Текст книги "100 великих чудес техники"

Суда на воздушной подушке

Идея увеличить скорость корабля или катера с помощью «воздушной смазки» родилась еще в конце XIX века. Суть ее заключалась в следующем. Если мощным вентилятором под плоское днище судна нагнетать воздух, то сопротивление воды уменьшится; следовательно, возрастет скорость. А чтобы воздух не «убегал» в стороны, корпус судна нужно оснастить продольными килями – скегами. Впервые реализовать эту идею удалось австрийскому инженеру Дагоберту Мюллеру фон Томамюлю в 1916 году. Созданный им торпедный катер смог развить скорость почти 40 узлов – 74,08 километров в час, мощность мотора составляла 480 лошадиных сил.

Затем возникла новая идея: скеги заменили резиновой «юбкой». Теперь нагнетаемый воздух выходил из-под днища еще медленнее, и получалась настоящая воздушная подушка. Суда такого типа действительно парят над водой, могут «выползать» на берег и даже передвигаться по суше.

Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку – слой сжатого воздуха.

Эта идея и подтолкнула доцента Новочеркасского политехнического института Владимира Левкова к созданию собственной конструкции, правда, не поезда, а катера.

А вот что пишет в журнале «Всемирный следопыт» Станислав Зигуненко: «Начал он, как обычно, с расчетов и строительства моделей. Первая конструкция, построенная молодым ученым-аэродинамиком, напоминала перевернутый таз. Легкий деревянный каркас обтягивала калька, а там, где у обычного тазика полагается быть днищу, стоял электромотор с воздушным винтом. Винт, нагнетая воздух, под «тазиком» создавал повышенное давление. И вся конструкция как бы всплывала над полом, опираясь на воздушную подушку.

Около пяти лет испытывал Левков эту простейшую модель, стараясь понять, как ею можно управлять, какой высоты должна быть создаваемая подушка, чтобы и не расходовалась излишняя мощность, и будущее судно развивало как можно большую скорость…

В 1932 году Левков, уже профессор, начал испытания новой модели. Она имела удлиненную, каплевидную форму, два двигателя: в носу и корме. Маленький аппарат на воздушной подушке легко скользил над кафельным полом аэродинамической лаборатории

Скоро вид модели опять изменился. Она стала похожей на длинную перевернутую коробку со срезанными под углом сторонами. В вырезах в наклонном положении были укреплены электрические двигатели с пропеллерами. Отбрасываемый винтами воздух скапливался под корпусом модели, приподнимал ее. По этой схеме потом Левковым создавались все первые большие аппараты на воздушной подушке».

Весной 1934 года Левков переехал в Москву – его пригласили на работу в Московский авиационный институт (МАИ). Он привез с собой крупную (длиной более двух метров) модель катера на воздушной подушке. Спроектированная по всем правилам строительной механики, она производила приятное впечатление. Бросались в глаза легкость конструкции и прекрасная внешняя отделка модели. Масса ее была всего около шести килограммов.

Для испытания модели в МАИ отвели специальную комнату. В ней устроили неглубокий бассейн. Над ним протянули два провода для питания электромоторов маленького катера. Летал он неплохо. За пару секунд легко переносился от одного борта бассейна к другому.

Затем было организовано Опытное конструкторское бюро во главе с профессором Левковым. Оно приступило к разработке трехместного катера Л-1. Испытания его начались летом 1935 года недалеко от Москвы, на Плещеевом озере.

Масса катера была 1,5 тонны. Его деревянный корпус состоял из двух узких лодок, соединенных платформой. Два авиационных двигателя с винтами нагнетали воздух в пространство, ограниченное платформой и лодками. Управлялся катер с помощью поворотных заслонок – жалюзи, укрепленных под моторами. При вертикальном положении заслонок поток воздуха направлялся вниз, и катер висел неподвижно. Если жалюзи отклонялись назад, реактивная сила двигала катер вперед, отклонялись вперед – давался задний ход. Кроме того, имелось вертикальное и горизонтальное оперение, которое также участвовало в управлении летающим катером.

Этот катер стал прообразом других летающих судов, созданных под руководством Левкова, в частности катера Л-5. Масса его достигала 9 тонн, поскольку его корпус был уже металлическим, дюралевым. Позади кабины водителя и бортмеханика устроили помещение для пассажиров.

Сначала катер испытывали на суше. Смотрели, как он летает. Потом начались морские испытания. Машину попытались сопровождать обычные катера, но вскоре они безнадежно отстали. А когда на мерной миле включили секундомер, то испытатели не поверили собственным глазам: оказалось, что скорость катера – более семидесяти узлов, то есть около 140 километров в час! Испытания также показали, что катер мог столь же свободно пройти над болотом, над заснеженным полем или льдом.

Результатами испытаний весьма заинтересовались военные, и профессор Левков вскоре возглавил специальное конструкторское бюро катеров на воздушной подушке. Строились суда массой до 15 тонн. Проектировались еще большие – до 30 тонн с двумя двигателями.

Так более шестидесяти лет назад в СССР был построен маленький флот из полутора десятков судов на воздушной подушке. К сожалению, в годы Великой Отечественной войны опытные катера, находившиеся на Балтике, погибли. После победы разработки таких судов были продолжены. Но в начале 1954 года профессор Левков умер, и дело застопорилось.

Важным этапом в развитии судов на воздушной подушке стало изобретение в Англии в 1955 году профессором Кристофером Коккереллом сопловой схемы формирования воздушной подушки. Ему же принадлежит изобретение гибких ограждений, которые сразу же были оценены в нашей стране.

В 1959 году в проливе Ла-Манш появилось странное судно с цилиндрической башней посередине. Стартовав из Франции, оно пересекло пролив. Достигнув побережья оно, как ни в чем не бывало, продолжило свой путь. Судно, сконструированное Коккереллом, уступало левковскому вдвое по весу и втрое по скорости.

Теперь суда на воздушной подушке не в диковинку. Над их совершенствованием работают во многих странах. Они признаны весьма перспективным видом транспорта. Их используют в качестве десантных судов в военно-морском флоте, как гражданские паромы, переправляющие людей и автомобили через тот же Ла-Манш.

Одна из самых удачных зарубежных разработок – созданный в Великобритании в 1972 году 33-тонный катер BH-7 «Веллингтон». Он может нести 14 тонн груза и при этом лететь над водой со скоростью около 60 узлов – 111,12 километров в час.

В СССР первыми оценили огромные возможности амфибийных кораблей специалисты ВМФ. После перерыва продолжились работы, начатые Левковым, но на новом уровне финансирования. Была создана база для проектирования и производства десантных кораблей.

Ведущим предприятием России в области создания судов на воздушной подушке является Центральное морское конструкторское бюро «Алмаз».

Первым серийно строящимся стал десантный катер «Скат». Он мог перевозить сорок десантников со скоростью 49 узлов. На их основе были созданы три катера для спасения космонавтов.

За ним последовал «Кальмар», с водоизмещением 114 тонн. Он мог перевозить грузы весом в 37 тонн, со скоростью до 55 узлов.

Всего на «Алмазе» суда строились серийно по десяти проектам. Среди них и десантный корабль «Зубр», грузоподъемность которого составляет 150 тонн, а полное водоизмещение – 550 тонн, скорость полного хода – 60 узлов и 40 – при волнении высотой 2 метра. Специалисты считают, что водоизмещение в 1000 тонн не предел для водоизмещения подобных кораблей, и на практике может быть достигнута скорость до 80 узлов.

В 1987 году в СССР был создан малый ракетный корабль «Бора» – самое крупное в мире судно на воздушной подушке. Ему нипочем даже восьмибалльный шторм, а если море спокойно, он движется со скоростью 53 узла – 98,16 километра в час.

«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.

Первый серийный летающий корабль, вошедший в состав Каспийской флотилии, названный «Орленком», предназначался для проведения десантных операций. «Орленок» создан в 1979 году. Его скорость – 375 километров в час; дальность – 200 километров. Экипаж экраноплана – шесть человек, а полезная нагрузка составляет сорок тонн.

А вскоре в Каспийск был доставлен и его «родственник» – «Лунь», на борту которого размещалось шесть ракетных комплексов «Москит» среднего радиуса действия.

Когда уже сразу три «Орленка» рассекали воды Каспия и барражировали в воздухе, ЦРУ и военное ведомство США озаботились не на шутку. Началась охота за секретами экранопланов спецслужбами многих стран.

В музее завода «Красное Сормово» есть точный макет этого экраноплана – это подарок делегации американских военных специалистов во главе с заместителем министра обороны адмиралом Микаэлем С. Фрэнсисом. Американцы побывали на испытательной базе в 1993 году.

Российское правительство всего за двести тысяч долларов согласилось показать сверхсекретный «Орленок», хотя не могло не понимать, что за полетами будут наблюдать и профессиональные разведчики. Экраноплан фотографировали, снимали на кинопленку. Военспецы из США засыпали конструкторов и испытателей профессиональными вопросами. Они не могли скрыть удивления. Корабль, мчавшийся над морем на высоте два-три метра и потому не засекаемый локаторами, обгонял обычные самолеты, которые следили за испытаниями.

Между тем от бедности и безденежья в Израиль и США стали уезжать те, кто владел более или менее солидной информацией о деятельности ОКБ Алексеева. Однако, как бы там ни было, на благополучном Западе ничего подобного отечественным разработкам до сих пор создать не удалось!

Тем временем в России посчитали, что необходимость в ракетных и десантных экранопланах отпала. Два экраноплана, законсервированные, сохранились в неплохом состоянии, и все еще стоят в Каспийске. Их вполне можно переоборудовать под спасательные суда. Но и для этого нет средств.

Дальнейшая их судьба, судя по всему, печальна. Согласно принятому осенью 2000 года постановлению правительства, и «Лунь», и «Орленок» в числе прочего ненужного армии «хлама» превратят в металлолом, а вырученные скромные средства перечислят в федеральный бюджет.

Как-то Ростислав Евгеньевич Алексеев в сердцах сказал своим самым близким помощникам: «Наша государственная система – главный диверсант. Мы когда-нибудь весьма пожалеем, что доверительно относились к нашим министрам и военным…»

Нижегородские ученые и кораблестроители еще несколько лет назад предлагали провести демонстрационный полет экраноплана «Лунь» вокруг земного шара. Такой необычный шаг позволил бы, по их мнению, привлечь инвестиции для создания принципиально нового для всей планеты вида транспорта. Самое главное, что и европейские банки готовы были профинансировать необычный проект. Тем не менее его по непонятным причинам отклонили. Возможно, из-за соображений секретности. И сегодня большинство научных, технических и конструкторских решений остаются оригинальными и по-прежнему дорого стоят.

«Чтобы увидеть экраноплан, мне не потребовалось ехать в Каспийск, – пишет журналист газеты «Труд» В. Долговоров. – Один "Каспийский монстр", закованный в цепи корабельных стапелей, уже более десяти лет стоит на берегу Волги в эллинге завода. Строящиеся рядом довольно солидные быстроходные суда для пограничников и таможенной службы выглядят на его фоне игрушечными. И неудивительно: верхняя точка хвостовой части корабля, где расположена ходовая рубка, находится на высоте девятиэтажного дома.

Однажды я прочитал заметку, опубликованную в одной из местных газет: "На заводе „Волга“ заканчивается сооружение экраноплана „Спасатель“ – уникального летательного аппарата, предназначенного для оказания помощи людям, попавшим в море в экстремальную ситуацию. В следующем году он пройдет испытания и после этого заступит на вахту". Напечатано это сообщение 22 июля 1995 года. С той поры работы здесь не продвинулись ни на шаг, хотя корабль-самолет находится в 90-процентной готовности.

Для достройки «Спасателя» требуется двести миллионов рублей. На 2000 год было выделено три. Причем финансирует проект почему-то не МЧС России, а, как и прежде, ВМФ с его урезанным бюджетом. Но ведь не только и не столько именно военные корабли терпят бедствия на морях и океанах. Гражданских судов гибнет многократно больше.

Кстати, печальная судьба отечественных экранопланов во многом объясняется как раз нестыковкой ведомственных интересов. Экранопланы, с одной стороны, как бы корабли, но летающие. А значит – чужеродные дитяти для ВВС. А для ВМФ они остаются воздушными судами. Вот так чудо-корабли оказались вне сферы интересов и тех, и других.

При условии базирования в Мурманске экраноплан мог бы вовремя прийти на помощь, к примеру, морякам погибшей в Норвежском море атомной субмарины "Комсомолец". И пассажирам парома "Эстония", когда погибли более семисот человек, можно было помочь – к месту трагедии он долетел бы всего за тридцать минут».

Генеральный директор судостроительного завода «Волга» Виталий Алексеев – однофамилец генерального конструктора экранопланов. В свое время он сам налетал на них немало часов. Алексеев имел немало возможностей убедиться, что экраноплан совершенно безопасен. Так, однажды в ходе испытаний у экраноплана отвалилась корма, но никто не пострадал. В другой раз, когда во время полета отказала гидравлика, корабль без проблем приводнился. После устранения неисправности экраноплан продолжил рейс.

У генерального директора «Волга» есть мечта – создать Всемирную службу спасения, основой которой могли бы стать именно экранопланы. Сегодня помощь терпящим бедствие в морях и океанах приходит, как правило, с большим опозданием. Самолеты могут лишь сбросить потерпевшим спасательный плот. Во время трагедии подводной лодки «Комсомолец» плоты упали в нескольких десятках метров от тех, кто еще держался на плаву. Увы, не все моряки из-за переохлаждения смогли до них добраться.

Недостаток вертолетов – малая вместимость. Что касается спасательных судов, они могут эффективно работать в радиусе около полусотни миль, да и то если шторм невелик.

«Экранопланы, – пишет в своей статье В. Долговоров, – позволяют решить целый комплекс проблем, они оборудованы для этого всем необходимым. На них имеется сложнейшая аппаратура для поиска пострадавших, члены экипажа за пять минут могут развернуть мореходные надувные лодки с подвесными моторами, которых здесь до пятнадцати. А начать движение к цели летающий корабль может уже через четверть часа после получения приказа.

Экраноплану при дрейфе не страшен ураганный ветер силой до 40 метров в секунду, пятиметровой высоты волна: он ведет себя в таком случае как обычный поплавок. Притом не боится удара сильной волны в бок, переворачивающей обычные суда. Крылья его устроены так, что сглаживают волну, а сзади судна образуется тихая бухточка, где и принимают пострадавших. К слову, пятьсот человек – это количество людей, с которыми «Спасатель» может взлететь. Просто взять на борт он может и восемьсот человек, и более, и находиться в штормующем море до прибытия помощи. На это рассчитана система жизнеобеспечения. Кстати, его можно использовать для координации работы других спасательных средств. Задуманный поначалу как машина уничтожения, теперь он с успехом может использоваться как техника для спасения людей. Немаловажно и то обстоятельство, что ему не нужны аэропорты с их дорогостоящим оборудованием – он может приводниться, где захочет экипаж».

По мнению Алексеева, для создания Всемирной службы спасения достаточно оборудовать десять-пятнадцать баз для содержания и обслуживания экранопланов – по два на каждый. Но для решения подобной задачи нужны совместные усилия заинтересованных в этом стран. Сейчас же их действия разрозненны.

До середины 1990-х годов точной классификации этих летательных аппаратов – экраноплан или экранолет – не существовало, так как для них не требовался сертификат летной годности. Создавались такие машины для экспериментов и в военных целях, коммерческих и пассажирских рейсов они не выполняли.

В конце XX века появился Кодекс безопасности для экранопланов, утвержденный Международной морской организацией (ММО). В соответствии с Кодексом все аппараты, использующие экранный эффект, делятся на три типа.

Тип A – экраноплан. Он даже теоретически не может выйти за пределы экранного эффекта.

Тип B – экранолет. Он способен летать за пределами влияния экранного эффекта и даже на короткое время подниматься на ограниченную высоту.

Тип C – экранолет. В нем используется экранный эффект только для взлета и посадки.

Впервые в мире сертификат летной годности получил экраноплан «Амфистар» (тип A), созданный в Нижнем Новгороде под руководством Д.Н. Синицына. «Амфистар» оснащен автомобильным двигателем, имеет автоматическую систему сохранения заданной высоты полета. В 1998 году в Москве успешно прошел испытания экранолет (тип B) «Иволга-2» (главный конструктор В.В. Колганов).