100 великих чудес техники, стр. 102
«Алмаз» разработал целый ряд проектов судов на воздушной подушке гражданского назначения речное грузовое судно «Бобер», пассажирское судно на воздушной подушке проекта 12270, многоцелевой катер на воздушной подушке «Чилим».
В зависимости от назначения судов изменяется такой важный параметр, как установленная мощность на тонну водоизмещения. Для катеров военного назначения, где экономические показатели эксплуатации не имеют преобладающего значения, этот показатель находится в пределах 65-120 кВт на тонну. Столь высокая энерговооруженность вызвана не величиной полной скорости хода на тихой воде или при малом волнении. Для ее достижения используется всего 60-70 процентов установленной мощности. Причина другая – необходимость достижения заданной гарантированной скорости при морском волнении. В практике гражданского судостроения, где этот показатель определяет экономичность эксплуатации, несмотря на возможные отказы от рейсов по погодным условиям, он может быть доведен до 30-36 кВт на тонну при сохранении скорости 40-50 узлов на тихой воде.
Первые суда на воздушной подушке, следуя авиационным традициям, создавались клепаными, однако опыт их эксплуатации в море показал низкую надежность этого типа соединения. С 1974 года корпуса стали сварными. Для них были созданы высокопрочные коррозионостойкие морские алюминиево-магниевые сплавы и освоено производство прессованных панелей с ребрами жесткости различного сечения.
Большой объем исследований был проведен в области создания гибких ограждений. Были установлены зависимости прочности и износостойкости материалов гибких ограждений от характера применяемых филаментарных волокон, кручения и вида плетения филаментарных нитей, пропиток и состава покрывающих резиновых смесей. Применяемые на судах последних проектов резинотканевые материалы обеспечивают хорошую мореходность судов и возможность длительной эксплуатации без ремонта.
Для судов на воздушной подушке пришлось разработать и специальный профиль лопастей воздушных винтов, которые позволили достичь высокого коэффициента полезного действия на малых, по сравнению с самолетными, скоростях. Для всех судов на воздушной подушке водоизмещением свыше 100 тонн разработали единую втулку винта, обеспечивающую высокую безотказность работы воздушных винтов при изменении их шага.
Определяющее значение для мореходности, амфибийности и износостойкости гибкого ограждения имеет расход воздуха через воздушную подушку. Для подачи воздуха наши ученые разработали специальные схемы осевых и центробежных нагнетателей, которые имеют высокий коэффициент полезного действия при малых габаритах.
Для привода винтов, нагнетателей и других потребителей были созданы высокотемпературные газотурбозубчатые агрегаты. По своим массогабаритным и эксплуатационным параметрам эти агрегаты до настоящего времени занимают лидирующее место в мире.
Безопасность скоростного судна в значительной мере определяется наличием надежных и проверенных систем управления движением. Особенностью судов на воздушной подушке является отсутствие непосредственного контакта рулевых устройств с водой, что затрудняет маневрирование и делает судно весьма зависимым от погоды. В России разработаны и испытаны различные схемы управления судном, включая аэродинамические рули, струйные рули (реактивные сопла), винты изменяемого шага.
Экраноплан
В 1920-е годы во время испытаний самолетов с крылом, прикрепленным к нижней части фюзеляжа (тип низкоплан), конструкторы заметили, что подъемная сила крыла при посадке несколько увеличивается и в результате машина продолжает лететь над полем, как бы не желая садиться. Подобный эффект даже порой приводил к авариям. Центр давления крыла (точка приложения подъемной силы) в этом случае перемещается к его задней кромке, и самолет может опрокинуться.
Дальнейшие исследования показали, что между крылом самолета и поверхностью земли воздух сжимается и становится плотнее. Так возникает дополнительная подъемная сила, которая и поддерживает аппарат в воздухе. Открытое явление назвали экранным эффектом. Экраном являлась поверхность земли или воды. В 1922 году появилась одна из первых работ об экранном эффекте – статья Б.Н. Юрьева «Влияние Земли на аэродинамические свойства крыла». В 1930-е годы изучением эффекта занимались В.В. Голубев, Я.М. Серебрийский, Ш.А. Биячуев, Н.А. Черномашинцев.
В СССР не ограничились теоретическими исследованиями. Началась разработка летательного аппарата, использующего экранный эффект. Такие машины – в дальнейшем их назвали экранопланами и экранолетами – казались очень выгодными. Логика проста: чем меньше высота полета, тем существеннее влияние экрана и, следовательно, выше несущая способность крыла. В результате для экраноплана нужны двигатели в два-три раза менее мощные, чем для самолета той же грузоподъемности. Довольно тяжелый летательный аппарат достаточно оснастить обычным автомобильным мотором.
Создать экраноплан, который мог бы летать над пустыней и водой, снегами и льдами, мечтал известный авиаконструктор и изобретатель П.И. Гроховский. В 1932 году он разработал проект экраноплана-амфибии с двумя моторами и с вполне современной аэродинамической компоновкой. В 1935 году финский инженер Т. Каарио построил первый аппарат для экспериментального изучения экранного эффекта.
Над экранопланами работали известные авиаконструкторы Г.П. Бериев, Р.Л. Бартини. Но самых больших успехов достиг Ростислав Евгеньевич Алексеев, возглавлявший в Нижнем Новгороде Центральное конструкторское бюро судов на подводных крыльях. Алексеев людям, далеким от армии, известен как создатель скоростных судов – «Ракета», «Метеор», «Комета». Его портрет можно увидеть в американском конгрессе в галерее великих деятелей мира, внесших наибольший вклад в развитие человечества в XX веке.
«Бартини шел к идее создания экранолетов «сверху» – от авиации, стремясь научить самолеты летать как можно ниже, – пишет в журнале «Всемирный следопыт» Станислав Славин. – Он знал, что еще в начале века первые авиаторы сталкивались с таким явлением: на высоте нескольких метров над землей полотняный аэроплан вдруг принимался скользить над травой, будто его удерживала в воздухе невидимая, но могучая рука – так проявлял себя воздушный экран.
Алексеев же задумал создавать экранопланы в конце 1950-х годов, когда его суда на подводных крыльях при скоростях 100—150 километров час натолкнулись на кавитационный барьер-явление, при котором вода утрачивает свойства сплошной текучей жидкости. Крылья машины разрушались от множества обрушивающихся на них гидравлических ударов. И вот он решил: хватит бороться с этим эффектом, улучшая профили крыльев, надо создать качественно новые суда, если хотите подняться над проблемой кавитации.
Первый 3-тонный экраноплан, появившийся в 1961 году, имел пару несущих крыльев. Но, исследовав такую схему на нескольких моделях, конструктор отказался от нее и выбрал другую – аппарат с одним крылом малого удлинения».
Знания, интуиция и уверенность Алексеева были настолько велики, что от пятитонного экраноплана он почти сразу шагнул к постройке машины многотонной – «Каспийского монстра».
Свой первый полет самый большой в мире экраноплан КМ («Корабль-макет»), со взлетной массой 540 тонн и максимальной скоростью полета 500 километров в час, совершил в 1966 году. КМ имел десять турбореактивных двигателей ВД-7 с максимальной тягой 13 тс каждый.
В 1970-е годы это был самый большой в мире летательный аппарат. Подобные воздушные гиганты в то время и не снились ни «Боингу», ни «Локхиду». В США, ФРГ, Японии и Китае начиная с 1960-х годов было спроектировано и построено несколько легких экспериментальных экранопланов и экранолетов.
Когда секретные службы США засекли испытания первого летающего корабля КМ, они нарекли его «Каспийским монстром». Наши конструкторы расшифровывали две загадочные для американцев буквы буднично и просто – в документации он значился как «корабль-макет» и являлся лишь одной моделью из десятков подобных.