Текст
                    ТРЛ НС ПОРТНЫЕ
МАШИНЫ

НА ВОЗДУШНОЙ

ПОЛУШКЕ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР Научно-популярная серия • •..... ЭТГ’>,.:- -о г-- - ... . С. А. Адасинский ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» Москва 1964
Машины па воздушной подушке — это принципиально новый н самый молодой вид транспорта. Он еще так молод, что машины не имеют определенного названия — их назы- вают вездеходы, автолеты, на западе «ховеркрафты», т. е. па- рящие машины, в книге мы чаще всего называем их машины (аппараты) на воздушном подушке — это название длинно, но хорошо отражает принципиальную сущность этого сред- ства передвижения. Эти машины не соприкасаются с опорной поверхностью, а висят на тонком слое воздуха — воздушной подушке, по- этому при движении не испытывают сопротивления трения о землю, рельсы или воду, а только сопротивление воздуха, и могут развивать скорости, близкие к самолетным. В усло- виях нашей обширной страны такие машины особенно пер- спективны, поскольку для них не существует понятия «без- дорожье» — мелководные несудоходные реки, болото, тун- дра, пашня, лед, снег могут стать трассой для их передви- жения. В настоящее время работы по созданию транспортных машин на воздушной подушке находятся в той стадии, когда успешно опробованы несколько десятков опытных аппаратов и начата работа над эксплуатационными образцами.
ВВЕДЕНИЕ Пути сообщения недаром называют артериями жизни. Без сухопутных, водных и воздушных дорог немыслимо существование и развитие промышленности, сельского хо- зяйства, торговли — немыслима цивилизация. Двадцатый век — век высоких скоростей. Все возра- стающий темп нашей жизни требует беспрерывного повы- шения скоростей, и эта проблема стала одной из самых серьезных на транспорте. Что же ограничивает скорости водного и наземного транспорта? Повозка и автомобиль, локомотив и пароход при движении находятся в непосредственном контакте с опорной поверхностью — землей, рельсами, водой. Силы трения колес о землю или рельсы, и особенно корпуса судна о воду, создают большое сопротивление движению. На протяжении тысячелетий для передвижения по суше человеку безотказно служили колесные экипажи. Неизвестно, кто изобрел колесо, но оно постепенно со- вершенствовалось. Несколько веков потребовалось на то, чтобы простой диск, вырубленный из целого куска дерева, превратился в современное автомобильное коле- со с пневматическими шинами или железнодорожное колесо на роликовых подшипниках. Но колеса уже исчерпали свои возможности. Уста- новлено, что при скоростях свыше 240 км/час колеса ра- ботают неудовлетворительно из-за появления вибраций, потери сцепления и чрезмерных износов. Для дальней- шего повышения скоростей необходимо заменить колеса другим устройством взаимодействия экипажа с опорной поверхностью. Скорости водоизмещающих судов ограничены сопротив- лением трения корпуса о воду и волновым сопротивлением.
Большая скорость судов на подводных крыльях объясня- ется тем, что корпус у них выходит на крыльях из воды и испытывает главным образом сопротивление воздуха, ко- торое примерно в 800 раз меньше, чем сопротивление воды. Возникла мысль оторвать средство передвижения от опорной поверхности — земли или воды, создать прин- ципиально новое транспортное средство — машины на так называемой воздушной подушке. Принцип действия зтих машин состоит в том, что на- гнетаемый компрессором под днище сжатый воздух созда- ет там повышенное давление, силой сжатого воздуха ма- шина приподнимается над землей и начинает парить в воздухе. Теперь достаточно приложить к машине неболь- шую горизонтальную силу и она легко двинется вперед. Находясь на небольшом расстоянии от земли и испытывая только сопротивление воздуха, машина может развивать большие скорости, теоретически в пределе приближающи- еся к скоростям самолетов. Чрезвычайно заманчивые перспективы сулит исполь- зование основной особенности машин на воздушной по- душке — их амфибийных свойств, т. е. способности пе- редвигаться и над сушей, и над водой. На большой скорости они пролетят над озерами, реками, мелями и перека- тами, вспаханным полем, болотом, заснеженной равни- ной и покрытым льдом Северным морем. Бездоходность чрезвычайно расширяет сферы применения автолетов. Любая несудоходная река, а их великое множество в на- шей стране, сможет стать «дорогой» для парящей машины. Ей не страшны бездорожье, мелководье, распутица. Для этих машин не требуется строительства дорогих шоссей- ных дорог, для них порой достаточно будет просто выров- нять и укрепить грунт. Использование принципа воздушной подушки зна- чительно повысит также скорости рельсового транспорта. Вагоны обтекаемой формы, скользящие по направляю- щему лотку или рельсам на слое воздуха в несколько миллиметров — как бы на воздушной смазке, приобре- тут скорость, близкую к скорости самолета. При поездках самолетами на короткие расстояния — несколько сот километров — преимущества больших скоростей авиации в значительной степени теряются из-за необходимости добираться от города к аэропорту назем- ными видами транспорта. Вагоны на воздушной смазке
будут передвигаться на эстакадах, проложенных от цент- ра города, и обеспечат высокие скорости на всем пути следования. Появление машин на воздушной подушке представля- ет собой качественный, революционный скачок в разви- тии транспорта. Но на пути нового, необычного дела всегда встречается много трудностей. Вспомним хотя бы первые шаги развития самолетов и вертолетов. Есть труд- ности и в развитии аппаратов на воздушной подушке, ведь пока разработаны только первые конструкции, пер- вые десятки экземпляров этих машин. Однако нет сомне- ния в том, что недалеко время, когда машины на воздуш- ной подушке прочно войдут в наш быт и станут обычным средством передвижения — удобным и экономичным в условиях нашей обширной страны. Хотя машины на воздушной подушке и являются принципиально новым видом транспорта, это не значит, однако, что этот принцип движения осуществлен совсем недавно. В последние годы, благодаря непрерывно воз- растающему вниманию к этому способу передвижения, создано много удачных конструкций и получены ощути- мые результаты. Но если внимательно посмотреть назад, можно убедиться, что история этих аппаратов насчитывает более сотни лет.
НЕМНОГО ИСТОРИИ Более века назад люди уже задумывались над тем, как использовать воздушную прослойку для повышения ско- рости транспортных средств. Первая попытка использо- вать давление воздуха и осуществить «воздушную смаз- ку» для движения судна была сделана в России в начале 50-х годов XIX столетия. Архитектор для производства работ Архангельской губернской строительной и дорожной комиссии коллеж- ский асессор Иванов 12 сентября 1853 г. подал рапорт главноуправляющему путями сообщения и публичными зданиями генерал-адъютанту Клейнмихелю. В рапорте Иванов писал, что «им придумано судно под именованием трехкильный духоплав, которое с помощью воздушной на нем машины, вгнетанием воздуха под его дно может плыть с значительной быстротой против ветра и стремя воды». Иванов приложил к рапорту проект судна, состоя- щий из чертежей и пояснительной записки. В рапорте было также сказано, что основная мысль проекта прове- рена на модели и «оказалась удобоисполнительной». Ива- нов просил дать ему средства для постройки опытного судна. «Духоплав» Иванова представлял собой судно с тре- мя килями, с плоским дном, закруглявшимся к носу и корме. Подо дном находились 24 пирамидально-усечен- ные воронки — раструбом к корме. Воздух нагнетался «духовой машиной», состоявшей из двух пар «цилиндри- ческих мехов», которые качали вручную двое людей. Он поступал в воздушный приемник, затем, после сжатия, через трубопроводы к воронкам подо дно и оттуда «упо- ром в открытую воду подобно шестам, упирающим в дно реки для движения судна. От напряжения воздуха в
пространстве, заключающемся в воронках под дном, от давления воды, прикасающейся к напряженному сему воздуху, и наконец от стремления воздуха к освобожден нию сквозь отверстия в килях с упором в открытую воду, произойдет желаемое движение судна». Изобретение Иванова было направлено на рассмот- рение в Департамент проектов и смет. Заключение Де- партамента гласило: «Известно, что механически сжатый воздух по причине значительной потери оного может быть движителем только мелких машин, так что до сих пор не оказывается еще возможности с пользою его упо- требить для движения судов..., имея это в виду, нельзя не заключить, что приведение в исполнение основной мысли изобретателя сопряжено с значительными и почти непреодолимыми затруднениями. Затруднения эти духоплав не только не отстраняет, но изобретение это не заслуживает никакого внимания, потому что сила двух человек посредством этого механиз- ма не произведет полезного действия более одного челове- ка и не может произвести в духоплаве давления воздуха, достаточного не только на какое бы то ни было полезное действие, но и на преодоление сопротивления движения, так что судно останется неподвижным». Рапорт Иванова был «оставлен без последствий», хотя уже в то время можно было силу человека заменить ме- ханической силой паровой машины и успешно реализо- вать изобретение. Английский ученый-судостроитель Вильям Фруд в письме к Б. Тидеману от 23 ноября 1875 г. говорил о воз- можности применить принцип «воздушной смазки» к широким судам или круглым в плане, причем упомина- лось русское судно типа «поповка». Известный шведский изобретатель Густав Лаваль в 1882 г. запатентовал устройство для подачи сжатого воз- духа под судно через многочисленные отверстия в трубах ниже ватерлинии. Он предполагал, что воздух будет соз- давать тонкую воздушную прослойку по обшивке судна. В 1885 г. Лаваль построил такое судно, однако опыты показали неудовлетворительные результаты. По-види- мому, опыты и не могли быть удачными, так как пузырь- ки воздуха не создают сплошной прослойки, а смеши- ваются с водой, и сопротивление трения практически вд уменьшается.
Работам по созданию подвижного состава на тонкой воздушной прослойке предшествовали предложения по использованию так называемой водяной смазки. Французский инженер Л. Жерар в 80-х годах XIX сто- летия предложил «скользящую» железную дорогу, у ва- гонов которой колеса были - заменены гидравлическими скользунами специальной конструкции. Дорога Жерара Рис. 1. Конструкция скользунов, разработанная Ш. Терпком экспонировалась на Всемирной выставке в Париже в 1889 г., она работала при давлении 1,8 атм. Использо- вание скользящей железной дороги требует большого расхода воды — около 3500 л!час на каждую тонну веса поезда; что практически делает невозможным примене- ние таких дорог на больших расстояниях. Шарль Терик в 1909 г. высказал предположение о возможности вместо воды при создании скользящей же- лезной дороги применять сжатый воздух. Это решение он нашел при усовершенствовании скользунов Жерара. В 1915 г. Терик разработал конструкцию скользунов на сжатом воздухе (рис. 1). Для уменьшения потерь воздуха он предложил использовать устройство для противодав- ления: сжатый воздух поступал в камеру скользуна и вы- текал по периметру. Нагнетатели вокруг скользуна соз- давали встречный поток воздуха, что уменьшало его по- тери. На выходе воздуха из скользуна и нагнетателя име- лось лабиринтное уплотнение. В иностранной периодической печати в последнее вре- мя появились сообщения о том, что еще в 1906—1915 гг. в Англии Р. Портер строил машины для вертикального подъ- ема, основанные якобы на принципе воздушной подушки. Опыты Портера не дали положительных результатов. Рассмотрение конструкций построенных им машин по- казывает, что неудачи изобретателя не случайны — Пор- тер, по существу, и не мог создать воздушную подушку,
так как не учитывал эффекта влияния близости земли. Во всех его конструкциях выходное отверстие сопла было расположено на значительном расстоянии от земли, большем, чем обычно применяемые расстояния у аппа- ратов на воздушной подушке. В 1916 г. в Австрии Д. Мюллер фон Томамхул постро- ил торпедный катер на воздушной подушке. Катер был оснащен четырьмя двигателями общей мощностью 480 л. с. и достигал скорости 74 км/час. В конструкции были использованы бортовые стенки, контактирующие с во- дой, для поступательного движения служил водяной винт. Наиболее полно и четко принцип движения на воз- душной подушке был сформулирован русским ученым К. Э. Циолковским в его брошюре «Сопротивление воз- духа и скорый поезд» (1927 г.). Циолковский теоретически обосновал задачу, вывел расчетные зависимости и дал количественные оценки параметров движения поезда, движущегося над бетонным лотком на воздушной про- слойке. Он писал: «Трение поезда почти уничтожается избытком давления воздуха, находящегося между полом вагона и плотно прилегающим к нему железнодорожным полотном. Необходима работа для накачивания воздуха, который непрерывно утекает по краям щели между ва- гоном и путем. Она невелика; между тем как подъемная сила поезда может быть громадна. Так, если действует сверхдавление в одну десятую атмосферы, то на каждый квадратный метр основания вагона придется подъемная сила в одну тонну. Это в 5 раз больше, чем необходимо для легких пассажирских вагонов». Циолковский отмечал, что не нужно будет колес и смазки. Тяга может поддерживаться давлением вырыва- ющегося из отверстия вагона воздуха. Если вагон имеет хорошую, легко обтекаемую форму, нужна будет сравни- тельно небольшая мощность для обеспечения тяги. Поя- вится возможность получать большие скорости. Циолковский дал схему движения поезда (рис. 2). Под вагон накачивают воздух, который распространяет- ся в узкой щели между вагоном и дорогой, создает там по- вышенное давление и поднимает поезд на несколько мил- лиметров. Воздух вытекает по краям основания вагона. Вагон не трется о полотно, а висит на тонком слое воз- духа и пспытьттта рт только нр.чнячитрльттор воздупптор
сопротивление. Благодаря ребордам вагон не может сойти с рельс. Это уменьшает и утечку водуха, та ; как его поток резко изменяет направление. Циолковский вывел формулы мощности парения и мощности движения. Он дал также примерную эконо- мическую оценку нового способа сообщения, признавая Рис. 2. Схематический чертеж вагона на воздушной подушке, предложенного К. Э. Циолковским 1— вагон, 2— канал подачи воздуха под вагон, 3 — приемное отверстие для поступле- ния воздуха, 4 — отверстие для выхода воз- духа, создающего реактивную тягу, S — же- лезнодорожное полотно, в — щели для выхода воздуха из-под вагона, 7 — реборды эффективность поезда при движении его по бетонному лотку при больших скоростях. Это явилось первым серьез- ным теоретическим обоснованием принципа движения на воздушной подушке. В том же 1927 г. в аэродинамической лаборатории Новочеркасского авиационного института начал свои ра- боты по судам на воздушной подушке профессор В. И. Лев- кое. В 1927 г. он предложил купольную схему образо- вания воздушной подушки, а в период с 1927 по 1933 г. с группой сотрудников создал несколько схематических моделей таких аппаратов. В 1933—1935 гг. профессор Левков с коллективом сво- ей лаборатории построил опытный образец катера на воздушной подушке. При испытаниях катер показал весь- ма высокие результаты: скорость хода у него была не- слыханной для водного транспорта. В последующие годы коллектив создал целую серию катеров, показавших хо- рошие результаты при движении как над водой, так и над сушей. В. И. Левков описал физическую картину движения аппарата на воздушной подушке, дал схемы
.ни* катеров и вывел формулы для определения величины мощности для подъема и тяги. Все эти работы явились полезным вкладом в создание нового вида транспорта — аппаратов на воздушной подушке. В 1928—1940 гг. американец Д. К. Уорнер предложил несколько конструкций судов на воздушной подушке. Он разработал и испытал в 1929 г. катер с погруженны- ми в воду бортовыми стенками. Со стороны носа и кормы были установлены заслонки, отклонявшиеся под дейст- вием волн назад и удерживаемые пружинами. Подку- польное пространство заполнялось отходящими газами от двигателя, приводившего в движение водяной винт. Позд- нее Уорнером был построен еще один катер с погружен- ными стенками и использованием для тяги реактивного действия воздуха из подушки. В 1935 г. финский инженер Тойво Каарио построил и испытал новую конструкцию аппарата на воздушной подушке. Машина в первом варианте действовала как планер, а позднее приводилась в движение двигателем мощностью 16 л. с., для чего был использован воздушный винт. Аппарат имел размеры 1,8 X 2,4 м и при первом испытании надо льдом развил скорость 22 км/час. Машина поднималась за счет динамического напора набегающего воздуха, попадающего под аппарат (схема «летающее крыло»). В дальнейшем Каарио усовершенствовал эту схему. Д. К. Уорнер также работал над созданием машин по схеме «летающее крыло». Им было построено несколько моделей и проведены их испытания. Принято считать, что ограждение воздушной подушки с помощью кольцевой воздушной струи было впервые предложено англичанином К. Коккерелом в 1955 г. И только немногим известно, что схема кольцевого сопла была предложена в Советском Союзе на 5 лет ранее, чем это сделал Коккерел. В июле 1950 г. советский изобретатель Н. А. Косо- рукой предложил конструкцию вездехода, отличитель- ной особенностью которой было создание и ограничение объема воздушной подушки струями воздуха, направлен- ными под углом 45° внутрь аппарата (рис. 3). Струи воз- духа образуют зону повышенного давления под днищем машины, ограждают воздушную подушку и уменьшают по- тери воздуха из подушки в атмосферу. Для осуществления
Рис. 3. Аппарат Н. А. Косорукова
поступательного движения аппарата использовался воз- душный винт или реакция струи воздуха из подуш- ки, выбрасываемого через трубку в корме вездехода. Осевой компрессор нагнетал сжатый воздух не прямо под аппарат, а сначала в которой через узкую щель (сопло) воздух устремлял- ся по периметру машины под ее днище. В вездеходе Косоруко- ва предусматривался так- же колесный ход для дви- жения над твердым и мяг- ким грунтом. В 1953 г. в Московском нефтяном институте им. И. М. Губкина Г. С. Тур- кин защитил дипломный проект на тему «Бесколес- ный автомобиль», а годом позже он демонстрировал модель своего автомобиля на воздушной подушке. Машина имела два гори- зонтальных вентилятора, которые нагнетали воздух под днище. В мае 1955 г. распределительную трубу, из Рис. 4. Машина Г. С. Туркина была испытана вторая, более мощная модель, а затем по- строен большой автолет с мотоциклетным двигателем. Приподнявшись над землей на 1 см, автолет свободно перемещался над гладкой поверхностью. В октябре 1953 г. Г. С. Туркин запатентовал машину на воздушной подушке (рис. 4). Для задержки перете- кания воздуха в атмосферу по периметру машины было расположено множество сопел 4, наклоненных внутрь. С внешней стороны вокруг сопел размещались эластичные закрылки 5. Днище имело эластичные перегородки 6, раз- делявшие зону избыточного давления на отсеки для повышения продольной и поперечной устойчивости ма- шины. Значительные работы по созданию транспортных ма- шин на воздушной подушке, исследованию их пара- метров и обоснованию теоретических основ движения
развернулись в нашей стране после Великой Отечествен- ной войны. За рубежом оживление работ над машинами на воз- душной подушке проявилось в начале 50-х годов, а с 1959 г., после постройки и испытания ставшего широко известным судна «Ховеркрафт» SR № 1, созданного К. Коккерелом, работы над этими аппаратами получили значительное развитие. В 1959 г. в Англии была создана компания Ховеркрафт Дивелопмент Лимитед, в задачи которой входит оказание материальной и консультатив- ной помощи фирмам, желающим работать по созданию опытных образцов транспортных машин на воздушной подушке. Вслед за тем в США и других странах фирмы, организации и отдельные изобретатели также занялись разработкой и постройкой экспериментальных транспорт- ных средств на воздушной подушке. К настоящему времени работы по созданию аппаратов на воздушной подушке находятся в той стадии, когда успешно опробованы несколько десятков типов машин и начата работа по созданию эксплуатационных образцов.
СХЕМЫ ОБРАЗОВАН И Я ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКИ Рис. 5. Купольная (камерная) схема создания воздушной подушки Все наземные и водные виды транспорта при движе- нии находятся в непосредственном контакте с опорной поверхностью, машины же на воздушной подушке пере- двигаются на небольшом расстоянии от поверхности на слое воздуха повышенного давления, который непрерыв- но нагнетается под аппарат. Как же создается воздушная подушка? Одна из наиболее распространенных схем создания воздушной подушки — купольная или камерная — пока- зана на рис. 5. Воздух поступает от вентилятора в купо- лообразную камеру и соз- дает в ней зону повышен- ного давления. Под влия- нием сил, создаваемых сжатым воздухом, аппарат приподнимается над зем- лей или водой и парит в воздухе. Для поддержания под куполом повышенного давления воздух непрерыв- но подкачивается, чем ком- пенсируются потери возду: под купола аппарата. Таким образом, при создании воздушной подушки используется эффект влияния близости земли — зона повышенного давления создается за счет близости аппара- та от поверхности. При парении аппарата над поверхностью на него дей- ствуют две силы: сила тяжести G, направленная верти- кально вниз, и подъемная сила Р, которая создается в результате образования под аппаратом зоны повышенного , уходящего в атмосферу из-
давления. Подъемная сила является равнодействующей сил давления и направлена вертикально вверх. Сила тяже- сти и подъемная сила взаимно уравновешиваются (G = Р). Достоинством купольной схемы является ее простота и отсутствие потерь воздуха в подводящем канале. Вме- сте с тем, она имеет и недостатки. Высота полета этого типа аппаратов ограничена величиной 50—150 мм. При бблыпих высотах расход воз- духа резко увеличивается, II и применение схемы ста- новится неэкономичным, g •*— j так как требуется большая затрата мощности на под- / держание подушки. По ----------------------- этой причине купольная Рис. 6. Сопловая схема схема применяется глав- ным образом в машинах, предназначенных для поле- тов над внутренними водоемами, где не бывает силь- ных волн, или для полетов над ровной поверхностью суши, например, над дорогами. Чтобы уменьшить истечение воздуха из-под днища и тем самым повысить экономич- ность машины, применяют гибкие завесы из пластичного материала по нижней кромке аппарата. Это уменьшает зазор между днищем и опорной поверхностью и ограни- чивает воздушную подушку. Второй из наиболее распространенных схем образо- вания воздушной подушки является так называемая соп- ловая схема. Ее принцип ясен из рис. 6. По периметру основания аппарата расположено кольцевое сопло. Воз- дух повышенного давления поступает к соплам и направ- ляется под днище аппарата, образуя воздушную завесу. Струя воздуха для повышения эффективности обычно направлена не вертикально, а под некоторым углом внутрь аппарата. Под днищем машины образуется воз- душная подушка с меньшим давлением, чем давление воздушной завесы. В зоне воздушной подушки появля- ются центробежные силы давления, отклоняющие воз- душную струю завесы от центра машины к периферии. В некоторых случаях применяют два кольцевых соп- ла, расположенные концентрично на некотором расстоя- нии одно от другого. Второе кольцевое сопло повышает устойчивость аппарата. Для этой цели применяют также
внутренние продольные н поперечные сопла, делящие подушку на отсеки. Схема кольцевого сопла дает возможность увеличить высоту подъема аппарата до 300—400 ami. Это расширя- ет области применения машин соплового типа, для них волны и неровности целины уже не являются непреодо- лимым препятствием. Общая подъемная сила машин сопловой схемы складывается из двух сос- тавляющих: силы, обра- зуемой реакцией струи воз- душной завесы, и силы, создаваемой избыточным давлением в воздушной Рис. 7. Схема с рециркуляцией воздуха в завесе подушке. Условия равновесия вертикальных сил, дейст- вующих на аппарат сопловой схемы, приближенно опи- сывает следующее равенство: G = Л + Рг, где G — вес аппарата; Pi — сила, образуемая кольцевой воздушной струей; Р3 — подъемная сила, создаваемая избыточным дав- лением в воздушной подушке. При сопловой схеме, так же как и при купольной, для уменьшения истечения воздуха из-под аппарата и, следовательно, повышения эффективности машины, часто по наружной кромке корпуса устанавливают гибкие за- весы ограждения. Кроме купольной и сопловой — двух наиболее рас- пространенных, основных схем создания воздушной по- душки, существует еще несколько схем, а также различные их комбинации. В схеме с рециркуляцией воздуха в завесе (рис. 7) воз- дух под давлением поступает через периферийные сопла под днище машины, но затем частично возвращается в эти же или другие специальные каналы. Таким образом он циркулирует по замкнутому циклу в воздухопрово- дах специального профиля. Область повышенного давле- ния создается за счет диффузорного эффекта. Циркули- рующий воздушный поток, создавая зону повышенной турбулентности, уменьшает расход воздуха из-под ку- польного пространства. 2 С. А. АдасинсквА «7
Одной из разновидностей этой схемы является схема лабиринтного уплотнения (рис. 8). Под машиной установ- лено несколько вентиляторов; один из них нагнетает воз- дух из атмосферы через кольцевое сопло под днище, ос- тальные, расположенные в лабиринтных каналах на Рис. 8. Схема лабиринтного уплотнения одном валу с первым вентилятором, создают систему на- клонных струй. Выходящий от них воздух частично вновь попадает в лабиринтные каналы. Рис. 9. Подпорный движитель с однократной или многократной рециркуляцией воздуха Профессор Г. Ю. Степанов в 1960 г. разработал под- порный движитель с однократной или многократной ре- циркуляцией воздуха (рис. 9). Воздух нагнетается в на- порную камеру 1, откуда поступает в сопло 2, а затем в камеру смешения и диффузорный канал 3. Проходя че- рез канал 3, первичный воздух увлекает за собой вторич- ный воздух через возвратный диффузор 4 и устремляется в основной диффузор 5. Затем струя делится на два пото- ка — часть воздуха истекает в атмосферу, а другая часть проходит через диффузорный канал 6 и засасывается че-
риз возвратный диффузор 4 в канал д. Таким образом осу- ществляется рециркуляция воздуха и для этого не тре- буется дополнительных вентиляторов, что выгодно от- личает это предложение от других систем рециркуляции воздуха. По этому же принципу предусмотрена рециркуляция с двумя эжекторами. К достоинствам рециркуляционной схемы относится малый расход воздуха и меньшее образование брызг и пыли, чем при первых двух схемах. Вместе с тем, эта схема конструктивно более сложна, чем купольная и Рис. 10. Схема с использованием жестких бортовых стенок, опущенных в воду, и воздушной завесой спереди и сзади сопловая. Не исключена также возможность загрязнения системы воздухопроводов пылью, песком и частицами грунта. Она особенно эффективна для крупных машин, так как там требуется большое количество воздуха. В схеме с использованием жестких бортовых стенок, опущенных в воду, и с воздушной завесой спереди и сзади (рис. 10) бортовые стенки машины все время контактиру- ют с водой; таким образом эти аппараты могут использо- ваться только на воде и, по существу, являются судами. Воздух подают через сопла, расположенные спереди и сзади машины и наклоненные внутрь, этим создается ог- ражденная воздушная подушка. Наличие жесткого ог- раничения воздушной подушки с бортов и воздушной завесы с носа и кормы создает специфические условия об- разования подушки и истечения воздуха из нее. Ограни- чение воздушной подушки можно осуществлять заслон- ками (захлопками), укрепленными на шарнирах и снаб- женными упорами, чтобы заслонка не откидывалась в сторону носа и судна. Набегающая волна отклоняет
заслонки назад, а затем они вновь возвращаются в исход- ное положение. Применение жестких бортовых стенок, контактирую- щих с водой, дает возможность снизить энергетические затраты на образование воздушной подушки, вследствие чего некоторые авторы считают эту схему одной из самых экономичных. Вместе с тем, трение бортовых стенок о воду создает дополнительное сопротивление, что значи- тельно снижает скорость и требует значительной затраты мощности на создание тяги. По Рис. 11. Схема «крылатый таран» расчетным данным, при- менение бортовых сте- нок рационально толь- ко до скорости около 90 км/час. Одним из вариантов этой схемы является аппарат с жесткими бор- товыми стенками и во- дяной завесой спере- ди и сзади, ограждающей воздушную подушку. Завесу создают или в виде сплошной водяной струп, или распы- ленной воды, смешанной с воздухом. Использование сплошной водяной завесы малоэффективно, так как до- статочное ограждение воздушной подушки требует мощ- ной водяной струи, для создания которой нужно много энергии. Схема «крылатый таран» (рис. 11) по характеру об- разования воздушной подушки существенно отличается от предыдущих. Если раньше воздух нагнетался под аппарат при помощи специальных вентиляторов, то в данном случае зона повышенного давления образуется за счет скоростного напора набегающего потока воздуха при быстром движении машины. Корпус машины имеет форму крыла самолета с внут- ренней полостью без передней стенки и днища, ограни- ченной с бортов и хвоста. Набегающий поток воздуха как бы спрессовывается под аппаратом и образует зону повышенного давления, представляющую собой своеоб- разный воздушный клин. В дополнение к подъемной силе, появляющейся в результате эффекта влияния близо- сти земли, образуется аэродинамическая подъемная сила за счет разрежения воздуха над верхней поверхностью крылообразного корпуса аппарата. Эта сила может иметь
значительную величину (до половины общей подъемной силы). Чтобы развить скорость, обеспечивающую движение аппарата как летающего крыла, в первый период движе ния необходимо поднять аппарат над землей. Для этого можно использовать вентиляторы и создать обычную воздушную подушку, или же использовать поток воздуха от винта, применяя специ- альные устройства (крылья) для подъема. Эта схема считается наибо- лее эффективной из существую- щих и имеет большие перспек- тивы, но конструктивно еще недостаточно проработана. Пост- роено только несколько неболь- ших аппаратов этого типа. Для успешного развития этих машин необходимо решить ряд вопросов, представляющих трудности при внедрении схемы «крылатый таран». Движение аппаратов возможно только при достаточно большой скорости (порядка 150 км/час и выше), а полет должен проходить на ма- лой высоте от поверхности, что- бы использовать эффект влияния близости земли. На движение Рис. 12. Схема «воздушная пленка» этих аппаратов сильно влияют атмосферные потоки воздуха, которые могут нарушить нор- мальный полет и в результате возможны удары машины о поверхность. Все эти обстоя- тельства накладывают особые требования к устойчивости аппаратов подобного типа. В схеме ^воздушная пленка» (рис. 12) воздух под высо- ким давлением — в сотни раз большим, чем при других схемах — поступает под днище аппарата и создает между днищем (или специальными скользунами) и опорной поверхностью тонкую прослойку, порядка нескольких миллиметров, играющую роль как бы воздушной смазки. В связи с высокими требованиями к точности зазора.
предусматриваются хорошо подготовленные гладкие по- верхности, между которыми находится воздушная плен- ка, поэтому аппарат может передвигаться только над специальными путями — рельсами или лотком. Прин- цип может также быть применен в машиностроении как «воздушный подшипник». Аппараты с использованием схемы «воздушная плен- ка» значительно отличаются от других машин на воз- душной подушке: Это — вагоны направленного движения, обусловленного формой и очертанием пути, по которому они движутся. Несмотря на необходимость строительства эстакады, схема эта весьма экономична вследствие высо- кой скорости движения, которая может достигать 800 км/час и более, и простоты управления. При этой схеме отпадает вопрос о борьбе с пылеобразованием, поскольку эстакада приподнята над землей, что дает, кроме того, возможность обойти неровности и препятствия. Возможны и другие комбинации из отдельных элемен- тов разных систем образования подушки. Можно, напри- мер, отметить разновидность камерной схемы — напол- ненная камера с протоком. В этом случае часть воздуха от вентиляторов по существу почти не участвует в образо- вании подушки, а по протоку передается назад и выбра- сывается из кормовой части аппарата, создавая тягу. Очень широко стали применять схемы, использующие ограждения воздушной подушки либо гибкими завеса- ми — в случае движения над водой и твердым грунтом, либо жесткими — при движении над водой. В послед- нее время большое внимание исследователей уделяется схеме «крылатый таран»; она считается весьма перспектив- ной для получения больших скоростей и высоких техни- ко-экономических показателей.
ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ, СОЗДАНИЕ ТЯГИ И УПРАВЛЕНИЕ Чтобы машина начала передвигаться в горизонталь- ном направлении, к ней необходимо приложить внешнюю силу тяги — сила тяги преодолевает инерцию массы дви- жущегося тела и сопротивление движению. Скорость го- ризонтального движения транспортных машин на воз- душной подушке имеет четыре основных режима (рис. 13): подъем и парение машины, когда ее горизонтальная скорость равна нулю (отрезок а на рис. 13); ускоренное движение, когда машина получает поло- жительное ускорение и сила тяги преодолевает инерцию массы аппарата и сопротивление движению (отрезок б); равномерное движение, когда скорость машины по- стоянна, сила тяги и сопротивление движению равны Между собой (отрезок в);
Скорость км/час Рис. 14. Зависимость сил сопротивления от скорости замедленное движение, когда скорость машины умень- шается и сопротивление больше сил тяги (отрезок г). При горизонтальном передвижении машины на воз- душной подушке на него оказывают тормозящее действие силы сопротивления движению. Наиболее значительные из них по величине — профильное (лобовое) сопротивле- ипульса (реактивное) Профильное со- противление пред- ставляет собой аэ- родинамическое со- противление воздуха движению аппарата и зависит оно в ос- новном от формы и размеров машины. Сопротивление поте- ри импульса возни- кает в результате движения воздуха, идущего на создание и поддержание воз- душной подушки, и является специфическим для аппаратов этого типа. Захват воздуха из атмосферы и его дальнейшее передвижение соз- дает кинетическое сопротивление, обусловленное изме- нением количества движения. Величина этого сопротив- ления пропорциональна секундному расходу воздуха из воздушной подушки и скорости движения. Примерная зависимость этих сил сопротивлений и их суммы от скорости движения аппарата, полученная экспериментально, показана на рис. 14. С увеличением скорости сопротивление движению возрастает, причем более интенсивно растет профильное сопротивление. При скоростях менее 90—100 км/час сопротивление потери импульса обычно больше профильного, при скорости око- ло 90 км/час эти сопротивления равны, а затем при уве- личении скорости профильное сопротивление становится больше сопротивления потери импульса и приобретает решающее значение. Но есть еще второстепенные сопротивления, меньшие по величине. Например, когда судно парит над водой, давление воздушной подушки под ним образует впадину
водной поверхности. При движении судна впадина ут- рачивает симметричную форму и движется вместе с ним, что вызывает волновое сопротивление. На большой ско- рости водная поверхность из-за инертности воды не ус- певает деформироваться, впадина сглаживается и волно- вое сопротивление резко падает. Таким образом, опреде- ленное значение оно имеет только при медленном движе- нии и при существующих эксплуатационных скоростях транспортных машин отходит на второй план. Рис. 15. Способ управления отбором воздуха из ресивера а — реактивно-сопловое устройство; б — воздушные заслонки; в — изменение проходного сечения сопел днища машины Оторвавшись от поверхности, аппараты уже не испы- тывают сопротивления трения о землю и воду, однако у су- дов на воздушной подушке с бортовыми стенками, опушен- ными в воду, сопротивление трения может быть довольно значительным, и это существенно снижает их скорость. У автомобилей с разгрузкой давления на колеса при по- мощи воздушной подушки трение колес о грунт должно быть достаточным, чтобы обеспечить управление. Поступательное движение и управление аппаратами на воздушной подушке осуществляется двумя основными способами: использованием части воздуха, идущего на создание воздушной подушки, т. е. отбором воздуха из ресивера (рис. 15), или с помощью автономных установок, действующих независимо от системы, создающей воздуш- ную подушку (рис. 16). В малых одноместных машинах
горизонтальной тяге и управлению может способство- вать наклон аппарата посредством изменения положения водителя, в тяжелых аппаратах — переливание балла- стной жидкости. Изменяя сечение, из которого воздух выходит в атмосферу, создают усиленный поток воздуха в одном направлении и реактивную тягу в обратном направлении. Непосредственный выпуск воздуха из под- купольной части и создание реактивной тяги использу- ется иногда для маневрирования на малых скоростях, Рис. 16. Способ автономного управления а — винты с переменным шагом с синхронной и индивидуаль- ной регулировкой; б — реактивный двигатель для тяги, реак- тивные боковые сопла для управления; в — управление аэроди- намическими силами с помощью закрылков как, например, на судне «Нева». Чаще применяют откло- нение струи воздуха в сопловой системе специальными поворотными направляющими лопатками или изменением проходного сечения сопел в днище машины. Способ отбора части воздуха из ресивера довольно прост, но мало эффективен, так как при малых скоростях кпд этой реактивной установки невелик, а отбор воздуха из ресивера ослабляет воздушную подушку. У машин большого размера для тяги и управления применяют автономные установки. Для аппаратов с под-
ным отрывом от воды движителем может служить воздуш- ный винт, для судов с погруженными в воду боковыми стенками более вероятно применение водяных винтов, для автомобилей с разгрузкой колес реализуется тяговое уси- лие на ведущих колесах. Применение воздушных винтов — наиболее распростра- ненный на данном этапе развития аппаратов способ осу- ществления тяги и управления. Возможно применение двух воздушных винтов с переменным шагом, располо- женных в одной поперечной плоскости, с синхронной и индивидуальной регулировкой. При движении машины по прямой винты действуют синхронно, при маневриро- вании они могут включаться индивидуально или одновре- менно с различным шагом. Другим вариантом является расположение винтов на поворотных пилонах по про- дольной оси машины. Для управления «летающими машинами» применяют также аэродинамические рули, расположенные в струе воздуха от винтов или действующие под влиянием на- бегающего потока встречного воздуха. Необходимо отметить, что в различных конструкциях аппаратов могут применяться комбинированные движи- тели. Так, наряду с использованием воздушных винтов, применяют поворотные лопатки в продольных соплах, отклоняющие поток воздуха в корму. В этом случае воз- душными винтами создают около 80% тяги и только 20% — отклонением потока воздуха назад. Поскольку машины на воздушной подушке (за исклю- чением судов с бортовыми погруженными в воду стенка- ми и автомобилей с разгрузкой колес) не имеют механи- ческой связи с опорной поверхностью, для их управления требуются значительные аэродинамические силы. На- пример, чтобы повернуть машину на скорости 60— 65 км/час по кривой радиусом 30 м, необходимо создать бо- ковую аэродинамическую силу, равную по величине ве- су машины. Управление и создание тяги у судов, контак- тирующих с водой (с бортовыми опущенными в воду стен- ками или с водяной завесой), осуществляют с помощью гребных винтов или водометов, у автомобилей с разгруз- кой колес — тормозящимися колесами. Проблема управляемости тесно связана с вопросом устойчивости машины. При увеличении отношения высоты подъема к диаметру опорной поверхности аппарата более
0,05 устойчивость машины начинает нарушаться. Осо- бенно это ощущается при подъеме ее на высоту, превы- шающую 1/10 ее диаметра. Повернуть на большой скорости летящую машину на воздушной подушке весьма затруднительно, так как в отличие от самолета, который для уравновешивания цент- робежных сил при повороте делает крен, из-за небольшой высоты полета она не может сколь-либо существенно наклониться — крен ограничен 4—5°. Если радиус цир- куляции водоизмещающих судов при скорости 70 км/час составляет величину порядка 2—3 длины судна, то для машин на воздушной подушке при этой же скорости он составляет — 12—18 длин, а при скорости 110 км/час возрастает до величины 25—40 длин. Машина должна развивать при повороте боковую реактивную силу, про- порциональную квадрату скорости и обратно пропорцио- нальную радиусу поворота. Для поддержания машины на курсе, особенно при боковом ветре, нужно обеспечить одновременную тягу в направлении двух взаимно пер- пендикулярных осей. Эта дополнительная тяга может быть осуществлена поворотом винтов, аэродинамических рулей или наклоном струи воздуха из передних и зад- них сопел в соответствующую сторону. Впрочем, машину можно быстро и легко повернуть, после ее полной оста- новки. Торможение может осуществляться реверсированием тяги винтов и отклонением струи воздуха в продольных соплах вперед. При движении над водой в крайних слу- чаях можно применять для торможения посадку на воду, снижая давление в подушке. Условия навигации машин на воздушной подушке существенно отличаются от условий для самолетов и во- доизмещающих судов. Развороты приходится выполнять плоскими с большим радиусом и скольжением. Боковой ветер сильно сносит машину и необходимо строго учиты- вать отклонения от курса. На режиме парения и движе- ния на малых скоростях брызги и пыль затрудняют ви- димость. Уже сейчас машины, предназначенные для опытной эксплуатации, оборудуются радиолокаторами с высокой разрешающей способностью, фиксирующими на экране препятствия. Это позволяет экипажу заблаговременно менять курс, чтобы предотвратить столкновения. В даль-
нейше.м, при регулярной эксплуатации, будет целесооб- разно установить специальные трассы для этих аппара- тов, подобные авиалиниям. Эти пути должны быть четко определены и нанесены на карту. Считается, что ширина трассы должна обеспечить при скорости сближения в пределах 360 км/час расстояние между встречными маши- нами около 1,6 км. Навигационная система машины долж- на обеспечивать точность следования по курсу с откло- нением не более 0,4 км. Вдоль трассы, вероятно, следует установить радиомаяки.
РАЗМЕРЫ И КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ Чтобы повысить рентабельность транспортных средств, обычно стремятся увеличить их размеры, в частности длину, и, следовательно,— их грузоподъемность. С уве- личением размеров, как правило, появляется возмож- ность увеличить скорость средства передвижения, однако при этом надо учитывать рациональные пределы увели- чения размеров и грузоподъемности. Так, для водоизме- щающих судов с увеличением длины с 20 до 200 м предель- ная скорость судна возрастает с 20 до 65 км/час, дальней- шее же увеличение размеров и скорости затруднительно в связи с увеличением сопротивления движению и вол- нообразованием. Эксплуатационные условия, такие как глубина и ширина каналов и рек, глубина в портах и длина их причальной линии также накладывают свои ограничения на размеры судов. При движении на большой скорости речное судно образует волны, размывающие берега, а это может повлечь за собой разрушение прп- брежных сооружений. Размеры и грузоподъемность других видов транспорта тоже имеют свои пределы. Так, железнодорожный под- вижной состав имеет строгие габариты, которые должны соответствовать размерам искусственных сооружений и радиусам железнодорожного пути. Как же обстоит дело с машинами на воздушной подушке? Машины на воздушной подушке бывают в плане круг- лыми, овальными или прямоугольными. Наиболее совер- шенна круглая форма, поскольку в этом случае воздуш- ная подушка имеет одинаковые показатели на равном от- далении от центра машины.
С точки зрения устойчивости и габаритов предпочти- тельнее удлиненная форма, и обычно машины имеют в плане овальную или прямоугольную форму с соотноше- нием длины к ширине от 2 :1 до 4:1. Оптимальным можно считать отношение 2:1, примерно такое соотношение длины к ширине имеет большинство построенных машин. Соотношение 4:1 бывает у судов на воздушной подушке с опущенными в воду бортовыми стенками. Для сравне- ния напомним, что у морских водоизмещающих судов это соотношение примерно равно 7:1, а у судов на под- водных крыльях —5:1. Машины на воздушной подушке обычно имеют геомет- рические размеры в плане значительно большие, чем дру- гие виды транспорта соответствующего веса. Это обуслов- лено тем, что для подъема их в воздух необходимо давле- ние под днищем порядка 50—150 кг/м2. Давление это нельзя чрезмерно увеличить из-за опасности сильного образования пыли или брызг, следовательно, чтобы обес- печить нужную высоту полета, приходится увеличивать площадь машины. Грузоподъемность транспортных машин на воздушной подушке изменяется в зависимости от их площади в пла- не, а площадь, в свою очередь, растет пропорциональ- но квадрату диаметра. Требуемая для подъема мощность двигателя определяется периметром машины, который изменяется пропорционально первой степени диаметра. Так, увеличение полного веса машины в четыре раза требу- ет повышения требуемой мощности только вдвое. Сле- довательно, с увеличением размеров удельная мощность машин на воздушной подушке уменьшается. Необходимо также отметить, что вес конструкции этих машин увели- чивается пропорционально кубу их периметра, а площадь (и подъемная сила) пропорционально квадрату периметра. Все эти обстоятельства приводят к выводу, что эко- номичность транспортных средств на воздушной подушке возрастает с увеличением их размеров. Но это не значит, что можно беспредельно увеличивать размеры и вес ма- шины. Максимальные размеры ограничиваются парамет- рами имеющихся двигателей, условиями эксплуатации и другими обстоятельствами. В настоящее время самая большая из построенных машин имеет вес 37 т, длину 23 м и ширину 9 м. Считают, что оптимальный вес летаю- щих машин составит 100—200 т.
Конструкционное оформление, в частности, применя- емые материалы, а также технология изготовления машин на воздушной подушке имеют много общего с самолетами и другими летательными аппаратами. Для всех летатель- ных аппаратов нужна дополнительная мощность на подъ- ем в воздух, вследствие чего необходимо по возможности снизить вес машины. В связи с этим для строительства машин па воздушной подушке применяют легкие, но высокопрочные материалы — авиационные алюминиевые и магниевые сплавы для конструкции каркаса и обшивки машины, а также различные пластмассы. Изготовление этих машин производится в настоящее время в большой степени на основе опыта авиационной промышленности. При движении над твердым грунтом машина испыты- вает динамические нагрузки и вибрации, создает шум и требует систем управления, аналогичных поршневым самолетам. Если она движется на небольшой высоте от опорной поверхности, не исключены удары о выступы, кочки, камни, волны и т. п., поэтому конструкция, на- ряду с небольшим весом, должна обладать значительной прочностью. В конструкции должны быть предусмотрены меры для уменьшения шума в кабине водителя и в помещении для пассажиров. Вентиляторы и двигатели создают шум в ка- бине, достигающий 120—130 децибелл и выше, что недо- пустимо для нормальной эксплуатации. Для уменьшения шума применяют звукоизоляцию по типу самолетной, уровень шума можно также снизить, уменьшив окружную скорость по концам лопаток вентилятора. Несущие системы машин обычно выполняются в виде силовой панели, на которой размещаются энергетиче- ские установки и помещения для экипажа и пассажиров, или в виде пространственной формы, в которую вписаны все эти элементы. Предпочтительнее силовые панели, так как по сравнению с пространственными формами они дают возможность разнообразить варианты конструкции. Корпус машин изготовляется из легких авиационных сплавов и слоистых материалов, обшивка — из пропи- танных тканей, алюминиевых лпстов или стекловолокна. В конструкциях каркасов применяют трубы и профили из легированных легких сплавов. Для обеспечения пла- вучести в днище часто монтируют слой пенопласта. Внешняя архитектура транспортных средств на воз-
душной подушке пока непривычна для нашего глаза и очень разнообразна. Их форма еще не установилась, и машина одного, типа часто не походит на другую. Это — сооружения в виде платформы овальной или прямоуголь- ной формы в плане с надстройками наверху. В верхней части, чаще всего горизонтально, расположены отверстия для вентиляторов, пилоны для двигателей с воздушными винтами и аэродинамическими килями устойчивости. Кили, обычно большие по размерам, расположены либо по бортам носа и кормы, либо только на корме. Для улучшения маневренности на килях устанавливают рули. Носовую часть судов на воздушной подушке и машин- амфибий выполняют с учетом возможности преодоления волн и других препятствий. Для машин на воздушной подушке применяют суще- ствующие авиационные, автомобильные и в некоторых случаях легкие судовые двигатели. Со временем, по мере накопления опыта эксплуатации, будут более четко вы- явлены требуемые характеристики двигателей для этого специфического вида транспорта. Известно, что для летательных аппаратов, в том числе и на воздушной подушке, желательны двигатели с высо- кой удельной мощностью. В наибольшей степени этому требованию удовлетворяют авиационные газовые турби- ны, которые и установлены на самых крупных из пост- роенных аппаратов на воздушной подушке. Но газовые турбины относительно дороги и очень чувствительны к действию морской воды, пыли и песка. Кроме того, они имеют ограниченный моторесурс — довольно быстро из- нашиваются. Для судов на воздушной подушке применяют' легкие катерные дизели, обычные судовые двигатели не исполь- зуются из-за их большого удельного веса. Имеются про- екты использования для тяжелых судов атомных энерге- тических установок. Часто на машинах, особенно небольших, устанавлива- ют поршневые авиационные и автомобильные двигатели, обеспечивающие высокие экономические показатели по расходу топлива. Большей частью оси двигателей распо- ложены горизонтально, что более благоприятно с точки зрения компоновки аппарата. Судовые дизели применяют для этой цели сравнительно редко — только для судов на воздушной подушке (напрпмор, на судне Денни D-2). 3 С. А. АдасинскиН оо
В качестве силовой передачи используют раздаточные коробки, редукторы и другие передающие механизмы ави- ационного или автомобильного типа. Основным условием нормальной работы аппарата на воздушной подушке является достаточная и равномерная подача воздуха под днище машины, поэтому конструк- ция вентиляторов имеет большое значение. Вентиляторы должны обладать малым весом и высоким кпд, т. е. соз- давать требуемые расходы и напоры воздуха при мини- мальной затрате мощности, малой стоимости и большом сроке службы. На первой стадии развития летающих машин исполь- зовали вентиляторы, выпускаемые промышленностью для других целей. В дальнейшем их стали специально кон- струировать — осевые и центробежные. Осевые венти- ляторы используют при больших расходах и невысоких (не выше 300 кг/м2) давлениях, центробежные — при небольших расходах и высоких давлениях (выше 300 кг/м2). Центробежные вентиляторы, применяемые для машин на воздушной подушке, для уменьшения веса и легкости ремонта иногда делают из стеклотекстолита. Лопасти, покрытые тонкой обшивкой из нержавеющей стали для защиты от эрозии и механических повреждений, заклю- чают между двумя кольцами, склеенными из нескольких слоев пластмассы; кольца связаны со втулкой стальными спицами. Диаметр одного из построенных вентиляторов около 1,5 м, вес 32 кг, потребляемая мощность 150 л. с. Есть также вентиляторы диаметром 3,8 м с производи- тельностью 360 м2/сек, развивающие давление до 550 кг/м/2. При изменении производительности и противодавле- ния вентиляторы должны работать устойчиво. В большинстве конструкций сопловой схемы воздух от вентилятора подается в ресивер, где его скорость сни- жается до 10—18 м/сек, а затем более равномерно он по- ступает к соплам. Иногда ресивер снабжают устройством для выпуска части воздуха наружу, что создает устойчи- вую аэродинамическую характеристику вентилятора. Возможность работы вентиляторов на переменном режи- ме обеспечивают изменением скорости его вращения или угла установки лопаток. Чаще всего в конструкциях машин на воздушной по- душке ось вентилятора устанавливают в вертикальном по-
ложении. При этом создают падающий поток с меньшими потерями давления в воздухопроводах машины. Важ- ное значение имеет конструкция входных оголовков вен- тиляторов, направляющих и выходных патрубков и ус- тройств для преобразования динамического напора в статическое давление в ресивере. Для использования ди- намического напора встречного потока воздуха иногда входные оголовки располагают навстречу потоку. При ско- рости 110 км/час это может снизить потребную мощность двигателя примерно на 10%, а при скорости 180 км/час за счет использования динамического напора встречного потока воздуха можно сэкономить до 15% мощности.
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ МАШИНЫ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ В начале 1961 г. в Советском Союзе было спроектиро- вано первое пассажирское судно на воздушной подушке «Нева» (рис. 17), предназначенное для перевозки 38 чело- век по мелководным рекам1. Длина «Невы» 17,3 м, ши- рина 6,6 м,скорость более 50 км/час. Вес судна с полной загрузкой около 12,5 т. Силовая установка «Невы» состоит из трех бензино- вых авиационных четырехтактных двигателей воздуш- ного охлаждения. Управление всеми двигателями дистан- ционное. Воздушная подушка образуется по купольной схеме двумя осевыми вентиляторами диаметром 2 м. Они наг- нетают НО м3/сек и обеспечивают давление 140 кг/м2. Двигатели для вентиляторов имеют на выходном валу ре- дуктора номинальную мощность по 215 л. с. при 2130об/леин. Воздушный винт для горизонтального движения суд- на, заключенный в направляющем кольце, располо- жен в кормовой части; он приводится в движение двига- телем мощностью 285 л. с., установленным на корме в специальной раме. Со стороны бортов подкупольная часть судна ограничена поплавками сигарообразной формы, а в носовой части и в корме — поворотными заслонками, которыми также регулируется поступательное движение и высота подушки. В поплавках установлено по шесть 1 «Нева» спроектирована в Центральном технико-конструктор- ском бюро Министерства речного флота РСФСР в содружестве с Центральным аэрогидродинамическим институтом им. Н. Е. Жу- ковского и кафедрой теории корабля Ленинградского института водного транспорта, построена на экспериментально-исследователь- ском заводе Ленинградского института водного транспорта.
Рис. 17. «Нева»—пассажирское судно на воздушной подуши13 водонепроницаемых переборок, обеспечивающих непо- топляемость судна. Площадь воздушной подушки состав- ляет около 87 л.2, высота парения судна над водой пример- но 50—80 мм. Два вертикальных воздушных руля на корме, работающие в зоне воздушного потока, и два откидных водяных руля, расположенных на транцах поплавков, обеспечивают управление судном. Корпус «Невы» сделан из алюминиево-магниевого сплава. Два поплавка соединены платформой, на которой расположены отделения двигателей, впереди — застекленная рубка для экипажа из двух человек, по правому и левому борту — пассажирские салоны. Судно было построено в августе 1962 г. В строительст- ве корабля участвовало 66 предприятий Ленинграда, Москвы, Киева, Воронежа и других городов. Проектиро- вание и постройка осуществлялись под руководством главного конструктора проекта В. А. Липинского, а так- же И. П. Любомирова и В. И. Ханжонкова из Централь- ного аэрогидродинамического института и Г. К. Авдеева из Ленинградского института инженеров водного транс- порта. Творческое содружество конструкторов с учены- ми и производственниками позволило в процессе работы
Рис. 18. Мотоцикл на воздушной подушке успешно решить многие вопросы, определившие наивы- годнейшие характеристики судна. В сентябре 1962 г. «Нева» своим ходом сошла с поло- гого берега в воду, и начались ходовые испытания. При испытаниях создатели судна получили ответы на многие вопросы, интересовавшие их в процессе проектирования и проверки моделей судна в лабораторных условиях. Был выяснен характер распределения воздуха под днищем судна на ходу, характер брызгообразования, влияние обводов корпуса, конструкции заслонок и компоновки винтомоторной группы на эксплуатационные качества судна и т. д. Испытания прошли успешно и подтвердили проектные характеристики аппарата. Важным обстоятельством явилось то, что при ходе на волнении с высотой волн 0,5—0,6 м и скорости ветра 10—11 м/сек не наблюдалось заметной качки и ударов о воду. Судно преодолевает мелководье, проходит отмели и может выходить на отлогий берег. Испытания показали,
pj’nc. 19. «Радуга» — высокоскоростной катер на воздушной подушке что суда подобного типа могут иметь хорошую управляе- мость и устойчивость на курсе. Под руководством В. Н. Кожохина И. Ф. Язовцев и В. С. Сидоренков построили мотоцикл на воздушной подушке (рис. 18). Он состоит из прямоугольной дюралю- миниевой рамы, обтянутой эластичной непромокаемой обшивкой, силовой установки и вентилятора. Два мо- тоциклетных двигателя ИЖ-56, установленные на раме, вращают шестилопастный осевой вентилятор, нагнетаю- щий воздух под платформу для создания воздушной по- душки. В кормовой части мотоцикла имеется заслонка для истечения воздуха, реакцией которого обеспечива- ется поступательное движение. Скорость мотоцикла до- стигает 50 км/час. На нем может ездить один человек. Отличительной особенностью этой машины является простота конструкции. Летающий мотоцикл может быть использован для скоростной перевозки почты и неболь- ших грузов в отдаленных районах при бездорожье на равнинной местности.
На Горьковском судостроительном .заводе «Красное Сормово» в сентябре 1962 г. построен первый высокоско- ростной катер на воздушной подушке «Радуга»1 (рис. 19). Пятиместный катер снабжен двумя авиационными дви- гателями воздушного охлаждения. Один пз них, нахо- дящийся внутри корпуса, с помощью мощного вентиля- тора создает воздушную подушку. Другой двигатель, поднятый на пилонах над корпусом катера, приводит в движение воздушный винт, обеспечивающий поступа- тельное движение судна. По расчетам, катер, поднявшись над водой на 150 мм, сможет развивать скорость до 120 км/час. На судне использована сопловая схема создания воз- душной подушки. Управление катером на больших ско- ростях производится с помощью воздушного руля. Ма- неврирование на малом ходу можно осуществлять, меняя направление струи воздуха специальными заслонками, находящимися в сопловой системе. Катер имеет сравни- тельно небольшие размеры — длина 9,4 м, ширина 4,12 м. Вес его без нагрузки 3m. В носовой части, напоми- нающей кабину самолета, расположены приборы и ры- чаги управления. Катер может преодолевать любые ме- ли, перекаты и при необходимости выходить на берег. В октябре «Радуга» вышла для испытаний на Волгу. Ходовые испытания показали, что катер может превышать расчетную скорость и подниматься над водой на 20—25 см. В апреле 1963 г. катер проходил ходовые испытания над снегом и льдом. Были получены удовлетворительные результаты — судно развивало скорость 60 км/час. Конструкторский коллектив начал разработку про- екта более мощного судна такого же типа на 40 пассажиров. На новом судне предусмотрено использовать в качестве главных двигателей авиационные газовые турбины. В Горьковском институте инженеров водного транспор- та над разработкой судов на воздушной подушке работают Г. Сиротина, С. Расторгуев, В. Зараостров. В мастерских Института строится судно, рассчитанное на 10 пассажиров. 1 Проект судна создан коллективом отдела главного конструк- тора завода А. А. Животовского под руководством главного кон- структора проекта В. Р. Шенберга в содружестве с работниками Центрального аэрогмдродпиамического института В. И. Архангель- ским и В. И. Хаижонковым, специалистами в области теории и аэродинамического расчета аппаратов на воздушной подушке.
Рис. 20. Летающий автомобиль «Вихрь» Оно снабжено двумя автомобильными двигателями и мощ- ными вентиляторами, предполагаемая скорость — около 50 км/час. Судно будет скользить на воздушной подушке, не отрываясь от воды. В Горьком уже построен одномест- ный катер на воздушной подушке. В носовой части кате- ра установлен вентилятор, с бортов воздушная подушка ограничена жесткими стенками. На Горьковском автомобильном заводе под руковод- ством А. А. Смолина спроектирован и построен летающий автомобиль длиной 7 м, шириной 3 at. Спереди и сзади машины установлены воздухозаборники. Вентиляторы с приводом от двигателей автомобиля «Чайка» нагнетают воздух под днище машины, создавая воздушную подушку. Часть нагнетаемого воздуха выпускается через специаль- ные сопла. Реактивное действие выходящего из сопел воздуха обеспечивает поступательное движение. Опытный образец аппарата на воздушной подушке «ХАИ» создан в студенческом конструкторском бюро Харьковского авиационного института *. Вентиляторы 1 Создатели аппарата В. Решетников, 10. Криков, В. Рубцов, В. Серебряков премированы Министерством высшего и среднего специального образования УССР.
нагнетают воздух в небольшой дюралюминиевый каркас, создавая подушку, поступательное продвижение обес- печивается воздушными винтами, вес машины —470 кг. С помощью двигателя М-61 машина развивает значитель- ную скорость. В экспериментальном летающем автомобиле «Вихрь» (рис. 20) два мощных вентилятора, расположенные сим- метрично по бокам носовой части машины, нагнетают воз- дух под дпище машины, где образуется зона повышенного давления. Кольцевая воздушная завеса ограждает воз- душную подушку площадью в десятки квадратных мет- ров. Два четырехлопастных винта, приводимых во вра- щение небольшими двигателями, обеспечивают горизон- тальное передвижение. Чуть приподнятый над землей аппарат развивает большую скорость. Водитель распола- гается в застекленной кабине, смонтированной на плат- форме между вентиляторами. Два аэродинамических руля для управления поступательным движением установле- ны сзади по бокам машины. В 1961 г. советские исследователи Ю. Ю. Бенуа и С. П. Волков предложили конструкцию судна на воздуш- ной подушке (рис. 21). Воздух для подушки подается в
четыре отдельных отсека под днищем, разделенных меж- ду собой в продольном направлении узкими «лодками» (плавучестями), а в поперечном — захлопками в носовой, средней и кормовой частях судна. Захлопки снабжены упорами, чтобы не откидывались в сторону поса судна, ио они могут отклоняться назад под действием волн. При движении судна по воде продольные «лодки» несколько погружены в воду, передняя захлопка скользит по воде, средняя и задняя приподняты над водой — они выпус- кают из подушки избыток воздуха, создавая реактивную тягу. Над созданием опытных машин на воздушной подуш- ке, помимо названных здесь, работают многие энтузиасты этого нового дола в различных организациях Советского Союза.
ЗАРУБЕЖНЫЕ МАШИ 11Ы ИЛ ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ Машины на воздушной подушке по их способности передвигаться над сушен или пад водой можно разделить па четыре группы: Машины-амфибии, которые могут передвигаться и над землей, и над водой. Машины, предназначенные для передвижения над твердым грунтом. К этой группе относятся аппараты, которые при движении отрываются от опорной поверх- ности, и аппараты, контактирующие колесами с грун- том (автомобили с разгрузкой давления па колеса с по- мощью воздушной подушки). Суда па воздушной подушке, передвигающиеся толь- ко над водой. К этой группе относятся аппараты с водя- ной завесой, ограждающей воздушную подушку, и с опу- щенными в воду жесткими бортовыми стенками. Машины, передвигающиеся па тонкой воздушной про- слойке высокого давления над заранее подготовленной по- верхностью. Машины-амфибии 25 июля 1959 г. парящая машина —«Ховеркрафт» SR № 1 впервые пересекла Ла-Манш. Переход из Кале в Дувр был завершен за 2 часа 3 мин. со средней скоро- стью 24 км/час при высоте парения 0,3 м. Это событие вызвало у мировой общественности большой интерес и послужило как бы толчком к интенсивному развитию за рубежом работ над проблемой транспортных средств на воздушной подушке. Работа пад машиной «Ховеркрафт» была начата анг- личанином К. Коккерелом в 1953 г. В 1956 г. проектом
судна заинтересовалось английское Министерство снабже- ния, которое в 1957 г. привлекло к работе над проектом самолетостроительную фирму Саундерс-Роу. Экспери- ментальная машина на воздушной подушке SR № 1 «Ховеркрафт» была построена в начале 1959 г., а в июле того же года она впервые публично демонстрировалась в полете. В дальнейшем на ней были проведены мно- гочисленные опыты по проверке принципа воздуш- ной подушки и уточнению конструктивных особенно- стей. Машина с водителем, наблюдателем и запасо^м топлива весит 3,9 т. Она снабжена авиационным поршневым дви- гателем мощностью 435 л. с., проектная скорость — около 46 км/час, однако при испытаниях в благоприят- ных условиях опа составляла 55—70 км/час при полете над землей и 45 км/час над водой. В центре машины имеется всасывающий коллектор, где находится четырехлопастный вентилятор, соединен- ный непосредственно с двигателем. Вентилятор засасы- вает воздух, две трети которого идет на создание двух кольцевых воздушных завес, а одна треть обеспечивает поступательное движение за счет реактивного действия воздушной струи, истекающей из специальных воздухо- проводов, расположенных по бокам машины. Машина представляет собой платформу с двумя полу- круглыми оконечностями радиусом 3,65 м. Общая длина ее 9,2 Л1, ширина 7,3 м. Для продвижения по грунту с ос- тановленными двигателями предусмотрены четыре съем- ных колеса, высота аппарата на колесах 3,2 ли Чтобы машина держалась на воде с выключенными двигателями, имеется камера плавучести. Каркас составляют две продольные и две поперечные балки, образующие крестообразную конструкцию. Пе- ресечение балок служит основой для установки двигателя. Имеются также четыре поперечные балки, несущие глав- ные шпангоуты наружного обвода. На каркасе расположе- на верхняя палуба и надстройка с воздухозаборником, воздухопроводами и каютой для команды. Ответственные части каркаса изготовлены из высокосортных легких сплавов. Материалом для воздухозаборника, воздухопро- водов и некоторых других деталей послужил алюминие- во-магниевый сплав, легко подвергающийся сварке. Для прокладки внутренних воздухопроводов применялась
Рис. 22. Машина «Ховеркрафт» SH № 2 потайная клепка и точечная сварка. Каюта для команды сделана из дерева. В апреле 1960 г. на «Ховеркрафте» был установлен до- полнительный турбореактивный двигатель, что повысило максимальную скорость машины до 90 км/час. В 1960 г. отделение Саундерс-Роу фирмы Уэстленд начало постройку тяжелой транспортной машины на воз- душной подушке «Ховеркрафт» SR № 2 (рис. 22). Машина предназначена для перевозки грузов и пассажиров в про- ливе Солент и в районе западных островов Шотландии. В пассажирском салоне, находящемся в средней части судна, сможет разместиться 68—76 человек. «Ховеркрафт» SR № 2 считается наиболее удачной из построенных за рубежом машин на воздушной подушке. Она имеет следующие показатели: Длила......................................19,6 .« Ширина.....................................9,0 -и Высота.....................................6,4 .м Взлетный вес...............................27,0 т Вес полезной нагрузки......................10,0 т Запас топлива..............................3860 л Крейсерская скорость при дальности полета 320 км 130 км/час
На корме машины, имеющей овальную форму, уста- новлены четыре турбовинтовых двигателя мощностью но 815 л. с. каждый. Они приводят во вращение два вер- тикально расположенных осевых вентилятора, создающих подъемную силу, и два тянущих винта регулируемого шага типа самолетных, установленных на поворотных ко- лонках. Мощность от двигателей к вентиляторам и вин- там передается системой угловых передач. Воздушная подушка создается но сопловой схеме. В продольных соплах размещены лопатки, отклоняющие ноток воздуха в корму под углом 20°, за счет чего обра- зуется дополнительная тяга. Давление в воздушной по- душке 300 кг/м1. По периметру днища имеется тонкая резиновая завеса. Высота полета машины 0,3—0,5 м, но при необходимости она может быть увеличена до 0,75 м. Унравление движением осуществляется поворотом коло- нок с воздушными винтами на угол до 30°. На корме в потоке воздуха от винтов установлен киль. 8 января 1962 г. машина «Ховеркрафт» SR № 2 совер- шила первый полет. Начав движение с территории заво- да, она спустилась с берега на воду и 20 минут «летела» над водой. Летом 1962 г. машина проходила опытные эксплуатационные испытания. Предполагается запустить аппараты типа «Ховерк- рафт» в серийное производство, со временем они будут осуществлять грузовые и пассажирские перевозки между Англией и континентом. Вместе с этим, вероятно, потре- буется провести большую работу по устранению недо- статков, присущих конструкции SR № 2. К ним относят- ся большой шум и теснота в пассажирском салоне, слож- ность силовой установки и передач от двигателя к вен- тиляторам и винтам, не вполне удачная общая компо- новка. Имеются сообщения о разработке военно-транспортно- го варианта машины SR № 2, получившей обозначение SR № 3. Она будет иметь полезную нагрузку 15 т, взлетный вес 37 т и скорость движения 145 км/час. Длина машины 21,5 м, ширина 9 м. В боковых стенках судна предус- мотрены большие грузовые люки. Английская фирма Бриттен-Норман в 1960 г. постро- ила машину на воздушной подушке «Кушинкрафт» СС-1. Воздушная подушка создается потоком воздуха, отбра- сываемого ротором через кольцевое сопло, наклоненное
Рис. 23. .Машина «Кушиикрафт» СС-2 внутрь. Деревянный ротор смонтирован на шести парах катков и приводится в движение фрикционной передачей при помощи автомобильного колеса. По окружности ро- тора установлено 40 профилированных лопаток. Двига- тель мощностью 170 л. с. приводит во вращение ротор и два толкающих винта изменяемого шага типа вертолет- ных для поступательного движения. «Кушинкрафт» в плане представляет собой круг диа- метром 5,74 .ч. Вес пустой машины 1 т, взлетный вес 2 т. На палубе расположена кабина для пилота и двух пасса- жиров, имеющая фонарь с круговым обзором. Поворот машины относительно вертикальной оси осуществляется изменением шага толкающих винтов. Имеются две раз- дельные системы управления: рычаг комбинированного управления газом, муфтой включения компрессора и ре- гулирования высоты полета и, кроме того, штурвальное управление, при помощи которого производится разво- рот в нужную сторону и регулируется движение вперед и назад. Скорость аппарата около 60 км/час, высота полета 300—380 мм. Два топливных бака по 65 л обеспечивают продолжительность полета в течение 6 часов. Первоначально «Кушинкрафт» предполагалось исполь- зовать в Камеруне для перевозки бананов с плантации на суда-рефрижераторы, по используется она главным об- разом для исследовательских целей. В 1961 г. эта же фирма построила и провела успешное испытание еще одной машины на воздушной подушке—
«Кушинкрафт» СС-2 (рис. 23), рассчитанной на перевозку 10 пассажиров. Данные этой машины: Длина..........................8,5 .и Ширина.........................5,2 м Высота до верхней точки киля . .2,6 м Вес аппарата без груза.........1410 кг Взлетный вес нормальный............ 2500 кг в перегрузочном варианте....... 3200 кг Высота полета без груза............60 см с грузом.............30 см Максимальная скорость..........80 км/час Дальность хода.............до 900 км Эта машина также используется для исследователь- ских целей: на ней проводится накопление данных для постройки больших аппаратов. Автомобильный двигатель водяного охлаждения мощ- ностью 240—250 л. с. размещен в центре пассажирской кабины в герметическом отсеке. Выхлопные газы отводят- ся через специальный канал поверх крыши кабины. Что- бы предотвратить проникновение в пассажирскую кабину газов от двигателя, в нее через специальные вентиляцион- ные отверстия подводится свежий воздух от встречного потока. При этом в кабине создается небольшое избыточное давление, не ощутимое для пассажиров. Два центробежных вентилятора нагнетают сжатый воздух в специальную камеру, из которой он поступает под днище через периферийные сопла, расположенные вдоль обоих бортов, спереди и сзади, и наклоненные к центру машины под углом 30°. В результате этого по периметру машины создается воздушная завеса, позволя- ющая сохранить повышенное давление в воздушной по- душке. В зону воздушной подушки сжатый воздух наг- нетается также и через две продольные щелевые прорези, этим воздушная подушка разделяется воздушными заве- сами на три части, что обеспечивает поперечную устой- чивость судна. Управление горизонтальным движением машины осу- ществляют изменением расхода воздуха и направления воздушного потока через соответствующие группы сопел. В двух продольных внутренних соплах установлены нап- 4 С. А. Адасииский /.<>
равняющие лопатки (по 44 штуки в каждом), при помо- щи которых можно отклонять поток воздуха в корму или в нос на угол 30°. В наружных периферийных соплах ус- тановлены четыре заслонки, отклонение которых дает возможность регулировать расход воздуха через эти сопла. Заслонки удерживаются специальными пружинами в положении, при котором расход воздуха максимален. Рис . 24. Схема управления мапишой СС-2 1, ?__левый и правый рычаги управления; 3— педаль «акселератора». 4 — педаль «тормоза», 5— направляющие лопатки во внутренних соплах; в — заслонка носового сопла, регулируемая педалью 3; 1 — заслонка кормового сопла, регулируемая педалью 3; « — заслонка левого наружного сопла, регу- лируемая рычагом J; 9 —заслонка правого наружного сопла, регулируемая рычагом 2 На рис. 24 показана схема системы управления маши- ной «Кушинкрафт» СС-2. С помощью рычагов 1 и 2 води- тель может отклонять поворотные лопатки, установлен- ные во внутренних продольных соплах, а также повора- чивать бортовые заслонки. Носовую и бортовую заслонки поворачивают с помощью педалей 3 и 4. При отклонении рычагов 1 и 2 в переднее крайнее по- ложение все 88 лопаток 5 во внутренних соплах повора- чиваются так, что воздух, проходящий через сопла, от- клоняется в корму и это обеспечивает тягу вперед. От- клонением рычагов назад перемещают лопатки в сопла таким образом, что воздушный поток в них отклоняется
вперед, обеспечивая задний ход машины. Для разворота машины рычаги перемещают в противоположных направ- лениях — один вперед, а другой назад. Так, например, если правый рычаг переведен в крайнее заднее положе- ние, а левый — в крайнее переднее, то машина повернет направо. Этими же рычагами, отводя их в сторону соот- ветствующего борта, закрывают заслонки боковых на- ружных сопел, вызывая этим уменьшение потока воздуха через них, наклон машины в эту сторону — и соответ- ственно более интенсивный поворот. Нажатием на педали 3 и 4 регулируют расход воздуха из периферийных сопел, чем усиливают поступательное движение или тормозят машину. На полном переднем ходу машина имеет некоторый наклон на нос, что вызы- вает усиление тяги за счет горизонтальной составляющей вектора подъемной силы. Если нажать па педаль 3 и зак- рыть передние сопла, то наклоп на нос увеличится и воз- растет горизонтальная тяга. И, наоборот, если нажать на педаль 4, то будут закрыты задние сопла, машина по- лучит наклон на корму и произойдет торможение. При пользовании педалями 3 и 4 происходит резкий наклон машины и в результате возможны удары о землю или воду. Для более плавного изменения наклона в передней и задней частях машины установлены специальные ем- кости для водяного балласта, который можно перекачи- вать из одной цистерны в другую. Предполагается построить десять машин «Кушипкрафт» СС-2. Три уже построены. Одна из них используется английским Министерством авиации для оценочных экс- плуатационных испытаний, другая приобретена транспорт- ной компанией. На последних экземплярах СС-2 для дополнительной горизонтальной тяги по обе стороны кабины установлены два двигателя воздушного охлаждения мощностью по 30 л.с. с двухлопастными воздушными винтами диаметром 1,37 .и. При этом скорость увеличивается па 28 км/час. Значительная работа по проектированию и строитель- ству машин па воздушной подушке проводится англий- ской авиационной фирмой Виккерс-Армстронг совместно с фирмой Ховеркрафт Дивелопмент-Лимитед. В конце 1960 г. ими был построен экспериментальный аппарат VA-1, предназначенный для оценочных испытаний над землей. Он имел вес 1500 кг и высоту полета 11,4 см. В
процессе испытаний несколько раз меняли систему обра- зования воздушной завесы и подъемной силы. Были оп- робованы различные системы стабилизации, как напри- мер секционирование воздушной подушки, а также до- бавочное управление. Дополнительно были поставлены обтекатели и кабина для защиты от брызг при испытаниях пад водой. После всех изменений вес машины увеличился до 1590 кг, а высота полета уменьшилась до 10,5 см. Машина имеет длину 7,6 м, ширину 4 м. Воздушную подушку создают два центробежных вентилятора. Их при- водит во вращение поршневой двигатель мощностью 120 л. с. Для создания горизонтальной тяги также исполь- зуют поршневой двигатель мощностью 90 л. с. Управле- ние машиной при движении осуществляется с помощью аэродинамических рулей па корме, а также лопаток в кольцевом сопле. Затем фирма приступила к постройке легкой многоце- левой машины VA-2, рассчитанной па 4—5 человек, со скоростью 75 км/час и длительностью полета 90 мин. Вы- сота преодолеваемого препятствия над твердой поверх- ностью 22 см, длина аппарата 8,6 м, ширина 4,5, высота 3,1 м. VA-2 оборудован тремя легкими поршневыми дви- гателями — два подъемных и одни тяговый. Машина пред- назначена для испытаний и для транспортировки людей и грузов над заливами, внутренними водами и труд- нопроходимыми для наземных средств транспорта участ- ками суши. Машину можно перевезти на самолете и к морским районам. Для облегчения погрузки в самолет сделаны съемными три отсека с каждой стороны аппара- та, оба киля, руль и силовая установка со стойками. 10-тонная машина VA = 3 (рис. 25) рассчитана на перевозку 24 пассажиров, или 1800 кг груза на расстоя- ние 150 км над водой при волнах высотой до 60 см, а так- же над мелями и болотистыми берегами. Эксплуатацион- ная скорость ее 110 км/час, длина 16 м, ширина 7,6 .и, высота 5,4 м. Подъемная сила и горизонтальная тяга создаются четырьмя турбовинтовыми двигателями мощ- ностью по 425 л. с. Возможен вариант раздельных подъем- ных п тяговых двигателей. Движителями служат два реверсивных изменяемого шага чстырехлопастиых винта самолетного типа. Изменением шага винтов можно соз- давать реверсивную тягу для торможения и маневриро- вания.
Летом 1962 г. па VA-3 проводились регулярные воздушные перевозки пассажиров в районе эстуария ре- ки Ди между городами Уолласи и Рил (Англия). Трасса протяженностью 30,5 км проходит через песчапые отмели и мелководье. Ежедневно осуществляли 6 двойных рей- сов, полет занимал 25 минут. Рис. 25. Машина VA-3 Фирма Виккерс-Армстронг проектирует также машины па воздушной подушке для передвижения над морем, в том числе весом от 100 до 1000 т. Намечена разработка большой машины VA-4 с полетным весом НО т при вы- соте передвижения 0,9 м со скоростью 130—150 км/час. Вес конструкции с оборудованием — порядка 61 т, вес полезной нагрузки 49 т, длина аппарата 52,5 м, ширина 17,5 м. Двигатели для горизонтальной тяги расположены в середипо машины и снабжены механическим приводом, позволяющим отклонять вектор тяги, что улучшает ма- невренность па ограниченных водных путях. Развитием машины VA-4 явится машина VA-5 весом 225 т. Английская авиационная фирма Фоллепд Эйркрафт построила экспериментальную машину па воздушной по- душке GERM-1 для исследований в натурных условиях расчетных характеристик. Па ней можно испытывать раз- личные конфигурации кольцевых сопел,схемы циркуля- ции воздуха в завесе и системы управлении.
Машина длиной около 5 м и шириной 2,5 м снабжена двумя мотоциклетными двигателями с рабочим объемом цилиндров 700 см3. Один из них приводит во вращение вентилятор, который забирает воздух через решетчатые воздухозаборники по бокам] машины и подает ого через периферийное сопло под днище. Другой двигатель при- водит во вращение винт в кольцевом канале для создания горизонтальной тяги. Воздушный винт вместе с кольце- вым каналом для обеспечения управляемости поворачи- вается вокруг вертикальной оси. После испытаний GERM-1 предусматривается пост- ройка нескольких эксплуатационных машин. Первой из них будет «Ховертрак» (летающий грузовик), которая будет перевозить грузы весом до 5 т со скоростью 48 км/час пад водой или относительно гладкой поверхностью земли. В грузовике будет использована схема циркуляции воздуха в завесе. Следующим будет «Ховеркоуч» (летаю- щий вагой), предназначенный для перевозки 20 т, или 150 пассажиров со скоростью 148 км/час на расстояние до 1100 км. Оп будет также обладать амфибийными свойст- вами. Фирмой разработано несколько конструктивных ва- риантов схемы с рециркуляцией воздуха в завесе. В од- ном из конструктивных решений использования этой схемы воздушная завеса создается вентилятором, лопат- ки которого закреплены на гибкой ленте п движутся по периметру аппарата в специальном канале. Воздух вса- сывается снизу через щель с наружной стороны днища, проходит через направляющий аппарат с неподвижными лопатками, попадает через двухкоптурное сопло под дни- ще и, отклоняясь под действием давления воздушной по- душки к периферии, частично вновь всасывается венти- лятором. Национальная научно-исследовательская ассоциация в США работает пад аппаратами, использующими схему кольцевого сопла, и пад определением их оптимальных характеристик. Спроектированная и построенная в 1959 г. машина GEM-1 имеет полный вес 0,45 т и удельное давление воздушной подушки 49 кг/м2. Четыре шестило- пастпых вентилятора, расположенные по два спереди и сзади машины, приводятся двумя 40-сильными поршне- выми двигателями. Расчетная скорость машины около 60 км/час, высота движения 0,23 м.
Кроме GEM-1, изготовленного по заказу корпуса морской пехоты США, исследовались гражданские ва- рианты этой машины — «Погас»-1 и «Пегас»-2, оснащен- ные двумя двигателями мощностью 65 и 85 л. с. Высота подъема аппаратов 1,2—1,6 м, конструкция их выполне- на из алюминиевых сплавов, а обшивка корпуса и внут- ренние каналы для воздуха — из стеклотекстолита. Для продольного и поперечного управления в щели кольце- вого сопла шириной 120 льм имеются поворотные лопат- ки, отклоняющие поток воздуха. В Швейцарии инженер Карл Вейланд работает над машинами со схемой лабиринтного уплотнения. Он по- строил два экспериментальных судна па воздушной по- душке. Одно из них, па 4 пассажира, в 1959 г. потерпело аварию при испытаниях па воде во время шторма. В фев- рале 1960 г. па Женевском озере было испытано второе судно «Илен» на 12 пассажиров длиной 11 м и шириной 9 м. Машина весом 7 т достигла скорости 95 км/час при высоте движения над водой 0,3—0,4 м. Два двигателя мощностью по 240л. с. вращают шесть вентиляторов, ус- тановленных со стороны носовой части судна. Вентиля- торы нагнетают воздух под днище, создавая воздушную подушку. Два других двигателя, поднятые над судном, приводят во вращение воздушные винты, создающие го- ризонтальную тягу. Общая мощность двигателей 700 л. с. «Илеп» приобретен США для проведения исследований по конструированию подобных аппаратов. По проекту Вейланда компания Рейнолдс Метале по- строила четырехместную машину — одну из самых бы- строходных из числа построенных до сих нор аппара- тов на воздушной подушке. Она развивает скорость 120 км/час. Схема ее показана на рис. 26. Машина сделана в основном из алюминия и весит 1814 кг, длина ее 9,45 ле, ширина 4,27 м. Аппарат-амфибия оснащеи двумя авиационными двигателями мощностью по 150 л. с. Один из них вращает вептилятор, образующий воздушную подушку, а другой, установленный на пило- не,— воздушный винт, создающий горизонтальную тя- гу. В машине применена модифицированная одинарная периферическая сопловая система с рециркуляцией воз- духа в завесе. Вдоль борта имеются входные воздушные каналы. Фирма Форд на заводе в Калифорнии построила и
I. Рпс. 26. Машина Рейнолдс Метале «Эр-Боут»
Рис. 27. Машина Форд ACV-1 испытала экспериментальную машину на воздушной подуш- ке ACV-1 (рис. 27), предназначенную для движения над сухим грунтом, болотистой местностью и над водой. Характерной особенностью модели является гибкая за- веса из пластического материала вокруг внешнего конту- ра машины. Встречая препятствие, завеса отклоняется, а затем вновь возвращается на место; она снижает утеч- ку воздуха из подушки и этим самым понижает требуемую мощность двигателя. В дальнейшем предполагается при- менить передвижение завесы в вертикальном направле- нии с помощью гидравлического пли пневматического привода. Воздушная подушка создается 14-ю вентиляторами, по семь у каждого борта машины. Отклоняя лопатками воздух из сопел, осуществляют тягу и управление. Маши- на весом 3,5 т сможет перевозить 10 человек, или груз в 1 т, со скоростью 65 км/час на расстояние в 160 км. В полетах на малые расстояния полезная нагрузка может быть увеличена до 2 т. Опытная машина длиной 6,4 м, шириной 2,4 м двигалась на высоте 0,6—0,9 м над по- верхностью. Машина сможет преодолевать уклоны до 20%. Силовая установка ее состоит из двух шестицилинд-
ровых авиационных поршневых двигателей по 310 л. с., расположенных в хвостовой части. Этой же фирмой разработан проект тяжелой транспорт- ной машины па воздушной подушке для десаптпых опе- раций. Она будет иметь следующие параметры: Длина......................................18 Ширина...........................................10,8 м Высота............................................5,1 м Площадь основания с кольцевым соплом . . . .138/1 .«2 Взлетный вес.................................. 20185 кг Вес пустого аппарата..................... 6400 кг- в том числе конструкций................................ 4205 кг силовой установки, редукторов и вентилятора 1485 кг органов управления, приборов и оборудования кабины...................................140 кг Скорость передвижения........................128 км/час Дальность полета............................ 480 км Высота движения..............................1,5 л Силовая установка будет состоять из двух турбовин- товых двигателей мощностью по 2000 л. с., каждый из которых будет приводить в действие воптилятор для создания подъемной силы и толкающий винт для осущест- вления тяги. Ио периметру основания проходит кольце- вая упругая завеса высотой 0,3 м, которая сможет откло- няться над препятствием и, таким образом, чистая высота передвижения составит 1,2 м. При нормальном начальном весе и малой скорости (8 км/час) машина сможет преодолевать препятствия вы- сотой 2 м. При уменьшении высоты передвижения скорость может быть увеличена свыше 130 км/час. Уменьшение высоты передвижения до 0,9 м может дать возможность увеличить полезную нагрузку до 23,5 т при нормальной скорости и дальности. В этом случае начальный вес ма- шины будет 31 750 кг. Такое уменьшение высоты пере- движения возможно при гладкой поверхности на суше или при спокойном море. При скорости движения 128 км/час па высоте 0,9 м можно увеличить перегоночную дальность до 4800 км при условии замены нагрузки то- пливом в перегрузочном варианте. Для упрощения эк- сплуатации при различных вариантах загрузки при из- менении высоты и скорости передвижения передняя и
задняя группа сопел имеют щели изменяемой ширины; боковые сопла имеют устройства для отклонения потока. Задняя пара винтов в кольцевых каналах, создающая горизонтальную тягу, обеспечивает также торможение и путевое управление. При скорости 64 км/час тормозной путь составит 66 м. При нормальном начальном весе машина сможет преодолевать уклон 24% и достигать расчетной скорости через 22 сек. Машина имеет грузовой отсек длиной 12,8 лг, шири- ной 2,4 м, высотой 3 м. Конструкция будет выполнена из обычных авиационных материалов, легких сплавов и слоистых панелей с сотовым заполнителем. Сория машин, рассчитанных главным образом на пере- движение над землей, построена в США доктором Уиль- ямом Бертельсеном. Бертельсеп занимается разработкой машин по схеме с отклоненной назад струей воздуха в завесе. В начало 1959 г. испытывался построенный им экспериментальный одноместный аппарат «Аэромобиль»— прямоугольной формы, длиной 2,6 м, шириной 1,8 м и высотой 0,8 м. Двухтактный четырехцилиндровый дви- гатель мощностью 72 л. с. приводит во вращение восьми- лопастпый вентилятор диаметром 0,76 м, размещенный в задней части машины. По периметру машины располо- жено кольцевое сопло шириной 51 льм с поворотными за- слонками. Горизонтальная тяга в нужном направлении осуществляется изменением угла истечения воздушной струи при повороте заслонок. Удельное давление воз- душной подушки около 60 кг/м2. Испытания показали, что аппарат обладает хорошей маневренностью и его мак- симальная скорость при высоте парения 0,15 м состав- ляет 63 км/час. Полный вес аппарата 270 кг, вес пустого — около 200 кг. Деревянный каркас «Аэромобиля» покрыт алю- миниевой обшивкой. Один из последних аппаратов Бертольсена — «Аэро- мобилы-200 снабжен шестицилиндровым вертолетным двигателем воздушного охлаждения мощностью 178 л. с., приводящим во вращение восьмилопастный вентилятор. Каркас «Аэромобиля» сделан из авиационных стальных труб, покрытых обшивкой из алюминия и фибергласса. Полный вес «Аэромобпля»-200 1225 кг, полезная нагруз- ка 490 кг, или 4 пассажира. При высоте парения около 300 мм он развивает максимальную скорость 96 км/час.
Длина его 4,87 Л1, ширина 2,44 л, высота 1,68 м. Управ- ление осуществляется отклонением алюминиевых щитков, расположенных по периметру основания, которые поворачи- ваются четырехпозиционной ручкой управления с тягами. Модификацией «Аэромобиля»-200 явилась одномест- ная машина «Аэромобиль» 200-2. Она имеет такие же раз- меры, управление и летные характеристики, как и тип 200, за исключением того, что длина аппарата возросла до 5,38 м, а вес уменьшился: без груза — 771 кг, полный вес — 860 кг. Улучшены также внешние обводы машины и установлен автопилот для поддержания устойчивости на курсе. «Аэромобиль» 200-2 успешно демонстрировался в Токио, Турине, Загребе и Ныо-Дели. В связи с тем, что в последнее время усилился интерес к машинам, построенным по схеме «крылатый таран», Бертельсен уделил им большое внимание. Он построил два аппарата этого типа — «Эркоптер» GEM-1 и «Эркоп- тер» GEM-2 со следующими данными: GEM-1 GEM-2 Мощность двигателя, л. с . 65 72 Скорость, км /час . . 64 72 Максимальная высота движения, ai . . 0,05 0,05 Вес машины, кг без нагрузки . 342 345 с нагрузкой . 408 500 Длина, м . . 4,27 5,7 Ширила, м . 2,0 2,55 Высота, м . 1,98 1,05 (пос) 2,26 (корма) Одноместная машина «Эркоптер» GEM-1 может преодо- левать подъемы до 20% и эксплуатироваться пад травя- ным грунтом, дорогами, песком, снегом, льдом, болотами, тундрой и водой. Для управления у нее есть горизонталь- ные и вертикальные плоскости в носовой и хвостовой части. «Эркоптер» GEM-2 — двухместная машина (рис. 28), снабженная двигателем мощностью 72 л. с. В кон- струкции машин использовались авиационные стальные сплавы и алюминиевые листы. Разработкой некоторых вопросов движения машин вблизи земли — таких, как устойчивость, управление, подъемные характеристики и пр. занимается в США Исследовательский центр Принстонского университета.
Рис. 28. «Эркоптер» GEM-2 Бертельсепа Для этой цели там построили несколько эксперименталь- ных аппаратов на воздушной подушке. Один из первых аппаратов — одноместный Х-2 «Эйр- Скутер» (воздушный скутер) имеет в плайе форму круга диаметром 2,4 м. Двигатель мощностью 5 л. с. приводит во вращение вентилятор диаметром 0,66 м. Воздух за- сасывается через лобовой воздухозаборник и нагнетается под основание через расположенную по периметру щель шириной 38 мм, наклоненную внутрь. В щели установ- лены поворотные лопатки. Воздушная подушка ограждена резиновой завесой высотой 100 мм. Корпус машины пред- ставляет собой конструкцию из алюминиевых труб с по- лотняной обшивкой. Вес пустого аппарата 55 кг, при вы- соте полета 0,1 м он может развивать скорость около 15 км/час. Аппарат предназначен для изучения кинестатического управления, т. е. возможности управлять машиной, пере- мещая ее центр тяжести путем изменения положения во- дителя. Модификацией «Эйр-Скутера» явился одноместный ап- парат Х-4, на котором установлен мотоциклетный дви- гатель мощностью 15 л. с., вращающий деревянный че- тырехлопастпый вентилятор. Максимальная скорость этого аппарата около 30 км/час, взлетный вес 170 кг. Для путевого управления имеются небольшие рули на
выходе из сопла. Специальная ручка служит для управле- ния этими рулями, а также рулем направления. Каркас машины выполнен из стальных труб с алюминиевыми нер- вюрами и обтянут алюминиевой обшивкой. Другая экспериментальная машина Принстонского университета Х-3 «Сосэр» («блюдце»), созданная там в 1959 г., имеет более крупные размеры — диаметр ос- нования около 6 м. При взлетном весе 450 кг она разви- вает скорость в полете 32 км/час. Корпус машины имеет обтекаемую форму, напомина- ющую крыло самолета; при скорости 30 км/час создается дополнительная аэродинамическая подъемная сила. Порш- невой двигатель мощностью 44 л. с. вращает вентилятор диаметром 1,2 м со скоростью 4000 об/мин, расположен- ный в горизонтальной плоскости сверху аппарата. Для выравнивания давления воздух поступает в ресивер, а затем подастся через кольцевое сопло шириной 15 мм под днище, где создается давление. Для обеспечения про- дольного и поперечного управления в кольцевом сопле расположены четыре группы направляющих лопаток — по восемь в каждой группе. Горизонтальную тягу создает расположенный на кило винт диаметром 650 лии, вра- щаемый поршневым двигателем мощностью 5 л. с. Винт может поворачиваться около вертикальной оси на 90° вправо и влево, чем обеспечивается путевое управление. Застекленная кабина помещается на посу машины. На основе «Сосэр» Х-3 был построен Х-ЗВ с более мощ- ным поршневым двигателем (180 л. с.). Аппарат Х-ЗВ предназначен для исследования эффективности модифи- кации стабилизационной системы; с этой целью высота парения машины увеличена до 0,6 ли Для обеспечения балансировки и облегчения заправки топливные баки емкостью но 57 л расположены по обо сторопы машины. Машина ACD размером 5,5 X 4,5 м и весом 1040 кг построена фирмой Белл (США). Она может передвигаться как пад сушей, так и над водой. Машина, оснащенная поршневым автомобильным двигателем мощностью 65 л. с., движется над землей на высоте 80 мм со скоростью 24 км/час. Управление в полете пад сушей осуществляется подвижными лопатками, установленными в потоке воз- духа завесы. ACD — первая машина, получившая раз- решение на эксплуатацию ее па дорогах США. Предпо- лагается построить бблыпую машину, которая сможет
перевозить 14 пассажиров со скоростью 80 км/час. Опа будет оснащена двумя двигателями мощностью по 200 л. с. В течение нескольких лет работает над созданием тран- спортных машин на воздушной подушке фирма Кертисс- Райт (США). В 1959 г. опа выпустила опытный образец двухместного воздушного автомобиля «Эйр-Кар» I дли- ной 5 м, шириной 2,4 м и высотой 1,4 м. Построенный как и другие воздушные автомобили фирмы по купольной схеме, аппарат снабжен поршневым двигателем мощ- ностью 85 л. с., приводящим во вращение двухлопастный вентилятор с жестким креплением лопастей. Вентилятор нагнетает воздух в камеру под основанием автомобиля, где создается давление около 50 кг/м", чем осуществляется поддержание аппарата в воздухе. К основанию корпуса по периметру прикреплена мягкая резиновая завеса, ограничивающая область повышенного давления и по- зволяющая автомобилю преодолевать небольшие препят- ствия на земле. Вес конструкции автомобиля 450 кг при полезной грузоподъемности 320 кг. При высоте движения около 150 мм он развивает скорость 48 км/час. Поступательное движение и управление достигается отводом части воздуха из жалюзи, находящихся по бокам передней и задней части автомобиля. Движение вперед или назад, а также разворот обеспечивается соответству- ющим поворотом направляющих лопаток, расположенных в жалюзи. Для поворота лопаток вперед или назад имеет- ся четыре рычага — по одному на каждые жалюзи. Фирма построила также четырехместный воздушный автомобиль «Эйр-Кар» II длиной 6,4 м и шириной 2,44 м с двигателем мощностью 300 л. с. На этом автомобиле спереди и сзади кабины в кольцевых каналах располо- жены два вентилятора, создающие воздушную подушку под основанием аппарата. При взлетном весе 1270 кг и высоте движения 150—300 мм над поверхностью авто- мобиль развивает скорость около 95 км/час и преодоле- вает подъемы до 6%. Этот автомобиль послужил прототипом для постройки в 1960 г. чстырехместного воздушного автомобиля «Эйр- Кар» 2500 (длина 6,3 м, ширина 2,4 м, высота 1,5 м). Машина обтекаемой формы может двигаться над землей и водой на высоте 150—300 мм. Кузов автомобиля изго- товлен из алюминия и стеклотекстолита. При весе
конструкции 1120 кг и полезной нагрузке 450 кг он разни вает скорость до 110 км/час. Два поршневых двигателя мощностью но 180 л. с. приводят через редукторы два шестилопастных вентилятора диаметром 1,8 м. Горизон- тальная тяга, управление, а также ограждение воздуш- ной подушки (резиновая завеса) аналогичны предыду- щим аппаратам. Автомобили типа «Эйр-Кар» 2500 пред- Рис. 29. Аппарат Т. Каарио 1 — поворотное крыло; 2 — воздушный руль; 3 — кормовой закрылок; 1 — воз- душный винт полагается выпускать се- рийно. Над созданием судов на воздушной подушке рабо- тают ученые многих стран: Австралии, Японии, Фин- ляндии, Канады. Уже упоминавшийся нами финский инженер Каарио разрабатывает ап- параты по предложенной им схеме «крылатый та- ран». Схема одного из аппаратов Каарио показа- на на рис. 29. В качество движите- ля применен воздушный винт, приводимый во вра- щение автомобильным дви- гателем воздушного охлаж- дения. Для разгона и движения па малых скоростях использованы два крыла, установленные одно за другим в разных горизонтальных плоскостях. Пространство под крыльями с боковых сторон ограничено стенками. Кры- ло 1 отклоняется в положение, показанное пунктиром. Часть потока воздуха от винта попадает в полость, огра- ничейную нижними поверхностями верхнего крыла, кры- ла I и степками, и приподнимает аппарат. Когда ма- шина достигает скорости, при которой встречный поток воздуха может создавать достаточную подъемную силу, крыло 1 переводится в горизонтальное положение. Японский исследователь Хисао Хагивара построил две экспериментальные машины. Одноместная машина HCX-I со взлетным весом 150 кг имеет максимальную скорость 30 км/час. Два ее вентилятора, вращаемые дви- гателями мощностью 6 л. с., нагнетают воздух под днище.
Вторая машина 1ICS-II — двухместная модель весом 100 кг с мотоциклетным двигателем. Проекты тяжелых машин. Имеется несколько проек- тов тяжелых машин, в частности судов на воздушной подушке. По одному из проектов судно для перевозки 800 пас- сажиров и 80 автомашин через пролив Ла-Манш будет иметь вес 400 т и мощность энергетической установки 40 000 л. с. При высоте подъема над водой 1,2—1,8 м судно должно передвигаться со скоростью 166 км/час. На английской промышленной выставке в Москве демонстрировалась модель судна фирмы Саундерс-Роу, предназначенного для перевозки через Ла-Манш 1200 пассажиров и 100 т груза со скоростью 160 км/час. Вес конструкции этого судна 400 т. Большое судно-паром, способное двигаться со ско- ростью 55—75 км/час, спроектировано фирмой Денни Ховеркрафт. Судно будет иметь бортовые стоики, опу- щенные в воду, и воздушную завесу на носу и корме. Проектная скорость судна около 185 км/час, горизонталь- ное передвижение обеспечивают воздушные винты. Имеются предварительные данные о проекте судна па воздушной подушке с атомной энергетической уста- новкой. Судно общим весом 306 т имеет в плане форму шестиугольника. На платформе расположены четыре воз- духозаборника, через которые воздух поступает к венти- ляторам, приводимым в движение турбинами мощностью по 6680 л. с. Затем воздух направляется в кольцевое соп- ло, расположенное по периметру машины. Имеются еще две турбины мощностью по 1640 л. с., приводящие в дей- ствие вентиляторы, предназначенные для обеспечения поступательного движения судна и работы теплообмен- ников. Реактор мощностью 75 тыс. кет расположен по- средине платформы. Управление и поступательное движение судна осу- ществляется отклонением потока воздуха в сопле рас- положенными в нем дефлекторами. При больших скоро- стях для тяги будет также использоваться реактивное действие струи теплообменника реактора. Судно, предназначенное для использования пад зем- лей и над водой, сможет нести нагрузку в 15 т и пере- двигаться со скоростью ПО—185 км/час, высота подъема над поверхностью 0,9—1,5 м. 5 С. Л. Адасиискиц лк
Машины дли движения над твердым грунтом Машина оригинальной конструкции ВС4 «Терраплан» (рис. 30) разработана и построена французской фирмой Бертэн, изготовляющей грузовые автомобили. Машина имеет следующие показатели: Длппа .............................................7,8 м Ширина.............................................3,2 м Взлетный вес..................................... 3500 кг Вес конструкции.................................. 1500 кг Максимальная высота передвижения...................0,5 м Высота подъема под нижней кромкой камер................. при нагрузке 1000 кг.............................0,1 м при нагрузке 2000 кг............................0,06 Л1 Воздушная подушка создается турбореактивным дви- гателем, поток газов от которого поступает в восемь спе- циальных каналов, где газы смешиваются с эжектиру- емым воздухом, объем которого в 6—7 раз больше объема газов. Это снижает температуру и скорость истечения газов. Затем смесь поступает в восемь кольцеобразных камер диаметром 1,55 м и высотой 0,5 м под корпусом машины. Камеры изготовлены из эластичного синтети- ческого материала неопрена и обладают упругостью. Отклонением этих камер в соответствующем направле- нии осуществляется передвижение машины вперед, назад и в стороны. Так, поворот вправо или влево производится наклоном передних и задних пар камер в стороны в про- тивоположных направлениях. Предельный угол наклона камер 45°. Когда камера встречает препятствие, она под- нимается, и платформа поддерживается остальными ка- мерами. Машина имеет автоматическое регулирование давления и положения платформы в зависимости от на- грузки. Фирма Фолленд разработала и построила машину на воздушной подушке для перевозки раненых. Для создания воздушной подушки использована схема наполненной камеры с гибкой завесой по периметру. В плане машина имеет овальную форму длиной 3 м и ши- риной 2 м. В центре расположен отсек для двух не- больших двухтактных двигателей, создающих давление
Рис. 30. Машина «Терраплан» воздуха. Спереди и сзади машины — по две ручки для управ- ления. Вдоль бортов размещаются двое носилок с ране- ными. Обслуживание такой санитарной машины осуще- ствляется двумя людьми, а при переноске вручную для двух носилок нужно четыре санитара. Большое преиму- щество машины в ее плавном движении, что очень важно для перевозки раненых. При конструировании обращено также внимание на максимальное снижение шума. Машины на воздушной, подушке в сочетании с колесным автомобилем. До сих пор в описанных конструкциях ма- шин на воздушной подушке использовалось только влия- ние близости земли без непосредственного воздействия колес на грунт. Фирма Виккерс-Армстронг (Англия) создала новую машину высокой проходимости, представляющую собой комбинацию аппарата на воздушной подушке и колесного автомобиля (рис. 31). Опытный образец машины был соз- дан на основе автомобиля «Лэнд Ровер» с колесной фор- мулой 4x4 — его ходовая часть дополнена устройством для создания воздушной подушки. Для повышения про- ходимости машины на тяжелых заболоченных участках
с помощью воздушной подушки регулируется давление ведущих колес на групт. Вместе с тем, наличие колес обеспечило решение вопросов создания тяги и управле- ния автомобилем, которые являются весьма трудными для машин на воздушной подушке. Два центробежных вентилятора, расположенные по бокам автомобиля, создают давление в воздушной подуш- ке 195 кг/м~, что обеспечивает подъемную силу 2267 кг, при общем расходе воздуха 14,2 м3/сек. Вес машины со всеми вспомогательными устройствами 2720 кг. Для при- вода вентиляторов позади кабины водителя установлен специальный двигатель. Привод осуществляется с по- мощью Р’-образных ременных передач. Воздух, подаваемый вентилятором, поступает в ресивер, образованный гибкой оболочкой. Под оболочкой укреплена специальная завеса из синтетической резины, высота которой может при необ- ходимости меняться, а при передвижении на колесах без воздушной подушки завеса может быть поднята. Испыта- ния автомобиля с комбинированным движителем на влаж- ной вспаханной почве показали, что его проходимость значительно выше, чем у стандартного автомобиля «Лэнд Ровер». Применение автомобилей с комбинированным движи- телем имеет широкие перспективы для передвижения на заболоченных и мягких грунтах, а также в сельском хо- зяйстве. В дальнейшем предполагается для привода вен- тиляторов использовать основной двигатель автомобиля и специальную раздаточную коробку. В мае 1962 г. подоб- ный модифицированный автомобиль использовался в Анг- лии для опрыскивания полевых культур. Модификация машины очень проста. Фирма Виккерс-Армстронг вы- пускает набор деталей для переоборудования автомоби- лей обычных типов и использования на них принципа воздушной подушки. В Англии построена также еще одна модификация ав- томобиля «Ленд-Ровер» с использованием воздушной по- душки для разгрузки колес, названная «Ховер-Ровер». За кабиной водителя расположен в горизонтальном по- ложении осевой вентилятор с диаметром колеса 765 мм. Для привода вентилятора в задней части машины уста- новлен специальный четырехцилиндровый двигатель ав- томобильного типа мощностью 72 л. с. при 6000 об/мин. Конструкция нового автомобиля с разгрузкой колес не-
Рис. 31. Автомобиль на воздушной подушке «Лэнд-Ровер» сколько упрощена по сравнению с первой моделью. Гаоа- ритная длина новой машины 4,86 м, ширина 2,28 м. В Канаде фирмой Авро разработана конструкция везде- хода «Джемили», состоящего из двух частей, соединенных между собой шарниром. На передней части размещена кабина водителя, силовая установка и вентилятор, рас- положенный горизонтально на крыше за кабиной. Зад- няя часть — это грузовая платформа. Газотурбинный двигатель мощностью 250 л. с. приводит в действие насосы гидростатической передачи к ведущим колесам и вентилятор для создания воздушной подушки с давле- нием 700 кг/м2. Для движения по мягкому грунту — пескам, болоту, заснеженной равнине — будет применена разгрузка ко- лес. На воде колеса будут подняты, и вездеход сможет двигаться на воздушной подушке. На мягких грунтах тяга будет обеспечиваться колесами, имеющими специаль- ные мощные грунтозацепы, а на воде — реактивным дей- ствием струи воздуха, отбираемого от подушки. Обе части вездехода соединены полым шарниром, внутри которого проходят воздухопровод к соплам платформы и тру- бопроводы к гидродвигателям ее колес. Платформа
независимо от рельефа местности всегда находится в гори- зонтальном положении, это обеспечивают управляемые гид- рорессоры. Вездеход длиной около 8 м и шириной 3 м имеет об- щий вес 3,5 т с грузоподъемностью 1 т. Расчетная ско- рость при движении в условиях бездорожья 56 км/час, а по шоссе 80 км/час. Использование воздушной подушки для. шасси самоле- тов. Одним из видов применения воздушной подушки является использование ее при взлете и посадке самоле- тов. Ученые многих стран думают, как заменить обычные шасси самолета на шасси с использованием воздушной подушки. Имеется в виду, что самолет будет делать разбег при взлете и посадку, не касаясь земли колесами, исполь- зуя воздушную подушку. Такие устройства позволят уменьшить длину взлетно-посадочных дорожек примерно в 10 раз. Так, для самолета с удельной нагрузкой на крыло 195 кг/м? взлетно-посадочная дистанция с пре- пятствиями высотой 15 м будет менее 120 м, при величине удельной нагрузки па крыло 390 кг/м2 взлетно-посадочная дистанция составит лишь 450 м. При увеличении удель- ной нагрузки до 490 кг/м? эта дистанция удвоится. К пре- имуществам применения воздушной подушки относит- ся также возможность посадки на неподготовленный грунт. Усложнение конструкции шасси должно будет ком- пенсироваться экономией в весе и простотой в обслужи- вании шасси. В США фирма Вортол изготовила модель самолета с шасси, использующим воздушную подушку, и прове- рила ее в аэродинамической трубе. Объединение Дженерал Дайпемикс Копвейр провело исследование взлетных ха- рактеристик гипотетического самолета, использующего при разбеге эффект влияния близости земли. Самолет имеет крыло малого удлинения. В каждом крыле распо- ложены в горизонтальпой плоскости вентиляторы, со- здающие воздушную подушку. Выходные сопла имеют направляющую систему. В струе воздуха, отходящего от вентиляторов, установлены заслонки, отклоняющие воздушный поток под углом в сторону хвоста самолета. Горизонтальная составляющая подъемной силы воздуш- ной подушки создает тягу вперед.
Суда па воздушной подушке В 1960 г. американская фирма Хыоз Туи построила экспериментальное судно на воздушной подушке «Хайд- рострик» XHS-1 с водяной завесой па носу и корме и жест- кими вертикальными бортовыми стенками, которые при движении находятся в воде. Ограждение воздушной по- душки водяной завесой на носу и корме и жесткими стен- ками с бортов значительно снижает мощность, необхо- димую для поддержания воздушной подушки, и, следо- вательно, судно затрачивает меньше энергии на подъем по сравнению с другими машинами на воздушной подушке. Дополнительная мощность, необходимая па преодоление сопротивления воды бортовыми стенками, меньше, чем выигрыш в мощности на поддержание судна. Подсчита- но, что выигрыш в мощности будет сохраняться до ско- рости 95—130 км/час. Силовая установка судна состоит из трех двигателей по 80 л. с. Для поступательного движения используются два гребных винта, а также реактивное действие откло- ненной назад струи водяной завесы, для управления суд- ном имеются водяные рули. Судно развивает скорость до 50 км/час при высоте подъема днища аппарата над поверхностью воды около 0,6 м. Эта же фирма построила экспериментальное судно с водяной завесой по всему периметру. Водяная кольце- вая завеса для ограждения воздушной подушки, а также радиальные водяные завесы для обеспечения устойчи- вости, создаются устройством, состоящим из заборника воды, насоса и кольцевого и радиальных сопел, из которых вытекает вода, образующая завесу. В центре судна рас- положен воздухозаборник с вентилятором. Вентилятор и насос приводятся в движение одним двигателем. Другой двигатель обеспечивает работу гребного винта, созда- ющего горизонтальную тягу. Другая американская фирма Белл Эйрсистемз построи- ла двухместный катер на воздушной подушке «Хайдрос- киммер» XHS-3 с боковыми килями, ограничивающими воздушную подушку. Снаружи аппарата установлен обыч- ный подвесной мотор. Длина катера 5,5 .и, ширина 2,5 м, вес около 1000 кв. В апреле 1962 г. была начата постройка судна «Хай- дроскиммер» XHS-4 (рис. 32). Воздушная подушка
Рис. 32. Трехместный катер «Хайдроскиммер» XHS-4 создается в двух продольных куполообразных камерах пе- риферическим соплом и стабилизирующими дополнитель- ными соплами. Воздух подается четырьмя 15-лопастными вентиляторами диаметром 1,8 м. Аппарат снабжен че- тырьмя газотурбинными двигателями мощностью по 1120 л. с., два из которых приводят в движение венти- ляторы. Двигатели и вентиляторы связаны между собой системой передач так, что в случае отказа одного из дви- гателей другой может приводить во вращение все четыре вентилятора. Два других двигателя такого же типа обслуживают четырехлопастные воздушные винты, расположенные на поворотных пилонах один за другим по продольной оси аппарата. Воздушные винты обеспечивают поступательное движение и ходовое управление. Реверсированием шага винта можно осуществлять также торможение и задний ход. Продольный и поперечный крен судна можно регу- лировать изменением подачи воздуха через одну из пар вентиляторов — увеличение подачи воздуха через ле- вые вентиляторы вызовет наклон машины вправо, и наобо- рот; дополнительный подвод воздуха в два передних вентилятора повлечет за собой крен судна на корму, а в задние вентиляторы — па нос.
Рис. 33. Судно «Ховербас» При полном весе машины 20,4 m и высоте бортовых сте- нок над водой 0,15 м эксплуатационная скорость судна составляет 129,5 км/час, максимальная расчетная скорость 173 км/час. Вес конструкции судна «Хайдроскиммер» XHS-4 составляет около 17 т. В Англии судостроительная фирма Денни в сотруд- ничестве с фирмой Ховеркрафт строит машины с жест- кими бортовыми стенками, ограждающими с боков воз- душную подушку. Опытное судно D1 «Ховершип», построенное в 1961 г., снабжено двумя подвесными двигателями по 35 л. с. для создания горизонтальной тяги и двумя поршневыми трехцилиндровыми двигателями по 25 л. с., приводящими вентиляторы для| образования воздушной подушки. Ма- шина весом 4,5 т развивает максимальную скорость 30 км/час, длина ее 18 м, ширина 3 м. Судно предназна- чено для исследовательских целей, чтобы создать в даль- нейшем более мощные суда такого типа. Проведенные опыты позволили спроектировать и в 1962 г. построить второе судно на воздушной подушке «Ховербас» D2 (рис. 33), рассчитанное на 88 пассажиров, или около 6 т груза. Длина судна 25,5 м, ширина — око- ло 6 м, вес без груза 25 т. Оно сможет развивать скорость до 46 км/час, дальность его действия по запасам топлива 160 км. В зоне воздушной подушки, длиной 19,8 м и шириной 5,8 м, образуется давление 245 кг/м?. Посту- пательное движение обеспечивают два морских дизеля, расположенные в корме. Они приводят во вращение два
гребных винта, которые могут поворачиваться па ЗС>0° и осуществлять управление судном. Воздушную подушку создают два двигателя с двумя вентиляторами, располо- женными в передней части судна под кабиной управления. Средняя суммарная эксплуатационная мощность всех двигателей 750 л. с. Застекленный комфортабельный пассажирский салон размещен между отсеками двигателей. В конструкции судна предусмотрено широкое применение пластмасс, в частности полиэфирного стеклопластика. Интересная система ограждения воздушной подушки применена в конструкции моторной лодки «Сирайдер» английской фирмы Сейро. Кроме двух боковых жестких ребер, ограничивающих подушку с бортов, в носовой части имеется щиток, выполняющий роль невозвратно- запорного клапана. Щиток может свободно отклоняться назад под действием набегающих волн. Давление сжатого воздуха подушки отклоняет щиток вперед до вертикаль- ного положения, где имеется ограничитель. Форма кор- мовой части лодки выбрана так, что воздух под давлением выходит через узкую щель сзади, благодаря чему лодка получает поступательное движение вперед. Движение катера обеспечивается также и гребным винтом, приво- димым от подвесного двигателя мощностью 18 л. с. Этим винтом осуществляется и управление лодкой. Воздушную подушку создает вентилятор с диаметром лопастей около полуметра, действующий от двухтактного двигателя мощностью 2 л. с. с 3500 оборотами в минуту. Длина лодки 5,8 лг, ширина 2,1 м, скорость хода 24 км/час, конструкция се выполнена из многослойной фанеры. Лодка предназначена для плавания в закрытых водах. В США фирма Викл Ресерч Корпорейшп разрабаты- вает 100-топное опытное судно па воздушной подушке катамаранного типа для перевозки грузов и пассажиров со скоростью 185 км/час. Судно имеет два корпуса, соединенные платформой с надстройкой. Корпусы с плоскими днищами изготовле- ны из алюминиевого сплава, надстройка — из стеклопла- стика. На платформе, в центре тяжести судна, располо- жено помещение для пассажиров или груза, рассчитанное на 120 человек, или 4 грузовых контейнера весом по 10 т. Вдоль бортов на нижней части каждого корпуса уста- новлены эластичные сопла, приближающие струи воздуха
к поверхности воды. Они могут несколько деформиро- ваться под действием волн. Для неподвижного парения и движения с небольшой скоростью имеются дополнитель- ные сопла, расположенные в продольных воздушных ка- налах, они находятся на одном уровне с основными боко- выми соплами и закрываются заслонками. Система, обеспечивающая подъем судна, состоит из двух больших горизонтально расположенных вентилято- ров, установленных вдоль центральной линии судна спе- реди и сзади пассажирско-грузового помещения. Каждый вентилятор приводится во вращение от двух газотурбин- ных двигателей максимальной длительной мощностью но 2270 л. с. Вентиляторы нагнетают воздух в большую камеру, расположенную ио всей длине судна. Если один вентилятор выходит из строя, другой может обеспечить давление в воздушной подушке, достаточное для парения судна. Поступательное движение и управление судном обеспечивают два воздушных винта регулируемого шага, приводимые в движение двумя газотурбинными двигате- лями мощностью по 2270 л. с. В бортовых соплах преду- смотрены направляющие лопатки, изменение наклона которых создает дополнительную тягу, а также дает воз- можность осуществлять повороты или задний ход суд- на на малых скоростях. На больших скоростях управле- ние судном осуществляется главным образом при помощи аэродинамических рулей, находящихся в струе отходя- щего от винтов воздуха. При движении высота под опорной поверхностью для нижней части надстройки составляет 3,66 м, для корпу- сов — 2,13 м, для гибких сопел — 0,3 м. Для погрузки и разгрузки судно может выходить па сушу.
ЧТО ПОКАЗАЛА ОПЫТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ Летом 1962 г. машины на воздушной подушке VA-3 и SR № 2 проходили опытную эксплуатацию — перевозили пассажиров. С 20 июля в течение 8 недель было налажено регулярное движение через эстуарий реки Ди (Англия) на машине VA-3. За это время машина прошла 6470 км и перевезла 3765 человек. Испытания показали, что крейсерская скорость VA-3 составляет 113 км/час, а максимальная скорость в без- ветренную погоду при движении над спокойной поверх- ностью воды — 170 км/час. Начиная движение на плаву, машина выходит на воздушную подушку при скорости 22—28 км/час. Скорость в 92 км/час машина достигает за 15 сек, а со скорости 74 км/час тормозной путь над вод- ной поверхностью составляет 61 м. Машина показала достаточно хорошую устойчивость и управляемость па курсе при движении в более или ме- нее спокойную погоду. При сильном боковом ветре управ- ляемость ухудшается. На режиме парения VA-3 делает разворот на участке, но величине равном длине машины. При парении машины для противодействия сносу от бо- кового ветра струя воздуха из переднего и заднего сопла отклоняется лопатками в сторону, противоположную вет- ру, и этим создается сила противодействия. Одновремен- но заслонки в продольном сопле со стороны, обращен- ной к ветру, несколько перекрывают сопло, давление в нем падает, и машина получает креп навстречу ветру. Расстояние между нижней кромкой корпуса и опор- ной поверхностью увеличивается, расход воздуха в эту сторону повышается, а следовательно, появляется реактивная сила, противоположная направлению ветра.
При движении судна на больших скоростях управля- емость при наличии бокового ветра обеспечивается аэро- динамическими килями и рулями, а также устройствами для регулировки потока воздуха из сопел. Действие бокового ветра преодолевают поворотом носовых килей, или же неко- торым отклонением продольной оси аппарата в сторону вет- ра. Передние поворотные кили с рулями предназначены для поворотов, а задние неподвижные кили с отклоняющимися рулями, находящиеся в потоке воздуха от винтов, обеспе- чивают устойчивость машины на курсе. При испытаниях было установлено, что управляемость судна при боковом ветре вполне удовлетворительна. Высота подъема до нижней кромки эластичной завесы составляла 0,203 Л1, а до среза сопла 0,609 м. При движе- нии над волнами высотой более 0,61 м при скорости 55 км/час волны ударяли о дно судна. Расход топлива (керосина) па крейсерской скорости в среднем составлял 8,5 л/км, дальность действия на крей- серском режиме при емкости топливного бака 1350 л достигала 160 км. Уровень шума в пассажирском сало- не VA-3 сопоставим с уровнем шума в кабине само- лета. Проведены также опытные перевозки пассажиров на машине SR № 2. До опытной эксплуатации судно прошло ПО часов ходовых испытаний. Крейсерская скорость SR № 2 составила в среднем 100 км/час, максимальная — 135 км/час. Судно устойчиво держалось на курсе при боковом ветре (скорость ветра 15,6 м/сек), свободно проходило над волнами высотой 0,9 м и двигалось при волне высотой 1,5 м со скоростью 64—83 км/час. При этом следует учитывать, что высота до среза сопел составляет 0,75 м, а до нижней кромки эластичной завесы — 0,23 м. Из соображений удобства эксплуатации для перехода машины от движения над водой к движению над сушей рекомендуется устраивать искусственные спуски, подоб- ные слипам для схода гидросамолетов в воду. Спуски целесообразно делать с некоторой вогнутостью в продоль- ном направлении, что упрощает передвижение машины, так как обеспечивает самоцентрирование ее на спуске и дает возможность делать ширину спуска не очень боль- шой. Ширина спуска обычно бывает вдвое больше шири- ны машины, а наклон от 1 : 8 до 1 : 10.
Очень важным эксплуатационным параметром машин па воздушной подушке является способность к преодоле- нию подъемов. Для успешного действия над твердым грунтом при выходе на берег и движении над неровной местностью необходима определенная минимальная вы- сота полета, которая обеспечила бы нормальную эксплу- атацию. Способность преодолевать подъемы является функцией тяги и полного веса аппарата. Синус продоль- ного угла подъема, при котором аппарат может держаться неподвижно на режиме парения, равен тяге, деленной на полный вес машины. Следовательно, чтобы обеспечить движение на подъеме, требуется дополнительная тяга. Машины с большим запасом мощности могут легко преодо- левать подъемы. При конструировании машин средних размеров нужно выбирать мощность, учитывая необхо- димость преодоления определенного подъема. Возможность преодолевать подъемы у транспортных средств на воздушной подушке ограничена. У построен- ных машин практически максимальный преодолеваемый нодъем составляет величину, обычно пе превышающую 10-15%.
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Во многих странах, наряду с работами по созданию конструкций машин па воздушной подушке, проводились теоретические изыскания в этой области. Из основных схем создания воздушной подушки наи- более изученной является схема кольцевого сопла. При Рис. 34. Силы, действующие на парящий аппарат а — сопло о наклоном; б — сопло без наклона; в — аппарат пад водой сопловой схеме кольцевой воздушный поток создает под днищем аппарата зону повышенного давления (воздушную подушку) и действует как уплотнение, препятствующее выходу воздуха из воздушной подушки (рис. 34). В свою
очередь, избыточное давление подушки воздействует на воздушный поток из сопла. Кольцевая струя воздуха под воздействием центробежных сил, развиваемых в воз- душной подушке, отражаясь от опорной поверхности, отклоняется в сторону от оси машины. При теоретических исследованиях рассматривали коль- цевой несжимаемый поток идеального газа вблизи земли. Было принято, что толщина струи t мала по сравнению с высотой парения Л, скорость истечения постоянна вдоль струи. Внутреннее трение не учитывали. Общая подъемная сила вблизи земли представляется в виде суммы из реактивной силы /<>, вызываемой движе- нием воздушного потока, и силы 1\, возникающей под действием давления в воздушной подушке. Вблизи земли реактивная сила без учета наклона потока Р2 = &P-h.-n-d, где Д73 — избыточное давление иод аппаратом. Сила давления воздушной подушки Р1 = ДР^. Для оценки эффективности действия кольцевого сопла вблизи поверхности было предложено понятие коэффи- циента А влияния близости земли, который выражает отношение фактической подъемной силы к подъемной силе, создаваемой эквивалентной по площади свободной струей, направленной вниз, без учета влияния близости земли bPndh + АР Л = = . -- 4______ = 1 -I- -L Р2 bPndh 1 1 d Для повышения эффективности струю наклоняют внутрь машины. С учетом наклона кольцевого воздушного потока от вертикальной оси на угол П x^cose + ^£°-.. л Оптимальное значение угла (I
Теоретически оптимальное .значение угла наклона сопла равно 60°. Практические результаты, однако, пока- зывают, что этот угол должен составлять 20—30°. Характер изменения коэффициента А для кольцевого сопла в зависимости от расстояния до опорной поверхно- сти и толщины струи показан на рис. 35, где даны кривые Рис. 35. Характер изменения коэффициента влияния близости земли для коэффициента А при различных .значениях относи- « h •> тельной высоты парения d и относительной толщины струи С приближением сопла к опорной поверхности па не- которую, критическую, высоту подъемная сила и, следо- вательно, коэффициент резко возрастают. Такое действие воздушной струи возможно при определенных расстоя- ниях машины пад опорной поверхностью, соответству- h ющих относительному расстоянию -, находящемуся в пределах от = 0 до ~ 0,8. Эта величина зависит от толщины струи Z, угла наклона 0 и скорости истечения воздуха. Из того же рисунка видно влияние толщины струи t на величину подъемной силы. С уменьшенном отношения 6 С. А. Адасппский о.
толщины струп к диаметру сопла d в пределах от 1- = 0,1 до = 0,01 подъемная сила возрастает. По данным исследований, при 0,01 и 0,3 изменение толщины струи практически не влияет на ве- личину подъемной силы. Одним из наиболее важных параметров машин на воздушной подушке является высота подъема над опор- ной поверхностью. Для машин купольной схемы высота подъема может быть охарактеризована следующей за- висимостью: где<2—производительность вентилятора, мЧсек v — теоретическая скорость истечения воздуха из-под дппща аппарата без учета сужения струи, м/сек П — периметр машины, м Р — коэффициент истечения, равный отношению по- перечного сечения струи в самом узком месте к площади отверстия. Оп характеризует степень сужения струи, происходящего в том случае, когда отверстие имеет ост- рые кромки или профилировано не идеально. Для аппаратов круглой в плане формы выражение для определения высоты подъема примет следующий вид: Здесь JV„ — мощность, затрачиваемая на подъем в предпо- ложении отсутствия потерь в трубопроводе QPa и равная -г- л. с. Р2— подкупольное давление, кг/.w2 D — линейный размер (например, диаметр машины), м т| — коэффициент, зависящий от формы машины в плане и остроты кромок ее контура (равный 6,8 для круг- лой машины при коэффициенте истечения [3 = 0,6) G — вес машины, т. Для оценки энергетических затрат в режиме парения введен параметр качества парения М, связывающий зна- чение мощности с удельной нагрузкой или величиной, ей пропорциональной. Величина Л1 является функцией
высоты парения и конструктивных параметров аппарата 2 /р ^п Г S где 5 — площадь, ограниченная соплом, м'2 Л'п — потребная мощность, л. с. G — вес аппарата, кг р — плотность воздуха. Максимальное значение качества парения составит: Л/ — — лутах - hc, где с — периметр сопла, м. Это выражение представляет собой отношение эффек- тивной площади подушки S к площади воображаемого кольцевого экрана he. Параметр М дает возможность рассчитывать мощность, требуемую для создания подушки при заданном весе и рабочей площади машины, а также сравнивать эффек- тивность однотипных машин. Для характеристики режима движения машин на воздушной подушке принят параметр пропульсивного качества 1 k-GV k-~N ' где V — скорость аппарата, м/сек N — полная мощность, расходуемая па подъем и го- ризонтальное движение аппарата, л. с. Теоретические расчеты и эксперименты с машиной па воздушной подушке с составной завесой (разделенной направляющими лопатками) дали возможность сделать вывод, что имеется линейная зависимость пропульсивного •У ™ качества от параметра Исследования зависимости пропульсивного качества от высоты парения и размеров машины показали, что эффективность хорошо спроекти- рованных образцов с кольцевым соплом повышается с 5 гг увеличением соотношения При умеренной высоте движения и достаточно больших размерах машины 1 Этот параметр не имеет общепринятого названия. Некоторые авторы называют его качеством движения, а другие — коэффици- ентом эффективности.
Пропульсивное качество Может достичь значений, соответ- ствующих современным самолетам. С увеличением скорости пропульсивное качество ма- шин на воздушной подушке увеличивается, тогда как для остальных транспортных средств, как правило, уменьшается. Пропульсивное качество увеличивается также и при увеличении веса машины. Это является од- ним нз преимуществ аппаратов на воздушной подуйте, так как дает возможность создавать машины большого веса и скорости.
ПРОБЛЕМЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕИСТВОВА1111Я Наряду с очевидными положительными качествами машин на воздушной подушке, в процессе постройки и опробования построенных образцов выявились их специ- фические особенности и возникли некоторые проблемы, требующие решения для дальнейшего совершенствова- ния этих аппаратов. Одним из таких вопросов, связан- ных с эксплуатацией машин, является интенсивное брыз- гообразовапие при полете их над водой и пылеобразо- вание при передвижении пад твердым грунтом. Воздух, вытекающий по периметру машины из подуш- ки в атмосферу, имеет большую скорость — 15—45 м/сек. Поток воздуха, меняя направление, увлекает за собой пыль, песок и мелкие частицы грунта, а при движении над водой — частицы воды. В результате вокруг аппара- та образуется облако пыли или брызг, это затрудняет видимость, мешает водителю управлять машиной. Части- цы пыли и воды попадают в двцгатели, вентиляторы и систему воздухопроводов, загрязняют и, естественно, портят их. Для уменьшения этого явления понижают давление в подушке и устраивают козырьки или отража- тели по периметру аппарата. Необходимо отметить, что сильное образование пыли и брызг наблюдается главным образом при малых скоростях хода, а при 60 км/час и выше оно значительно снижается. Кроме того, при боль- шой скорости движения облако пыли или брызг сносится назад и не мешает эксплуатации. Существенно уменьшается образование брызг и пыли при использовании схемы рециркуляции воздуха в завесе и лабиринтного уплотнения. Однако необходимо учитывать, что в этом случае брызги, пыль и мелкие кам- ни попадают в вентиляционные устройства и даже в дви-
гатели. Следовательно, необходимо устанавливать спе- циальные оградительные устройства, фильтры и т. и. С проблемой брызгообразования связана также про- блема борьбы с обледенением машин при использовании их над водной поверхностью при низкой температуре. Брызги п водяная пыль оседают на корпусе и замерзают, образуя ледяную корку. Отсутствие непосредственной связи летающих машин с землей или водой вызывает также ряд трудностей. Кро- ме уже отмечавшихся особенностей управления, необ- ходимо обратить внимание на то, что машины на воз- душной подушке легко подвергаются сносу или дрейфу от воздействия бокового ветра. Как мера борьбы против сноса применяются поворотные лопатки, отклоняющие струю сжатого воздуха в сторону, противоположную действию ветра, и таким образом создающие упор о грунт, препятствующий дрейфу. При наличии поворот- ных воздушных винтов их также можно применить для противодействия сносу. Однако нужно признать, что эти меры не являются радикальными, и проблема требует своего разрешения. Одной из сторон этой проблемы являются вопросы торможения. Торможение может производиться исполь- зованием колесных или аэродинамических тормозов, а также реверсированием тяговых винтов. Проблема габаритов тоже является весьма важной. Машины на воздушной подушке, как правило, имеют относительно большие размеры, чем другие виды транс- порта. Это обстоятельство, вместе с затруднительными управлением и склонностью к дрейфу, вызывает необхо- димость иметь более широкие пути для их передвижения. Некоторым ограничением применения этих машин является то обстоятельство, что они могут преодолевать уклоны по более 12—16°. С увеличением высоты парения эти возможности будут увеличиваться. Не решена до конца проблема устойчивости и остой- чивости машин на воздушной подушке, особенно при высоте полета более х/10 диаметра или ширины машины. Двигатели, применяемые в настоящее время, создают большой шум. Для широкой эксплуатации машин должна быть решена и эта проблема. Перечисленные вопросы, и некоторые другие, возникаю- щие в связи с внедрением машин на воздушной подушке, будут решаться при дальнейшем их совершенствовании.
БЕСКОЛЕСНЫЙ ПОЕЗД ПА ВОЗДУШНОЙ СМАЗКЕ Использование схемы воздушной смазки открывает большие перспективы для повышения скоростей назем- ного, в частности железнодорожного транспорта. Мак- симальная эксплуатационная скорость на европейских железных дорогах составляет 130—145 км/час. Мировой рекорд скорости для локомотива (около 330 км/час) при- ближается к абсолютной границе безопасного исполь- зования колес. Следует ожидать, что для транспор- та будущего потребуются значительно большие скоро- сти. Вопросами использования схемы воздушной смазки для рельсового транспорта занимается конструкторско- экспериментальное отделение компании Форд Мотор в Детройте (США). Инженерами фирмы было установлено, что при скоростях свыше 240 км/час колеса работают неудовлетворительно из-за появления вибраций, потери сцепления и чрезмерных взносов. Единственно приемле- мым был признан способ замены колес скольжением с ис- пользованием воздушной смазки. Была предложена конструкция вагонов для бесколес- ного железнодорожного транспорта, названных «Лева- карами». Вагон опирается па специальные опоры — сколь- зуны, охватывающие головку рельса. Сжатый воздух, поступающий через большое количество отверстий в скользунах, подается в пространство между рельсами и скользунами и создает воздушную пленку толщиной око- ло 1 мм (в раннем проекте — около 0,1 льм). Давление, создаваемое в воздушной прослойке, достигает величины 10—70 тыс. кг/м2. Важное значение имеет конструкция скользунов, так как от пес в значительной степени зависит безопасность движения на высоких скоростях.
Одна из конструкций скользунов для вагона типа «Ле- вакар» показана на рис. 36. Трубчатая рама вагона слу- жит воздухопроводом, через который воздух поступает в распределительную коробку скользуна. Коробка зак- реплена на раме скользуна, связанной с рамой вагона. К путевой балке почти вплотную примыкает тормозное устройство, прикрепленное через вращающуюся опору к раме вагона. Рис. 36. Скользун вагона «Левакар» / — рама вагона с воздухопроводом; 2 —листовая пружина; 3 — вращающаяся опора; 4 — рама скользуна; 5 — распределительная коробка воздушной подушки «Левапад»; 6 — тормозное устройство; 7 — путевая балка Имеется четыре основных вида конструкций скользу- нов для вагонов типа «Левакар»: пористый скользун, где воздух поступает через большое количество мелких от- верстий пористого материала; щелевой скользун; сколь- зун с отверстиями прямоугольной формы и скользун с отверстиями треугольной формы. При испытаниях лучшие результаты дали щелевые скользупы и скользуны с от- верстиями треугольной формы. Воздушная пленка даст возможность резко сократить сопротивление движению и за счет этого развивать ско- рости 300—800 км/час. Вагон будет передвигаться по од- ному или по двум рельсам. Для поступательного движе- ния вагона может быть использован сжатый воздух, вы- рывающийся из хвостовой части, воздушные винты или
реактивные двигатели. Исследования показали, что ис- пользование сжатого воздуха для этой цели неэкономич- но и в настоящее время для передвижения проектируются автономные установки. Торможение вагона можно производить обратной тя- гой двигателей, давлением воды, магнитным или меха- ническими тормозами, т. е. колодками, которые прижи- маются к рельсам. При больших скоростях, которые будут иметь вагоны на воздушной пленке, возможностей человека недостаточ- но, чтобы реагировать па меняющиеся условия движе- ния. Поэтому необходимо полностью автоматизировать управление движением и предусмотреть электронные устройства, которые действовали бы подобно системе автоблокировки, применяемой на железнодорожном транспорте. Выполнение требований автоматического управления здесь упрощается, поскольку опоры — сколь- зуны — непосредственно примыкают к рельсам. Для снижения аэродинамического лобового сопротив- ления вагоны должны иметь обтекаемую форму и глад- кую поверхность, как у летательных аппаратов. Рельсо- вый путь должен быть поднят на достаточную высоту над грунтом, чтобы обеспечить безопасность движения для пешеходов п наземного транспорта. Разработано несколько проектов бесколесных вагонов для передвижения над рельсами па воздушной пленке. В Кельне демонстрировалась модель аппарата на воздуш- ной прослойке высокого давления толщиной около 1 мм. Длина модели 1 м, вес около 23 кг, горизонтальная тяга, как и подъемная сила, обеспечиваются сжатым воздухом, который подается по шлангам. В мае 1959 г. в США демонстрировался одноместный привязной аппарат «Левакар» Мах-1 длиной 2,4 м и ши- риной 1,4 м (рис. 37). Конструкция аппарата выполнена из алюминиевых сплавов, кабина застеклена. Подъем- ная сила создается сжатым воздухом от компрессора, расположеппого вне машины. Горизонтальная сила тя- ги, около 3 кг, обеспечивается двигателем мощностью 1,5 л. с., установленным на машине и приводящим воз- душный винт. Давление в воздушной прослойке около 3,5 кг/см2, вес машины примерно 200 кг. Была спроектирована также четырехместная машина «Левакар» Х-2 длиной 8 м и шириной 1,5 м. Подъемная
сила создается газотурбинным компрессором мощностью 200 л. с., горизонтальная тяга — турбовинтовым дви- гателем мощностью 400 л. с., работающим с трехлопа- стным воздушным винтом диаметром 2 м в кольцевом ка- нале. Максимальная скорость при весе машины 1450 кг сос- тавляет 400 км/час, достигается она за 85,8 сек. С этой скорости за 5,66 сек вагон может быть заторможен до Рис. 37. Одноместный привязной аппарат «Левакар» Мах-1 полной остановки на расстоянии 3 км. Он может нести 300 кг груза и 120 кг топлива, что обеспечивает пробег 200 км. Комфортабельный 40-местный «Левакар» Х-3 имеет салон, бар и тамбур. Его длина 20 л/., ширина 3,6 м и высота 2,4 см. Полный вес вагона около 16 т, в том числе полезная нагрузка 3,9 т, вес топлива 3,8 т. Максималь- ная скорость 640 км/час. Подъемная сила обеспечивается турбокомпрессором, горизонтальная тяга — воздушным винтом. Мощность, потребляемая вагоном, составляет около 3250 л. с., из
которых 700 л. с. используется для создания воздушной прослойки и около 2550 л. с. — для поступательного движения со скоростью 640 км/час. Имеется проект 200-местного вагона «Левакар» Х-5, предназначенного для коротких пробегов (до 160 км) в густонаселенных районах с максимальной скоростью 240 км/час. Вагон оборудован двумя газотурбинными ус- тановками мощностью по 650 л. с., приводящими два воздушных винта регулируемого шага. Винты располо- жены по одному на каждом конце вагона. Два турбоком- прессора подают воздух в скользуны. Интересно отметить, что для обеспечения поступатель- ного движения вагона по ровному грунту при скорости 160 км/час нужна относительно небольшая мощность — 162 л. с. на вагон. Чтобы передвигать «Левакар» Х-5 на ровном пути при скорости 320 км/час потребуется 1300 л. с. Этой же мощности достаточно, чтобы обеспечить ско- рость в 240 км/час на участке пути при подъеме в 2%. Для поддержания вагона над рельсами на воздушной прос- лойке требуется значительно большая мощность — 2100 л. с. и дополнительно 300 л. с. для обеспечения воздушной прослойки в боковом направлении. Особым видом применения принципа воздушной смаз- ки для направленного движения пад заранее подготов- ленной поверхностью является так называемый парящий вагон— «Ховеркар» (рис. 38), проект которого разработан английской фирмой Ховеркрафт Дивелопмент Лимитед. Для уменьшения лобового аэродинамического сопротив- ления вагон имеет обтекаемую форму, напоминающую очертания фюзеляжа самолета. Он передвигается над бе- тонным лотком, V-образного сечения или другой формы на высоте примерно 12,7 мм. В нижней части днища ваго- на расположены устройства для создания воздушной по- душки — скользуны. Воздух под большим давлением поступает от компрессора в скользуны и образует воздуш- ную прослойку. Зазор внизу лотка, по которому движет- ся вагон, позволяет дождевой воде, пылп, песку и мелким камням проходить вппз. В качестве движителя для поступательного движения может быть использован индукционный электродвига- тель или воздушные винты. Силовой установкой может служить газовая турбина, дизель или электрический дви- гатель.
Рис. 38. «Ховеркар» па 500 мест с линейным индукционным электро- двигателем 1 — система подвески сопел воздушных подушек; 2 — распределитель воздушной подушки; 3 — силовые токоироводы; 1 — непрерывный сердечник линейного индукционного злектродвигателн В левом верхнем углу — салон на 150 мест (1 — воздухопровод для питания воздушных подушек) Особенно привлекательным кажется применение ли- нейного индукционного электродвигателя. Он бесшумен в эксплуатации и не образует потоков воздуха, вызыва- ющих дополнительное сопротивление, как при использо- вании воздушных винтов. Линейный двигатель является модификацией обычного асинхронного двигателя пере- менного тока с вращающимся валом и позволяет непо- средственно получать поступательное движение. По су- ществу, линейный двигатель представляет собой разрезан- ный по продольной оси и вытянутый в прямую лилию трехфазный асинхронный двигатель переменного тока, у которого статор как бы развернут в одну плоскость, а «ротором» служит брус из токопроводящего материала. Если по обмоткам статора пропускать переменный ток, то в «роторе» наводятся индуктированные токи. 13 ре- зультате взаимодействия токов ротор и статор взаимно
Перемещаются — если укреплен стаТор, to вдоль него перемещается ротор, если же укрепить ротор, то переме- щаться будет статор. Так, для использования в аппа- рате па воздушной прослойке обмотки статора укреп- ляют на вагоне, а ротор в виде бруса располагают вдоль пути. В проекте вагона типа «Ховеркар» применен линей- ный индукционный электродвигатель. Новое транспортное средство может быть использова- но для быстрой доставки пассажиров от города к городу без промежуточных остановок со ско- ростью 320—640 км/ /час или даже быст- рее. Для этой цели машины высокого давления имеют зна- чительные преимуще- ства перед другими видами транспорта (рис. 39). На один и тот же путь они зат- рачивают значитель- но меньше времени, чем локомотивы или автомобили, и приб- Рис. 39. Время, затрачиваемое на поездку различными видами транспорта лизительно то же время, что реактив- ные самолеты при ус- ловии доставки пас- сажиров в аэропорт и из аэропорта в го- род железной доро- гой. Наименьшее вре- мя пути может быть достигнуто при ис- 1 — автомобиль; 2 — поезд - вкспресс; 3 — самолет; 4 — самолет со скоростью 960 км/час и проездом до аэропорта по железной дороге; 5 — «Ховеркар» со скоростью 320 км/час; 6 — «Ховеркар» со скоростью 480 км/час; 7 — аппараты вертикального взлета и посадки со скоростью 800 км/час пользовании машин вертикального взлета и посадки в центре города. Однако эти летательные аппараты будут относительно сложными и дорогими в эксплуатации. Кроме того, они, как и самолеты, из-за сравнительно малой вместимости не- достаточно удовлетворяют требованиям массовых пере- возок.
Экспресс Самолет «Ховеркар» Число мест 500 1200 150 600 Мощность силовой установки л. с 2000 22000 4320 13500 Общий вес, т 500 65 43 140 Стоимость транспортного сред- ства, тыс. ф. ст 180 1000 150 405 Максимальная крейсерская скорость, км/час 144 640 480 480 Время в пути (туда и обрат- но), часы 14 3,75 3,75 3,75 Время, затрачиваемое пасса- жиром па поездку в одном направлении, часы .... 7 3 1,75 1,75 Число полных рейсов в день 1 4 4 4 Общее число перевозимых пассажиров 1000 960 1200 4800 В таблице даны сравнительные характеристики желез- нодорожного экспресса, реактивного самолета и аппара- та типа «Ховеркар». Для примера взято расстояние в 640 км между Лондоном и Эдинбургом при 14-часовом ра- бочем дне. Как видно из таблицы, наибольшее количество пасса- жиров может перевезти «Ховеркар», имеющий такую же скорость доставки, как и самолет с учетом переезда до аэропорта дополнительным транспортом. В вагонах типа «Ховеркар» для сравниваемых скоро- стей на одного пассажира требуется значительно мень- шая мощность двигателя, чем в самолетах, и особенно в вертолетах. Намечается несколько областей применения вагонов па воздушной прослойке. Кроме безостановочного сооб- щения между городами со скоростью 320—640 км/час, можно считать целесообразными грузовые перевозки меж- ду городами, тоже без остановок, со скоростью 160 км/час и выше. Можно также перевозить пассажиров в этих вагонах на короткие расстояния с меньшей скоростью, чем при междугороднем движении. В этом случае выгодны- ми будут рейсы, например, между центром города и аэро- портом.
В конечном счете применение этого Нового вида Транс- порта должно существенно сократить время перевозок и приблизить скорости наземного передвижения к скоро- стям воздушного транспорта. Как мы ужо говорили, для относительно коротких ли- ний (например, 800 км) высокая скорость самолетов фак- тически недостаточно реализуется, так как ко времени, затрачиваемому самолетом, добавляется время на достав- ку пассажиров от центра города до аэропорта п от аэро- порта к центру города. Правда, для перевозок между центрами городов мож- но использовать другие летательные аппараты — верто- леты и аппараты вертикального взлета и посадки. Но вер- толеты имеют свои недостатки. Скорость их ограничена величиной около 370 км/час, мощность, потребляемая вер- толетом на одного пассажира, высока. Аппараты верти- кального взлета и посадки могут иметь большие скорости, однако снижение уровня шума, который они создают при взлете и посадке,— задача еще более сложная, чем даже у вертолетов. Следует также учитывать ограниченное или затруднительное использование их в плохих метеоро- логических условиях. Вагоны на воздушной пленке большой вместимости смогут передвигаться между центрами городов с высокой скоростью. Ориентировочные подсчеты эксплуатационной стоимости перевозок аппаратами типа «Ховеркар» пока- зывают, что они сравнимы с наземными видами транспор- та и имеют преимущества по сравнению с самолетами. Все сказанное говорит о перспективности применения вагонов па воздушной пленке, однако их внедрение может стать реальностью после больших опытных работ.
МЕСТО «ЛЕТАЮЩИХ» МАШИН СРЕДИ ДРУГИХ ВИДОВ ТРАНСПОРТА. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ Скорости различных видов транспорта в точение пос- ледних 50 лет возросли, но не в одинаковой степени. Наи- более значительным был рост скоростей транспортных са- молетов. Благодаря замене бипланов монопланами в 30-х годах, а затем внедрению реактивных двигателей в 50-х годах XX в., скорости воздушного транспорта уве- личены в 5—6 раз и составляют в настоящее время 800— 900 км/час. Скорость автодорожного транспорта увели- чилась в 3—4 раза, железнодорожного в 2—3 раза. Только скорость водного транспорта до последнего времени оставалась незначительной. У подавляющего большинства речных судов скорость увеличилась всего лишь в 1,2—1,3 раза и составляет только 20—30 км/час, у морских судов-экспрессов 60—70 км/час. В последние годы усовершенствование судов на подводных крыльях позволило резко увеличить скорость судов сравнительно небольшого водоизмещения. Таким образом имеется разрыв в скорости между на- земным, и особенно водным транспортом, с одной сторо- ны, и воздушным транспортом, с другой. Этот пробел могут восполнить машины па воздушной подушке. Создатели машин на воздушной подушке большое внимание уделяют вопросам эффективности и целесооб- разности их применения в качестве удобного и дешевого транспортного средства. В связи с этим интересно срав- нить характеристики существующих транспортных средств и машин на воздушной подушке, в частности по та- кому параметру, как удельная мощность, т. е. отношение суммарной мощности силовой установки к полному весу (рис. 40).
Удельная мощность у машин па воздушной подушке примерно такая же, как у судов па подводных крыльях и глиссеров, ниже чем у вертолетов и самолетов, по зна- чительно выше, чем у водоизмещающих судов. По сравне- нию с вертолетами и самолетами машины на воздушной С корпеть. км / vac Рис. 40. Зависимость удельной мощности от скорости подушке имеют то преимущество, что для их полета тре- буется значительно меньшая мощность на единицу веса: на 1 т взлетного веса самолету требуется около 200 л. с., вертолету — 300 л. с., а машине па воздушной подушке только 80—150 л. с. Удельная мощность грузового авто- мобиля характеризуется величиной 15—20 л. с./т. При оснащении автомобиля устройством для создания воздуш- ной подушки с целью разгрузки колес (например, как у автомобиля «Лепд-Ровер») опа составляет около 50 л. с./т, т. е. ниже, чем у обычных машин на воздушной поду- шке. С увеличением веса и размеров машин па воздушной подушке удельная мощность при неизменной скорости уменьшается. Это считается одним из достоинств этих аппаратов, поскольку дает возможность строить машины больших размеров. Весовая нагрузка на единицу мощности у «летающих» машин невелика. Если у железнодорожного поезда опа 7 С. А. Адасвнский И7
составляет 500—600 кг/л. с., у автомобиля 135—140 кг/л. с., то у построенных машин на воздушной подушке опа колебалась от 5 до 20 кг/л. с. Это свидетельствует о недос- таточной эффективности аппаратов. Но с увеличением размеров машин эффективность Скорость, км / час их возрастает, июли снизить высоту полета, требуемая мощность уменьшается и весовая нагрузка на мощность увеличивается, а сле- довательно, растет эф- фект и в ноет ь м а шины. Важным параметром является весовая отда- ча, или относительная полезная грузоподъем- ность транспортного средства. Рис. 41 иллю- стрирует зависимость относительной полезной нагрузки (полезной на- грузки, отнесенной к полному весу) от ско- рости. Относительная по- лезная нагрузка мень- ше у вертолетов и са- Рис. 41. Зависимость относительной полезной нагрузки от скорости молетов, имеющих большие скорости. У транспортных самолетов со скоростью около 900 км/час отношение полезной нагрузки к полному весу по превышает 20%, тогда как у машин на воздушной подушке это отношение примерно в два раза больше (правда, при значительно меньшей скорости). Грузовые водоизмещающие суда при малых скоростях хода имеют большую полезную нагру- зку. С увеличением высоты полета, а также дальности рей- са доля полезного груза в общем весе уменьшается, так как увеличивается доля топлива, необходимого для работы двигателей. Каждой дальности рейса соответствует предель- ная скорость. Таким образом, при имеющихся двигате- лях существуют ограниченные значения целесообразных весов, скоростей и радиусов действия машин па воздуш- ной подушке.
Т р а п с и о рт п ы о средства на воздуш- ной подушке по удельной мощности и относительной полез- ной нагрузке зани- мают промежуточное положение монаду са- молетами и водоизме- щающими судами. С увеличспи см с к о рости эти показатели у них, как и у самолетов, имеют тенденцию к улучшению. Сравнительные ве- совые характеристи- ки и скорости неко- торых видов транс- порта и различных машин на воздушной подушке представлены Рис. 42. Весовые характеристики и данные по скорости 1 — суда; г—аппараты на воздушной подуш- не с поляной завесой: л— речные суда на воздушной подушке, ‘/ — «Ховеркрафт»; 5 — высокоскоростные аппараты на воздушной подушке; а — «Левакар»; 7 — вертолеты; 6 — самолеты на рис. 42. Разрыв между водо- измещающими судами и самолетами предполагается за- полнить машинами па воздушной подушке со скоростями, приближающимися к скорости самолета. Для сравнения технико-экономических показателей Г’ис. 43. Зависимость расхода топлива от скорости различных транспорт- ных Средств с целью характеристики ма- шин на воздушной подушке существен- ным параметром яв- ляется расход топли- ва для перевозки 1 т груза па расстояние в 1 км. Некоторые и сел од овател и с чи та- ют, что этот параметр может служить основ- ным для сравнения эффективности раз- личных транспорт- ных средств, так как
он учитывает степень совершенства двигателей, возмож- ности увеличения полезной грузоподъемности, пропуль- сивное качество и т. д. На рис. 43 показан расход топлива у различных транс- портных средств. Существующие машины па воздуш- ной подушке имеют большой расход топлива (порядка 0,3 кг/т-км), но в будущем, с увеличением скорости и веса Рис. 44. Стоимость постройки различных транспортных средств 1 — автобус; 2 — автомобиль; з — яхта; / — легкий самолет; 6 — самолет с двой- ным фюзеляжем; в— турбовинтовой самолет; 7 — турбореактивный самолет; 8 — вертолет; 9 — суда на воздушной подушке на первой стадии развития; to — суда на воздушной подушке но приближенному расчету ких сплавов к стоимости 1 т аппаратов, возможно зна- чительное снижение этой величины. Оптимал ьной скоростью при этом, веро- ятно, будет 160 км/час. Для определения эко- номической эффективности транспортного средства необходимо рассмотреть две статьи расходов: себе- стоимость постройки, или так называемые удельные капиталовложения, и экс- плуатационные, текущие расходы. Определение сто- имости постройки эксплу- атационных образцов на данной стадии развития машин на воздушной по- душке является прибли- женным. Известно, что отношение стоимости 1 т веса конструкции водоиз- мещающего судна из лег- веса конструкции самолета составляет 1 : 40 (500 и 20 000ф. ст.). Предполагается, что стоимость постройки аппарата на воздушной подушке бу- дет ближе к стоимости судна и оценивается в 4000 ф. ст., т. е. в 5 раз ниже стоимости самолета и в 8 раз выше стоимости судпа. Автомобили в массовом производстве, несмотря на более сложное устройство, чем у водоизмещающпх судов, по стоимости веса конструкции приблизительно равны с ними. Подсчитано, что при серийном производстве авто- мобилей на воздушной подушке типа «Пегас» они будут приближаться к стоимости обычных автомобилей.
На рис. 44 показана зависимость стоимости транспор- тного средства (без груза) от эксплуатационной скорости. Сравнение показывает, что стоимость постройки машин на воздушной подушке довольно высока, в частности по сравнению с наземными видами транспорта, однако есть основания полагать, что величина удельных капитало- вложений по мере усовершенствования аппаратов будет снижаться. Эксплуатаци- " онные расходы по рас- четным данным показаны на рис. 45, где дана себе- стоимость тонна-километ- ра в условных единицах в зависимости от скорости. По следует забывать, что все эти сравнения но- сят условный характер, так как основываются на предположительных тех- нических характеристиках машин па воздушной по- душке, работы по созда- О /85 370 555 77/0 925 ///О Скорасть, км/ vac 1’ис. 45. Эксплуатационные рас- ходы в зависимости от скорости нию которых находятся еще в стадии теоретиче- ских исследований и про- верки опытных образцов. В настоящее время ма- шипы па воздушной подуш- ке не экономичны. Стоимость грузовых перевозок на них в несколько раз превышает стоимость перевозки на водоиз- мещающих судах. Это объясняется тем, что увеличение скорости по сравнению с водоизмощающими судами в несколько раз приводит к увеличению мощности на каж- дую тонну веса в несколько десятков раз. Эксплуатацион- ные расходы в значительной степени зависят от величи- ны потребной мощности и, следовательно, себестоимость перевозок повышается. Опубликованные данные стоимости эксплуатации «Хо- веркрафта» SR № 2 показывают, что прямые эксплуата- ционные расходы судна на пассажиро-милю составляют сумму, в 2—3 раза большую, чем у парохода при регуляр- ных перевозках через Ла-Манш. Однако подсчитано, что прямые эксплуатационные расходы аппарата весом 70 т
будут приближаться к расходам парохода. Вместе с тем, для перевозки пассажиров, автомашин и дорогостоящих грузов, особенно на короткие расстояния, машины на воздушной подушке рентабельнее, чем вертолеты, срав- нимы с самолетами и уже скоро могут стать конкуренто- способными с другими видами транспорта. В этом вопросе необходимо также учитывать, что «летающие» машины найдут особые области применения, в которых сообщение другими видами транспорта затруднительно или совсем невозможно. Примером этому может служить опыт экс- плуатации машины VA-3 в Англии, где трасса была про- ложена через песчаные отмели и мелководье, и путь, ра- нее проходимый за 2 часа, на VA-3 занимал 25 минут. Для случая доставки грузов с морских судов па сушу сравнивалась стоимость эксплуатации автомобиля-амфи- бии, вертолета и аппарата па воздушной подушке; срав- нение показало преимущество аппаратов. Дальность до- ставки груза по суше была равна 1,6 км, а расстояния над морем принимали различными. Скорость для вертолетов была принята 120—216 км/час, для амфибии — 12,8 км/час, для аппарата па воздушной подушке — 128—193 км/час. С увеличением дальности перевозок прямые расходы па доставку груза увеличиваются. Наиболее дорого дос- тавка 1 т груза обходится па вертолете, значительно де- шевле — па амфибиях, и самая дешевая — па аппаратах на воздушной подушке. При дальности перевозки 80 км прямые расходы по доставке груза вертолетами примерно в 10 раз, а амфибиями в 1,5—2 раза выше, чем у аппара- тов па воздушной подушке. При увеличении дальности доставки прямые расхода при использовании амфибий и машин на воздушной подушке продолжают расти. Так, при увеличении дальности с 80 до 200 км прямые расходы при использовании аппаратов возрастают примерно вдвое, амфибий — приблизительно втрое. Особенно же резко увеличиваются прямые расходы на доставку у вертоле- тов. Даже при увеличении расстояния с 40 до 80 км стои- мость доставки увеличивается почти вдвое, а затем кри- вая ее круто растет, и прямые расходы становятся чрез- мерно большими.
3 А К Л К) Ч Е IIII Е Неправильно' было бы утверждать, что машины на воздушной подушке со временем заменят все или многие виды транспорта. По-видимому, для них будут найдены свои рациональные сферы применения, соответствующие их особенностям. Уже на данной стадии развития очевидно, что транс- портные средства на воздушной подушке целесообразно применять для пассажирских сообщений над водой со скоростью передвижения более высокой, чем у водоиз- мещающих судов. Как показала опытная эксплуатация аппаратов VA-3 и SR № 2, безусловно, оправдывает се- бя использование подобного вида транспорта при пере- движении в устьях рек с пересыхающими участками, вдоль морского побережья и т. п. Особое значение приобретает применение принципа воздушной подушки на речном транспорте. В пашей стра- не более 300 тыс. км водоемов глубиной до 1 Л1 почти не освоены для судоходства. Суда на воздушной подушке обеспечат круглогодичную навигацию — они могут хо- дить над водой и надо льдами по любой, даже несудоход- ной, реке. Скорость у них не меньшая, чем у судов па подводных крыльях, но им не страшны мели, пере- каты и плавающие бревна — топляки. Им не нужны при- чалы— для погрузки и стоянки они, могут выйти на берег. Есть реки, которые не используются для судоходства из-за быстрого течения. Транспортные машины на воз- душной подушке сделают их судоходными. Одно из преимуществ судов па воздушной подушке (как и судов на крыльях) — это малое волнообразование, что важно при эксплуатации на реках и каналах.
Машины па воздушной подушке пока не пашли сколь- ко-нибудь значительного применения для движения над твердым грунтом. Это объясняется не устраненными еще недостатками аппаратов — подверженностью сносу от ветра, большим пылеобразованием и др. Все же можно сказать, что и для использования их над сушей будут найдены области применения. Амфибийные свойства машип на воздушной подушке дают им возможность передвигаться пад сушей и над водой, переходить с воды на берег (при условии небольшого подъема) и обратно, двигаться над любой относительно ровной поверхностью. Им не страшны распутица и ледо- ход, болото и вспаханное поле. Такие вездеходы могут оказаться незаменимыми в условиях целинных земель, районов Севера, степных равнинных пространств. Строи- тельство дорог для вездеходов или вовсе не потребуется, или будет обходиться значительно дешевле, чем строитель- ство железнодорожного пути или бетонированных авто- страд. В некоторых случаях для строительства такой до- роги достаточно выровнять грунт или уложить легкое покрытие. При пологих берегах пе потребуется стро- ительства мостов через реки. Исключается износ автомо- бильных шин и разрушение покрытия дороги, что дает значительную экономию средств. Машины на воздушной подушке можно использовать для доставки грузов с морских судов, стоящих на рейде, па сушу, когда судно не может подойти близко к берегу. Вероятно, целесообразным будет их применение для убор- ки и транспортировки сена и камыша в поймах рек, по- скольку передвижение других видов транспорта в этих ме- стах затруднено или вовсе невозможно. Предполагает- ся использовать машины на воздушной подушке для спасательных и пожарных работ при авариях самолетов в труднодоступных для других транспортных средств местах. Одна из разновидностей сухопутных аппаратов—ав- томобили с частичной разгрузкой колес с помощью воз- душной подушки — ужо сейчас могут найти успешное применение для передвижения над мягкими грунтами. С помощью этих автомобилей можно разбрызгивать удоб- рения па поля и проводить другие сельскохозяйственные работы. Необходимо также учитывать, что эти транспортные
средства найдут широкое военное применение, где с успехом могут быть использованы их амфибийные свой- ства и способность передвигаться в условиях бездо- рожья. Одним из безусловно целесообразных видов применения принципа воздушной подушки является использование устройств для перевозки тяжелых грузов в складских по- мещениях, что уже опробовано на практике. Перспек- тивно также применение вагонов направленного движе- ния, передвигающихся на тонкой пленке воздуха высоко- го давления, которые значительно повысят скорости на- земного рельсового транспорта. Замечательное свойство слоя сжатого воздуха осущест- влять своеобразную смазку привлекло к себе внимание станкостроителей. Скорости обработки металлов растут с головокружительной быстротой, и с такой же стремитель- ностью растет трение в движущихся частях машин. Для уменьшения износа станков необходимо применять смаз- ку. Ученые и инженеры, разрабатывая различные виды смазки, убедились, что лучше всего для этой цели приме- нить воздушную прослойку! В Московском экспериментальном научно-исследова- тельском институте металлорежущих станков выпущена в свет партия шлифовальных станков с электрошпиндо- лсм па воздушной подушке. Ротор станка, па который насаживается абразивный инструмент, вращается в двух цилиндрических подшипниках. Они отделены от опор кольцевой прослойкой воздуха, который подается под давлением 3—6 ат. Металлические детали поэтому не соприкасаются и, следовательно, трепне и износ пра- ктически отсутствуют. Это дает возможность достичь огромной скорости вращения — от 36 до 144 тыс. обо- ротов в минуту. Потребная мощность снижается в 10 раз. Известно также изобретение Иожефа Пала (Венгрия), который использовал воздушную подушку при шабровке деталей. Сконструированный им станок легко переме- щается на тонком слое сжатого воздуха пад деталью, которую нужно шабровать. На операцию шабровки зат- рачивают 4—5 часов, на станке Пала ее выполняют за 20—30 минут. Высокую оценку изобретению И. Пала дал Н. С. Хрущев, осматривавший его станок па венгерской промышленной выставке в Москве в августе 1930 г.
Принцип воздушной подушки может найти примене- ние в конструкциях транспортеров, подшипников, пода- ющих механизмов и т. п. В последнее время наметился еще один вид применения принципа воздушной подушки. Транспортировка гро- моздкого индустриального оборудования, весом более 100 т, обычными транспортными средствами представ- ляет значительные трудности, вызывает разрушения до- рожных покрытий и мостов. Имеются проекты использо- вания для этой цели платформ с разгрузкой колес при помощи воздушной подушки. Будут построены длинные узкие транспортеры, снабженные по периметру основа- ния гибкой завесой, ограничивающей под машиной зону, куда нагнетается сжатый воздух. Создаваемая при этом воздушная подушка приподнимет аппарат, колеса раз- грузятся, но будут контактировать с землей. Горизонталь- ную тягу создадут при помощи обычных автомобилей или тракторов. Скорость при этом будет небольшой, а транспортироваться грузы будут на короткие расстояния. Все эти примеры убедительно показывают, что маши- пы на воздушной подушке — перспективный и многообе- щающий вид транспорта, и очень скоро они займут свое место в общей многообразной транспортной системе.
ЛИТЕРАТУРА К. Э. Ц и о л к о в с к и й. Сопротивление воздуха и скорый поезд. Калуга. 1927. 10. 10. Вену а. Проблемы движения судов па воздушной по- дутке. «Судостроение», 1961, № 5. В. К о ж о х 11 и, И. Салтыков. Транспорт будущего. «Правда» от 16 июля 1961 г. Б. Миха й л о в. Автолеты — новый вид транспорта «За рулем», 1962, № 1. В. С. Л е т у н о в. Суда на воздушной подушке. Изд-во «Морской транспорт», 1963. Ю. 10. Б е п у а, В. М. Корсаков. Суда на воздушной по- душке. Судпромгиз, 1962. Л. А. Егоров, Б. М. Ф и т т е р м а и. Зарубежные аппараты па воздушной подушке. «Автомобильная промышленность», 1963, № 2 и № 6. Пассажирское судно па воздушной подушке «Нева». «Судострое- ние», 1962, № 12. А. А. Егоров, И. X. П а х т о р, Б. М. Ф и т т е р м а и. Автомо- били и другие транспортные средства на воздушной подушке. Цинтпмаш, 1963. Р. R. С г е w е, W. 1. Egginglon. The Hovercraft — a new concept in maritim transport. «Quarterly Transections of the Royal Institution of Naval Architects», 1960, Vil, v. 102, N 3. R. P. J ackson, M. F. S о u t h с о t e. Potential of the air- cushion vehicles. «Aero Space Engineering», 1960, v. 19, N 3. R. S t a n t о n Jones. Hovercraft-some design problems. «Aero- space Engineering», 1961, v. 20, N 2. D. S. Bliss. The tracked Hovercar «Hovering Craft and Hydro- foil», 1962, v. 1, N 4; N 5—6. K. W. Mack. Bodennache Schwebefahrzeugc, «ATZ», 1962, v. 64, №8. L. H. Heyward. The history of air cushion vehicles. Hovering Craft and Hydrofoil, 1962, v. 2, N 3, 1963, v. 2, N 4.
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение................................................. 5 Немного истории........................................ В Схемы образования воздушной подушки...................... 15 Горизонтальное движение, создание тяги и управление ... 23 Размеры и конструктивное оформление ..................... 30 Отечественные машины на воздушной подушке................ 36 Зарубежные машины па воздушной подушке................... 44 Машины-амфибии....................................... 44 Машины для движения над твердым грунтом.............. 66 Суда на воздушной подушке............................ 71 Что показала опытная эксплуатация........................ 76 Некоторые вопросы теории................................. 79 Проблемы дальнейшего совершенствования .................. 35 Бесколесный поезд на воздушной смазке.................... 37 Место летающих машпп среди других видов транспорта. Эко- номическая эффективность........................... . 96 Заключение............................................ Литература............................................. АО/ Сергей Антонович Адпеинский Транспортные машины на воздушной подушке Утверждено к печппнг ;и>г*коллегиед жр/чно-популярной литперошуры Академии па t/к СССР Редактор Издательства П. Б . Прокофьева Технический редактор Г. А. Астафьева Темплав НПЛ 1963 г. № 66. Сдано в набор 4/V 1964 г. Подписано к печати 9/VI 19(>4 г. Формат 84Х1081,'к. Неч. л. 3,38=5,53 уел .л. Уч.-изд. л. 5,2 Тираж 28 (Ю0 экэ. Т-09527. Изд. № 2464. '! ни. эан. № 638 Цена 20 коп. Издательство «Наука». Москва. К 62. Подсосенский пер., 21 z-н типография Издательства «Наука». Москва, Г-99, Шубинскии пер.,