Одно- и двухместные суда на воздушной подушке

Еще не были построены ни первый пароход, пи первый самолет, до получения первой партии «крылатого металла» — алюминия оставалось 150 лет, а многие инженеры уже составляли проекты летающих судов, которые могли бы перемещаться над поверхностью воды. Уже тогда — в самом начале XVIII века судостроителей привлекала идея поднять судно из воды в воздух — среду, почти в тысячу раз менее плотную, чтобы добиться повышения скоростей.

Первым из дошедших до пас подобных предложений был проект, составленный в 1716 г. шведским ученым Эммануилом Сведенборгом. Аппарат его представлял собой парусиновый купол на деревянном каркасе. С помощью двух лопастей па горизонтальных осях под этот купол надо было вручную нагнетать воздух. Автор проекта рассчитывал, что когда давление воздуха под куполом возрастет и сможет уравновесить вес аппарата (с грузом и людьми, вращающими лопасти), он поднимется и потребуется уже совсем немного усилий, чтобы привести его в движение над землей или над водой.

По-видимому, проект Сведенборга можно считать прообразом современных судов на воздушной подушке, хотя сегодня защищать подобный проект не взялся бы ни один двоечник-школьник. Совершенно очевидно (это понимал и сам автор), что мощности, развиваемой мускулами человека, недостаточно для нагнетания довольно большого количества воздуха и поддержания под куполом достаточного давления. Словом, проект оказался утопичен. Точно так же, как и старая идея с крыльями, привязанными к рукам.

Лишь через 200 лет, на базе развития авиации и двигателей внутреннего сгорания, идею Сведенборга, да и то лишь частично, удалось реализовать фон Томамхулу, построившему необычный торпедный катер (его описание приведено в статье «Воздушная смазка днища катера» в №32 сборника, вышедшем в 1971 г.). Под днищем этого катера была камера (намного меньшего объема, чем предлагалось Сведенборгом!), воздух в которую нагнетался центробежным вентилятором. Однако именно из-за малого объема камеры катер Томамхула не смог оторваться от воды; рекордная скорость 40 узлов была достигнута скорее за счет эффекта «воздушнои смазки», чем «воздушной подушки».


В нашей стране работы по созданию аппаратов на воздушной подушке были начаты в 1927 г. под руководством профессора В. И. Левкова. В конце 30-х годов огромная скорость 73 узла была достигнута катером «Л-5» весом 9 тонн. Его корпус был построен в виде катамарана, причем слегка погруженные в воду бортовые поплавки ограничивали «подкупольное пространство» с боков. Впервые довольно большой катер мог с ходу выходить на пологий берег, двигаться надо льдом.

В последнее десятилетне па многих водных путях страны можно было видеть проходящие испытания 38-местпую «Неву» и 3-топный «Бриз», 50-местный «Сормович», 48-местный «Горьковчанин». Наша промышленность начала серийный выпуск пассажирских судов на воздушной подушке типа «Зарница».

Сегодня суда на воздушной подушке (СВП — как их сокращенно называют в судостроении) — серийная продукция многих фирм Англии, Японии, США, Канады и ряда других стран. СВП используются в качестве служебных, пассажирских и даже грузопассажирских судов там, где важны скорость и высокая проходимость. Немало СВП строится, в том числе и силами любителей, для туризма и спорта.

При всем разнообразии конструкций СВП их можно разбить на две основные группы. При постройке одних используются различные модификации предложенной В. И. Легковым схемы, которая получила название скеговой — от английского названия бортовых поплавков или корпусов. Подобные суда от поверхности воды не отрываются, поэтому движение их осуществляется с помощью гребных винтов или водометных движителей. Для создания амфибий эта схема непригодна, так как для того, чтобы даже ненамного оторвать аппарат от воды или суши, пришлось бы затрачивать непомерно большую мощность.

Для уменьшения расхода воздуха, а следовательно, и мощности, потребляемой вентилятором, пространство под днищем приходится дополнительно ограждать с носа и кормы захлопками или гибким ограждением. Чтобы на волнении воздух не вырывался по бортам, сами скеги должны быть погружены в воду на величину не менее половины высоты волны, на которой предполагается эксплуатировать судно. Однако, если скегам придать хорошо обтекаемые, сравнительно острые обводы, то на волнении катер будет зарываться в воду, мореходность получается весьма ограниченной. С этой точки зрения более перспективен катамаран на воздушной подушке, предложенный инженером С. Г. Ермолаевым и др. (авторское свидетельство № 361920). Вместо боковых книлей-скегов на этом судне предусмотрены поплавки, водоизмещение которых составляет 50% веса судна; в носу и корме размещаются ограждения, аналогичные применяемым на судах со скегами. Так как поплавки катамарана имеют значительную плавучесть, при ходе на волнении они не зарываются в волну, а воздушная подушка под мостиком смягчает удары корпусов о воду.


Другой класс СВП — это суда-амфибии, которые с равным успехом могут двигаться над любой поверхностью даже при наличии небольшого волнения на воде или неровностей суши. Движение осуществляется либо с помощью отдельного воздушного винта, либо за счет использования реакции воздушной струи от вентилятора. К этому классу, кстати говоря, можно было бы отнести и аппарат Сведенборга, если бы он был построен.

Подобные суда-амфибии строятся или по камерной или по сопловой схеме.

В камерной схеме (строго говоря, разновидностью ее являются и суда со скегами) повышенное давление воздуха под куполом должно полностью поддерживать во взвешенном состоянии аппарат, вентилятор при этом компенсирует расход воздуха, вытекающего из-под камеры (купола) по всему ее периметру. Эта простая конструктивно схема имеет, однако, и большой недостаток: аппарат не обладает достаточной остойчивостью. Поневоле приходится снабжать его бортовыми скегами, погруженными в воду, или идти по пути разделения общего пространства под куполом на секции. Таким разделением достигается и побочный эффект — снижается расход воздуха, а следовательно, и потребляемая мощность. Однако различные устройства (ножи, заслонки, переборки) для разделения пространства подушки на участки создают дополнительное сопротивление движению судна. В связи с этим СВП рассмотренного типа проектируют лишь для скоростей не более 70—110 км/час. Большими достоинствами в отношении экономичности и живучести обладает многоконтурная камерная схема, разработанная французской компанией «Бертин»; здесь воздух подается вентиляторами в отдельные «эластичные» камеры, расположенные внутри гибкого ограждения по наружному периметру аппарата.


В 1955 г. английский радиоинженер К. Коккерел получил патент на конструкцию, в которой использован принцип ограждения подушки под корпусом воздушной завесой, истекавшей из кольцевого сопла, расположенного по периметру аппарата. В дальнейшем эта схема, названная сопловой, получила большое распространение, особенно после создания в 60-х годах мягких ограждений («юбок»), ограничивающих воздушную подушку. Благодаря такому легкому и гибкому ограждению аппарат смог подняться уже не на 10—20 мм, как при камерной схеме с «жесткими» краями, а на 150—300 мм (между нижней кромкой юбки и поверхностью воды). «Юбка» легко деформируется, когда аппарат проходит над каким-либо препятствием или волной, и снова принимает первоначальную форму.

При дальнейшем развитии сопловой схемы выяснилось, что выгоднее всего каналы сопла делать не вертикальными, а направленными под углом 40—45° к центру воздушной подушки. При этом одновременно создаются и область повышенного давления и эффективная воздушная завеса. А если каналы сопла наклонить в корму на 20—30°, то получится и дополнительный упор, двигающий аппарат вперед. Этот дополнительный упор может составлять около 20% упора, развиваемого воздушным винтом.

Дальнейшим развитием сопловой схемы являются различные рециркуляционные схемы, идея которых состоит в многократном использовании энергии нагнетаемого воздуха. Это дает возможность снизить мощность, потребляемую вентиляторами, однако, помимо конструктивной сложности подобных систем, у них есть и еще один недостаток: стенки воздушных каналов очень быстро изнашиваются, так как вместе с воздухом сюда с большой скоростью устремляются захваченные им мелкий гравий, песок, вода. Чтобы добиться желаемого эффекта, необходимо начинать с выполнения значительного объема экспериментальных и опытно-конструкторских работ. Все это, естественно, ограничивает применение рециркуляционных схем.

Знакомство с современными СВП мы продолжим на конкретных примерах построенных в последние годы малых (одно- и двухместных) прогулочно-спортивных судов и аппаратов. Сразу же подчеркнем, что в ряде случаев они уже выпускаются крупными сериями — сотнями единиц.


Начнем с простейшего, чисто сухопутного одноместного аппарата фирмы «Уинфилд Ховеркрафт» (Англия), спроектированного специально для городка аттракционов в парке «Бель вью» на о-ве Джерси. Его круглый в плане корпус диаметром 1,82 м имеет прочную конструкцию, выполненную из тонких стальных труб и стеклопластика; по периметру закреплен пневматический бампер диаметром 100 мм.

Применена оригинальная и простая система, в которой один двигатель (рабочим объемом всего 150 см³) обеспечивает и создание подушки — подъем аппарата — и движение. Двигатель работает на два вентилятора, расположенных по сторонам от сидящего в центре круга водителя. На вентиляторах спереди и сзади имеются управляемые заслонки. Открывая сразу обе задние заслонки, водитель направляет струи воздуха из обоих вентиляторов назад — аппарат получает ход вперед. Если открыть на одном борту переднюю заслонку, а на другом — заднюю, висящий в воздухе аппарат начнет вращаться вокруг своей оси, оставаясь на месте, и т. п.

На ровной местности аппарат развивает скорость 64 км/час, но на «ховердроме» парка максимальная скорость движения ограничивается 11,3 км/час. Ховердром — это арена, огражденная прочным высоким барьером, по которой и движется сразу несколько малых «ховеркрафтов» с любителями необычных ощущений. Когда оплаченное ими время истекает, на аппараты подается сигнал, по которому необходимая для парения частота вращения вентилятора с 4000 об/мин автоматически уменьшается до 700 об/мин — соответствующей работе двигателя на холостом ходу; в таком состоянии аппарат готов для смены экипажа.

Корпус двухместного СВП «Фланло-240Б» (Канада) имеет бортовые скеги и также выполнен из стеклопластика. Скеги могут быть заменены гибким ограждением — юбкой с бахромой-щетиной по периметру; благодаря этому судно сможет двигаться над землей, например, по пляжу. Четырехтактный четырехцилиндровый двигатель мощностью 42 л. с. расположен непосредственно за кокпитом. При помощи валопровода и ременной передачи он вращает четырехлопастной (из алюминиевого сплава) вентилятор диаметром 889 мм системы подъема и двухлопастной воздушный винт регулируемого шага диаметром 965 мм системы движения. Вентилятор в носу и винт в корме размещены в металлических кожухах с защитными нейлоновыми сетками.

Особенностью компоновки этого СВП является наклонное расположение оси вентилятора. Благодаря этому создающий подушку воздушный поток дает и составляющую, направленную назад, т. е. увеличивающую упор. Управляют этим аппаратом с помощью решетки из поворотных щитков, расположенной за струей винта.


Бензобак имеет емкость около 20 л.; для увеличения дальности движения может быть установлен второй бак.

Таких аппаратов в 1968 г. было выпущено 135 штук, но затем фирма перешла на производство усовершенствованной модели «240А» (к середине 1970 г. их было изготовлено 170 штук).

На двухместном аппарате «Эйр кар» модели «F» (США) вентилятор выполняет и функции воздушного винта, т. е. обеспечивает все 100% нужного для движения упора. Двухтактный двигатель мощностью 13,5 л. с., установленный в нос от кокпита, соединен ременной передачей с малооборотным вентилятором с наклонным расположением оси. Большая часть потока направлена вниз — в область повышенного давления, ограниченную юбкой, но часть воздуха через каналы отводится в корму. Две регулируемые заслонки в этих воздушных каналах позволяют изменять упор, а воздушный руль за кормовым стабилизатором — делать повороты.

Управление аппаратом осуществляется колонкой авиационного типа. Движение колонки вперед открывает воздушные каналы — аппарат идет полным ходом, перемещение колонки назад перекрывает каналы и останавливает аппарат. При наклоне колонки в сторону на малой скорости перекрывается одна из заслонок, а на большой — вращается руль поворота.

Стоимость «Эйр кара» составляет около 300 долларов (почти столько же стоит и обычная двухместная мотолодка с мотором).

В новой модели «Эйр кар-Н», оснащаемой более мощным двигателем (от 20 до 70 л. с.) и, кроме вентилятора, еще и четырехлопастным воздушным винтом регулируемого шага, аппарат превращается в судно, плавучесть которого обеспечивается боковыми поплавками, заполненными пенопластом. При необходимости эти две секции можно снять, что сразу уменьшает ширину судна с 2,13 до 1,29 м (это, безусловно, имеет большое значение для удобства транспортировки) .

Еще более мощную энергетическую установку имеет двухместное СЁП «Ховеровер» (Канада), развивающее скорость 64 км/час при движении над землей и над водой. Два двухтактных 25-сильных двигателя с воздушным охлаждением работают на воздушные винты диаметром 915 мм, установленные в кольцевых насадках. Третий двигатель такой же мощности приводит в действие два центробежных вентилятора, расположенных в носовой части. Судно управляется двумя воздушными рулями.

Нижняя часть корпуса сделана из штампованных алюминиевых секций с прикрепленными к ним пенопластовыми блоками плавучести; верхняя часть вместе с кокпитом отформована из стеклопластика. Вентиляторы и двигатель системы подъема смонтированы на общей раме из стальных труб, установленной на амортизаторы.

В прогулочно-спортивном варианте «Ховеровер» снабжается цистерной емкостью 36 л.; при подготовке к дальнему походу запас топлива может быть увеличен до 110 л (этого хватает примерно на 5 часов полного хода).

Интересна общая компоновка этого судна. Узкий кокпит, в котором водитель и пассажир сидят один за другим, закрыт обтекателем из плексигласа. В кормовой части палубы сделаны желоба для подвода воздуха к винтам. Благодаря этому конструкторам удалось уменьшить габариты судна по высоте и ширине при сохранении удовлетворительных пропульсивных качеств.

Подобные же принципы общей компоновки положены в основу конструкций «грузопассажирской» модели того же СВП «Ховеровер», показанной на приводимом фотоснимке. Кроме двухместной рубки, на этом аппарате имеется и грузовой кокпит.

Двухместное СВП «Джемини-П» (Канада) отличается компактностью и высокими скоростями движения; над сушей аппарат развивает 88,5 км/час, над водой — 51,5 км/час. Здесь двухцилиндровый двухтактный 36-сильный двигатель с воздушным охлаждением работает на 24-лопастной турбовентилятор диаметром 711 мм, расположенный позади кабины. Для движения судна используется вторая точно такая же установка.

Управляется судно рулями, расположенными в потоке за вентиляторами. Соответствующим поворотом лопастей турбовентилятора обеспечивается торможение или даже реверс.

Пластмассовый корпус этого аппарата смонтирован на раме из алюминиевого сплава. Нейлоново-неопреновое мягкое ограждение подвешено по всему периметру корпуса. Водитель и пассажир сидят рядом, но на отдельных сиденьях; закрытая рубка оборудована системой кондиционирования воздуха.

В Англии весьма популярны небольшие, спроектированные в 1968 г. специально для школьников лодки-амфибии типа «Экспресс эйр рэйдер». Такие аппараты развивают над землей скорость 80 км/час и над водой 59 км/час. Они имеются более чем в ста английских школах, что дает возможность регулярно проводить соревнования с участием большого числа «Воздушных всадников» (так переводится название).

Воздушная подушка, ограждаемая «юбкой», создается осевым вентилятором диаметром около 560 мм, работающим от двигателя с объемом цилиндров 250 см³, который установлен непосредственно перед кокпитом. За кокпитом (его размеры в плане 910X910) размещен четырехтактный двигатель, вращающий при помощи ременной передачи воздушный винт диаметром 1,4 м. Три руля поворота расположены в струе воздушного винта. Управление дросселем карбюратора вынесено на рукоятку воздушных рулей.

Топливных баков два: один (около 14 л) расположен в корме по правому борту; другой (около 4,5 л) — в носовой части лодки.

Водитель и пассажир размещаются на одном брезентовом сиденье в кокпите.

Кроме рассмотренных выше амфибийных или даже сухопутных аппаратов за рубежом выпускаются также и СВП — лодки, рассчитанные только на движение по воде. Примером может служить двухместная мотолодка «Си-Нак» японской фирмы «Ниппон Эр Кашн Крафт». Средняя часть ее корпуса, имеющая вид плоскодонной мотолодки с габаритами 4,10X1,80X0,85 м и весом 100 кг, отформована из стеклопластика. По бортам и в носу к этому жесткому корпусу крепится надувная камера — подковообразный в плане цилиндрический баллон из неопрена (вес 25 кг). Надувные борта выступают ниже днища средней части, ограничивая полость, необходимую для создания воздушной подушки. Воздух нагнетается в эту полость осевым вентилятором диаметром 480 мм, работающим от одноцилиндрового 6-сильного двигателя. Воздушная подушка настолько «разгружает» лодку, что на ходу она лишь касается воды бортовыми баллонами, глиссируя на них.

В движение «Си-Нак» приводится обычным подвесным мотором. Благодаря меньшей смоченной поверхности ее скорость примерно в полтора раза выше, чем у обычной лодки таких же размеров. С 20-сильным мотором, снабженным специальным скоростным винтом, скорость достигает 55 км/час. Лодка мягко выходит на пляж; при работающем вентиляторе ее легко может двигать, толкая над сушей, одни человек.

В последние годы немало аппаратов на воздушной подушке строится и силами любителей.

Довольно удачную конструкцию двухместного катера создал англичанин Т. С. Гуч. В 1969 г. переход этого катера «J-4» через Ла-Манш (29 км) занял 40 мин; максимальная же скорость составляет 65 км/час.

В конструкции этого судна приняты меры к обеспечению бесшумности движения: вместо обычного воздушного винта использованы два осевых пятилопастных вентилятора в общей поперечной трубе, расположенной непосредственно за кокпитом. Вентиляторы приводятся во вращение двухтактным двигателем с объемом цилиндров 250 см³. Воздух всасывается в оба конца трубы и выбрасывается через прямоугольное сопло в корме, в котором установлено реверсивно-тормозное устройство в виде двух створок, управляемых педалью и системой рычагов.

В носовой части катера установлен двухтактный мотоциклетный двигатель (с объемом цилиндров 197 см³), вращающий десятилопастной вентилятор диаметром 609 мм.

Характерной особенностью этого аппарата являются горизонтальные «крылья», поддерживающие гибкое ограждение по бортам. Крылья, закрепленные трубчатыми раскосами, могут быть подняты в вертикальное положение, что уменьшает ширину катера с 2,13 м до 1,21 м для упрощения транспортировки и хранения. Само ограждение высотой 228 мм выполнено из нейлона с неопреновым покрытием.

Управление осуществляется при помощи четырех рулей, отклоняющих воздушно-реактивную струю.

Как правило, на СВП воздушный винт располагается довольно высоко, поэтому его упор дает большой момент, дифферентующий судно на нос; на катере же Гуча сопло, через которое выбрасывается струя воздуха, расположено у самой воды. Благодаря этому «Л-4» хорошо всходит на встречную волну, не забрызгивается и не заливается.

Общий запас топлива 18 л размещен в двух цистернах, расположенных по бортам.

Корпус выполнен с обшивкой из фанеры толщиной 4 мм на деревянном наборе; в носу и в корме имеются отсеки плавучести.

Одноместная амфибия «Картайр Мк III» (Австралия), также построенная любителем, рассчитана на перемещение над ровной поверхностью земли, песком или водой (когда нет волны) со скоростью 35 км/час.

Сама платформа — корпус СВП — выполнена из 6-миллиметровой фанеры на прочной раме. В «морском» варианте к корпусу по бортам прикрепляются блоки плавучести из полистирола. Ограждение подушки изготовлено из прорезиненной ткани.

Воздушную подушку создает центробежный вентилятор диаметром 457 мм, приводимый во вращение двухтактным двигателем с объемом цилиндров 160 см³. От другого такого же двигателя мощность передается на воздушный трехлопастной винт регулируемого шага диаметром 863 мм.

Два воздушных руля, установленных в потоке винта, приводятся в действие ручкой управления авиационного типа.