книги из ГПНТБ / Демидов, В. Е. Магистрали пяти измерений

ного судоходства л потому считающуюся «бросовой». Сибирь с ее крайне скудной сетью автомобильных и железных дорог давно уже нуждается именно в таком транспорте. Пусть пока он годится главны*! образом лишь для перевозки пассажиров (что само по себе имеет огромное значение) —-со временем появятся и грузовые...

В последние годы морские глайдеры становятся больше, растет их грузоподъемность. К концу 70-х годов предполага­ ется появление парящих кораблей весом до 400 тонн и разви­ вающих скорость 160 километров в час. Им пророчат блестя­ щее будущее в качестве морских паромов: 70 процентов всех паромных линий мира — более 500 трасс! — вполне могут об­ служиваться судами на воздушной подушке уже сегодня.

Однако слишком высокая волна заставляет глайдер отси­ живаться на берегу. Поэтому многие конструкторы считают, что суда этого типа получат наибольшее распространение на реках и озерах, а не на морских просторах. Находятся и энту­ зиасты трансокеанских «псевдолетающих» кораблей. Для это­ го судну нужно подняться не меньше чем на три метра над по­ верхностью воды. Парить так высоко современным судам не под силу: мала мощность двигателей. Чтобы лететь на трех­ метровой высоте судну весом в 2000 тонн (полезная нагрузка 720 тонн), нужна мощность свыше 90 тысяч лошадиных сил. Никакой источник энергии, кроме атомного, не обеспечит со­ здания столь могучей и одновременно легкой силовой уста­ новки.

Правда, и существующие атомные реакторы на это не спо­ собны: они еще слишком массивны и громоздки. Конструкто­ ры глайдеров верят, что авиаторы рано или поздно получат легкие и компактные атомные двигатели, а там придет черед и моряков.

Уже проработаны эскизные проекты атомных судов на воз­ душной подушке грузоподъемностью от 700 до 4000 тонн и ско­ ростью 180 — 270 километров в час. Самое легкое из них .будет поддерживаться в воздухе четырнадцатью вентиляторами по 6600 лошадиных сил каждый, а двигать его будут восемь про­ пеллеров по 35 тысяч сил. Любопытно, что давление в воздуш­ ной подушке у всех этих судов одинаковое: всего лишь 29 граммов на квадратный сантиметр, в тридцать раз меньше атмосферного...

Авторы проекта считают, что такие суда окажутся в состоя­ нии соперничать с обычными водоизмещающими кораблями. Они окажутся крайне выгодными именно для трансокеанских рейсов — ведь себестоимость перевозки у них в отличие от не­ атомных судов не зависит от расстояния. Дальность «беспо­ садочного» полета будет достигать у них почти 4 миллионов километров. Судя по всему, именно этим судам суждено за­ полнить «скоростной вакуум», образовавшийся между самоле-

тами и обычным наземным транспортом. А поскольку, подоб­ но обычным кораблям, они обеспечат пассажирам весьма вы­ сокий комфорт, они могут оказаться соперниками самолетов далее в пассажирских перевозках.

К сожалению, эти суда слишком сильно шумят. Вряд ли их пустят в города, разрешат швартоваться в портах между обыч­ ными к&раблями. -Скорее всего они станут обслуживать осо­ бые, специально для них открытые линии.

Крыло в воде

Второе направление в борьбе за скорость — это строитель­ ство судов на подводных крыльях.

Скорость обычного водоизмещающего судна не может пре­ вышать некоторого предела, за которым даже незначительный рост ее требует совершенно непропорционального увеличения мощности. Причина — так называемый волновой барьер. Он выражается в том, что у носа корабля Віокипает высокий бу­ рун воды — знаменитые водяные «усы», отходящие в обе сто­ роны от корпуса [быстроходных катеров, — и вся мощность двигателя уходит на то, чтобы вздымать в этом буруне воду, которая тотчас падает вниз.

Волновой барьер у крыла также существует, но он возни­ кает на скоростях, во много раз больших. Поэтому-то суда на подводных крыльях и оказываются столь быстроходны.

История их, как и история судов на воздушной подушке, также довольно почтенна: первый в мире патент на крылатое судно был получен во Франции в 1891 году русским поддан­

ми». Правда, строго говоря, детище де Ламберта не было в- полном смысле этого слова «летающим» судном. Из-за низкой подъемной силы крыльев корпус лодки не полностью выходил из воды, а лишь несколько приподнимался. Однако и этого уже было достаточно, чтобы скорость заметно возрастала.

Не подъемная сила крыльев была причиной скептическогоотношения к новшеству. Изобретателю не удалось решить за­ дачу устойчивости: суденышко прыгало по воде, словно необъ­ езженный дикий конь. Теории движения крыла в воде тогда еще не было, все зависело от чутья конструктора. Лишь & 1906 году удалось понять, в чем причина строптивого поведе­ ния крыльев, и найти «противоядие». Сделал это итальянец Энрико Форланини.

Суть проблемы в следующем. По мере того как корпус вы­ ходит из воды, скорость растет, а вместе с ней растет и подъ­ емная сила крыльев. Они подходят вплотную к поверхности и

.даже выскакивают в воздух. Несущая способность их мгновен­ но падает, и судно зарывается в воду. Потом вся картина •повторяется снова и снова. Надо было придумать нечто, авто­ матически поддерживающее подъемную силу крыльев на од­ ном уровне.'

Форланини знал, что подъемная сила крыла зависит от площади. Если это так, нужно сконструировать крылья, у ко­ торых площадь будет уменьшаться с ростом скорости. Самое же главное, это уменьшение должно происходить автоматиче­ ски.

У лодки де Ламберта с бортов спускались в воду по четыре крыла, каждое из которых представляло собой слегка изогну­ тую пластинку. Форланини поставил эти пластинки одну над другой, словно полочки этажерки. В начале движения, когда скорость лодки мала, работали все «полочки», обеспечивая полную подъемную силу. Как только корпус начинал выходить в воздух, одна за другой выходили в воздух и «полочки» эта­ жерок, иными словами, автоматически уменьшалась площадь и стабилизировалась несущая способность крыльев. С мото­ ром в 75 лошадиных сил катер развивал скорость более 65 ки­ лометров в час. Единственным недостатком было то, что кры­ лья выходили из воды сразу всей плоскостью-полочкой. Из-за этого площадь их изменялась скачками, и катер трясло, осо­ бенно во время движения по неспокойной воде, когда плоско­ сти то прорезали гребни волн, то оказывались над впади­ нами.

Избавить крыло от этого недостатка удалось, сделав эта­ жерки не прямыми, а V-образными. Изменение площади ста­ ло более плавным, и суда с такими крыльями дожили до на­ ших дней. Американцы, например, строят по такой схеме мор­ ские катера береговой обороны.

Стремительный XX век не хотел мириться с неторопливыми темпами движения, доставшимися ему в наследство от прош­ лых столетий. Рождались все новые рекорды скорости на зем­ ле, на воде, в воздухе. Скоростными катерами увлекались мно­ гие известные конструкторы. Знаменитые авиаторы братья Райт в 1907 году построили лодку на подводных крыльях и испытывали ее на реке возле своего родного города Дэйтона. Изобретатель телефона А. Белл купил патент Форланини и вместе со своим партнером Казеем довольно успешно занялся постройкой все новых и новых образцов водолетных судов. Наиболее удачным оказался катер ХД-4, который в 1918 го­ ду, оснащенный двумя авиадвигателями по 350 лошадиных сил, показал на мерной миле 108 километров в час — рекорд, который держался до середины 40-х годов. Суда на подводных крыльях строились также в Германии, Англии, Франции, при­ чем первенствовали здесь немецкие конструкторы.

Вплоть до середины 30-х годов строительство крылатых ко-

раблей шло без серьезных теоретических расчетов, — и это не­ смотря на то, что работа самолетного крыла в воздухе была исследована достаточно основательно. Причина здесь в том, что условия, при которых возникает и исчезает подъемная сила в жидкости, несколько иные, чем в газе. А так как крыло часто движется еще и близко к границе раздела воды и возду­ ха, явления еще более осложняются.

Первая фундаментальная работа, на которую до сих пор опираются во всем мире проектировщики водяных крыльев, была выполнена в 1937 году советскими теоретиками М. В. Кел­ дышем, ныне президентом Академии наук СССР, и М. А. Лав­ рентьевым, нынешним руководителем Сибирского отделе­ ния Академии. Доклад, с которым они выступили на состояв­ шейся в ЦАГИ конференции по теории волнового сопротивле­ ния, назывался «Движение крыла под поверхностью тяжелой жидкости». Исследователи установили, что по мере того как крыло приближается к границе раздела, его подъемная сила падает. Открывалась интересная возможность создания очень простых и эффективно работающих крыльев, подъемная сила которых регулируется только изменением расстояния до по­ верхности воды. Именно судам с такими крыльями и было суждено произвести в середине 50-х годов настоящую револю­ цию на речном флоте. Их создатель инженер Р. Е. Алексе­ е в — теперь Главный конструктор, лауреат Государственной

пассажирское движение на линии Горький — Казань.

В чем преимущество крыльев советских водолетов? Еще со времен Форланини зарубежные конструкторы решали пробле­ му стабилизации подъемной силы, как правило, одним мето­ дом: изменяя площадь несущей поверхности. Однако у широко распространенных V-образных этажерочных крыльев обнару­ жился недостаток, особенно заметный у судов большой грузо­ подъемности. Поскольку несущая поверхность стоит косо, подъемная сила разлагается по правилу параллелограмма на две части: одна действует вверх, другая — в сторону. Следова­ тельно, на полезную работу — подъем судна — расходуется лишь направленная вверх часть этой силы, а направленная в сторону — бесполезно теряется. Уже одно это свидетельствует, что площадь V-образного крыла придется делать большей, нежели плоского. И это еще не все. В месте пересечения кры­ лом границы «вода — воздух» неизбежно образуется воздуш­ ная воронка. По мере роста скорости она становится все более глубокой, оголяя все новые и новые участки крыла. Движение судна становится неустойчивым. Чтобы избежать всех этих неприятностей, приходится выбирать площадь крыльев «эта­ жерки» с большим запасом. Конструкция получается тяжелой

и громоздкой. Кроме того, поскольку «полочек» у крыла ока­ зывается довольно много, осадка даже легкого катера полу­ чается ненормально большой.

Если же вместо V-образной этажерки применить крыло по­ лукруглое или в виде трапеции (эти крылья также обладают свойством саморегулирования подъемной силы), то ради того,, чтобы достичь хорошей устойчивости судна, крылья придется сделать намного шире корпуса. Подойти вплотную к причалу на таком корабле невозможно — обстоятельство для неболь­ шого судна неприятное.

Крылья же наших «Ракет», «Спутников», «Комет» дают возможность швартоваться к причалам, ибо их размеры не увеличивают чрезмерно ни габариты судна, ни его осадку. Ко­ рабли-водолеты, созданные на верфях СССР, признаны луч­ шими в мире. Не удивительно, что половина мирового парка крылатых судов плавает под советским флагом.

Большой популярностью пользуется «Комета», рассчитан­ ная на 116 пассажиров и движение со скоростью 70 километ­ ров в час на волне высотой до 2 метров. В июне 1971 года га­ зета «Правда» сообщала: «Кометы» уже ходят в водах Румы­ нии, Польши, Югославии, Болгарии, Италии, Франции, ФРГ, США, Марокко. Недавно через пролив Ла-Манш начали кур­ сировать два новейших судна — на воздушной подушке «Прин­ цесса Маргарет» и на подводных крыльях «Комета». Одна из лондонских газет писала, что пассажиры, пересекавшие про­ лив на том и другом кораблях, отдают предпочтение советской «Комете»... Представитель фирмы, эксплуатирующей суда на подводных крыльях многих стран, мистер Ренертс из НыоИорка, пишет: «Я испытал истинное наслаждение, увидев пре­ красную летающую «Комету» в порту Шарлота Амалия. Ваш теплоход обладает превосходными эксплуатационными качест­ вами. Мы совершали в день по восемь рейсов. Было перевезе­ но много тысяч пассажиров. Советская «Комета» является единственным теплоходом, который в настоящее время совер­ шает рейсы между островами, расположенными в Карибском море».

Еще более впечатляющ советский теплоход «Циклон»: ему не страшны волны даже пятибалльного шторма. У этого судна есть интересная новинка: вместо винта у него водометный дви­ житель— реактивный двигатель, выбрасывающий не струю раскаленных газов, а воду.

Крылатые корабли, по отзывам зарубежных компаний, бо­ лее выгодны: они привлекают пассажиров своей комфорта­ бельностью, отсутствием качки. На одной и той же максималь­ ной высоте волны глайдер-«подушечник» раскачивается с ускорением в 3 — 6 раз большим, нежели судно на подводных крыльях. А именно ускорение и служит мерой комфорта. По оценке пассажиров, путешествие на глайдере доставляет удо-

ся и новые материалы, и новые конструкции, которые отодви­ нут предельный вес в сторону еще больших величин. И тем не менее предельный вес крылатого судна все-таки будет сущест­ вовать. С этим обстоятельством приходится считаться даже самым завзятым фантастам.

Гибрид из мира реальностей

Как ни стремительны суда на воздушной подушке и крыла­ тые водолеты, скорость их все-таки ограничена двумя сотнями километров в час. С другой стороны, современные воздушные лайнеры летают со скоростями 800 километров в час и выше. Остается, как легко заметить, довольно значительных разме­ ров «окно», где пока что нет, исключая вертолеты, ни одного сколько-нибудь серьезного транспортного средства. Кто запол­ нит «скоростной вакуум»? По-видимому, странные сооруже­ ния, почти вплотную приближающиеся к самолетам и все-та­ ки не уходящие чересчур далеко от воды — экранопланы.

Дело в том, что, когда крыло самолета движется вблизи земли, оно создает под собой воздушную подушку просто за счет движения. В результате подъемная сила его увеличи­ вается.

О воздушной подушке ходили легенды. Когда немецкий авиаконструктор Юнкере в одном из своих самолетов-бипла­ нов поставил нижнее крыло очень близко к земле (сделав это по чисто технологическим соображениям, ради удобства сты­ ковки крыла и фюзеляжа), многие решили, что он овладел, наконец, тайной этого явления и использует эффект подушки для уменьшения посадочной скорости машины. Неведомо кем высказанная догадка оказалась живучей. Создатели самоле­ тов принялись опускать крылья все ниже и ниже, стремясь перещеголять один другого. А действительно ли воздушная подушка увеличивает подъемную силу крыла? Этот вопрос детально исследовал Б. Н. Юрьев, создатель первого русского геликоптера и профессор кафедры аэродинамики Московского высшего технического училища. Он ненавидел догадки и тре­ бовал от себя и своих учеников проверять все опытами, про­ дувками в аэродинамических трубах. Проверить на практике решил он и пресловутый «эффект подушки». В первом номе­ ре журнала «Вестник воздушного флота» за 1923 год появи­ лась его маленькая, всего на одну страничку, заметка «Влия­ ние близости земли на аэродинамические свойства крыльев». Юрьев писал:

«Некоторые конструктора сознательно располагают ниж­ нюю поверхность как можно ближе к земле, полагая этим увеличить подъемную силу крыла при посадке и тем умень­ шить посадочную скорость самолета... Решение задачи об уменьшении посадочной скорости таким путем весьма заман-

чиво, и очень желательно иметь при конструировании самоле­ тов полное теоретическое решение этого вопроса. Однако тео­ ретическое решение для этого случая еще не найдено, и прихо­ дится идти в этом вопросе чисто экспериментальным путем. К сожалению, такие исследования до самого последнего време­ ни не были произведены. Ввиду этого аэродинамическая лабо­ ратория Высшего Московского технического училища решила произвести исследование этого вопроса».

Далее профессор Юрьев рассказывает о методике опытов, приводит графики подъемной силы и силы лобового сопротив­ ления и заключает: «...действительно, близость земли увели­ чивает подъемную силу крыльев ...однако это увеличение за­ метно лишь на больших углах атаки — примерно 10° и боль­ ше».

Для специалиста эти малоинтересные строки значили очень многое. Во-первых, авиаторам не нужно слишком уповать на воздушную подушку: для самолетов она дает очень незначи­ тельный прирост подъемной силы — 3 — 7 процентов. Зато можно сконструировать аппарат, который, двигаясь у самой земли, окажется более грузоподъемным, чем самолет с такого же размера крылом.

Летать над довольно неровной сушей будет трудновато, поэтому конструкторам волей-неволей приходится заниматься надводным вариантом.

Изобретатели многих стран вот уже больше четырех десят­ ков лет пытаются создать такой летательный аппарат — экраноплан. Увы, с весьма (Скромными пока что результатами. Дальше всех в разработке экранопланов продвинулись трое •конструкторов: американцы У. Бергельсон и Н. Дискинсон и немец А. Липпиш.

По конструкции экранопланы могут быть двух типов: ли­ бо «летающим крылом» без каких-либо признаков фюзеляжа и хвостового оперения, либо обыкновенным самолетом с фюзе­ ляжем, хвостовым оперением и двумя крыльями по обеим сто­ ронам фюзеляжа. Бертельсон и Дискинсон отдают предпочте­ ние первому типу, Липпиш — второму. Отсюда и различные трудности, которые им приходится преодолевать. У «летающе­ го крыла» оставляет желать лучшего устойчивость, да и управ­ ляемость не вызывает восторгов. «Самолетный» вариант никак не может избавиться от вредного сопротивления фюзеляжа, и потому его грузоподъемность много меньше теоретической.

Однако постепенно аппараты изобретателей начинают ле­ тать. Бертельсон достиг скорости 176 километров в час и под­ нялся на высоту 45 сантиметров, Дискинсон на экраноплане своей конструкции добился подъема на 13 сантиметров и ско­ рости 140 километров в час, а Липпиш на скорости 120 кило­ метров в час закладывает уже довольно лихие виражи.

PI хотя все это — только первые, не слишком удачные шаги, изобретатели полны надежд. Ведь теоретический анализ гово­ рит, что экраноплан окажется по крайней мере вдвое выгоднее самолета. И это при почти такой лее скорости и гораздо боль­ шей безопасности. По сообщениям зарубежной печати, уже со­ зданы проекты экранопланов грузоподъемностью в 1000 тонн, рассчитанные на 3000 пассажиров,-—-для перевозки такого ко­ личества людей понадобилось бы два океанских теплохода.

Польский острослов Станислав Ежи Лец как-то заметил, что летать на самолетах было бы совершенно безопасно, если бы не было земли. Суда на воздушной подушке и экранопланы не потеряли связи с породившей их планетой: существен­

в этом их огромное преимущество. Моряки причисляют «лета­ ющие суда» к своему ведомству, заранее предопределяя их судьбу: особый вид транспорта, ни в коей мере не конкури­ рующий с другими, в особенности с водоизмещагощ-ими суда­ ми. Что ж, скорее всего, так оно и будет. Лично мне хочется

ные, не оперившиеся птенцы. Но как у всяких птенцов, у них все впереди.

Мечты и реальности пресноводного флота

Наш рассказ о кораблях близится к концу. И здесь мне приходит тревожная мысль: а не обидел ли я тех, кто плавает не по морям, а по рекам?

Конечно, сверхтанкеры и даже суда в 50 тысяч тонн водо­ измещения плавать по рекам не будут. А в остальном... Мас­ совость, скорость, контейнеризация — все эти проблемы вол­ нуют и пресноводный флот. Скоростные суда на подводных крыльях первыми появились именно на реках, и «подушечники» пойдут сначала по рекам и водохранилищам. В одной нашей стране сотни тысяч километров рек, ожидающих откры­ тия «летающего» судоходства. И проблема пользования ра­ диолокатором, и проблема безопасности плавания — они в та­ кой же степени касаются капитанов речных кораблей, как и морских.

Наш речной флот может гордиться своей передовой техни­ кой. На реках СССР впервые в мире появились теплоходы в 5, а затем и 10 тысяч тонн водоизмещением, а скоро пойдут целые составы из барж и толкачей-буксиров грузоподъемно­ стью в 16 тысяч тонн — это самые крупные речные составы в мировой практике.

У речного флота СССР широкие перспективы развития. В докладе А. Н. Косыгина на XXIV съезде КПСС отмечалось, что перед речниками стоит важная задача: «...за счет лучшего использования Волжского бассейна и Волго-Балтийского вод­ ного пути несколько разгрузить железные дороги европейской части страны».

Все шире применяются у нас суда смешанного плавания «река — море». Они обладают хорошими мореходными каче­ ствами и малой осадкой, позволяющей им спокойно проходить реки, каналы и шлюзы. На них очень удобно везти грузы, ска­ жем, из портов Каспийского моря через Волгу, Волго-Донской канал, Дон-—в торты Азовского, Черного и Средиземного мо­ рей. Или из Одессы в Архангельск или порты Балтики и Се­ верного моря — через реки и каналы Средне-Русской равнины.

Исключительно оригинально и не имеет себе равных в ми­ ре судно с «санно-килеватыми обводами», изобретенное совет­ ским конструктором А. А. Оскольским и его коллегами по су­ достроительному заводу. Оно запатентовано буквально во всех ведущих промышленных странах мира. Его корпус напоми­ нает детские санки: середина днища поднята и образует нечто вроде туннеля, а по бортам устроены опускающиеся в воду кили. В целом конструкция немного напоминает катер на воз­ душной подушке Л евкова. Однако 32-местная «Заря» — так назвали новое судно — при этом вполне водоизмещающий ка­ тер, только с очень малой осадкой: с полным грузом оно ухо­ дит в воду лишь на 0,45 метра и может свободно плавать в местах, где вода человеку буквально по пояс. Обычно мелко­ водье снижает скорость кораблей, для «Зари» же оно не страшно, и катер идет по этим ничтожным глубинам со скоро­ стью 43—45 километров в час. Для малых рек «Заря» — истин­ ная находка.

Но вот вопрос: что делать с сезонностью работы речного

сяцев обречены на «безработицу». Может быть, все-таки суще­ ствуют какие-то способы сделать навигацию независящей от времени года? Опасно категорически ответить «нет». Новые идеи, рождающиеся в научно-исследовательских институтах, заставляют пересматривать взгляды, ставшие традиционными.

Конечно, в принципе обеспечить навигацию круглый год можно с помощью ледоколов. В замерзающих Архангельском и Ленинградском портах так и поступают. Да вот беда: про­ странство перед причалами и вся остальная водная поверх­ ность порта превращается в месиво битого льда. А он очень быстро смерзается. Если ударят морозы покрепче, даже ледо­ колу не удается порой справиться с «рукотворным» ледяным полем. Нет, «чисто ледокольный» принцип продления навига­ ции неудобен. Есть ли что-нибудь новое? Есть!