Суда на воздушной подушке и катера-амфибии - видео

Автор: Super User. Опубликовано в История кораблестроения

Судно на воздушной подушкеДля освоения природных ресурсов отдаленных районов нашей страны требуются транспортные средства повышенной проходимости, обладающие свойством амфибийности, то есть способностью переходить с воды на сушу и обратно. Однако практика показала, что в ряде труднодоступных и климатически суровых районов, характеризующихся большим количеством рек, озер и болот, использование гусеничных или колесных вездеходов крайне затруднено, а подчас и невозможно.

 

Это связано с тем, что здесь особенно сильно проявляются держащие свойства грунта. Известно, что на каждый квадратный метр поверхности корпуса машины, контактирующей с грунтом, налипает от 300 кг влажных песков до 4000 кг туго пластичных глин. Кроме того, из-за присасывания к грунту во время длительной стоянки или вынужденной остановки машина лишается возможности двигаться.

В зимних условиях движение затруднено тем, что вне дорог мала несущая способность снежного покрова. По льду рек и озер особенно сложно перемещаться в периоды ледостава, таяния и разрушения льда, когда даже плавающая техника не может преодолевать его сопротивление.

Следует также отметить, что в последнее время существенно возросли требования к экологичности транспорта, в частности, введены ограничения на степень разрушения им верхних слоев почвы.

С учетом всех перечисленных факторов наиболее целесообразным считают использование транспортных средств на воздушной подушке, у которых давление на грунт не превышает 2— 5 кПа, что существенно ниже, чем у гусеничных транспортеров-снегоболотоходов (17—24 кПа). Благодаря этому они обладают лучшей проходимостью и не разрушают поверхностный слой почвы.

Практическое применение катеров и судов на воздушной подушке в нашей стране было начато с 1935 г. Группой под руководством конструктора и ученого В. Левкова был проведен ряд исследований. За период до 1941 г. они создали и опробовали 15 аппаратов на воздушных подушках массой от 2,25 до 14,7 т. Например, в 1937 г. дюралевый катер на воздушной подушке Л-5 в ходе испытаний развил скорость 137 км/ч. Уже на раннем этапе развития судов на воздушной подушке была выявлена их уникальная способность двигаться над водой, болотом, песчаными перекатами, льдом залива и равнинной местностью.


В ходе эксплуатации судов и катеров на воздушной подушке накапливался опыт, стала определяться их специализация. Если раньше они использовались преимущественно на воде или в качестве амфибий, то теперь появились их наземные варианты — самоходные и буксируемые с помощью тягача, а также платформы на воздушной подушке, предназначенные для перевозки различных грузов в труднодоступных районах. Однако основным, магистральным направлением развития транспортных средств на воздушной подушке является создание судов и катеров, в наибольшей степени отвечающих потребностям народного хозяйства.

Воздушная подушка представляет собой полость под корпусом транспортного средства, в которую непрерывно нагнетается воздух под давлением более высоким, чем атмосферное Ее границы образованы твердыми или мягкими стенками, а также их комбинацией. Твердые стенки воздушной подушки судна принято называть скегами, а мягкие — гибким ограждением.

Устойчивость воздушной подушки обеспечивается за счет истечения воздуха, выходящего через узкий зазор между нижней кромкой стенок ограждения и опорной поверхностью. Струи воздуха вместе с податливым ограждением обеспечивают равномерное отслеживание неровностей грунта и взволнованной водной поверхности. Аппараты с бортовыми скегами, но с носовыми и кормовыми гибкими секциями стали называть скеговыми, а имеющие гибкое ограждение по всему периметру воздушной подушки — амфибийными катерами на воздушной подушке.

Суда на воздушной подушке - видео

Гибкое ограждение изготавливают из различных сортов химического волокна, образующего сетчатую тканевую основу, покрытую резиноподобными полимерами - типа неопрена, полиуретана, с добавками натуральных каучуков. Добавки способствуют сохранению эластичности материала даже при значительном понижении температуры воздуха (до —40-50 °С).

На практике хорошо зарекомендовало себя двухъярусное гибкое ограждение, состоящее из баллона-ресивера (верхний ярус) и набора съемных элементов в виде примыкающих друг к другу сегментов (нижний ярус). Воздух поступает из нагнетателя в ресивер, а из него через систему отверстий в полость воздушной подушки, ограниченную съемными элементами. В ресивере создается более высокое давление, чем в воздушной подушке, благодаря этому он выполняет формообразующую и амортизирующую роль при восприятии динамических нагрузок. Съемные элементы, раздвигаясь, «обтекают» сосредоточенные препятствия, при этом сохраняется заданный воздушный зазор. Это позволяет преодолевать пни, валуны и кочки высотой 0,5—0,8 м, что весьма затруднительно для гусеничных машин.

Увеличению остойчивости подобных транспортных средств способствует разделение полости воздушной подушки на отдельные отсеки (камеры) продольными и поперечными килями. Таким образом предотвращается возможность наиболее опасной аварии — опрокидывания вследствие подлома и затягивания гибкого ограждения под корпус. Энергозатраты на образование воздушной подушки, а также неизбежные потери части полезного объема под устройство каналов, подводящих воздух к ресиверу от нагнетателей, компенсируют, как правило, за счет повышения эффективности движителей.

Суда-амфибии на воздушной подушке

В амфибийных судах на воздушной подушке чаще используют движитель аэродинамического типа, например, воздушный винт. Его размещают в кольцевой насадке, что способствует увеличению сечения отбрасываемой воздушной струи по сравнению с открытым винтом. В результате чего увеличивается тяга и снижается шум при работе.

Другим способом, позволяющим увеличить тяговые характеристики судов на воздушной подушке, является применение, противоположно вращающихся винтов, которые располагают попарно. Стремление сохранить величину тяги воздушных винтов и при этом уменьшить их диаметр привело к созданию вентиляторных движителей. Они имеют увеличенные число лопастей и длину кольцевой насадки. Движители такого типа по конструкции максимально близки к осевым нагнетателям.

К аэродинамическим движителям относят также и воздушно-сопловые, в которых источником тяги является струя воздуха, истекающая через сопло из полости воздушной подушки или из выходного канала нагнетателя. Сопловой движитель судна на воздушной подушке прост по конструкции, однако его кпд в 2 раза ниже, чем у винтового. Поэтому в качестве маршевого движителя, как правило, применяют воздушный винт. Сопловой же в основном используют в качестве подруливающего устройства, обеспечивающего выполнение маневров на малых скоростях.

Большей эффективности подъемной силы воздушной подушки стремятся достигнуть снижением массы корпуса судна. Поэтому для его изготовления используют детали из легких алюминиевых сплавов, которые соединяют заклепками или сваркой. Надстройки и рубки скоростных аппаратов часто делают из стеклопластика.

При выборе двигателей для катеров и судов предпочтение отдают, как правило, автомобильным (карбюраторным или дизельным) с воздушным охлаждением. Для распределения мощности на валы нагнетателей и движителей, которые, как правило, располагаются на различных уровнях, применяют плоскозубчатые ременные передачи.

Уменьшение массы наряду с использованием благоприятных аэродинамических форм и совершенных двигателей позволяет транспортным средствам на воздушной подушке на скоростях, превышающих 50 км/ч, успешно конкурировать не только с быстроходными водоизмещающими судами, но и с глиссерами и судами на подводных крыльях.

Рассматривая амфибийные качества подобных судов, следует достаточно критично оценить распространенное представление о них как о неограниченно всепогодном, вездеходном и всесезонном транспортном средстве. Необходимо помнить, что отсутствие контакта с опорной поверхностью кроме преимуществ порождает и некоторые проблемы. Становится, например, сложно преодолевать подъемы, избегать бокового сноса и ветрового дрейфа.

Этапы развития судов на воздушной подушке в России

В нашей стране развитие транспортных средств на воздушной подушке прошло несколько этапов. Так, на заводе «Красное Сормово» в Горьком вначале был построен экспериментальный 5-местный катер «Радуга» массой 3,3 т с авиационным поршневым двигателем мощностью 162 кВт (220 л. с). Он имел жесткосопловую схему образования воздушной подушки, его скорость достигала 110 км/ч. Позднее катер был оборудован различными типами гибкого ограждения и продемонстрировал удовлетворительные амфибийные качества в летнее и зимнее время, мог преодолевать уклоны до 10°, переходить через поля плавающих бревен.

Несколько позднее было разработано и испытано судно на воздушной подушке «Сормович» пассажировместимостью 50 человек. В качестве двигателя на нем применялась авиационная турбина мощностью 1700 кВт (2300 л. с). Корпус судна был изготовлен из алюминиевого сплава. При массе 36,4 т машина развила скорость 100 км/ч. В ходе испытаний на аварийное торможение было установлено, что перегрузочные ускорения при отключении главного двигателя на скорости 50—70 км/ч составляют 0,2—0,5 g, что обусловило возможность эксплуатации судна с этими скоростями на мелководье. В конце испытаний «Сормович» совершил пробную перевозку пассажиров по линии протяженностью 274 км. В зимнюю навигацию была доказана возможность его перемещения над ледовым полем толщиной 35—40 см с отдельными торосами высотой 40—50 см и снежным покровом глубиной до полуметра.

Затем конструкторы вернулись к созданию новых вариантов катера «Радуга». Было построено судно на воздушных подушках «Радуга-3», предназначенное для перевозки сменных вахт бурильщиков в районе Сургутского нефтегазоместорождения. Этот 10-местный катер с дизельным двигателем мощностью 220 кВт (298 л. с.) и скоростью 70 км/ч изготовлен из легкого сплава и имеет массу 3,7 т. Нагнетатель типа осевого вентилятора выполняет две функции: создает воздушную подушку и обеспечивает движение.

В Центральном конструкторском бюро «Нептун» был глубоко проанализирован весь существующий опыт создания средств на воздушной подушке, основанный на использовании преимущественно авиационной техники. В результате установили, что из-за относительно высокой строительной стоимости и больших эксплуатационных затрат коммерческая эксплуатация таких судов убыточна.

С учетом этих факторов сформулировали основные направления дальнейшей деятельности: разработка сварного корпуса, использование дизельной энергетической установки, применение воздушных винтов с упрощенным приводом в направляющих насадках через плоскозубчатые ременные передачи. К научной и экспериментальной проработке проектов были привлечены специалисты ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова.

Катер на воздушной подушке «Барс»

Первым изготовили малый катер на воздушной подушке «Барс», который сразу нашел применение в народном хозяйстве, хотя упомянутые технические решения были реализованы на нем еще не в полной мере. К настоящему времени несколько десятков этих 8-местных аппаратов, оснащенных авиационными двигателями мощностью 176 кВт (230 л. с), несут почтовую службу в системе Минсвязи РСФСР, выполняют поисково-спасательные функции, а также успешно используются в качестве патрульных судов в системе МВД СССР. Эксплуатируются они в труднодоступных местах, включая мелководные соленые озера, участки засушливых степей, песчаные отмели, зоны лесосплава, как в летних, так и в зимних условиях. Как показала практика, эти катеры оказались значительно эффективней применявшихся ранее серийных аэросаней-амфибий. При массе 2,2 т максимальная скорость «Барса» 80 км/ч.

 

Катер на воздушной подушке типа «Гепард»

Катер на воздушной подушке типа «Гепард»

Катер на воздушной подушке типа «Гепард» имеет корпус из алюминиевых сплавов марок АМг5 и АМг61. На нем установлены два воздушных винта в кольцевых насадках. Благодаря специальной профилировке лопастей уменьшилась частота вращения винтов и снизился уровень шума при их работе. На входной кромке лопастей, выполненных из упрочненного стеклопластика, предусмотрена защитная накладка из нержавеющей стали.

Воздушная подушка образуется за счет подачи воздуха от центробежного нагнетателя, рабочее колесо которого снабжено стеклопластиковыми профилированными лопатками. Крутящий момент от автомобильного двигателя ЗМЗ-53 мощностью 88 кВт (120 л. с.) передается к нагнетателю с помощью карданных валов и плоскозубчатых ременных передач. Предусмотрена возможность отключения трансмиссии от двигателя, что облегчает его запуск при низких температурах. Для выдерживания курса, а также для управления дифферентом катера за кольцевыми насадками установлены вертикальные и горизонтальные аэродинамические рули.

Рубка имеет теплоизоляционное покрытие и снабжена системой воздушного обогрева. С помощью блоков плавучести, расположенных под навесными секциями, обеспечивается удержание судна на плаву при затоплении любого отсека. Это 4-местное малое судно массой 1,8 т развивает на воде скорость 60 км/ч, а на твердой ровной поверхности 70 км/ч и используется спасательными службами, водной милицией, различными административными подразделениями природных заказников, почтовыми службами, лесозаготовительными, нефтегазовыми и энергетическими предприятиями, крупными охотничьими хозяйствами Сибири. Серийное производство «Гепардов» было освоено на Свирской судоверфи.

Катер на воздушной подушке «Пума»

18-местный пассажирский катер на воздушной подушке «Пума» оснащен двумя бензиновыми двигателями ЗМЗ-53. Одной из его модификаций является реанимационный катер скорой медицинской помощи, который может служить плавучей операционной. Он способен достигать самые отдаленные и труднодоступные пункты речных бассейнов.

Скорость катера, несмотря на увеличение его массы до 5,7 т, осКатер на воздушной подушке «Пума»талась такой же, как у «Гепарда». Каждый из двух двигателей приводит в действие спаренный центробежный нагнетатель и воздушный винт в кольцевой насадке. Возможно перемещение судна при" работе одного двигателя. В остальном конструктивные решения повторяют принятые ранее на «Гепарде».

Катер на воздушной подушке «Пума» в медицинском варианте была испытана в районах Томской области, где преодолела 400 км по торосистому льду с высотой препятствий до 0,6 м, то есть равных высоте гибкого ограждения. Пассажирский вариант катера прошел испытания на шельфе Северного Каспия, осуществив самостоятельный переход в этот район от Волгограда. Установлено, что зимой амфибийным катерам на воздушной подушке-требуется мощность главных двигателей" на 20— 30% меньше, чем летом при скорости на 5—10 км-выше.

Судно на воздушной подушке типа «Ирбис»

Судно на воздушной подушке типа «Ирбис»Последней разработкой ЦКБ «Нептун» стало судно на воздушной подушке типа «Ирбис», которое имеет следующие характеристики: число мест в морском варианте вместе с экипажем 30, в речном варианте 34, масса 10,7 т, максимальная скорость хода 57 км/ч, мощность двух дизелей 280 кВт (380 л. с).

В этом судне получили развитие многие конструкторские решения, которые ранее были применены при создании «Пумы». Главным отличием является то, что «Ирбис» имеет дизельный двигатель с воздушным охлаждением вместо бензинового. Это позволило сделать судно более экономичным. Глубоко были проработаны вопросы повышения прочности корпуса. В результате обеспечена возможность движения в прибрежных морских районах с высотой волны до 1,25 м.

В ходе испытаний головного судна были осуществлены переходы по маршрутам Москва—Ленинград и Москва— Северный Каспий (около 15 тыс. км). Мореходные испытания состоялись в Финском заливе. При этом была выполнена серия измерений напряженного состояния конструкций судна при движении на волнении. По результатам испытаний судно типа «Ирбис» рекомендовано использовать при температурах окружающего воздуха от —30 "С до +40 °С на засоренных и порожистых участках рек с сильным течением, в зарослях камыша и на болотах, ледяных и заснеженных поверхностях, плавающем льду.

При сравнении судна на воздушной подушке «Ирбис» с гусеничными плавающими машинами ГТ-Т и К-61, а также с американским судном на воздушной подушке «Хаски» 2500ТД (все имеют дизельные силовые установки) по затратам на топливо для перевозки 1 т груза на 1 км  было выявлено его преимущество перед всеми амфибиями в режимах движения по воде. Сопоставимые данные для суши (вернее, для ровного твердого экрана) имеются только по группе транспортных средств с бензиновыми двигателями. Из их анализа следует, что катер на воздушной подушке «Пума» сохраняет свое преимущество перед автомобилем-амфибией БАВ, если водная часть пути составляет не менее 63% его общей протяженности.

В настоящее время накопленный опыт проектирования, постройки и эксплуатации скоростных катеров и судов на воздушной подушке подтверждает способность отечественного судостроения поставлять народному хозяйству целый набор таких катеров и судов, а также возможность создания в перспективе транспортных средств, в большей степени ориентированных на озерно-морскую эксплуатацию и имеющих пассажировместимость 100 человек и более.