Суда на воздушной подушке, достоинства и недостатки

Суда на воздушной подушке (СВП) — это вид скоростного транспорта, корпус которого поднимается над поверхностью благодаря нагнетаемому воздуху. На образовавшейся подушке судно подвергается минимальному сопротивлению, что обеспечивает плавность хода и развитие высоких скоростей.

История создания судна на воздушной подушке

Идея транспорта на воздушной подушке родилась еще в начале 18 века у шведского ученого-изобретателя Эммануила Сведенборга. Однако только в 1934 году впервые было испытано экспериментальное судно на воздушной подушке, созданное Владимиром Левковым. Это был катер Л-1 скегового типа.

Конструкция “парящего аппарата” была запатентована в 1955 году британским инженером Кристофером Кокереллом. Он заметил, что вода создает трение корпуса и замедляет судно. Британец придумал оригинальное решение проблемы. “Я думал о том, как можно избавиться от трения. И однажды меня посетила мысль, а что, если судно будет плыть по воздуху, а не по воде”.

Интересный факт. Кокерел ставил эксперименты с фенами и жестяными банками. К его заслугам можно отнести постройку экспериментального СВП SR-N1 “Ховеркрафт”. 11 сентября 1959 года революционный транспорт перешел через пролив Ла-Манш за 20 минут на глазах у изумленной публики. Летающая тарелка Кокерела имела лишь один нагнетатель.

Что такое судно на воздушной подушке

Судно на воздушной подушке — это аппарат, способный удерживаться над водой, грунтом и льдом за счет избыточного давления воздуха, непрерывно нагнетаемого под днище в полость, которая называется воздушной подушкой.

Воздушная подушка — это слой сжатого воздуха, который размещается под дном судна с целью отделения последнего от поверхности воды или суши.

Этот вид транспорта обладает повышенной проходимостью и высокой скоростью, которая может превышать 200 узлов. Борьба за скорость и экономичность является главным стимулом развития существующих средств водного транспорта.

Судна, которые наполняют воздухом воздушную подушку во всех режимах движения с помощью установленных нагнетателей, носят название — аппарат на статической воздушной подушке. А если судно создает воздушную подушку у поверхности земли или воды за счет скоростного напора набегающего тока, называется кораблем на динамической воздушной подушке (экранопланы).

В этой статье рассматриваются только судна, имеющие статическую воздушную подушку.

Классификация судов на воздушной подушке.

По степени взаимосвязи суда с опорной поверхностью СВП делятся на: амфибийные СВП и скеговые СВП.

Амфибийные суда на ВП.

По указанному признаку различают аппараты, не контактирующие с поверхностью, так называемые амфибийные. У них воздух выходит из-под днища по всему периметру, что позволяет этим судам проявлять амфибийные свойства, то есть движение осуществляется над водой, над твердой поверхностью. Судно способно выходить на необорудованный берег, преодолевать заболоченные места, отмели, небольшие рвы.

Высота преодолеваемых судном препятствий и волн на поверхности воды зависит от клиренса под жестким днищем. Эта величина повышается за счет оборудованного по всему периметру гибкого ограждения (юбки), которое выполняется из эластичных материалов. Юбка предотвращает увеличение расхода воздуха, вызванное ростом клиренса, подаваемого нагнетателями.

Гибкие ограждения отклоняются при встрече с неровностями почвы, разного рода твердыми препятствиями и с волнами. После прохождения препятствий они приобретают первоначальную форму. Этим достигается снижение до минимума ударных перегрузок СВП.

Технические характеристики амфибийного СВП-50

Класс РРР: Р1,2/0,8 СВП А пассажирское

Температура воздуха, °С	-25 … +30
Длина по корпусу/ на ВП, м	17,5/ 19,4
Ширина по корпусу/ на ВП, м	7,3/ 9,2
Высота при стоянке на днищевых опорах/ на ВП, м	4,8/ 5,5
Осадка габаритная на плаву по днищевым опорам/ гибкому ограждению, м	0,7/ 2,6
Водоизмещение полное,т	23
Дальность плавания, км	до 600
Мореходность на ВП/ плаву, м	0,8/ 1,2
Высота препятствия, м	0,6
Скорость хода, уз.	35
Численность экипажа/ пассажиров, чел.	2/ 50

Следует подчеркнуть, что это транспортное средство есть гибрид судна и наземного аппарата. В традиционном понимании оно становится судном лишь тогда, когда “сбрасывает” воздушную подушку и садиться на воду. В ряде случаев (например, в условиях бездорожья севера) эти аппараты строят для преимущественного использования над сушей.

Рассмотренный тип СВП на данный момент является наиболее распространенным и изученным, так как многие его преимущества перед водоизмещающими суднами, глиссерами, СПК, катамаранами проявляются уже при самых малых их размерах, которые могут быть легче реализованы, чем в случае СВП второго рассматриваемого ниже типа. К тому же долгое время в качестве важнейшего преимущества СВП рассматривалась его амфибийность, которой не обладает второй тип СВП.

Скеговые суда на ВП

Второй основной тип СВП принято называть скеговым. У них часть веса судна воспринимается силами гидростатической и (на скорости) гидродинамической природы. Эти силы создаются на длинных лодках (скегах), расположенных по бортам судна и опущенных в воду. Профиль поперечного сечения скегов, их ширина, форма, величина заглубления, определяемая требуемой мореходностью и высотой преодолеваемых волн, режимом движения в воде — все это определяет, какую часть в общем балансе сил поддержания составляют гидростатические и гидродинамические силы, возникающие на скегах.

Технические характеристики Катера “Хивус-10”

Масса полезной нагрузки, кг	900
Длина габаритная на ВП/ транспортировочная, м	8,25/ 7,8
Ширина габаритная/ транспортировочная, м	3,08/ 2,5
Высота габаритная /транспортировочная, м	2,65/ 2,2
Скорость хода по воде/ по снегу, км/ час	50/ 70
Клиренс, м	0,5
Высота преодалеваемого препятствия, м	0,4
Минимальная эксплуатационная температура, °С	-35
Допустимая скорость ветра, м/с	15
Пассажировместимость, чел.	10 (включая капитана)

Скеги не только создают часть подъемной силы, но и препятствуют выходу воздуха по бортовым частям периметра воздушной подушки, снижая затраты энергии на ее создание. Мощность, необходимая для работы воздухонагнетателя, зависит от:

• расхода воздуха, который подается в ВП;
• напора, который развивается нагнетателем СВП;
• КПД.

Чтобы уменьшить количество воздуха, вытекающего из ВП между скегами в нос и в корму, делаются жесткие или эластичные захлопки (иногда гибкие ограждения), отслеживающие профиль волны, проходящей под днищем в виде поршня.

Другие типы СВП могут рассматриваться как комбинации вышеописанных.

По образованию воздушной подушки

СВП разделяют на:

1. СВП с камерной схемой. Нагнетаемый воздух поступает в воздушную подушку по каналам и шахтам, имеющим большое гидравлическое сечение, а небольшая скорость не позволяет быстро влиять на подъем судна. Подъемная сила возникает под статическим давлением воздуха в подушке.
2. СВП с сопловой схемой. В этом случае выполняется периферийная подача воздуха в воздушную подушку. Нагнетание осуществляется по кольцевидным узким каналам, которые в свою очередь сдерживают площадь воздушной подушки с внешней стороны. Поток воздуха осуществляется с большой скоростью, которая образовывает реактивную силу воздушной струи. Данное явление позволяет поднять судно.

Сравнивая камерную и сопловую схемы образования ВП, стоит заметить, что более приемлемо использование последней, так как периферийная подача воздуха требует меньшей мощности для подъема судна. Однако камерная схема выигрывает простотой конструкции.

В действительности амфибийные СВП часто имеют смешанную схему образования ВП совмещая в себе признаки камерной и сопловой схемы в сочетании с гибкими ограждениями.

Достоинства СВП

1. Скорость. Важнейшим и первым преимуществом СВП является высокая скорость, пределы которой ограничиваются лишь размерами выходной мощности компактных, легких, чаще всего газотурбинных двигателей авиационного типа (АГТД), установленных в морском исполнении и соответствующих движителями, с точки зрения их способности перерабатывать эти мощности в тягу.
2. Мореходность. Вторым преимуществом является высокая способность к плавучести, остойчивости, ходкости, непотопляемости, плавности качки. Эти качества зависят от высоты скегов и высоты гибких ограждений. Обеспечиваемая мореходность непосредственно связана с размерами судна. Задавая высоту преодолеваемой волны, становятся очевидными определенные минимальные размеры самого судна.
   Наличие воздушной подушки под днищем судна, делая достаточно равномерным распределение основной силы поддержания, упрощает решение проблем конструкции корпуса по сравнению с традиционными водоизмещающими судами.
3. Амфибийность. Преимущество, присущее только этим СВП, состоит именно в амфибийности. Вместе с тем и скеговые СВП, обладая сравнительно небольшой осадкой, т.е. заглублением скегов, могут близко подходить к берегу, проходить над отмелями даже в условиях мелководья. В этой связи можно говорить о:
   • возможности продления сроков навигации;
   • замене дорогостоящих вертолетов и самолетов для связи с труднодоступными местами, где нет дорог с твердым покрытием;
   • расширении районов навигации на мелководных, а также с быстрым течением реках.

Последнее обстоятельство особенно касается бескрайних просторов Сибири и Дальнего Востока, испещренных бесчисленными реками.

Недостатки СВП

1. Высокая энерговооруженность, определяемая заданной скоростью движения и достигающая 75-90 кВт/т (на тонну полной массы). Установка мощных АГТД (в морском исполнении) значительно повышает как строительную, так и эксплуатационную стоимость судна.

На СВП, особенно скеговых, рассматривается возможность установки в качестве главных двигателей компактных быстроходных дизелей. Последние на сегодня как по массогабаритным показателям, так и по предельным значениям развиваемой мощности существенно уступают АГТД и приемлемы лишь на ССВП небольших размеров предпочтительнее.

По удельному расходу топлива, по моторесурсу и по количеству потребляемого ими воздуха, подлежащего очистке от примесей морской воды, соли и составляющего лишь около четверти от аналогичного у АГТД, — они эффективнее.

2. Высокие приведенные затраты по данным судам связаны также с дорогостоящими материалами корпусов и исключительно высокой стоимостью технологических процессов их постройки. Применение новых материалов, новых способов соединений, новых конструктивных узлов, авиационной технологии, авиационного оборудования и т. д. приводит к усложнению и повышению стоимости судостроительного производства.

Удешевление СВП можно ожидать, увеличивая размеры СВП, что приводит к уменьшению их удельной энерговооруженности, упрощению конструкций корпуса, а значит, и к снижению строительной стоимости и эксплуатационных затрат по судам. К уменьшению приведенных затрат по СВП, безусловно, приведет организация серийной постройки этих аппаратов.

3. Высокий уровень шумности, сопровождающий работу воздухонагнетателей, АГТД, а у амфибийных СВП еще и воздушных винтов, создает проблемы обеспечения звукоизоляции пассажирских салонов, ходовых рубок, кают, а с другой стороны — проблему использования этих СВП вблизи густонаселенных районов и в акваториях портов.

Среди частых проблем, связанных с эксплуатацией этих судов и относящихся фактически к их недоработкам, можно назвать:

• обеспечение управляемости;
• стабилизацию при ходе на волне;
• обеспечение остойчивости в режиме на ВП и особенно в переходных режимах;
• малый срок службы гибких ограждений;
• низкий моторесурс АГТД;
• обеспечение пожаробезопасности;
• малые полезные нагрузки, автономность и дальность хода.

Сфера применения

Успешно конкурировать с другими видами транспорта СВП могут только там, где в полной мере проявляются все их преимущества. Суда на ВП возможно использовать в следующих целях:

• организация пассажирских и грузовых перевозок;
• использование в ледокольных операциях;
• применение в качестве спасательных, противопожарных, рыбоохранных судов и т.д.;
• в военной сфере.

Данный вид транспорта наиболее приемлем для организации пассажирских перевозок на паромных рейсах по рекам, озерам, закрытым морям, в устьях крупных рек, где их выгодно отличают высокие скорости.

Важным аспектом для линейных пассажирских перевозок является вопрос эксплуатационной надежности.

Подытожим

СВП на любом уровне их развития не претендует на вытеснение традиционных судов и кораблей, а тем более на полную их замену. Однако вместе с тем следует подчеркнуть, что прогресс техники и разрешение отмеченных выше проблем позволит ожидать их все широкого распространения, так как сделает их более конкурентоспособными.