Кто придумал суда на подводных крыльях

Обновлено: 19.04.2024

Концепция подводных крыльев, которая позволила резко увеличить скорость судов, была предложена еще в XIX веке. С тех пор эта конструкция, воплощенная в тысячах кораблей, прошла долгий путь и сейчас широко применяется в судостроении.

Еще в 1869 году парижанин Эммануэль Дени Фарко получил патент с формулой: «Закрепление на бортах и днище судна наклонных плоскостей или клиновидных элементов, каковые при движении судна вперед будут приподнимать его в воде и таким образом снижать лобовое сопротивление». В последовавшие годы было оформлено множество патентов, касавшихся тех или иных способов поднять судно (полностью или частично) над водой, с тем чтобы повысить его скорость или улучшить поведение на волне. Граф де Ламбер, российский гражданин, проживавший в Версале, подал заявку на патент в 1891 году. Он укрепил несколько независимо регулирующихся крыльев (поднимающих плоскостей) по бортам судна, которые по мере роста скорости должны были приподнимать судно над водой. Впрочем, само расположение этих примитивных крыльев в принципе не давало возможности полностью поднять судно над поверхностью воды.

Но настоящая история подводного крыла начинается с итальянского инженера Энрико Форланини. Работы с подводным крылом он начал в 1898 году, и серия модельных испытаний позволила ему вывести математические закономерности. Опираясь на формулы, он приступил к проектированию и строительству полномасштабного судна. Конструкции Форланини отличались «ступенчатым» расположением крыльев. Эксперименты с моделями показали, что подъемная сила пропорциональна квадрату скорости — таким образом, при росте скорости требовалась меньшая площадь крыльев. «Ступенчатая» схема была придумана именно для того, чтобы обеспечить автоматическое уменьшение площади. Экспериментальное судно весило около 1200 кг, на нем стоял 60-сильный двигатель, который приводил в движение два вращающихся в противоположных направлениях воздушных винта. Расчетная скорость судна составляла 90 км/ч, но во время испытаний на озере Маггиоре в Италии в 1906 году была достигнута скорость 68 км/ч.

Самую большую известность ранние эксперименты с подводными крыльями принесли одному американцу, проживавшему в Канаде. Это был Александр Грэхем Белл. Вместе с Фредериком У. (Кейси) Болдвином и Филипом Л. Родесом он разработал и построил несколько судов на подводных крыльях, включая HD-4, оснащенный двумя двигателями Liberty. 9 сентября 1919 года это судно установило официальный рекорд скорости, показав 114 км/ч. Позднее для улучшения ходовых качеств HD-4 в конструкцию было внесено много изменений, однако этот рекорд так и остался официально не превзойденным.

Начальный этап истории судов на подводных крыльях будет неполным, если не отдать должное гению барона Ханса фон Шертеля. Эксперименты «Барона» (так его называли друзья) с судами на подводных крыльях начались в 1927 году. То, что суда на подводных крыльях из ненадежной, неустойчивой экзотической игрушки, способной бегать только «по гладкой воде», превратились в современные безопасные, эффективные, скоростные средства передвижения, — это во многом заслуга фон Шертеля.

Тем временем интерес к судам на подводной подушке снова проснулся в Канаде, и на озере Массауиппи в штате Квебек построили 15-метровый пятитонный катер, основанный на последних проектах Болдуина. После нескольких демонстрационных испытаний при достаточно бурной погоде судно перевезли в Военно-морской исследовательский институт, где оно получило официальное имя R-100. Впрочем, неофициальное имя — «Массауиппи» — использовалось гораздо чаще. Эксперименты с R-100 были сочтены успешными, и канадское правительство решило финансировать постройку еще одного экспериментального судна компанией Saunders-Roe в Англии. R-103 водоизмещением 17 тонн имел алюминиевый корпус (R-100 был полностью деревянным), наборные крылья и стойки из листового алюминия, приклепанные к алюминиевым нервюрам и стрингерам (ранее эти элементы были монолитными). Принципиально по-новому был организован узел движителя — валы трансмиссии через конические шестерни соединялись под прямым углом, дейдвудная труба, как в подвесном моторе, уходила вертикально вниз, а на ее конце находился обтекатель с двумя винтами — сзади и спереди. Эта сложная конструкция радикально отличается от простого длинного и наклонно уходящего вниз вала, как это реализовано в R-100. На борту было установлено два 12-цилиндровых бензиновых двигателя Rolls Royce Griffon мощностью 1500 л.с.

Экспериментальный катер основоположника концепции подводных крыльев Энрико Форланини. Крылья были расположены «этажеркой» (ступенями), и это позволило решить проблему уменьшения площади крыльев с ростом скорости для поддержания постоянной подъемной силы. Во время испытаний на озере Маггиоре катер развил 68 км/ч.

Потом пришли другие времена, и внимание канадских военных сосредоточилось на борьбе с подводными лодками. Роль, которая отводилась в этих стратегических планах судам с подводными крыльями, требовала максимальной подвижности и универсальности. Весьма экономичная альтернатива разработке мощных дальнобойных сонаров, которые устанавливаются на больших кораблях, предполагала развертывание большого количества маломощных аппаратов. В 1964 году был заложен корпус нового судна BRAS D’OR, однако 5 ноября 1966 года прямо в ходе строительных работ в главном машинном отделении случился разрушительный пожар, который чуть не повлек за собой прекращение всей программы. И тем не менее, вопреки всем задержкам и дополнительным финансовым расходам, новое судно с индексом FHE-400 и все тем же именем BRAS D’OR в 1967 году было спущено на воду. В дальнейшем это судно использовалось в испытаниях и экспериментах, а также участвовало во флотских парадах.

Подводные крылья можно разделить на два общих класса – частично и полностью погруженные крылья. Частично погруженные крылья сконструированы так, чтобы их законцовки в крейсерском режиме пронизывали границу вода-воздух. Стойки, связывающие крылья с корпусом судна, должны иметь достатоную длину, чтобы при движении на расчетных скоростях корпус совершенно не касался воды. С ростом скорости растет подъемная сила, вызванная обтеканием подводной части крыла набегающей водой, в результате судно несколько приподнимается, и, соответственно, площадь погруженной части крыла уменьшается. Эта система самостабилизирующаяся: при любой скорости судно приподнимется ровно настолько, насколько нужно, чтобы подъемная сила крыла уравнялась с весом всего судна.

В России, в отличие от США и вообще от всего западного мира, на множестве рек, каналов и озер широко использовались в регулярном судоходстве многие тысячи судов на подводных крыльях. Это легко понять, если учесть, что в огромной стране при общем дефиците автомобилей и автомобильных дорог имеется 150 000 рек и 250 000 озер. «Красное Сормово» в Горьком — одна из старейших судостроительных верфей Советского Союза. На этой верфи помимо разнообразных водоизмещающих судов для речного флота строилось и множество пассажирских судов на подводных крыльях, причем разнообразие моделей не имело аналогов во всем мире. Отцом советских катеров на подводных крыльях был Ростислав Алексеев, который занимался разработкой подобных систем с начала 1940-х годов.

Полностью погруженные подводные крылья находятся ниже поверхности воды. В этой конфигурации система подводных крыльев лишена возможности самостабилизации. В ответ на изменяющиеся условия – скорость судна, вес, волнение – необходимо изменять угол атаки крыльев и их подъемную силу. Основное и неоценимое достоинство системы с полностью погруженными крыльями – возможность практически устранить воздействие волн на судно. Это позволяет относительно небольшому судну на подводных крыльях двигаться на высоких скоростях в условиях морского волнения, причем волны не влияют на комфорт пассажиров и команды, а в военных применениях не мешают использованию боевого снаряжения.

В судах использовался эффект малопогруженного подводного крыла (эффект Алексеева). Подводное крыло Алексеева состоит из двух главных горизонтальных несущих плоскостей — одна спереди и одна сзади. Двугранный угол при схождении или мал, или отсутствует, распределение веса — примерно поровну между передней и задней плоскостями. Погруженное подводное крыло, поднимаясь к поверхности, постепенно теряет подъемную силу, а на глубине, примерно равной длине хорды крыла, подъемная сила приближается к нулю.

Именно благодаря этому эффекту погруженное крыло не способно полностью выйти на поверхность. При этом относительно небольшой гидропланирующий (скользящий по поверхности воды) подкрылок используется для помощи при «выходе на крыло», а также не позволяет судну вернуться в водоизмещающий режим. Эти подкрылки расположены в непосредственной близости к передним стойкам и установлены так, что на ходу касаются поверхности воды, в то время как несущие крылья погружены примерно на глубину, равную длине их хорды. Вся эта система впервые была испытана на небольшом катерке, который приводил в движение 77-сильный автомобильный двигатель.

По расположению крыльев выделяют самолетную схему, схему “утка” и тандем (сверху вниз). Суда принято относить к самолетной (обычной) схеме или схеме “утка”, если 65% веса или более приходится соответственно на носовые или кормовые стойки. Если вес распределен относительно равномерно, эту конфигурацию принято называть “тандем”.

На базе разработок Алексеева в России было построено большое количество коммерческих судов на подводных крыльях: «Ракета», «Стрела», «Спутник», «Метеор», «Комета», «Циклон», «Буревестник», «Восход». Строились и военные суда, в том числе и самое большое судно этого класса в мире — «Бабочка», ему предшествовали «Пчела», «Турья» и «Саранча».

Суть концепции в том, чтобы приподнять корпус судна из воды и поддерживать его в таком положении в динамическом режиме, используя для этого плоскости, которые принято называть подводными крыльями. В результате удается снизить влияние волн и уменьшить энергозатраты при движении с высокой скоростью, часто недостижимой при обычном (водоизмещающем) режиме. Расплачиваться приходится повышенной осадкой на малых скоростях и проблемами устойчивости. Для судов с полностью погруженными крыльями, которые почти совсем «изолируют» корпус судна от влияния волн, но лишены самостабилизации, необходим «автопилот», отслеживающий положение судна и корректирующий подъемную силу крыльев путем изменения угла атаки и отклонением закрылков.

Западная Европа тоже не осталась в стороне. Gustoverft в Голландии, Westermoen в Норвегии, Vosper Thornycroft в Великобритании активно занимаются разработкой и постройкой судов на подводных крыльях. Но самые успешные коммерческие проекты, разработанные и построенные в Западной Европе, — это, безусловно, произведения итальянской Rodriquez Centieri Navali. Среди многих ее изделий стоило бы отметить серию коммерческих судов RHS. С годами суда этой серии росли в размерах и отваживались выходить в те воды, где их крылья, в принципе рассчитанные на скольжение по глади, подвергались таким нагрузкам, каких не найти в речках, озерах и прибрежных лагунах. Чтобы создать приемлемые условия для пассажиров, компания Rodriquez разработала «систему повышения мореходности» (Seakeeping Augmentation System, SAS), которая, как показала практика, весьма успешно борется с вертикальной, килевой и бортовой качкой при достаточно сильном волнении.

Boeing Jetfoil имел водометный движитель, полностью погруженные крылья, крейсерскую скорость в 45 узлов при довольно высокой волне и при этом обеспечивал приличный комфорт для пассажиров.

В начале 1950-х годов нью-йоркская судостроительная фирма Gibbs & Cox объединила усилия с группой специалистов из ВМС США для создания универсального опытного судна на подводных крыльях. Аппарат был построен компанией Bath Iron Works и назван BIW. Это был катер длиной 6 м, шириной полтора и водоизмещением 0,8 т, с 22-сильным подвесным мотором. BIW весьма пригодился для испытания различных компоновок подводных крыльев, систем управления, различных датчиков. Самым важным результатом этой работы явились основы для разработки электрогидравлического автопилота, а также решение построить новое судно этой серии — SEA LEGS («Походка моряка»). Электронный автопилот, содержавший 160 радиоламп, был разработан компанией Draper Laboratory в сотрудничестве с Массачусетсским технологическим институтом. В 1957 году SEA LEGS совершил первый рейс, продемонстрировав отличную мореходность при высокой волне на скоростях до 27 узлов.

Самый быстрый в мире паром. Гибридное судно с передним подводным крылом Superfoil 40, построенное «Морским заводом Алмаз», имеет крейсерскую скорость более 100 км/ч.

Этот успех окрылил корабелов, и в американском флоте всерьез занялись опытными аппаратами на подводных крыльях. Таковы были Little Squirt, Hydrodynamic Test System (HTS), Foil Research Experimental Supercavitating Hydrofoil (FRESH-1). Несколько экспериментальных аппаратов построили фирмы Boeing и Grumman/Lockheed Shipbuilding — High Point (PCH-1), Flagstaff (PGH-1), Tucumcari (PGH-2) и Plainview (AGEH-1). Все аппараты — от Flagstaff водоизмещением 57 т до Plainview водоизмещением 320 т — ясно продемонстрировали возможности и потенциальные применения судов на подводных крыльях в военных операциях. В результате подразделение Boeing Marine Systems построило специально для ВМС США патрульное судно PHM (Patrol Hydrofoil Missile Ship). Согласно планам NATO предполагалось построить 26 таких кораблей, однако Германия и Италия отказались от участия в этом проекте, так что в строй с 1977 по 1982 год вступило всего шесть судов, названных по именам созвездий: PHM-1 PEGASUS («Пегас»), PHM-2 HERCULES («Геркулес»), PHM-3 TAURUS («Телец»), PHM-4 AQUILA («Орел»), PHM-5 ARIES («Овен») и PHM-6 GEMINI («Близнецы»).

Суда, в конструкции которых одновременно используются два или больше способов поддержания на воде (или над водой) в большинстве режимов, принято называть гибридными. Подводные крылья в них используются для формирования подъемной силы, дополняющей обычную плавучесть.
1. Суда на подводных крыльях с малой площадью ватерлинии. Это гибрид принципа подводных крыльев и разработок SWATH (суда с малой площадью по ватерлинии), которые велись в 1970-1980-х годах в Центре военных исследований надводного флота США. Судно состоит из двух корпусов: один полностью погруженный корпус с системой полностью заглубленных крыльев, а над ним еще один корпус, поддерживаемый полностью над водой за счет тонкой и длинной продольной стойки. На малой скорости плавучесть обеспечивается за счет водоизмещения нижнего корпуса, стойки и незначительного сегмента верхнего корпуса. С ростом скорости динамическая подъемная сила крыльев поднимает верхний корпус над водой, и площадь по ватерлинии (горизонтальное сечение тонкой стойки) становится крайне мала. В этом режиме нижний корпус и погруженная часть стойки обеспечивают 70% общей плавучести (за счет водоизмещения), а система крыльев дает остальные 30%. В 1990-х ВМС США профинансировал попытку построить демонстрационную модель под названием QUEST. Компания Maritime Applied Physics Corporation в Балтиморе спроектировала, построила, спустила на воду и успешно испытала это девятиметровое судно водоизмещением 12 тонн. QUEST имел ход в 35 узлов при почти двухметровом волнении. Совсем недавно компания Rodriquez разработала судно Aliswath, использующее похожий принцип. Сообщается, что это большое судно – это будет автомобильный и пассажирский паром – должно сойти на воду уже в 2007 году.
2. Катамаран на подводных крыльях. Основная часть работы над концепцией катамарана с поддержкой за счет подводных крыльев была выполнена усилиями доктора Хоппа, инженера-судостроителя из университета Стелленбош в Южной Африке. Этот гибрид представляет собой катамаран с полностью асимметричными корпусами, между которыми расположено подводное крыло. В английском языке подобные катамараны называются Hydrofoil Supported Catamaran, и обозначаются аббревиатурой HYSUCAT. Варианты этой концепции часто используются при строительстве пассажирских паромов (типа Foilcat).
3. Глиссирующие корпуса/интегрированные крылья. Эта конфигурация была предложена компанией Navatek – именно она разрабатывала и испытывала различные конфигурации глиссирующих корпусов с крыльями в разных комбинациях. С 1996 года проводились успешные демонстрации этого принципа на опытных судах Midfoil и Waverider. Используя компьютерные программы гидродинамических расчетов и привлекая специалистов из Калифорнийского университета в Лонг Бич, Navatek совершила новый шаг в разработке глиссирующих корпусов – интегрированное крыло (Blended Wing Body, BWB). Главное назначение BWB – повышение мореходных и скоростных качеств для уже имеющихся или проектируемых типов судов.
4. Суда с передним крылом. Корма такого судна как бы «волочится» по воде. Типичный пример такого подхода — катамаран Superfoil 40, построенный «Морским заводом Алмаз» по проекту Санкт-Петербургского филиала британской компании MTD (Marine Technology Development) по заказу эстонской компании Linda Lines Express. Это судно является самым быстрым пассажирским паромом в мире, оно способно развивать скорость в 55 узлов (более 100 км/ч), так что поездка по маршруту Таллинн- Хельсинки займет всего 50 минут.

Но вместо того чтобы модернизировать эти корабли, руководство американского флота в 1993 году решило их списать. Позже часть этих катеров распродали с молотка, а часть пустили на лом. С тех пор и по сей день на флоте США только и делают, что строят планы, занимаются «бумажными разработками» и перебирают проекты судов водоизмещением от 615 до 2400 т: Corvette Escort, DBH, PCM, Grumman HYD-2.

В течение 1990-х годов коммерческое направление развивалось своим путем, впитывая в себя новые конструктивные решения из Японии, Норвегии, Швеции, России, Италии и США. Одна из новых российских разработок — судно «Циклон» с крейсерской скоростью 42 узла (78 км/ч) — увеличенный двухпалубный вариант «Кометы», рассчитан на 250 пассажиров и оснащен электронной автоматической системой управления. Еще более новая российская конструкция — судно «Олимпия» — это вершина на пути развития больших судов, способных курсировать на маршрутах практически в открытом море.

Высшие чиновники на Западе хорошо знали о любви генерального секретаря ЦК КПСС к хорошим автомобилям. Поэтому партийный гараж скоро пополнялся скоростными иномарками. Леонид Ильич в свою очередь в долгу не оставался и за технику благодарил техникой. Главы других стран получали в подарок от Брежнева катера на подводных крыльях. Генсек знал, что скоростные суда Алексеева почитают во всем мире. «TechInsider» побывала в Нижнем Новгороде, на родине российских крылатых судов.

Советский Союз — популярная тема для обсуждений. Ведь из былого можно вытянуть и много плохо, и много хорошего. Если у бывших граждан СССР спросить о самых приятных моментах из жизни того времени, многие вспомнят о захватывающей поездке на скоростном судне на подводных крыльях, за которым закрепилось имя «Ракета». Название первой серийной модели, разработанной в Горьком, так подходило судам на подводных крыльях, что вскоре стало нарицательным. И хотя последующие модели теплоходов имели другие имена: «Метеор», «Спутник», «Чайка», — их продолжали по старинке называть «ракетами».

Показательно, что первый рейс «Ракеты» отделяют от другого знаменательного события в истории нашей страны — запуска первого искусственного спутника Земли — менее двух месяцев. Причем, если попробовать провести параллели, между этими двумя достижениями можно найти много схожего. И в этом нет ничего удивительного: нашей стране в тот момент крупно повезло. Разработку космических ракет и водных «Ракет» возглавили две харизматичные личности — Сергей Павлович Королев и Ростислав Евгеньевич Алексеев.

Один под черным парусом

О молодости Алексеева рассказывают любопытную историю. Будучи студентом кораблестроительного факультета Горьковского индустриального института, он увлекался парусным спортом. Причем не просто ходил под парусом, но сам конструировал и строил яхты, готовил их к соревнованиям. С деньгами было туговато, поэтому к одной из гонок Алексеев сшил парус из лоскутов, а чтобы придать яхте солидности, выкрасил парус в черный цвет. Это было ошибкой: жюри заявило, что пираты, мол, в гонках не участвуют, и не допустило экипаж Алексеева к соревнованиям. Но Ростислав не растерялся: когда другие стартовали, он ушел за ними вдогонку, а на финиш пришел первым. Не получив никаких наград, Алексеев возвращался с гонки победителем. А вскоре действительно им стал. Окружающие поражались, как спокойно и настойчиво он шел к достижению своих целей.

Из окон здания ЦКБ по судам на подводных крыльях им. Р.Е. Алексеева открывается прекрасный вид на Волгу. Когда-то здешние инженеры отвлекались от работы, увидев в окнах суда, построенные по их проектам. Сегодня это сложней: на дворе конец октября (не сезон!), да и крылатых судов поубавилось на Волге. Взлетевшие за последнее десятилетие цены на дизельное топливо сильно увеличили стоимость их эксплуатации. Так что во время нашего приезда из окон предприятия можно было увидеть только водоизмещающие суда, медленно проходящие по Волге. Вероятно, почти так же река выглядела в 1943 году, когда неподалеку отсюда, прямо у берега, стояла избушка на понтонах. Каждый вечер после тяжелого рабочего дня в нее приходили два человека и засиживались до поздней ночи. Здесь они мастерили свой первый катер на подводных крыльях. Одним из молодых людей был Алексеев, другим — его помощник Саша Некоркин. Всего за несколько месяцев катер был построен и успешно испытан, и хотя до серийных «Ракет» еще было далеко, Ростислав Алексеев почувствовал, что наконец приблизился к осуществлению студенческой мечты. Ростислав мечтал построить судно, которое изменит представления о водной скорости.

Жажда скорости

Рассказывают, что идею судна на подводных крыльях молодому конструктору подсказали документы ЦАГИ, в которых рассматривались принципы работы крыла в воде. Изучив их, Ростислав понял, что если подводными крыльями приподнять корпус судна над водой, то удастся, во-первых, заметно снизить сопротивление движению, а во-вторых, уменьшить влияние волн. Реализовав эту идею в металле, можно было создать судно, способное развивать впечатляющую скорость даже при скромном по судостроительным меркам двигателе. Выходила двойная экономия — топлива и времени.

Увлекшись этой идеей, кораблестроитель посвятил свою дипломную работу проекту судна на подводных крыльях. Но тут как раз началась война, и судостроительный завод «Красное Сормово», на который был распределен Алексеев, перешел на выпуск танков. Так что строительством скоростных судов пришлось заниматься исключительно в свободное время, которого было крайне мало. Но инженеру улыбнулась удача. Узнав о том, что его талантливый работник посвятил свой диплом оригинальной идее, главный конструктор завода предложил Алексееву заниматься проектом скоростного судна два часа в день.

Из-за разных скоростей обтекания в соответствии с уравнением Бернулли на верхней поверхности подводного крыла создается разрежение, а на нижней – повышенное давление – это приводит к образованию подъемной силы. При уменьшении глубины давление на верхней поверхности крыла растет, так как в пограничной зоне происходит подтормаживание частиц жидкости, в результате подъемная сила уменьшается и судно стабилизируется.

Хотя первый катер на подводных крыльях ходил по воде на высокой скорости, Алексеев быстро понял, что конструктивно это тупиковая модель. Дело в том, что катер требовал управления по углу атаки подводных крыльев. Такая особенность сильно усложняла конструкцию судна и требовала специальной подготовки водителя. Алексеев не знал, что на Западе на тот момент уже существовало несколько моделей судов на подводных крыльях. Но это ему не помешало — скорее, даже помогло. Алексеев изобрел свою собственную оригинальную конструкцию подводных крыльев — малопогруженные саморегулирующиеся, которые, как впоследствии выяснилось, оптимально подходили для движения по рекам. Вскоре за рубежом принцип работы таких крыльев станут называть эффектом Алексеева.

Крылья трех видов

В то время как Алексеев экспериментировал со своими первыми судами, на Западе доминировали модели на V-образных, пересекающих поверхность воды подводных крыльях. Консоли таких крыльев в крейсерском режиме выступали из воды. С ростом скорости судна подъемная сила крыльев увеличивалась, но регулировать угол атаки не требовалось. При увеличении подъемной силы судно вместе с крыльями приподнималось из воды, при этом площадь погруженной части крыла уменьшалась, и в результате подъемная сила уравнивалась с весом судна. Недостаток подобной схемы — сравнительно низкое гидродинамическое качество крыльев, которое вызвано дополнительным сопротивлением от пересечения крылом поверхности воды. К тому же схема с частично погруженными крыльями, как правило, имеет большую осадку.

Не зная о зарубежных разработках Ростислав Алексеев придумал свою конструкцию, тоже самостабилизирующуюся. Как известно, подъемная сила возникает вследствие разности давлений на нижней и верхней поверхностях крыла — из-за разных скоростей обтекания. На верхней поверхности крыла создается разрежение, на нижней же давление повышено. Однако по мере уменьшения глубины давление на верхней поверхности повышается, так как в пограничной зоне происходит подтормаживание частиц жидкости, в результате подъемная сила уменьшается и судно стабилизируется. Предложенная Алексеевым схема оказалась оптимальной для речного транспорта — его суда имели более высокое, по сравнению с зарубежными аналогами, гидродинамическое качество и меньшую осадку, что при движении по рекам было большим преимуществом.

Существует и третья схема — с полностью погруженными подводными крыльями, которая применяется главным образом на морских судах. Морское волнение практически не влияет на их движение. Однако подобная схема не самостабилизирующаяся, и чтобы уравновесить вес судна и подъемную силу при разных скоростях, необходимо изменять угол атаки крыла. Именно из-за сложности автоматизации этого процесса суда с полностью погруженными подводными крыльями перестали быть экзотикой лишь после появления эффективных автоматических систем управления.

Не случайно малопогруженные крылья появились именно в России — иностранные изобретатели работали в основном над морскими скоростными судами. В Советском же Союзе задачи были другие: огромная страна испытывала серьезный недостаток в шоссейных дорогах, и появление речного скоростного транспорта могло решить множество проблем. Заслуга Алексеев в том, что он чрезвычайно быстро понял, какая конструкция будет оптимальной для России, и смог за считанные годы связать города на реках скоростным транспортом.

Триумф водной ракеты

Все свободное время Алексеев посвящал экспериментам с подводными крыльями. В 1946 году он строит свой второй катер, развивавший 87 км/ч! Гидродинамическое качество на этой скорости у аппарата Алексеева составляло 10 (против 5 у глиссеров). Год спустя разработан очередной проект. В нем применена простая схема с двумя малопогруженными подводными крыльями, которая впоследствии использовалась на серийных речных судах конструктора. К 1950 году Алексеев был уже готов приступить к строительству первых в мире серийных судов на малопогруженных подводных крыльях, что в конце концов и привело к появлению первого в нашей стране пассажирского судна на подводных крыльях «Ракета-1». Когда 25 августа 1957 года это судно преодолело 420 км — расстояние от Горького до Казани — за семь часов, многие специалисты отказывались в это верить. Еще больше все удивились цене билетов на «Ракеты»: она оказалась лишь немного выше, чем на обычное водоизмещающее судно. Популярность «Ракет» росла, а заводы наращивали темпы выпуска таких судов. Стало понятно, что идея Ростислава Алексеева, от которой многие профессора и специалисты некогда рекомендовали ему отказаться, оказалась именно тем, что так давно нужно было стране.

Конструкторы Алексеева тем временем не почивали на лаврах. Почти каждый год они представляли новый тип судна. В 1958 году был построен первый «Метеор» — судно с вдвое большей пассажировместимостью, чем у «Ракеты» (120 человек). Оно столь высоко зарекомендовало себя, что выпускается и по сей день! Покорив реки, Ростислав Алексеев решил войти в море. В 1961 году начались регулярные морские рейсы теплохода «Комета». На этом судне Алексеев применил уже другую схему крыльевого устройства — с частично погруженными крыльями, — которая лучше подходила для движения по морю.

Самое красивое судно

Конструктор мечтал о том, чтобы его суда развивали все бЧльшие скорости. Этому мешала существовавшая тогда разобщенность между судостроительной и авиационной промышленностью — порой приходилось подстраиваться под то, что уже имелось в судостроительной отрасли, тогда как существовали более удачные авиационные решения. Часто, однако, выручал авторитет Алексеева — так, главный конструктор смог договориться, чтобы списанные с самолетов газотурбинные двигатели поставлялись на его предприятие. После соответствующей доработки они могли еще многие годы служить на его судах.

Именно благодаря использованию авиационных двигателей Алексееву удалось разработать газотурбоход «Буревестник» — пожалуй, самое красивое в нашей стране судно. Достоинство использования газотурбинных двигателей заключалось в комбинации их малого веса и высокой мощности, которая была так желанна для судов на подводных крыльях. Применение дизельных двигателей мешало судам Алексеевым развить высокие скорости, ведь для их достижения требовалась большая мощность, что в свою очередь приводило к заметному увеличению массы силового агрегата и требовало большего запаса топлива.

На «Буревестнике» конструктор отказался не только от дизельного двигателя, но и от гребного винта, поскольку на высоких скоростях его КПД был недостаточно высоким. Вместо него было установлено два водомета. Используя эти решения, удалось поднять скорость хода до 95 км/ч!

С каждым годом на реках и морях Советского Союза появлялось все больше судов Алексеева, а вскоре все чаще стали поступать заказы из-за рубежа. Постоянные усовершенствования крылатых судов привели к тому, что они стали доступней зарубежных аналогов и при этом дешевле в эксплуатации. Даже американцы приобретали катера Алексеева, чтобы использовать их в Нью-Йорке, и это при том, что в США тогда выпускали собственные аппараты на подводных крыльях. До сих пор около 70% судов на подводных крыльях за рубежом — российские, конструкции Алексеева. Стоит отметить и то, что скоростные суда приносили государству очень неплохой доход: как за счет эксплуатации их на родине, так и от продажи за рубеж. Если советские автомобили часто продавали за рубеж по цене ниже себестоимости (стране нужна была валюта), то суда Алексеева всегда приносили прибыль.

Крылья в погонах

Не могли не обратить внимания на успех скоростных судов Алексеева и военные. Так что вскоре специалистам Алексеева была поручена разработка целого набора грандиозных проектов. Поскольку такие разработки были засекречены, узнать подробности о них непросто. «TechInsider», например, выведала, что в начале 1960-х годов в Горьком разрабатывали проект танка на подводных крыльях. Он не только носился по воде, обгоняя катера, но и был способен метко стрелять с воды прямо при движении. Увы, найти специалистов, работавших над этим удивительным проектом, нам не удалось.

Любопытны пограничные катера «Антарес» с водоизмещением 220 т, которых на рубеже 1970−1980-х годов было построено 12 штук. Каждый из них приводился в движение от двух газотурбинных двигателей мощностью по 7350 кВт и легко развивал скорость в 60 узлов! Это был один из самых интересных проектов последнего времени. В 1980 году Ростислава Евгеньевича не стало, и с его смертью триумфальное шествие наших скоростных судов как будто приостановилось. Свою роль в этом деле сыграл рост цен на топливо, в результате чего себестоимость поездок на таких судах сильно возросла. Окрыленность оказалась нерентабельной. Из-за падения спроса были отменены многие регулярные рейсы, а «ракеты» стали реже встречаться на наших реках.

Но век судов на подводных крыльях не закончился. В ЦКБ им. Алексеева продолжается работа: дизайнеры трудятся над новым обликом крылатых судов, повышают уровень их комфортабельности, а конструкторы прорабатывают возможности применения новых движителей. Например, на смену гребному винту, который применяется на большинстве аппаратов Алексеева, вскоре может прийти очень эффективный водомет, кстати, тоже разработанный в России. Преемники Алексеева верят, что крылатые суда себя еще покажут. Конечно, вряд ли они будут применяться так же широко, как в Советском Союзе, — вдоль рек появились дороги, да и цены на топливо не упадут. Но, с другой стороны, время тоже не дешевеет, а платежеспособность населения растет. Так что вполне возможно, что такие суда появятся, например, на Олимпийских играх в Сочи. Россияне смогут вспомнить юность, а иностранцы — прокатиться на машинах, которые однажды изменили представления о скорости на воде.

«Буревестник», «Спутник», «Комета» и «Метеор» – названия этих советских судов рождали романтические мысли о полёте. Хотя речь шла только о речной поездке. Впрочем, сложно сказать, поездка на судне на подводных крыльях – это и плавание, но в нём есть нечто от полёта. Эти суда, которые в общем виде, именовались ракетами и могли достигать скорости в 150 км/ч (перевозя до 300 пассажиров), были таким же символом СССР 60-х – 80-х годов, как и настоящие космические ракеты, которые бороздили ~~Большой театр~~ космические просторы.

Тяжёлый экономический кризис (если не промышленная катастрофа) 90-х привели к тому, что количество судов этого класса резко сократилось. Сейчас давайте вспомним краткую историю этих необычных судов.

Принцип движения этих судов был двойным. На малой скорости такое судно идёт как обычный корабль, то есть за счёт выталкивающей силы воды (привет Архимеду). Но когда развивает высокую скорость, то за счёт имеющихся у этих судов подводных крыльев возникает подъёмная сила, которая и поднимает судно над водой. То есть судно на подводных крыльях это и судно, и как бы самолёт одновременно. Только летает он «нызенько».

Возможно самым изящным высокоскоростным судном на подводных крыльях был т.н. газотурбоход «Буревестник». Он был разработан ЦКБ СПК Р.Алексеева в городе Горький и при длине в 42 метра мог достигать расчётной скорости 150 км/ч (правда данных о том, что судно когда-либо достигало такой скорости, нет).

Первое (и единственное) экспериментальное судно «Буревестник» было построено в 1964 году.

Оно эксплуатировалось в Волжском пароходстве на Волге по маршруту Куйбышев – Ульяновск – Казань – Горький.

Особую эффектность этому судну придавали два авиационных газотурбинных двигателя по бокам (такие двигатели использовались на самолёте ИЛ-18).

В таком судне путешествие и в самом деле должно было напоминать полёт.

Особым изяществом отличалась капитанская рубка, дизайн которой напоминал дизайн футуристических американских лимузинов 50-х годов (на фото внизу, правда, рубка не «Буревестника», но примерно такая же).

К сожалению, проработав до конца 70-х годов, уникальный 42-метровый «Буревестник» был списан по износу, так и оставшись в единственном экземпляре. Непосредственной причиной списания стала авария 1974 года, когда «Буревестник» столкнулся с буксиром, сильно повредив один бортов и газотурбинный двигатель. После этого восстановлен он был, что называется, «кое-как» и через какое-то время его дальнейшую эксплуатацию сочли нерентабельной.

Другой разновидностью судов на подводных крыльях был «Метеор».

«Метеоры» были поменьше «Буревестника» (34 метра в длину) и не такие скоростные (не более 100 км/ч). Метеоры производились с 1961 по 1991 года и кроме СССР поставлялись также в страны соцлагеря.

Всего было построено четыре сотни теплоходов этой серии.

В отличие от авиационных движков «Буревестника», «Метеоры» летали при помощи дизельных двигателей, приводящих в движение типичные для судов гребные винты.

Панель управления судна:

Но самым знаменитым судном на подводных крыльях следует признать, наверное, «Ракету».

Впервые «Ракета» была представлена в Москве в 1957 году на Международном фестивале молодёжи студентов.

Сам лидер СССР Никита Хрущёв тогда выразился в том духе, что, мол, хватит плавать по рекам в ржавых ваннах, пора путешествовать стильно.

Впрочем, тогда по Москве-реке ходила только первая экспериментальная «Ракета» и после фестиваля она была отправлена в опытную эксплуатацию на Волгну на линию Горький–Казань. Расстояние в 420 км судно преодолевало за 7 часов. Обычное судно шло по тому же маршруту 30 часов. В итоге опыт был признан удачным и «Ракета» пошла в серию.

Ещё одно из известных советских судов – «Комета».

«Комета» представляла из себя морской вариант «Метеора». На этой фотографии 1984 года две «Кометы» в морском порту Одессы:

«Комета» была разработана в 1961 году. Серийно производились с 1964 по 1981 года на Феодосийском судостроительном заводе «Море». Всего было построено 86 «Комет» (в том числе 34 на экспорт).

Одна из доживших до наших дней «Комет» в ярком оформлении:

К началу 70-х годов «Ракеты» и «Метеоры» уже считались устаревшими судами и им на смену был разработан «Восход».

Первое судно серии было построено в 1973 году. Всего было построено 150 «Восходов», часть которых пошла на экспорт (Китай, Канаду, Австрию, Венгрию, Нидерланды и др). В 90-х годах производство «Восходов» было остановлено.

«Восход» в Нидерландах:

Из других типов судов на подводных крыльях стоит вспомнить «Спутник».

Это был воистину монстр. На момент постройки первого судна «Спутник» (октябрь 1961 года) это было самое большое в мире пассажирское судно на подводных крыльях. Его длина составляла 47 метров, а пассажировместимость – 300 человек!

«Спутник» сперва эксплуатировался на линии Горький – Тольятти, но потом из-за своей низкой посадки был переведён в низовья Волги на линию Куйбышев – Казань. Но на этой линии он проходил всего три месяца. В одном из рейсов судно столкнулось с топляком, после чего несколько лет простояло в судоремонтном заводе. Сперва его хотели разрезать на металлолом, но потом решили установить на набережной Тольятти. «Спутник» был поставлен рядом с речным вокзалом, где в нем разместилось кафе с одноимённым названием, которое своим видом продолжает радовать (или пугать) жителей Автограда (пруф).

Морской вариант «Спутника» назывался «Вихрь» и предназначался для плавания при волне до 8 баллов.

Также стоит вспомнить судно «Чайка», которое было создано в единичном экземпляре и брало на борт 70 пассажиров, но зато развивало скорость до 100 км/ч

Ещё из редких нельзя не отметить «Тайфун»…

Рассказа о советских судах на подводных крыльях был бы неполным без рассказа о человеке, который посвятил свою жизнь созданию этих судов.

Ростислав Евгеньевич Алексеев (1916–1980) – советский кораблестроитель, создатель судов на подводных крыльях, экранопланов и экранолётов. Конструктор яхт, призёр всесоюзных соревнований, мастер спорта СССР.

К идее судов на подводных крыльях он пришёл во время работ в ходе войны (1942) по созданию боевых катеров. Его катера не успели принять участие в войне, но в 1951 году Алексеев за разработку и создание судов на подводных крыльях был удостоен Сталинской премии второй степени. Именно его коллектив в 50-х создал «Ракету», а затем, начиная с 1961 года, чуть ли не каждый год новый проект: «Метеор», «Комета», «Спутник», «Буревестник», «Восход». В 60-х Ростислав Евгеньевич Алексеев начал работы по созданию т.н. «экранопланов» – судов для ВДВ, которые должны были парить над водой на высоте в несколько метров. В январе 1980 года при испытаниях пассажирского экранолёта, который должен был войти в строй к Олимпиаде-80, Алексеев получил тяжёлые травмы. От этих травм он скончался 9 февраля 1980 года. После его смерти к идее экранопланов больше не возвращались.

А сейчас предлагаю ещё немного фотографий этих безумно красивых судов на подводных крыльях:

Построенная в 1979 году «Комета-44» сегодня эксплуатируется в Турции:

Двухэтажный монстр «Циклон»

Кладбище судов возле Перми.

Бар «Метеор» в городе Канев (Украина)

Красный «Метеор» в Китае

Но даже сегодня эти суда проектов 60-х годов смотрятся вполне футуристично.

Но. "Метеоры" до сих пор ходят по Неве до Петергофа, и "Кометы" от Петрозаводска до Кижей.
И все же, конечно, "густаная история": вот так в 1990-е РАЗБАЗАРИЛИ народное достояние!
Видеть, очень уж кому-то приглянулись Сормовские верфи!
Оригинал взят у paradoxov в История советских судов на подводных крыльях

«Буревестник», «Спутник», «Комета» и «Метеор» – названия этих советских судов рождали романтические мысли о полёте. Хотя речь шла только о речной поездке. Впрочем, сложно сказать, поездка на судне на подводных крыльях – это и плавание, но в нём есть нечто от полёта. Эти суда, которые в общем виде, именовались ракетами и могли достигать скорости в 150 км/ч (перевозя до 300 пассажиров), были таким же символом СССР 60-х – 80-х годов, как и настоящие космические ракеты, которые бороздили Большой театр космические просторы.

Первое (и единственное) экспериментальное судно «Буревестник» было построено в 1964 году.

Оно эксплуатировалось в Волжском пароходстве на Волге по маршруту Куйбышев – Ульяновск – Казань – Горький.

В таком судне путешествие и в самом деле должно было напоминать полёт.

Другой разновидностью судов на подводных крыльях был «Метеор».

Всего было построено четыре сотни теплоходов этой серии.

Панель управления судна:

Но самым знаменитым судном на подводных крыльях следует признать, наверное, «Ракету».

Впервые «Ракета» была представлена в Москве в 1957 году на Международном фестивале молодёжи студентов.

Ещё одно из известных советских судов – «Комета».

Одна из доживших до наших дней «Комет» в ярком оформлении:

«Восход» в Нидерландах:

Из других типов судов на подводных крыльях стоит вспомнить «Спутник».

Морской вариант «Спутника» назывался «Вихрь» и предназначался для плавания при волне до 8 баллов.

Ещё из редких нельзя не отметить «Тайфун»…

А сейчас предлагаю ещё немного фотографий этих безумно красивых судов на подводных крыльях:

Построенная в 1979 году «Комета-44» сегодня эксплуатируется в Турции:

Двухэтажный монстр «Циклон»

Кладбище судов возле Перми.

Бар «Метеор» в городе Канев (Украина)

Красный «Метеор» в Китае

Но даже сегодня эти суда проектов 60-х годов смотрятся вполне футуристично.

«Ракета» – первое советское пассажирское судно

Экспериментальный катер ВМС США

Тем временем интерес к судам на подводной подушке снова проснулся в Канаде, и на озере Массауиппи в штате Квебек построили 15-метровый пятитонный катер, основанный на последних проектах Болдуина. После нескольких демонстрационных испытаний при достаточно бурной погоде судно перевезли в Военно-морской исследовательский институт, где оно получило официальное имя R-100. Впрочем, неофициальное имя — «Массауиппи» — использовалось гораздо чаще. Эксперименты с R-100 были сочтены успешными, и канадское правительство решило финансировать постройку еще одного экспериментального судна компанией Saunders-Roe в Англии. R-103 водоизмещением 17 тонн имел алюминиевый корпус (R-100 был полностью деревянным), наборные крылья и стойки из листового алюминия, приклепанные к алюминиевым нервюрам и стрингерам (ранее эти элементы были монолитными). Принципиально по‑новому был организован узел движителя — валы трансмиссии через конические шестерни соединялись под прямым углом, дейдвудная труба, как в подвесном моторе, уходила вертикально вниз, а на ее конце находился обтекатель с двумя винтами — сзади и спереди. Эта сложная конструкция радикально отличается от простого длинного и наклонно уходящего вниз вала, как это реализовано в R-100. На борту было установлено два 12-цилиндровых бензиновых двигателя Rolls Royce Griffon мощностью 1500 л.с.

Принцип подводного крыла

Суть концепции в том, чтобы приподнять корпус судна из воды и поддерживать его в таком положении в динамическом режиме, используя для этого плоскости, которые принято называть подводными крыльями. В результате удается снизить влияние волн и уменьшить энергозатраты при движении с высокой скоростью, часто недостижимой при обычном (водоизмещающем) режиме. Расплачиваться приходится повышенной осадкой на малых скоростях и проблемами устойчивости. Для судов с полностью погруженными крыльями, которые почти совсем "изолируют" корпус судна от влияния волн, но лишены самостабилизации, необходим "автопилот", отслеживающий положение судна и корректирующий подъемную силу крыльев путем изменения угла атаки и отклонением закрылков.

Суда, в конструкции которых одновременно используются два или больше способов поддержания на воде (или над водой) в большинстве режимов, принято называть гибридными. Подводные крылья в них используются для формирования подъемной силы, дополняющей обычную плавучесть.
1. Суда на подводных крыльях с малой площадью ватерлинии. Это гибрид принципа подводных крыльев и разработок SWATH (суда с малой площадью по ватерлинии), которые велись в 1970-1980-х годах в Центре военных исследований надводного флота США. Судно состоит из двух корпусов: один полностью погруженный корпус с системой полностью заглубленных крыльев, а над ним еще один корпус, поддерживаемый полностью над водой за счет тонкой и длинной продольной стойки. На малой скорости плавучесть обеспечивается за счет водоизмещения нижнего корпуса, стойки и незначительного сегмента верхнего корпуса. С ростом скорости динамическая подъемная сила крыльев поднимает верхний корпус над водой, и площадь по ватерлинии (горизонтальное сечение тонкой стойки) становится крайне мала. В этом режиме нижний корпус и погруженная часть стойки обеспечивают 70% общей плавучести (за счет водоизмещения), а система крыльев дает остальные 30%. В 1990-х ВМС США профинансировал попытку построить демонстрационную модель под названием QUEST. Компания Maritime Applied Physics Corporation в Балтиморе спроектировала, построила, спустила на воду и успешно испытала это девятиметровое судно водоизмещением 12 тонн. QUEST имел ход в 35 узлов при почти двухметровом волнении. Совсем недавно компания Rodriquez разработала судно Aliswath, использующее похожий принцип. Сообщается, что это большое судно – это будет автомобильный и пассажирский паром – должно сойти на воду уже в 2007 году.
2. Катамаран на подводных крыльях. Основная часть работы над концепцией катамарана с поддержкой за счет подводных крыльев была выполнена усилиями доктора Хоппа, инженера-судостроителя из университета Стелленбош в Южной Африке. Этот гибрид представляет собой катамаран с полностью асимметричными корпусами, между которыми расположено подводное крыло. В английском языке подобные катамараны называются Hydrofoil Supported Catamaran, и обозначаются аббревиатурой HYSUCAT. Варианты этой концепции часто используются при строительстве пассажирских паромов (типа Foilcat).
3. Глиссирующие корпуса/интегрированные крылья. Эта конфигурация была предложена компанией Navatek – именно она разрабатывала и испытывала различные конфигурации глиссирующих корпусов с крыльями в разных комбинациях. С 1996 года проводились успешные демонстрации этого принципа на опытных судах Midfoil и Waverider. Используя компьютерные программы гидродинамических расчетов и привлекая специалистов из Калифорнийского университета в Лонг Бич, Navatek совершила новый шаг в разработке глиссирующих корпусов – интегрированное крыло (Blended Wing Body, BWB). Главное назначение BWB – повышение мореходных и скоростных качеств для уже имеющихся или проектируемых типов судов.
4. Суда с передним крылом. Корма такого судна как бы "волочится" по воде. Типичный пример такого подхода - катамаран Superfoil 40, построенный "Морским заводом Алмаз" по проекту Санкт-Петербургского филиала британской компании MTD (Marine Technology Development) по заказу эстонской компании Linda Lines Express. Это судно является самым быстрым пассажирским паромом в мире, оно способно развивать скорость в 55 узлов (более 100 км/ч), так что поездка по маршруту Таллинн- Хельсинки займет всего 50 минут.

Модель Jetfoil компании Boeing была запущена в производство в середине 1970-х и хорошо послужила во многих частях света. По тем временам это был верх совершенства для коммерческих аппаратов на подводных крыльях. В 1989 году Kawasaki приобрела у Boeing лицензию и наладила собственный выпуск модели Jetfoil. Многие аппараты из этой серии до сих пор служат в окрестностях Гонконга. Там же, в Японии, компания Mitsubishi сконструировала и построила несколько пассажирских судов на подводных крыльях, названных Rainbow.

В Швеции и Норвегии аппараты с катамаранным корпусом и крыльями, установленными на относительно коротких стойках, например Foilcat 2900 компании Westamarin, эксплуатировались на балтийских линиях.

В 1994 году итальянская компания Rodriquez выпустила Foilmaster — еще один пример тщательной компоновки толкающего винта с соответствующим профилем крыла для достижения максимальных характеристик, но с традиционной компоновкой кормовых винтов, приводимых в движение длинным наклонным валом.

Автор статьи — эксперт консультационной фирмы High Performance Marine Vehicle, автор книг «Ships That Fly» и «Hybrid Ships and Craft — A New Breed».

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: