Судна на динамічній повітряній подушці (СДВП) (Суднобудування
Одним з основним факторів прогресу на водному транспорті є підвищення швидкості руху суден, що визначає зростання їхньої продуктивності при виконанні пасажирських або вантажних перевезень. Поява у шістдесятих роках швидкісних суден на підводних крилах докорінно змінила пасажирські перевезення, зробивши їх привабливими для людей та рентабельними для держави. За даними досліджень, обсяг пасажирських перевезень швидкісними суднами повинен до 2000 р. зрости в 1,3—1,5 разу, причому у районах із розвиненою транспортною системою, а й, особливо, у слабко освоєних районах Сибіру та Крайньої Півночі.
У умовах, поруч із відновленням інтенсивного будівництва СПК, перспективним рішенням є створення швидкохідних транспортних засобів нових типів. До таких транспортних засобів, на нашу думку, з повним правом можуть бути віднесені судна на динамічній повітряній подушці (СДВП).
СДВП, будучи подальшим логічним розвитком СПК і СВП, займають проміжне положення між цими суднами та екранопланами і разом з ними становлять єдину низку суден із динамічними принципами підтримки.
Ідея створення СДВП, розробка його принципового компонування, а також перші проектні опрацювання пасажирських суден такого типу місткістю від 8 до 250 осіб. належать головному конструктору вітчизняних крилатих судів, лауреату Ленінської премії та Державних премій СРСР Ростиславу Євгеновичу Олексієву. А історія СДВП як нового типу крилатих судів починається у роки, коли ним проводилася робота над екранопланами. До речі сказати, екраноплани — це найяскравіша сторінка, що відкривається тільки тепер, у творчій біографії Р. Є. Алексєєва іорганізованого ним ЦКЛ. Створений за екранопланами науковий доробок було реалізовано у низці конкретних зразків. Однак стало ясно, що в умовах 70-х років створення народногосподарських екранопланів практично неможливе. Адже вони є складними літальними апаратами з великим діапазоном висот польоту (аж до літакових), що вимагають і авіаційної технології виробництва, і спеціальної системи забезпечення безпечної експлуатації.
Тоді Р. Є. Алексєєв запропонував максимально спростити компонування екраноплана і використовувати його для руху тільки в площині горизонту з мінімальним діапазоном переміщень по висоті.
Слід звернути увагу, що сама ідея була сформульована Р. Є. Алексєєвим логічним шляхом, а загальні компонування практичних зразків СДВП були намальовані їм ескізно практично з «чистого листа», без проведення спеціальних досліджень.
Основною характерною особливістю судна на динамічній повітряній подушці, як і екраноплана, є повітряне крило, але значно меншого подовження. Як правило, таке крило має прямокутну в плані форму і обмежується з боків скегами, так що утворюється купоподібна платформа, що несе, відома під назвою «напірне крило».
Динамічна повітряна подушка в «напірному крилі» утворюється за рахунок гальмування в ньому повітряного потоку, що створюється спеціальним повітронагнітачем, розміщеним перед крилом. Надлишковий тиск у динамічній повітряній подушці створює підйомну силу, що дорівнює або перевищує вагу судна навіть при мінімальних швидкостях руху. Природно, що з обдування повітряним потоком поруч із підйомною силою на крилі виникає сила опору. Їх співвідношення, що визначає ефективність (якість) явища, іменованого «піддувом»,багато в чому залежить від розташування повітронагнітачів щодо крила по довжині та висоті, а також від кута напряму повітряного потоку. У міру набору судном швидкості збільшення підйомної сили крила починають сприяти потік повітря, що набігає, і дія ефекту, що посилюється, близькості опорної поверхні, тобто екрану. Однак на всіх швидкостях руху визначальним для СДВП є піддув. Ефективність його значною мірою залежить від висоти розташування крила (або судна в цілому) над поверхнею: чим ближче крило до екрану, тим більша його підйомна сила. Це забезпечує СДВП хорошу стабілізацію щодо поверхні та стійкість руху по висоті.
При досягненні певної швидкості, коли тяга двигунів врівноважується з опором, а вага судна - з підйомною силою, СДВП самостабілізується по висоті, диференту, курсу та швидкості. З малюнка видно, що крива буксирувального опору СДВП має такий самий характер, як і СПК.
На відміну від екранопланів для керування судном на динамічній повітряній подушці водієві не потрібна льотна підготовка. Такі судна зможе експлуатувати екіпаж СВК, який пройшов додаткове навчання.
Іншою важливою особливістю СДВП є наявність стартово-посадкових пристроїв надувних пневмобалонів, які навішуються на нижні частини гідродинамічних елементів - корпус і бічні скеги. Пневмобалони в поєднанні з динамічною повітряною подушкою є ефективним засобом зниження навантаженості конструкції судна, підвищують комфортність при русі по нерівній поверхні. Вони також надають судну високі амфібійні якості, що дозволяють йому ходити по мілководді і відносно рівними ділянками поверхні суші, зберігаючи хороші гідродинамічні характеристики на режимах.плавання та гліссування.
Пневмобалони - це нове, нетрадиційне для суднобудування конструктивне рішення, що має ряд переваг у порівнянні зі скегами та гнучкою огорожею суден на статичній повітряній подушці. Їх застосування є головною передумовою для забезпечення цілорічної експлуатації СДВП (влітку - по воді, взимку по снігово-льодових поверхонь річок та озер), оскільки вони забезпечують можливість розгону та гальмування, а також крейсерського руху в умовах битого льоду та шуги.
Результати проведених до теперішнього часу досліджень на моделях, що буксируються, і малих експериментальних зразках доводять можливість отримання на СДВП високих гідродинамічних (на рівні кращих СПК) і пропульсивних (що перевищують СВП) якостей при в 2—3 рази більших відносних швидкостях руху.
Принципові рішення щодо СДВП щодо просто реалізуються на легких апаратах-амфібіях. Створено досвідчені зразки таких апаратів масою 400 кг та вантажопідйомністю 250 кг, здатні розвивати швидкість до 70 км/год.
Наразі концепцію СДВП апробовано на першому практичному зразку дев'ятимісного пасажирського катера «Волга-2».
Основні характеристики катера «Волга-2»
| Довжина найбільша, м | 11,43 |
| Ширина, м | 7,63 |
| Висота, м | 3,32 |
| Опад, м | 0,25 |
| Водотоннажність, т: | |
| повне | 2,5 |
| порожнім | 1,6 |
| Потужність двигунів, кВт | 2X95 |
| Швидкість, км/год | 120 |
| Пасажиромісткість, чол. | 8 |
| Дальність, км | 500 |
Надувні пневмобалони-поплавці, встановлені знизу на корпусі і бічних скегах, є еластичні конструкції, що складаються з міцних зовнішніх оболонок (покришок) і герметичних камер. Пневмобалони обладнані системою накачування та регулювання тиску.
Як основні матеріали металевих конструкцій корпусу застосовані алюмінієві сплави типів АМг-61 і Д-16. Загальна міцність повітряного крила забезпечується системою коробчастих металевих балок, а місцеві навантаження сприймаються гнучкою тканинною оболонкою, що підкріплена металевим набором. Пілони бічних скель - металеві клепаної конструкції.
Випробування показали, що катер "Волга-2" здатний забезпечити:
- високу швидкість транспортних перевезень пасажирів та вантажів;
- стійкий самостабілізований рух за відносно простого управління;
- екологічну чистоту експлуатації (на крейсерській швидкості не створює хвиль, при русі суходолом не руйнує рослинний покрив, шум не перевищує санітарних норм);
- низький рівеньнавантаженості, сприятливий для конструкції судна та здоров'я пасажирів.
Можна організувати серійне будівництво катерів типу «Волга-2» по документації, скоригованої з урахуванням результатів проведених випробувань і майбутньої спільно з Волзьким об'єднаним річковим пароплавством дослідної експлуатації першого катера.
Доцільно розгорнути роботи зі створення досвідченого річкового СДВП типу "Ракета-2", призначеного для перевезення 90 чол.
Маючи високу швидкість (150—180 км/год) і достатню морехідність (до 3 балів включно), СДВП «Ракета-2» будуть здатні здійснювати рейси вдвічі швидше або обслуговувати за світлий час протяжніші лінії, ніж судна на підводних крилах. При експлуатації на Волзі між обласними центрами, віддаленими один від одного на 400-500 км, СДВП типу «Ракета-2» зможуть виконувати за світлий час доби круговий рейс, на відміну від СПК, які встигають зробити рейс лише в одному напрямку.
Дослідження, проведене Нижегородським інститутом інженерів водного транспорту, показало, що робота газотурбоходу «Ракета-2» буде рентабельною, а його економічні показники вищі, ніж у існуючих типів СПК, навіть за літньої навігації.
Маючи амфібійність, «Ракета-2» набуває ряду нових і важливих експлуатаційних можливостей, що істотно підвищують його ефективність:
- при русі в основному режимі над поверхнею води судно не залежить від глибини акваторії, що на річках та водосховищах з інтенсивним рухом дозволяє використовувати траси, що проходять поза судновим ходом, не створюючи перешкод руху інших суден;
- СДВП здатне виходити на пологий відносно рівний берег для посадки та висадки пасажирів та для проведення технічногообслуговування, що спрощує його експлуатацію;
- судно може рухатися над будь-якою відносно рівною (у тому числі і твердою) поверхнею, що відкриває широкі можливості його використання на замерзлих річках та озерах, а також над відкритими рівнинними ділянками суші практично у будь-яку пору року.
Можливе створення СДВП різних призначень та типорозмірів. Це можуть бути судна на 1, 5, 8, 12 та 20 пасажирів, оснащені карбюраторними автомобільними двигунами типу «РПД-ВАЗ», і більші газотурбоходи на 120—150 пасажирів типу «Метеор-2» (для річки) та «Комета- 2» (для моря), і навіть морські СДВП на 250—300 пасажирів типу «Вихор-2» 1 , створювані з урахуванням авіаційних газотурбінних двигунів. Поряд із пасажирськими СДВП можуть бути створені і вантажні судна спеціальних модифікацій.
Накопичений досвід дозволяє впевнено вважати, що пріоритетне впровадження нового покоління крилатих суден у народне господарство країни може стати реальним у період 1995—2000 років.