Борьба за скорость и мореходность судна,
продолжение
Американский конструктор Апель разработал конструкцию трехточечных
глиссеров: редан как бы разрезан пополам вдоль и разнесен по бортам,
образуя два поплавка - спонсона. На ходу глиссер опирается на кормовую
оконечность судна и кормовые участки спонсо-нов, при этом все три точки
движутся в невозмущенном потоке ("прямая" трехточечная схема).
Трехточечные глиссеры имеют также вторую модификацию - кормовой участок
днища как бы разрезан и разнесен по бортам, и кормовые спонсоны и редан
движутся также в невозмущ;нном потоке ("обратная" трехточечная схема).
Трехточечные корпуса испытывают значительно уменьшенное сопротивление на
высоких скоростях хода, устойчивы на прямых курсах, но на циркуляции
иногда имеют тенденцию переваливаться с борта на борт. Мореходность
трехточечных глиссеров недостаточна. В связи с тем, что вес
трехточечного глиссера поддерживается на воде консольно разнесенными
спонсонами, конструктивно трудно компонуемыми с корпусом, трехточечные
суда обладают и меньшей прочностью.
Во время хода трехточечного глиссера ("прямой" схемы) центральная часть
корпуса находится над водой. Проходящий под корпусом воздух создает
аэродинамическую подъемную силу, увеличивающуюся примерно
пропорционально квадрату скорости хода судна. Иногда глиссер, достигнув
определенной скорости, поднимается - "взлетает" над водой, при этом
возникает серьезная опасность опрокидывания. И все же, учитывая высокую
скорость трехточечных глиссеров, их продолжают строить для
спортивно-гоночных целей.
На очень быстроходных глиссерах, в том числе трехточечных, для
уменьшения сопротивления воды, кроме поперечных реданов, нередко делают
продольные реданы, уменьшающие смоченную поверхность днища. В
большинстве случаев такие корпуса используют в конструкциях гоночных
судов.
Американский конструктор А. Хикман разработал конструкции глиссирующего
корпуса с обводами морские (водяные) сани. Суда с обводами морские сани
(см. рис. 40) достаточно мореходны, отличаются хорошей остойчивостью,
легко без ударов идут даже при значительном волнении. В режиме
глиссирования днищевой тоннель, образуемый сводчатым днищем и двумя
расположенными параллельно ДП килями, заполняется создающей подушку
смесью воды и воздуха, уменьшающей сопротивление трения и смягчающей
удары и брызго-образование при ходе по волне. Два киля очень улучшают
устойчивость судна на курсе.
Наряду с совершенствованием глиссирующих судов поиски путей увеличения
скорости хода моторных судов привели к попытке снизить сопротивление
воды движению, подняв корпус судна над водой.
В 1891 г. де Ламбер запатентовал во Франции, а в 1894 г. - в США судно
на подводных (водяных) крыльях, что положило начало поискам нового типа
быстроходного мореходного судна. Однако вплоть до 1940 г. суда на
подводных крыльях широкого распространения не получили, хотя многие
конструировали и строили такие суда.
В 1905 г. итальянец Форланини испытал катер водоизмещением 1,65 т с
крыльями в виде этажерки. Катер при мощности двигателя 75 л. с. развил
скорость до 70\ км/ч. В 1906 г. катер итальянца Крокко с V-образными
крыльями достиг скорости 90 км/ч (мощность двигателя 100 л. с.)
В 1910-1925 гг. в Италии Гвидони работал над проблемой установки
подводных крыльев на гидросамолетах. В 1921 г. канадец Белл на катере
водоизмещением 5 т. с двигателями в 760 л. с. добился скорости 132 км/ч.
Недостаточная теоретическая и экспериментальная база, неизученность
нового вида движения обрекали многие опыты с подводными крыльями на
неудачи. Исключительно большое значение для развития судов на подводных
крыльях имели опубликованные в 30-е годы теоретические работы советских
ученых: А. Н. Владимирова, М. В. Келдыша, К- Ф. Косоурова, М. А.
Лаврентьева, Г. Е. Павленко, А. С. Перельмутра, Л. И. Седова, К. К.
Федяевского и др. В этих же годы были созданы первые практически
приемлемые схемы судов на подводных крыльях: в 1932 г. проф. Титьенсом,
в 1936 г. инж. Шертелем в Германии, в 1937 г. почти одновременно инж.
Бенуа в СССР и инж. Грюнбергом во Франции.
В послевоенные годы работы над "крылатыми" судами развернулись во многих
странах мира в разных направлениях.
В СССР суда на подводных крыльях получили широкое распространение. В
1956 г. опытный катер конструкции лауреата Государственной и Ленинской
премий докт. техн. наук Р. Е. Алексеева, построенный заводом "Красное
Сормово", показал скорость около 130 км/ч. Полученные результаты были
использованы при последующем проектировании. Летом 1957 г. на Волге было
испытано широко известное ныне пассажирское судно Ракета на 66 мест,
которое развило скорость более 60 км/ч (мощность двигателя 900 л. е.). В
1959 г. появляются катера-такси на подводных крыльях, с пятью
пассажирскими местами, развивающие скорость 60 км/ч. Они предназначены
для плавания по рекам и вдоль морского побережья. С тех пор в нашей
стране создано много типов судов на подводных крыльях: теплоходы Метеор,
Спутник, Чайка; катер Волга, морские суда Комета, Вихрь и другие со
скоростями хода 60-100 км/ч. Более тридцати государств, в том числе США,
Англия, Япония и др., выразили желание приобрести лицензии на постройку
советских судов на подводных крыльях.
Рис. 2. Судно на подводных крыльях.
Естественно, что суда на подводных крыльях обратили на себя внимание
любителей водно-моторного спорта и туризма.
Одним из первых построил моторную лодку на подводных крыльях
москвич-любитель С. А. Тиайн.
Любительские суда на подводных крыльях (рис. 2) получили
распространение.
Идея создания "воздушной подушки" для уменьшения сопротивления воды
движению судна не нова. Еще в 1875 г. английский ученый В. Фруд
предложил для уменьшения сопротивления трения создать между корпусом
судна и водой тонкую прослойку воздуха. Осуществить идею Фруда пытался в
1885 г. шведский инженер Г. Лаваль, но его попытки не увенчались
успехом.
Примерно через 40 лет принцип движения на воздушной подушке был
теоретически обоснован К. Э. Циолковским в работе "Сопротивление воздуха
и скорый поезд", где предложена бесколесная конструкция поезда и новое
строение пути, Установленные К. Э. Циолковским зависимости между высотой
подъема вагона, его весом и расходом энергии лежат в основе современной
теории судов на воздушной подушке (СВП).
Применив теоретические исследования К. Э. Циолковского в судостроении,
профессор Новочеркасского политехнического института В. И. Левков в
1927-1934 гг. разработал проект, по которому в 1934-1935 гг. было
построено несколько катеров на воздушной подушке, показавших рекордные
по тому времени скорости хода.
В настоящее время разработано и построено много судов на воздушной
подушке, среди них и любительские суда. В 1963 г. в Австралии на о.
Барли Гриффин состоялись первые международные гонки любительских СВП.
Такие суда поднимаются над водой в результате нагнетания вентилятором
под днище судна воздуха с давлением, несколько превышающим атмосферное.
Подъем судна над водой (или над землей, так как СВП - амфибии) будет
продолжаться до тех пор, пока усилие, создаваемое давлением воздуха от
вентилятора, не уравновесит вес судна. При подъеме судна между
поверхностью воды и его днищем образуются щели; производительность
вентилятора компенсирует вытекание воздуха из-под купола подушки. Судно
будет держаться на воздушной подушке, пока не прекратится подача воздуха
от вентилятора.
Изучение взлета и посадки самолетов позволило обнаружить влияние
близости поверхности (земли или воды) на аэродинамические характеристики
крыла. Было установлено, что при полете в непосредственной близости от
экранирующей поверхности подъемная сила крыла возрастает, а
сопротивление воздуха движению уменьшается.
Эффект близости экрана оказался настолько ощутимым, что возникла идея
использования его для создания экранопланов.
Экраноплан - это еще не самолет, так как не может подняться над опорной
поверхностью воды более, чем на 5-40 см, но уже и не глиссер, потому что
движется, не соприкасаясь с водой. Мощность, необходимая для движения в
режиме экраноплана, примерно в три раза меньше мощности для движения в
режиме глиссирования.
По мере возрастания скорости глиссирующего судна для образования
гидродинамической силы поддержания требуется все уменьшающаяся
поверхность днища, опирающаяся на воду. Если придать подводной части
глиссера профиль нижней плоскости крыла самолета и приложить нагрузку в
30-50 кг/л2, то при угле атаки 2-8° под воздействием аэродинамической
силы, возникающей между поверхностью воды и днищем глиссера, он
оторвется от воды и будет продолжать движение по воздуху.
Первый экраноплан-аэросани был построен в Финляндии Т. Каарио в 1935 г.
При полезной нагрузке 80 кг с двигателем мощностью 16 л. с. и воздушным
винтом он двигался по снегу со скоростью 22,4 км/ч. Аэросани Т. Каарио
постройки 1962 г. с двигателем мощностью 50 л. с. при полном весе 500 кг
и высоте движения над льдом 15 см развили скорость 80 км/ч.
Экраноплан американской фирмы Локхид, построенный в 1963 г. (полный вес
680 кг, полезная нагрузка 200 кг, двигатель мощностью 50 л. е.), с
гребным винтом при опорной поверхности 18,3 м2 показал скорость 83 км/ч.
В США на экраноплане с двигателем мощностью 75 л. с. В. Б. Корягин
достиг скорости 110 км/ч, а Н. Диккинсон - 139 км/ч на судне такого
типа, но с двигателем мощностью 190 л. с.
В СССР любительское судно-экраноплан построено под руководством Ю. А.
Будницкого группой студентов Одесского института инженеров морского
флота в 1965 г. Полный вес экраноплана - 450 кг (полезная нагрузка - 100
кг), длина 5 м, ширина 3,2 м, расчетная скорость 110 км/ч, установлено
два мотоциклетных двигателя по 18 л. с. с воздушными винтами.
