Идея создания «воздушной подушки»

Идея создания «воздушной подушки» для уменьшения сопротивления воды движению судна не нова. Еще в 1875 г. английский ученый В. Фруд предложил для уменьшения сопротивления трения создать между корпусом судна и водой тонкую прослойку воздуха. Осуществить идею Фруда пытался в 1885 г. шведский инженер Г. Ла-валь, но его попытки не увенчались успехом.
Примерно через 40 лет принцип движения на воздушной подушке был теоретически обоснован К. Э. Циолковским в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд», где предложена бесколесная конструкция поезда и новое строение пути.
Установленные К. Э. Циолковским зависимости между высотой подъема вагона, его весом и расходом энергии лежат в основе современной теории судов на воздушной подушке (СВП).
Применив теоретические исследования К. Э. Циолковского в судостроении, профессор Новочеркасского политехнического института В. И. Левков в 1927—1934 гг. разработал проект, по которому в 1934—1935 гг. было построено несколько катеров на воздушной подушке, показавших рекордные по тому времени скорости хода.
В настоящее время разработано и построено много судов на воздушной подушке, среди них и любительские суда. В 1963 г. в Австралии на о. Барли Гриффин состоялись первые международные гонки любительских СВП.
Такие суда поднимаются над водой в результате нагнетания вентилятором под днище судна воздуха с давлением, несколько превышающим атмосферное. Подъем судна над водой (или над землей, так как СВП — амфибии) будет продолжаться до тех пор, пока усилие, создаваемое давлением воздуха от вентилятора, не уравновесит вес судна. При подъеме судна между поверхностью воды и его днищем образуются щели; производительность вентилятора компенсирует вытекание воздуха из-под купола подушки. Судно будет держаться на воздушной подушке, пока не прекратится подача воздуха от вентилятора.
Изучение взлета и посадки самолетов позволило обнаружить влияние близости поверхности (земли или воды) на аэродинамические характеристики крыла. Было установлено, что при полете в непосредственной близости от экранирующей поверхности подъемная сила крыла возрастает, а сопротивление воздуха движению уменьшается.
Эффект близости экрана оказался настолько ощутимым, что возникла идея использования его для создания экранопланов [6].
Экраноплан — это еще не самолет, так как не может подняться над опорной поверхностью воды более, чем на 5—40 см, но уже и не глиссер, потому что движется, не соприкасаясь с водой. Мощность, необходимая для движения в режиме экраноплана, примерно в три раза меньше мощности для движения в режиме глиссирования.
По мере возрастания скорости глиссирующего судна для образования гидродинамической силы поддержания требуется все уменьшающаяся поверхность днища, опирающаяся на воду. Если придать подводной части глиссера профиль нижней плоскости крыла самолета и приложить нагрузку в 30—50 кг/л2, то при угле атаки 2—8° под воздействием аэродинамической силы, возникающей между поверхностью воды и днищем глиссера, он оторвется от воды и будет продолжать движение по воздуху.
Первый экраноплан-аэросани был построен в Финляндии Т. Каа-рио в 1935 г. При полезной нагрузке 80 кг с двигателем мощностью 16 л. с. и воздушным винтом он двигался по снегу со скоростью 22,4 км/ч. Аэросани Т. Каарио постройки 1962 г. с двигателем мощностью 50 л. с. при полном весе 500 кг и высоте движения над льдом 15 см развили скорость 80 км/ч.
Экраноплан американской фирмы Локхид, построенный в 1963 г. (полный вес 680 кг, полезная нагрузка 200 кг, двигатель мощностью 50 л. с), с гребным винтом при опорной поверхности 18,3 м2 показал ' скорость 83 км/ч. В США на экраноплане с двигателем мощностью 75 л. с. В. Б. Корягин достиг скорости ПО км/ч, а Н. Диккинсон — 139 км/ч на судне такого типа, но с двигателем мощностью 190 л. с. В СССР любительское судно-экраноплан построено под руководством Ю. А. Будницкого группой студентов Одесского института инженеров морского флота в 1965 г. Полный вес экраноплана — 450 кг (полезная нагрузка — 100 кг), длина 5 м, ширина 3,2 м, расчетная скорость ПО км/ч, установлено два мотоциклетных двигателя по 18 л. с. с воздушными винтами.
Появление судов на подводных крыльях, воздушной подушке и гибрида глиссера и самолета — экраноплана позволило при одинаковой относительной скорости значительно уменьшить удельное сопротивление воды движению — RID. Это хорошо видно на графике рис. 13; удельное сопротивление RID (где R — сопротивление, D — водоизмещение судна) по мере подъема корпусов судов над водой уменьшается.
Борьба за скорость стала особенно интенсивной во второй трети XX века. Этот период отличается резким ростом скоростей всех видов транспорта. Однако если в авиации скорости далеко перешагнули за звуковой барьер, то на воде, за исключением отдельных рекордных судов, скорости обычно не превышают 60—130 км/ч.
Вместе с тем конструкции гоночных судов быстро прогрессируют и, безусловно, оказывают положительное влияние на общее развитие малотоннажного судостроения — в этом техническое значение зародившегося на грани XIX и XX вв. водно-моторного спорта.
История рекорда скорости на воде неразрывно связана с соревнованиями за интернациональный Британский приз, учрежденный в 1903 г. К состязаниям за этот приз допускались моторные лодки любых типов, но с единственным условием: лодки и двигатели должны быть построены в стране, под флагом которой выступал гонщик.