Суда на подводных крыльях доклад
Обновлено: 18.05.2024
История судов на подводных крыльях началась более века назад. Теоретические предпосылки были известны и раньше, но первый реально работающий прототип смог появиться только тогда, когда мощность машин стала достаточной для разгона, позволяющего поднять судно над водой. Впервые это удалось итальянцу Энрико Форланини в 1906 году. Разработанное им судно на подводных крыльях смогло разогнаться на озере до 68 км/ч.
С этой поры развитие судов на подводных крыльях пошло быстрыми темпами – в основном, в Европе. Одним из выдающихся инженеров в этой области являлся немец Ганс фон Шертель, переехавший после 2-й мировой войны в Швейцарию и основавший там компанию Supramar. Именно эта компания построила первое в мире коммерческое судно на подводных крыльях, способное развивать скорость до 65 км/ч, и имеющее пассажировместимость 35 человек. В дальнейшем Supramar разработала большое количество серийных судов, построенных в количестве более 200 штук.
Вообще, в СССР производство судов на подводных крыльях стало самым массовым в мире – больше, чем у всех остальных стран, вместе взятых (всего было построено более 1200 судов).
В США подобные суда стали разрабатываться еще позже, чем в СССР – первое судно, выпущенное компанией Boeing, появилось только в 1962 году. Одним из самых известных типов стал сверхбыстрый Pegasus, изначально созданный как ракетный катер, но в дальнейшем ставшим патрульный катером, используемым для контроля незаконного провоза наркотиков. Развивая скорость до 100 км/ч, Pegasus мог с лёгкостью нагнать любое судно контрабандистов.
В США были выпущены и гражданские суда, самым популярным из которых стал Jetfoil. Некоторые модификации этого типа стали одними из самых больших в мире, вмещающих до 400 пассажиров.
Несмотря на целый ряд преимуществ (быстрая скорость, малая чувствительность к качке), суда на подводных крыльях обладают и недостатками. У них крайне низкая экономичность (что в свете последних мировых тенденций имеет существенное влияние на эксплуатацию); крайне плохие мореходные качества при волне, достающей до днища; глубокая осадка, требующая причала.
В закладки
Один из прошлых материалов рассказал нашим читателям историю легендарных боевых экранопланов Советского Союза и их создателя, Ростислава Алексеева, ставшего легендарным авиаконструктором.
Некоторые из его творений до сих пор бороздят нашу страну.
Теория. Как работают подводные крылья
Принцип работы подводных крыльев
Суда на подводных крыльях стали продолжением так называемых глиссирующих кораблей или глиссеров: малогабаритных лодок, катеров и даже в досках для сёрфинга.
Глиссирование — движение по воде за счёт скорости, скольжение по поверхности, во время которого резко снижается сопротивление жидкости.
Подводные крылья стали логичным развитием идеи: они заставляют корабль приподниматься при достижении определённой скорости, снижая сопротивление воды и улучшая динамику движения.
Схема судна на подводных крыльях
На стоянке и при следовании с малой скоростью судно на подводных крыльях удерживается на воде за счёт силы Архимеда, как и обыкновенное водоизмещающее судно.
Уменьшается площадь контакта с водой, сопротивление воды, что позволяет развивать более высокую скорость.
Крейсерская скорость достигает 100 км/ч, а для ряда военных судов — даже 180 км/ч. Примерно в 2-5 раз быстрее обычных кораблей.
И ещё теория. Какие подводные крылья бывают?
Частично погруженное крыло
Существует два типа подводных крыльев:
- частично погружённое — U-образное
- полностью погружённое — в форме перевёрнутого Т
Частично погруженные крылья во время движения на полной скорости находятся на границе между водой и воздухом, поднимая корпус над водой.
Современное полнопогруженное крыло
Погруженные крылья появились недавно: хотя они снижают качку до нуля, им требуется постоянная коррекция и управление, что удалось реализовать только благодаря современным компьютерам.
Их используют гибридные суда, сочетающие обычный корпус, не использующий глиссирование, и подводные крылья для снижения качки в движении.
История этой конструкции насчитывает много лет, много важных вех и открытий. Почти каждая связана с русским авиаконструктором Ростиславом Алексеевым и его КБ.
1. Самые первые корабли на подводных крыльях
Один из первых аппаратов с подводными крыльями
Первые подводные крылья описаны в 1869 году французом Эммануэлем Дени Фарко в патенте:
Однако, несмотря на множество работ, реальный прототип судна был испытан во Франции только в 1887 году.
Первый русский патент подал граф де Ламбер в 1891 году: его судно должно было подниматься над водой крыльями с независимой регулировкой по бортам судна.
Прототип судна на подводных крыльях Энрико Форланини
Качественные результаты появились и вовсе только в 1906 году, когда итальянец Энрико Форланини на экспериментальном образце катера скорости 68 км/ч.
В том же году появилась первая теоретическая публикация американца Уилиама Мичхэма о движении судов с подобными аэродинамическими элементами.
Британский конструктор Торникрофт на рубеже веков также разработал серию уникальных моделей, но реализовать их смог только к концу Первой Мировой.
Опытный образец судна на подводных крыльях Александра Белла на испытаниях
Позже Александр Белл создал прототип судна, достигшего скорости 111 км/ч.
В СССР тема прорабатывалась инженерами ЦАГИ: они построили первый образец и разработали фундаментальную теорию движения на подводных крыльях.
Гребной винт в работе. Отчётливо видны кавитационные пузырьки воздуха
Тем не менее, ни один из проектов не стал прототипом серийного судна — большая их часть не вышла из этапа эскизного моделирования или состояния масштабной модели для проверки ходовых свойств в тестовых ваннах.
2. Первые крылатые корабли Алексеева. Изобретения и прототипы
К сожалению, без интернета и современных научных подходов, требующих активно публиковать достижения и переписываться с коллегами, Ростиславу Алексееву приходилось много создавать с нуля.
Задача создания сверхскоростного корабля захватила Алексеева настолько, что именно этот проект лёг в основу его дипломной работы в Горьковском индустриальном институте (сегодня — Нижегородский государственный технический университет имени Алексеева), защищенной 1 октября 1941 года.
Теоретические выкладки привели Алексеева к традиционной для советского и российского кораблестроения компоновке подобных кораблей с 2 горизонтальными несущими плоскостями-крыльями с малым погружением.
И к 10 октября того же года проект получил негативный отзыв Кузнецова, который заведовал разработкой и производством кораблей в Советском союзе.
Прототип экраноплана СМ-1 на базе А-4
Успех проекта позволил создать более крупный катер на подводных крыльях А-5, который достиг невероятного аэродинамического качества и невозможной для кораблей того времени скорости в 85 км/ч (при средней скорости боевых кораблей до 30-40 км/ч и сегодня).
3. Боевые катера на подводных крыльях. Первые серийные СПК
В результате Алексеев получил задание разработать перспективное боевое судно. Основой первого боевого корабля на подводных крыльях стал десяток серийных торпедных катеров проекта 123К.
Такой мог бороздить моря, безбоязненно ныряя в прилежащие реки. А пара торпедных аппаратов с 3 пулемётами были достаточны для прибрежного патрулирования. Выстрелил — убежал.
Благодаря этому судно достигло рекордной скорости в 69 узлов, что составляет 127 километров в час. Но одного торпедного аппарата с парой боезарядов казалось мало.
Поэтому проект был забыт, а следом появился сторожевой СПК проекта 125А с бомбосбрасывателями вместо торпедных аппаратов. Всего их с 1963 по 1967 выпустили 16 экземпляров.
Пара газотурбинных агрегатов разгоняли эти торпедные катера до 112 км/ч. Среди серийных кораблей им равных так и не появилось.
Параллельно ракетному катеру, Алексеев в 1949 году инициативно разработал скоростной пассажирский А-7, ставший эталонным крылатым судном.
В них сохранены пропорции, общая схема подводных крыльев и даже их профиль. Но признание пришло не сразу, ведь в начале эры СПК о пассажирах ещё никто не думал.
Только появление в 1955 году серийных пассажирских кораблей на подводных крыльях Supramar PT 20 изменило мнение руководителей государства.
Появившись на Фестивале молодёжи и студентов, удивительный самолёто-корабль произвёл фурор мирового масштаба, закономерно получив серийное продолжение.
Были они и в Канаде, и в США, и даже в Никарагуа. О соседних с СССР странах можно даже не вспоминать.
Он был рассчитан на 64-66 пассажиров, второй в зависимости от модификации умещал от 74 до 128 человек. Вдвое больше, чем в автобусе.
На крейсерской скорости в 60 километров в час по кратчайшему водному пути у них не было равных в Союзе: быстрее, удобней, надёжней транспорта не существовало.
Гиганты в 30 метров длиной стали основой советского речного флота, не теряя возможности заходить в большинство речных портов. Всего было выпущено около 400 кораблей этого типа.
Единственный экземпляр, несмотря на статус, эксплуатировался по маршруту Куйбышев — Ульяновск — Казань — Горький, а после — Ярославль — Горький. Более быстрого способа перемещаться по стране тогда ещё не придумали.
История судна завершилась только в 1993 году, когда его сдали на металлолом. И это вопреки более сложному управлению, чем у большинства СПК.
Венгрия, Болгария, Китай, Египет, Чехия, Греция, Вьетнам, Марокко и Румыния ещё эксплуатируют оставшиеся суда.
После того как было налажено серийное производство судов на подводных крыльях для озёр, морей и больших рек, в ЦКБ по СПК (Горький) принялись за разработку СПК для малых рек.
Малой осадки удалось добиться благодаря кардинальной модификации движительно-рулевого комплекса серийного СПК: гребной винт специальной конструкции располагался выше крыльевой системы и работал в зоне гребня кормового крыла в условиях неполного погружения.
Оно предназначено для скоростных пассажирских перевозок протяжённостью до 400 километров по малым рекам и водохранилищам класса. Конструкция СПК позволяет высаживать пассажиров даже на необорудованный берег
Этот тип получил прочный сварной корпус с полноценным разделением на 9 водонепроницаемых отсеков, что обеспечивает непотопляемость судна обеспечивается при заполнении любых двух смежных отсеков.
Производство первых планируется возродить в ближайшее время для освоения морских маршрутов Балтики и Дальнего Востока – в обновлённом варианте с индексом “250”.
Куда пропали корабли на подводных крыльях?
Военные катера на подводных крыльях списаны большинством эксплуатантов и не планируются к реализации вновь. Однако, заменить пассажирские суда оказалось нечем.
Единичные прогулочные экземпляры в Казани, Москве и Санкт-Петербурге, плавающие по паре часов в день, вызывают только недоумение и раздражение: когда-то автор еженедельно плавал на судах этого типа между поволжскими городами.
Гибель речного пароходства в постперестроечное время сократило количество, но для удалённых регионов ничего лучше не придумали: в Сибири не только эксплуатируются советские суда второго поколения, но и появляются новые.
Кроме того, конструкторские бюро в России предлагают проекты и малых, и больших СПК (вплоть до 320 тонн водоизмещения для скоростей выше 70 узлов), в том числе для трансокеанских маршрутов.
В чем же причина угасания столь популярного транспорта?
Все просто: их успех в России ушёл вместе с протекцией Алексеева в начале восьмидесятых. По инерции какое-то время они ещё производились, но все силы были брошены на более перспективные по мнению руководства корабли на воздушной подушке (кто же сравнивает несравниваемое, скажете вы?)
Частные речные пароходства в своей массе не смогли в голодные девяностые содержать, и что самое главное, обновлять столь дорогостоящие аппараты: экономически не выгодно.
Голландская “Комета”. Сегодня по нормам шума их эксплуатация там запрещена
К тому же российские малые населённые пункты стали вымирать — а ведь именно им были удобны скоростные корабли, поскольку на той же Волге СПК заходили почти в каждую деревню по пути своего маршрута.
Поэтому сохранились отдельные экземпляры для развлечений туристов. А общественные перевозки стали использовать другие виды транспорта.
Такая же пристань существовала в каждой деревне Ульяновской области
А в XXI веке их необходимость и вовсе сомнительна: есть скоростные поезда, самолёты, частный автотранспорт. Кто хочет — сам придумает как добраться.
Можно ли без СПК? Конечно. Но для России пока ничего лучше не придумали.
В закладки
Концепция подводных крыльев, которая позволила резко увеличить скорость судов, была предложена еще в XIX веке. С тех пор эта конструкция, воплощенная в тысячах кораблей, прошла долгий путь и сейчас широко применяется в судостроении.
Самую большую известность ранние эксперименты с подводными крыльями принесли одному американцу, проживавшему в Канаде. Это был Александр Грэхем Белл. Вместе с Фредериком У. (Кейси) Болдвином и Филипом Л. Родесом он разработал и построил несколько судов на подводных крыльях, включая HD-4, оснащенный двумя двигателями Liberty. 9 сентября 1919 года это судно установило официальный рекорд скорости, показав 114 км/ч. Позднее для улучшения ходовых качеств HD-4 в конструкцию было внесено много изменений, однако этот рекорд так и остался официально не превзойденным.
Потом пришли другие времена, и внимание канадских военных сосредоточилось на борьбе с подводными лодками. Роль, которая отводилась в этих стратегических планах судам с подводными крыльями, требовала максимальной подвижности и универсальности. Весьма экономичная альтернатива разработке мощных дальнобойных сонаров, которые устанавливаются на больших кораблях, предполагала развертывание большого количества маломощных аппаратов. В 1964 году был заложен корпус нового судна BRAS D’OR, однако 5 ноября 1966 года прямо в ходе строительных работ в главном машинном отделении случился разрушительный пожар, который чуть не повлек за собой прекращение всей программы. И тем не менее, вопреки всем задержкам и дополнительным финансовым расходам, новое судно с индексом FHE-400 и все тем же именем BRAS D’OR в 1967 году было спущено на воду. В дальнейшем это судно использовалось в испытаниях и экспериментах, а также участвовало во флотских парадах.
Подводные крылья можно разделить на два общих класса – частично и полностью погруженные крылья. Частично погруженные крылья сконструированы так, чтобы их законцовки в крейсерском режиме пронизывали границу вода-воздух. Стойки, связывающие крылья с корпусом судна, должны иметь достатоную длину, чтобы при движении на расчетных скоростях корпус совершенно не касался воды. С ростом скорости растет подъемная сила, вызванная обтеканием подводной части крыла набегающей водой, в результате судно несколько приподнимается, и, соответственно, площадь погруженной части крыла уменьшается. Эта система самостабилизирующаяся: при любой скорости судно приподнимется ровно настолько, насколько нужно, чтобы подъемная сила крыла уравнялась с весом всего судна.
Полностью погруженные подводные крылья находятся ниже поверхности воды. В этой конфигурации система подводных крыльев лишена возможности самостабилизации. В ответ на изменяющиеся условия – скорость судна, вес, волнение – необходимо изменять угол атаки крыльев и их подъемную силу. Основное и неоценимое достоинство системы с полностью погруженными крыльями – возможность практически устранить воздействие волн на судно. Это позволяет относительно небольшому судну на подводных крыльях двигаться на высоких скоростях в условиях морского волнения, причем волны не влияют на комфорт пассажиров и команды, а в военных применениях не мешают использованию боевого снаряжения.
В судах использовался эффект малопогруженного подводного крыла (эффект Алексеева). Подводное крыло Алексеева состоит из двух главных горизонтальных несущих плоскостей — одна спереди и одна сзади. Двугранный угол при схождении или мал, или отсутствует, распределение веса — примерно поровну между передней и задней плоскостями. Погруженное подводное крыло, поднимаясь к поверхности, постепенно теряет подъемную силу, а на глубине, примерно равной длине хорды крыла, подъемная сила приближается к нулю.
По расположению крыльев выделяют самолетную схему, схему “утка” и тандем (сверху вниз). Суда принято относить к самолетной (обычной) схеме или схеме “утка”, если 65% веса или более приходится соответственно на носовые или кормовые стойки. Если вес распределен относительно равномерно, эту конфигурацию принято называть “тандем”.
Boeing Jetfoil имел водометный движитель, полностью погруженные крылья, крейсерскую скорость в 45 узлов при довольно высокой волне и при этом обеспечивал приличный комфорт для пассажиров.
Модель Jetfoil компании Boeing была запущена в производство в середине 1970-х и хорошо послужила во многих частях света. По тем временам это был верх совершенства для коммерческих аппаратов на подводных крыльях. В 1989 году Kawasaki приобрела у Boeing лицензию и наладила собственный выпуск модели Jetfoil. Многие аппараты из этой серии до сих пор служат в окрестностях Гонконга. Там же, в Японии, компания Mitsubishi сконструировала и построила несколько пассажирских судов на подводных крыльях, названных Rainbow.
В Швеции и Норвегии аппараты с катамаранным корпусом и крыльями, установленными на относительно коротких стойках, например Foilcat 2900 компании Westamarin, эксплуатировались на балтийских линиях.
В 1994 году итальянская компания Rodriquez выпустила Foilmaster — еще один пример тщательной компоновки толкающего винта с соответствующим профилем крыла для достижения максимальных характеристик, но с традиционной компоновкой кормовых винтов, приводимых в движение длинным наклонным валом.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
6 . 051 20101.4111.15 .
Міністерство освіти і науки України
Національний універститет кораблебудування ім. Макарова
Реферат на тему:
(особистий підпис викладача)
групи 4111 Кошлак С.С.
(особистий підпис студента)
2.Амфибийные суда на воздушной подушке (АСВП) ………………….
1 ВОЗДУШНАЯ ПОДУШКА
Воздушная подушка это слой сжатого воздуха, создаваемый под корпусом судна или его несущими поверхностями с помощью специальных вентиляторов или скоростным напором набегающего воздушного потока и поддерживающий корпус судна над поверхностью воды или земли.
Суда, у которых воздушная подушка во всех режимах движения создается вентиляторами, называются судами на статической воздушной подушке (собственно суда на воздушной подушке). Суда, у которых воздушная подушка в основном режиме движения у поверхности воды или земли создается скоростным напором набегающего потока, называются судами на динамической воздушной подушке (экранопланы).
Все суда и аппараты на статической воздушной подушке (СВП) подразделяются на СВП с полным отрывом от воды в основном режиме движения (СВП амфибийного типа), которые могут двигаться как над водой, так и над ровной поверхностью (земля, лед), и на СВП с неполным отрывом от воды (СВП скегового типа), которые могут двигаться только по воде (рисунок. 1.1).
Рис. 1.1 Схема кораблей на воздушной подушке: 1 - с полным отрывом от воды; 2 с неполным отрывом от воды
Это наибольшее в мире судно на воздушной подушке работает в качестве парома в проливе Ла-Манш и перевозит 400 пассажиров и 45 легковых автомобилей одновременно.
2 АМФИБИЙНЫЕ СУДА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ (АСВП)
Амфибийные суда на воздушной подушке (АСВП) являются уникальными транспортными средствами, которые сегодня обладают наивысшей среди всех существующих типов скоростных судов готовностью к круглогодичному использованию. На территории нашей страны, как в её европейской части, так и в Сибири, на Севере и Дальнем Востоке основные поселения сосредоточены по берегам многочисленных рек, большая часть из которых в зимнее время покрыта льдом. Поэтому обеспечение круглогодичных перевозок людей и грузов является важнейшей социальной и народнохозяйственной задачей. Ещё более насущной является организация перевозок людей и грузов в районах разработки месторождений нефти и газа, как в Сибири и на Севере, так и в мелководной Северо-Восточной акватории Каспийского моря.
В создании АСВП в нашей стране накоплен огромный опыт. Около 30 лет, начиная с 1960 г. и до конца 80-х годов велись интенсивные исследовательские и конструкторские работы, благодаря чему в конце этого периода наша страна занимала лидирующее положение в мире как по составу АСВП, так и по их основным показателям ходовым, мореходным и амфибийным качествам. Накоплен также большой опыт эксплуатации этих судов в самых разнообразных условиях на прибрежных акваториях омывающих побережье нашей страны морей, на реках и озёрах Европейской части страны, на Севере и в Сибири, на Дальнем Востоке. Наша страна обладает богатым опытом эксплуатации СВПв зимних условиях, над различными видами ледовой поверхности, включая и самые тяжелые условия эксплуатации над торосистым льдом и во время ледохода.
4 ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ «СУДНО НА
Первый проект судна на воздушной подушке еще в XVIII веке предложил шведский инженер ЭммунэльСведенбург. Впрочем, даже сам автор изобретения понимал его несостоятельность, так как требовался довольно мощный и компактный движитель, которого в то время просто не существовало.
В Советском Союзе к этой идее причастен Константин Циолковский. В 1924 год он предложил создать безколесный вездеход на воздушной подушке движимый вперед при помощи реактивной струи. Позже профессор экспериментальной аэродинамики Владимир Левков еще в студенческие годы прочитал книгу Циолковского и буквально заболел идеей судов на воздушной подушке. После нескольких экспериментальных машин в 1937 году под руководством Левкова был создан опытный торпедный катер Л-5. Благодаря воздушной подушке он получил совершенно новые свойства, прежде всего скорость около 130 км/час. На полном ходу катер Л-5 не могла догнать ни одна торпеда, а также он был способен двигаться как над водой, так и над сушей. Возможности такой техники поразили военных моряков. Амфибийными качествами катера Л-5 даже заинтересовались сухопутные войска.
Владимир Левков продолжал работать над проектами судов на воздушной подушке вплоть до своей смерти - 1954 год. Он так и не сумел воплотить мечту об идеальном корабле. В последствие два гениальных изобретения вывели технологию из тупика.
Читайте также: