Судно на воздушной подушке

Судно на воздушной подушке

05.02.2021


Судно на воздушной подушке (СВП) — судно, у которого вся масса или значительная её часть на ходу или без хода поддерживается над водой (грунтом, льдом и т. д.) силами избыточного давления воздуха, постоянно нагнетаемого под днище в полость, называемую воздушной подушкой.

Применяемый динамический принцип поддержания позволяет судну двигаться с большой скоростью и над водой, и над твёрдой поверхностью (амфибийные СВП) на небольшом расстоянии над ней.

Принцип действия

Воздушная подушка — это слой сжатого воздуха под днищем судна, который приподнимает его над поверхностью воды или земли. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого судна двигаться над различными препятствиями на суше или над волнами на воде.

По способу создания различают статическую (создаваемую вентилятором) и динамическую (создаваемую за счёт повышения давления при движении аппарата вблизи опорной поверхности) воздушные подушки.

По схеме образования различают следующие виды воздушной подушки:

  • камерная;
  • скеговая;
  • сопловая;
  • щелевая;
  • крыльевая (динамическая).

Наиболее простой способ образования воздушной подушки — камерный: воздух, нагнетаемый вентилятором под куполообразное днище, свободно вытекает по его периметру; чем больше подача воздуха, тем выше поднимается судно, но это требует повышенных затрат энергии, поэтому при большой высоте подъёма этот способ не экономичен.

Для уменьшения расхода воздуха у судов, предназначенных для движения только над поверхностью воды, подушку по бортам ограждают погруженными в воду жёсткими стенками или узкими корпусами — скегами. Такие суда называют судами скегового типа.

Более экономичен при большой высоте подъёма сопловой способ образования воздушной подушки, когда нагнетаемый вентилятором воздух подаётся под днище через наклонённые внутрь сопла, расположенные по его краям. Струи вытекающего из сопел воздуха изгибаются так, что центробежные силы, действующие на движущиеся по криволинейным траекториям частицы воздуха, уравновешиваются повышенным давлением в подушке, и воздушная подушка как бы «запирается» этими струями. Для увеличения высоты подъёма и уменьшения затрат мощности на образование воздушной подушки по её периметру дополнительно устанавливаются гибкие ограждения.

Камерная схема применена на опытном пассажирском речном судне «Нева», построенном в 1962 году в Ленинграде. А горьковские судостроители построили судно скегового типа «Горьковчанин», для перевозки пассажиров по мелководным рекам, экспериментальный катер «Радуга» и опытное пассажирское судно «Сормович» водоизмещением 32 т с сопловой схемой образования подушки.

Кроме лёгких экспериментальных судов создаются более крупные суда на воздушной подушке. Увеличение их размеров выгодно потому, что с ростом площади воздушной подушки уменьшаются удельные затраты мощности на её образование, улучшается мореходность судов.

Преимущества и недостатки

Преимущества
  • Основными преимуществами судов на воздушной подушке является скорость, возможность двигаться по мелководью и выезжать на необорудованный берег;
  • Навигационный период данного вида флота полностью неограничен — суда могут ходить и в летнее, и в зимнее времена года. Суда на воздушной подушке — единственный транспорт который может использоваться в период ледохода.
  • В зависимости от размера суда могут преодолевать уступы от 0,4 до 1,0 метра, преодолевать короткие подъёмы с уклоном до 40 градусов и затяжные до 15 градусов.
  • Суда на воздушной подушке двигаются в воздушной среде и лишь частично контактируют с водой, отсюда имеют относительно высокую топливную эффективность, способны эффективно работать на горных реках с быстрым течением.
Недостатки
  • Главный недостаток судов на воздушной подушке — это относительно высокая цена и стоимость эксплуатации. Это связано c достаточно сложной конструкцией и требованием соблюдать весовую культуру как в авиации. Помимо расходов на топливо, перед владельцем встаёт вопрос обслуживания гибкого ограждения воздушной подушки (т. наз. «юбки»), которое со временем истирается или рвётся о торосы.
  • Второй недостаток воздушных подушек связан с необходимостью толкаться от воздуха. При движении против ветра, в отличие от водоизмещающих судов, скорость ветра вычитается из скорости судна. Предельный ветер для эксплуатации судов на воздушной подушке 12—15 м/c.
  • Следствием использования воздушных винтов является высокая шумность, но при этом шумность меньше чем у аэроботов и аэроглиссеров, которые двигаются в водоизмещающем режиме и вынуждены использовать большую мощность и диаметр винтов.

История

Идею судна на воздушной подушке первым выдвинул в 1716 году шведский философ Эммануил Сведенборг. В 1853 году коллежский асессор Иванов подал на имя главноуправляющего путями сообщений графа П. А. Клейнмихеля рапорт о придуманном им судне, которое нагнетанием воздуха под его дно может плыть со значительной быстротой — «трёхкильном духоплаве». Рассмотрев проект, Департамент проектов и смет отказал изобретателю. В 1875 году идею использования «воздушной смазки» для судов высказал английский изобретатель Уильям Фруд, в 1877 году большое число форм корпусов с выступами и впадинами на днище для создания под ним воздушного пузыря предложил его соотечественник Джон Торникрофт. В 1882 году швед Густав Лаваль запатентовал устройство для подачи сжатого воздуха под судно. Впервые нечто похожее на современные СВП со стенками бортов, изобрел мистер Кутбертсон, в 1897 г., получивший патент на новое судно.

Осенью 1915 года был спущен на воду катер на воздушной подушке австрийского инженера Дагоберта Мюллера фон Томамюля. В том же году француз Шарль Терик сконструировал вагоны без колёс, передвигавшиеся на воздушной смазке (скользуны).

Принцип движения на воздушной подушке разрабатывал Константин Циолковский. В своей статье «Трение и сопротивление воздуха» в 1926 году он писал:

Скорый поезд. Идея предмета. Трение поезда почти уничтожается избытком давления воздуха, находящегося между полом вагона и плотно прилегающим к нему железнодорожным полотном. Необходима работа для накачивания воздуха, который непрерывно утекает по краям щели между вагоном и путём. Она не велика, между тем как подъёмная сила поезда может быть громадна. Так если сверхдавление в одну десятую атмосферы, то на каждый квадратный метр основания вагона придётся подъёмная сила в одну тонну. Это в пять раз больше, чем нужно для лёгких пассажирских вагонов. Не нужно, конечно, колёс и смазки. Тяга поддерживается задним давлением, вырывающегося из отверстия вагона воздуха.

— К. Э. Циолковский «Трение и сопротивление воздуха», Стр. 55—56

Первые в мире опытные катера на воздушной подушке скегового типа были построены в 1934—1939 годах советским конструктором Владимиром Левковым. Целью работ Левкова были предельно быстрые катера для военного применения. Было создано полтора десятка разнотипных судов весом от 1,5 до 15 тонн. Все они были уничтожены во время Великой Отечественной Войны. Левков также экспериментировал с действующими моделями СВП камерного типа, однако эти работы развития не получили.

Британский изобретатель Кристофер Кокерелл патентную заявку на схему судна на воздушной подушке, принципиально новой конструкции, названную им «hovercraft» («парящий аппарат»), подал 12 декабря 1955 года. Первый прототип построенного им судна на воздушной подушке, SR-N1, был построен весной 1959 года и всего несколько недель спустя за 20 минут пересёк Ла-Манш. На этой конструкции основаны все коммерческие и военные суда на воздушной подушке в мире.

К началу XXI века было построено множество экспериментальных судов на воздушной подушке водоизмещением более 150 тонн, которые уже совершали пассажирские и грузовые рейсы.

Одно из первых судов на воздушной подушке с повышенной мореходностью, предназначенных для перевозки пассажиров и грузов через пролив Ла-Манш при волнах высотой до 3 м — английское судно SR.N4, построенное в 1967 г. Оно имеет сопловую схему образования подушки с гибким ограждением высотой 2,1 м. Водоизмещение судна — 167 т, на нём размещается 670 пассажиров (или 174 пассажира и 30 автомобилей). Четыре газовые турбины мощностью по 3130 кВт приводят во вращение 4 вентилятора и 4 винта изменяемого шага. Максимальная скорость над водой — 120 км/ч. Давление создаёт не вентилятор, а турбина. Третья модификация этого судна вместимостью 418 пассажиров и 60 автомобилей была использована для перевозок на острове Уайт.

Ведущим Российским разработчиком судов на воздушной подушке является Центральное конструкторское бюро «Нептун». ЦКБ «Нептун» было основано распоряжением Совета Народных Комиссаров СССР от 31 декабря 1945 года в ведении Народного Комиссариата судостроительной промышленности СССР. В 1958 году в состав ЦКБ «Нептун» было включено опытное производство, расположенное в пос. Водники Московской области, что дало возможность самостоятельно строить опытные образцы судов, спроектированных ЦКБ «Нептун». Суда на воздушной подушке проектировались для судостроительных заводов, где и по нынешний день осуществляется их постройка. Спроектированные ЦКБ «Нептун» суда успешно эксплуатируются как в России, так и за рубежом. По опыту создания СВП специалистами ЦКБ под руководством к.т. н. Г. Е. Андреева написана книга «По воде и по суше» изд. 2002 г., посвященная вопросам проектирования и строительства амфибийных СВП.

За годы плодотворного труда коллективом ЦКБ «Нептун» создано:

  • 1976 г. СВП «Барс» пр. 14660 (8 пассажиров) и его модификации для почтовых служб и поисково-спасательной службы (ЕГА ПСС), построено ок. 40 ед.
  • 1984 г. малое СВП «Гепард» пр. 18800 (5 чел.), построено более 100 ед. и СВП «Пума» 18801, построено более 20 ед.
  • 1986 г. морское СВП «Бизон» г/п 10 т пр. 17481 для Морфлота, построено 3 ед.
  • Несамоходная платформа на воздушной подушке пр. 17482 для Морфлота, построено 6 ед.
  • 1990—1994 г. Малое прогулочное СВП «Соболь» пр. ВП191, построено ок. 30 ед.
  • 1996 г. Морское лоцманское СВП «Рысь» пр. 14661 построена 1 ед.
  • 1998—2000 г. Речное пассажирское СВП «Ирбис» пр. 15063 (32 чел.), построено 4 ед.
  • 2004 г. Морская модификация СВП «Ирбис» пр. 15067, построена 1 ед.
  • 2011 г. КВП «Ямал-730» построено свыше 20 ед.
  • 2014—2015 г. КВП «Пардус» пр. 23320 построено 2 ед.

Пассажирские перевозки

Компания «Hovertravel» использует суда на воздушной подушке для пассажирских перевозок на маршруте Саутси, Портсмут — Райд, Остров Уайт в Англии.

В России маршрутные суда на воздушной подушке используются для перевоза через широкие замерзшие реки, в частности через Волгу в Нижнем Новгороде, Москву-реку между г. Лыткарино и д. Андреевское (Логопром) (2013-2014 г.) , реку Амур между российским Благовещенском и китайским Хэйхэ, в Казани, Самаре.