Изготовление винта для катера на воздушной подушке. Катер на воздушной подушке
Неудовлетворительное состояние сети автомобильных дорог и практически полное отсутствие дорожной инфраструктуры на большинстве региональных трасс заставляет искать транспортные средства, функционирующие на иных физических принципах. Одним из таких средств является судно на воздушной подушке, способное перемещать людей и грузы в условиях бездорожья.
Транспорт на воздушной подушке, носящий звучный технический термин «ховеркрафт», отличается от традиционных моделей лодок и автомобилей не только способностью к перемещению по любой поверхности (водоем, поле, болото и т. п.), но и возможностью развивать приличную скорость. Единственное требование, предъявляемое к такой «дороге», она должна быть более или менее ровной и относительно мягкой.
Однако использование воздушной подушки катером-вездеходом требует довольно серьезных энергетических затрат, что в свою очередь влечет существенное увеличение расхода топлива. Функционирование судов на воздушных подушках (СВП) основано на сочетании следующих физических принципов:
- Малое удельное давление СВП на поверхность почвы или воды.
- Высокая скорость движения.
Этот фактор имеет довольно простое и логическое объяснение. Площадь контактных поверхностей (днища аппарата и, к примеру, почвы) соответствует или превышает площадь СВП. Говоря техническим языком, транспортное средство динамически создает опорную тягу необходимой величины.
Избыточное давление, создаваемое в специальном устройстве, отрывает машину от опоры на высоту 100−150 мм. Именно эта подушка из воздуха прерывает механический контакт поверхностей и минимизирует сопротивление поступательного движения СВП в горизонтальной плоскости.
Несмотря на способность к быстрому и, что самое важное, экономичному передвижению, сфера применения ховеркрафта на поверхности земли существенно ограничена. Для него абсолютно не пригодны асфальтированные участки, твердые породы с присутствием промышленного мусора или твердых камней, поскольку значительно возрастает риск повреждения основного элемента СВП - днища подушки.
Таким образом, оптимальным маршрутом ховеркрафта можно считать такой, где необходимо много плыть и местами немного ехать. В некоторых странах, например, в Канаде, транспортные средства на воздушной подушке используют спасатели. По некоторым данным, аппараты такой конструкции имеются они на вооружении армий некоторых стран-членов НАТО.
Почему возникает желание изготовить судно на воздушной подушке своими руками? Причин несколько:
Именно поэтому большого распространения СВП не получили. Действительно, в качестве дорогой игрушки можно приобрести квадроцикл или аэросани. Другой вариант - сделать лодку-автомобиль самостоятельно.
Выбирая рабочую схему, необходимо определиться с конструкцией корпуса, оптимально соответствующей заданным техническим условиям . Заметим, СВП своими руками с чертежами сборки самодельных элементов создать вполне реально.
Готовыми чертежами самодельных судов на воздушной подушке изобилуют специализированные ресурсы. Анализ практических испытаний показывает, что самым успешным вариантом, удовлетворяющим условиям, возникающим при движении по воде и грунту, являются подушки, сформированные камерным способом.
Выбирая материал для главного конструктивного элемента транспортного средства на воздушной подушке - корпуса, учитывайте несколько важных критериев. Во-первых, это простота и легкость обработки. Во-вторых, небольшой удельный вес материала. Именно этот параметр обеспечивает принадлежность СВП к категории «амфибий», то есть отсутствие риска затопления в случае аварийной остановки судна.
Как правило, для изготовления корпуса используют 4-х миллиметровую фанеру, а надстройки выполняют из пенопласта. Это существенно снижает собственный вес конструкции. После оклейки наружных поверхностей пеноплексом и последующей окраски, модель приобретает первоначальные черты внешнего вида оригинала. Для остекления кабины применяют полимерные материалы, а остальные элементы выгибают из проволоки.
Изготовление так называемой юбки, потребует наличия плотной водонепроницаемой ткани из полимерного волокна. После раскроя детали сшиваются двойным плотным швом, а склейка производится посредством водостойкого клея. Это обеспечивает не только высокую степень надежности конструкции, но и позволяет скрыть от посторонних глаз монтажные стыки.
Конструкция силовой установки предполагает наличие двух двигателей
: маршевого и нагнетающего. Они оснащаются бесколлекторными электрические моторы и винты двухлопастного типа. Специальный регулятор осуществляет процесс управления ими.
Питающее напряжение подается с двух аккумуляторных батарей, суммарная емкость которых составляет 3 000 миллиампер в час . При максимальном уровне заряда СВП может эксплуатироваться в течение 25−30 минут.
Внимание, только СЕГОДНЯ!
Качество дорожной сети в нашей стране оставляет желать лучшего. Строительство на некоторых направлениях нецелесообразно по экономическим причинам. С перемещением людей и грузов в таких местностях отлично справятся транспортные средства, работающие на иных физических принципах. Полноразмерные суда на своими руками в кустарных условиях не построить, а вот масштабные модели - вполне возможно.
Транспортные средства этого вида способны перемещаться по любому относительно ровному покрытию. Это могут быть и чистое поле, и водоем, и даже болото. Стоит заметить, что на таких непригодных для другого транспорта покрытиях СВП способно развивать достаточно высокую скорость. Основным недостатком такого транспорта является необходимость больших энергозатрат на создание воздушной подушки и, как следствие, большой расход топлива.
Физические принципы работы СВП
Высокая проходимость транспортных средств такого типа обеспечивается низким удельным давлением, которое оно оказывает на поверхность. Это объясняется довольно просто: площадь контакта транспортного средства равна или даже превышает площадь самого транспортного средства. В энциклопедических словарях СВП определяются как суда с динамически создаваемой опорной тягой.
Крупные и на воздушной подушке зависают над поверхностью на высоте от 100 до 150 мм. В специальном устройстве под корпусом создается воздуха. Машина отрывается от опоры и теряет с ней механический контакт, в результате чего сопротивление движению становится минимальным. Основные затраты энергии идут на поддержание воздушной подушки и разгон аппарата в горизонтальной плоскости.
Составление проекта: выбор рабочей схемы
Для изготовления действующего макета СВП необходимо выбрать эффективную для заданных условий конструкцию корпуса. Чертежи судов на воздушной подушке можно найти на специализированных ресурсах, где размещены патенты с подробным описанием разных схем и способов их реализации. Практика показывает, что одним из самых удачных вариантов для таких сред, как вода и твердый грунт, является камерный способ формирования воздушной подушки.
В нашей модели будет реализована классическая двухмоторная схема с одним нагнетающим силовым приводом и одним толкающим. Малоразмерные суда на воздушной подушке своими руками изготовленные, по сути, являются игрушками-копиями больших аппаратов. Однако они наглядно демонстрируют преимущества использования таких средств передвижения перед остальными.
Изготовление корпуса судна
При выборе материала для корпуса судна основными критериями являются простота в обработке и невысокий на воздушной подушке относятся к категории амфибийных, а значит, в случае его несанкционированной остановки не произойдет затопления. Корпус судна выпиливается из фанеры (толщиной 4 мм) по заранее подготовленному лекалу. Для выполнения этой операции используется лобзик.
Самодельное судно на воздушной подушке имеет надстройки, которые для снижения веса лучше сделать из пенополистирола. Для придания им большего внешнего сходства с оригиналом снаружи производится оклеивание деталей пеноплексом и окрашивание. Стекла кабины делаются их прозрачного пластика, а остальные детали вырезаются из полимеров и выгибаются из проволоки. Максимальная детализация - ключ к сходству с прототипом.
Выделка воздушной камеры
При изготовлении юбки используется плотная ткань из полимерного водонепроницаемого волокна. Раскрой осуществляется по чертежу. Если у вас нет опыта переноса эскизов на бумагу вручную, то их можно распечатать на широкоформатном принтере на плотной бумаге, а потом вырезать обычными ножницами. Подготовленные детали сшиваются между собой, швы должны быть двойными и плотными.
Суда на воздушной подушке, своими руками выполненные, до включения нагнетающего двигателя опираются корпусом на грунт. Юбка частично сминается и располагается под ним. Склеивание деталей производится водостойким клеем, стык закрывается корпусом надстройки. Такое соединение обеспечивает высокую надежность и позволяет сделать монтажные стыки незаметными. Из полимерных материалов выполняется и другие внешние детали: ограждение диффузора винта и тому подобное.
Силовая установка
В составе силовой установки присутствует два двигателя: нагнетающий и маршевый. В модели используются бесколлекторные электромоторы и двухлопастные винты. Дистанционное управление ими осуществляется при помощи специального регулятора. Источником питания для силовой установки являются два аккумулятора суммарной емкостью в 3000 mAh. Их заряда достаточно для получасового использования модели.
Самодельные суда на воздушной подушке управляются дистанционно по радиоканалу. Все компоненты системы - радиопередатчик, приемник, сервоприводы - заводского изготовления. Установка, подключение и тестирование их производится в соответствии с инструкцией. После включения питания выполняется пробный прогон двигателей с постепенным увеличением мощности до образования устойчивой воздушной подушки.
Управление моделью СВП
Суда на воздушной подушке, своими руками изготовленные, как уже отмечалось выше, имеют дистанционное управление по УКВ-каналу. На практике это выглядит следующим образом: в руках владельца находится радиопередатчик. Запуск двигателей выполняется нажатием на соответствующую кнопку. Управление скоростью и изменение направления движения производятся джойстиком. Машинка проста в маневрировании и достаточно точно выдерживает курс.
Испытания показали, что СВП уверенно перемещается по относительно ровной поверхности: по воде и по суше с одинаковой легкостью. Игрушка станет любимым развлечением для ребенка в возрасте от 7-8 лет с достаточно развитой мелкой моторикой пальцев рук.
Катер на воздушной подушке (Landing Craft Air Cushion, LCAC) является высокоскоростным средством высадки десанта с больших десантных кораблей-доков. Он способен перевозить около 68-ми тонн полезной нагрузки (до 75 тонн в перегруженном состоянии). Катер используется для транспортировки систем вооружения, оборудования, грузов и личного состава с корабля на берег или вдоль береговой черты. Основным преимуществом десантных катеров на воздушной подушке является то, что LCAC способны перемещаться через болота и другие прибрежные препятствия, с большой скоростью перевозя при этом тяжелые грузы, например, такие, как танк Абрамс M-1, и может быть оснащен для перевозки личного состава в количестве до 180 человек. LCAC способен выполнять поставленную задачу независимо от глубины воды, подводных препятствий, отмелей или неблагоприятных приливов.
Он способен перемещаться на воздушной подушке, несмотря на препятствия высотой до полутора метров и независимо от местности или топографии, в том числе илистых, песчаных дюн, канав, болот, берегов рек, мокрого снега или скользких и обледенелых береговых линий. Оборудование, такое как грузовики и гусеничная техника может быть выгружено своим ходом через носовую и кормовую рампы, сократив тем самым критически важное время выгрузки. Таким образом, LCAC способен высадить войска на 70 процентов береговой линии в мире, по сравнению с лишь 17-ю процентами для обычных десантных кораблей.
LCAC были разработаны с целью удовлетворить потребность в транспортных средствах на воздушной подушке, способных доставлять войска, артиллерию, боевую технику, танки и другие основные элементы боевой техники и техники поддержки на неподготовленный берег. Эти катера на воздушной подушке основаны на специально изготовленном прототипе, который прошел всеобъемлящие испытания ВМФ США в период с 1977-го по 1981-й год. 29-го июня 1987-го года LCAC был утвержден к серийному производству. В 1989-м году было осуществлено финансирование сорока восьми десантных катеров на воздушной подушке. В 1990-м году было выделено $219.3 миллионов на постройку ещё девяти катеров, в 1991-м были полностью профинансированы ещё 12 LCAC. В 1992-м году были профинансированы 24 катера. По состоянию на 2001-й год ВМФ США был поставлен 91 LCAC. Катера производились на Textron Marine and Land Systems/Avondale Gulfport Marine. Судостроительная компания Lockheed была выбрана на конкурсной основе в качестве второго потенциального производителя. Катера LCAC 1-12, 15-17, 19, 20, 22-26, 28-30, 37-57, 61-91 были построены Textron Marine and Land Systems; 13, 14, 18, 21, 27, 31-33, 34-36, 58-60 Avondale Gulfport Marine.
Испытания LCAC были проведены в Панама-Сити, штат Флорида. Впоследствии LCAC был испытан в Калифорнии, Австралии и в арктических водах. Испытания на Аляске марта 1992 включали оценку оперативной эффективности LCAC в арктических условиях. В ходе испытаний выяснилось, что LCAC оказались мало эффективными для проведения операций Арктике и даже применение специального комплекта для холодной погоды не способен изменить ситуацию. Испытания также показали, что при низких температурах мощность двигателя увеличивается до предела возможностей коробки передач, но обледенение и состояние моря нейтрализуют это преимущество. С тех пор LCAC были использованы в двух учениях в Арктике, одно из которых включало в себя операции при температуре в минус 10°С и сложных погодных условиях. На основе этих учений было принято решение об отсутствии необходимости дальнейшей опытной эксплуатации. LCAC продемонстрировали способность передвигаться по тонкому льду и открытой воде в довольно спокойном море. Расстояние пройденное за выход варьировались от 4-х до 16-и км в одну сторону. Обледенение, возникающее при определенных условиях, требовало периодического прерывания миссии для удаления льда. При испытаниях в Арктике использовалось топливо JP-5, облегчающее проблемы с засорением фильтров. Кроме того, LCAC принимал участие в ряде учений по тралению, где показал себя как потенциально эффективный тральщик на мелководье.
Впервые LCAC был развернут в 1987-м году, когда десантные катера с бортовыми номерами 02, 03 и 04 были приняты на борт корабля USS Germantown (LSD-42). В июле 1987-го года LCAC 04 преодолел Бакнер-Бей на Окинаве и прозвел первую высадку LCAC на территории иностранного государства. Крупнейшее развертывание LCAC состоялось в январе 1991-го года, когда четыре отряда из одиннадцати катеров заступили на службу в Персидском заливе для поддержки операции "Буря в пустыне".
Пользователи десантных катеров на воздушной подушке отмечают некоторое сходство между LCAC и самолетом. "Пилот" катера располагается в "кабине", надев радиогарнитуру. Он получает указания с пункта управления воздушным движением расположенным рядом с кормовыми воротами корабля-дока. Во время движения экипаж испытывает те же ощущения, что и на самолете при высокой турбулентности. Пилот управляет Y-образным штурвалом, его ноги находятся на педалях управления, и он "летит как шайба в аэрохоккее". LCAC также похож на вертолет, он обладает шестью измерениями движения.
С такой дорогой и опасной по своей природе машиной, как LCAC, здравое мышление и принятие правильных решений играют ключевую роль. Обеспокоенность по поводу стоимости обучения, прогнозы на увеличение числа LCAC и их экипажей, а также высокая текучесть кадров в учебных подразделениях привели флот к осознанию важности разработки более точных методов отбора кандидатов. Таким образом, текучесть операторов и инженеров сократилась с начального уровня в 40% в 1988-ом году до 10-15% в настоящее время.
LCAC прошел успешный боевой опыт в Сомали, Бангладеш, Либерии, Гаити и Кувейте. Он также оказал неоценимую помощь во время ликвидации последствий стихийных бедствий, включая цунами и ураганы.
Тринадцать лет назад ВМС США приняли решение модернизировать свои десантные катера на воздушной подушке и продлить срок их эксплуатации с 20 до 30 лет. Реальная работа началась в 2005-ом году, и на сегодняшний день 30 десантных судов на воздушной подушке было модернизировано, либо они находятся в самом её разгаре (семь LCAC сейчас проходят этот процесс). Сумма модернизации составляет порядка $9 миллиона за каждый. Еще 72 катера находятся в эксплуатации, десять состоят в резерве (в качестве замены), и два используются для исследований и разработки. Весь процесс займет более десяти лет.
В процессе модернизации заменяется двигатель (в тех случаях, где возможно избежать замены, он подвергается капитальному ремонту), заменяются элементы конструкции поврежденные коррозией, и устанавливается новая электроника и другое вспомогательное оборудование.
Процессу модернизации подверглась система "C4N" (командование, управление, связь, компьютеры и навигация), заменены радары LN-66 на более современные и более мощные радары P-80. Новая электроника по открытой архитектуре на основе современного коммерческого оборудования обеспечивает наиболее быструю интеграцию точных навигационных систем, новых систем связи и т.п. Новые светодиодные экраны и светодиодная клавиатура потребляют меньше энергии, чем старые электронно-лучевые трубки и индикаторы лампочного типа, а также выделяют меньше тепла. В сочетании с новым кондиционером установленным в командной рубке это обеспечивает экипаж катера на воздушной подушке улучшенными условиями труда. Кроме этого, модернизацию прошли двигатели до конфигурации ETF-40B, обеспечивающую дополнительную мощность и подъемную силу (это особенно важно при температурах выше 40 градусов по Цельсию), снижение расхода топлива, снижение периодичности обслуживания.
Были заменены элементы корпуса подверженные коррозии на новые более прочные из некорозирующих материалов. Новая юбка воздушной подушки уменьшает лобовое сопротивление, увеличивает ходовые характеристики над водой и сушей, а также облегчает требования к техническому обслуживанию. После выше описанных процедур и покраски модернизированные катера выглядят как новые, но со значительными улучшениями. Модернизированные LCAC проще в обслуживании, более надежны и обладают лучшими характеристиками.
Шестого июля 2012-го года с компанией Textron Inc был заключен контракт на разработку замены приближающемуся к концу срока своей службы LCAC. Новый десантный катер SSC (Ship-to-Shore Connector) будет эволюционной заменой существующего парка катеров на воздушной подушке. SSC повысит тактические возможности загоризонтных средств десантирования. Они будут обладать повышенной надежностью и ремонтопригодностью, снизят совокупную стоимость эксплуатации, а также будут удовлетворить растущим требованиям к полезной нагрузке программы Морской экспедиционный батальон-2015. Программа подразумевает постройку в общей сложности 73 катеров (один для испытаний и тренировок и 72 для принятия на вооружение). Поставки запланированы на 2017-й финансовый год с принятием на вооружение в 2020-м финансовом году.
Тактико-технические характеристики:
Длина без подушки: 24.9 метра
Длина с подушкой: 28 метров
Ширина без подушки: 14.2 метра
Ширина с подушкой: 14.6 метра
Высота над поверхностью с подушкой: 5.8 метра
Высота над поверхностью без подушки: 7.8 метра
Высота подушки 1.5 метра
Водоизмещение: 88.6 тонн пустой; 173-185 тонн с полной нагрузкой
Энергетическая установка: четыре газовых турбины Avco-Lycoming TF-40B (2 для приведения в движение / 2 для создания подъемной силы) мощностью в 3955 лошадиных сил каждая
Пропеллеры: 2 четырех лопастных обратимых пропеллера с регулируемым шагом диаметром 3.58 метра для приведения в движение; 4 вентилятора диаметром в 1.6 метра, центробежные или смешанного потока для создания подъемной силы
Запас топлива: 19,000 литров
Средний расход топлива: 3,700 литров в час
Дальность плавания с полной нагрузкой: 200 миль при скорости в 40 узлов или 300 миль при скорости в 35 узлов (на 90 процентах топлива)
Скорость при полной нагрузке при состоянии моря в 2 балла: 50 узлов (92.6 км в час)
Скорость при полной нагрузке при состоянии моря в 3 балла: 35 узлов (64.8 км в час)
Скорость при полной нагрузке на суше: 25 узлов (46.3 км в час)
Грузоподъемность: 68 тонн (перегруженный 75 тонн)
Грузовая палуба: 20х8.2 метра, 168 кв.м
Экипаж: 5 человек
Размещение экипажа и десанта: по правому борту на верхней палубе командир, бортинженер, штурман, руководитель десантирования и командир десанта, на нижней палубе 7 десантников; по левому борту на верхней палубе специалист по загрузке, на нижней палубе механик и 16 десантников
Вооружение: 2 пулемета калибра калибра 12.7 мм; автоматический 40-мм гранатомет Mk-19 Mod3; пулемет М-60
Навигационное оборудование: навигационный радар Marconi LN 66 мощностью в 25 кВт, I band, спутниковая и инерционная системы навигации
Радиосвязь: 2 радиостанции УВЧ/УКВ, ВЧУ и портативные радиостанции
Доступность LCAC в сутки (из общего числа 54)
День первый - 52
День второй - 49
День третий - 46
День четвертый - 43
День пятый - 40
Рассчетное время работы: 16 часов в день
Время выхода при перевозке автотранспорта: 6 часов 8 мин
Время выхода при перевозке грузов: 8 часов 36 мин
Количество выходов в день при перевозке автотранспорта: 2.6
Итого: 104 выхода LCAC в день при использовании 40 LCAC
Количество выходов в день при перевозке грузов: 1.86
Итого: 74 выхода LCAC в день при использовании 40 LCAC
Десант: 145 морских пехотинцев или 180 гражданских
Автотранспорт за один выход: 12 HMMWV/ 4 БТР/ 2 плавающих БМП/ 1 танк M1A1/ 4 грузовика M923/ 2 5-тонных грузовика M923 и 2 гаубицы M198 и 2 HMMWV
Для десантирования пехотного полка необходимо:
269 HMMWV - 23 выхода
10 5-тонных грузовиков - 3 выхода
Для десантирования танкового батальона:
58 M1A1 - 58 выходов
95 HMMWV - 8 выходов
8 бензовозов - 4 выхода
Для десантирования батальона БТР:
110 БТР - 28 выходов
29 HMMWV - 3 выхода
23 5-и тонных грузовиков - 6 выходов
8 бензовозов - 4 выхода
Возможность базирования на кораблях-доках:
Класс LSD 41 - 4 LCAC
Класс LSD 36 - 3 LCAC
Класс LHA 1 - 1 LCAC
Класс LHD 1 - 3 LCAC
Класс LPD 4 - 1 LCAC
Для освоения природных ресурсов отдаленных районов нашей страны требуются транспортные средства повышенной проходимости, обладающие свойством амфибийности, то есть способностью переходить с воды на сушу и обратно. Однако практика показала, что в ряде труднодоступных и климатически суровых районов, характеризующихся большим количеством рек, озер и болот, использование гусеничных или колесных вездеходов крайне затруднено, а подчас и невозможно.
Это связано с тем, что здесь особенно сильно проявляются держащие свойства грунта. Известно, что на каждый квадратный метр поверхности корпуса машины, контактирующей с грунтом, налипает от 300 кг влажных песков до 4000 кг туго пластичных глин. Кроме того, из-за присасывания к грунту во время длительной стоянки или вынужденной остановки машина лишается возможности двигаться.
В зимних условиях движение затруднено тем, что вне дорог мала несущая способность снежного покрова. По льду рек и озер особенно сложно перемещаться в периоды ледостава, таяния и разрушения льда, когда даже плавающая техника не может преодолевать его сопротивление.
Следует также отметить, что в последнее время существенно возросли требования к экологичности транспорта, в частности, введены ограничения на степень разрушения им верхних слоев почвы.
С учетом всех перечисленных факторов наиболее целесообразным считают использование транспортных средств на воздушной подушке, у которых давление на грунт не превышает 2- 5 кПа, что существенно ниже, чем у гусеничных транспортеров-снегоболотоходов (17-24 кПа). Благодаря этому они обладают лучшей проходимостью и не разрушают поверхностный слой почвы.
Практическое применение катеров и судов на воздушной подушке в нашей стране было начато с 1935 г. Группой под руководством конструктора и ученого В. Левкова был проведен ряд исследований. За период до 1941 г. они создали и опробовали 15 аппаратов на воздушных подушках массой от 2,25 до 14,7 т. Например, в 1937 г. дюралевый катер на воздушной подушке Л-5 в ходе испытаний развил скорость 137 км/ч. Уже на раннем этапе развития судов на воздушной подушке была выявлена их уникальная способность двигаться над водой, болотом, песчаными перекатами, льдом залива и равнинной местностью.
В ходе эксплуатации судов и катеров на воздушной подушке накапливался опыт, стала определяться их специализация. Если раньше они использовались преимущественно на воде или в качестве амфибий, то теперь появились их наземные варианты - самоходные и буксируемые с помощью тягача, а также платформы на воздушной подушке, предназначенные для перевозки различных грузов в труднодоступных районах. Однако основным, магистральным направлением развития транспортных средств на воздушной подушке является создание судов и катеров, в наибольшей степени отвечающих потребностям народного хозяйства.
Воздушная подушка представляет собой полость под корпусом транспортного средства, в которую непрерывно нагнетается воздух под давлением более высоким, чем атмосферное Ее границы образованы твердыми или мягкими стенками, а также их комбинацией. Твердые стенки воздушной подушки судна принято называть скегами, а мягкие - гибким ограждением.
Устойчивость воздушной подушки обеспечивается за счет истечения воздуха, выходящего через узкий зазор между нижней кромкой стенок ограждения и опорной поверхностью. Струи воздуха вместе с податливым ограждением обеспечивают равномерное отслеживание неровностей грунта и взволнованной водной поверхности. Аппараты с бортовыми скегами, но с носовыми и кормовыми гибкими секциями стали называть скеговыми, а имеющие гибкое ограждение по всему периметру воздушной подушки - амфибийными катерами на воздушной подушке.
Суда на воздушной подушке - видео
Гибкое ограждение изготавливают из различных сортов химического волокна, образующего сетчатую тканевую основу, покрытую резиноподобными полимерами - типа неопрена, полиуретана, с добавками натуральных каучуков. Добавки способствуют сохранению эластичности материала даже при значительном понижении температуры воздуха (до -40-50 °С).
На практике хорошо зарекомендовало себя двухъярусное гибкое ограждение, состоящее из баллона-ресивера (верхний ярус) и набора съемных элементов в виде примыкающих друг к другу сегментов (нижний ярус). Воздух поступает из нагнетателя в ресивер, а из него через систему отверстий в полость воздушной подушки, ограниченную съемными элементами. В ресивере создается более высокое давление, чем в воздушной подушке, благодаря этому он выполняет формообразующую и амортизирующую роль при восприятии динамических нагрузок. Съемные элементы, раздвигаясь, «обтекают» сосредоточенные препятствия, при этом сохраняется заданный воздушный зазор. Это позволяет преодолевать пни, валуны и кочки высотой 0,5-0,8 м, что весьма затруднительно для гусеничных машин.
Увеличению остойчивости подобных транспортных средств способствует разделение полости воздушной подушки на отдельные отсеки (камеры) продольными и поперечными килями. Таким образом предотвращается возможность наиболее опасной аварии - опрокидывания вследствие подлома и затягивания гибкого ограждения под корпус. Энергозатраты на образование воздушной подушки, а также неизбежные потери части полезного объема под устройство каналов, подводящих воздух к ресиверу от нагнетателей, компенсируют, как правило, за счет повышения эффективности движителей.
Суда-амфибии на воздушной подушке
В амфибийных судах на воздушной подушке чаще используют движитель аэродинамического типа, например, воздушный винт. Его размещают в кольцевой насадке, что способствует увеличению сечения отбрасываемой воздушной струи по сравнению с открытым винтом. В результате чего увеличивается тяга и снижается шум при работе.
Другим способом, позволяющим увеличить тяговые характеристики судов на воздушной подушке, является применение, противоположно вращающихся винтов, которые располагают попарно. Стремление сохранить величину тяги воздушных винтов и при этом уменьшить их диаметр привело к созданию вентиляторных движителей. Они имеют увеличенные число лопастей и длину кольцевой насадки. Движители такого типа по конструкции максимально близки к осевым нагнетателям.
К аэродинамическим движителям относят также и воздушно-сопловые, в которых источником тяги является струя воздуха, истекающая через сопло из полости воздушной подушки или из выходного канала нагнетателя. Сопловой движитель судна на воздушной подушке прост по конструкции, однако его кпд в 2 раза ниже, чем у винтового. Поэтому в качестве маршевого движителя, как правило, применяют воздушный винт. Сопловой же в основном используют в качестве подруливающего устройства, обеспечивающего выполнение маневров на малых скоростях.
Большей эффективности подъемной силы воздушной подушки стремятся достигнуть снижением массы корпуса судна. Поэтому для его изготовления используют детали из легких алюминиевых сплавов, которые соединяют заклепками или сваркой. Надстройки и рубки скоростных аппаратов часто делают из стеклопластика.
При выборе двигателей для катеров и судов предпочтение отдают, как правило, автомобильным (карбюраторным или дизельным) с воздушным охлаждением. Для распределения мощности на валы нагнетателей и движителей, которые, как правило, располагаются на различных уровнях, применяют плоскозубчатые ременные передачи.
Уменьшение массы наряду с использованием благоприятных аэродинамических форм и совершенных двигателей позволяет транспортным средствам на воздушной подушке на скоростях, превышающих 50 км/ч, успешно конкурировать не только с быстроходными водоизмещающими судами, но и с глиссерами и судами на подводных крыльях.
Рассматривая амфибийные качества подобных судов, следует достаточно критично оценить распространенное представление о них как о неограниченно всепогодном, вездеходном и всесезонном транспортном средстве. Необходимо помнить, что отсутствие контакта с опорной поверхностью кроме преимуществ порождает и некоторые проблемы. Становится, например, сложно преодолевать подъемы, избегать бокового сноса и ветрового дрейфа.
Этапы развития судов на воздушной подушке в России
В нашей стране развитие транспортных средств на воздушной подушке прошло несколько этапов. Так, на заводе «Красное Сормово» в Горьком вначале был построен экспериментальный 5-местный катер «Радуга» массой 3,3 т с авиационным поршневым двигателем мощностью 162 кВт (220 л. с). Он имел жесткосопловую схему образования воздушной подушки, его скорость достигала 110 км/ч. Позднее катер был оборудован различными типами гибкого ограждения и продемонстрировал удовлетворительные амфибийные качества в летнее и зимнее время, мог преодолевать уклоны до 10°, переходить через поля плавающих бревен.
Несколько позднее было разработано и испытано судно на воздушной подушке «Сормович» пассажировместимостью 50 человек. В качестве двигателя на нем применялась авиационная турбина мощностью 1700 кВт (2300 л. с). Корпус судна был изготовлен из алюминиевого сплава. При массе 36,4 т машина развила скорость 100 км/ч. В ходе испытаний на аварийное торможение было установлено, что перегрузочные ускорения при отключении главного двигателя на скорости 50-70 км/ч составляют 0,2-0,5 g, что обусловило возможность эксплуатации судна с этими скоростями на мелководье. В конце испытаний «Сормович» совершил пробную перевозку пассажиров по линии протяженностью 274 км. В зимнюю навигацию была доказана возможность его перемещения над ледовым полем толщиной 35-40 см с отдельными торосами высотой 40-50 см и снежным покровом глубиной до полуметра.
Затем конструкторы вернулись к созданию новых вариантов катера «Радуга». Было построено судно на воздушных подушках «Радуга-3», предназначенное для перевозки сменных вахт бурильщиков в районе Сургутского нефтегазоместорождения. Этот 10-местный катер с дизельным двигателем мощностью 220 кВт (298 л. с.) и скоростью 70 км/ч изготовлен из легкого сплава и имеет массу 3,7 т. Нагнетатель типа осевого вентилятора выполняет две функции: создает воздушную подушку и обеспечивает движение.
В Центральном конструкторском бюро «Нептун» был глубоко проанализирован весь существующий опыт создания средств на воздушной подушке, основанный на использовании преимущественно авиационной техники. В результате установили, что из-за относительно высокой строительной стоимости и больших эксплуатационных затрат коммерческая эксплуатация таких судов убыточна.
С учетом этих факторов сформулировали основные направления дальнейшей деятельности: разработка сварного корпуса, использование дизельной энергетической установки, применение воздушных винтов с упрощенным приводом в направляющих насадках через плоскозубчатые ременные передачи. К научной и экспериментальной проработке проектов были привлечены специалисты ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова.
Катер на воздушной подушке «Барс»
Первым изготовили малый катер на воздушной подушке «Барс», который сразу нашел применение в народном хозяйстве, хотя упомянутые технические решения были реализованы на нем еще не в полной мере. К настоящему времени несколько десятков этих 8-местных аппаратов, оснащенных авиационными двигателями мощностью 176 кВт (230 л. с), несут почтовую службу в системе Минсвязи РСФСР, выполняют поисково-спасательные функции, а также успешно используются в качестве патрульных судов в системе МВД СССР. Эксплуатируются они в труднодоступных местах, включая мелководные соленые озера, участки засушливых степей, песчаные отмели, зоны лесосплава, как в летних, так и в зимних условиях. Как показала практика, эти катеры оказались значительно эффективней применявшихся ранее серийных аэросаней-амфибий. При массе 2,2 т максимальная скорость «Барса» 80 км/ч.
Катер на воздушной подушке типа «Гепард» имеет корпус из алюминиевых сплавов марок АМг5 и АМг61. На нем установлены два воздушных винта в кольцевых насадках. Благодаря специальной профилировке лопастей уменьшилась частота вращения винтов и снизился уровень шума при их работе. На входной кромке лопастей, выполненных из упрочненного стеклопластика, предусмотрена защитная накладка из нержавеющей стали.
Воздушная подушка образуется за счет подачи воздуха от центробежного нагнетателя, рабочее колесо которого снабжено стеклопластиковыми профилированными лопатками. Крутящий момент от автомобильного двигателя ЗМЗ-53 мощностью 88 кВт (120 л. с.) передается к нагнетателю с помощью карданных валов и плоскозубчатых ременных передач. Предусмотрена возможность отключения трансмиссии от двигателя, что облегчает его запуск при низких температурах. Для выдерживания курса, а также для управления дифферентом катера за кольцевыми насадками установлены вертикальные и горизонтальные аэродинамические рули.
Рубка имеет теплоизоляционное покрытие и снабжена системой воздушного обогрева. С помощью блоков плавучести, расположенных под навесными секциями, обеспечивается удержание судна на плаву при затоплении любого отсека. Это 4-местное малое судно массой 1,8 т развивает на воде скорость 60 км/ч, а на твердой ровной поверхности 70 км/ч и используется спасательными службами, водной милицией, различными административными подразделениями природных заказников, почтовыми службами, лесозаготовительными, нефтегазовыми и энергетическими предприятиями, крупными охотничьими хозяйствами Сибири. Серийное производство «Гепардов» было освоено на Свирской судоверфи.
18-местный пассажирский катер на воздушной подушке «Пума» оснащен двумя бензиновыми двигателями ЗМЗ-53. Одной из его модификаций является реанимационный катер скорой медицинской помощи, который может служить плавучей операционной. Он способен достигать самые отдаленные и труднодоступные пункты речных бассейнов.
Скорость катера, несмотря на увеличение его массы до 5,7 т, ос
талась такой же, как у «Гепарда». Каждый из двух двигателей приводит в действие спаренный центробежный нагнетатель и воздушный винт в кольцевой насадке. Возможно перемещение судна при" работе одного двигателя. В остальном конструктивные решения повторяют принятые ранее на «Гепарде».
Катер на воздушной подушке «Пума» в медицинском варианте была испытана в районах Томской области, где преодолела 400 км по торосистому льду с высотой препятствий до 0,6 м, то есть равных высоте гибкого ограждения. Пассажирский вариант катера прошел испытания на шельфе Северного Каспия, осуществив самостоятельный переход в этот район от Волгограда. Установлено, что зимой амфибийным катерам на воздушной подушке-требуется мощность главных двигателей" на 20- 30% меньше, чем летом при скорости на 5-10 км-выше.
Последней разработкой ЦКБ «Нептун» стало судно на воздушной подушке типа «Ирбис», которое имеет следующие характеристики: число мест в морском варианте вместе с экипажем 30, в речном варианте 34, масса 10,7 т, максимальная скорость хода 57 км/ч, мощность двух дизелей 280 кВт (380 л. с).
В этом судне получили развитие многие конструкторские решения, которые ранее были применены при создании «Пумы». Главным отличием является то, что «Ирбис» имеет дизельный двигатель с воздушным охлаждением вместо бензинового. Это позволило сделать судно более экономичным. Глубоко были проработаны вопросы повышения прочности корпуса. В результате обеспечена возможность движения в прибрежных морских районах с высотой волны до 1,25 м.
В ходе испытаний головного судна были осуществлены переходы по маршрутам Москва-Ленинград и Москва- Северный Каспий (около 15 тыс. км). Мореходные испытания состоялись в Финском заливе. При этом была выполнена серия измерений напряженного состояния конструкций судна при движении на волнении. По результатам испытаний судно типа «Ирбис» рекомендовано использовать при температурах окружающего воздуха от -30 "С до +40 °С на засоренных и порожистых участках рек с сильным течением, в зарослях камыша и на болотах, ледяных и заснеженных поверхностях, плавающем льду.
При сравнении судна на воздушной подушке «Ирбис» с гусеничными плавающими машинами ГТ-Т и К-61, а также с американским судном на воздушной подушке «Хаски» 2500ТД (все имеют дизельные силовые установки) по затратам на топливо для перевозки 1 т груза на 1 км было выявлено его преимущество перед всеми амфибиями в режимах движения по воде. Сопоставимые данные для суши (вернее, для ровного твердого экрана) имеются только по группе транспортных средств с бензиновыми двигателями. Из их анализа следует, что катер на воздушной подушке «Пума» сохраняет свое преимущество перед автомобилем-амфибией БАВ, если водная часть пути составляет не менее 63% его общей протяженности.
В настоящее время накопленный опыт проектирования, постройки и эксплуатации скоростных катеров и судов на воздушной подушке подтверждает способность отечественного судостроения поставлять народному хозяйству целый набор таких катеров и судов, а также возможность создания в перспективе транспортных средств, в большей степени ориентированных на озерно-морскую эксплуатацию и имеющих пассажировместимость 100 человек и более.
Окончательной конструкцией, как и неформальным названием нашей поделки, мы обязаны коллеге из газеты «Ведомости». Увидев один из испытательных «взлетов» на парковке издательства, она воскликнула: «Да это же ступа Бабы-яги!» Такое сравнение нас несказанно обрадовало: ведь мы как раз искали способ оснастить наш катер на воздушной подушке рулем и тормозом, и способ нашелся сам собой — мы дали в руки пилоту метлу!
На вид это одна из самых глупых поделок, которые мы когда-либо создавали. Но, если вдуматься, она представляет собой весьма зрелищный физический эксперимент: оказывается, слабенький воздушный поток от ручной воздуходувки, предназначенной для сметания невесомых жухлых листьев с дорожек, способен вознести над землей человека и с легкостью перемещать его в пространстве. Несмотря на весьма внушительный вид, построить такой катер проще простого: при четком соблюдении инструкций это потребует всего пару часов непыльной работы.
С помощью веревки и маркера начертите на фанерном листе круг диаметром 120 см и выпилите днище лобзиком. Сразу же изготовьте второй такой же круг.
Совместите два круга и просверлите в них насквозь 100-миллиметровое отверстие с помощью коронки. Сохраните деревянные диски, извлеченные из коронки, один из них послужит центральной «пуговицей» воздушной подушки.
Расстелите душевую шторку на столе, положите сверху днище и закрепите полиэтилен мебельным степлером. Излишек полиэтилена обрежьте, отступив пару сантиметров от скоб.
Проклейте край юбки армированным скотчем в два ряда с 50-процентным перекрытием. Это сделает юбку герметичной и позволит избежать потерь воздуха.
Разметьте центральную часть юбки: в середине будет располагаться «пуговица», а вокруг нее шесть отверстий диаметром 5 см. Вырежьте отверстия макетным ножом.
Тщательно проклейте центральную часть юбки, включая отверстия, армированным скотчем. Накладывайте ленты с 50-процентным перекрытием, наклейте два слоя скотча. Повторно прорежьте отверстия макетным ножом и прикрутите центральную «пуговицу» саморезами. Юбка готова.
Переверните днище и прикрутите к нему второй фанерный круг. 12-миллиметровая фанера удобна в обработке, но она недостаточно жесткая, чтобы выдержать требуемые нагрузки без деформации. Два слоя такой фанеры придутся в самый раз. Наденьте по краям круга теплоизоляцию для сантехнических труб и закрепите ее степлером. Она послужит декоративным бампером.
Используйте манжеты и уголки для 100-миллиметровых вентиляционных воздуховодов, чтобы подключить воздуходувку к юбке. Закрепите двигатель с помощью уголков и стяжек.
Заведите двигатель и испытайте катер, стоя на коленях. Контролируя балансировку судна, установите на платформу кресло и закрепите его саморезами.
Вертолет и шайба
Вопреки распространенному заблуждению, катер опирается вовсе не на 10-сантиметровый слой сжатого воздуха, иначе это был бы уже вертолет. Воздушная подушка представляет собой что-то вроде надувного матраса. Полиэтиленовая пленка, которой затянуто днище аппарата, заполняется воздухом, растягивается и превращается в подобие надувного круга.
Пленка очень плотно прилегает к поверхности дороги, образуя широкое пятно контакта (практически по всей площади днища) с отверстием в центре. Из этого отверстия поступает воздух под давлением. По всей площади контакта между пленкой и дорогой образуется тончайший слой воздуха, по которому аппарат легко скользит в любом направлении. Благодаря надувной юбке даже небольшого количества воздуха достаточно для хорошего скольжения, так наша ступа гораздо больше похожа на шайбу в аэрохоккее, чем на вертолет.
Ветер под юбкой
Обычно мы не печатаем в рубрике «мастер-класс» точных чертежей и настоятельно рекомендуем читателям подключать к процессу творческое воображение, как можно больше экспериментируя с конструкцией. Но это не тот случай. Несколько попыток слегка отступить от популярного рецепта стоили редакции пары дней лишней работы. Не повторяйте наших ошибок — четко следуйте инструкции.
Катер должен быть круглым, как летающая тарелка. Судну, опирающемуся на тончайшую прослойку воздуха, необходим идеальный баланс: при малейшем дефекте развесовки весь воздух будет выходить с недогруженной стороны, а более тяжелый борт всем весом ляжет на землю. Симметричная круглая форма днища поможет пилоту легко находить баланс, слегка изменяя положение тела.
Для изготовления днища возьмите 12-миллиметровую фанеру, с помощью веревки и маркера начертите круг диаметром 120 см и выпилите деталь электрическим лобзиком. Юбка делается из полиэтиленовой душевой шторки. Выбор шторки — пожалуй, самый ответственный этап, на котором решается судьба будущей поделки. Полиэтилен должен быть как можно более толстым, но строго однородным и ни в коем случае не армированным тканью или декоративными лентами. Клеенка, брезент и прочие воздухонепроницаемые ткани не подходят для постройки судна на воздушной подушке.
В погоне за прочностью юбки мы совершили нашу первую ошибку: плохо тянущаяся клеенчатая скатерть не смогла плотно прижаться к дороге и сформировать широкое пятно контакта. Площади небольшого «пятнышка» не хватило, чтобы заставить тяжелую машину скользить.
Оставлять припуск, чтобы впустить под плотную юбку больше воздуха, — не выход. При надувании такая подушка образует складки, которые будут выпускать воздух и препятствовать образованию равномерной пленки. А вот плотно прижатый к днищу полиэтилен, растягиваясь при нагнетании воздуха, образует идеально гладкий пузырь, плотно облегающий любые неровности дороги.
Скотч — всему голова
Изготовить юбку несложно. Надо расстелить полиэтилен на верстаке, накрыть сверху круглой фанерной заготовкой с предварительно просверленным отверстием для подачи воздуха и тщательно закрепить юбку мебельным степлером. С задачей справится даже самый простой механический (не электрический) степлер с 8-миллиметровыми скобами.
Армированный скотч — очень важный элемент юбки. Он укрепляет ее там, где необходимо, сохраняя эластичность остальных участков. Обратите особое внимание на усиление полиэтилена под центральной «пуговицей» и в области отверстий для подачи воздуха. Скотч накладывайте с 50%-ным перекрытием и в два слоя. Полиэтилен должен быть чистым, иначе скотч может отклеиться.
Недостаточное усиление в центральной части стало причиной забавной аварии. Юбка порвалась в районе «пуговицы», и наша подушка превратилась из «бублика» в полукруглый пузырь. Пилот с округлившимися от удивления глазами вознесся на добрые полметра над землей и спустя пару мгновений рухнул вниз — юбка окончательно лопнула и выпустила весь воздух. Именно этот инцидент привел нас к ошибочной мысли использовать вместо душевой шторки клеенку.
Еще одно заблуждение, постигшее нас в процессе строительства катера, заключалось в уверенности, что мощности много не бывает. Мы раздобыли большую ранцевую воздуходувку Hitachi RB65EF с объемом двигателя 65 см 3 . У этой зверь-машины есть одно веское преимущество: она комплектуется гофрированным шлангом, с помощью которого очень легко подключить вентилятор к юбке. А вот мощность 2,9 кВт — явный перебор. Полиэтиленовой юбке нужно давать ровно такой объем воздуха, которого будет достаточно для подъема машины на 5−10 см над землей. Если переборщить с газом, полиэтилен не выдержит давления и порвется. Именно так и случилось с нашей первой машиной. Так что будьте уверены: если в вашем распоряжении есть хоть какая-нибудь воздуходувка, она подойдет для проекта.
Полный вперед!
Обычно у судов на воздушной подушке есть как минимум два винта: один маршевый, сообщающий машине поступательное движение вперед, и один вентилятор, нагнетающий воздух под юбку. Как же наша «летающая тарелка» будет двигаться вперед, и сможем ли мы обойтись одной воздуходувкой?
Этот вопрос мучил нас ровно до первых успешных испытаний. Оказалось, юбка так хорошо скользит по поверхности, что даже малейшего изменения баланса достаточно, чтобы аппарат сам собой поехал в ту или иную сторону. По этой причине устанавливать на машину кресло нужно только на ходу, чтобы правильно сбалансировать машину, и лишь затем привинтить ножки к днищу.
Мы попробовали вторую воздуходувку в качестве маршевого двигателя, но результат не впечатлил: узкое сопло дает быстрый поток, но объема проходящего через него воздуха недостаточно, чтобы создать мало-мальски заметную реактивную тягу. Что вам действительно понадобится при движении, так это тормоз. Вот на эту роль идеально подходит метла Бабы-яги.
Назвался судном — полезай в воду
К сожалению, наша редакция, а вместе с ней и мастерская располагаются в каменных джунглях, вдали даже от самых скромных водоемов. Поэтому мы не смогли спустить наш аппарат на воду. А ведь теоретически все должно работать! Если постройка катера станет для вас дачным развлечением в жаркий летний день, испытайте его на мореходность и поделитесь с нами рассказом о своих успехах. Разумеется, выводить катер на воду нужно с пологого берега на крейсерском дросселе, с полностью надутой юбкой. Допустить потопление никак нельзя — погружение в воду означает неминуемую гибель воздуходувки от гидроудара.