Краткий обзор развития за рубежом судов на «воздушной смазке», воздушной подушке и экраноппанов
Анализируя различные проекты судов и аппаратов, использующих благоприятное влияние близости опорной поверхности, можно достаточно определенно сказать, что непосредственными предшественниками экранопланов явились суда с «воздушной смазкой» и на воздушной подушке. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению интересующих нас экранопланов, уместно напомнить читателю основные этапы в развитии указанных типов судов. Кратко отметим некоторые предложения, патентные заявки, проекты, модели и опытные катера, принципиально по-новому решавшие проблему снижения сопротивления движению для повышения скорости.
Идея использования воздуха для уменьшения сопротивления движению судов появилась более 250 лет назад. В 1716 г. шведский ученый Э. Сведенборг предложил конструкцию аппарата, поддерживаемого над опорной поверхностью с помощью воздушной подушки. Аппарат имел куполообразную эллиптическую в плане форму корпуса. Воздух под корпус аппарата должен был нагнетаться с помощью двух воздушных винтов, приводимых в движение человеком.
Э. Сведенборг понимал, что мускульной силы человека недостаточно для создания воздушной подушки под аппаратом, и указывал, что его идея может быть реализована в будущем — прн развитии техники.
Аппарат Сведенборга можно рассматривать как прообраз современных судов и аппаратов на воздушной подушке.
Первым идею применения глиссирующей формы корпуса запатентовал англичанин Д. Эпсей (1852 г.). Однако осуществить ее ему так н не удалось.
В 1865 г. английский инженер-кораблестроитель С. Руссель, а 10 лет спустя известный ученый В. Фруд также предложили использовать на судах «воздушную см‘азку». Фруд считал особенно целесообразным применение «воздушной смазки» на судах с широким корпусом илн имеющих круговую в плане форму корпуса, в частности, на русских мониторах типа «поповка».
Первый патент для применения на судах «воздушной смазкн» был выдан в Англин известному шведскому ученому н нзобрета — телю Г. Лавалю в 1882 г. Он предложил подавать сжатый воздух под днище для создания «воздушной смазки» и уменьшения сопротивления движению. В 1885 г. Г. Лаваль построил такое судно (по-видимому, первое в мире). Сжатый воздух под днище подавался от компрессора через многочисленные отверстия в форштевне. Испытания судна не дали ожидаемых результатов в увеличении скорости. Второй катер с более мощным компрессором, проект которого был разработан Г. Лавалем, построить автору не удалось.
В 1890 г. французский инженер-мостостроитель и изобретатель К. Адер построил и испытал управляемый катер «Еоль», оборудованный крыльями и кормовым горизонтальным стабилизатором для скольжения с их помощью по поверхности воды. Под крыло катера по специальным каналам подавался воздух, нагнетаемый за счет скоростного напора, возникающего при движении катера. Затем К. Адер построил еще два катера. Третий катер «Авион-3» для подачи воздуха под крылья был оборудован специальным компрессором.
В течение ряда лет К. Адер настойчиво продолжал эксперименты, в том числе и при поддержке военных ведомств, пока в 1904 г. в Англии не запатентовал свое изобретение.
В 1911 г. канадский инженер А. Хикман предложил для катеров оригинальную форму обводов, отличающуюся вогнутым днищем, получившим впоследствии название «морские сани». Модификации этой формы в последние годы находят все более широкое применение на легких морских и особенно речных судах. Снижение сопротивления у «морских саней», впрочем, как и у всех других подобных решений, в той или иной степени использующих «воздушную смазку», объясняется тем, что у них под днищем при движении образуется область, заполненная водовоздушной смесью.
В том же 1911 г., австрийским специалистом Г. Уидом был разработан гоночный глиссирующий катер с туннельным днищем. Помимо вогнутого днища с уменьшенной площадью туннеля к корме катера (за счет его высоты) судно было оборудовано боковыми глиссирующими пластинами. При движении катера напор воздуха, поступающего под его днище, приподнимал катер нз воды, заметно снижая его сопротивление.
В 1916 г. в Австрии инженером Д. Томамхулом был построен первый в мире катер (торпедный) с бортовыми стенками (снегами) и водяными винтами. Катер был оборудован четырьмя Двигателями по 120 л. с. и центробежным вентилятором для подачи воздуха под днище корпуса. На испытании он развил скорость 83 км/ч. Этот катер следует рассматривать, по-видимому, как переходный тип от судов с «воздушной смазкой» к судам на воздушной подушке со снегами.
Весьма близкую к предыдущей конструкцию образования воздушной подушки предложил в 1921 г. французский изобретатель М. Гамбен для больших барж. Он рекомендовал оборудовать суда специальными вентиляторами для подачи воздуха под днище, разделенное вдоль рядом невысоких кнлей. М. Гамбен считал, что подобные суда помимо увеличения скорости будут иметь за счет воздушной подушки заметно меньшую осадку. Реализовать свои идеи автору не удалось.
Представляет определенный интерес патент, выданный в 1925 г. в США В. Кэзн на разработанную им оригинальную систему образования под судном воздушной подушки. Отличительной чертой его предложения является система рециркуляции воздуха. Он считал, что забор воздуха для образования воздушной подушки непосредственно из воздушной подушки в кормовой части днища позволит существенно снизить потребную мощность привода вентилятора.
С 1928 г. в течение более 10 лет американский специалист Д. Уорнер работал над созданием быстроходных гоночных катеров с «воздушной смазкой» н па воздушной подушке. В 1929 г. на оз. Компаунс в США он испытал свой первый катер на воздушной подушке со скегамн. Однако катер на испытании не показал расчетных данных.
В 1930 г. во время гонок Д. Уорнер испытал новый катер со скегамн и с регулируемыми щнтками-заслонками в носу и корме. Для создания воздушной подушки при старте катера использовали отработавшие газы двигателя. С увеличением скорости щитки отклонялись напором воздуха и катер шел на воздушной подушке. Однако н этот катер во время гонок потерпел аварию.
Отметим также проект, разработанный в 1929 г. швейцарским инженером М. Тенаклна. Он первый предложил применить воздушное крыло для уменьшения осадки катера (его разгрузки) с целью снижения сопротивления. Автор не предполагал использовать благоприятное влияние близости поверхности воды, т. с. эффект экрана, хотя оно, по-видимому, н должно было проявиться.
В 1934 г. американец Д. Лерэй сделал патентные заявки на два варианта катера. Снижение сопротивления движению на них предполагалось достичь с помощью ряда конструктивных мероприятий: наполнением гондолообразного корпуса легким газом, воздушных крыльев и подачи под днище катера (со скегамн) воздуха, нагнетаемого специальным вентилятором. Один из вариантов катера, по мысли автора, должен был двигаться над поверхностью воды в режиме околоэкранного полета.
Первый экраноплан был построен в 1935 г. финским специалистом Т. Каарно. Начиная со своих первых экспериментов с различными моделями экранопланов в начале 30-х годов и затем более ЗО лет Т. Каарно работал над усовершенствованием аппаратов. Последняя и наиболее совершенная модификация
ИХ («Аэросани № 8») была создана конструктором в 1963—
1964 гг.
В конце 30-х годов, после длительных исследовании и испытаний моделей, шведский инженер И. Троенг построил два самоходных пилотируемых экраноплаиа. Они были созданы по схеме «летающее крыло» с концевыми шайбами-поплавками. Однако испытания этих аппаратов не дали ожидаемых результатов и конструктор прекратил работы в данной области.
Более 20 лет, с 1940 по 1960 г., над разработкой проектов экранопланов работал уже упоминавшийся выше известный американский конструктор гоночных катеров Д. Уорнер. Он разработал различные варианты экранопланов и технические решения, направленные па обеспечение старта н устойчивости этих аппаратов. В частности, нм, по-виднмому, впервые в одном из проектов было предложено использовать для облегчения старта экраноплаиа специальные поддувные двигатели. Впоследствии для этих же целей он рекомендовал применить реактивные двигатели.
В 1959 г. англичанин К — Коккерелл первым в мире построил экспериментальный катер SRN-1 па воздушной подушке по сопловой схеме с помощью кольцевого двухконтурного сопла. Впоследствии суда на воздушной подушке (СВП) по сопловой схеме образования подушки нашли широкое применение во многих странах.
В 1957 г. швейцарский инженер X. Вейланд получил патент на конструкцию судна на воздушной подушке с лабиринтным уплотнением. В 1958—1959 гг. он построил два самоходных катера по этому принципу образования воздушной подушки, одно из которых на испытаниях достигло скорости 96 км/ч и было приобретено ВМС США.
В 1958—1963 гг. три аппарата, использующие благоприятное влияние экранного эффекта (GEM-1, GEM-2, GEM-3), были созданы американским специалистом У. Бертельсоном. Наиболее удачной, по оценке автора, оказалась последняя модификация, в которой для увеличения подъемной силы корпуса крыла помимо динамической воздушной подушки было использовано и разрежение над его верхней поверхностью, возникающее в результате отсасывания воздуха воздушным винтом.
Приблизительно в тот же период над созданием экранопланов работали и специалисты японской авиационной фирмы «Кавасаки». Ими предложено несколько проектов этих аппаратов, из которых три (K. AG-1, KAG-2, KAG-3) осуществлены. Все эти экранопланы были выполнены в виде катамарана по схеме «летающее крыло» с развитыми боковыми поплавками, играющими также роль концевых шайб. В отличие от большей части ранее рассмотренных экранопланов (кроме «Аэробота» И. Тро — енга) онн имели не воздушный, а водяной винт, что лишало их важного качества — амфнбнйности.
И
В 1963 г. двухместный экраноплан целиком из пеиопласта был построен американским инженером-физиком Н. Дискинсо — иом. Этот аппарат, как и предыдущие, выполнен в виде летающего катамарана. В качестве энергетической установки использован авиационный двигатель, вращающий воздушный впит.
С I960 г. проектированием и постройкой опытных экраиопла — пов в США занимается известная авиационная фирма «Локхид», где под руководством В. Б. Корягина в 1963—1965 гг. было разработано несколько аппаратов. Два из них построены. Это двухместный экраноплан, созданный иа базе небольшого катера с подвесным мотором, и аппарат специальной постройки {«Клипер»), оборудованный носовыми шайбами для облегчения выхода аппарата на расчетный режим околоэкраниого движения.
В 1962—1965 гг. интересные работы по созданию экранопла — нов проводила американская фирма «Уэст Коуст» под руководством известного швейцарского конструктора быстроходных катеров на воздушной подушке X. Вейланда, уже упоминавшегося выше. В 1964 г. им была построена самоходная пилотируемая модель экраноплана «Малый Всйландкрафт» с крыльями, расположенными таидсм, и двумя авиационными двигателями, вращавшими воздушные винты. К сожалению, во время первых же испытаний в марте 1964 г. модель разбилась. Одновременно с моделью автором был разработан проект 1000-т экраноплана («Большой Вейландкрафт») для трансатлантических рейсов.
В эти же годы в США несколько проектов катеров, использующих благоприятное влияние опорной поверхности, было разработано конструктором Д. Коксиджем. Построенный им небольшой двухместный катер совмещал элементы судна на воздушной подушке (скегового типа) и экраноплана. Он представлял собой хорошо обтекаемый катер-тримараи с закрытой кабиной, перед которой в корпусе судиа был установлен двигатель с вентилятором, подающим воздух под днище катера.
С 1961 г. в области экранопланостроения ведет работы американская фирма «Виикл Рисерч Корпорейшн». В 1961 — 1962 гг. ее специалистами разработан оригинальный проект 100-т экра — иоплана «Колумбия», имеющего элементы и СВП. В 1964 г. фирмой под руководством С. Ретхорста построена одноместная самоходная модель «Колумбии» VRC-I, которая была успешно испытана в испытательном центре Эдварс.
С начала 60-х годов разработкой экранопланов в США занимается известный немецкий авиаконструктор, создатель первого за рубежом реактивного истребителя Ме-163 (1944 г.) А. Лнп — пиш. В 1964 г. фирмой «Коллинз Рэйдио» под его руководством был построен одноместный экраноплан X-112, по своей компоновке напоминавший легкий двухпоплавковый самолет. Аппарат успешно прошел испытания, показав хорошую устойчивость движения как в зоие влияния экрана, так и вдали от земли.
В дальнейшем А. Липпишем был разработан ряд проектов более тяжелых экранопланов различного назначения, в которых повторялись технические решения, положенные в основу аппарата X-II2. В 1970 г. фирмой «Рейпфлюгцеугбау» (ФРГ) под руководством того же автора был построен одноместный экраноплан X-I13, который является дальнейшим развитием аппарата X-112 н лишь незначительно отличается от него расположением двигателя.
В последние годы два оригинальных катера с воздушной разгрузкой были созданы в Японии: построенный в 1971 г. двухместный глиссирующий катер с воздушным крылом «Си Рейдер» и катер AF-XS, созданный в 1972 г. фирмой «Синмэйвакогеко — куки». Отличительной особенностью последнего, помимо стреловидного крыла, являются двухъярусные гидролыжи, установленные на трех стойках-поплавках.
Таковы кратко основные вехи 250-летней истории развития за рубежом идеи использования воздушной подушки и благоприятного влияния близости экрана для создания быстроходных судов и аппаратов.