Суда на воздушной подушке в истории
Данный вид транспорта не достаточно сильно погружается в воду, чтобы называть его судном, однако и не сильно высоко парит над поверхностью земли, чтобы относить его к авиации. Простым вопросом самолёт или судно тут не обойтись, так как катера на воздушных подушках ещё способны передвигаться по суше. СВП способны предвигаться по взволнованной морской поверхности и по суше, преодолевая канавы и овраги, глубиной не более 2-х метров и по льду. Суда выходят на сушу прямо из воды, на любой пологий берег с уклоном не больше 30 градусов. СВП позволяют передвигаться по полям, болотам, мелководьям, недоступным обычным лодкам, снежным пустыням и в отличие от вертолёта или самолёта позволяют вам сделать остановку в любом месте.
СВП «Навиплан 500» Самое большое в мире судно, способное одновременно перевозить 45 легковых автомобилей и 400 пассажиров.
С того времени как английский изобретатель Кокерилль в 1959 г. пересёк на своём СВП Ла-Манш, все производители судов стали стремиться увеличить скорость, так как воздушная подушка позволяет уменьшить сопротивление движениею, если сравнивать свп с обычными катерами. Поговорим о принципе работы воздушной подушки более подробно. Под днищем судна образуется воздушная подушка, давление воздуха в которой превышает атмосферное на 0,05 кгс/см2. Благодаря этой подушки судно поднимается над поверхностью, причём не имеет значения, что расположено под свп, земля или вода.
Чем меньше расстояние между катером на воздушной подушке и поверхностью, тем больше действие воздушной подушки. С увеличением высоты, растёт утечка воздушных масс из подушки, следовательно для поддержания подушки в таком состоянии нужно больше мощности.
Для того чтобы уменьшить расход воздуха из подушки, нужно максимально сократить её периметр, при этом сохранив максимум возможной площади в плане. Этого достигают придав форме днища вид круга или квадрата, это те геометрические формы к которым стремятся производители.
При увеличении размеров судна в плане, также уменьшаются относительные потери воздуха в подушке. Площадь воздушной подушки увеличивается пропорционально росту линейных размеров свп во второй степени, а периметр (потери воздуха) пропорционально росту размеров в первой степени. Это позволяет нам с увеличением размеров судна повышать экономичность или увеличивать высоту воздушной подушки. Также очевидно, что при одинаковой высоте подушки, более крупные суда будут более экономичными.
У малых СВП мощность главного вентилятора колеблется от 50 до 70 кВт на 1 тонну. А для больших СВП уже требуется 30-40 кВт на 1 тонну. При изучении этих цифр стоит обратить внимание, что для обычного водоизмещающего судна не требуется ни одного кВт.
Сегодня исследовательские работы посвящены уменьшению мощности, которая требуется для поддержания воздушной подушки. Если получиться полностью избавиться от потерь воздуха из подушки, то её нужно будет наполнять всего один раз, перед поездкой. Это возможно если снизу прикрепить жёсткое ограждение, похожее на колокол, стенки которого погружаются под воду. Однако данная конструкция теряет скоростные преимущества. Также утечки воздуха можно уменьшить, созданием по периметру водяных или воздушных завес или установкой по всему периметру ограждений, жёстких (скегов) или гибких ограждений (ГО), которые используются всё чаще в современных судах. Хорошо себя показали эластичные юбки, контролирующие утечки воздуха, но тем не менее свободно пропускающие морские волны или неровности почвы, не передавая удары на корпус. С установкой жёстких скегов расход воздуха уменьшается, но при этом судно теряет возможность выходить на сушу.
Принцип поддержания воздушной подушки
1 — Центральное сопло; 2 — Гибкое ограждение (Г. О.); 3 — Бортовые ограждения (скеги); 4 — Кольцевое сопло по периметру подушки; 5 — Лабиринтное уплотнение; 6 — Кольцевое сопло по периметру подушки и юбка
Два последних способа ограничивающих утечку воздуха являются характерными признаками двух видов судов: скеговых СВП (не способных выйти на сушу) и амфибийных СВП (с гибким ограждением, способных выходить на сушу). Эти суда отличаются как движителями так и средствами управления. Амфибийные суда используют авиационные двигатели. А управление осуществляется с помощью рулей расположенных в отбрасываемых движителями воздушных струях. Для этих судов водная поверхность является лишь опорой, а их скорости могут достигать больше 150 км/ч. А на скеговых судах используют водяные гребные винты с обычными рулями. В воде винты и рули имеют больший КПД нежели в воздухе. Скеговые СВП обладают большей маневренностью, быстрее тормозят, но опущенные в воду скеги ухудшают их скоростные хар-ки.
Опыт использования СВП с 1959 г. показал целесообразность использования именно амфибийных воздушных подушек с гибким ограждением. Множество разнообразных моделей было построено по всему миру: в Японии, США, СССР, во Франции и Словении. Большинство пстроенных судов вмещает не больше 100 пассажиров. Хотя с 1968 года началась эксплуатация СВП спобоных перевозить уже 254 пассажира. Доля катеров на воздушных подушках с 1978 года в пассажирских перевозках увеличилась почти до 50%. Этому способствовал ввод в эксплуатацию 400 местного французского судна на воздушной подушке "Навиплан". Масса такого судна 260 т. Скорость - 75 узлов, а мощность энергетической установки достигает 12 тыс. кВт.
СВП 5К4
Стремление увеличить размеры современных СВП всё время увеличивается. Таким образом СВП 5К4 было увеличено на 17 м в длинну, что позволило увеличить количество пассажиров до 416 мест. Можно преположить, что вскоре будут выпускаться СВП массой 1000 тонн. Однако параллельно стоит решить ещё несколько проблем. Серьёзной проблемой является шум от воздушных винтов, возрастающий с массой судна и мощностью авиационного двигателя. В плане шума себя лучше показывают скеговые СВП. К примеру на британском скеговом СВП HM-2 мощность основного вентилятора равна 8, 3 кВт/т, это в пять раз меньше удельной мощности амфибийного СВП. А советские СВП этого класса ("Орион" и "Горьковчанин") уменьшили эти показатели до 2кВт/т, правда это речные суда и у них меньше высота подушки. В результате видно, что скеговые суда потребляют меньше энергии на поддержание подушки, но развивают скорость меньшую на 30-40 узлов.
Уже имеются эскизы воздушных подушек массой от 1000 до 5000 т, также есть один проект судна на воздушной подушке массой 15 000 тонн. Сегодня, на самом большом судне "Навиплан" удельная мощность составляет 50, 8 кВт/1т. Это очень большая величина, которую предстоит уменьшать во много раз.
Трансокеанское судно на воздушной подушке со скегами (вид сбоку, проект)
Масса судна 5000 т; грузоподъемность 1800 т; скорость 100 уз
Не смотря на то что показатели удельной энерговооружённости убывают с увеличением размера судна на воздушной подушке, всё равно даже для 10 000 тонного судна эта величина будет не меньше 25 кВт/т. Тутже возникают проблемы с созданием главных двигателей больших мощностей, и движителей для них, также появляется проблема с топливными запасами.
Амфибийные суда преимущественно используют воздушные винты в качестве движителей. Причём привод воздушного винта и главного вентилятора обычно осуществляют через распределительный редуктор.
Привод главного вентилятора и воздушного винта амфибийного СВП представлен на следующем рисунке, где: 1 - газовая турбина; 2 - компрессор; 3 - камера сгорания; 4 - главный вентилятор; 5 - воздухоприемники; 6 - Гибкое ограждение воздушной подушки; 7 - воздушная подушка; 8 - тяговый воздушный винт; 9 - рулевой валик для манёвров.
В будущем океанским СВП предстоит преодолевать морские волны до 10 м. Потери скорости при прохождении таких волн не сильно скажутся на экономической эффективности, так как цикличность во времени больших волн достаточно мала. Также следует учитывать оптимизацию курса СВП в соответствии с метеорологическими условиями. При дальнейшем увеличении размеров судов на воздушной подушке возникает потребность изобретения новых источников первичной энергии и переходе к новым типам движителей.
Воздушные винты уже будут не пригодны для подобных судов. Причина не столько в уровне шума сколько в ограниченной мощности. Сегодня к одному винту можно подвести максимум 12 000 кВт. Сейчас работают над удвоением этого показателя. К примеру на 5000 тонном судне на воздушной подушке нужно установить 15-20 подобных воздушных винтов. Так как диаметр винтов будет от 8 до 12 метров, то на СВП просто не хватит мест под установку такого кол-ва винтов.
Разработчикам предстоит увеличить предел мощности, передаваемой на гребной винт до 65 000 кВт (предел при котором винт не подвергается разрушающему влиянию кавитации). При использовании водяных винтов расход материалов сокращается, при этом повышается КПД и проблема с шумом исчезает. Но теряются амфибийные качества, столь актуальные для воздушных подушек. В случае когда можно пожертвовать амфибийностью применяют скеговые типы судов, в которых утечка воздуха из подушки значительно меньше. СВП массой 5000 тонн уже вполне конкурентноспособно в сравнении с транспортными самолётами и водоизмещающими судами. На таком судне можно перевозить 1800 т груза или 200 контейнеров по 20 футов. Именно поэтому продажа СВП скегового типа обретает популярность последние годы. Продажа амфибийных катеров на воздушных подушках осуществляется в другом секторе, не столько промышленном сколько сфере развлечений, на ряду с катерами и яхтами для прогулок, охоты или рыбалки. На максимальной скорости (100 узлов) свп массой 5000 тонн преодолевает в 3 раза большее расстояние по сравнению с обычным водоизмещающим контейнеровозом. Плюсы промышленных свп не заканчиваются на высокой скорости доставки груза. Объёмы складируемых партий значительно уменьшаются, что повышает рентабильность такого вида перевозок для бизнеса.
Обсуждая перспективы воздушных подушек в будущем, стоит обратить внимание на следующие противоречия. С одной стороны, есть возможность построить огромное судно, способное перевозить тысячи тонн груза, но оно будет тихоходным. С другой стороны, скоростные транспортные средства всё больше развиваются. Имеются ввиду самолёты. Но всё равно в грузоперевозках имеется большая ниша которую пока не заполнил ни один вид транспорта. Груз доставленный к берегу железнодорожным транспортом, требуется перевезти через море на такой же скорости, а лучше с большей. Речь идёт о 2000 тонн груза и скоростях порядка 200-250 км/ч. Имеется пробел именно в этой отрасли грузоперевозок.
Создатели проекта 15 000 тонного судна на воздушной подушке преследовали похожую цель грузоперевозок. Это судно могло бы перевозить порядка 2000 легковых машин вместе с пассажирами. Конструкционная скорость судна по проекту составляла 240 км/ч. Проект не предусматривает пассажирских кают, однако пассажиры могут проводить время в ресторанах, кинозалах или на застеклённых палубах. В качестве основного двигателя предполагается использование атомной энергетической установки, только она позволит достигнуть требуемой мощности, 550 000 кВт.
Эскиз перспективного судна на воздушной подушке
Недавно разработчики пришли к выводу, что возможности СВП в грузоперевозках не исчерпываются амфибийностью. Недавно появилось новое транспортное средство на воздушной подушке, чем-то напоминающее платформу. Причём энергетическая установка в данном случае используется только для поддержания этой платформы на плаву, а поступательное движение осуществляется при помощи буксирных судов на воде и тракторов на суше. Получается своебразный прицеп, пригодный для любой поверхности. Естественно платформы способны иметь собственные движители. Всё зависит от их главного предназначения такой платформы. Например эти платформы очень удобно использовать для разгрузки морских судов и последующей доставки груза до железной дороги.
Платформа на воздушной подушке, которую используют при рейдовой разгрузке судов
Для решения нестандартных траснпортных задач в будущем можно ожидать изобретения ещё больших платформ на воздушных подушках. В США сейчас как раз работают над проектом 6000 тонной платформы, которая будет применять во время прокладки трубопровода в Арктике, там как раз требуется доставка груза с воды на пологий берег.
