Производство катера «Волга» было запущено ещё в 1958 году. Изначально планировалось использование исключительно в целях несения службы в различных регионах страны. Инспекторы и патрульные быстро и по достоинству оценили судно. Серийное производство для населения не было запущено, катер оставался только во владении государства. После развала страны и попадания в массы катер приобрёл популярность в сфере прогулок по рекам и морям. Катер «Волга» изготавливается на подводных крыльях для обеспечения плавного полёта и передвижения даже при небольшом волнении.
Общее описание катера «Волга»
Ранее катер «Волга» не мог быть приобретён для собственных нужд, так как аналогично автомобилю «Чайка», он мог находиться только во владении государственных организаций. Из-за дефицита таких суден сегодня катер «Волга» пользуется спросом в качестве отличного транспорта из класса ретро. Новейшими лодками являются те, что вышли в 1986 году.
Катер на крыльях «Волга» разрабатывался ССЗ «Красное Сормово» в период активного изготовления выпускался тремя заводами. Проект можно узнать по идентификатору – 343. Несколько позже было разработано аналогичную модель, которая могла использоваться для хождения по морю. В стандартной конструкции можно было выходить только на реки. Морские варианты исполнения обладают дополнительными обозначениями ME, MEM, MK.
Производство катера «Волга» было запущено ещё в 1958 году
Характеристики катера на подводных крыльях «Волга» позволили использовать судно для скоростных поездок, для транспортировки больших грузов или для прогулки.
Крылья в конструкции довольно глубокие, они накладывают определённые ограничения на места использования, так как на катере «Волга» нельзя подходить к необорудованным пирсам и осуществлять прогулки по мелководью. Высота осадки составляет 0,85 м. На многих фото катера «Волга» можно определить, что крыльев всего 2: один ряд расположен под водительским местом, а второй – на корме.
Ранее судно называлось «Стрела», такое название действовало до 1965 года. После переименования получила название «Волга», а неофициально – «Крылатка» в народе до сих пор осталось подобное выражение.
Двигатель катера «Волга» может отличаться в стандартной модификации, так как выпуск проводился в 3 вариантах:
- «М53Ф» – на 75 л. с.;
- «М-652-У» – 80 л. с.;
- «М8ЧСПУ-100» – 90 л. с.
Все перечисленные типы моторов работают на бензине по 4-тактной системе. Большинство моделей поставлялись со вторым вариантом двигателя, которого достаточно для достижения скорости на уровне 65 км/ч.
В основе конструкции используется алюминиевый сплав. Метод соединения конструкции – клёпка. В отношении отдельных элементов корпуса использовалась сварка. Длина судна фиксирована во всех модификациях и составляет 8,5 м. Лодка обладает относительно небольшим кокпитом, в него может поместиться 6 пассажиров благодаря наличию 3 рядов сидений, каждое вместимостью 2 человека.
Катер на подводных крыльях «Волга»
Носовая часть «Волги» сильно удлинённая и занимает до 40% всего места. В корме предусмотрен большой моторный отсек, на нём можно перевозить большие грузы, сохраняя лёгкость перехода на глиссирование.
В условиях рек можно встретить различные варианты судна, так как многие покупатели занимаются изменениями конструкции. Сегодня относительно часто встречается катер «Волга» без крыльев, правда, достойного видео сделать не получилось, зато есть вариант на съёмных крыльях на видео.
Полностью восстановленные суда всё чаще ощущают необходимость в замене мотора более мощным и менее габаритным. Катер «Волга» под подвесным двигателем позволяет ускорить переход в состояние глиссирования. Для установки подвесного мотора придётся провести переделку конструкции транца и убрать стационарную модель двигателя. В модернизированных моделях комфортабельность значительно улучшается.
Благодаря наличию длинного закрытого носа сильно урезается часть кокпита, но мастера нашли выход в создании каютного типа судна. Высокая скорость движения катера сделала его популярным в сфере развлечений. Для туристических целей на катер устанавливается длинная палуба, которая занимает порядка 60% всей площади.
По ряду технических параметров катер сегодня остаётся конкурентоспособным. Корпус обладает высокой устойчивостью, так как в конструкции используется протекторный слой защиты, состоящий из 4-кратного покрытия магнием. Дополнительная защита позволяет предотвратить появление коррозии как на крыльях, так и на днище.
Во всех моделях катера «Волга» используются протекторы, но их количество зависит от того, в какой воде предполагается эксплуатирование судна. Для солёной, морской воды включают больше протекторов, а для рек – меньше.
Катер «Волга» под подвесным двигателем позволяет ускорить переход в состояние глиссирования
Существует несколько факторов, для чего нужны крылья на катере «Волга»:
- для увеличения скорости движения и быстроты перехода на глиссирование;
- для снижения сопротивления воды и увеличения быстроходности;
- для повышения мореходных качеств, так как крылья компенсируют качку и волнение.
Подводные крылья приводят и к ряду недостатков:
- высокая стоимость конструкции по сравнению со стандартными водоизмещающими судами;
- при слишком больших волнах приходится сильный удар на днище, а также крылья выходят из воды и судно падает, ударяясь носом;
- высокие требования к двигателям, они должны быть относительно лёгкими, компактными и мощными.
Технические характеристики катера «Волга»
Для своего времени судно являлось одним из самых быстроходных, так как скорость могла достигать 70 км/ч. Даже сегодня катер «Волга» остаётся хорошим приобретением за счёт высокого качества изготовления, отличной быстроходности и долговечности.
Технические характеристики катера «Волга» на подводных крыльях:
- максимальная длина – 8,5 м;
- габаритная ширина – 1,95 м;
- высотность борта в области миделя – 0,98 м;
- высота по габаритам до верхушки ветрового стекла – 1,47 м;
Технические характеристики катера «Волга»
- водоизмещение при нагрузке – 1,8 т;
- вес без оборудования и пассажиров – 1,25 т;
- полезная грузоподъёмность – 650 кг;
- килеватость днища в области транца – 17,8°;
- масса снаряжения – порядка 190 кг;
- максимальная осадка при водоизмещающем типе плавания – 0,85 м;
- уровень осадки при глиссировании на крыльях – 0,55 м;
- количество пассажиров – 5 человек;
- наличие отдельных мест для управления – 1 шт.;
- максимальная удалённость автономного плавания – 92 мили;
- основной двигатель – «М-652-У»;
- мощность двигателя – 80 л. с.;
- тип движителя – гребной (винт);
- размер винта – 0,335 м;
- шаг – 0,538 м;
- отношение дисков – 0,75;
- количество лопастей – 3 шт.;
- комфортная скорость катера для эксплуатации – 50 км/час;
Катер «Волга» имеет 5 пассажирских мест
- максимальная скорость – 65 км/час;
- уровень мореходности при плавании на крыльях – 0,4 м;
- мореходность при водоизмещающем типе передвижения – 1 м;
- тип материала – Амг5В;
- метод соединения – сварка и клёпка.
Если рассматривать мореходный вариант катера «Волга МЕ», то присутствует несколько отличий, хотя большая часть характеристик осталась неизменной.
Особенности катера для моря:
- увеличена ширина корпуса до 2,1 м (на 0,15 м);
- немного больше вес конструкции – 1316 кг (на 71 кг);
- максимальная дистанция плавания без дозаправки – 97 миль;
- поставляется с несколькими типами двигателей: 75, 80 и 90 л. с.
Какая цена
Приобрести катер «Волга» в стандартной комплектации без тюнинга и замены мотора можно по относительно невысокой цене, которая колеблется в пределах 230–300 тыс. рублей. При установке подвесного двигателя цена может возрасти на 50–100 тыс. рублей.
В моем детстве не было ничего более завораживающего, чем смотреть на реактивные гражданские самолеты и суда на подводных крыльях. Их стремительные обводы словно вышли из будущего, из научно-фантастических романов, которыми мы зачитывались. Когда на морском горизонте появлялись стремительные морские« Кометы», все пляжи невольно замирали, провожая глазами эти удивительные суда. А вопрос о том, на чем ехать из Ленинграда в Петродворец, был риторическим — конечно, на «Метеоре». Судами на подводных крыльях Советский Союз гордился так же, как космическими ракетами.
Подрезанные крылья
Можно сказать, что на подводные крылья наша страна встала одной из последних. Первые эксперименты судостроители начали проводить еще в конце XIX века. Довольно быстро пароходы уперлись в скоростной предел в районе 30 узлов (около 56 км/ч). Для прибавления к этой скорости еще одного узла требовалось почти троекратное увеличение мощности двигателей. Именно поэтому быстроходные военные корабли потребляли уголь как хорошая электростанция.
Чтобы преодолеть сопротивление воды, было придумано красивое инженерное решение — поднять корпус судна над водой на подводных крыльях. Еще в 1906 году судно на подводных крыльях (СПК) итальянца Энрико Форланини достигло скорости в 42,5 узла (около 68 км/ч). А 9 сентября 1919 года американское СПК HD-4 установило мировой рекорд скорости на воде — 114 км/ч, что и для нашего времени превосходный показатель. Казалось, еще немного, и весь флот станет крылатым.
«Комета 120М» в цехе рыбинского судостроительного завода напоминает скорее недостроенный космический корабль, чем пассажирское судно.
До Второй мировой войны почти все промышленно развитые страны поэкспериментировали с подводными крыльями, но дальше опытных моделей дело не пошло. Довольно быстро вылезли наружу недостатки новых судов: малая устойчивость при волнении, большой расход топлива и отсутствие легких морских «быстрых» дизелей. Дальше всех продвинулись в создании СПК германские инженеры, небольшими сериями выпускавшие во время войны катера на подводных крыльях. После войны главный немецкий конструктор по СПК барон Ганс фон Шертель основал в Швейцарии компанию Supramar и приступил к выпуску пассажирских судов на подводных крыльях. В США СПК занялась компания Boeing Marine Systems.
Русские вступили в эту гонку последними, однако при словах Hydrofoil Boats весь мир в первую очередь вспоминает советские суда на подводных крыльях. За все время Boeing сумел построить около 40 СПК, Supramar — около 150, а СССР — более 1300. И произошло это благодаря таланту и нечеловеческой упертости одного человека — главного конструктора отечественных СПК Ростислава Евгеньевича Алексеева.
Ракета
Довольно долго небольшому конструкторскому бюро Алексеева, которое в Нижнем Новгороде занималось судами на подводных крыльях, не везло: его перебрасывали от министерства к министерству, от одного завода к другому, и большинство заказов уходило к конкурентам в Ленинград в ЦКБ-19, обладавшее несравнимо бóльшим лоббистским потенциалом. Но в отличие от питерцев, Алексеев с самого начала грезил гражданскими судами. Впервые он попытался наладить выпуск гражданского СПК еще в 1948 году, когда предложил заводу «Красное Сормово» проект скоростного разъездного катера на подводных крыльях со скоростью хода более 80 км/ч. Тем более, что к тому времени уже два года удивительная самоходная модель А-5 рассекала на подводных крыльях гладь Волги, завораживая мальчишек. Руководителям того времени идея иметь для разъездов скоростной катер показалась заманчивой — дорог вдоль рек почти не было.
На «Красное Сормово» начали поступать заказы, но военные запретили работы по гражданскому использованию катеров на подводных крыльях по причине секретности. Алексеев потом еще много раз прибегал к различным уловкам, пытаясь обойти военные запреты, и получал бесконечные выговоры. В итоге выстрелила совершенно невероятная история — в обход Минсудпрома Алексеев добился рассмотрения вопроса о постройке пассажирского судна на подводных крыльях на парткоме завода «Красное Сормово». Партком его поддержал и рекомендовал руководству построить такое судно силами завода.
Партии в то время мало кто мог отказать. К тому же Алексеев заручился поддержкой речников — Минречфлота — и вышел на оргкомитет 6-го Всемирного фестиваля молодежи в Москве с предложением показать в действии первое советское СПК как выдающееся достижение водного транспорта СССР. Это предложение попахивало настоящей авантюрой — до фестиваля оставался год. Тем не менее Алексеев со своей командой совершил чудо, и 26 июля 1957 года теплоход на подводных крыльях «Ракета» вышел в свой первый рейс в Москву на фестиваль, неожиданно став там одним из главных шоу-стопперов: он открывал парад судов, катал многочисленные делегации, включая секретарей ЦК КПСС.
Для энтузиастов СПК все изменилось: из изгоев они стали героями, коллектив получил Ленинскую премию, а на СПК посыпались заказы. Одно за другим ЦКБ Алексеева выдавало различные СПК — речные и морские, маленькие и большие, дизельные и газотурбинные. Всего в СССР было построено около 300 «Ракет», 400 «Метеоров», 100 «Комет», 40 «Беларусей», 300 «Восходов», 100 «Полесьев», 40 «Колхид» и «Катранов», две «Олимпии» и еще около десятка экспериментальных судов. Советские СПК стали важным экспортным товаром — их покупали по всему миру, включая США и Великобританию, страны с высокоразвитым судостроением. Одни из последних СПК — большие морские «ракеты» «Олимпии» вместимостью 250 пассажиров — были построены в 1993 году в Крыму. Свернули свое производство и немногочисленные западные конкуренты. Многим показалось, что эра СПК закончилась, как некогда исчезли парусные красавцы-клиперы.
Новая «Комета»
Насколько же надо быть преданным своему делу, чтобы за три десятилетия простоя не дать умереть технологиям и конструкторской школе и верить в возрождение флота СПК! Тем не менее 23 августа 2013 года на судостроительном заводе «Вымпел» было заложено головное судно проекта 23160 «Комета 120М», спроектированное АО ЦКБ по СПК имени Алексеева. Мы сидим в кабинете главного конструктора СПК Михаила Гаранова, поражаясь величественному виду замерзшей Волги за окном, смотрим фотографии строящейся в Рыбинске «Кометы 120М» и говорим о будущем. Внешне новая «Комета» выглядит скорее прямой наследницей той самой первой алексеевской «Ракеты» со сдвинутой назад рубкой и обводами, напоминающими спортивные родстеры золотой эры автомобилей. Первые же «Кометы» были морскими сестрами речных «Метеоров», которые в большом количестве можно увидеть в Санкт-Петербурге на Дворцовой набережной, откуда они отправляются в Петродворец. Рубки тех «Метеоров» и «Комет» были сдвинуты вперед, и хотя в конце XX века они на фоне других судов смотрелись как пришельцы из будущего, сейчас выглядят слегка старомодными.
Крылатая мечта нижегородцев — газотурбоход «Циклон 250М», рассчитанный на перевозку 250 пассажиров на дальность более 1100 км со скоростью свыше 100 км/ч. Главный рынок для них находится в Юго-Восточной Азии.
Новая «Комета 120М» задает новую планку в судовом дизайне. «С точки зрения дизайна «Комета 120М» — это развитие «Колхиды» и «Катрана», — говорит Гаранов. — Если взять фотографии «Метеора» или «Кометы», то носовые обводы несколько другие. Новые же напоминают эскизы Ростислава Алексеева, который, как известно, сам рисовал дизайн своих судов. И совершенно другая рубка, сделанная по типу рубки «Ракеты», находится чуть кормовее миделя. Ее перенос позволил освободить место в носовом и среднем салонах, где мы разместили 120 пассажиров, а в корме — зоне повышенного шума и вибрации — выделить большие помещения для бара».
Авиационные технологии
Руководство судостроительного завода «Вымпел» приняло решение строить головную «Комету 120М» в Рыбинске. Для этого пришлось освоить новые технологии, многие из которых пришли из авиационной промышленности. Дело в том, что корпус СПК «Комета 120М» делается из алюминиевых сплавов. А варить алюминий непросто — сварка «стягивает» металл. Если мы начнем сварку с правого борта, то судно изогнется вправо. Начнем слева — будет тянуть влево. Чтобы сохранить геометрию — а это безопасность, устойчивость судна на курсе, эстетика, — существует в судостроении такая технология, как стапель-кондуктор. Строительство скоростных судов из алюминиево-магниевого сплава ведется в специальном кондукторе из стальных профилей, фиксируется, выставляется «в нули» по нивелиру, по осям. Фактически как постель будущего днища с сотнями ребер жесткости. К этим ребрам с помощью винтовых талрепов притягивается обшивка днища и бортов. После сварки обшивки получается жесткая конструкция, которую никуда уже не поведет. Далее на обшивку устанавливаются шпангоуты, стрингеры, поперечные и продольные переборки. После завершения сварочных работ стапель-кондуктор отсоединяется от днища, и с помощью подъемного крана корпус переставляется на вторую стапельную позицию.
Панели надстройки собираются из листов и профилей из алюминиевого сплава методом точечной (контактной) сварки, пришедшей на смену заклепкам. Дизайнеры предложили сложные обводы корпуса и рубки, но рыбинским судостроителям удалось воплотить их замысел в металле.
В крыльевом устройстве, выполненном из нержавеющей стали, предусмотрены закрылки с приводом от системы автоматического управления движением судна «Сердолик». Система позволяет повысить комфорт на борту за счет снижения качки и перегрузки при движении на волнении, а также в автоматическом режиме управлять движением судна по курсу. Можно на дисплее картографической системы задать маршрут, отметив точки и углы поворота, и наше судно, как самолет, дойдет до нужного порта. Все это усложнило крыло, и для того чтобы идеально соблюсти геометрические размеры, «Вымпел» также изготовил стапеля-кондукторы. Капитанский мостик, говорит Гаранов, выполнен в современном дизайне «стеклянная кабина». Это царство современных электронных приборов с дисплеями — строго в соответствии с правилами регистра. Управляют скоростным судном всего два человека — капитан и старший механик.
На «Комете 120М» много новшеств. Например, здесь впервые была реализована идея самолетной двери. В результате улучшается дизайн, снижается сопротивление воздуха. Так как судно при движении «стоит» на двух крыльях, при волнении оно изгибается, и раньше на СПК часто заклинивало двери. Чтобы этого не происходило, дверные проемы сейчас усилены, их жесткость существенно возросла.
Само крыло со стойкой сделано из нержавеющей стали, а кронштейн, с помощью которого оно крепится к корпусу, — алюминиевый. Как известно, алюминий и сталь образуют гальваническую пару, что ведет к электрокоррозии. Чтобы ее избежать, крепежные болты оклеивают стеклотканью и между фланцами укладывается электроизолирующая прокладка. В сухом состоянии сопротивление изоляции должно быть не меньше 10 кОм.
Из авиации пришел и способ контроля прочности конструкций корпуса и крыльевых устройств. Скоро СПК будет спущено на воду. На крылья и корпус в районе наибольших напряжений будут наклеены тензодатчики, судно будет забалластировано до «полного» водоизмещения и выйдет на мореходные испытания. В случае, если датчики зафиксируют превышение допустимого напряжения, корпус или крылья в этом месте будут усилены. Можно заранее заложить металл с излишком, говорит Гаранов, но судно тогда получится слишком тяжелым. А мы делаем изящную легкую красавицу.
Оптимисты
Сергей Королёв, директор по маркетингу и внешнеэкономической деятельности в ЦКБ по СПК им. Алексеева, смотрит в будущее с оптимизмом. Порядка 20 лет никто не создавал суда на подводных крыльях, говорит он. Весь скоростной флот с СПК — остатки былой роскоши XX века. А спрос на него есть. Например, пассажиропоток на СПК в Санкт-Петербурге вырос с 700 000 в 2014 году до миллиона человек в 2016-м. Это рынок как раз для новой «Кометы 120М». Заложенное в Нижнем Новгороде 45-местное речное пассажирское СПК «Валдай-45» ориентировано на другой рынок — социальные региональные перевозки в Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком автономных округах. «Северречфлот» там перевозит большое количество пассажиров, поскольку практически отсутствует автомобильное сообщение.
Активно ведутся переговоры с Египтом, странами Персидского залива, Юго-Восточной Азии. Особые надежды возлагаются на новый пассажирский газотурбоход «Циклон 250М», который идеально подходит для дальних морских маршрутов в Азии. Но об этом в другой раз — чтобы не сглазить.
Статья «В России строятся первые в XXI веке суда на подводных крыльях» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2017).
После завершения первого в жизни плавания через Ла-Манш в Булонь на борту SR.N4 известная французская журналистка выразила в газете свое восхищение и удивление путешествием на этом гигантском судне. Ее статья была опубликована на первой странице под заголовком «Капитан утверждает, что у СВП под юбкой ничего нет!»
В отличие от СВП с его невидимым пузырем сжатого воздуха устройства, поддерживающие судно на подводных крыльях над поверхностью воды, представляют собой солидную систему крыльев и стоек, изготовленных из особо прочных сплавов или нержавеющей стали. Подводные крылья — это относительно небольшие плоскости почти такого же типа, как и авиационные. Они сконструированы с целью создания подъемной силы. Типы подводных крыльев, применяемые в настоящее время, в основном подразделяются на пересекающие поверхность воды, глубоко погруженные и мало погруженные. Существует несколько судов с комбинированной крыльевой системой, например РТ150 фирмы «Супрамар», у которого в носовой части установлено крыло, пересекающее поверхность воды, а на корме — глубоко погруженное крыло, управляемое автоматической системой стабилизации. На судне фирмы «Де Хэвиленд Канада» FHE-400 в носовой оконечности установлено пересекающее поверхность подводное крыло, а в кормовой — сочетание из пересекающего и погруженного.
Пересекающие поверхность подводные крылья
Пересекающие поверхность подводные крылья в основном имеют V — образную форму, некоторые из них выполнены в виде трапеции или буквы W. Боковые участки подводных крыльев пересекают водную поверхность и движутся, частично выступая над ней.
Отличительной особенностью V — образного крыла, впервые продемонстрированного генералом Крокко, а затем в результате многолетних исследований усовершенствованного Гансом фон Шертелем, является его способность сохранять вполне определенное положение. Это подводное крыло по отношению к воде обеспечивает как продольную, так и поперечную остойчивость при различных состояниях поверхности моря. Силы, восстанавливающие заданное положение крыла, возникают на той его части, которая движется под водой. Когда судно во время бортовой качки кренится в одну сторону, увеличение размеров зоны погружения бокового участка крыла автоматически приводит к появлению дополнительной подъемной силы, которая противодействует крену и возвращает судно в прямое положение.
Выравнивание килевой качки происходит почти таким же образом. Направленное вниз движение носовой части, приводит к увеличению площади погружения носового подводного крыла. В результате создается дополнительная гидродинамическая подъемная сила, которая поднимает нос судна в исходное положение. По мере увеличения скорости движения судна, создается все более возрастающая подъемная сила. Вследствие этого, корпус судна приподнимается выше над поверхностью воды, что в свою очередь обусловливает уменьшение площадей крыльев, находящихся под водой, а соответственно и гидродинамической подъемной силы. Так как подъемная сила должна быть равна массе судна и зависит от скорости движения и площади погруженных в воду участков крыльев, корпус судна движется на определенной высоте над поверхностью воды, оставаясь в состоянии равновесия.
КПК пересекающий поверхность воды
Катера, оборудованные пересекающими поверхность подводными крыльями, показали удовлетворительные технико-эксплуатационные качества на внутренних водоемах, в морских прибрежных водах и районах, имеющих естественную защиту от штормов. Такие крылья обладают органически присущей им остойчивостью и простотой конструкции, уход за ними несложен. Отличаются они также и значительной прочностью. Тем не менее, при сильном волнении моря предпочтительнее использовать глубоко погруженные крылья, поскольку на крутой волне они обеспечивают лучшие технико-эксплуатационные показатели. Одним из негативных свойств обычных пересекающих поверхность подводных крыльев является то, что присущая им тенденция к выравниванию заставляет их следовать за всеми взлетами и падениями волновых движений.
Это приводит к возникновению вертикальных перегрузок и тряске, которые одинаково неприятны и для пассажиров, и для команды. В идеальном варианте вместо следования за контуром этих волн подводные крылья должны двигаться сквозь них, как бы по ровной и гладкой платформе, удерживаясь на заданном курсе. Но, к сожалению, пересекающие поверхность подводные крылья «не делают различия» между волнами, опускающими нос судна и теми, которые поднимают его. В то же время дополнительная подъемная сила возникает в обоих случаях. Кроме того, существует риск встречи с волной неправильной формы, при которой большая часть подводного крыла приподнимается над поверхностью воды, что приводит к потере подъемной силы и соответственно, к удару корпуса судна о поверхность воды.
Технические показатели пересекающих поверхность подводных крыльев ухудшаются, при эксплуатации в условиях попутной волны. В силу того, что подводные крылья движутся быстрее волн, они преодолевают их с заднего склона. Во время подъема подводных крыльев по тыльной поверхности этих волн, орбитальное или круговое движение частиц воды внутри волны направлено вниз. Это уменьшает скорость потока, обтекающего крылья, отчего уменьшается подъемная сила, а это в свою очередь приводит к резкому проседанию корпуса судна. При встречной волне ситуация, естественно, меняется на обратную.
Причем предельная высота попутных волн для большинства судов с V — образной формой подводных крыльев составляет — три четверти высоты встречных волн. При анализе результатов, полученных в ходе изучения различных типов подводных крыльев, стало очевидным превосходство глубоко погруженных крыльев, в условиях развитого волнения и движения за попутной волной. Использование системы общей стабилизации, в дополнение к имеющимся системам автоматического регулирования глубины погружения этих крыльев, позволило бы уменьшить действующие на судно моменты килевой и бортовой качки, а также вертикальные перегрузки.
Глубоко погруженные крылья
Глубоко погруженные крылья находятся ниже поверхности раздела двух сред на глубинах, где в значительной степени уменьшается влияние погружения на гидродинамическую подъемную силу.
Сравнительное «безразличие» таких крыльев к изменению их положения относительно уровня воды, приводит к необходимости применять специальные меры, по обеспечению стабилизации движения судна. Так как корпус судна на ходу движется над поверхностью воды, опираясь на относительно небольшие крылья, его центр тяжести оказывается достаточно высок. Поэтому, если бы возвышение судна постоянно не контролировалось и не приводилось к заданному положению, неминуемо наступил бы удар корпуса о воду.
Катер с глубоко погруженными крыльями Для того, чтобы избежать подобного явления, поддерживая заданную глубину погружения подводных крыльев и нормальное положение судна, необходимо установить на нем автоматическую систему стабилизации. Она призвана обеспечить стабилизацию судна, при его разгоне из состояния плавания, при движении с отрывом корпуса от воды и плавном приводнении как на тихой воде, так и в условиях морского волнения, а также возможность преодоления большинства волн, без ударов о них корпусом и без резких значительных колебаний относительно всех трех осей. Кроме того, должно быть обеспечено выполнение координированных разворотов, за счет снижения действия боковых перегрузок и уменьшения поперечных усилий, воспринимаемых стойками крыльев. Система должна способствовать созданию таких условий движения судна, при которых вертикальные и горизонтальные перегрузки оставались бы в пределах принятых норм.
Это исключит возникновение чрезмерных нагрузок на корпусные конструкции, создаст благоприятные условия плавания, для пассажиров и команды судна. В автоматических системах стабилизации движения судов на глубоко погруженных подводных крыльях используются высотомеры, основанные на радиолокационном, ультразвуковом, механическом и других принципах. Кроме того, постоянно получается и обрабатывается информация от датчиков крена, дифферента и перегрузок в оконечностях судна. Команды управления положением рулей курса, крыльев или их закрылков вырабатываются по принципам, применяемым в авиации. Типичным примером автоматической системы управления может служить устройство, которое применено на пассажирском СПК «Джетфойл» фирмы «Боинг». Это судно массой 106 т оборудовано водометными движителями, обеспечивающими скорость движения 45 уз.
Система стабилизации принимает сигналы о положении корпуса судна и направлении его перемещений от гироскопов, датчиков ускорений и двух ультразвуковых высотомеров. В электронно-вычислительном блоке происходит суммирование сигналов от всех устройств с командами пульта ручного управления.
Вырабатываемые этим блоком команды, позволяют с помощью электрогидравлических сервоприводов компенсировать внешние переменные силы, действующие на судно. Регулирование параметров подъемной силы осуществляется с помощью закрылков, расположенных по всей длине задних кромок крыльев. Закрылки правой и левой частей кормового крыла имеют независимые приводы, изменяющие положение судна относительно продольной оси в момент перемены курса. Данная система обеспечивает стабилизацию по крену и удержание на заданном курсе, позволяя выполнять повороты, не допуская оголения консолей крыльев, исключая опасность прорывов воздуха в зоны разрежения и как следствие этого, потери подъемной силы. Скорость поворота до 6 градусов в секунду достигается примерно через 5 с после поворота штурвала.
Управление судном ведется всего от трех органов:
- Для измерения скорости движения установлена ручка газа главных турбин;
- Для изменения положения корпуса по высоте - ручка управления погружением крыльев;
- Для удерживания судна на постоянном курсе — штурвал (дополнительный блок обеспечивает это автоматически).
Во время отрыва от поверхности устанавливается нужная глубина погружения крыльев и подаются вперед регуляторы (дроссели) двух газовых турбин «Аллисон» по 3300 л с каждая. Корпус судна отрывается от воды за 60 с. Ускорение действует до тех пор, пока движение судна не стабилизируется автоматически в пределах, определяемых требуемой глубиной погружения крыльев и скоростью, заданной оператором. Для приводнения судна уменьшают газ и оно, теряя скорость, плавно опускается на воду. Обычно за 30 с скорость может упасть от 45 до 15 уз. В случае экстренной необходимости, переведя ручку управления погружением крыльев, можно осуществить приводнение всего за 2 с. Эта система управления идентична системам, применяемым на таких катерах ВМС США, как РСН-1, PGH-1 «Тукумкари» PGH-2, AGEH и РНМ.
В ней тоже использован принцип модульных конструкций. Различные компоненты систем — это уже хорошо зарекомендовавшие себя в авиакосмических исследованиях приборы и инструменты, ранее отобранные для применения в автопилотах самолетов. В системах управления катером РНМ использовано исключительно авиационное оборудование. Управление работой закрылков и носовой стойки, выполняющей функцию руля курса, осуществляется системой, укомплектованной из узлов, идентичных или абсолютно одинаковых с установленными на авиалайнере «Боинг-747-Джамбо».
Пассажирское судно на подводных крыльях — «Джетфойл» Конструкторы судна «Джетфойл» воспользовались результатами исследований опытных катеров ВМС США, PCH-Mod-1; РСН-1 и PGH-1 «Тукумкари». Это позволило создать морское пассажирское быстроходное судно, почти непревзойденное по своим технико-эксплуатационным характеристикам и уровню комфорта. При осуществлении проекта «Тукумкари» пришли к выводу о необходимости замены одного датчика перегрузок, установленного в диаметральной плоскости, двумя. Причем эти датчики разместили непосредственно, над каждым из основных крыльев так, чтобы можно было независимо управлять их закрылками. Это позволило избежать такого неприятного явления, как «продольная раскачка». Создатели катера впервые столкнулись с ним во время испытаний КПК в морских условиях, при крутой трехмерной волне, когда каждое кормовое крыло оказывалось на различных участках волны и попадало в зоны действия различных орбитальных скоростей.
В последнее время ВМС США стали стремиться к стандартизации автопилотов, применяемых на КПК и с этой целью командование американских военно-морских сил утвердило в 1972 г программу исследований под названием HUDAP (аббревиатура, составленная из начальных букв английских слов, в переводе означающих «программа универсального цифрового автопилота для КПК»). Целью программы является разработка высоконадежной системы, обладающей достаточной универсальностью, что позволило бы использовать ее на всех типах современных и перспективных КПК. Эта система, должна была также обладать качествами, дающими возможность совместить автоматическое управление с другими судовыми функциями. Система, разработанная на базе цифровых ЭВМ, обеспечила такую степень стабилизации КПК, которая превышает нормативные требования.
Это позволило дополнительно решить следующие задачи:
- Управление в автоматическом режиме или с заданным курсом, а также автоматически запрограммированные маневры с изменением курса;
- Расхождение с препятствиями;
- Контроль за расходом топлива, изменением массы и положения центровки КПК.
Наиболее оригинальное решение проблемы управления подъемной силой, предложено в проекте швейцарской фирмы «Супрамар». Система основана на использовании известного физического явления, которое заключается в том, что на подъемную силу можно действовать, путем открытия доступа атмосферного воздуха на верхнюю поверхность крыла, т е в зону низкого давления, отказавшись от использования подвижных элементов крыла. Подъемная сила изменяется в зависимости от количества воздуха, поступающего по специальным каналам, расположенным вдоль верхней части поверхности крыла. При этом движение потока отклоняется в сторону от поверхности крыльев, что приводит к аналогичному действию закрылков. Позади воздушных отверстий крыла, образуются свободные от воды полости, что фактически приводит к удлинению подводного крыла.
Доступ атмосферного воздуха к отверстиям на верхней поверхности каждого из крыльев регулируется специальным клапаном. Этот клапан управляется гироскопом и поперечным инерционным маятником, которые каждый в отдельности, а также совместно при помощи сумматора могут менять положение штока вакуумного усилителя, связанного с тягой воздушного клапана промежуточным рычагом. Маятник обеспечивает спрямление судна после накренения, а также поворот с благоприятным креном. Работа гироскопа позволяет умерять бортовую и килевую качки.
Теплоход на подводных крыльях — «Комета» Эта система впервые была установлена на катере «Флиппер» фирмы «Супрамар». На этом катере кормовое крыло, пересекающее поверхность воды, было заменено глубоко погруженным, оборудованным системой автоматического управления доступом воздуха. Условия пребывания на «Флиппере», при движении на волне высотой до 1 м оказалось куда более комфортабельными, нежели на серийных катерах этого класса, при высоте волны 0,3 м Впоследствии эта система была с успехом применена на катерах PTS150 и PTS75Mk1II. В 1065 г ВМС США предоставил фирме «Супрамар» заказ на постройку 5-тонного исследовательского катера, при создании которого требовалось использовать корпус РТS и элементы конструкции КПК ST3A. На катере ST3A были впервые применены глубоко погруженные крылья с системой воздушной стабилизации.
Во время испытаний в Средиземном море этот катер, при скорости 54 уз показал высокие эксплуатационные качества, доказав тем самым, что с помощью системы воздушной стабилизации можно обеспечить надежное управление и стабильное движение КПК с глубоко погруженными крыльями, как на тихой воде, так и в условиях волнения моря. При высоте воли порядка 1 м, что составляет одну десятую длины этого катера, были отмечены лишь незначительные вертикальные ускорения. Это выгодно отличает его от других катеров с глубоко погруженными крыльями. Система была применена фирмой «Супрамар», при технической разработке 250-тонного патрульного КПК, который должен был удовлетворять тактическим требованиям, установленным для подобных катеров в ВМФ ФРГ и других стран НАТО.
Фирма «Супрамар» продолжает совершенствовать системы стабилизации КПК, основанные на автоматическом управлении доступом воздуха к крыльям. Одновременно ведутся разработки вспомогательных систем аналогичного типа, предназначенных для обеспечения плавности перехода от докавитационного к суперкавитационному режиму обтекания крыльев. Такие системы благодаря доступу воздуха к крыльям позволят избежать резкого падения подъемной силы, наступающего при возникновении кавитации. Специальные испытания показали, что открытие доступа к кавитирующему крылу приводит к существенному уменьшению или полному исчезновению кавитационной каверны.
Испытания такой системы проводятся по заказу ВМС США в Голландии в одном из бассейнов. При этом моделируются режимы со скоростями движения до 60 уз для натурного КПК, в условиях морского волнения. Создание все более крупных морских КПК, приводит к необходимости существенно увеличить габариты крыльевых устройств и размеры управляемых закрылков.
Механическое регулирование угла атаки подводных крыльев
Наиболее удачной системой механического регулирования угла атаки, была конструкция крыльев катера «Хайдрофин», спроектированная Христофором Гуком. Ведущая роль Гука в создании первого удачного образца СПК с глубоко погруженными крыльями уже отмечалась в первой главе.
На СПК «Хайдрофин» угол атаки носовых крыльев может изменяться, с помощью двух рычажных датчиков волн, поворачивающихся на той же оси, что и стойки крыльев и протянутых в наклонном положении впереди носа судна. Эти рычаги поддерживаются на поверхности волн с помощью подамаргазированных скользящих по воде плоскостей. Вращение рычагов жестко демпфировано, характеристики демпфирования могут регулироваться, для обеспечения управления судном в соответствии с интенсивностью волнения. Вспомогательная функция датчиков-рычагов заключается в создании непрерывной поддерживающей силы для носовой оконечности, при падении подъемной силы на обоих или одном носовых крыльях.
Амплитуды бортовой качки измеряются, с помощью двух дополнительных датчиков, установленных на стойках подводных крыльев. В распоряжении рулевого находится ножное управление с рулевой колонкой, которая действует аналогично установленной на самолетах.
Килевая и бортовая качка судна на подводных крыльях Существует чисто механическая система, это «закрылок Савицкого», изобретенный доктором Савицким из Дэйвидсоновской лаборатории Технологического института Стивенса, в штате Нью-Джерси. Система доктора Савицкого применена на судах «Си Уорлд» и «Флаийнг Клауд» фирмы «Атлантик Хайдрофойл».
Закрепленные на шарнирах вертикальные закрылки используются в этой системе, для изменения подъемной силы подводных крыльев. Они имеют скошенную форму и механически соединены с задней кромкой стоек подводных крыльев. При нормальной высоте движения в погруженном состоянии находится только нижняя часть «закрылка Савицкого». Когда же из-за увеличения высоты волн под воду, погружается большая часть чувствительного к глубине закрылка, давление на него усиливается, заставляя повернуться и переложить закрылки подводных крыльев, что ведет к увеличению подъемной силы и соответственно, к восстановлению нормального положения и нормальной высоты движения судна. Фирма «Дайнафойлинк» в Ньюпорт-Бич (Калифорния) на построенном ею двухместном спортивном СПК «Дайнафойл Марк 1» продемонстрировала новый подход к проблеме стабилизации подводных крыльев.
Судно с корпусом из стекло-пластика было задумано, как водный аналог мотоцикла и снегохода. Оно имеет главное глубоко погруженное кормовое подводное крыло и небольшое дельтавидное (в форме биплана) переднее крыло, с изменяемым углом атаки. Угол атаки регулируется механически, с помощью изогнутого дельтавидного управляющего крыла, установленного под углом к набегающему потоку. При изменении обтекания управляющее крыло через механическую систему изменяет угол атаки двойного горизонтального крыла, установленного в нижней части носового крыла. Это ведет к изменению подъемной силы и возврату подводных крыльев, на заданную глубину погружения.
Мало погруженные подводные крылья
Первые мало погруженные подводные крылья применялись — на пассажирских и спортивных СПК, спроектированных и построенных в Советском Союзе. Они просты, надежны и пригодны для использования на протяженных укрытых от штормов реках, озерах, каналах и на внутренних морях и в особенности на многих тысячекилометровых мелководных трассах, где V — образное или трапециевидное расположение подводных крыльев, было неприемлемо из-за относительно глубокой осадки в погруженном состоянии. Этот тип крыльев, известный также, как мелководная серия, был разработан доктором технических наук Р. Е. Алексеевым.
Он состоит из двух основных горизонтальных подводных крыльев, по одному впереди и сзади, на каждое из которых распределена приблизительно половина массы всего судна. Погруженное подводное крыло начинает терять подъемную силу по мере приближения к поверхности приблизительно с глубины, равной одной хорде (расстояние между передней и задней кромками крыла). На передних стойках по левому и правому бортам, закреплены глиссирующие наделки в форме поплавков. С их помощью судно выходит из воды, на крыльевой режим, они также препятствуют заглублению крыла. Эти наделки расположены таким образом, что при их касании водной поверхности основные подводные крылья погружены на глубину приблизительно в одну хорду.
Мало погруженные подводные крылья на судах С появлением СПК «Ракета», первый образец которой был спущен на воду в 1957 г, тип крыльев Алексеева в процессе эксплуатации претерпел немало изменений. У большинства более крупных СПК, таких как «Метеор», «Комета», «Спутник» и «Вихрь», теперь имеются два мало погруженных крыла и одно дополнительное носовое, установленное по всему размаху и предназначенное для увеличения продольной устойчивости, ускорения выхода на крыльевой режим и улучшения всхожести на волну.
Последняя модель «Кометы» серии «М» имеет своеобразную отличительную особенность. На этом СПК, впереди установлено трапециевидное пересекающее поверхность воды крыло, а над ним W — образное мало погруженное подводное крыло, изменяющее крен. Трапециевидное крыло идентично V — образному подводному крылу во всем, кроме короткой горизонтальной секции в основании конструкции.
Это крыло устойчиво уже в силу самой своей формы.
Все крыльевые схемы СПК конструкции Р. Е. Алексеева включают, кроме мало погруженных, несущих основную нагрузку крыльев, еще и носовые, следящие за поверхностью воды элементы, такие как:
- Глиссирующие «лыжи» (СПК «Ракета»);
- Пересекающие поверхность воды W — образные носовые крылья (СПК «Комета М»);
- Короткие горизонтальные крылья на бортовых стойках носового крыла (СПК «Метеор»).
Фактически стабилизация СПК Алексеева, движущихся в крыльевом режиме, обеспечивается при малых отклонениях от расчетного положения, за счет влияния погружения на несущую способность основных мало погруженных крыльев («эффект Алексеева»), а при значительных отклонениях СПК по дифференту, крену и высоте, когда степень влияния погружения на подъемную силу основных крыльев снижается, начинает автоматически проявляться принцип Грюнберга - изменение подъемных сил, создаваемых основными подводными крыльями, жестко связанными с корпусом, за счет поворота основных крыльев вместе с корпусом вокруг носовых, следящих за поверхностью воды элементов крыльевого устройства (изменение углов атаки основных крыльев).
Подводные крылья лестничного типа
Лестничное подводное крыло представляет собой, самую старую конструкцию пересекающих поверхность воды крыльев. Оно в самом деле напоминает лестницу, так как состоит из нескольких плоскостей, укрепленных под прямым углом к стойкам. Первые лестничные системы крыльев, например те, что были использованы Форланини, состояли из двух комплектов лестничных плоскостей, которые находились под корпусом СПК в носу и корме. Вскоре стало ясно, что такое расположение имеет существенный недостаток — отсутствие поперечной устойчивости движения. В более поздних моделях этот недостаток был устранен, путем установки двух секций носовых подводных крыльев, которые располагались по обе стороны корпуса на укороченных плоскостях, стойках или пилонах.
В основном лестничные подводные крылья были прямыми, но иногда имели V — образную форму. Это предотвращает резкое падение подъемной силы, когда плоскости выходят на поверхность воды. В настоящее время одно из немногих судов с лестничными подводными крыльями - это «Уиллиуо», яхта на подводных крыльях массой 1,6 т, со скоростью движения 30 уз. В сентябре 1970 г она завершила 16-дневный переход из Саусалито (Калифорния) в бухту Кахулуи в Мауи на Гавайях. Это первое парусное СПК, совершившее океанское плавание. Яхта оснащена боковыми четырех-ступенчатыми крыльями - лесенками, а кормовое крыло - руль имеет трехступенчатую форму. Подобно V — образному подводному крылу лестничные крылья, также могут обеспечить необходимую устойчивость судна, сохраняя при этом подъемную силу на крыле при заданной глубине погружения.
Расположение крыльев
Еще один важный вопрос, требующий исследования - это расположение по длине судна зон, в которых возникает подъемная сила. Существуют три различные схемы расположения крыльев — самолетная, „утка” и „тандем”. При самолетной или обычной, схеме расположения крыльев основная часть нагрузки приходится на составное или разрезное подводное крыло, расположенное в средней части корпуса, ближе к носовой оконечности, а на кормовое крыло приходится меньшая часть массы СПК.
Расположение подводных крыльев на судне — «Джетфойл» Схема „утка” построена по обратному принципу. В ней основная часть массы судна приходится на составное или разрезное основное подводное крыло, расположенное позади миделя корпуса, а на меньшее носовое крыло — малая часть нагрузки. Особенность схемы «тандем» заключается в том, что нагрузка распределяется поровну, между носовым и кормовым подводными крыльями. Чаще всего основные подводные крылья разрезают для обеспечения подъема или подтягивания к корпусу из воды, как это сделано на катерах «Тукумкари» фирмы «Боинг» и «Плейнвыо» фирмы «Грумман».
Однако можно избежать необходимости разделения основного крыла. Так, в схеме «утка» основное подводное крыло перемещается целиком в точку позади транца. Примерами могут служить катера РНМ-1 и «Джетфойл». В иных случаях стойки крыльев, могут втягиваться вертикально вверх внутрь корпуса, как на катере РСН-1 «Хай Пойнт» фирмы «Боинг».
Кавитация
Кавитация, по существу, является основным препятствием на пути создания судов на подводных крыльях, которые длительное время движутся на высоких скоростях. Кавитация наступает обычно, при скорости от 40 до 45 уз, при которой абсолютное давление на каком-то участке верхней поверхности крыла, падает ниже давления насыщенных паров воды.
Кавитация бывает двух видов:
- Устойчивая;
- Неустойчивая.
Неустойчивая кавитация возникает, когда пузырьки пара образуются, непосредственно позади передней кромки подводного крыла и распространяются по его профилю вниз, раздуваясь и лопаясь с высокой частотой. В момент разрыва пики давления достигают 13- 10 6 кгс/м 2 (127 МПа). Это явление ведет к кавитационной эрозии металла и создает неустойчивость потока вокруг крыльев, что в свою очередь вызывает резкие изменения подъемной силы и соответственно, явления, ощущаемые пассажирами СПК.
На большинстве современных пассажирских и боевых КПК установлены докавитационные подводные крылья NACA, которые обеспечивают равномерное распределение давления по всей длине хорды, что дает наибольшую подъемную силу в пределах их докавитационной скорости. Для того, чтобы предотвратить возникновение кавитации, необходимо поддерживать относительно низкую нагрузку крыла, порядка 5300-6200 кгс/м 2 (52-60 кПа). Но, при скорости 40-50 уз опасность возникновения кавитации все же сохраняется. В диапазоне скоростей 45- 60 уз необходимо считаться с существованием кавитации, по крайней мере в течение короткого периода времени.
Но, при скорости движения свыше 60 уз приходится применять только специальные суперкавитирующие или вентилируемые профили крыльев. Один из способов борьбы с последствиями, вызываемыми кавитацией, связан с подачей воздуха в зону ее возникновения, путем естественного прососа или искусственной подачи воздуха. При другом решении, также не вышедшем еще за рамки исследовательских работ, предполагается предпринимать меры по существенному изменению характеристик потока, при возникновении кавитации. Профили, спроектированные для такого режима, называются переходными. Все отмеченные выше исследования, ведутся с целью эффективной эксплуатации СПК на высоких скоростях, в условиях возникновения кавитации.
Крыльевое устройство и детали судна на подводных крыльях Суперкавитирующее крыло, имеет острую переднюю кромку, для того чтобы организовать кавитационную каверну вдоль всей засасывающей стороны профиля. Каверна замыкается за задней кромкой крыла и тем самым разрешаются проблемы его вибрации и эрозии. Кроме того, для уменьшения сопротивления движению крыла, можно нагнетать воздух в зону, образующуюся позади его квадратной задней кромки. Этот тип подводного крыла известен, также под названием вентилируемого. Он был испытан на скоростном опытном судне «Фреш-1», при скорости до 80 уз в условиях тихой воды. На стреловидном суперкавитирующем крыле, возникает кавитационная каверна, которая распространяется сначала по всей поверхности крыла, затем вниз и распадается значительно ниже его задней кромки.
Подъемная сила и сопротивление таких подводных крыльев, определяются формой лобовой кромки и нижней плоскости. Исследования различных типов скоростных подводных крыльев не прекращаются и по сей день. Особое внимание уделяется проблемам увеличения подъемной силы, в момент отрыва СПК от поверхности воды, управления подъемной силой, перехода от докавитационных к сверхкавитационным скоростям, задаче разработки острых передних кромок крыла, обладающих тем не менее достаточной конструктивной прочностью. Серьезную проблему, при создании суперкавитирующих крыльев, представляет прорыв атмосферного воздуха в каверну на крыле, который может происходить либо по стойке, либо при замыкании каверны на свободную поверхность вследствие волновых возмущений.
Прорыв воздуха или как его называют, вентиляция происходит чаще всего тогда, когда стойки крыльев имеют большой угол атаки, например во время поворотов на высокой скорости. Воздух может проникать также через каналы внутри стоек. Один из методов борьбы с прорывом воздуха заключается в использовании „забора”, т е небольших по размерам шайб, огибающих крыло и размещенных через короткие промежутки, вдоль всей поверхности верхней и нижней его плоскостей. Шайбы расположены как на гидрокрыльях, так и на стойках и направлены вдоль линий потока, что предотвращает прорыв воздуха к каверне и изменение условий обтекания крыла.
Двигатели
Подавляющее большинство современных пассажирских СПК, оборудованы быстроходными дизелями, которые до сих пор, остаются наиболее экономичными и надежными энергетическими установками, для малых морских судов. Как уже было отмечено ранее, преимущества судна с дизелем заключаются в его более низкой стоимости, а также в меньших затратах на горючее и обслуживание. Кроме того, для проведения капитального ремонта или починки такого СПК, нетрудно найти опытного инженера по дизельным установкам. Принимая во внимание то обстоятельство, что легкий дизель может работать до капитального ремонта, от 8 до 12 тыс. ч, стоимость его эксплуатации более чем вдвое ниже расходов на эксплуатацию соответствующей морской газовой турбины. Еще одно важное преимущество заключается в следующем, хотя масса турбины может составлять всего 75-80 % массы дизеля, такой же мощности, но с учетом запасов топлива общая масса судна, оснащенного газовой турбиной, будет всего на 7-10 % меньше.
Устройство судна на подводных крыльях Тем не менее, диапазон мощности имеющихся в настоящее время легких дизельных установок, ограничивается 4000 л с (3000 кВт). Поэтому на более крупных судах становится неизбежным применение газовых турбин. Следует отметить, что использование на крупных СПК более мощных газотурбинных установок, дает значительные преимущества. Их производство проще, они имеют малый удельный вес, обеспечивают очень высокий момент вращения на низких скоростях, быстрее разогреваются и набирают ускорение и наконец, их можно установить в различной комбинации, от одной до четырех турбин, с требуемым уровнем мощности от 1000 до 80000 л с (740-60000 кВт).
Эти газовые турбины, как и те, что применяют на СВП, несколько отличаются от двигателей современных самолетов (турбины для судна РНМ разработаны на основе двигателей TF-39 фирмы «Дженерал электрик», которые установлены на транспортном самолете С-5А и авиалайнере DC-10 «Триджет»). Эти двигатели работают в комплексе с турбинами, превращающими энергию газа во вращательную механическую энергию. Ротор турбины вращается свободно и независимо от газо-генератора и поэтому может обеспечивать регулировку мощности и скорости вращения. Поскольку обычные газовые турбины проектировались без учета возможной эксплуатации в морских условиях, на лопасти турбин пришлось нанести особое покрытие, предохраняющее их от действия соленой воды. С этой же целью, детали из магниевого сплава заменены деталями из других металлов.
Трансмиссия
Простейшими формами передачи мощности гребному винту, можно считать наклонный вал или V — образную передачу. Оба эти вида передач, могут быть использованы для малых СПК с пересекающими поверхность воды крыльями и для СПК с мало погруженными подводными крыльями, у которых киль расположен на небольшой высоте над основным уровнем воды. Однако наклон вала не должен превышать 12-14° по отношению к горизонтали, в противном случае возникнет кавитация лопастей винта. Это означает, что типичный по размерам корабль на подводных крыльях, может иметь весьма ограниченную высоту просвета, между корпусом и поверхностью. Поэтому единственный известный вид механической трансмиссии, который обеспечивает достаточный клиренс СПК в условиях волнения моря - это двойная угловая зубчатая или Z — образная передача. В силу относительной простоты конструкции все большую популярность завоевывает водометный движитель, но при скоростях движения 35-50 уз, он уступает по эффективности гребному винту.
Достоинства его заключаются прежде всего в простоте управления, большей надежности и менее сложной в механическом отношении схеме передачи мощности. В примененной на катере «Джетфойл» фирмы «Боинг» установке, мощность обеспечивается двумя газовыми турбинами «Аллисон», каждая из которых соединена через редуктор с осевым водометным движителем. Когда СПК находится в крыльевом режиме, вода в систему поступает через трубчатый водозаборник, расположенный на нижнем конце центральной стойки кормового подводного крыла. В верхней части трубопровода водный поток разделяется на две струи и поступает в осевые насосы движителей.
Схема движения воды в движительной системе Затем под высоким давлением вода выбрасывается через сопла, помещенные у основания транца. Схема движения водяной струи в движительной системе СПК «Джетфойл» во время движения не в крыльевом, а в водоизмещающем режиме, та же самая. В этом случае поступление воды происходит через напорный водозаборник в киле. Обратный ход и маневрирование в водоизмещающем режиме обеспечиваются с помощью козырьков, которые расположены непосредственно за соплом работающего главного движителя. Они то и разворачивают или отклоняют поток. Вероятно, в будущем будет эксплуатироваться очень много СПК с водометными движителями, со скоростью движения в пределах 45-60 уз. Тем не менее в качестве движителей на скоростях до 80-120 уз водометы значительно уступают в эффективности суперкавитирующим гребным винтам. Но прежде чем будут созданы подобные движительные комплексы, предстоит решить целый ряд проблем гидродинамического порядка.
Несомненно одно — дальнейшие исследования в области судов с динамическими принципами поддержания, помогут найти решение этих проблем.
Предлагается к прочтению.
Пущенная на воды озера Маггиоре, лодка с надстроенными «крыльями», созданная итальянским изобретателем, достигла небывалой для 1906 года скорости – 68 км/ч. Двигатель лодки обладал мощность всего 60 лошадиных сил и приводил в движение два воздушных винта, вращающихся в противоположных направлениях.
Принцип действия
Подводные крылья – это устройства, входящие в конструкцию корпуса корабля, выполненные в виде крыльев (отсюда и название). Их основным назначением является уменьшение силы трения и сопротивления воды, корпусу корабля, а также уменьшение осадки судна. Принцип действия подводных крыльев, аналогичен крыльям летательных аппаратов. При больших скоростях, за счет изгиба крыла, корабль поднимается над водой. Погруженными остаются лишь крылья и двигатели. Оптимальная сила выталкивания судна зависит от его скорости. Так как плотность воды больше плотности воздуха в 800 раз, то и площадь крыла, как и скорость корабля, при той же силе выталкивания, что и у самолета, будет меньше в 800 раз.
Подобные суда способны перемещаться по воде в двух режимах:
- В режиме обычного корабля. Каждый тип судна на подводных крыльях имеет расчетную скорость, при которой выталкивающая сила поднимает корпус корабля над водой (аналогично взлетной скорости самолета). До достижения этой скорости, судно погружено в воду, в соответствии с законом Архимеда . При этом сильно увеличивается осадка, так как крылья увеличивают ее. Для решения этой проблемы, применяются складные крылья и поднимающиеся винты.
- В режиме судна на подводных крыльях. Достигая скорости выталкивая, корабль поднимается над водой , за счет уменьшения силы трения, скорость резко возрастает, а осадка становиться минимальной.
Существуют два основных типа подводных крыльев:
При увеличении площади соприкосновения с водой подобных крыльев, увеличивается и создаваемая ими выталкивающая сила. Благодаря этому свойству, судно более устойчиво при возникновении волн. Для улучшения плавности движения корабля при сильном волнении, частично погруженные крылья можно оснастить закрылками с автоматическим управлением.
Полностью погруженное (U
-образно) крыло.
Управление выталкивающей силой при полном погружении крыла в воду, осуществляется путем изменения угла атаки (поворот крыла целиком) или отклонением закрылок, которые расположены на неподвижном крыле, вдоль задней кромки. Регулирование положения судна над водой, обеспечивается системой автоматического управления. Компьютер управления, отслеживает положение судна и автоматически осуществляет его балансировку.
Система управления должна обладать очень высоким коэффициентом надежности, так как при ее отказе, судно с U-образным крылом может перевернуться.
Подводные крылья могут располагаться по-разному, как относительно друг друга, так и относительно корпуса судна.
Всего существует три типа, применяемых в практике, компоновок подводных крыльев:
- Расположение крыла аналогично авиационному (самолетная компоновка). При таком положении, крыло больших размеров (главное), расположено перед метацентром корабля, а крыло меньших размеров (второстепенное), находится позади центра тяжести. Крылья такого типа применяются на малых судах, с небольшой осадкой.
- Расположение крыла по схеме – «утка». Такая конструкция предполагает размещение меньшего крыла перед основным (напоминая по форме утку). Применяются аналогично «авиационным».
- Тандемная схема. Тандемные крылья равнозначны между собой и расположены спереди и сзади метацентра судна, на одинаковом от него расстоянии. Подобная схема используется в конструкции крупных, мореходных судах на подводных крыльях.
Двигательные установки судов на подводных крыльях
Для выхода на глиссаду (то есть достижения скорости, достаточной, что бы «встать» на крылья), судно должно обладать мощным двигателем. На судах с подводными крыльями применяются двигатели внутреннего сгорания (дизельные) и газотурбинные установки.
Совместно с ними применяются водометные и винтовые движители. Крупнотоннажные суда оснащаются движителями обоих типов, переключающихся в зависимости от режима движения корабля, чаще всего они приводятся в действие газотурбинными установками.
Особенности движения крыла в воде
При движении подводного крыла в воде, на его верхней поверхности образуется зона пониженного давления. Это способствует возникновению воздушных пузырьков, этот эффект называется – кавитацией. Схлопываясь, воздушные пузырьки способны повредить крыло. Область низкого давления, достаточная для возникновения пузырьков, образуется при достижении судном определенной скорости.
По возникновению кавитации, подводные крылья делятся на два типа:
- Бескавитационныые крылья. Их максимальная скорость, ниже скорости, необходимой для возникновения кавитации.
- Суперкавитирующие. Крылья для сверхскоростных судов. Профиль крыла выполнен таким образом, что кавитационные пузырьки схлопываются на расстоянии от поверхности крыла.
В 1956 году был разработан новый тип профиля крыла , призванный стать независимым от кавитации. Он представляет собой симметричный клин . При движении в жидкости на его гранях возникает положительное динамическое давление. На его внешней выпуклой стороне давление уменьшается, а на вогнутой – повышается. В области высокого давления, возникающей на выпуклой стороне искривленного клина, эффект кавитации отсутствует , а при больших углах атаки крыла, отгибы задних кромок затягиваю возникновение кавитации.
Особенности применения подводных крыльев
Внедрение подводных крыльев привело к изменению архитектуры использующих их судов. Для уменьшения аэродинамического сопротивления корпуса, суда данного типа стали обтекаемых форм. Из-за малой грузоподъемности, основное назначение таких кораблей стала перевозка пассажиров и экскурсии
, их внутреннее расположение салона, соответствует салону самолета.
Рулевая рубка (капитанский мостик) располагаются в носовой части корабля для улучшения обзора при прохождении извилистых рек. Хозяйственные помещения, размещаются между пассажирским салоном и машинным отделением, тем самым ослабляя шум двигателей (проникающий в салон) и повышая комфорт пассажиров.
Для проектирования судов на подводных крыльях, были разработаны новые методики разработки корпуса . С учетом увеличенного изгибающего момента . К тому же, особенности эксплуатации предполагают сильные удары волн о корпус, в режиме глиссирования судна.
Все эти факторы определяются конструкцией крыльевого устройства, особенно носового. В результате применения подводных крыльев, разработанных под руководством доктора технических наук, профессора Н.В. Маттеса, удалось снизить динамические нагрузки на корпус до 50 – 60%.
Подводные крылья и корпус судна, в среднем составляют 45 – 55% от его порожнего веса. Поэтому оптимальными материалами для создания глиссеров являются легкие и прочные сплавы алюминия и нержавеющая сталь , для изготовления крыльев. В настоящее время на многих малых судах применяются крылья из стеклопластиков с армированием , позволяющие значительно уменьшить вес судна.
Технология изготовления судов на подводных крыльях очень дорогая. Поэтому в отдельных случаях, конструкторы идут на ухудшение гидродинамических характеристик, уменьшая стоимость постройки корабля. Например, клепаные сочленения корпусов заменяются сварными соединениями. Это утяжеляет конструкцию в целом, но многократно снижает трудоемкость и стоимость работ.
Способы управления подводными крыльями
Управление выталкивающей силой на судне с подводными крыльями осуществляется изменением угла атаки крыла, либо закрылками. В настоящее время, все системы управления – автоматизированы. Оператор производит лишь грубое управление – поворот, замедление и ускорение судна, а стабилизацию движения обеспечивает центральный процессор управления судном. Получая информацию о положении судна с датчиков, он передает сигналы на изменение угла атаки крыла или закрылок. Удерживая судно в заданном оператором положении. Для глиссеров применяются только самые быстродействующие процессоры и датчики, так как время прохождения и обработки сигнала на больших скоростях, должно быть минимально.
Центральное Конструкторское бюро по судам на подводных крыльях имени Р. Е. Алексеева — ведущее советское и российское предприятие в области проектирования экранопланов, судов на подводных крыльях (СПК), судов на воздушной каверне (СВК), судов на воздушной подушке (СВП), катеров. Основано 17 апреля 1951 года.
Ракета
"Ракета" - это первое советское пассажирское судно на подводных крыльях. Разработан и спущен на воду в 1957 году на верфи завода "Красное Сормово" (Нижний Новгород). Производство продолжалось до середины 1970-х годов. Это судно было награждено Золотой Медалью на Брюссельской Выставке.
Длинна: 27 м
Ширина: 5 м
Высота (на крыле): 4,5 м
Осадка (полная): 1,8 м
Рабочая скорость: 35 у.з., 60 км/ч
Силовая установка: 1000 лс. дизель М50
Движитель: винт
Экипаж/ обслуга: 3
Пассажиров: 64
Комета
Коме́та — серия морских (первый в этом классе) пассажирских теплоходов на подводных крыльях.
Разработан в 1961 году.
Серийно производились в 1964—1981 годах на Феодосийском судостроительном заводе «Море» (всего было построено 86 «Комет», в том числе 34 на экспорт) и в 1962—1992 годах на Потийской судоверфи (проект 342 МЭ, 39 судов).
Высокооборотные дизельные двигатели для теплохода поставлялись ленинградским заводом «Звезда»
Газотурбоход "Буревестник".
Газотурбоход Буревестник - самый скоростной вид речного транспорта. Имеет два двигателя
от Ил-18. В 1964-1979 работал на маршруте Куйбышев-Ульяновск-Казань-Горький.
Метеор
В отличие от авиационных движков «Буревестника», «Метеоры» летали при помощи дизельных двигателей, приводящих в движение типичные для судов гребные винты.
Чайка
Было создано в единичном экземпляре и брало на борт 70 пассажиров, но зато развивало скорость до 100 км/ч! На воде!
Тайфун
Ласточка
Полесье
«Поле́сье» — тип пассажирского судна на подводных крыльях.
Суда предназначены для скоростных пассажирских перевозок в светлое время суток с продолжительностью рейса до 8 часов, в том числе и для неглубоких водоёмов.
Корпус выполнен из алюминиево-магниевого сплава. Крыльевое устройство состоит из носового и кормового крыльев. Переднее крыло имеет стреловидную в плане форму.
Беларусь - речное пассажирское СПК
Колхида
Всего было выпущено около 40 единиц судов типа «Колхида».
Альбатрос (Катран)
Морской пассажирский двухвинтовой теплоход на подводных крыльях.
Всего было выпущено 5 теплоходов типа «Альбатрос»
Циклон
Комета 120М
via
Документальные фильмы:
"Полёт на подводных крыльях" (Hydrofoil Flight) - К столетию Ростислава Алексеева (1916-1980)
"Комета выходит в океан"
*******
Куда улетел «крылатый флот»? (Украина) 2017
Когда-то гордость речного пассажирского транспорта «Метеоры» и «Ракеты» сегодня простаивают на суше. Некоторые либо заграницей, либо порезаны на металлолом и восстановлению не подлежат. Однако в Запорожье есть мастера, которым по силам вдохнуть новую жизнь в старое судно. На ремонте находится единственный в Украине «Метеор», который еще можно реанимировать. Владимир Осадчий — один из тех, кто не дает теплоходу уйти в небытие.
*******
Россия возобновила производство скоростных морских пассажирских судов на подводных крыльях типа "Комета" (2013)
Морское пассажирское судно на подводных крыльях нового поколения «Комета 120М» проекта 23160 предназначено для скоростных перевозок пассажиров в светлое время суток в салонах, оборудованных креслами авиационного типа.
Район эксплуатации:
Моря с морским тропическим климатом R3-RSN (hв3% 2,5м). Удаление от порта - убежища в открытых морях до 50 миль.
Класс судна КМ Hydrofoil craft Passenger - A Российского Морского Регистра Судоходства.
Мореходность:
Обеспечено движение СПК в крыльевом режиме при высоте волны hв3% до 2,0 м и ветре до 4 баллов.
При высоте волн hв3% до 2,5м и ветре до 5 баллов — обеспечено безопасное плавание в водоизмещающем режиме.
Загрузка...
