САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра проектирования судов

Содержание.

Краткая история создания судов на подводных крыльях…………………………….3

Архитектурно-конструктивные особенности судов на подводных крыльях………..5

Силовые установки судов на подводных крыльях………………………………….....8

Особенности обводов корпуса и выступающих частей судов на подводных

крыльях………………………………………………………………………………......10

Движетели судов на подводных крыльях……………………………………………...11

Элементы проектирования СПК……………………………………………………….14

Требования, предъявляемые к подводным крыльям………………………………………… 14

Выбор количества и расположения подводных крыльев по длине судна……………………15

Выбор площади подводных крыльев…………………………………………………………..16

Выбор типа подводных крыльев……………………………………………………………….17

Выбор формы крыла в плане……………………………………………………………….......18

Выбор размеров и профиля подводных крыльев………………………………………...……19

Взаимное расположение подводных крыльев и корпуса судна…………………………...…20

Проектирование корпусов судов на подводных крыльях………………………………….…20

Масса судов на подводных крыльях………………………………………………………..….21

Вопросы снижения уровней шума в помещениях СПК………………………………………21

Краткая история создания судов на подводных крыльях.

К концу XIX века практически были исчерпаны резервы в повышении скорости движения водного транспорта. Появились многочисленные предложения по использованию гидродинамических сил для движения судов на больших скоростях. Но более перспективными оказались работы в области создания скорост­ных судов с использованием подводных крыльев. Многие из специалистов, развивавших это направление, работали и в области авиации. Использова­нию крыла в судостроении способствовал и тот фактор, что массовая плотность воды в 800 раз больше, чем воздуха. Это означает, что для обе­спечения одинаковой подъемной силы площадь подводного крыла требу­ется в 800 раз меньше, чем воздушного.

Основные задачи, которые было необходимо решить на пути создания СПК, заключались в выборе количества подводных крыльев, их геометрии и места расположения относительно корпуса судна. По этим трем принципиальным соображениям можно классифицировать все многообра­зие типов СПК и схем подводных крыльев.

Первая авторская заявка на судно на подводных крыльях принадле­жит российскому изобретателю, французу по происхождению Ш. де-Ламберу, который запатентовал свое изобретение в 1891 г. во Франции, а в 1894 г. в США. Он построил небольшое судно с подводными крыльями, но оторвать корпус СПК от воды во время испытаний ему так и не удалось.

В первые практически осуществить движение судна на подводных крыльях удалось одному из пионеров авиации, итальянскому инженеру Энрико Форланини в 1905 г. Построенное им судно массой 1,6 т с устано­вленными на нем в носу, корме и по бортам „этажерочными" подводными крыльями (рис. 3) явилось результатом его многолетних исследований по использованию подводного крыла в судостроении для повышения скоро­сти движения на воде. Целью установки „этажерочных" (в системе верти­кальной решетки) подводных крыльев являлась стабилизация движения СПК при изменении скорости движения.

Примерно в этот же период итальянский авиатор Артуро Крокко предложил систему подводных крыльев, позволяющих более эффективно осуществлять стабилизацию судна в вертикальной плоскости с изменени­ем скорости. Для этой цели он применил так называемые V-образные пе­ресекающие поверхность воды подводные крылья.

И спытания судна, проведенные Крокко и Рикальдони в 1907 г., позволили

подтвердить принципиальные вопросы

движения судна на V-об-разных пересекающих

поверхность воды подводных крыльях.

Судно было выведено на основной режим движения

с полным отрывом корпуса от воды

Рис. 5. Схема крыльевого устройства Крокко-Рикальдони

и при мощности двигателя 59 кВт с двумя

воздушными винтами развило максимальную

скорость 70 км/ч.

Наибольшего успеха в создании судов на подводных крыльях в 30-х годах добился известный немецкий авиационный инженер Ганс фон Шер-тель. За основу при разработке судов на подводных крыльях он принял принципиальную схему подводного крыла, предложенную Крокко. До 1936 г. Шертелем было разработано и построено восемь экспериментальных судов на подводных крыльях, на которых отрабатывались отдельные элементы подводных крыльев, их взаиморасположение и размещение от­носительно корпуса судна. Значительное внимание было уделено вопро­сам конструкции подводного крыла и движительной установке. В резуль­тате активной 10-летней работы Шертелю удалось разработать принципи­альную схему судна на V-образных пересекающих поверхность воды подводных крыльях, которая позволила в последующие годы создать первые образцы судов преимущественно военного назначения.

В 1934-1935 гг. французский инженер Грюнберг получил патент на схему судна, в которой 80—90 % массы судна сосредоточено на кормовом глубокопогруженном плоском крыле, а изменение угла атаки крыла (для изменения его подъемной силы по скорости) осуществляется при помощи носовых глиссирующих поплавков, несущих 10—20 % массы судна (рис. 10). Эта схема по идее близка к предложенной братьями Мичем. Ос­новными ее недостатками являются большая чувствительность носовых глиссирующих поплавков к состоянию водной поверхности (при неболь­шой волне — прыгающее движение судна) и низкая поперечная устойчи­вость судна.

В СССР первые попытки создания судов на подводных крыльях отно­сятся к началу 30-годов и принадлежат они, как и за рубежом, авиаторам. Авторами этих первых попыток являются инженеры ЦАГИ В. Г. Фролов и А. Н. Владимиров, которые в период 1933—1937 гг. провели первые экс­периментальные исследования подводных крыльев в гидроканале ЦАГИ, подтвердили возможность их использования для судов и получили коли­чественные результаты по влиянию глубины погружения на гидродинами­ческие характеристики подводного крыла.

В 1934 г. В. Г. Фроловым и А. Н. Владимировым была разработана схема судна на двух подводных крыльях и построена его само­ходная модель ЭГО-1 массой около 300 кг. При мощности двигателя 10 кВт модель развивала скорость 32 км/ч. Устойчивости хода на модели достичь не удалось, так как при приближении к поверхности воды к крыль­ям прорывался атмосферный воздух, в результате чего терялась их подъ­емная сила и судно проваливалось.

В 1936 г. сотрудником ЦАГИ Л. А. Эпштейном была предложена схе­ма катера с автоматическим управлением подъемной силы подводного крыла. При массе 1,3 т катер при мощности 96 кВт с переда­чей на воздушный винт развивал скорость до 100 км/ч. Здесь, как и в схеме Грюнберга, пришлось столкнуться с трудностями обеспече­ния стабильного хода катера в вертикальной плоскости и с низкими ха­рактеристиками боковой остойчивости.

В ЦАГИ велась также работа по применению V-образных пересекаю­щих поверхность воды подводных крыльев. Были предприняты попытки избежать неблагоприятного влияния передних крыльев на задние путем разнесения площадей носового крыла по ширине. По такому принципу в 1946-1947 гг. в ЦАГИ был построен катер массой 1,5 т, ко­торый при мощности двигателя 66 кВт развивал скорость до 60 км/ч.

В 1941 г. советский конструктор Р. Е. Алексеев приступил к работам по созданию судов на подводных крыльях. В поисках схемы судна для речных условий с ограниченной осадкой в 1943 г. он предложил исполь­зовать малопогруженное подводное крыло. К этому времени на основе исследований, проведенных им в опытовых бассейнах и гидролотках, а также на несамоходных и самоходных моделях на открытом водоеме, Р. Е. Алексееву удалось подтвердить возможность решения с помощью малопогруженных подводных крыльев, глубина погружения которых составляет 15—30 % хорды крыла, вопросов стабильного хода, устойчиво­сти движения и высокого гидродинамического качества. В 1943 г. Р. Е. Алексеевым был разработан проект и построен первый катер на под­водных крыльях А-4 (рис. 16).

Испытания катера прошли успешно. При массе около 0,9 т и мощности двигателя 18 кВт он полностью выходил на подводные крылья и развивал скорость свыше 30 км/ч. Гидродинамическое качество катера при этом составляло около 9. Основными недостатками катера являлись трудности искусственного управления подъемной силой подвод­ного крыла и обеспечения его поперечной остойчивости.

В 1945 г. Р. Е. Алексеевым был разработан проект катера на подвод­ных крыльях А-5 (рис. 18). Носовое крыло этого катера состоит из трех разнесенных по высоте крыльев, каждое из двух кормовых, установлен­ных по бортам, - из двух, разнесенных по высоте крыльев. В 1946 г. ка­тер был построен и испытан. При массе около 1 т и мощности двигателя 53 кВт. он полностью выходил

на подводные крылья и развивал скорость

около 80 км/ч.

К 1947 г. Р. Е. Алексееву удалось экспериментально решить прин­ципиальные

вопросы гидродинамики малопогруженного подводного крыла, взаимодействия его с корпусом и выступающими частями. К этому

времени был создан также оптимальный

профиль такого крыла. Все это позволило Р. Е. Алексееву в 1947 г. разработать схему судна на

малопогруженных подводных крыльях,

принципиально отличную от ра­нее известных, явившуюся прообразом для известных речных пассажир­ских СПК, созданных им в 50-е годы.

Катер при массе около 22 т при суммарной мощности 2 двигателей 800 кВт развивал на подводных крыльях скорость более 60 уз. Рис. 18. Схема СПК Р. Е. Алексеева А-5

В 1956 г., т. е. спустя семь лет после первого проекта, Р. Е. Алексе­евым был разработан второй проект речного пассажирского судна на малопогруженных подводных крыльях. Ему было суждено стать пер­вым речным пассажирским судном на подводных крыльях.

Одновременно с практической реализацией принципиальных схем неуправляемых подводных крыльев появились первые опытные катера на глубокопогруженных подводных крыльях. По-видимому, наиболее успешные работы в этом направлении принадлежат английскому инже­неру Кристоферу Гуку, который в развитие идей братьев Мичем в кон­це 40-х - начале 50-х годов предложил систему глубокопогруженных крыльев с изменяемым углом атаки.

Таким образом, 50-е годы 20- го века дали жизнь трем из четырех открытых направлений создания судов на под­водных крыльях.