История создания СВП

Издавна воды Земного шара бороздили суда, державшиеся на плаву благодаря действию принципа водоизмещения, сформулированного еще Архимедом: предмет, погруженный в воду, выталкивается из нее с силой равной весу вытесненной жидкости.
Искусство постройки судов до недавнего времени совершенствовалось исключительно медленно. Правда, водоизмещающие суда прочны, остойчивы и хорошо держатся на плаву, но из-за сопротивления, которое приходится преодолевать корпусу при движении, их можно отнести к наименее эффективным из всех известных транспортных средств.

С древнейших времен мореплаватели мечтали нестись по волнам со скоростью ветра. Но оказалось, что гораздо проще совершать сверхзвуковые полеты, покорить ядерную энергию и даже осуществить посадку на луну, нежели создать конструкцию аппарата, способного поддерживать высокую скорость движения среди яростных волн морей и океанов. Скеговое СВП. Проект Дагоберт Мюллер фон Томамхул. 1916 г. В течение многих лет судовладельцы беспомощно наблюдали за тем, как все более безнадежно отставала скорость движения судов по сравнению с конкурирующими с ними транспортными средствами.
Нет ничего удивительного в том, что в судостроении властвует консерватизм и недоверие по отношению к новым концепциям постройки судов. Действительно, если в течение 5000 лет истории мореплавания никому не удалось сконструировать судно, способное прийти на смену обычному водоизмещающему, то стоит ли надеяться, что такое судно будет создано в наши дни?
Каковы же эксплуатационные качества обычных водоизмещающих судов по сравнению с другими транспортными средствами? Скорость движения поездов, автомашин и гражданских авиалайнеров со временем возросла в десятки раз.
К моменту открытия в 1825 г. железнодорожной линии Дарлингтон-Стоктон скорость поездов составляла 10 миль в час, а сейчас превысила 100 миль в час. Первая автомашина двигалась со скоростью не более 12 миль в час, скорость современной автомашины 120 миль в час.

Еще более быстрыми темпами возросла скорость самолетов: от 60-75 до 600 миль в час. alt В противоположность этому с 1858 г., когда скорость крупнейшего корабля того времени «Грейт Истерн» достигла 14,5 уз, скорость судов возросла менее, чем в трое. В течение столетий две главные проблемы, стоящие перед создателем судна в его стремлении к совершенствованию технических характеристик, оставались неизменными:
1) основные свойства среды, в которой движется корабль;
2) широкий диапазон изменения состояния моря.

Поскольку плотность воды в 815 раз больше воздуха, при движении судна возникает значительное сопротивление. Кроме того, сопротивление воды, или сила торможения, увеличивается в геометрической прогрессии по отношению к скорости судна, а это означает, что для обеспечения даже незначительного улучшения характеристик требуется значительно увеличить мощность двигателя. alt И еще одно препятствие: чем выше скорость водоизмещающего судна при волнении моря, тем большие неудобства испытывают пассажиры и тем больше вероятность того, что судну, либо грузу будет причинен ущерб.

Вначале создатели судов были убеждены в невозможности улучшить общую форму корпуса судна и считали, что единственным путем, ведущим к сокращению сопротивлению воды движению, является уменьшение размеров погруженной в воду части корпуса. Позже некоторые изобретатели пришли к заключению, что для обеспечения одновременно и скорости, и комфорта необходимо, во-первых, полностью приподнять корпус судна над водой и, во-вторых, «отделить» его от соприкосновения с волнами.
Это привело к созданию новых видов судов: на воздушной подушке (СВП), подводных крыльях (СПК) и экранопланов. alt Суда, относящиеся к этим видам, называются судами с динамическими принципами поддержания (СДПП). За последние годы удалось увеличить скорость СДПП в два-три раза по сравнению с присущей водоизмещающим судам и тем самым ознаменовать новый этап в истории мореплавания.

Первая в истории попытка сконструировать аппарат на воздушной подушке относится к 1716 г., когда шведский изобретатель и философ Эммануэль Сведенборг предложил проект судна, напоминающий приподнятый над водой ялик с кокпитом посередине. Сквозь расположенные по бокам щели управлявший лодкой мог поднимать и опускать пару похожих на весла совков, которые при ударах о воду загоняли сжатый воздух под корпус, приподнимая его тем самым над поверхностью. Замысел не был реализован, так как вскоре Сведенборг убедился, что работа на таком аппарате не по силам одному находящемуся в лодке человеку.

Поначалу значительная часть усилий исследователей была направлена на уменьшение сопротивления воды движению путем «смазки» основания корпуса тонким слоем сжатого воздуха. В 1853 году русский инженер Иванов предложил судно, получившее название "трехкильный духоплав". На этом судне предполагалось установить (для нагнетания воздуха под днище) систему, состоящую из меха и воздуховодов. По мнению конструктора, использую мускульную энергию, человек должен был приводить в движение меха, накачивать при этом воздух под днище. alt Созданная таким образом воздушная прослойка, должна была поднять судно над поверхностью воды и, уменьшив ее сопротивление, дать возможность движения судна вперед при помощи реактивной струи воздуха, выходящего в корме.
В записях Британского патентного бюро зарегистрировано, что 1874 г. лорд Торникрофт начал опыты с воздушной смазкой корпусов судов. В 1875 г. состоялся письменный обмен мнениями между конструкторами Адмиралтейства в Великобритании и проектировщиками в Нидерландах по вопросу о практическом применении изобретения. Активное участие в этих работах принимал и английский ученый-судостроитель Вильям Фруд. Однако, в последующие 25 лет никому из изобретателей не удалось создать действующий образец.

Так в 1885 году шведский инженер Густав Лаваль построил опытный катер , на котором через множество отверстий в форштевне вдувался в воду сжатый воздух. alt По замыслу Лаваля этот воздух должен был обволакивать тонким слоем обшивку. Тем не менее, опыт оказался неудачным и катер не развил ожидаемой скорости. Неудача не остановила Лаваля . Он решил построить второй, более мощный катер, у которого слой пониженного трения создавался за счет напора от встречного потока воздуха.
Финансировал работы знаменитый изобретатель и миллионер А. Нобель. Катер построен не был, т.к. работы были прекращены в связи со смертью Нобеля.

В 1897 г. в Соединенных Штатах мистер Кутбертсон получил патент на изобретение судна, в котором с удивительной точностью предугадал очертания современного СВП с бортовыми стенками (скегами). Система подъема была охарактеризована следующим образом: «Воздушные компрессоры гонят воздух через отсеки, таким образом обеспечивая малое соприкосновение воды с корпусом и тем самым уменьшая трение. Он (воздух) следует далее к корме и создает подушку, проникающую между корпусом и водой».

Шведский инженер Ханс Динесон в 1909 г. завершил работу над детальным проектом СВП со скегами, на котором предлагалось расположить от носа до кормы гибкие резиновые перемычки для удержания воздушной подушки. alt А в 1916 г. австрийский инженер Дагобер Мюллер фон Томамхул спроектировал и построил для австрийского флота торпедный катер на воздушной подушке со скегами.
Согласно отчетам того времени, катер развивал скорость до 40 уз и насколько известно, стал первым в мире удачным воплощением на практике идеи создания судна на воздушной подушке.

В 1921 году француз А.М. Гамбен предложил баржу на воздушной подушке с вентиляторами в носовой части для нагнетания воздуха под днище и продольными килями по всей длине ВП для равномерного распределения воздуха.
В 1925 году американский изобретатель В.Ф. Кизи предложил проект баржи на ВП, зона которой разделялась продольными килями для равномерного распределения воздуха. На этом судне была предложена схема с рециркуляцией воздуха, что позволило значительно снизить мощность энергетической установки, предназначенной для создания воздушной подушки.

В 1930 г. американец Дуглас Кент Уорнер показал одну из первых спортивных лодок со скегами на гонках на реке Коннектикут.
alt В 1935 г.sp; Товио Карио сотрудник авиакомпании «Валмет» на одноместном экраноплане с корпусом в виде крыла развил над поверхностью льда скорость в 12 уз.
Большой вклад в дело разработки и создания СВП внесли русские и советские ученые и инженеры. Так, впервые в мире произвел научно-техническое обоснование и дал теоретические выкладки по методике расчета движения аппаратов на воздушной подушке великий русский ученый К.Э. Циолковский. В своей книге "Сопротивление воздуха и скорый поезд", в 1927 г. он предложил проект поезда на воздушной подушке, создал аппарат расчета основных его параметров.

В 1927 г. другой советский ученый - профессор Новочеркасского авиационного института В.И. Левков начал работу по созданию отечественных СВП. За период до 1941 г. под его руководством было спроектировано, построено и испытано несколько катеров на воздушной подушке. Самый крупный из серии этих судов Л-1 имел водоизмещение 15 т, был построен в 1934 г. alt Он прошел ходовые испытания в различных природных условиях и подтвердил принципиальную возможность эксплуатации таких судов.
Построенный в 1937 г. катер Л-5 водоизмещением 9 т, имел мощность ЭУ 1300 кВт и развивал рекордную по тем временам скорость 135 км/ч!
Кроме этих, в конструкторском бюро В.И. Левковым были разработаны проекты СВП водоизмещением до 30 т. Отличительной особенностью СВП, разработанных в этом КБ являлась большая высота камерного пространства, ограниченного сверху днищем, а с боков жесткими поплавками.
В качестве воздухонагнетателя использовались двухлопастные воздушные винты; энергетическая установка представляла поршневые двигатели, а в качестве движителя использовалась реактивная сила потока воздуха, истекающая из кормового сопла.
Однако разработанные В.И. Левковым СВП имели недостаточную мореходность, большое забрызгивание палубы и рубки, значительный дрейф от ветра и плохо управлялись на малом ходу. alt Устранить отмеченные в результате испытаний отрицательные стороны СВП не удалось в связи с началом Великой Отечественной войны и свертыванием исследований данной темы. В объемах этой темы не можем больше рассказать об этом выдающемся конструкторе, но считаем необходимым рекомендовать вам прочитать о нем здесь.

В 1953 г. студент МИНГ им. И.М.Губкина Г. Туркин построил модель бесколесного автомобиля, которая успешно испытывалась в Москве.
В августе 1955 года бразилец Реналто Альвес де Лима оформил предварительную заявку на патент аппарата с сопловой воздушной завесой.

В 1955 году английский радиоинженер Кристофер Коккерел построил модель СВП весом около 130 грамм, развившую на испытаниях скорость 24 км/ч. В этом же году им был предложен проект судна с кольцевым соплом. Особенность такой схемы состояло в том, что воздушную подушку ограждало струйная воздушная завеса, образованная по всему периметру СВП.
В связи с меньшими затратами мощности на создание и поддержание ВП сопловая схема ее образования получила положительную оценку и была использована в дальнейшем при строительстве амфибийных судов на воздушной подушке (АСВП).
alt Так в 1959 году по проекту К. Коккерела фирмой "Саундерс Ро" было построено экспериментальное АСВП SR №1 с двухконтурным кольцевым соплом.

Судно представляло платформу овальной формы размером 9,2 х 7,6 м. Атмосферный воздух при помощи нагнетателя подавался в шахту, а из нее в расположенный под палубой плоский отсек - ресивер. Из ресивера воздух подавался в двухконтурное кольцевое сопло из которого, с большой выходной скорость, он поступал под корпус судна, образовывая там ВП.
В тоже время воздушные сопловые струи образовывали вокруг судна воздушную заслонку, не позволяя воздуху беспрепятственно выходить из воздушной подушки.
Созданное таким образом избыточное давление между корпусом судна и опорной поверхность воды приподнимало над ней и удерживало судно на небольшой высоте. Для движения судна использовалась реактивная тяга воздушных струй, расположенных на палубе воздушных каналов.
Впоследствии воздушно-реактивные двигатели были заменены турбо-реактивным двигателем, что позволило скорость движения до 120 км/ч.
25 июля 1959 года АСВП SR №1, спустя 50 лет со дня первого пересечения пролива Ла-Манш на самолете, повторила пройденный путь за 2 часа. Из-за погодных условий средняя скорость движения составила около 25 км/ч.
alt Несмотря на отдельные конструктивные недоработки, выразившиеся в низкой мореходности (работа только в условиях спокойного моря), малой тяги воздушно-реактивных двигателей, неудачной компоновке, испытания подтвердили возможность и целесообразность строительства и эксплуатации АСВП с сопловой схемы формирования ВП.

С этого времени 25 июля 1959 года считается за рубежом днем новой эры в работе над судами на воздушной подушке.
На практике оказалось, что клиренс составлял только 1/10 или 1/30 длины бимса. В 1958 г., проанализировав результаты опытов Кокерелла, К.Х. Латимер-Нидхэм пришел к убеждению, что для движения судов на ВП в условиях волнения потребуется гибкое ограждение (юбка), которое удержит воздушную подушку и позволит преодолевать судам различные препятствия.
При встрече судна с препятствием ГО отклоняется, огибая препятствие или волну, и возвращается в исходное положение под действием воздуха, поступающего в подушку. Первые ГО имели коническую или сложную искривленную форму.
В 1961 г. Латимер-Нидхэм продал свой патент ГО фирме «Уэстлэнд» владеющей акциями фирмы «Саундерс Ро Лимитед», которая построила СВП SRN1.
alt Успешные испытания АСВП SR №1 дали толчок к расширению работ по этой проблеме. Особенно активно, с использованием крупнейших научных центров, велись они в Англии, США, Японии и др. странах. Достаточно сказать, что спустя только 12 недель после регистрации К. Коккерелом своего изобретения англичанин Мелвилл Бердсли оформил патент на периферийную сопловую систему СВП.

1957 году К. Коккерелу был выдан первый патент на гибкое ограждение (ГО) воздушной подушке, представляющее собой тонкое полотнище, прикрепленное к наружному контуру корпуса АСВП.
Гибкое ограждение явилось крупнейшим инженерным открытием, таким же важным в своей области, как надувная шина и подвесная система автомобиля. На примере судна SRN1 была весьма убедительно показана эффективность использования ГО.
В 1959 г. судно без ГО, могло эксплуатироваться только в условиях спокойного моря и преодолевало препятствия 15-23 см. К середине 1962 г., когда было установлено ГО высотой 1,2 м, произошла разительная перемена. Теперь судно могло эксплуатироваться на волне до 1,5 м при скорости до 40 уз. Судно увеличило грузоподъемность вдвое.

alt В 1962 г. было построено и прошло всесторонние испытания в летних и зимних условиях СВП амфибийного типа "Нева". Оно имело длину 17,3 м, ширину 6,6 м, водоизмещение 12,45 т; пассажировместимость 38 человек. Общая мощность энергетической установки составляла 540 кВт, в т.ч. два авиационных двигателя мощностью по 165 кВт, работающих на создание воздушной подушки и один мощностью 210 кВт - на движение. Скорость судна на тихой воде достигала 60 км/ч. Оно свободно могло выходить на берег, преодолевать отмели и песчаные косы, успешно двигалось при высоте волны 0,6 м.

В то же время в Горьком на заводе "Красное Сормово" были спроектированы амфибийные СВП "Радуга" и "Сормович".
Первое судно имело в длину 9,4 м, ширину 4,1 м, водоизмещение 3 т, пассажировместимость 5 человек. Энергетическая установка была представлена авиационным поршневым двигателем мощностью 162 кВт, что обеспечивало скорость движения до 100 км/ч, на высоте волны до 0,8 м и до 110 км/ч на тихой воде.
Опыт, накопленный при создании и испытаниях СВП "Радуга" позволил приступить к созданию СВП "Сормович". alt Газотурбоход "Сормович" был построен в 1965 г., имел длину 29,2 м, ширину 11,3, высоту ГО - 0,8 м, пассажировместимость 50 человек, грузоподъемность 5 т. Энергетическая установка - авиационный газотурбинный двигатель мощностью 1690 кВт, который позволял судну развивать скорость движения до 100 км/ч.
Первоначально, как и на СВП «Радуга», на этом судне была применена сопловая схема формирования ВП (воздушная завеса). После заводских испытаний и доводки судна в 1968 г. было принято решение оборудовать «Сормович» гибким ограждением. После чего при поддержке Волжского речного пароходства СВП «Сормович» было поставлено на экспериментальную пассажирскую линию Горький – Чебоксары протяженность в 274 км по реке Волга. На линии судно работало в навигации 1971 и 1972 гг. и по статистическим данным обслужило около 6000 пассажиров.
В конце 60-х – начале 70-х годов в СССР на трех судостроительных предприятий было построено сразу три небольших СВП: «Бриз» - судостроительным объединением «Алмаз» в Ленинграде, «Радуга-2» - заводом «Красное Сормово» в Горьком, АКВПР – ЦКБ «Нептун» в Москве.

 

      © Copyright 2011-2017 Neptune Hovercraft