Советские катера на подводных крыльях. Российские суда на подводных крыльях: впервые в XXI веке
Катер "Метеор" - это речной пассажирский теплоход. Он представляет собой судно, работающее на подводных крыльях. Его разработал отечественный кораблестроитель Ростислав Алексеев.
История "Метеора"
Катер "Метеор" ведет свою историю с 1959 года. Именно тогда первое такое экспериментальное судно было спущено на воду. Ходовые испытания проходили почти три недели. В их рамках самый первый катер "Метеор" прошел расстояние от Горького до Феодосии. Судно было построено на заводе под названием "Красное Сормово".
В Феодосии "Метеор" зазимовал. В свой обратный путь он отправился уже только весной 1960 года. На этот раз ему потребовалось пять дней, чтобы доплыть от Феодосии до Горького. Испытания были признаны успешными всеми участниками.
Серийное производство
Всех устраивали, поэтому уже в 1961 году его отдали в серийное производство. Оно было налажено на имени Горького, который располагался в Зеленодольске. За 30 лет здесь было выпущено более 400 теплоходов из этой серии.
При этом конструкторское бюро не стояло на месте. Постоянно разрабатывались новые, усовершенствованные версии. Так, нижегородские конструкторы предложили делать "Метеор" на подводных крыльях. При этом применялись импортные двигатели и кондиционеры. История этого судна завершилась только в 2007 году, когда линию окончательно демонтировали, перестроив ее под теплоходы нового класса.
Изобретатель "Метеора"
По праву создателем катера "Метеор" считается кораблестроитель Ростислав Алексеев. Помимо судов на воздушных крыльях, его заслуга - появление в нашей стране экранопланов (высокоскоростных аппаратов, летящих в зоне действия аэродинамического экрана) и экранолетов (использующих экранный эффект для полетов).
Алексеев родился в Черниговской губернии еще в 1916 году. В 1933 году переехал с семьей в Горький, где и сложилась его успешная трудовая карьера. Окончил индустриальный институт, дипломную работу защищал по глиссерам на подводных крыльях. Начал работать инженером-кораблестроителем.
Во время Великой Отечественной войны ему были выделены ресурсы и люди для создания боевых катеров на подводных крыльях. В его идею поверило руководство советского военно-морского флота. Правда, их создание затянулось, поэтому они так и не успели принять участие непосредственно в военных действиях. Но полученные модели убедили скептиков в возможности реализации этого проекта.
Работа над "Метеором"
"Метеор" на подводных крыльях группа ученых начала разрабатывать под руководством Алексеева. Первоначально он получил символическое название "Ракета".
Мировой общественности об этом проекте стало известно в 1957 году. Корабль был презентован на международном фестивале молодежи и студентов, который проходил в Москве. После этого началось активное судостроение. Помимо катера "Метеор", технические характеристики которого оказались впечатляющими, были созданы проекты под названиями "Буревестник", "Волга", "Восход", "Спутник" и "Комета".
В 60-е годы Алексеев создал экраноплан для военно-морского флота и отдельный проект для воздушно-десантных войск. Если высота полета первого составляла всего несколько метров, то второй мог подниматься на высоту сравнимую с самолетами - до семи с половиной километров.
В 70-х Алексеев получил заказ на десантный экранолет "Орленок". В 1979 году корабль-экранолет впервые в мире был принят на вооружение военно-морского флота, как официальная боевая единица. Алексеев сам регулярно испытывал свои транспортные средства. В январе 1980 года при обкатке новой модели пассажирского гражданского экранолет, который должен был быть завершен к московской Олимпиаде, он потерпел крушение. Алексеев выжил, но получил многочисленные травмы. Он был экстренно госпитализирован. Врачи боролись за его жизнь, были проведены две операции. Но 9 февраля он все-таки скончался. Ему было 63 года.
Судна на подводных крыльях
"Метеор" на подводных крыльях - яркий пример судов такого класса. Под корпусом у него расположены подводные крылья.
Среди преимуществ таких летательных аппаратов отмечают высокую скорость передвижения, низкое сопротивление при движении на крыльях, нечувствительность к качке и высокую проходимость.
При этом у них имеются и существенные недостатки. Их главный минус низкая экономичность, особенно по сравнению с тихоходными водоизмещающими судами, при этом при волнениях на воде у них начинаются проблемы. К тому же они не приспособлены к необорудованным стоянкам, а для движения им необходимы одновременно мощные и компактные двигатели.
Описание "Метеора"
"Метеор" - теплоход на подводных крыльях, который предназначен для скоростной перевозки пассажиров. Он работает на дизеле, сам является однопалубным. Используется исключительно в светлое время суток на судоходных реках. Также возможно его перемещение по пресным водохранилищам и озерам, но только в районах с преимущественно умеренным климатом. Управляется дистанционно, контроль за его движением осуществляется непосредственно из ходовой рубки.
Пассажиры находятся в трех салонах с удобными и мягкими креслами. Они располагаются в носовой, средней и кормовой частях судна. Всего помещается 114 пассажиров. Перемещение между частями судна осуществляется через палубу, с которой двери ведут в туалет, подсобные помещения и машинное отделение. В среднем салоне даже имеется буфет для желающих подкрепиться.
Крыльевое устройство включает в себя несущие крылья и закрылки. Их закрепляют на бортах и днищевых стойках.
Основными двигателями являются два дизельных. При этом для обслуживания силовой установки требуется комбинированный агрегат, состоящий из дизельного двигателя мощностью до 12 лошадиных сил. Механическая установка управляется из ходовой рубки и машинного отделения.
Электропитание теплохода
"Метеор" - теплоход, для которого основным источником электроэнергии считаются два ходовых генератора постоянного тока. Их мощность составляет один киловатт при стабильном и нормальном напряжении.
Также имеется автомат для одновременной работы аккумуляторных батарей и генератора. Существует также вспомогательный генератор, который используется непосредственно для питания потребителей.
Технические характеристики
Пассажирский теплоход "Метеор" обладает завидными техническими характеристиками. Порожнее водоизмещение составляет 36,4 тонны, а полное 53,4 тонны.
Длина судна 34,6 метра, ширина девять с половиной метров при размахе конструкции подводными крыльями. Высота при стоянке - 5,63 метра, при ходе на крыльях - 6,78 метра.
Осадка также различается при стоянке и ходе на крыльях. В первом случае 2,35 метра, во втором - 1,2 метра. Мощность варьируется от 1 800 до 2 200 лошадиных сил. "Метеор" максимально может достигать 77 километров в час, как правило, эксплуатируется на скорости 60-65 километров в час. Автономно судно может проплыть около 600 километров.
Один из минусов "Метеора" - расход топлива. Изначально он составлял около 225 литров в час, однако благодаря использованию новых современных двигателей сегодня его удается существенно сократить - примерно на 50 литров топлива в час.
Экипаж небольшой - всего три человека.
Страны распространения "Метеора"
В настоящее время серийное производство "Метеоров" прекращено, поэтому новых судов подобного типа больше не появляется. Но их эксплуатация продолжается и сегодня. В частности, их использует речной флот РФ, также они распространены в других странах.
До сих пор их можно увидеть в Венгрии, Греции, Вьетнаме, Италии, Египте, Китае, Казахстане, Польше, Румынии, Словакии и Чехии.
Эти речные суда на подводных крыльях активно использовались в Болгарии примерно до 1990 года, в Латвии до 1988 года, на Украине вплоть до 2000 года, в Нидерландах до 2004 года, а в Германии до 2008. Сейчас в этих странах им на смену пришли более современные транспортные средства.
Безопасное путешествие
Увлекательные речные путешествия и прогулки и сегодня организуют, используя "Метеор". Безопасность на теплоходе для пассажиров гарантируется специальной системой управления и регулярного тщательного технического обслуживания всех устройств и механизмов. Поэтому с уверенностью можно сказать, что, отправляясь в плавание на "Метеоре", вы ничем не рискуете.
Прокатиться на этом речном судне можно в разных уголках страны. Например, сегодня весьма популярны экскурсии из Санкт-Петербурга в Петергоф и обратно. Теплоход отправляется в путь по живописным местам Невы, туристы могут насладиться удивительными красотами Северной Пальмиры. Причем все сделано для удобства людей, необязательно даже тратить время в очереди в кассах, достаточно приобрести билет онлайн.
Этот скоростной речной теплоход порадует вас плавным ходом, который обеспечивают мощные и надежные современные двигатели. На борту каждого судна есть системы радионавигационного управления, связи и обязательно кондиционирования воздуха.
В трех комфортабельных салонах пассажиры защищены от любых капризов природы. В мягких креслах, которые принимают форму туриста, они могут полноценно отдохнуть, перекусить, воспользовавшись раскладывающимися деревянными столиками, спрятанными в подлокотниках.
Между креслами также установлены круглые столики из натуральной древесины, которые значительно больше. Они пригодятся, если в пути вы путешествуете дружной компанией.
Сервис для туристов
Стоит отметить, что сегодня эти транспортные средства в основном используют в туристических целях. Поэтому на них организуют максимально комфортное времяпрепровождения. Сервису уделяется огромное внимание.
Компании, организующие такие речные круизы, предоставляют полный спектр услуг, предусматривая все, что может понадобиться отдыхающему. Например, туристические услуги, которые включают в себя не только перевозку и размещение пассажиров, но и организацию полноценного питания, увлекательные развлекательные программы и познавательные экскурсии.
Воспользовавшись удобной формой по заказу билетов на эти речные теплоходы в сети интернет, вы не только сэкономите время, но и полноценно насладитесь незабываемым путешествием по великим рекам России.
Судну "Метеор" посвящено немало увлекательных и полезных фактов, которые не только расширят ваш кругозор, но и сделают поездку на этом теплоходе еще более увлекательной.
Большинство из них собраны в книге под названием "Крылатые в которой объединено все самое интересное про этот необычный вид водного транспорта.
Например, одним из капитанов судна "Метеор", которое передвигалось на подводных крыльях, был знаменитый Герой Советского Союза, участник Великой Отечественной войны Михаил Девятаев. Сражаясь против немецко-фашистских захватчиков, он попал в плен, но сумел освободиться и даже угнать вражеский бомбардировщик.
Успешный побег удалось осуществить в феврале 1945 года из концлагеря, расположенного на территории Германии.
А в 1960 году новое судно демонстрировали руководителю Советского Союза Никите Сергеевичу Хрущеву. Присутствовавший при этом знаменитый авиаконструктор Андрей Туполев был настолько впечатлен увиденным, что даже попросил у главного разработчика - Алексеева - разрешения на совместное управление судном.
Сегодня на смену "Метеору" пришло пассажирское судно "Лена", которое также производится на судостроительном заводе в Зеленодольске. В дальнейшем этот проект развивается на судостроительном заводе, расположенном в Хабаровске. Оно способно преодолевать расстояние в 650 километров. При этом развивает среднюю скорость до 70 километров в час. Способно вместить 100 пассажиров либо 50 при VIP-размещении. А экипаж всего 5 человек.
Пущенная на воды озера Маггиоре, лодка с надстроенными «крыльями», созданная итальянским изобретателем, достигла небывалой для 1906 года скорости – 68 км/ч. Двигатель лодки обладал мощность всего 60 лошадиных сил и приводил в движение два воздушных винта, вращающихся в противоположных направлениях.
Принцип действия
Подводные крылья – это устройства, входящие в конструкцию корпуса корабля, выполненные в виде крыльев (отсюда и название). Их основным назначением является уменьшение силы трения и сопротивления воды, корпусу корабля, а также уменьшение осадки судна. Принцип действия подводных крыльев, аналогичен крыльям летательных аппаратов. При больших скоростях, за счет изгиба крыла, корабль поднимается над водой. Погруженными остаются лишь крылья и двигатели. Оптимальная сила выталкивания судна зависит от его скорости. Так как плотность воды больше плотности воздуха в 800 раз, то и площадь крыла, как и скорость корабля, при той же силе выталкивания, что и у самолета, будет меньше в 800 раз.
Подобные суда способны перемещаться по воде в двух режимах:
- В режиме обычного корабля. Каждый тип судна на подводных крыльях имеет расчетную скорость, при которой выталкивающая сила поднимает корпус корабля над водой (аналогично взлетной скорости самолета). До достижения этой скорости, судно погружено в воду, в соответствии с законом Архимеда . При этом сильно увеличивается осадка, так как крылья увеличивают ее. Для решения этой проблемы, применяются складные крылья и поднимающиеся винты.
- В режиме судна на подводных крыльях. Достигая скорости выталкивая, корабль поднимается над водой , за счет уменьшения силы трения, скорость резко возрастает, а осадка становиться минимальной.
Существуют два основных типа подводных крыльев:
При увеличении площади соприкосновения с водой подобных крыльев, увеличивается и создаваемая ими выталкивающая сила. Благодаря этому свойству, судно более устойчиво при возникновении волн. Для улучшения плавности движения корабля при сильном волнении, частично погруженные крылья можно оснастить закрылками с автоматическим управлением.
Полностью погруженное (U -образно) крыло. Управление выталкивающей силой при полном погружении крыла в воду, осуществляется путем изменения угла атаки (поворот крыла целиком) или отклонением закрылок, которые расположены на неподвижном крыле, вдоль задней кромки. Регулирование положения судна над водой, обеспечивается системой автоматического управления. Компьютер управления, отслеживает положение судна и автоматически осуществляет его балансировку.
Система управления должна обладать очень высоким коэффициентом надежности, так как при ее отказе, судно с U-образным крылом может перевернуться.
Подводные крылья могут располагаться по-разному, как относительно друг друга, так и относительно корпуса судна.
Всего существует три типа, применяемых в практике, компоновок подводных крыльев:
- Расположение крыла аналогично авиационному (самолетная компоновка). При таком положении, крыло больших размеров (главное), расположено перед метацентром корабля, а крыло меньших размеров (второстепенное), находится позади центра тяжести. Крылья такого типа применяются на малых судах, с небольшой осадкой.
- Расположение крыла по схеме – «утка». Такая конструкция предполагает размещение меньшего крыла перед основным (напоминая по форме утку). Применяются аналогично «авиационным».
- Тандемная схема. Тандемные крылья равнозначны между собой и расположены спереди и сзади метацентра судна, на одинаковом от него расстоянии. Подобная схема используется в конструкции крупных, мореходных судах на подводных крыльях.
Двигательные установки судов на подводных крыльях
Для выхода на глиссаду (то есть достижения скорости, достаточной, что бы «встать» на крылья), судно должно обладать мощным двигателем. На судах с подводными крыльями применяются двигатели внутреннего сгорания (дизельные) и газотурбинные установки.
Совместно с ними применяются водометные и винтовые движители. Крупнотоннажные суда оснащаются движителями обоих типов, переключающихся в зависимости от режима движения корабля, чаще всего они приводятся в действие газотурбинными установками.
Особенности движения крыла в воде
При движении подводного крыла в воде, на его верхней поверхности образуется зона пониженного давления. Это способствует возникновению воздушных пузырьков, этот эффект называется – кавитацией. Схлопываясь, воздушные пузырьки способны повредить крыло. Область низкого давления, достаточная для возникновения пузырьков, образуется при достижении судном определенной скорости.
По возникновению кавитации, подводные крылья делятся на два типа:
- Бескавитационныые крылья. Их максимальная скорость, ниже скорости, необходимой для возникновения кавитации.
- Суперкавитирующие. Крылья для сверхскоростных судов. Профиль крыла выполнен таким образом, что кавитационные пузырьки схлопываются на расстоянии от поверхности крыла.
В 1956 году был разработан новый тип профиля крыла , призванный стать независимым от кавитации. Он представляет собой симметричный клин . При движении в жидкости на его гранях возникает положительное динамическое давление. На его внешней выпуклой стороне давление уменьшается, а на вогнутой – повышается. В области высокого давления, возникающей на выпуклой стороне искривленного клина, эффект кавитации отсутствует , а при больших углах атаки крыла, отгибы задних кромок затягиваю возникновение кавитации.
Особенности применения подводных крыльев
Внедрение подводных крыльев привело к изменению архитектуры использующих их судов. Для уменьшения аэродинамического сопротивления корпуса, суда данного типа стали обтекаемых форм. Из-за малой грузоподъемности, основное назначение таких кораблей стала перевозка пассажиров и экскурсии , их внутреннее расположение салона, соответствует салону самолета.
Рулевая рубка (капитанский мостик) располагаются в носовой части корабля для улучшения обзора при прохождении извилистых рек. Хозяйственные помещения, размещаются между пассажирским салоном и машинным отделением, тем самым ослабляя шум двигателей (проникающий в салон) и повышая комфорт пассажиров.
Для проектирования судов на подводных крыльях, были разработаны новые методики разработки корпуса . С учетом увеличенного изгибающего момента . К тому же, особенности эксплуатации предполагают сильные удары волн о корпус, в режиме глиссирования судна.
Все эти факторы определяются конструкцией крыльевого устройства, особенно носового. В результате применения подводных крыльев, разработанных под руководством доктора технических наук, профессора Н.В. Маттеса, удалось снизить динамические нагрузки на корпус до 50 – 60%.
Подводные крылья и корпус судна, в среднем составляют 45 – 55% от его порожнего веса. Поэтому оптимальными материалами для создания глиссеров являются легкие и прочные сплавы алюминия и нержавеющая сталь , для изготовления крыльев. В настоящее время на многих малых судах применяются крылья из стеклопластиков с армированием , позволяющие значительно уменьшить вес судна.
Технология изготовления судов на подводных крыльях очень дорогая. Поэтому в отдельных случаях, конструкторы идут на ухудшение гидродинамических характеристик, уменьшая стоимость постройки корабля. Например, клепаные сочленения корпусов заменяются сварными соединениями. Это утяжеляет конструкцию в целом, но многократно снижает трудоемкость и стоимость работ.
Способы управления подводными крыльями
Управление выталкивающей силой на судне с подводными крыльями осуществляется изменением угла атаки крыла, либо закрылками. В настоящее время, все системы управления – автоматизированы. Оператор производит лишь грубое управление – поворот, замедление и ускорение судна, а стабилизацию движения обеспечивает центральный процессор управления судном. Получая информацию о положении судна с датчиков, он передает сигналы на изменение угла атаки крыла или закрылок. Удерживая судно в заданном оператором положении. Для глиссеров применяются только самые быстродействующие процессоры и датчики, так как время прохождения и обработки сигнала на больших скоростях, должно быть минимально.
Эффект подводных крыльев известен достаточно хорошо: подъемная сила, возникающая на них, полностью выталкивает корпус катера из воды, благодаря чему резко увеличивается скорость хода без повышения затрачиваемой мощности двигателей.
В настоящее время наиболее распространенным вариантом является установка кормового и носового крыльев с примерно равным распределением веса катера между ними (при этом как носовое, так и кормовое крыло может состоять из одного или двух крыльев, расположенных по бортам). Двукрылая схема обеспечивает наиболее высокое гидродинамическое качество на расчетной максимальной скорости хода, однако осуществление ее обычно связано с большими затруднениями при разработке винторулевого комплекса и доводке построенных катеров. В поисках упрощения конструкторы пришли к парадоксальной идее об отказе от кормового крыла.
Оказалось, что достаточный эффект можно получить и при однокрылой схеме. В носовой части катера устанавливается одно подводное крыло, воспринимающее около половины веса катера. На ходу, когда подъемная сила на крыле достигнет определенной величины, носовая оконечность катера приподнимается над водой и катер движется только на крыле и на небольшом участке днища у транца.
Поскольку качество глиссирующей пластины, разновидностью которой является кормовая часть днища катера, не превышает К =10, то очевидно, что теоретически в большинстве случаев катер на одном подводном крыле будет проигрывать двукрылому в скорости. Можно, однако, говорить и об определенных преимуществах упрощенной однокрылой схемы, которые позволяют катерам с одним носовым подводным крылом практически конкурировать с двукрылыми.
Во-первых, упрощается конструкция крыльевого устройства в целом; в два раза уменьшаются затраты на его изготовление, оно получается значительно более легким; в случае необходимости одно носовое крыло гораздо легче выполнить убирающимся, поворотным или с автоматически управляемым углом атаки, чем устройства с двумя крыльями.
Во-вторых, упрощается конструкция кормового движительно-рулевого комплекса (кронштейн, гребной винт, руль); уменьшается угол наклона оси гребного вала и улучшаются условия работы винта независимо от расположения двигателя; уменьшается габаритная осадка катера кормой. При преодолении «горба» сопротивления и выходе на крыло двигатель испытывает меньшие перегрузки.
Мореходность катера на одном подводном крыле даже повышается вследствие уменьшения размахов колебаний носовой части и улучшения условий совместной работы на волнении крыла и корпуса катера. (Имеются в виду «провалы» носового крыла, которые при наличии крыла в корме приводят к появлению отрицательных углов атаки и соответствующих сил, вызывающих погружение носового крыла, что сопровождается увеличением сопротивления и снижением скорости хода.)
Очень важно и то, что на ходовых испытаниях катера с одним носовым подводным крылом легче выбрать оптимальные значения углов его установки, высоты стоек и других элементов. При этом существенно облегчается и доводка гребного винта, которая производится одновременно с доводкой крыла с целью получения полного согласования движителя и механической установки, позволяющего развить наибольшую возможную скорость хода.
Следует добавить еще и такой плюс, как возможность оборудовать носовым крылом уже спроектированный и построенный глиссирующий катер без какого-либо изменения линии гребного вала и переделки выступающих частей. (В некоторых случаях подобное решение позволяет получить оптимальный ходовой дифферент неудачно спроектированного катера - с носовой центровкой, с выпуклостью днища и т. п.)
В зарубежной печати сообщения о постройке однокрылых катеров появлялись неоднократно. В качестве же примера установки носового крыла на существующем серийном судне можно назвать успешный эксперимент с разъездным катером «Чайка», построенным в 1961 г. (см. В. И. Блюмин, Л. А. Иванов и М. Б. Масеев, «Транспортные суда на подводных крыльях», стр. 38-40). Основные данные катера: длина - 6,1 м; ширина - 1,86 м; водоизмещение - 1,60 т; мощность двигателя - 90 л. с. Максимальная скорость хода (48 км/час) благодаря носовому крылу возросла на 8 км/час при одновременном повышении мореходных качеств. Авторы рекомендуют применять носовые подводные крылья и на всех других эксплуатируемых катерах типа «Чайка».
Одно крыло было установлено (рис. 1) и на 6-местном служебно-разъездном катере типа 370М, имеющем длину - 6,18 м; ширину - 2,03 м; полное водоизмещение - 1,95 т; мощность двигателя - 77 л. с. Скорость хода возросла с 40 до 48-50 км/час.
Наконец, можно отметить, что еще в 60-х годах поступило несколько сообщений о попытках применить однокрылую схему на серийных мотолодках для повышения скорости хода при ограниченной мощности имевшихся тогда подвесных моторов.
Если говорить о теоретическом обосновании рассматриваемой схемы, то стоит упомянуть, например, что установку одного носового крыла рекомендует М. М. Коротков в статье «Особенности использования подводных крыльев на малых судах» («Судостроение» № 11, 1968 г.); ожидаемое увеличение скорости хода, по его оценке, составляет от 10 до 20%.
Приводимые на рис. 2 кривые удельного сопротивления R / Δ бескрылых катеров и катера с одним носовым крылом показывают, что установка крыла оправдывается только при Fr Δ > 3. (Сразу же оговоримся, что все рекомендации настоящей статьи относятся к глиссирующим катерам с традиционными остроскулыми обводами; при L / B = 3-6 и углах килеватости днища на транце 3-6° и на миделе около 15°.)
Рис. 2. Типичные кривые удельного сопротивления R / Δ = f (Fr Δ)
1 - обычный остроскулый катер; 2 - остроскулый катер с поперечным реданом;
3 - остроскулый катер с носовым подводным крылом.
Проектирование носового крыла и его гидродинамический расчет для однокрылого и двукрылого вариантов катера практически одинаковы, если не считать некоторого уменьшения высоты стоек однокрылого устройства с целью уменьшения ходового дифферента.
Носовое подводное крыло целесообразно устанавливать, если ожидаемая скорость хода будет не менее
где Δ - водоизмещение катера, м³.
При меньших скоростях носовое подводное крыло существенной пользы не приносит, так как для создания необходимой подъемной силы его площадь должна быть чрезмерно большой; оно может вызвать даже повышение сопротивления катера и падение скорости по сравнению с бескрылым вариантом.
На начальной стадии проектирования значение наибольшей скорости хода катера с носовым крылом при известных водоизмещении Δ и мощности двигателя N e определяется как
где η - пропульсионый коэффициент, К = Δ / R - гидродинамическое качество, представляющее собой отношение Δ к полному сопротивлению R при ходе на носовом крыле.
Приближенное значение К можно снять с приводимой на рис. 3 кривой, показывающей снижение К крылатого катера при увеличении его скорости движения. (Происходит это потому, что в отношении Δ / R подъемная сила крыла и глиссирующего днища, равная по величине Δ катера, с увеличением V не должна изменяться, так как в противном случае движение будет неустойчивым, а сопротивление R в знаменателе постепенно возрастает.)
Рис. 3. Приближенные зависимости гидродинамического качества К и пропульсивного качества Кη от числа Фруда
1 - однокрылый катер; 2 - обычный остроскулый катер; 3 - остроскулый катер с поперечным реданом; 4 - двукрылый катер.
Пропульсивный коэффициент, характеризующий эффективность использования мощности двигателя, можно принимать в пределах η = 0,50-0,60.
Целесообразно сразу определить значение произведения К η, представляющего собой коэффициент пропульсивного качества:
Пунктирная линия на рис. 3 характеризует одновременное увеличение V и К η глиссирующих катеров при установке подводных крыльев. Переходя параллельно этой линии с одной кривой на другую, можно ориентировочно оценить прирост скорости, обусловленный наличием поперечного редана или подводного крыла.
Убедившись в целесообразности установки носового подводного крыла, следует определить его площадь и место расположения. С этой целью необходимо задаться той частью веса катера, которую крыло должно нести. Чаще всего ее принимают равной 50-60% полного веса катера. Таким образом, подъемная сила на крыле должна быть
Место установки крыла находится из выражения
Следует стремиться к тому, чтобы крыло располагалось в относительно широком и удобном для крепления месте корпуса катера. При проектировании нового судна может оказаться целесообразным даже уширение корпуса.
Несущая площадь крыла
где С у - коэффициент подъемной силы крыла.
Величина С у должна выбираться с учетом многих обстоятельств, главнейшими из которых являются обеспечение высокого гидродинамического качества и отсутствие кавитации крыла на расчетной скорости. Для скоростей 25-40 узлов этим условиям удовлетворяет величина, близкая к С у = 0,15-0,20.
Л. Л. Хейфец, «Катера и яхты» 1974 г.
Катер «Ракета» - это судно, оснащенное крыльями ниже ватерлинии. Оно классифицируется как «Р» и рассчитано на одновременное обслуживание 64-66 пассажиров. Конкретная вместимость определяется модификацией транспортного средства. «Ракета» имеет габариты 27*5*4,5 м, при ходе осаждается на 1,1 м, во время простоя - на 1,8 м. В порожнем состоянии водоизмещение судна - 18, в наполненном - 25,3. Корабль может двигаться со скоростью не более 70 км/ч, но нормативная - от 60 до 65 км/ч. В конструкции предусмотрен один гребной винт, а главный двигатель установлен в 900—1000 лошадиных сил мощностью.
Катер «Ракета» - это не единичное изделие, а целая серия, запущенная в производство еще в период Советского Союза. Проекты, по которым строились эти судна, назывались:
- 340МЕ;
- 340Э.
Начали изготавливать корабли в 1957 году. Их производство продолжалось приблизительно до середины 70-х. За этот период на воду было спущено около трех сотен катеров для речного транспортного обеспечения. Первый из них получил знаковое наименование «Ракета-1». Его строительством по праву гордился завод «Красное Сормово».
Катер «Ракета-1» совершил первое плавание в 1957 году, он был спущен на воду 25 августа. Маршрут пролегал между Казанью и Нижним Новгородом. Всего судно преодолело 420 километров водной поверхности за какие-то семь часов! То, какие показал катер «Ракета» технические характеристики, поразило воображение обывателей. 30 счастливчиков стали теми людьми, кто впервые за столь короткий срок по воде смогли совершить это увлекательное путешествие.
Настоящее и будущее
Так как катер «Ракета» (скорость судна - до 70 км/ч) показал такие отличные параметры, он быстро приобрел популярность. Наименование этого судна в народе практически сразу стало нарицательным. Эта традиция сохранилась и до наших дней - сегодня «ракетами» зовут все корабли, напоминающие классический советский теплоход.
В советский период речной катер «Ракета» был доступен далеко не каждому. Обеспеченные семьи могли позволить себе поездку на выходных в какие-нибудь красивые края: лоцманы доставляли своих пассажиров в очаровательные заливы и бухты, недоступные для путешествующих по суше. Но цена на подобный круиз кусалась. Скажем, электрички, на которых можно было уехать на такое же расстояние от города, обходились дешевле в несколько раз. Тем не менее лучшего отдыха на воде для всей семьи, нежели катер «Ракета», представить себе было просто невозможно.
В наши дни этот корабль и используется ежедневно. Например, его можно увидеть на речном Изо дня в день верные судна перевозят пассажиров между городами и катают туристов по экскурсионным маршрутам.
Столичная «Ракета»
Проекты катеров сразу рассматривались как схемы, по которым нужно будет строить водные транспортные средства для великой советской столицы - Москвы. Поэтому проектировали их лучшие судостроители той эпохи. Соответственно, как только была запущена первая «Ракета-1», в кратчайшие сроки этот корабль оказался в столице. Первый его рейс был совершен в 1957 году в летние месяцы, когда в городе проводили фестиваль, посвященный студенчеству и молодежи. Это было международное мероприятие, в рамках которого власти собирались показать все самое лучшее, что есть в Советском Союзе. И суда речного флота, безусловно, тоже.
Массово суда на подводных крыльях стали эксплуатироваться в акваториях Москвы только в начале следующего десятилетия, где и пользовались заслуженным успехом вплоть до 2006 года. А с 2007-го власти запустили крупномасштабную программу, призванную восстановить внутренний водный транспорт, в частности, парк «Ракет». С 2009 года регулярно совершают рейсы четыре таких корабля:
- 102 (только для ВИП-рейсов);
- 191 (ранее курсировал, как 244-й);
Неофициальные источники утверждают, что в скором времени появятся и другие суда на подводных крыльях по легендарным советским проектам - как только закончат работы по восстановлению машин.
Общая характеристика
Катер на подводных крыльях представляет собой такой скоростной корабль, который работает по принципу динамической поддержки. У судна есть корпус, а под ним расположены «крылья». Если корабль медленно перемещается либо стоит, равновесие обеспечивается архимедовой силой. При повышении скорости происходит приподнимание над водной поверхностью силой, которую провоцируют крылья. Такое конструктивное решение позволило минимизировать водное сопротивление, что влияет на скорость.
Речные виды водного транспорта с крыльями сделали то, что ранее казалось невозможным, - скоростное плавание по водным артериям страны. Теперь на поездки стали уходить считаные часы, что привело к быстрому наращиванию популярности транспорта. При этом корабли относительно недороги в эксплуатации и характеризуются длительным сроком службы. Все это стало основой для конкурентоспособности, благодаря чему с момента их запуска и по сей день «крылатые» виды водного транспорта - серьезные соперники других средств перемещения.
Неракетные «Ракеты»
«Ракета» не стала единственным транспортным средством такого типа. Был осуществлён первый пуск на воду этого знакового для корабля, и уже на следующий год вышел на рейс катер на подводных крыльях «Волга». Между прочим, его демонстрировали на Брюссельской выставке, и недаром: корабль смог получить золотую медаль.
Еще спустя два года на воду спустили первый «Метеор» (еще один аналог «Ракеты»), а затем и «Комету», ставшую первой на морских просторах для такого Спустя годы свет увидели многочисленные «Чайки», «Вихри» и «Спутники». Наконец, вершиной кораблестроительства в этой области можно назвать судно «Буревестник» - полноценный газовый турбинный теплоход.
Советский Союз обладал самой большой базой кораблей на подводных крыльях, и во многом это было обеспечено тем, что выпуск «Ракет» был хорошо налажен. Но страна не использовала сама все, что производила: были отлажены каналы продажи теплоходов заграницу. Всего «Ракеты» продавали в несколько десятков разных государств.
Разработкой кораблей с крыльями под водой занимался в основном Ростислав Алексеев. «Ракета» - это один из важных поводов для гордости. Корабль, созданный для маршрутов до полутысячи километров, полностью оправдал вложенные в него деньги и остается привлекательным и по сей день.
Производство всерьез
Когда катера «Ракета» показали свои отличные параметры, доказали надежность и стало ясно, что они имеют немалые перспективы, правительство решило запустить массовое изготовление этих кораблей. Задача была доверена заводу «Море», расположенному в Феодосии. Несколько позднее удалось наладить изготовление суден в следующих городах:
- Ленинград;
- Хабаровск;
- Нижний Новгород;
- Волгоград.
Также было устроено производство на территории Грузии, в городе Поти.
Производимые корабли экспортировали в:
- Финляндию;
- Румынию;
- Литву;
- Китай;
- Германию.
И сегодня «Ракеты» ходят в некоторых из этих стран. Многие корабли со временем переделали под дачи, рестораны, кафетерии.
А как это задумывалось?
Глядя на то, насколько успешным стал корабль, поневоле кажется, что правительство это и планировало. Но было ли так на самом деле? Проект разрабатывался под контролем Министерства судостроения, финансировался государством - этот факт неоспоримый. Но исторические сводки доказывают, что реальных ожиданий и надежд чиновники с этими моделями не связывали. Во многом это было связано с нестандартностью идеи как таковой - опасались, что она вовсе может выгореть. Да и время такое было, когда очень легко остаться «непонятым», что могло не просто стать неприятностью, но привести к полному краху.
Стремясь сделать все возможное, гениальный советский судостроитель Ростислав Алексеев поставил перед собой задачу максимум - спроектировать и построить корабль и продемонстрировать его не абы кому, а сразу самому Хрущеву, то есть, обойдя все нижестоящее начальство. Этот дерзкий план имел шансы на успех и был реализован летом 1957-го. Корабль «на всех крыльях» промчался по Москве-реке и был пришвартован не на случайной пристани, а там, где обычно любил остановиться генеральный секретарь. Алексеев лично пригласил Никиту Хрущева на борт. Так и начался тот заплыв, который позволил судну стать легендарным. Уже тогда главное лицо страны оценил, какое восхищение у публики вызвал обгонявший всех корабль. Да и сам генсек был впечатлен скоростью. Именно тогда и родилась фраза, сохраненная для потомков: «Хватит нам по рекам на волах ездить! Будем строить!».
История не заканчивается
Да, «Ракеты» были популярны, были гордостью нации, их любили, знали, ими восхищались, за них платили деньги. Но время шло, корабли постепенно устаревали. Конечно, первое время их ремонтировали, но когда Светский Союз пошел «под откос», стало не до кораблей. Технический и речного транспорта лишь нарастал. В какой-то момент казалось, что будущего у этого направления средств передвижения практически нет, по крайней мере, не в ближайшие десятилетия.
И вот несколько лет тому назад запустили программу, призванную возродить лучшие теплоходы Советского Союза - «Ракеты». А вместе с ними было решено вложить деньги в «Кометы» и «Метеоры». Несмотря на достаточно сложную экономическую ситуацию в стране, правительство сумело выделить деньги на работы по улучшению транспорта и модернизации кораблей под нужды современности. Была разработана специальная программа, призванная поддерживать суда с крыльями под водой. Важным стал 2016 год, когда судно «Комета 120М» должно было продемонстрировать, что приложенные усилия не пошли прахом.
Но «Ракета» ли была первой?
Сейчас уже мало кто об этом вспоминает, но «Ракета» была не первой попыткой создать транспорт такого вида. Еще до нее велись разработки, предполагавшие, что можно добиться наилучших показателей скорости, если под корпусом судна поместить крылья. Впервые идея такого судна родилась еще в XIX столетии!
Почему не удалось ничего толкового сконструировать раньше, чем это сделал Алексеев? Сначала использовались паровые машины, мощность которых довольно ограничена. Их просто не хватало для того, чтобы развить скорость, при которой крылья оказались бы действительно полезны. Поэтому на том этапе все завершилось фантазиями и предположениями «как это может быть». Впрочем, это были интересные времена: регулярно публика видела все новые типы корпусов и специфику ставили рекорды, но проходили месяцы - и их побивали уже новые судна. Эта гонка казалась нескончаемой. В народе первый корабль, оснащенный крыльями под водой, прозвали «лягушкой». Хоть он и перемещался быстро, но прыгал на поверхности воды и был довольно неустойчивым.
Скоростной флот: как это было?
В 1941 году в Нижнем Новгороде (который в те времена назывался Горьким) в Индустриальном институте была защищена дипломная работа, посвященная глиссеру с крыльями под водой. Автором этого проекта стал Ростислав Алексеев - тот самый, который в будущем «с ветерком» прокатит Хрущева по Москве.
Чертежи продемонстрировали комиссии отличное судно с высокими скоростными показателями. Оно должно было работать по принципу, ранее еще никем не воплощенному в жизнь. В мире на тот момент просто не существовало ничего подобного. Сказать, кто жюри было ошеломлено, - значит, и на половину не выразить их восторга и удивления.
Возможности и консерватизм
Защита дипломной работы прошла для Алексеева на «отлично» и вдохновила его на составление рапорта, в котором он предложил воплотить проект в жизнь. Документ был направлен в ВМФ, а вскоре получен ответ: схемы неудачны, неприемлемы и не интересуют серьезных конструкторов.
Взрослые дяди в советском ВМФ не в игрушечки играли! Ну а подписали в конце довольно-таки лестную для молодого инженера фразу: «Вы слишком опережаете время».
Когда упорство побеждает неверие
Иные бы сдались на месте Ростислава: шла война, денег не было, ситуация обстояла катастрофически сложная, а чем грозило ближайшее будущее и вовсе было невозможно представить. Но молодой специалист не желал сдаваться. Прошел лишь год с момента отказного письма, и вот уже Алексеев наладил контакт с Крыловым, главным конструктором завода, специализировавшегося на водном транспорте. Этот умный человек, способный заглянуть в будущее, увидел в чертежах новоиспечённого инженера возможности прорыва и захотел взглянуть на них поближе. Далее последовали несколько напряженных лет в условиях войны и вскоре после нее. Многочисленные скептики ругали проект, в инженеры трудились над ним, не покладая рук. И в 1957 году, наконец, пришли к реальному успеху.
Новый корабль испытали быстро, и сразу после этого направились в столицу, по совпадению - в период проведения международного фестиваля, который должен был посетить глава государства. Всего лишь за 14 часов судно прибыло на место, в то время как применяемые в те времена речные теплоходы преодолевали это расстояние примерно за три дня. Ну а о том, как сложилась история дальше, вы уже знаете.
Ждал ли сам Алексеев такого триумфа? Вероятно, да. Хотя о масштабах заранее догадываться было сложно. Ждем ли мы сейчас возвращения обновленной «Ракеты» на водные артерии нашей страны? Несомненно, да. Этот корабль стал важным историческим и национальным достоянием, а вместе с тем превосходным транспортным средством, применимым в повседневности.
Развить высокую скорость судам мешает сопротивление воды, плотность которой в 815 раз больше плотности воздуха. Над тем, как поднять корпус корабля нал водой, а значит, уменьшить её сопротивление, размышляли многие конструкторы. В конце XIX века во Франции российский подданный Ш. де Ламбер предложил построить «крылатый корабль». Изобретатель считал, что подводные крылья будут создавать при движении подъёмную силу, под действием которой корпус частично или полностью выйдет из воды, сопротивление движению резко уменьшится, а скорость соответственно увеличится. В 1897 году де Ламбер построил такой катер и испытал его на реке Сене. К сожалению, эксперимент не удался: из-за недостаточной мощности силовой установки, которой являлась паровая машина, судну так и не удалось подняться на крылья.
Победил сопротивление воды в 1905 году итальянский авиаконструктор Э. Форланини. На свой катер он поставил бензиновый мотор мощностью 75 л. с., крылья сделал многоярусными, которые внешне были похожи на лестницу-стремянку. Судно Форланини достигло рекордной для того времени скорости - 38,8 узла. А в 1918 году «крылатый» катер американского изобретателя А. Белла поразил мир новым рекордом - 70,86 узла.
В 30-х годах XX века немецкий инженер Г. Фон Шертель применил V-образные крылья способные поднимать корпус даже при значительном волнении. В 1944 году фон Шертель построил 80-тонный корабль, который с грузом в 20 тонн мог развивать скорость до 40 узлов при высоте волн 1,8 м.
В России суда на подводных крыльях разрабатывал выдающийся конструктор Р. Е. Алексеев. Под его руководством были построены крупные серии следующих речных судов: «Ракета» (1957 год, вместимостью 66 пассажиров), «Метеор» (1959 год, вместимостью 128 пассажиров), «Комета» (1961 год, вместимостью 118 пассажиров), «Восход-2» (1979 год, вместимостью 71 пассажир). Так называемые «алексеевские корабли» известны во всём мире. Их закупало правительство США, Великобритании, Италии, Греции и страны Ближнего Востока.
Широко используются «крылатые» корабли и в военных целях. На вооружении советского военно-морского флота состояло более 80 кораблей на подводных крыльях - от малых пограничных катеров типа «Антарес» до ракетных противолодочных кораблей класса «Сокол ».
Самым известным типом кораблей на подводных крыльях являются проекта 1145.1 шифр «Сокол », которые зарубежные военные специалисты прозвали «Mukha».
Серийное производство данных кораблей на подводных крыльях стало возможным после разработки, постройки и практических испытаний опытного корабля «Александр Кунахович » проекта 1141. Однако проекта 1145.1 с технической точки зрения несколько отличаются от опытного корабля. Во-первых, двигатель состоит из двух газотурбинных установок типа М10Д мощностью по 20000 л.с., и одной М16 мощностью 10000 л.с. с двухскоростным редуктором. Во-вторых, вместо двух бортовых рулей установлен один средний, что улучшило управляемость при ходе на крыльях. В-третьих, изменена геометрия носового и кормового крыльевых устройств, что позволило снизить сопротивление движению корабля. В-четвертых, для обеспечения маневрирования корабля на подводных крыльях на малом ходу установлены две кормовые выдвижные поворотные колонки и носовое подруливающее устройство.
Особенностями малого противолодочного корабля проекта 1145.1 является высокая скорость, опускаемая гидроакустическая станция с большим радиусом действия, мощные средства уничтожения подводных лодок. Эти особенности позволяют кораблю на подводных крыльях в составе поисково-ударной группы осуществлять скачкообразный (вертолетный) поиск подводных лодок. При этом в течение короткого времени способен обследовать акваторию с помощью антенны гидроакустической станции, работающей на сто́пе и спускаемой на глубину наилучшего прохождения гидроакустического сигнала до 200 метров. Закончив обследование выбранного участка, подняв антенну, на высокой скорости переходит на новую расчетную точку наблюдения. При этом средняя поисковая скорость заметно выше, чем у кораблей противолодочной обороны с обычными подкильными гидроакустическими станциями.
Первый корабль на подводных крыльях , установивший контакт с подводной лодкой берет на себя функцию наводящего и обеспечивает непрерывную выдачу координат цели атакующим военным кораблям.
Малые противолодочные корабли на подводных крыльях проекта «Сокол » предназначались для выполнения обеспечения развертывания сил флота, охраны военно-морских баз, охраны ударных кораблей и , поиск и уничтожение противника в прибрежных районах.
Всего для нужд советского флота на Производственном Объединении «Море» в городе Феодосия было построено три корабля в период с 1981 по 1987 год, два из которых сейчас находятся в составе военно-морского флота Российской Федерации и один был передан ВМС Украины, но официально на вооружение так не был принят.