструкторское бюро катеров на воздушной подушке. Строились суда массой до 15 тонн. Проектировались еще большие – до 30 тонн с двумя двигателями.
Так более шестидесяти лет назад в СССР был построен маленький флот из полутора десятков судов на воздушной подушке. К сожалению, в годы Великой Отечественной войны опытные катера, находившиеся на Балтике, погибли. После победы разработки таких судов были продолжены. Но в начале 1954 года профессор Левков умер, и дело застопорилось.
Важным этапом в развитии судов на воздушной подушке стало изобретение в Англии в 1955 году профессором Кристофером Коккереллом сопловой схемы формирования воздушной подушки. Ему же принадлежит изобретение гибких ограждений, которые сразу же были оценены в нашей стране.
В 1959 году в проливе Ла-Манш появилось странное судно с цилиндрической башней посередине. Стартовав из Франции, оно пересекло пролив. Достигнув побережья оно, как ни в чем не бывало, продолжило свой путь. Судно, сконструированное Коккереллом, уступало левковскому вдвое по весу и втрое по скорости.
Теперь суда на воздушной подушке не в диковинку. Над их совершенствованием работают во многих странах. Они признаны весьма перспективным видом транспорта. Их используют в качестве десантных судов в военно-морском флоте, как гражданские паромы, переправляющие людей и автомобили через тот же Ла-Манш.
Одна из самых удачных зарубежных разработок – созданный в Великобритании в 1972 году 33-тонный катер BH-7 «Веллингтон». Он может нести 14 тонн груза и при этом лететь над водой со скоростью около 60 узлов – 111,12 километров в час.
В СССР первыми оценили огромные возможности амфибийных кораблей специалисты ВМФ. После перерыва продолжились работы, начатые Левковым, но на новом уровне финансирования. Была создана база для проектирования и производства десантных кораблей.
Ведущим предприятием России в области создания судов на воздушной подушке является Центральное морское конструкторское бюро «Алмаз».
Первым серийно строящимся стал десантный катер «Скат». Он мог перевозить сорок десантников со скоростью 49 узлов. На их основе были созданы три катера для спасения космонавтов.
За ним последовал «Кальмар», с водоизмещением 114 тонн. Он мог перевозить грузы весом в 37 тонн, со скоростью до 55 узлов.
Всего на «Алмазе» суда строились серийно по десяти проектам. Среди них и десантный корабль «Зубр», грузоподъемность которого составляет 150 тонн, а полное водоизмещение – 550 тонн, скорость полного хода – 60 узлов и 40 – при волнении высотой 2 метра. Специалисты считают, что водоизмещение в 1000 тонн не предел для водоизмещения подобных кораблей, и на практике может быть достигнута скорость до 80 узлов.
В 1987 году в СССР был создан малый ракетный корабль «Бора» – самое крупное в мире судно на воздушной подушке. Ему нипочем даже восьмибалльный шторм, а если море спокойно, он движется со скоростью 53 узла – 98,16 километра в час.
«Алмаз» разработал целый ряд проектов судов на воздушной подушке гражданского назначения речное грузовое судно «Бобер», пассажирское судно на воздушной подушке проекта 12270, многоцелевой катер на воздушной подушке «Чилим».
В зависимости от назначения судов изменяется такой важный параметр, как установленная мощность на тонну водоизмещения. Для катеров военного назначения, где экономические показатели эксплуатации не имеют преобладающего значения, этот показатель находится в пределах 65-120 кВт на тонну. Столь высокая энерговооруженность вызвана не величиной полной скорости хода на тихой воде или при малом волнении. Для ее достижения используется всего 60-70 процентов установленной мощности. Причина другая – необходимость достижения заданной гарантированной скорости при морском волнении. В практике гражданского судостроения, где этот показатель определяет экономичность эксплуатации, несмотря на возможные отказы от рейсов по погодным условиям, он может быть доведен до 30-36 кВт на тонну при сохранении скорости 40-50 узлов на тихой воде.
Первые суда на воздушной подушке, следуя авиационным традициям, создавались клепаными, однако опыт их эксплуатации в море показал низкую надежность этого типа соединения. С 1974 года корпуса стали сварными. Для них были созданы высокопрочные коррозионостойкие морские алюминиево-магниевые сплавы и освоено производство прессованных панелей с ребрами жесткости различного сечения.
Большой объем исследований был проведен в области создания гибких ограждений. Были установлены зависимости прочности и износостойкости материалов гибких ограждений от характера применяемых филаментарных волокон, кручения и вида плетения филаментарных нитей, пропиток и состава покрывающих резиновых смесей. Применяемые на судах последних проектов резинотканевые материалы обеспечивают хорошую мореходность судов и возможность длительной эксплуатации без ремонта.
Для судов на воздушной подушке пришлось разработать и специальный профиль лопастей воздушных винтов, которые позволили достичь высокого коэффициента полезного действия на малых, по сравнению с самолетными, скоростях. Для всех судов на воздушной подушке водоизмещением свыше 100 тонн разработали единую втулку винта, обеспечивающую высокую безотказность работы воздушных винтов при изменении их шага.
Определяющее значение для мореходности, амфибийности и износостойкости гибкого ограждения имеет расход воздуха через воздушную подушку. Для подачи воздуха наши ученые разработали специальные схемы осевых и центробежных нагнетателей, которые имеют высокий коэффициент полезного действия при малых габаритах.
Для привода винтов, нагнетателей и других потребителей были созданы высокотемпературные газотурбозубчатые агрегаты. По своим массогабаритным и эксплуатационным параметрам эти агрегаты до настоящего времени занимают лидирующее место в мире.
Безопасность скоростного судна в значительной мере определяется наличием надежных и проверенных систем управления движением. Особенностью судов на воздушной подушке является отсутствие непосредственного контакта рулевых устройств с водой, что затрудняет маневрирование и делает судно весьма зависимым от погоды. В России разработаны и испытаны различные схемы управления судном, включая аэродинамические рули, струйные рули (реактивные сопла), винты изменяемого шага.