|
Вступление
1.1. Общие сведения
В 60 — 80-е гг. получил развитие новый вид транспортных средств — аппараты на воздушной подушке.
Под термином «аппарат на воздушной подушке» (сокращенно АВП) понимается любое средство, передвигающееся над поверхностью с помощью воздушной подушки под его днищем. В английской литературе принят называть АВП «кушнкрафт», что означает «судно на подушке», либо «ховеркрафт» — «скользящее судно». В американской литературе аппараты подобного типа называют сокращенно GEM (Ground Effect Machine) — «аппарат, способный парить над землей».
1.2. Описание наиболее удачных конструкций АВП
Еще ни один вид транспортных средств не внедрялся так быстро в практику, как аппарат на воздушной подушке. Необычайно быстрое развитие АВП в течение последних десятилетий объясняется в первую очередь простотой конструкции, возможностью эксплуатации их на воде, суше и даже на воздухе.
Первые упоминания об исследованиях передвижения на воздушной подушке относятся к началу нынешнего столетия. Русский ученый К. Э. Циолковский в 1927 г. опубликовал брошюру под названием «Сопротивление воздуха и скорый поезд», в которой обосновал свою идею поезда на воздушной подушке, движущегося по специально спрофилированному полотну.
Основные работы над созданием АВП начались в 50-х годах нашего столетия. В 1956 — 1958 гг. появились первые практические результаты. Уже в этот период исследования, с одной стороны, носили преимущественно теоретический характер, а с другой — ориентировались на создание реальных конструкций. Далее исследования пошли по пути оптимизации ходовых и конструктивных качеств и создания экспериментальных и серийных АВП.
I. Английские суда на воздушной подушке
Принято считать, что создателем аппарата на воздушной подушке с периферийным кольцевым соплом является английский инженер Кокерелл. К его заслугам можно отнести постройку экспериментального СВП SR.N1 «Ховеркрафт», которое 11 сентября 1959 г., совершив переход через Ла-Манш, положило начало развитию современных АВП. На рис. 1 показано это СВП в разрезе. Для движения аппарата SR.N1 использован принцип воздушной подушки, создаваемой посредством двухрядного кольцевого сопла, наклоненного внутрь корпуса под углом 30°. Расчетные характеристики этого СВП были подтверждены на испытаниях.
Для образования воздушной подушки под днищем судна, построенного в форме овального понтона, а также для создания горизонтальной тяги на СВП установили осевой нагнетатель, приводимый во вращение двигателем, расположенным во втулке нагнетателя. Разделение воздушного потока за нагнетателем осуществлялось с помощью каналов, при этом на создание воздушной подушки уходило 70% общего расхода воздуха, а горизонтальной тяги — 30%. Возникающее под днищем давление изменялось от 500 до 1000 Па в зависимости от состояния нагрузки СВП. Горизонтальная тяга создавалась реакцией струй воздуха, истекающего из каналов, установленных по бортам судна и заканчивающихся прямоугольными соплами, причем два кормовых сопла предназначались для тяги вперед, два носовых — для реверса тяги.
Управление СВП при парении на месте осуществлялось дроссельными клапанами, приводимыми в действие из кабины специальными рычагами, и заключалось в изменении направления и величины момента пары сил, возникающего при истечении воздуха из сопел противоположных бортов. Во время движения вперед, а также при торможении СВП, управление направлением движения осуществлялось при помощи аэродинамических рулей, частично размещенных в потоке воздуха, вытекающего из сопел, а частично — в набегающем от движения СВП потоке воздуха. При определенном сочетании положений этих рулей аппарат приобретал возможность движения в боковом направлении.
Первоначально для привода нагнетания использовали поршневой двигатель мощностью 320 кВт. Позднее мощность на движение была увеличена, для чего использовали главную энергетическую установку, состоящую из поршневого двигателя и воздушного винта, а далее — реактивный двигатель с тягой до 6090 HL В ходе экспериментов масса аппарата увеличилась с 1,88 до 5,99 т, а скорость — до 107 кмч. Несущая поверхность воздушной подушки площадью 22,8 м2 осталась без изменений.
Фирма «Уэстленд», продолжая работу над созданием АВП, предназначенных для движения над водой, спроектировала и изготовила для опытной эксплуатации в 1962 — 1965 гг. сначала СВП SR.N2, а затем СВП SR.N3, превосходящее своими размерами предыдущее.
СВП SR.N2 (рис. 2; полная масса — 27 т, экипаж — два человека) предназначалось для перевозки 68 пассажиров или груза массой 6,5 т. Оно было задумано как пассажирский паром со скоростью хода около 100 кмч для перевозок в проливе, Ла-Манш.
Корпус аппарата эллипсоидной формы в плане, заостренной спереди, имел понтон плавучести, который был разделен на 15 водонепроницаемых отсеков, в двух из которых находятся водяные балластные цистерны емкостью по 0,45 м3 каждая.
Главная энергетическая установка, состоящая из четырех газотурбинных двигателей по 710 кВт каждый, размещалась в кормовой части судна. Каждая пара двигателей приводила во вращение при помощи кинематических связанных передач нагнетатель и воздушный винт.
Два винта размещались на пилонах над корпусом в диаметральной плоскости СВП. Пилоны имели возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси, чем обеспечивалось изменение направления горизонтальной тяги для управления судном. Два центробежных нагнетателя диаметром 3,8 м через воздухозаборник, расположенный на верхней палубе у основания пилонов, подают воздух в сопла, находящиеся в понтоне по его периметру.
За три года опытной эксплуатации СВП SR.N2 перевезло 33 000 пассажиров и прошло 13 000 морских миль.
СВП SR.N3 имело общую массу 37 т и грузоподъемность 14 т, предназначалось как для гражданских, так и для военных целей, в частности для десантных операций.
Выполняя заказ армии на создание небольшого скоростного СВП, фирма «Уэстленд» спроектировала SR.N5.
SR.N5 (рис. 3) имеет общую массу 7 т, может взять на борт груз массой 2 т или 20 солдат с полной экипировкой либо 26 пассажиров. За кабиной размещается понтон плавучести — основная прочная связь конструкции корпуса. Главная энергетическая установка состоит из газотурбинного двигателя мощностью 770 кВт, приводящего во вращение через редуктор центробежный нагнетатель с вертикальной осью вращения и четырехлопастный воздушный винт изменяемого шага. Гибкое ограждение дает возможность легко преодолевать неровности опорной поверхности, а также такие препятствия, как рвы глубиной 2 м и шириной 3,6 м, покрытые кустарником пригорки высотой до 2 м, вертикальные стены и единичные препятствия высотой до 1 м, морские волны высотой до 2,5 м. Система управления основана на использовании аэродинамических сил на вертикальном и горизонтальном оперении. С целью повышения эффективности рулей направления на малых скоростях дополнительно применяется обдув их воздухом из специальных каналов, к которым воздух подается от подъемной системы СВП
Об универсальности использования этого типа СВП могут свидетельствовать многочисленные области его применения: в военных целях, для пассажирских перевозок, спасательных работ, в геологических экспедициях, полиции. По существу, нет таких климатических условий, в которых АВП SR.N5 не могут быть использованы. Его возможности проверялись в морских условиях, песках пустынь и во льдах севера. Результаты, полученные входе испытаний этого СВП, послужили основой для создания еще более совершенного судна SR.N6, корпус которого на 3 м длиннее SR.N5 при одинаковой ширине. Он также имеет большую общую массу (20,4 т) и грузоподъемность (до 3 т). Пассажирская модификация этого аппарата позволяет взять на борт, кроме водителц, 38 пассажиров. Конструкция СВП SR.N6 в настоящее время совершенствуется, хотя и заслужила себе репутацию надежного транспортного средства.
Самым большим СВП, построенным в Англии, можно считать СВП SR.N4 под названием «Маунтбаттен» (рис. .4), который в 1968 _г. открыл регулярную паромную связь на трассе Дувр — Булон, перевозя через пролив Ла-Манш за один рейс
Рис. 3. СВП SR.N5 «Уорден».
Рис. 4. Крупный СВП постройки 1968 г. SR.M4 «Маунтбаттен».
1 — понтон плавучести; 2 — гибкое ограждение; 3 — поверхность воды; 4 — поток воздуха;
5 — нагнетатель; б — газотурбинный двигатель; 7 — воздушный винт; 8 — поворотный пнлон.
254 пассажира и 30 автомобилей, при этом заправка топливом на обратный рейс длится 15 мин. Общая масса СВП — 187 т, грузоподъемность — 85 т, максимальная скорость — 143 кмч. Судно-может передвигаться по морю при высоте волны до 3,6 м.. Насколько безопасен этот тип СВП может свидетельствовать тог факт, что СВ.П, идущее со скоростью 93 кмч, в случае опасности в состоянии затормозить на отрезке пути примерно в 160 м.
Корпус СВП изготовлен из легких сплавов. Конструктивной основой его является прямоугольный водонепроницаемый понтон, обеспечивающий плавучесть при посадке на воду. Внутри понтона, размещены три цистерны для топлива общей емкостью 20,5 м3. На палубе понтона установлена надстройка, в бортовых частях которой расположены салоны для пассажиров, а также главные двигатели и механизмы подъемной и тяговой системы судна.
В средней части надстройки помещен грузовой отсек, в носовой и кормовой оконечностях которого имеются аппарели для погрузки и выгрузки автомобилей.
Главная энергетическая установка состоит из четырех газотурбинных двигателей мощностью по 3140 кВт (4250 л. с.), каждый из которых через валопровод, проходящий вдоль судна, приводят во вращение движительно-нагнетательный агрегат, состоящий из центробежного нагнетателя диаметром 3,5 м и воздушного винта диаметром 5,8 м, установленного на поворотном пилоне.
Гибкое ограждение с навесными элементами изготовлено из неопрена, армированного нейлоновой тканью.
Управление судном осуществляется посредством соответствующего поворота пилонов с воздушными винтами по команде води-теля.
В рубке предусмотрено четыре места: для капитана, штурмана, радиста и резервное. Для эксплуатации судна в трудных погодных условиях, а также ночью применяются навигационные приборы, в числе которых имеются две радиолокационные станции, специальный радар, измеритель скорости и угла дрейфа.
Рост интереса к СВП, большое количество заказов на их постройку, а также стремление британской промышленности к прибыли в сфере разработки и постройки СВП привели к образованию в 1966 г. концерна «Бритиш Ховеркрафт Корпорейшн» (ВНС), в который вошли три фирмы.
Высокий технический уровень СВП этой корпорации заинтересовал другие государства, например США и Японию, которые приобрели лицензии на постройку некоторых типов СВП или на отдельные важнейшие узлы и агрегаты. Возникновение корпорации ВНС послужило стимулом для расширения работ, проводившихся до этого частным порядком в других странах, как, например, во Франции, где ускорились работы по созданию АВП для движения по земле и железной дороге.
Первым СВП, созданным ВНС, является СВП ВН.7 (рис. 5), предназначенное преимущественно для военных целей как судно для патрулирования и снабжения. Грузоподъемность судна 18 т при общей массе 48 т, скорость около 140 кмч на спокойной воде.
Корпус СВП ВН.7 подобно судам серии SR.N представляет собой конструкцию, выполненную из легких сплавов и пластмасс. Главная энергетическая установка состоит из одного газотурбинного двигателя мощностью 3140 кВт, приводящего во вращение Движительно-нагнетательный агрегат, аналогичный одному из установленных на СВП SR.N4. Управление в горизонтальной плоскости осуществляется изменением направления тяги воздушного винта при повороте пилона, расположенного в кормовой части.
С 1960 г. в Великобритании начала постройку собственных АВП известная авиационная фирма «Бриттен-Норман». АВП фирмы, за исключением экспериментальной СС-1, характеризуются использованием для создания горизонтальной тяги и воздушной подушки единых центробежных нагнетателей. Благодаря этому АВП завоевали себе репутацию самых бесшумных.
Экспериментальный двухместный АВП СС-1 «Кушенкрафт» был построен в 1960 г. У этого АВП (рис. 6) нагнетатель, по размерам соответствующий кольцевому соплу для образования воздушной подушки, приводился во вращение от двигателя через фрикционную передачу (использовалось автомобильное колесо). Горизонтальная тяга создавалась двумя воздушными винтами (были использованы хвостовые винты вертолета), установленными на стойках в кормовой части аппарата, которые через редукторы и карданные валы приводились во вращение от того же двигателя.
Аппарат АВП СС-2 (рис. 7), построенный фирмой «Бриттен-Норман», предназначался для движения над водной поверхностью. Этот АВП использовался как грузопассажирское такси, Рис. 6. АВП СС-1. способное взять на борт десять пассажиров или соответствующий по массе груз. Корпус был изготовлен из легких сплавов. С целью обеспечения его непотопляемости в нижней части корпуса были установлены поплавки. Воздушная подушка создавалась через кольцевое сопло без гибкого ограждения, причем горизонтальная" тяга образовалась путем отклонения воздушного потока от нагнетателей непосредственно в кольцевом сопле. Для образования воздушной подушки применили два центробежных нагнетателя диаметром 2,1 м, приводимых во вращение от автомобильного двигателя «Роллс-ройс» объемом 6,2 л. Кабина вместе с мотором размещена в средней части СВП. Прекрасные аэродинамические данные корпуса этого СВП, значительная остойчивость судна во время полета и простая система привода (один двигатель приводит в движение два нагнетателя) привлекли внимание многих моделистов-любителей.
Появление СВП СС-4 (рис. 8, 9) ознаменовало собой новое направление в дальнейших разработках аппаратов этого типа, характеризующееся размещением нагнетателей на горизонтальной оси вращения в кормовой части корпуса по обе его стороны. Это
СВП массой 2 т способно взять на борт семь пассажиров.
Силовой агрегат, состоящий из четырех нагнетателей и одного мотора мощностью 100 кВт, обеспечивал скорость до 70 кмч.
Улучшенным вариантом СВП СС-4 является модель СС-5. Этот аппарат общей массой 2,2 т берет на борт 12 пассажиров. Так же как и СС-4, он снабжен гибким ограждением воздушной подушки с кольцевым соплом. Корпус судна изотовлен из пластмассы, армированной стекловолокном.
В 1968 г. было создано СВП СС-7, способное перевозить до десяти человек. СС-7 предназначено для перевозок по воде на короткие расстояния. Сфера его применения — патрульная и санитарная службы, а также местные инженерные работы. Длина корпуса этого СВП — 7,8 м, ширина — 4,6 м, грузоподъемность — 960 кг, общая масса — 2250 кг. Для создания воздушной подушки и горизонтальной тяги используются два центробежных нагнетателя, приводимых во вращение от газотурбинного двигателя мощностью 370 кВт, что позволяет развивать скорость 93 кмч. Конструкцией корпуса предусмотрена его разборка для перевозки по железной дороге.
Фирма «Воспер Торникрофт» построила СВП VT-1, предназначенное исключительно для эксплуатации на воде. На этом СВП для создания горизонтальной тяги применены два гребных винта регулируемого шага, приводимые во вращение от газотурбинных двигателей мощностью 1470 кВт каждый. От этих же турбин через редукторы, приводятся во вращение по четыре центробежных нагнетателя с горизонтальной осью вращения. Полная масса этого СВП — 86,2 т, аппарат берет на борт 22 т груза или 320 пассажиров, его скорость — 90 кмч. Размеры АВП: длина — 29,1 м, ширина — 13,6 м, высота — 9,5 м (в режиме на воздушной подушке), высота гибкого ограждения — 11,7 м.
Фирма «Ховермарин Лтд» построила скеговое СВП «НМ2», характерными особенностями которого являются низкая стоимость эксплуатации и высокие технико-эксплуатационные показатели. Наличие скегов (боковых стенок воздушной подушки), исключающих истечение воздуха, и гибких ограждений воздушной подушки в носу и корме требует небольшого расхода воздуха в подушку и, следовательно, малых затрат мощности на ее образование. Вследствие этого «НМ2» может конкурировать ,с классическими водоизмещающими судами и судами на подводных крыльях. К основным его достоинствам следует отнести значительную скорость, отсутствие сноса при боковых ветрах, широкие возможности маневрирования и плавность хода, причем для экипажа «НМ2» не требуется длительной специальной подготовки.
Четыре центробежных нагнетателя, установленные в носовой части корпуса, приводятся во вращение дизельным двигателем мощностью 118 кВт. Движение обеспечивается двумя гребными винтами. При общей массе 19 т это СВП имеет максимальную скорость 65 кмч.
Фирма «Виккерс» проводит исследования совершенно в другом направлении, чем уже названные фирмы. Она занимается разработкой сухопутных АВП на колесах, которые также снабжены воздушной подушкой. Примером такой конструкции может служить сухопутный АВП «Лендровер» и дорожный прицеп большой грузоподъемности. В этих транспортных средствах применение воздушной подушки позволяет уменьшить удельное давление на грунт колес транспортных платформ, благодаря чему они одинаково хорошо могут двигаться по мокрой пахоте и сухой поверхности. Платформа на воздушной подушке, передвигаясь по дороге или мосту с ограниченной прочностью покрытия, не наносит ему повреждений, так как давление распределяется равномерно по площади опорной поверхности. Такая платформа может перевезти груз массой до 330 т, при этом давление в воздушной подушке достигает 39 кПа.
1.2.2. Французские АВ1Т
Наиболее известным во Франции институтом по разработке АВП является институт Бертина. В этом институте созвано целое семейство самоходных транспортных АВП с воздушной разгрузкой, отличающихся различными системами создания горизонтальной тяги (рис. 10). Перечислим некоторые из них: «ВС-4» — с движением от горизонтальной аэродинамической тяги двигателя; «ВС-6» — с приводом на два колеса, переднее служит для управления, а заднее является ведущим; «ВС-7» — с классической четырехколесной компоновкой, при этом колеса снабжены лопатками для передвижения над водой; «ВС-8» — с движением от двух агрегатов воздушный винт — мотор.
Все эти АВП имеют общую особенность: наличие большого количества кольцевых юбок в форме усеченного конуса, обращенного к опорной поверхности. Общая масса конструкций достигает 3 — 4 т, грузоподъемность — 2 т при давлении в воздушной подушке от 2 до 3 кПа. Общая мощность двигателей АВП доходит до 180 кВт, за исключением «ВС-8», оснащенного двумя моторами мощностью 147 кВт каждый. Скорость перечисленных АВП при полной загрузке — 70 кмч. Их размеры следующие: длина — от 9 («ВС-6») до 10 м («ВС-8»), ширина — от 3,3 («ВС-6») до 5 м («ВС-8»), высота — от 2,2 до 2,7 м.
Заслугой института Бертина является создание АВП железнодорожного типа. Передвигаются эти аппараты по бетонной эстакаде, имеющей в сечении форму перевернутой буквы «Т». Нижняя плоскость служит опорной поверхностью, вертикальная перегородка является центрирующей, т. е. направляет движение в горизонтальной плоскости. Горизонтальная тяга у подобных аппаратов может создаваться воздушными винтами в кольце или без него, реактивными двигателями, а также линейными электродвигателями,- получившими наибольшее развитие в последнее время.
Аппараты фирмы «Седам» (рис. 11) предназначены для движения как по воде, так и по суше. Их характерной особенностью является наличие гибкого ограждения многокамерного типа.
Первым экспериментальным образцом этого типа был СВП «Нэвиплан» N.101. Его масса составляла 420 кг, а скорость достигала 60 кмч. Улучшенная модификация N.102 спроектирована в форме диска, на котором размещена надстройка в виде фюзеляжа самолета.
Следующим СВП было N.102-с, развивающее скорость до 115 кмч при массе 4 т, на борт берет кроме водителя 13 пассажиров. Его размеры: длина — 10,25 м, ширина — 7,7 м, высота — 3,6 м.
Дальнейшим шагом в развитии СВП явилась модель N.300. Это тридцатитонное судно движется со скоростью 110 кмч, берет на борт 90 пассажиров. Воздушная подушка создается четырьмя (по два с каждого борта) осевыми нагнетателями, горизонтальная тяга — двумя воздушными винтами, установленными на пилонах, расположенных по бортам корпуса СВП. Каждый комплекс одного борта приводится во вращение через трансмиссию по бортам корпуса СВП от газотурбинного двигателя мощностью 100 кВт. В носовой и кормовой частях корпуса расположены откидные аппарели с гидроприводом, предназначенные для погрузки и выгрузки транспортных средств.
Параллельно с испытанием СВП N.300 фирма «Седам» приступила совместно с институтом Бертина к созданию еще большего аппарата N.500. Его общая масса достигает 260 т.
1,2.3. Американские АВП
SKMR-1 — первый экспериментальный американский АВП был спроектирован в 1961 г. фирмой «Белл». Он предназначался для передвижения по воде и суше. Масса — 20 т, максимальная скорость — 120 кмч. Воздушная подушка создавалась четырьмя (по два с каждого борта) осевыми нагнетателями через кольцевое сопло. Горизонтальная тяга обеспечивается двумя воздушными винтами в кольцах — насадках, позади которых установлены аэродинамические рули направления. Привод воздушного винта и нагнетателей каждого борта осуществляется от двух газотурбинных двигателей через систему валов и редукторов, образующих кинематически связанную трансмиссию. Наличие колец на воздушных винтах увеличивает тягу приблизительно на 30%.
Используя закупленные лицензии на SR.N5 и SR.N6, «Белл» приступила к их постройке по заказам различных фирм США, назвав свои модели SK-5 и SK-6. Первое предназначалось для военных целей, второе — для пассажирских перевозок. Положительные результаты использования этих моделей побудили фирму к разработке еще более крупных аппаратов: SK-9 и SK-10.
СВП SK-10 представляет собой чисто военное судно для десантных операций. Оно берет на борт танки и бронетранспортеры общей массой до 60 т.
Канадским филиалом фирмы «Белл» был спроектирован оригинальный аппарат «Вояджер». Это уникальная конструкция, выполненная в форме плоской платформы, на которой в зависимости от требований, предъявляемых к различным модификациям СВП, можно размещать грузы или специальные устройства. Благодаря этой особенности конструкции «Вояджер» является многоцелевым АВП и может применяться в качестве универсального патрульного судна, парома-транспорта или платформы для перевозки военных грузов и вооружения-. Судно надежно в сложных метеорологических условиях и может передвигаться по льду,
тундре, над болотами и т. п. Это СВП может транспортировать 25 т груза либо 200 пассажиров с багажом. Причем его скорость над спокойной водной поверхностью достигает 100 кмч. Подъемная и движительная системы подобны системам, применяемым на других СВП этой фирмы. Особенностью «Вояджера» является то, что его конструкция разборная, благодаря этому его можно перевозить автотранспортом, по железной дороге и воздуху.
Концерн «Дженерал Дайнэмикс Корпорейшн» работает над созданием АВП «SKIP», что позволит начать разработку серии АВП, развивающих скорость до 200 уз (370 кмч) и имеющих общую массу до 5000 т.
Параллельно с работами по проектированию АВП для передвижения над сушей и водной поверхностью в США проводятся исследования в области создания аппаратов, использующих эффект влияния поверхности земли на крыло самолета. Такой АВП, называемый экранопланом, можно считать самым быстрым СВП, летающим над поверхностью воды. При незначительных скоростях он плывет подобно моторной лодке, но по мере увеличения скорости выходит в режим глиссирования, постепенно отрывается от поверхности, при этом возникает эффект устойчивого парения над водой. Исследования показали, что этому типу СВП требуется на 30% меньше мощности, чем классическим надводным СВП.
1.2.4. Советские АВЛ
После постройки в 1962 г. первых советских СВП «Радуга» и «Нева» в СССР проводятся интенсивные исследования в области создания АВП. В 1967 г. поступили в эксплуатацию амфибийные СВП «Сормович» и скеговое «Заря», а в 70-е гг. закончена постройка еще нескольких типов СВП.
СВП «Сормович» (рис. 12) берет на борт 50 пассажиров, оно предназначено для перевозок по внутренним водным путям со скоростью до 140 кмч. Воздушная подушка создается осевым нагнетателем через двухрядное кольцевое сопло с гибким ограждением высотой около 1 м. Для движения применены два воздушных винта изменяемого шага, помещенные в кольца. В потоке воздуха за воздушными винтами установлено по два руля направления. Нагнетатели и воздушные винты приводятся во вращение от газотурбинного двигателя мощнестью 1970 кВт.
Скеговое СВП «Заря» (рис. 13) принимает на борт 48 пассажиров, развивает скорость 34 кмч. Эго СВП предназначено для внутренних мелководных водоемов и может эксплуатироваться только в летнее, время, когда поверхность рек не покрыта льдом. Главная энергетическая установка состоит из дизельного мотора мощностью 173 кВт, который приводит во вращение центробежный нагнетатель, создающий воздушную подушку, и водометный движитель, обеспечивающий движение.
В настоящее время проводятся работы по созданию и опытной эксплуатации АВП нового поколения, пригодных для пере-- возки большого количества пассажиров, а также грузов и снаряжения и предназначенных для различных климатических условий.
1.8. Различные области применения АВП
Сферы применения АВП постоянно расширяются. Так, во внутризаводских условиях в широких масштабах стали применяться такие приспособления на воздушной подушке, как . скиды, транспортеры, самоходные шасси, буксируемые платформы и т. п.
Образцом серийного скида может служить аппарат фирмы «Кларк экуипмент Ко», работающий с использованием принципа воздушной пленки. Аппарат экономичен, прост в эксплуатации, надежен в работе. Он облегчает перевозку грузов массой до 3000 кг. Скид может передвигаться в небольших помещениях, над невысокими препятствиями. Его используют и в сочлененном варианте — для транспортировки тяжелых деталей или крупных механизмов.
Транспортеры на воздушной подушке служат для перемещения мешков, пакетов, бумажных кип и т. п. на складах, внутри автомашин, самолетов и в трюмах судов. Основными агрегатами транспортера являются автоматические клапаны, размещенные под платформой. Клапаны закрыты, если тележка не загружена, и открываются, давая возможность для прохода воздушного потока в момент, когда груз помещен на платформу. Мешок массой 80 кг может быть перевезен при помощи этого транспортера с применением горизонтальной тяги около 5 кг или же по плоскости с уклоном в 0,5° по направлению движения.
Платформы на воздушной подушке проектируются для транспортировки сельскохозяйственных машин или продукции по па-
хоте или бездорожью. При этом благодаря малому удельному давлению почва не повреждается.
С точки зрения конструкции такая платформа весьма простое приспособление, снабженное несущей воздушной камерой или кольцевым соплом. Малые платформы имеют ручную тягу и управление, а крупные — буксируются при помощи тягача или вездехода.
Ведутся работы по применению АВП в сельском хозяйстве для удобрения почвы и ухода за деревьями в условиях бездорожья. Незначительное удельное давление на почву дает возможность работать с ранней весны на переувлажненной земле и до глубокой осени, т. е. практически круглый год. При этом почва не утрамбовывается. Для этих целей созданы АВП с частично разгруженными колесами либо полностью парящие над землей. Примером АВП первого типа может служить упомянутый ранее автомобиль «Лендровер», снабженный воздушной подушкой. В этой конструкции удельное давление колес на почву можно регулировать в зависимости от давления воздуха в подушке. Отрыв колес возможен при давлении воздуха в подушке 2,4 кПа, что составляет 70% от максимального давления.
Существуют и другие АВП этого типа, для которых характерно наличие системы, функционирующей с помощью воздушного винта и рулей, размещенных в потоке воздуха за ним.
Еще одной новой, очень популярной и перспективной областью развития принципа движения на воздушной подушке является создание моделей АВП, а также конструирование и постройка АВП в любительских условиях. Толчок развитию любительских АВП дала работа конструкторов-профессионалов.
1.4. АВП в Польше
В Польше, как и в других странах, проводились исследовательские работы по созданию АВП. Уже в 1959 г. автор этой книги приступил к работе в авиационном институте по созданию модели аппарата с воздушным ресивером и кольцевым соплом. Одновременно исследовалось влияние земли на воздушный винт. На основе этих изысканий в 1959 — 1960 гг. был построен экспериментальный АВП с кольцевым соплом, на котором использовался мотор мощностью 48 кВт.
В 1962 г. в Центре внутреннего транспорта при Объединении строительных машин была разработана модель малой платформы по проекту автора. На основе проведенных исследований создана буксируемая платформа большего размера, предназначенная для транспортировки заготовок в условиях заводских цехов. Одновременно была проанализирована возможность применения и развития з Польше системы внутризаводского транспорта на воздушной подушке.
В 1964 г. автор проводил работу по постройке небольших моделей АВП и созданию малогабаритных любительских АВП в молодежном Доме культуры «Муранов» в Варшаве. В 1966 г. автор разработал проект дорожного прицепа большой грузоподъемности. Грузоподъемность этого прицепа — 40 т. В 1967 — 1969 гг. под руководством автора в Институте механизации и электрификации сельского хозяйства на специально спроектированном испытательном стенде проводились исследования влияния воздушной подушки на поверхностный слой почвы и растения в различных стадиях вегетации. Эти исследования были подтверждены в полевых условиях: испытывалась платформа на воздушной подушке грузоподъемностью 500 кг. Результатом проведенных исследований явилась разработка проекта сельскохозяйственного АВП типа «Стодола» грузоподъемностью 10 т.
По поручению Центрального бюро исследований и проектов городских коммуникаций в Варшаве автор проанализировал возможности АВП в системе городского транспорта Варшавы. Такая же работа была проведена и по поручению Центра исследований и развития техники в системе железнодорожного транспорта, что создало предпосылки для развития в Польше транспортных систем АВП, включая железнодорожные. В 1971 г. в Главном центре развития промышленных потребительских артикулов «Предом» автор сконструировал скид на воздушной подушке грузоподъемностью 400 кг на базе бытового пылесоса.
В тот же период автор построил по своему проекту модель-прототип двухместного АВП, предназначенного для любительского конструирования. Этот проект был помещен в журнале «Горизонты техники». Проведенные в сентябре 1971 г. испытания на аэродроме «Гослав» в Варшаве показали хорошие ходовые качества модели, остойчивость, а также эффективность управления.
Используя прежние достижения (рис. 14), автор продолжает работу над АВП новых поколений.
В Кораблестроительном институте города Гданьска создаются надводные АВП. Совсем недавно были разработаны АВП сельскохозяйственного профиля в Институте механизации сельского-хозяйства Академии сельскохозяйственных наук в Варшаве.
1.5. Тенденция развития АВП
В ходе совершенствования АВП создаются новые типы аппаратов с улучшенными техническими и эксплуатационными качествами. Тенденции развития АВП следующие:
— увеличение габаритов и массы, а вследствие этого и грузоподъемности надводных АВП позволит быстрее транспортировать грузы;
— постройка самых быстроходных надводных АВП — экрано-планов, на борту которых могут размещаться по 500 и более пассажиров, причем в комфортабельных условиях; скорость движения экранопланов превышает 60 кмч, что делает их конкурентами пассажирских лайнеров;
— распространение во многих странах мира железнодорожных АВП по мере развития сети дорог и включения их в систему международных перевозок, приспособление их габаритов и оборудования к возрастающему потоку пассажиров;
— использование особенностей конструкции сухопутных АВП для быстрого передвижения по отведенным для них участкам, автострад, которые имеют специальный профиль, обеспечивающий устойчивость движения, а также развитие платформ большой грузоподъемности для транспортировки тяжелых грузов;
— увеличение грузоподъемности средств местного и внутризаводского транспорта на воздушной подушке, улучшение остойчивости и системы управления, позволяющих заменить в ряде случаев традиционный колесный транспорт.
Примерная классификация аппаратов и приспособлений на воздушной подушке
Классифицируют АВП по принципу образования воздушной подушки, характеру поверхности, над которой они движутся, а также по назначению или выполняемой работе. По назначению АВП могут быть пассажирскими, транспортными, спортивными, туристическими, сельскохозяйственными, военными, спасательными, промышленными и др.
По принципу образования воздушной подушки АВП делят на два основных типа: с динамической воздушной подушкой и со статической воздушной подушкой. Каждая из групп подразделяется на подгруппы:
1. АВП с динамической воздушной подушкой: крыло с опущенной задней кромкой; крыло туннельного типа, свободное крыло.
2. АВП со статической воздушной подушкой: камерная схемас жестким или гибким ограждением воздушной подушки; камерная схема с боковыми стенками (скегами), уплотненные только в носовой части корпуса либо одновременно в носовой и кормовой частях корпуса; сопловая схема с кольцевым соплом — жестким или гибким; схема, в которой используется влияние экрана (земли, воды и т. п.) на воздушный винт.
В зависимости от вида поверхности, над которой передвигает ся АВП, различают надводные, надводно-сухопутные, а также сухопутные. Они, в свою очередь, делятся на подгруппы:
1. Надводные АВП: с полным отрывом от воды и тягой от воздушного движителя, с полным отрывом от воды и тягой от водяного движителя (водомет или гребной винт); скеговые СВП; экранопланы, а также суда с аэродинамической разгрузкой.
2. Надводно-сухопутные АВП: с полным отрывом от поверхности и тягой от воздушного движителя; движущиеся при помощи лопастных колес (дорожные); самолеты-амфибии с шасси на воздушной подушке.
3. Сухопутные АВП: колесные с разгрузкой; буксируемые прицепы и платформы; приспособления и средства внутризаводского транспорта; железнодорожные; самолеты с шасси на воздушной подушке; платформы на воздушной подушке;
Следует добавить, что приведенная выше классификация АВП может быть продолжена. Например, надводные АВП можно разделить еще на аппараты, применяющиеся на внутренних водоемах, в прибрежных водах и на море.
1.7. Интерес моделистов и конетрукторов-лювителей к АВП
Прогресс в области проектирования и постройки промышленных образцов АВП не мог не вызвать интерес моделистов и кон-структоров-любителей к постройке аппаратов небольших размеров, предназначенных для спортивных состязаний и туризма. После изучения аппаратов различных типов и схем создания воздушной подушки конструкторы-любители стали строить модели или небольшие аппараты, способные приподниматься над поверхностью. На современном этапе их волнует совершенствование конструкций и достижение высоких эксплуатационных качеств.
Вслед за моделями современных АВП началось создание моделей аппаратов будущего. Помощниками в деле развития моделизма АВП можно считать технические журналы, а также деятельность конструкторов и специальных фирм, которые предлагают моделистам готовые чертежи моделей, материалы для постройки аппаратов, а также наборы узлов для индивидуального моделирования. Некоторые любители предпочитают создавать собственные конструкции, используя смелые, новаторские решения, причем нередко они превосходят промышленные образцы.
Создание моделей АВП осуществляется в соответствии с общими законами, характерными для моделирования вообще. Часто при этом используется также достигнутый опыт в других областях моделирования. Хотя способы постройки моделей АВП и отличаются в принципе от способов создания других моделей, тем не менее двигатели для моделей, сама технология постройки, материалы и оборудование, а также системы управления либо приспособлены, либо целиком заимствованы из других областей моделирования.
Любительские аппараты на воздушной подушке с точки зрения их конструкции, технологии постройки и назначения в отличие от промышленных АВП обладают своими собственными оригинальными, характерными чертами. Поэтому они не похожи ни на один из традиционных транспортных средств настоящего времени. Их невозможно сравнить ни с автомобилем, ни с аэросанями, хотя АВП могут передвигаться по воде, как моторная лодка, по суше — как автомобиль, а по снегу — как сани.
Следует добавить также, что любительские АВП способны передвигаться по размокшему грунту, над лугами, кустарником, не повреждая их. Хотя высота парения любительских АВП и незначительна, они обладают многими качествами, которые роднят их с летательными аппаратами: у тех и других аппаратов много общего в конструкции, механике полета, оборудовании и внешней форме. Создатели тех и других аппаратов большое значение придают их обтекаемости, что способствует снижению аэродинамического сопротивления.
Любительские АВП для туризма и спорта, в сущности, предоставляют своим создателям возможность сконструировать средство передвижения, эксплуатация которого не ограничена ни характером поверхности (вода, суша, снег), ни временем года, ни атмосферными условиями. Эти аппараты могут развивать при движении над водой значительную скорость, что невозможно на традиционной моторной лодке, которая как бы «приклеена» к воде. Таким образом, АВП представляет собой новое слово в области спортивной и туристической техники.
Спорт и туризм с использованием любительских АВП имеют достаточно глубокие традиции в Западной Европе. Регулярно проводятся различные соревнования АВП, гонки любительских моделей и дальние походы на АВП, В Западной Европе существует организация, называемая «Ховер-клуб». Она объединяет владельцев и конструкторов-любителей АВП для обмена опытом, идеями, а также для организации соревнований, защищает интересы конструкторов-любителей АВП. Все национальные отделения «Ховер-клуба» объединены в Международную федерацию.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
