Устройство, принцип действия, управление, технологии
Лодки или суда на воздушной подушке (СВП) давно перестали быть экзотикой. Они используют особый способ передвижения, для которого неважен тип опорной поверхности. Благодаря этому СВП одинаково свободно перемещаются по воде, льду, снегу, заболоченной местности, песчаным отмелям и пологим береговым склонам. В отличие от других типов амфибий, СВП не касаются поверхности, по которой движутся, а парят над ней, поэтому граница между водой и сушей или разными типами грунта для них незаметна. Это объясняет востребованность такого транспорта для решения экстренных задач (например, в ходе спасательных или полицейских операций), а также в сложных природно-климатических условиях. В этой статье мы расскажем, как устроены, как работают и где применяются лодки на воздушной подушке.
Что такое судно на воздушной подушке?
СВП — это транспортное средство, которое движется не по воде или земле, а парит над ними, опираясь на сжатый воздух. В отличие от обычных катеров или глиссеров, СВП не имеет постоянного контакта с поверхностью, что резко снижает сопротивление трения и позволяет двигаться по сложным ландшафтам, отталкиваясь от воздушной струи. Можно сказать, что СВП — это гибрид авиационного и водного транспорта.
Устройство и принцип действия СВП
Как создается воздушная подушка
Воздушная подушка — это область повышенного давления между днищем судна и опорной поверхностью. Ее создают мощные центробежные нагнетатели или осевые вентиляторы (зависит от типа СВП), которые нагнетают большой объем воздуха под днище, а сами приводятся в движение двигателем.
Чтобы подушка была устойчивой и однородной по давлению, пространство под днищем ограничено по периметру специальным ограждением — гибкой юбкой или жесткими скегами (тоже зависит от типа СВП). Разница давлений создает подъемную силу, которая приподнимает судно над поверхностью на несколько десятков сантиметров и удерживает в таком положении, пока работает двигатель. При этом сопротивление трения практически исчезает.
От левитации к поступательному движению
Чтобы сдвинуть парящее судно с места и разогнать его, используется воздушный винт, который чаще всего установлен внутри аэродинамического кольца. Такая конструкция называется «импеллер», она позволяет создать направленный поток и облегчает управление им, снижает потери мощности и увеличивает КПД. Винт (один или несколько) приводится в движение маршевым двигателем.
Например, лодка на воздушной подушке «Север СВП750К» оснащена шестилопастным винтом «Марлин» диаметром 2040 мм, который изготовлен из авиационного углепластика и с минимальным зазором установлен внутри закрытого алюминиевого аэродинамического кольца. Разработанный конструкторами КАЗ «Север» импеллер на 20 % увеличивает тягу по сравнению с винтом без ограждения. Это позволяет СВП разгоняться до 70–90 км/ч на воде, а по льду или укатанному снегу двигаться еще быстрее.
Маневрирование: как управлять парящим аппаратом
Управление СВП — это искусство контроля вектора воздушного потока. Поскольку судно не имеет контакта с поверхностью, традиционные рули не работают. Основных способ изменения курса три:
- Аэродинамические (воздушные) рули — самое распространенное, простое и надежное решение. За ходовым винтом устанавливают поворотные ламели, которые отклоняются при повороте штурвала и меняют направление воздушного потока. Это создает боковую силу, которая поворачивает судно. На СВП «Север» рули установлены прямо на корпусе аэродинамического кольца, а для легкости управления используется гидравлический привод.
- Поворотные импеллеры: вся движительная установка (винт в кольце) смонтирована на поворотном основании и может вращаться вокруг вертикальной оси. Это обеспечивает лучшую маневренность, вплоть до возможности разворота на месте и даже (на некоторых СВП) движения боком. Однако такая система очень сложна в реализации и применяется в основном на крупных морских судах.
- Дифференциальное управление тягой. На судах с двумя и более ходовыми винтами иногда используется раздельное управление тягой: можно замедлить винты с одного борта и таким образом создать боковое усилие. Судно поворачивается, как танк на гусеницах. Этот способ маневрирования обычно применяют в комбинации с другими, но он требует высокой квалификации судоводителя.
Остановка и зависание
СВП отличается характером движения и особенностями управления от любого другого судна, включая классические аэролодки (глиссеры). В частности это относится к маневрированию на месте:
- Остановка и выбег. При снижении тяги ходового винта лодка постепенно теряет скорость. Однако из-за крайне низкого трения у СВП может быть длинный выбег — тормозной путь. Поэтому на больших и тяжелых судах со значительной инерцией иногда применяют реверс тяги — изменение шага лопастей импеллера или разворот рулей, которые перенаправляют поток воздуха вперед для создания тормозного усилия.
- Зависание — уникальная способность СВП. Это состояние, когда судно удерживается над поверхностью за счет воздушной подушки при выключенном ходовом винте и неподвижно парит в заданной точке. Для этого нужен раздельный привод нагнетателей и ходового винта (об этом ниже) либо система размыкания привода последнего.
Зависание часто бывает необходимо при проведении спасательных работ или, например, погрузке и выгрузке грузов или посадке/высадке пассажиров в условиях отсутствия причала (у берега, на льдине). На особо сложных участках пути зависание позволяет судоводителю остановить СВП для оперативной оценки обстановки, не садясь на воду или на грунт.
Классификация судов на воздушной подушке
СВП делятся на виды по нескольким ключевым признакам: типу ограждения воздушной подушки, конструкции движителя, габаритам (водоизмещению) и назначению. Эти особенности определяют возможности СВП, их проходимость и сферу применения.
По типу ограждения воздушной подушки
- СВП с гибким ограждением (юбкой)
Конструкция: по периметру днища установлена эластичная «юбка» из многослойного армированного материала (например, полиуретана или прорезиненной ткани). Она образует гибкий барьер, удерживающий воздух.
Принцип работы: юбка облегает неровности поверхности (кочки, волны), минимизируя утечку воздуха. Это позволяет создавать и поддерживать стабильную подушку даже на довольно сложном рельефе.
Преимущества: более высокие проходимость и амфибийность. Лучше подходят для движения по сильно пересеченной местности, легче выходят берег с большим перепадом высот. Мягкий ход: гибкая юбка амортизирует удары о мелкие препятствия.
Недостатки: повышенный износ — юбка подвержена истиранию, порезам и проколам, может цепляться за серьезные препятствия. Сложность управления на ветру из-за высокой парусности юбки. Снижение курсовой устойчивости (по сравнению со скеговыми моделями).
Сфера применения: спасательные операции в труднодоступных местах, военно-десантные суда, экспедиционная техника для сложного рельефа.
- Скеговые СВП
Конструкция: воздушная подушка ограничена с боков жесткими или надувными поплавками — скегами. Скеги имеют вытянутую форму и расположены вдоль бортов таким образом, что судно по конфигурации представляет собой катамаран. С носа и кормы подушку закрывают гибкие или жесткие элементы ограждения.
Принцип работы: погруженные в воду скеги, обеспечивают боковую остойчивость и работают как борта катамарана. Судно движется, опираясь на подушку и на скеги.
Преимущества: отличная курсовая устойчивость, СВП ведет себя на воде более предсказуемо, как обычное судно. Высокая мореходность: скеги эффективно гасят бортовую качку при волнении. Простота управления и малая парусность (низкий борт над водой).
Недостатки: ограниченная амфибийность — для выхода на берег с жесткими скегами требуются специальные приспособления, преодоление высоких препятствий затруднено. Проходимость по суше ниже, чем у СВП с гибким ограждением.
Сфера применения: пассажирские и грузовые перевозки, организация паромных переправ, боевые корабли. Самые большие и тяжелые морские СВП строят по скеговой схеме.
- Комбинированные решения
Не всякое СВП в точности соответствует одной из вышеописанных конструктивных схем. Существуют также различные комбинированные решения, которые разрабатывают для улучшения эксплуатационных параметров судна.
Например, компания «Север» использует усовершенствованную скегово-баллонную схему тримарана. Под днищем лодки расположены три продольных ряда надувных двухъярусных скегов большого объема — два боковых и один центральный — из пятислойного армированного термопластичного полиуретана. Из этого же материала, устойчивого, к проколам, порезам и истиранию, делают носовое и кормовое гибкое ограждение, а также боковую защиту.
Центральный ряд не только обеспечивает дополнительную опору и повышенную плавучесть, но и делит подушку на два независимых объема, в каждый из которых воздух подается отдельным центробежным нагнетателем. Это улучшает остойчивость и управляемость судна. Для большей надежности боковые баллоны верхнего яруса разделены на 5 независимых секций каждый, а давление и геометрию подушки контролирует система автоподкачки. Поэтому судно способно сохранять остойчивость даже при локальных повреждениях.
По схеме силовой установки и движителя
- Одномоторная схема
Один общий двигатель через трансмиссию приводит в движение и нагнетатели воздушной подушки, и ходовые винты. Такая система проще, дешевле, легче (по весу) и экономичнее расходует топливо. Основные недостатки — ограниченное использование потенциала двигателя (т. к. ходовой винт и нагнетатели работают на разных оборотах) и невозможность зависания, поскольку остановка двигателя приведет к потере давления в подушке.
- Двухмоторная (раздельная) схема
Маршевый двигатель отвечает только за привод ходового винта, а нагнетатели приводит в движение отдельный двигатель. Это дает максимальную эффективность, поскольку каждый агрегат работает в своем оптимальном режиме. Плюс реализовано «полноценное» зависание: можно заглушить маршевый двигатель, оставаясь на подушке. При этом стоимость судна будет несколько выше, а расход топлива больше.
В качестве примера рассмотрим лодку «Север СВП750К», которая выпускается как в одномоторном исполнении с двигателем Chevrolet LS-3 (6,2 л, 430 л. с.), так и в двухмоторном. В последнем случае приводом для нагнетателей служит двигатель ВАЗ-21127. В одномоторного исполнении частота вращения маршевого двигателя ограничена 4000 об/мин, в двухмоторном он может работать на повышенных оборотах (до 6000 об/мин), обеспечивая большую тягу.
В общем случае схемы могут быть и сложнее, с несколькими двигателями, ходовыми винтами и т. д. Например, на СВП «Север-20», разработанном для магистральных перевозок, установлена двухдвигательная дизельная силовая установка общей мощностью 860 л. с. и два ходовых винта (подробнее об СВП «Север» можно узнать из этой статьи). Кроме того, на больших морских СВП иногда используются не центробежные нагнетатели, а осевые вентиляторы большого диаметра, направленные вниз и установленные прямо в днище судна.
По размеру и назначению
Здесь нет какой-то четкой градации, не считая стандартной классификации морского и речного регистров, которой СВП подчиняются, как и любые другие суда. Все зависит от целей, для которых лодка разработана и используется.
Так, «Север СВП750К» — это компактное универсальное судно вместимостью до 12 пассажиров или 1,5 т груза, оно подойдет для туризма, перевозки вахтовиков, патрулирования, спасательных операций и пр.
СВП «Север-20» крупнее и рассчитано на перевозку до 20 пассажиров, в т. ч. на регулярных маршрутах в труднодоступных регионах. Двухдвигательная конфигурация позволяет уверенно работать в условиях Арктики и сохранять высокую скорость даже при полной загрузке.
Встречаются крупные пассажирские и грузовые СВП длиной 15–30 м и более. Чаще скеговые, с мощными дизельными или газотурбинными установками. А большие военно-транспортные корабли и морские паромы-гиганты на воздушной подушке способны перевозить сотни пассажиров и десятки тонн груза между материком и островами.
По своему назначению суда на воздушной подушке можно условно разделить на общегражданские, военные и специализированные. Например, патрульно-пограничные с усиленным корпусом, турелями для вооружения, спецсвязью и прожекторами; научно-исследовательские с площадками для лабораторного оборудования, пробоотборников и кран-балок; грузовые платформы максимально упрощенной конструкции для перевозки габаритных грузов и техники в условиях бездорожья и пр.
Особенно широко СВП применяются в труднодоступных регионах, где возможности обычного транспорта, включая авиацию, ограничены. В Арктике и на приполярных территориях они используются для обеспечения удаленных метеостанций, научных баз, поселений и промышленных объектов (например, нефтегазовых месторождений) в условиях полного бездорожья. В некоторых регионах СВП становятся единственным средством передвижения в межсезонье, когда на реках и водоемах по льду на колесах перемещаться уже опасно, а навигация еще не открылась.
Лодки на воздушной подушке — уникальный транспорт, объединяющий технологии авиа- и судостроения. Они обеспечивают мобильность и транспортную связность в условиях, когда другие решения неприменимы. СВП «Север» воплощают лучшие инженерные практики и многолетний опыт, накопленный в этой области. Если вы рассматриваете возможность использования судна на воздушной подушке для работы или путешествий, важно правильно выбрать модель, учитывая условия эксплуатации, грузоподъемность, пассажировместимость и климатические требования. Обратитесь к нашим специалистам — они помогут подобрать технику, которая полностью раскроет свой потенциал на ваших маршрутах!
