Суда на подводных крыльях и транспорт на воздушной подушке

В судах на подводных крыльях (СПК) и судах на воздушной подушке (СВП) нашли отражение потребности современного человека в высоких скоростях. Подобно самолетам и вертолетам, этот вид транспорта развивает подъемную силу и силу тяги. Поскольку корпус СПК поднимается из воды, сила трения уменьшается, и такое судно движется быстрее. СВП поднимается над поверхностью, над которой он движется, будь то вода, снег, болото или песок.

СПК и СВП поднимаются и поддерживаются над поверхностью за счет затрат энергии, тогда как обычные суда и наземный транспорт в состоянии покоя энергии не потребляют. СПК [А] поднимается для уменьшения сопротивления при движении, с тем чтобы двигаться на высокой скорости и не ощущать волн. Ховеркрафт [Б] обладает теми же свойствами, но может двигаться по любой поверхности. «Юбка», смонтированная на СВП-амфибии, поддерживает воздушную подушку и поднимает жесткую конструкцию над поверхностью.

Суда на подводных крыльях. Первые СПК были построены в начале XX в. По расчетам, подводное крыло (несущая плоскость, рассчитанная для движения в толще воды) [2] гораздо меньше воздушного крыла, способного развить ту же подъемную силу.

На большой скорости подводные крылья создают подъемную силу, достаточную для подъема судна из воды, что уменьшает сопротивление движению

В ранних экспериментах использовались крылья в виде «лесенок» [1 А]: чем быстрее разгонялось и чем выше поднималось судно, тем меньше крыльев оставалось под водой.

К 1940 г. предпочтение было отдано крылу, часть которого находится в воде, а часть - в воздухе [1 В]. В этом типе СПК крылья наклонены в виде буквы V с концами, выступающими из воды, что обеспечивает судну устойчивость при виражах или на волне.

Многие советские суда на подводных крыльях имеют крылья с глубинным эффектом [1 Б], которые автоматически располагаются на глубине в несколько сантиметров. Такая конструкция идеальна для судов с малой осадкой, плавающих во внутренних водах, но непригодна для открытого моря. Для этих целей лучше всего подходят погруженные крылья 1 Г]. Небольшие крылья погружены глубоко в воду, поддерживая судно на обтекаемых стойках. Угол атаки крыла может регулироваться автопилотом, что позволяет судну преодолевать большие волнения.

Почти все СПК принадлежат к одному из четырех классов. Ступенчатые крылья [А] выходят из воды при увеличении скорости судна. Крылья с глубинным эффектом [Б] подходят для мелководья, где нет волн. Наклонные крылья [В] -наиболее распространенный вариант для пассажирских СПК, глубоко погруженные крылья [Г] предпочтительны для глубокой воды. Крылья регулируются; их угол атаки управляется автопилотом

Большинство СПК относительно невелики: водоизмещение некоторых гражданских судов достигает 150 т, а самого большого военного судна - 320 т. Как прибрежные паромы, они способны перемещаться с большими скоростями, не нанося повреждения берегам рек и не мешая движению маленьких судов своей кильватерной волной. На военных СПК устанавливаются платформы для орудий, ракет и специальные противолодочные системы обнаружения и подавления. На малых скоростях СПК не отличается от традиционных судов и находится на плаву с корпусом, погруженным в воду. Судно способно плавать даже в шторм.

Транспорт на воздушной подушке. Судно на подводных крыльях передвигается только по воде. Ховеркрафт-наиболее распространенный представитель транспорта на воздушной подушке-способен перемещаться практически везде.

В XIX в. некоторые инженеры, в том числе Джон Торникрофт (1843 -1928), пытались уменьшить сопротивление движению в воде подачей воздуха через отверстия в корпусе судна. Эксперименты советского ученого Левкова (1930 г.) и Кристофера Коккерелла (1950-е гг.) показали, что для подъема судна над водой при существующих двигателях воздушную подушку под судном следует удерживать «юбкой». В современных СВП создается либо воздушная подушка под днищем, либо воздушная завеса, образуемая щелями или соплами по краю днища [6].

Имеются четыре основных типа СВП, каждый с центральным компрессором. В простой камерной схеме [А] воздух вытекает через нижний зазор. В щелевой схеме [Б] поток воздуха направлен под корпус судна. Жесткий корпус с гибкой «юбкой» [В] проходит над волнами и твердыми препятствиями. Жесткие боковые стенки [Г] увеличивают подъемную силу, но создают дополнительное сопротивление воды

Корпус СВП обладает собственной плавучестью, что позволяет им оставаться на плаву при неработающих вентиляторах. Воздух, закачиваемый подъемными вентиляторами, поднимает судно как бы на подушке, находящейся под небольшим избыточным давлением, и вытекает с той же скоростью, с какой нагнетается. Подъем и движение осуществляются либо . от силовой установки, либо от самостоятельных приводов.

У первых СВП края днища были плоские, и дневной свет был виден под судном, находящимся в рабочем состоянии, хотя клиренс часто не превышал 8-10 см. Для улучшения проходимости более поздние модели были оснащены гибкими «юбками» [7].

«Юбка» для СВП- амфибий делается из грубых прорезиненных материалов для повышения износоустойчивости. Воздух подается между стенками «юбки» и вытекает через специальные сопла, образуя подушку под днищем. «Юбка» рассчитана на быструю и простую замену, ибо именно здесь наиболее вероятно повреждение

Последние удерживают воздушную подушку, но легко проходят над препятствиями. Поэтому СВП одинаково хорошо функционируют как на воде, так и на суше. В отличие от СПК они не имеют ограничений по размерам - воздушные подушки используются большими пассажирскими судами и автомобильными паромами. Были опробованы различные типы двигательных систем и систем управления [8].

Движение и управление СВП часто осуществляется поворачивающимися пропеллерами [А]. Для уменьшения шума и опасности винты помещают в трубу [Б], воздух к тяговым соплам подается от компрессора [В]. Тягу можно создать реактивной водяной струей [Г]. Если тяговая система неподвижна, судном управляют дефлекторы или рули

Оптимизм относительно будущего СВП пока не оправдался. Современные суда на ВП еще неэкономичны для коммерческого использования, что скорее всего объясняется их малыми размерами.

Другие примеры использования СВП. Принцип воздушной подушки оказался также ценным для военных целей и успешно используется в других видах транспорта, в частности в поездах, движущихся над гладкой колеей. При этом ВП уменьшает трение, тогда как поступательное движение поезду сообщают либо турбовентиляторные, либо линейные индукционные двигатели. Тяжелые СВП перевозят оборудование до 500 т на местности, непреодолимой для транспорта с колесным и гусеничным ходом.

На промышленных предприятиях с помощью СВП передвигаются тяжелые предметы. Принцип ВП используется при создании больничных коек, предназначенных для людей с тяжелыми ожогами. Им пользуются для приземления самолета в любом месте.