Подводные крылья, которые также известны как фойлы - идея не новая. Первый патент появился ещё в 1869 году. Однако полноценно их использовать начали лишь в 1952 году с появлением лодки PT10 "Freccia d'Oro", которая ходила на озере Маджоре, между Швейцарией и Италией.
Если вы находитесь в Санкт-Петербурге, то вам даже не нужно далеко ехать, чтобы увидеть суда, использующие их - едьте на Спортивную, выходите на центр Тучкова моста, немного подождите и вы увидите вот такую штуку, проезжающую под ним
0:14
Зачем нужны фойлы?
Почему мы не видим плывущие над водой контейнеровозы, а также почему подводные крылья так хорошо прижились на гоночных парусных яхтах? Сейчас расскажем!
Итак, что же такое фойлы? Это крылья, распологающиеся под судном, которые по достижении определённой скорости вырабатывают достаточную подъёмную силу для перехода из водоизмещающего режима в ход на крыльях или другими словами, для подъёма его над водой.
Кстати, о том, что такое подъёмная сила и как она получается, мы рассказывали тут.
Однако зачем это нужно? Весь секрет кроется в сопротивлении. Чем бóльшая часть судна касается воды, тем сопротивление больше. Видеть это можно на графике, показанном ниже
По горизонтали - скорость судна, а по вертикали - сопротивление воды его движению. Как можно видеть, у судна с фойлами сначала большее сопротивление, так как кроме его корпуса, двигаться мешают ещё и фойлы, которые тормозятся о воду. Но по достижении определённой скорости, на них начинает вырабатываться сила, достаточная для подъёма судна из воды. И как раз в этот момент сильно падает сопротивление, что позволяет достигать больших скоростей при меньших энергозатратах в момент пребывания в них.
В качестве примера можно яхту Laser, мировой рекорд скорости на которой(он же Луч), составляет 16,8 узлов (31 км/ч) при 30 узлах ветра, в то время как с подводными крыльями эта лодка может разгоняться до 25 узлов (46 км/ч)
Да что уж там - фойлы цепляют и на оптимисты - тазик с мачтой (без обид), что позволяет им в идеальных условиях разгоняться не до 4 узлов (7,4 км/ч), а до 12 узлов (22,2 км/ч), причём при всего лишь 12 узлах ветра.
Однако парусные суда на подводных крыльях способны и значительно на бóльшие скорости. Так, гоночная яхта AC75, разработанная для America’s Cup (Формула 1 для парусников), может разгоняться до 90 км/ч и идти более чем в 4 раза быстрее ветра.
Однако преимущества фойлов заключаются не только лишь в бóльшей скорости. Так, из-за меньшего сопротивления, уменьшается потребление топлива на моторных лодках. Также из-за того, что судно фактически висит над водой, то оно меннее подвержено воздействию волн, что делает ход более плавным. Однако этот пункт зависит ещё и от типа подводных крыльев.
Типы подводных крыльев
Всего можно выделить 2 главных типа частично и полностью погружённые.
Частично погруженные крылья проще, так как из-за своей формы они позволяют судну возвращаться в положение равновесия при выходе из него под воздействием внешних сил. Это происходит из-за того, что при крене на один борт, подъёмная сила фойла с его стороны также возрастает, возвращая судно обратно в вертикальное положение.
Более современным типом подводных крыльев является полностью погружённое крыло. Суда с таким типом фойлом ещё меньше подвержены воздействию волн. Однако у них есть недостаток: они не могут самостоятельно возвращаться в положение равновесия, из-за чего нуждаются в системе активной стабилизации за счёт закрылок на концах крыльев, а также набора сенсоров и компьютера, которые анализируют положение лодки и передают фойлам команды на его коррекцию. Впрочем, это преимущественно касается больших лодок.
Недостатки подводных крыльев
Однако раз мы не видим фойлы у каждого первого судна, то не всё так уж радужно с ними. Так, можно выделить 4 главных недостатка:
- Усложнение конструкции судна, в особенности если это полностью погружённые подводные крылья. Это добавление ещё одного критически важного элемента к конструкции судна, за которым постоянно необходимо следить.
- Осадка. Помимо самого корпуса судна, у вас ещё находится метр-другой металла, который ещё больше ограничивает ваш район плавания.
- Бóльшая парусность. На парусность влияет не только площадь парусов - это вся площадь лодки, которая подвержена воздействию ветра. Таким образом, поднимая корпус из воды и обнажая его для ветра, вы увеличиваете силу воздействия ветра.
- Опасность столкновения. Когда вы летите над водой со скоростью, не свойственной обычным лодкам, становится ещё сложнее замечать какие-либо предметы в воде. Также высокая скорость увеличивает энергию столкновения, что делает его последствия ещё хуже. Представим ситуацию: летит метеор (который корабль) со скоростью 60 км/ч и сталкивается с бревном в воде. Из-за этого сильно повреждается переднее левое подводное крыло, подъёмная сила на нём падает, а вместе с ним и сам метеор, так как подъёмная сила, вырабатываемая остальными фойлами, стремится наклонить судно в сторону повреждённого крыла. Да, в данной ситуации скорее всего всё обойдётся испугом и парой ушибов, но теперь представьте себе контейнеровоз длиной 400 метров, которому придётся находиться гораздо выше над водой, чем метеору, что сделает последствия такого падения куда более серьёзными. Это подводит нас к следующему вопросу
Почему же нету больших кораблей на подводных крыльях?
Короткий ответ на этот вопрос будет звучать так: деньги, деньги, деньги. Потребуются огромные деньги на создание того, чего раньше никто не делал. Потребуется много исследований, прототипов, экономических рассчётов. Необходимо будет определить оптимальное количество и форму фойлов, последствия их поломки на высокой скорости, способы её избегания, а также многие другие проблемы. И на данный момент в их решении мало заинтересованных.
В итоге получаем такую картину:
Плюсы:
- Бóльшая скорость
- Меньше потребление топлива
- Более плавный ход
Минусы:
- Бóльшая сложность конструкции
- Бóльшая осадка
- Опасность столкновения с объектами на воде
- Потребность в более мощной установке для перехода на ход на крыльях
Что посмотреть?
Если вас заинтересовала эта тема и вы хотите узнать побольше о том, как гоняются на фойловых парусных яхтах, то предлагаем вам посмотреть это видео о гонке SailGP и использующимся на ней катамаране на подводных крыльях F50.