Обзор и анализ методик расчета машин на воздушной подушке

Несмотря на обилие предложенных альтернатив более 90% современных СВП движутся с помощью воздушных винтов, а в большинстве остальных аппаратов использованы гребные винты или водометные движители. Однако, похоже, что усиливается тенденция к использованию гидродинамических движителей либо гибридных систем, так как если рассчитать движительную систему для 10000-тонного скегового СВП, который должен иметь скорость 100 уз, то получится, что на нем надо будет установить либо 10 воздушных винтов диаметром 18,3 м каждый, либо 10 прямоточных турбовентиляторных движителей диаметром 10,5 м.

Для того чтобы достичь соответствующего уровня тяги, используя лишь гидродинамические средства, потребовалось бы только два суперкавитирующих гребных винта диаметром около 9 м либо 4 водометных движителя диаметром 3,7 м каждый. Другими словами, по мере увеличения размеров судов использование воздушных винтов во многих случаях нецелесообразно из-за размеров самих винтов и их фундаментов, тогда как применение гидродинамических систем при равной мощности двигателя обеспечивает заданные характеристики при вполне реальных размерах. Уменьшение диаметра воздушных винтов ведет к падению их КПД из-за сокращения массы воздушной струи, что вызывает увеличение требуемой мощности двигателя. Несмотря на то, что воздушные винты неприемлемы в качестве движителей крупных СВП из-за их размеров и количества, они остаются наиболее эффективным видом движителя для СВП при скоростях движения от 150 уз и выше. Однако, что касается технико-эксплуатационных характеристик, воздушные винты уступают водометным движителям и гребным винтам при работе на небольших скоростях. Испытания еще одного вида воздушного движителя для СВП – воздушного винта в насадке - показали, что такой движитель обеспечивает лучшие технические показатели при невысоких скоростях движения, но сами насадки в значительной степени увеличивают общую массу судна, а при скорости более 100 уз повышают лобовое сопротивление, что заметно уменьшает коэффициент полезного действия движителя.

Для крупного высокоскоростного судна, пожалуй, наиболее многообещающей является система, использующая на больших скоростях прямоточные турбовентиляторные движители в сочетании с полупогруженными суперкавитирующими гребными винтами, обеспечивающие набор скорости до 70-80 уз и преодоление горба сопротивления. Самое важное преимущество прямоточного турбовентиляторного движителя состоит в том, что при сравнительно одинаковых с воздушным винтом технико-эксплуатационных характеристиках диаметр рабочего колеса вентилятора вдвое меньше. Кроме того, он значительно легче, имеет меньший уровень шума и может компоноваться с целым рядом различных установок. По мере развития в авиастроительной промышленности концепции широкофюзеляжных самолетов-аэробусов в ближайшие годы станет возможным выпуск различных прямоточных турбовентиляторных движителей мощностью до 40 тыс. л. с. (30 МВт).

СВП класса SES имеют жесткие бортовые кили – скеги, которые представляют собой идеальные конструкции для расположения в них водометных движителей либо гребных винтов и их приводов. Поскольку нижние части скегов погружены в воду, обеспечивая остойчивость и способствуя устойчивому движению на курсе, движители обычно устанавливают в кормовой части скегов. Проектная скорость 100-тонных судов со скегами ВМС США SES-100A и SES-100B составила 70-80 уз. SES-100A - первое судно на воздушной подушке с водометными движителями, имеющее такие высокие технико-эксплуатационные показатели, a SES-100B - первое судно с полупогруженными суперкавитирующими гребными винтами, достигшее скорости 80 уз. Несомненно, в обеих системах заложен значительный потенциал дальнейшего развития, но маловероятно, что поставленные ими рекорды скорости могут быть в ближайшее время превзойдены.

Что же касается гребных винтов, то короткий срок их эксплуатации, являющийся следствием кавитационной эрозии, может быть продлен благодаря применению более стойких видов металлов и улучшению конструкции. Тем не менее потери их КПД практически неизбежны.

Применение на SES-1OOB частично погруженного суперкавитирующего гребного винта с приводом в транце скега явилось новым подходом к решению проблемы, так как отпала необходимость в установке вала гребного винта, опорных стоек и подшипников, которые создавали дополнительное сопротивление при движении. КПД винта этого типа оказался таким же, как и КПД полностью погруженного винта, а возникающие на нем тяга и вращающий момент были пропорциональны площади диска погруженного винта.

Среди специалистов по морским движителям существует мнение, что создание таких суперкавитирующих гребных винтов, с помощью которых можно достичь скорости движения 100 уз и даже больше, – задача вполне реальная. Есть проекты клинообразных гребных винтов, профиль лопастей которых имеет острый передний край и квадратную заднюю кромку, что приводит к возникновению кавитации на верхней поверхности и ее исчезновению далеко внизу под зоной вращения лопастей. Другая идея - это суперкавитирующий морской гребной винт с изменяемой кривизной лопастей. В случае ее реализации ожидается такой же эффект, который дало применение на самолетах воздушных винтов с изменяемым шагом. Задавая определенную кривизну лопастей винта, рулевой мог бы обеспечить оптимальную величину тяги для начальной стадии выхода на воздушную подушку, для движения на средней или наибольшей скоростях. Гребной винт с изменяемой кривизной производства фирмы «Хамильтонстандард» имеет лопасти, разделенные на сегменты в центральной части таким образом, что это делает возможным индивидуальное регулирование обеих частей лопасти.

Еще о транспорте:

Охрана окружающей среды
В настоящее время активная деятельность человека, связанная с хозяйственной деятельностью, оказывает неблагоприятное действие на окружающую среду. Автомобильный транспорт является сильным загрязнителем окружающий среды, в настоящее время очень остро стоит проблема снижения загрязнений и ядовитых ве ...

Установление исходной маршрутной схемы
В качестве исходной маршрутной схемы принимается схема, в которую входят маршруты, удовлетворяющие достаточному условию назначения беспересадочных сквозных маршрутов. В качестве сквозного маршрута рассматриваем маршрут, соединяющий четыре или более пункта по кратчайшему, исходя из затрат времени на ...

Руководство маневровой работой
Маневры на станционных путях должны производиться по указанию только одного работника – дежурного по станции, маневрового диспетчера, дежурного по сортировочной горке или парку, а на участках, оборудованных диспетчерской централизацией, - поездного диспетчера.Распределение обязанностей по распоряже ...