Один из прошлых материалов рассказал нашим читателям историю легендарных боевых экранопланов Советского Союза и их создателя, Ростислава Алексеева, ставшего легендарным авиаконструктором.
Но ничто не возникает из ничего: Алексеев стал известен благодаря более успешным проектам, покорившим весь мир задолго до славы «Каспийского монстра».
Некоторые из его творений до сих пор бороздят нашу страну.
Уже догадались? Верно, сегодня речь пойдёт о «крылатых кораблях», разработанных в его КБ. И не только.
Теория. Как работают подводные крылья
Принцип работы подводных крыльев
Суда на подводных крыльях стали продолжением так называемых глиссирующих кораблей или глиссеров: малогабаритных лодок, катеров и даже в досках для сёрфинга.
Глиссирование — движение по воде за счёт скорости, скольжение по поверхности, во время которого резко снижается сопротивление жидкости.
Подводные крылья стали логичным развитием идеи: они заставляют корабль приподниматься при достижении определённой скорости, снижая сопротивление воды и улучшая динамику движения.
Самолёт буквально «взлетает» в толще воды, используя её подъёмную силу.
Схема судна на подводных крыльях
На стоянке и при следовании с малой скоростью судно на подводных крыльях удерживается на воде за счёт силы Архимеда, как и обыкновенное водоизмещающее судно.
Уменьшается площадь контакта с водой, сопротивление воды, что позволяет развивать более высокую скорость.
Крейсерская скорость достигает 100 км/ч, а для ряда военных судов — даже 180 км/ч. Примерно в 2-5 раз быстрее обычных кораблей.
При больших скоростях крыло «закипает» из-за резкого понижения давления перед ним. Возникает эффект «кавитации», которую используют суда с воздушной каверной.
Скоростной флот: как это было?
В 1941 году в Нижнем Новгороде (который в те времена назывался Горьким) в Индустриальном институте была защищена дипломная работа, посвященная глиссеру с крыльями под водой. Автором этого проекта стал Ростислав Алексеев – тот самый, который в будущем «с ветерком» прокатит Хрущева по Москве.
Чертежи продемонстрировали комиссии отличное судно с высокими скоростными показателями. Оно должно было работать по принципу, ранее еще никем не воплощенному в жизнь. В мире на тот момент просто не существовало ничего подобного. Сказать, кто жюри было ошеломлено, – значит, и на половину не выразить их восторга и удивления.
И ещё теория. Какие подводные крылья бывают?
Частично погруженное крыло
Существует два типа подводных крыльев:
- частично погружённое — U-образное
- полностью погружённое — в форме перевёрнутого Т
Частично погруженные крылья во время движения на полной скорости находятся на границе между водой и воздухом, поднимая корпус над водой.
Современное полнопогруженное крыло
Погруженные крылья появились недавно: хотя они снижают качку до нуля, им требуется постоянная коррекция и управление, что удалось реализовать только благодаря современным компьютерам.
Их используют гибридные суда, сочетающие обычный корпус, не использующий глиссирование, и подводные крылья для снижения качки в движении.
История этой конструкции насчитывает много лет, много важных вех и открытий. Почти каждая связана с русским авиаконструктором Ростиславом Алексеевым и его КБ.
Но «Ракета» ли была первой?
Сейчас уже мало кто об этом вспоминает, но «Ракета» была не первой попыткой создать транспорт такого вида. Еще до нее велись разработки, предполагавшие, что можно добиться наилучших показателей скорости, если под корпусом судна поместить крылья. Впервые идея такого судна родилась еще в XIX столетии!
Почему не удалось ничего толкового сконструировать раньше, чем это сделал Алексеев? Сначала использовались паровые машины, мощность которых довольно ограничена. Их просто не хватало для того, чтобы развить скорость, при которой крылья оказались бы действительно полезны. Поэтому на том этапе все завершилось фантазиями и предположениями «как это может быть». Впрочем, это были интересные времена: регулярно публика видела все новые типы корпусов и специфику строения, корабли ставили рекорды, но проходили месяцы – и их побивали уже новые судна. Эта гонка казалась нескончаемой. В народе первый корабль, оснащенный крыльями под водой, прозвали «лягушкой». Хоть он и перемещался быстро, но прыгал на поверхности воды и был довольно неустойчивым.
Самые первые корабли на подводных крыльях
Один из первых аппаратов с подводными крыльями
Первые подводные крылья описаны в 1869 году французом Эммануэлем Дени Фарко в патенте:
«Закрепление на бортах и днище судна наклонных плоскостей или клиновидных элементов, каковые при движении судна вперёд будут приподнимать его в воде и таким образом снижать лобовое сопротивление».
Однако, несмотря на множество работ, реальный прототип судна был испытан во Франции только в 1887 году.
Первый русский патент подал граф де Ламбер в 1891 году: его судно должно было подниматься над водой крыльями с независимой регулировкой по бортам судна.
Прототип судна на подводных крыльях Энрико Форланини
Качественные результаты появились и вовсе только в 1906 году, когда итальянец Энрико Форланини на экспериментальном образце катера скорости 68 км/ч.
В том же году появилась первая теоретическая публикация американца Уилиама Мичхэма о движении судов с подобными аэродинамическими элементами.
Британский конструктор Торникрофт на рубеже веков также разработал серию уникальных моделей, но реализовать их смог только к концу Первой Мировой.
Опытный образец судна на подводных крыльях Александра Белла на испытаниях
Позже Александр Белл создал прототип судна, достигшего скорости 111 км/ч.
В СССР тема прорабатывалась инженерами ЦАГИ: они построили первый образец и разработали фундаментальную теорию движения на подводных крыльях.
Кроме того, исследованные эффекты «кавитации» и «суперкавитации» стали толчком к появлению не только «крылатых» кораблей, но и множества других гибридных способов движения самых разнообразных тел — от кораблей до артиллерийских снарядов.
Гребной винт в работе. Отчётливо видны кавитационные пузырьки воздуха
Кавитация — физическое явление, при котором в жидкости позади быстро движущегося объекта возникают мельчайшие пузырьки, заполненные паром. Первоначально считался негативным эффектом, снижающим характеристики кораблей.
Суперкавитация — эффект «сглаживания» кавитации с помощью её предварительного усиления, разработанный академиком В. Л. Поздюниным.
Тем не менее, ни один из проектов не стал прототипом серийного судна — большая их часть не вышла из этапа эскизного моделирования или состояния масштабной модели для проверки ходовых свойств в тестовых ваннах.
А как это задумывалось?
Глядя на то, насколько успешным стал корабль, поневоле кажется, что правительство это и планировало. Но было ли так на самом деле? Проект разрабатывался под контролем Министерства судостроения, финансировался государством – этот факт неоспоримый. Но исторические сводки доказывают, что реальных ожиданий и надежд чиновники с этими моделями не связывали. Во многом это было связано с нестандартностью идеи как таковой – опасались, что она вовсе может выгореть. Да и время такое было, когда очень легко остаться «непонятым», что могло не просто стать неприятностью, но привести к полному краху.
Стремясь сделать все возможное, гениальный советский судостроитель Ростислав Алексеев поставил перед собой задачу максимум – спроектировать и построить корабль и продемонстрировать его не абы кому, а сразу самому Хрущеву, то есть, обойдя все нижестоящее начальство. Этот дерзкий план имел шансы на успех и был реализован летом 1957-го. Корабль «на всех крыльях» промчался по Москве-реке и был пришвартован не на случайной пристани, а там, где обычно любил остановиться генеральный секретарь. Алексеев лично пригласил Никиту Хрущева на борт. Так и начался тот заплыв, который позволил судну стать легендарным. Уже тогда главное лицо страны оценил, какое восхищение у публики вызвал обгонявший всех корабль. Да и сам генсек был впечатлен скоростью. Именно тогда и родилась фраза, сохраненная для потомков: «Хватит нам по рекам на волах ездить! Будем строить!».
Первые крылатые корабли Алексеева. Изобретения и прототипы
К сожалению, без интернета и современных научных подходов, требующих активно публиковать достижения и переписываться с коллегами, Ростиславу Алексееву приходилось много создавать с нуля.
Задача создания сверхскоростного корабля захватила Алексеева настолько, что именно этот проект лёг в основу его дипломной работы в Горьковском индустриальном институте (сегодня — Нижегородский государственный технический университет имени Алексеева), защищенной 1 октября 1941 года.
Дипломный проект Алексеева: глиссирующий торпедный катерТалант направили на — следить за качеством сборки легендарных Т-34, где появилась первая модель судна на подводных крыльях (СПК).
Теоретические выкладки привели Алексеева к традиционной для советского и российского кораблестроения компоновке подобных кораблей с 2 горизонтальными несущими плоскостями-крыльями с малым погружением.
Такой корабль, выходя на крейсерскую скорость, выходит из воды не только корпусом — он «летит» на своих крыльях, которые оказываются ровно на поверхности жидкости.
И к 10 октября того же года проект получил негативный отзыв Кузнецова, который заведовал разработкой и производством кораблей в Советском союзе.
Прототип экраноплана СМ-1 на базе А-4
Однако сотрудники завода обеспечили Алексееву возможность довести проект и даже построить первый двухместный глиссер А-4 («Алексеев длиной 4 метра»), испытанный в 1943 году.
Успех проекта позволил создать более крупный катер на подводных крыльях А-5, который достиг невероятного аэродинамического качества и невозможной для кораблей того времени скорости в 85 км/ч (при средней скорости боевых кораблей до 30-40 км/ч и сегодня).
Производство всерьез
Когда катера «Ракета» показали свои отличные параметры, доказали надежность и стало ясно, что они имеют немалые перспективы, правительство решило запустить массовое изготовление этих кораблей. Задача была доверена , расположенному в Феодосии. Несколько позднее удалось наладить изготовление суден в следующих городах:
- Ленинград;
- Хабаровск;
- Нижний Новгород;
- Волгоград.
Также было устроено производство на территории Грузии, в городе Поти.
Производимые корабли экспортировали в:
- Финляндию;
- Румынию;
- Литву;
- Китай;
- Германию.
И сегодня «Ракеты» ходят в некоторых из этих стран. Многие корабли со временем переделали под дачи, рестораны, кафетерии.
Боевые катера на подводных крыльях. Первые серийные СПК
Торпедный катер проекта 123К “Комсомолец”В результате Алексеев получил задание разработать перспективное боевое судно. Основой первого боевого корабля на подводных крыльях стал десяток серийных торпедных катеров проекта 123К.
Разработанные конструктором крылья получили уже стоявшие в стапелях корпуса, попутно лишившиеся брони. Главной защитой «москита», как их часто называют моряки, стала скорость: проект 123К типа «Комсомолец» (А-11) развивал 50 узлов (90 километров в час) при осадке всего в 0,8 метра.
Такой мог бороздить моря, безбоязненно ныряя в прилежащие реки. А пара торпедных аппаратов с 3 пулемётами были достаточны для прибрежного патрулирования. Выстрелил — убежал.
Следом появился модернизированный катер проекта 184 чуть больших габаритов, который в последствии в дополнение к носовому крылу получил турбореактивный двигатель РД-9. Тот самый, что в МиГ-19 возил советских «Ли-Си Ци-Нов» во Вьетнаме.
Благодаря этому судно достигло рекордной скорости в 69 узлов, что составляет 127 километров в час. Но одного торпедного аппарата с парой боезарядов казалось мало.
Поэтому проект был забыт, а следом появился сторожевой СПК проекта 125А с бомбосбрасывателями вместо торпедных аппаратов. Всего их с 1963 по 1967 выпустили 16 экземпляров.
Разработки Алексеева в дальнейшем послужили подспорьем в работах ЦКБ-5 (ЦМКБ «Алмаз»): серийных ракетоносцы проекта 206-М «Шторм» и 206МЭ «Вихрь» и уникального ракетного корабля проекта 1240 «Ураган» с титановыми крыльями.
ЦКБ Алексеева к теме боевых кораблей вернулось только с проектом 133 «Антарес», спроектированными для морских частей КГБ. В составе пограничных частей им удалось дослужить до 2010 года.
Пара газотурбинных агрегатов разгоняли эти торпедные катера до 112 км/ч. Среди серийных кораблей им равных так и не появилось.
Страшный сон американских адмиралов
Группа кораблей американского флота во главе с авианосцем несёт боевую службу в Мировом океане. Радары не фиксируют каких-либо угроз, и на американских кораблях царит спокойствие. Его нарушает внезапное визуальное обнаружение цели на горизонте — то ли корабля, несущегося с невероятной скоростью, то ли самолёта, буквально скользящего над поверхностью.
Неопознанная цель на глазах вырастает в громадный «летучий корабль». На авианосце объявлена тревога, но поздно — «чужой» выполняет ракетный залп, и через несколько десятков секунд объятая пожарами и разорванная на части гордость флота уходит на дно. И последнее, что видят в своей жизни гибнущие моряки, — стремительно уходящая за горизонт тень неведомого и страшного врага.
Такие или примерно такие кошмары мучили по ночам американских военачальников, имевших информацию о секретном оружии СССР — ударном экраноплане «Лунь» проекта 903.
Экраноплан «Лунь», Каспийск, 2010 год. Фото: Commons.wikimedia.org/ Fred Schaerli
Экраноплан длиной более 73 метров и высотой почти 20 метров мог перемещаться со скоростью до 500 км в час над поверхностью воды на высоте около 4 метров. На его вооружении находились противокорабельные ракеты «Москит», позволявшие наносить кораблям противника максимальный ущерб. «Лунь» получил прозвище «убийца авианосцев».
Удивительная боевая машина была разработана в КБ Ростислава Алексеева — советского конструктора, чьи разработки произвели революцию в кораблестроении.
Первые пассажирские корабли на подводных крыльях: «Ракета» и «Метеор»
Параллельно ракетному катеру, Алексеев в 1949 году инициативно разработал скоростной пассажирский А-7, ставший эталонным крылатым судном.
Даже сегодня корабли, построенные на основе седьмой компоновки Алексеева, бороздят реки страны: те самые «Метеоры» и «Кометы», знакомые многим с детства, стали серийным воплощением конструкции.
В них сохранены пропорции, общая схема подводных крыльев и даже их профиль. Но признание пришло не сразу, ведь в начале эры СПК о пассажирах ещё никто не думал.
Только появление в 1955 году серийных пассажирских кораблей на подводных крыльях Supramar PT 20 изменило мнение руководителей государства.
Секретность с подводных крыльев сняли, и в 1957 году на основе ракетных катеров и проекта А-7 конструктор при поддержке правительства спустил на воду головной теплоход «Ракета».
Появившись на Фестивале молодёжи и студентов, удивительный самолёто-корабль произвёл фурор мирового масштаба, закономерно получив серийное продолжение.
После первая экспериментальная «Ракета» была отправлена в опытную эксплуатацию на Волгу на линию Горький—Казань: расстояние в 420 км судно преодолевало за 7 часов против обычных 30.
С 1959 года по 1976 год было построено 389 «Ракет», из них 30 ушло на экспорт в самые неожиданные страны. Они долгое время являлись не только транспортом, но и популярным видом отдыха.
«Ракеты» эксплуатировались между городами Тарту и Псковом, на озере Ильмень, на маршруте Новгород — Старая Русса и обратно, между Кёльном и Дюссельдорфом на Рейне, бороздили Темзу между Лондоном и Грейвзендом.
Были они и в Канаде, и в США, и даже в Никарагуа. О соседних с СССР странах можно даже не вспоминать.
В 1958 году спустили на воду первый улучшенный пассажирский корабль на подводных крыльях «Метеор», ставший на пару с «Ракетой» главным речным средством транспорта на много лет.
Он был рассчитан на 64-66 пассажиров, второй в зависимости от модификации умещал от 74 до 128 человек. Вдвое больше, чем в автобусе.
На крейсерской скорости в 60 километров в час по кратчайшему водному пути у них не было равных в Союзе: быстрее, удобней, надёжней транспорта не существовало.
Гиганты в 30 метров длиной стали основой советского речного флота, не теряя возможности заходить в большинство речных портов. Всего было выпущено около 400 кораблей этого типа.
Модернизированный для морских условий «Метеор» получил название «Комета». Эти суда, как и их предшественники, так же высоко оценили страны Запада: только 52 корабля из 86 остались в СССР.
«Метеор» стал самым известным из всех судов на подводных крыльях, самым распространённым. Но не последним — и не самым лучшим.
Настоящее и будущее
Так как катер «Ракета» (скорость судна – до 70 км/ч) показал такие отличные параметры, он быстро приобрел популярность. Наименование этого судна в народе практически сразу стало нарицательным. Эта традиция сохранилась и до наших дней – сегодня «ракетами» зовут все корабли, напоминающие классический советский теплоход.
В советский период речной катер «Ракета» был доступен далеко не каждому. Обеспеченные семьи могли позволить себе поездку на выходных в какие-нибудь красивые края: лоцманы доставляли своих пассажиров в очаровательные заливы и бухты, недоступные для путешествующих по суше. Но цена на подобный круиз кусалась. Скажем, электрички, на которых можно было уехать на такое же расстояние от города, обходились дешевле в несколько раз. Тем не менее лучшего отдыха на воде для всей семьи, нежели катер «Ракета», представить себе было просто невозможно.
В наши дни этот корабль и используется ежедневно. Например, его можно увидеть на речном вокзале Нижнего Новгорода. Изо дня в день верные судна перевозят пассажиров между городами и катают туристов по экскурсионным маршрутам.
Второе поколение «крылатых кораблей» Алексеева
В 1964 году ЦКБ Алексеева разработало газотурбоход «Буревестник»: при длине в 42 метра мог достигать расчётной скорости 150 км/ч, перевозя до 150 человек.
Единственный экземпляр, несмотря на статус, эксплуатировался по маршруту Куйбышев — Ульяновск — Казань — Горький, а после — Ярославль — Горький. Более быстрого способа перемещаться по стране тогда ещё не придумали.
История судна завершилась только в 1993 году, когда его сдали на металлолом. И это вопреки более сложному управлению, чем у большинства СПК.
Более крупным был только «Спутник», который спустили на воду в 1961: длина составляла 47 метров, а пассажировместимость — 300 человек! Увы, авария заставила снять его с эксплуатации.
Между тем, его морской вариант под названием «Вихрь» должен был уметь «летать» при шторме в 8 баллов. Но корпус из авиационного алюминия, а так же невероятная прожорливость двигателей поставили точку.
Наработки по этим типам легли в основу проекта «Восход», сменившего к началу 70-х годов устаревшие «Ракеты» и «Метеоры».
Первое судно серии было построено в 1973 году. Всего было построено 150 «Восходов», часть которых пошла на экспорт (Китай, Канаду, Австрию, Венгрию, Нидерланды и другие).
Основным заказчиком в двухтысячных стала нидерландская фирма-оператор общественного транспорта Connexxion. Нидерланды вывели из эксплуатации последний «Метеор» в 2004 году, а «Восходы» — в 2014.
Венгрия, Болгария, Китай, Египет, Чехия, Греция, Вьетнам, Марокко и Румыния ещё эксплуатируют оставшиеся суда.
История не заканчивается
Да, «Ракеты» были популярны, были гордостью нации, их любили, знали, ими восхищались, за них платили деньги. Но время шло, корабли постепенно устаревали. Конечно, первое время их ремонтировали, но когда Светский Союз пошел «под откос», стало не до кораблей. Технический и моральный износ речного транспорта лишь нарастал. В какой-то момент казалось, что будущего у этого направления средств передвижения практически нет, по крайней мере, не в ближайшие десятилетия.
И вот несколько лет тому назад запустили программу, призванную возродить лучшие теплоходы Советского Союза – «Ракеты». А вместе с ними было решено вложить деньги в «Кометы» и «Метеоры». Несмотря на достаточно сложную экономическую ситуацию в стране, правительство сумело выделить деньги на работы по улучшению транспорта и модернизации кораблей под нужды современности. Была разработана специальная программа, призванная поддерживать суда с крыльями под водой. Важным стал 2016 год, когда судно «Комета 120М» должно было продемонстрировать, что приложенные усилия не пошли прахом.
Подводные крылья для мелководья: «Беларусь», «Полесье» и «Валдай»
После того как было налажено серийное производство судов на подводных крыльях для озёр, морей и больших рек, в ЦКБ по СПК (Горький) принялись за разработку СПК для малых рек.
Сначала решили модифицировать СПК «Ракета» с целью уменьшить осадку, и некоторое время наряду с обычными «Ракетами» выпускалась «Ракета-М».
Этого было недостаточно, поэтому в 1962 году было создано экспериментальное СПК «Чайка» с ещё меньшей осадкой.
Как продолжение этих двух проектов было сконструировано и запущено в серию мелкосидящее СПК «Беларусь» с осадкой всего в 30 сантиметров.
Малой осадки удалось добиться благодаря кардинальной модификации движительно-рулевого комплекса серийного СПК: гребной винт специальной конструкции располагался выше крыльевой системы и работал в зоне гребня кормового крыла в условиях неполного погружения.
Это позволяло судну подходить к пристаням деревень и других малых населённых пунктов, а также эксплуатироваться в верховьях рек и во время «низкой воды».
В 1980-х годах на смену судам типа «Беларусь» и «Ракета-М» (версия с уменьшенной до 1,2 метра осадкой — против 1,8 метра у обычной «Ракеты») сконструировали новое СПК «Полесье». Теплоходы данного типа производились на Гомельском судостроительно-судоремонтном заводе с 1983 по 2008 годы.
СПК «Полесье» поставлялись на экспорт: не только в страны СЭВ, но и в Западную Европу. После 1991 года множество кораблей выкупил Китай, дав им новое название “Лунтан”.
На основе него разработана модернизированная версия «Полесья» — проект 21380 «Валдай 45Р», первая серия которых из 6 кораблей была спущена на воду в 2022 году.
Оно предназначено для скоростных пассажирских перевозок протяжённостью до 400 километров по малым рекам и водохранилищам класса. Конструкция СПК позволяет высаживать пассажиров даже на необорудованный берег
Пять «Валдаев» эксплуатируются в Нижегородской области, два — в Обь-Иртышском бассейне. Заключены также контакты на дальнейшее производство, планируются поставки иностранным заказчикам из Юго-Восточной Азии
Суда на подводных крыльях
Уже в 1950-х гг. кораблестроители были единодушны в том, что на базе традиционных технических решений существенно увеличить скорость хода надводных кораблей невозможно. Волновое сопротивление надежно охраняло диапазон больших скоростей от посягательств кораблестроителей. С волновым сопротивлением можно бороться двумя основными способами: изменив формообразования и размеры корпуса корабля либо подняв корабль над водой. В первом случае происходит искусственная деформация волн и может быть получен определенный выигрыш в скорости корабля. Пример такого подхода — стремление к увеличению отношения длины корпуса к ширине и применение бульбовых оконечностей. В то же время эти мероприятия не позволяют кардинально увеличить скорость корабля.
Первыми судами, частично поднятыми над водой, были глиссеры. До настоящего времени глиссирующие боевые катера разных типов находят применение в военных флотах. Самые быстроходные из них способны развить около 50 уз. Однако еще почти 100 лет назад, задолго до появления первых глиссеров, французский инженер Эйфель, проводя опыты с буксировкой пластин, расположенных в воде вертикально под углом к направлению потока, обратил внимание на то, что сила, создаваемая разрежением на задней стороне пластины, в 2— 3 раза превышает силу, создаваемую давлением на передней ее стороне. Следовательно, если пластину погрузить в поток воды под малым углом к горизонту, разница между давлением и разрежением будет создавать силу, поднимающую пластину.
Пластину можно выполнить в виде крыла, у которого верхняя и нижняя линии профиля имеют разную кривизну, причем верхняя линия длиннее нижней. В этом случае при движении крыла жидкость будет обтекать его верхнюю часть с большей скоростью, чем нижнюю, и над крылом возникнет зона разрежения. Вследствие разности давлений в потоке по обе стороны крыла появится подъемная сила, величина которой будет зависеть от скорости движения, плотности жидкости, размеров крыла и его расположения относительно потока.
Если на крыльях укрепить судно, то при достаточно большой скорости движения подъемная сила крыльев сможет уравновесить массу судна, и оно поднимется над поверхностью воды. При этом резко снизится сопротивление: в воде будут находиться только крылья, поддерживающие их стойки и движитель.
Движение крылатого судна напоминает полет самолета, с той разницей, что свое положение по высоте судно может изменять лишь весьма ограниченно, так как крылья должны все время оставаться погруженными в воду. С учетом того, что вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, площадь подводных крыльев может быть уменьшена во столько же раз по сравнению с площадью крыльев самолета аналогичной массы. Здесь мы имеем случай, когда высокая плотность воды—благоприятный фактор.
Идею крылатого судна первым воплотил в жизнь глиссеростроения Шарль Д’Аламбер, который в 1891 г. получил патент, а спустя три года построил небольшой катер на подводных крыльях. Испытания разочаровали изобретателя: корпус катера лишь частично поднимался над водой и краткое время находился в таком промежуточном положении, после чего крылья теряли подъемную силу и катер стремительно «проваливался» в воду.
Последователи Д’Аламбера применяли различные схемы крыльевых систем. В 1906 г. итальянец Э. Фор-ланини построил судно с крыльями в виде нескольких побортно укрепленных небольших пластин. Конструкция напоминала этажерки. По мере увеличения скорости подъемная сила крыльев возрастала, и верхние полки «этажерок» выходили из воды. При этом уменьшалась площадь погруженных в воду пластин, а подъемная сила крыльевой системы сохранялась неизменной. Судно Форланини развивало огромную по тем временам скорость—около 40 уз, но и оно страдало «проваливанием».
В начале развития крылатых судов применялись различные схемы крыльевых систем, но наибольший успех сопутствовал конструкторам, которые использовали наиболее простые устройства типа «этажерок» Форланини. Построенный в 1919 г. по такой схеме канадский катер НД-4 водоизмещением 5 т с двумя бензиновыми моторами мощностью по 350 л. с. в течение ряда лет удерживал мировой рекорд скорости на воде — 61,5 уз. Глиссерам трудно было тягаться с рекордсменом: у глиссеров подъемная сила возникает только в результате увеличения давления на днище, в то время как у судов на крыльях лишь 25—30% подъемной силы создается вследствие увеличения давления на крылья снизу, а 75—70%—-в результате разрежения над крылом. Поэтому крылатое судно затрачивает на создание подъемной силы гораздо меньшую мощность, чем глиссер того же водоизмещения.
Несмотря на то что в первой четверти XX в. был построен ряд судов на подводных крыльях, они не получили распространения из-за ничтожно малой грузоподъемности, невысокой мореходности и недостаточной надежности. Особенно сдерживали развитие крылатых судов «белые пятна» в теории этих кораблей и состояние двигателестроения. Пробелы в теории были существенно заполнены в 30-х гг. фундаментальными исследованиями советских ученых М. В. Келдыша, М. А. Лаврентьева, Н. Е. Кочина и немецких Г. Шертеля, О. Титьенса и Сакенберга. Тормозом продолжало оставаться отсутствие мощных и одновременно легких двигателей.
Мощность энергетической установки судна на подводных крыльях расходуется весьма специфически. В состоянии покоя масса судна уравновешивается статической силой поддержания воды. С началом движения, когда скорость мала, судно идет в водоизмещающем режиме. По мере возрастания скорости крылья развивают все большую подъемную силу и начинают поднимать корпус над водой. При этом рост кривой замедляется. Сначала приближается к поверхности воды носовое крыло; судно приобретает дифферент на корму и движется в режиме глиссирования. Дифферент возрастает. При этом увеличивается угол атаки, а с ним и подъемная сила крыльев. Быстро возрастает подъемная сила кормового крыла, и корпус поднимается над водой. Теперь масса судна уравновешивается гидродинамической подъемной силой, возникающей на крыльях, а статическая сила поддержания очень мала, так как крылья вытесняют ничтожно малый по сравнению с корпусом водоизмещающего судна объем воды. В этот момент кривая достигает максимума, а затем несколько спускается. С выходом всего корпуса из воды потребляемая мощность начинает возрастать, но продолжает быть намного меньше той, которая необходима водоизмещающему судну аналогичного водоизмещения, чтобы развить такую скорость; разница может составить 40% и более. Казалось бы, найден резерв мощности для преодоления скоростного барьера. И опять возникает «но»…
Энергетическая установка и крыльевая система весьма ощутимо сокращают относительную полезную грузоподъемность крылатых кораблей. По американским данным, для того чтобы вывести на крылья корабль водоизмещением 4400 т, понадобится энергетическая установка мощностью около 200 тыс. л. с. Разместить столь мощную установку в корпусе относительно небольшого корабля — задача чрезвычайно трудная. Приходится считаться и с массой крыльевых систем, которая на кораблях иностранной постройки даже умеренного водоизмещения (150—200 т) составляет около 15% водоизмещения.
Именно поэтому преимущества применения подводных крыльев наиболее ощутимы для относительно небольших судов и кораблей. Так, обычное судно водоизмещением 50 т при скорости 50 уз нужно оснастить энергетической установкой мощностью около 7500 л. с., а его «крылатому» аналогу для достижения такой скорости достаточно примерно 3500 л. с.
Первые по-настоящему крылатые суда были созданы советским конструктором Р. Е. Алексеевым и возглавляемым им коллективом. Вот почему во всем мире за судами на подводных крыльях утвердилось название «русских».
Осенью военного 1941 г. дипломник Горьковского политехнического института Ростислав Алексеев защищал дипломный проект на тему «Морской теплоход на подводных крыльях». Государственная экзаменационная комиссия признала работу соответствующей уровню кандидатской диссертации. Но шла война. Молодой инженер трудился на заводе и не прекращал, хотя и урывками, заниматься теорией проектирования крылатых судов.
В 1943 г. на им. А. А. Жданова был построен первый катер на подводных крыльях. В 1949 г. там же был разработан проект крылатого теплохода, а с 1957 г. начата серийная постройка советских судов на подводных крыльях.
В 1962 г. главный конструктор Р. Е. Алексеев стал доктором технических наук. Вклад молодого ученого был высоко оценен: ему и группе конструкторов за создание судов на подводных крыльях была присуждена Ленинская премия. Кроме Р. Е. Алексеева большой вклад в создание крылатых судов внесли также Б. А. Зобнин, А. И. Маскалик, И. М. Шапкин и другие.
Способом движения на крыльях заинтересовались и кораблестроители других стран. В гитлеровской Германии с середины 30-х гг. и вплоть до окончания второй мировой войны проводились исследования в этой области. В ходе войны немцы построили несколько торпедных катеров, патрульных и десантных кораблей на подводных крыльях различного водоизмещения со скоростью 45—50 уз. Самым крупным из них был десантный танконосец водоизмещением около 80 т. Однако из-за низких мореходных качеств и неустойчивости хода ни один из этих кораблей не был запущен в серию.
В послевоенные годы значительное внимание в военных флотах уделялось боевым катерам разных типов. Совершенствование боевых катеров сопровождалось ростом их водоизмещения, которое у ракетных катеров достигало порядка 400 т, а у артиллерийских и торпедных 250 т. Подводные крылья открывали для этих небольших кораблей реальную возможность резкого увеличения скорости. В 60-х гг. во флотах появляются первые боевые катера на подводных крыльях, а в 70-х они уже строятся серийно.
Наряду с успехами возникали и новые проблемы, одной из которых явилось преодоление кавитационного барьера. При скорости порядка 50 уз и выше создаются условия, когда на гребных винтах и крыльях невозможно избежать кавитации. Давление на засасывающей (верхней) поверхности крыла становится ниже давления насыщенных паров воды. Вода вскипает, и металл крыла разрушается под действием ранее рассмотренных причин. Эрозия поверхности крыла приводит к снижению его подъемной силы. На второй стадии кавитации каверны захватывают всю засасывающую полость, в результате чего при увеличении скорости корабля давление на засасывающей поверхности крыла больше не изменяется. При этом рост подъемной силы происходит только за счет увеличения давления на нагнетающей (нижней) поверхности крыла, а значит, с увеличением скорости корабля рост подъемной силы будет очень небольшим. Казалось бы, неразрешимая проблема!
И вновь ум человека оказался способным преодолеть то, что представлялось непреодолимым. Этим человеком был академик В. Л. Поздюнин (1883—1948), который в начале 40-х гг. предложил парадоксальное на первый взгляд техническое решение: бороться с кавитацией путем ее интенсификации. Открытое Поздюниным явление получило название «суперкавитация».
В. Л. Поздюнин предложил для быстроходных кораблей применять винты, специально приспособленные для работы в условиях сильно развитой кавитации и получившие название «суперкавитирующих». Внешним отличием таких винтов является клиновидный профиль сечения лопасти с острой входящей кромкой, вогнутой нагнетающей стороной и смещенной к выходящей кромке максимальной толщиной профиля лопасти. По сравнению с обычными, суперкавитирующие винты быстроходных кораблей имеют на 15—20% больший КПД. Частота вращения суперкавитирующих винтов может достигать 3000 об/мин, что позволяет применять прямодействующие (безредукторные) двигатели, облегчая и упрощая энергетическую установку.
Аналогичным образом решается проблема кавитации и для подводных крыльев. Применяют специальный профиль крыла, который позволяет ускорить появление кавитации и снижает давление на засасывающей (верхней) его стороне. В этом случае подъемная сила растет только за счет повышения давления на поверхности (например, с увеличением угла атаки крыла).
Одной из основных проблем для судов и кораблей на подводных крыльях является обеспечение устойчивости хода, особенно в штормовых условиях. Хотя подводное крыло работает по тем же законам, что и воздушное, оно имеет специфические особенности. Крыло движется на некоторой глубине и, казалось бы, находится в однородной среде. Но его заглубление относительно невелико, и атмосферный воздух стремится прорваться к засасывающей (верхней) поверхности, где давление на 20—40% ниже давления в условиях отсутствия движения. С увеличением скорости подъемная сила возрастает, и крыло приближается к поверхности воды, облегчая возможность прорыва воздуха к засасывающей поверхности. Когда это случается (подсосы через кронштейны крыльев, при плавании на волнении, когда крылья оказываются у «подошвы» волны и т. п.), воздух проникает в область разрежения, и оно исчезает. Крыло полностью выходит из воды, превращаясь в плиссирующую пластину. Но у такой пластины подъемная сила намного меньше, чем у крыла, и корабль «проваливается». Затем по мере увеличения скорости, крыло снова начинает всплывать,— цикл повторяется.
Указанного явления удается частично избежать, если придать крылу особую форму, при которой оно пересекает поверхность воды. Тогда по мере увеличения подъемной силы в воде будет оставаться все меньшая площадь крыльев.
В условиях шторма угол атаки крыльев изменяется, и соответственно изменяется подъемная сила. За рубежом для устранения этого недостатка крылья оборудуют автоматически управляемыми закрылками.
Несмотря на то что крылатые корабли находят все большее признание в военных флотах, поиск оптимальных технических решений еще далек от завершения. Кроме вышеуказанных требуют решения вопросы живучести и пожаробезопасности. Наряду с серийными продолжают строиться опытные и экспериментальные корабли. Один из них — противолодочный корабль США «Плейнвью» водоизмещением около 330 т в процессе достижения проектной скорости 70 уз прошел ряд модернизации.
Около 10 лет продолжались эксперименты на канадском опытном противолодочном корабле «Бра Д’0р» водоизмещением 215 т. Оснащенный суперкавитирующими винтами корабль развил около 60 уз при волнении 2—3 балла. На базе опыта, полученного в процессе отработки «Бра Д’0р», в Канаде разработан проект многоцелевого ракетного катера на подводных крыльях.
В США рассматриваются возможности создания кораблей на подводных крыльях большого водоизмещения, в том числе авианесущих. Самолетостроительная сообщила о проектных проработках кораблей на подводных крыльях водоизмещением 1680 и 4470 т со скоростью 45—50 уз. Будущее покажет, насколько реальны подобные перспективы.
Огромные морские корабли на подводных крыльях: «Комета», «Колхида» и «Циклон»
Кроме речных «пароходиков», в ЦКБ Алексеева активно разрабатывали морские скоростные теплоходы разнообразных типов.
Первым серийным образцом стала «Комета», оснащенная модернизированными дизельными двигателями, запущенная в производство в 1961 году.
С 1962 по 1982 год было выпущено 125 «Комет» с «ёмкостью» до 120 пассажиров в зависимости от модификации. Из ни 39 ушли на экспорт.
В 1982 году на смену «Комете» появилась усовершенствованная «Колхида» на 120-140 пассажиров, также с дизельными двигателями.
Этот тип получил прочный сварной корпус с полноценным разделением на 9 водонепроницаемых отсеков, что обеспечивает непотопляемость судна обеспечивается при заполнении любых двух смежных отсеков.
Завершили славную линейку двухпалубный флагман «Циклон» и малое морское судно «Ласточка», сошедшие со стапелей в 1986 году.
Производство первых планируется возродить в ближайшее время для освоения морских маршрутов Балтики и Дальнего Востока – в обновлённом варианте с индексом “250”.
Куда пропали корабли на подводных крыльях?
Военные катера на подводных крыльях списаны большинством эксплуатантов и не планируются к реализации вновь. Однако, заменить пассажирские суда оказалось нечем.
Единичные прогулочные экземпляры в Казани, Москве и Санкт-Петербурге, плавающие по паре часов в день, вызывают только недоумение и раздражение: когда-то автор еженедельно плавал на судах этого типа между поволжскими городами.
Гибель речного пароходства в постперестроечное время сократило количество, но для удалённых регионов ничего лучше не придумали: в Сибири не только эксплуатируются советские суда второго поколения, но и появляются новые.
Обновлённое пассажирское судно проекта 23160 «Комета 120М» на 120 человек было заложено в августе 2013 года. К сожалению, спущенный в 2022 корабль стал единственным в серии: сказалось отсутствие импортных двигателей.
В 2015 году на седьмом Международном военно-морском салоне (МВМС-2015) ЦКБ по СПК им. Р.Е.Алексеева показало проект модернизированного быстроходного ракетно-артиллерийского катера на подводных крыльях проекта 133РА «Антарес РА».
Разработанный в инициативном порядке «стелс»-катер с новым корпусом и оборудованием очень понравился военным. Но в серию так и не пошёл.
В конце сентября 2022 года в Чкаловске спущено на воду спроектированное в СПК имени Алексеева малое судно проекта «Валдай 45Р» вместимостью 45 человек. До 2022 года было создано ещё 4 судна этого типа.
В линейке проектов судов на подводных крыльях, разработанных ЦКБ им. Алексеева, есть газотурбоход «Циклон 250М», рассчитанный на перевозку 250 пассажиров.
В 2022 года был заложен первый модернизированный «Метеор 120Р» проекта 03580, который должен не только заменить старые «Метеоры», но и освоить брошенные маршруты.
Кроме того, конструкторские бюро в России предлагают проекты и малых, и больших СПК (вплоть до 320 тонн водоизмещения для скоростей выше 70 узлов), в том числе для трансокеанских маршрутов.
Конструктора погубило его детище
Всего было создано три боевых «Орлёнка», на их базе была сформирована 11-я отдельная авиагруппа непосредственного подчинения Главному штабу морской авиации. Эта серия должна была стать установочной, а всего в ВМФ СССР должно было встать на боевую службу 120 десантных экранопланов.
Статья по теме
От «Новика» до «Стерегущего». 5 знаменитых кораблей «Северной верфи»
Несмотря на опалу, Алексеев продолжал много работать — шли испытания пассажирского экраноплана, продолжалась разработка ударной модели, вооружённой ракетами…
В январе 1980 года в Чкаловске проходили испытания пассажирской модели экраноплана. Его помощники расчистили ледяной завал и сказали, что можно отпускать модель. Что именно произошло в тот момент, доподлинно не ясно. Но Алексеев каким-то образом принял на себя часть веса 800-килограммового аппарата.
Сначала казалось, что этот инцидент на здоровье 63-летнего конструктора не повлиял — Алексеев благополучно доработал испытательный день. Но на следующее утро он стал жаловаться на боли в боку. Врачи поначалу затруднялись с диагнозом. Так прошло ещё два дня, после чего Алексеев потерял сознание. В ходе экстренной операции медики установили, что конструктор получил травмы во время инцидента на испытаниях — то, что в народе обычно определяют словом «надорвался». За прошедшие дни развился перитонит. Медикам пришлось провести три операции и, казалось, справиться с бедой. Но начались осложнения, и 9 февраля 1980 года Ростислава Евгеньевича Алексеева не стало.
Есть ли будущее у «крылатых» кораблей?
В чем же причина угасания столь популярного транспорта?
Все просто: их успех в России ушёл вместе с протекцией Алексеева в начале восьмидесятых. По инерции какое-то время они ещё производились, но все силы были брошены на более перспективные по мнению руководства корабли на воздушной подушке (кто же сравнивает несравниваемое, скажете вы?)
Частные речные пароходства в своей массе не смогли в голодные девяностые содержать, и что самое главное, обновлять столь дорогостоящие аппараты: экономически не выгодно.
Голландская “Комета”. Сегодня по нормам шума их эксплуатация там запрещена
К тому же российские малые населённые пункты стали вымирать — а ведь именно им были удобны скоростные корабли, поскольку на той же Волге СПК заходили почти в каждую деревню по пути своего маршрута.
Поэтому сохранились отдельные экземпляры для развлечений туристов. А общественные перевозки стали использовать другие виды транспорта.
Такая же пристань существовала в каждой деревне Ульяновской области
А в XXI веке их необходимость и вовсе сомнительна: есть скоростные поезда, самолёты, частный автотранспорт. Кто хочет — сам придумает как добраться.
Можно ли без СПК? Конечно. Но для России пока ничего лучше не придумали.
(59 голосов, общий рейтинг: 4.86 из 5)
