У аэросаней и аэролодок, о которых я рассказывал в предыдущих статьях, есть общий недостаток: при движении по твёрдым поверхностям им приходится преодолевать трение скольжения. Кроме увеличения сопротивления движению оно приводит к нагреву и износу трущихся поверхностей, из-за чего полозья аэросаней порой примерзают к поверхности, а "чешуя" аэролодок превращается в расходный материал. При движении в воде дела обстоят гораздо лучше, ведь даже если лодка скользит по дну, вода играет роль смазки, которая уменьшает трение и отводит тепло. Но всё-таки вода достаточно плотная и вязкая, поэтому с увеличением скорости её сопротивление быстро растёт. Именно по этой причине аэролодки по воде ходят медленнее, чем по гладкому льду. Это наталкивает на мысль, что было бы хорошо заменить воду под днищем на воздух – материал гораздо менее плотный и вязкий, да ещё и легкодоступный даже в самой сухой пустыне.
Так мы приходим к идее судна на воздушной подушке.
1. Краткая предыстория судов на воздушной подушке (СНВП / СВП)
Идея СВП далеко не нова: ещё в 1716 году шведский философ Эммануил Сведенборг предлагал вручную нагнетать воздух под днище судна с помощью специального механизма. В XIX веке многие изобретатели – Уильям Фруд, Джон Торникрофт, Густав Лаваль и другие – предлагали свои варианты СВП. Пишут, что среди них был и некий русский инженер Иванов, который в 1853 году предложил проект «трёхкильного духоплава». Однако технологические возможности того времени не позволяли реализовать их идеи на практике.
Судно с "воздушной смазкой" фон Томамюля
Первое судно с неким подобием воздушной подушки построил в 1915 году австрийский капитан-лейтенант Дагоберт Мюллер фон Томамюль (Dagobert Müller von Thomamühl).
По его задумке специальный компрессор мощностью 65 л.с. должен был закачивать воздух под днище катера, приподнимая его над водой и уменьшая тем самым сопротивление на высоких скоростях.
Испытания показали, что мощность компрессора оказалась недостаточной: полноценную воздушную подушку он создать не мог, а эффект от его включения ограничивался увеличением скорости с 31,9 до 32,6 узлов (т.е. приблизительно с 59,1 до 60,4 км/ч). К тому же оказалось, что "воздушная смазка" переставала работать даже при небольшом волнении. В результате проект свернули, а о воздушной подушке на долгое время забыли.
Катера на воздушной подушке В.И. Левкова
В Советском Союзе пионером строительства СВП стал доцент Новочеркасского политехнического института Владимир Израилевич Левков. На идею воздушной подушки его вдохновили работы К.Э. Циолковского, который в 1927 году предложил подобный принцип для сверхскоростных поездов. В тот же год под руководством Левкова начались эксперименты с моделями СВП.
В 1934 году был построен "Л-1" – трёхместный катер на воздушной подушке массой 1,5 т. На основании опыта, полученного в ходе его испытаний, в 1937 году был построен "Л-5" – полноценный катер массой 8,6 т на воздушной подушке с дюралюминиевым корпусом.
Для создания воздушной подушки использовались два авиационных двигателя мощностью по 890 л.с., которые вращали воздушные винты, расположенные в носу и корме. Сверху воздушную подушку ограничивал мостик-платформа, по бокам – корпуса-скеги, а в оконечностях – воздушные завесы, создаваемые винтами. Основными органами управления служили поворотные заслонки под винтами и хвостовое оперение. Для изменения направления движения заслонки отклонялись вперёд или назад, направляя поток воздуха к носу или корме. Поскольку там подкупольное пространство не имело механических ограждений, воздушная подушка обеспечивалась за счет повышенного расхода воздуха.
В том же 1937 году катер "Л-5" вышел на испытания, кадры с которых мы можем наблюдать и сегодня благодаря сохранившейся и оцифрованной киноплёнке. Катер показал не только невероятную скорость в 73 узла (135 км/ч), но и впечатляющую проходимость благодаря способности выбираться на берег.
Однако выявились и недостатки. Низкое давление в воздушной подушке с открытыми торцами ограничивало её грузоподъемность. Брызги, которые она поднимала, ухудшали обзор и затрудняли навигацию. Двигатели работали ненадёжно из-за того, что постоянно перегревались и заливались водой. Заслонки тоже подвергались ударам волн, что нарушало их регулировку, а иногда приводило к поломкам. По этой причине волнение в 4 балла оказалось для катера практически предельным.
Впоследствии Левковым были построены ещё несколько экспериментальных катеров, однако в серию они не пошли. Как следует из протокола заседания 24 мая 1941 года, на котором обсуждался опрос о принятии на вооружение "перспективных аэросаней" Левкова, комиссии не понравилась высокая стоимость катера: за те же деньги можно было построить несколько самолётов.
О катерах Левкова можно было бы написать полноценную статью, однако такие уже существуют, и желающие могут ознакомиться с ними самостоятельно.
"Ховеркрафт" Кристофера Кокерелла
Поскольку разработки В.И. Левкова были засекречены, они не привели к дальнейшему развитию судов на воздушной подушке, а массовый интерес к этой теме появился только в 1950-е годы после экспериментов английского радиоинженера Кристофера Кокерелла (Christopher Cockerell).
Когда Кокерелл стал владельцем небольшой фирмы по прокату лодок, он задумался о повышении скорости судов и также пришёл к идее воздушной подушки. Опыты с пылесосом и консервными банками показали, что эффективнее не просто нагнетать воздух под судно, как это делали предшественники, а подавать его в кольцевую щёль по периметру судна, чтобы он выходил узкой струёй и формировал своеобразную воздушную завесу. В 1955 году Кокерелл запатентовал эту идею и построил несколько демонстрационных моделей.
Заинтересовать частный сектор не удалось, поэтому Кокерелл обратился к британскому правительству. Он продемонстрировал модель перед различными экспертами и министрами, после чего его конструкция была внесена в секретный список. Однако ни одно военное подразделение не проявило интереса. Позже сам изобретатель шутил:
ВМС сказали, что это самолёт, а не лодка; Королевские военно-воздушные силы сказали, что это лодка, а не самолёт; а армия была просто не заинтересована.
До 1958 года, пока проект был засекречен, Кокерелл не мог его обнародовать. Однако, когда британское правительство узнало о подобных разработках на континенте, проект рассекретили и передали в NRDC (Национальную корпорацию по исследованиям и разработкам). Осенью 1958 года NRDC разместила заказ у фирмы "Saunders-Roe" на полноразмерное судно. В 1959 году публике был представлен прототип "SR-N1", способный перевозить 4-х человек со скоростью 45 км/ч. Для поддержания судна массой 3 тонны в воздухе служил двигатель мощностью 450 л.с.
25 июля 1959 года судно Кокерелла успешно пересёкло Ла-Манш. Пожалуй, именно это событие запустило волну интереса к судам на воздушной подушке, которая разошлась по всему миру.
Следует отметить, что Кокерелл внедрил в свой аппарат ещё одно важное новшество: гибкое ограждение вокруг воздушной подушки – юбку, которая позволяла преодолевать возникающие на пути препятствия.
Кроме того, Кокереллу принадлежит и авторство слова "hovercraft", которым в англоязычных странах до сих пор называются аппараты на воздушной подушке. Как это часто бывает, изначально оно было названием зарегистрированной торговой марки компании Hovercraft Development Ltd, которую учредила NRDC, назначив Кокерелла техническим директором.
2. Золотая эпоха аппаратов на воздушной подушке (АНВП / АВП, а также МВП, ПВП и прочих ТСВП)
После успеха "ховеркрафта" инженеры с энтузиазмом взялись за разработку транспортных средств на воздушной подушке для самых разных применений. Выяснилось к тому же, что во многих странах были свои первопроходцы, которые изобретали разнообразные АВП задолго до Кокерелла. Например, в 1930-е годы опыты с «планером на воздушной подушке» проводил финский авиаинженер Тойво Юхани Каарио (Toivo Juhani Kaario).
Автомобили на воздушной подушке
Однако экспериментировали не только с водным транспортом. Например, Чарльз Флетчер (Charles Fletcher) из США во время второй мировой войны построил "скользящий автомобиль" (glidemobile). Работы над ним были засекречены, однако в 50-е годы американцы в лице компании Curtiss-Wright снова пришли к идее автомобиля на воздушной подушке и построили опытную партию машин Air Car Model 2500. Похожие разработки были и у компании Ford, которая в 1959 году представила "левитирующий автомобиль" Levacar Mach I.
Опоры на воздушной подушке (плёнке)
Следует отметить, что на тот момент инженеры Форда экспериментировали с воздушной подушкой уже 30 лет. В 1929 году Эндрю Кучер (Andrew Kucher) изобрёл "левапад" (levapad) – металлический диск с отверстием в центре, через которое под него подавался воздух, который позволял диску скользить над опорной поверхностью практически без трения. Изобретатель полагал, что их можно будет использовать вместо роликовых опор для перемещения оборудования на заводах и складах с ровными гладкими полами.
В 1960-е год над подобными внутрицеховыми транспортными средствами на воздушной плёнке (ТСВП) работали и в Советском Союзе, а точнее в том же Новочеркасском политехническом институте, где начинал свои эксперименты В.И. Левков [1]. Похожие решения предлагают и сейчас, хотя массового распространения они не получили.
Поезда на воздушной подушке
Вспомнили и об идее Циолковского – нагнетать воздушную подушку под вагоны поездов, которые будут скользить по специально построенному ровному и гладкому пути [2]. Одна из первых "воздушных дорог" была построена в 1966 году на окраине Парижа [3]. Особенностью поездов было то, что воздушная подушка не только воспринимала вес вагонов, но и удерживала их на курсе.
Тракторы и вездеходы на воздушной подушке
Парадоксально, но воздушная подушка казалась отличным вариантом не только для гладких полов и рельсов, но и для бездорожья. Как правило, наибольшие трудности вызывает движение по слабым грунтам, которые не способны выдерживать давление колёс машины. Если же вместо колёс использовать воздушную подушку, то многотонная машина будет давить на опорную поверхность не больше лыжника и при этом не оказывать механического воздействия на растительность. Это очень важно для сельскохозяйственных машин, поэтому воздушную подушку пытались приспособить для полевых работ. Например, в начале 70-х в Варшавском сельскохозяйственном институте построили аппарат "Урсинов М-6", предназначенный для внесения удобрений и обработки растений пестицидами [4].
Ещё один интересный пример АВП для сельского хозяйства – "мотоцикл агронома", представленный в ноябрьском номере журнала "Моделист-конструктор" за 1983 год [5]. В том же выпуске можно почитать обзорную статью об аппаратах на воздушной подушке, которые автор разделяет на МВП (машины на воздушной подушке) и ПВП (платформы на воздушной подушке). В ней помимо заводских конструкций обозреваются и любительские машины, которые на волне интереса к аэроходам массово строились советскими гражданами [6, 7]. Примечательно, что среди достоинств АВП самодельщики отмечали простоту их изготовления.
Большая часть "народных" АВП представляла собой универсальные вездеходы-амфибии. И надо сказать, что подобные машины привлекали далеко не только любителей. Особый интерес к вездеходам на воздушной подушке проявляли исследователи Арктики: в 1962 году инициативная группа заслуженных полярников во главе с Папаниным вступила с предложением организовать центр разработки вездеходов на воздушной подушке [8]. В последствии такие машины (например, АВП "Бриз") строились, но по сути они были скорее судами, чем вездеходами, так что и мы не будем выделять их в отдельную категорию.
Суда на воздушной подушке
Что касается СВП, то они строились наиболее активно. Одним из первых за разработку судна на воздушной подушке взялся Горьковский (Нижегородский) завод "Красное Сормово", неизменно находившийся в авангарде советского судостроения. В 1962 году он выпустил экспериментальный катер "Радуга", а затем приступил к постройке судна, которое должно было произвести революцию в речном транспорте [9]. Первый образец был построен к 1965 году, а в 1970 под именем "Сормович" был передан в опытную эксплуатацию на маршруте Горький-Чебоксары. По меркам судов он обладал уникальными способностями: разгонялся до 130 км/ч, преодолевал мелководья, принимал пассажиров на неподготовленном берегу, а самое главное – мог ходить по рекам круглый год. При этом "Сормович" с пассажирами весил 37 тонн, а за привод тяговых винтов и вентилятора воздушной подушки отвечал один газотурбинный двигатель мощностью 2000 л.с.
Однако карьера "Сормовича" оказалась недолгой: из-за постоянных проблем с угловыми редукторами он проработал всего две навигации. Более успешно сложилась судьба военных СВП. Способность судов на воздушной подушке выходить на неподготовленный берег делала их практически идеальным вариантом для доставки морской пехоты, поэтому в первую очередь инженеры взялись за постройку десантных кораблей. К 1969 году Ленинградское конструкторское бюро "Алмаз" разработало десантный катер "Скат", к 1970 – малый десантный корабль "Джейран", к 1972 – десантный катер "Кальмар", к 1985 – десантный катер "Мурена", а в 1987 – малый десантный корабль "Зубр" водоизмещением 555 тонн, который по сей день является самым большим кораблём на воздушной подушке в мире.
Аппараты с воздушной разгрузкой
Иной конструкцией и ролью отличались корабли проекта "Сивуч", которые были разработаны в том же КБ "Алмаз", а строились с 1987 года в Зеленодольске. Во-первых, это были не десантные, а ракетные корабли, а во-вторых, воздушная подушка не поднимала их полностью, а лишь уменьшала осадку с 3 до 1 метра. При этом под водой оставались гребные винты и рули, что позволяло судам развивать большую тягу и лучше управляться.
Корабли, подобные "Сивучам", называют судами на воздушной подушке скегового типа. В гражданском речном флоте такую конструкцию имели вполне массовые суда: "Зарница" (1967 год), "Орион" (1975 год), "Луч" (1983 год), "Баргузин" (1989 год) и, возможно, "Линда" (1993 год).
СВП скегового типа также можно назвать судами с воздушной разгрузкой. И раз уж мы заговорили об этом принципе, то уместно будет вспомнить, что его пытались применить не только на судах. Например, в 1962 году Горьковский автозавод построил опытный образец автомобиля с аэродинамической разгрузкой ГАЗ-16, который внешне напоминал летающую тарелку и по задумке инженеров должен был показать невероятную проходимость. Не менее интересен и экспериментальный танк "Объект 760", построенный примерно в то же время. В нём основным движителем оставались гусеницы, а воздушная подушка применялась для уменьшения давления на грунт в тяжёлых условиях.
3. Почему аэроходы так и остались технической диковинкой
Несмотря на бурный интерес к аппаратам на воздушной подушке в 60-е – 70-е годы, большая часть из них так и не переросла стадию опытных образов. Более-менее массово стали выпускаться лишь суда, но даже они в наши дни воспринимаются как нечто необычное.
Почему же несмотря на все свои преимущества воздушная подушка так и не совершила революцию в транспорте?
Чтобы развёрнуто ответить на этот вопрос, нам потребуется углубиться в теорию и поговорить об устройстве и принципах работы воздушных подушек разного типа. Но об этом я, пожалуй, напишу отдельную статью, в которой мы заодно поговорим о современном состоянии транспорта на воздушной подушке и его перспективах.
Сейчас же отмечу коротко основные недостатки АВП:
- высокая стоимость
- большой расход топлива
- плохая курсовая устойчивость и управляемость
- плохая мореходность на высоких волнах
- относительно небольшая сила тяги
- сильный шум
- пыль и брызги из-под подушки
Все эти проблемы ограничивают распространение судов и других транспортных средств на воздушной подушке. Однако сама идея использовать воздух как опору всё ещё остаётся с нами и, возможно, пригодится где-нибудь ещё.
4. Ссылки
- Журнал "Техника – молодежи", 1974-10, статья «АВП: карлик, несущий великана»
- Журнал "Техника – молодежи", 1965-03, статья К.Э. Циолковского «Аэроходы и стопоходы – будущее наземного транспорта»
- Журнал "Техника – молодежи", 1966-12, статья «Аэропоезд»
- Журнал "Техника - молодежи", 1972-06, статья "АВП парит над пашней"
- Журнал "Моделист-конструктор", 1983-11, статьи "Верхом на воздушной подушке" и "Мотоцикл агронома"
- Журнал "Моделист-конструктор", 1975-6, статья "Верхом на вентиляторе"
- Журнал "Моделист-конструктор", 1975-12, статья "Полёт на «подушке»"
- Журнал "Техника – молодежи", 1962-10, статья «Воздушная обувь транспорта»
- Журнал "Техника – молодежи", 1964-10, статьи «О судах на воздушной подушке» и "Рождается «Полёт»"
