ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 115
Скачиваний: 0
раблей шло без серьезных теоретических расчетов, — и это не смотря на то, что работа самолетного крыла в воздухе была исследована достаточно основательно. Причина здесь в том, что условия, при которых возникает и исчезает подъемная сила в жидкости, несколько иные, чем в газе. А так как крыло часто движется еще и близко к границе раздела воды и возду ха, явления еще более осложняются.
Первая фундаментальная работа, на которую до сих пор опираются во всем мире проектировщики водяных крыльев, была выполнена в 1937 году советскими теоретиками М. В. Кел дышем, ныне президентом Академии наук СССР, и М. А. Лав рентьевым, нынешним руководителем Сибирского отделе ния Академии. Доклад, с которым они выступили на состояв шейся в ЦАГИ конференции по теории волнового сопротивле ния, назывался «Движение крыла под поверхностью тяжелой жидкости». Исследователи установили, что по мере того как крыло приближается к границе раздела, его подъемная сила падает. Открывалась интересная возможность создания очень простых и эффективно работающих крыльев, подъемная сила которых регулируется только изменением расстояния до по верхности воды. Именно судам с такими крыльями и было суждено произвести в середине 50-х годов настоящую револю цию на речном флоте. Их создатель инженер Р. Е. Алексе е в — теперь Главный конструктор, лауреат Государственной
премии и обладатель других столь же почетных |
званий, |
путь |
|
к которым для него вовсе не был усеян |
розами. |
В 1957 |
году |
первый его крылатый корабль «Ракета» |
открыл |
регулярное |
|
пассажирское движение на линии Горький — Казань.
В чем преимущество крыльев советских водолетов? Еще со времен Форланини зарубежные конструкторы решали пробле му стабилизации подъемной силы, как правило, одним мето дом: изменяя площадь несущей поверхности. Однако у широко распространенных V-образных этажерочных крыльев обнару жился недостаток, особенно заметный у судов большой грузо подъемности. Поскольку несущая поверхность стоит косо, подъемная сила разлагается по правилу параллелограмма на две части: одна действует вверх, другая — в сторону. Следова тельно, на полезную работу — подъем судна — расходуется лишь направленная вверх часть этой силы, а направленная в сторону — бесполезно теряется. Уже одно это свидетельствует, что площадь V-образного крыла придется делать большей, нежели плоского. И это еще не все. В месте пересечения кры лом границы «вода — воздух» неизбежно образуется воздуш ная воронка. По мере роста скорости она становится все более глубокой, оголяя все новые и новые участки крыла. Движение судна становится неустойчивым. Чтобы избежать всех этих неприятностей, приходится выбирать площадь крыльев «эта жерки» с большим запасом. Конструкция получается тяжелой
и громоздкой. Кроме того, поскольку «полочек» у крыла ока зывается довольно много, осадка даже легкого катера полу чается ненормально большой.
Если же вместо V-образной этажерки применить крыло по лукруглое или в виде трапеции (эти крылья также обладают свойством саморегулирования подъемной силы), то ради того,, чтобы достичь хорошей устойчивости судна, крылья придется сделать намного шире корпуса. Подойти вплотную к причалу на таком корабле невозможно — обстоятельство для неболь шого судна неприятное.
Крылья же наших «Ракет», «Спутников», «Комет» дают возможность швартоваться к причалам, ибо их размеры не увеличивают чрезмерно ни габариты судна, ни его осадку. Ко рабли-водолеты, созданные на верфях СССР, признаны луч шими в мире. Не удивительно, что половина мирового парка крылатых судов плавает под советским флагом.
Большой популярностью пользуется «Комета», рассчитан ная на 116 пассажиров и движение со скоростью 70 километ ров в час на волне высотой до 2 метров. В июне 1971 года га зета «Правда» сообщала: «Кометы» уже ходят в водах Румы нии, Польши, Югославии, Болгарии, Италии, Франции, ФРГ, США, Марокко. Недавно через пролив Ла-Манш начали кур сировать два новейших судна — на воздушной подушке «Прин цесса Маргарет» и на подводных крыльях «Комета». Одна из лондонских газет писала, что пассажиры, пересекавшие про лив на том и другом кораблях, отдают предпочтение советской «Комете»... Представитель фирмы, эксплуатирующей суда на подводных крыльях многих стран, мистер Ренертс из НыоИорка, пишет: «Я испытал истинное наслаждение, увидев пре красную летающую «Комету» в порту Шарлота Амалия. Ваш теплоход обладает превосходными эксплуатационными качест вами. Мы совершали в день по восемь рейсов. Было перевезе но много тысяч пассажиров. Советская «Комета» является единственным теплоходом, который в настоящее время совер шает рейсы между островами, расположенными в Карибском море».
Еще более впечатляющ советский теплоход «Циклон»: ему не страшны волны даже пятибалльного шторма. У этого судна есть интересная новинка: вместо винта у него водометный дви житель— реактивный двигатель, выбрасывающий не струю раскаленных газов, а воду.
Крылатые корабли, по отзывам зарубежных компаний, бо лее выгодны: они привлекают пассажиров своей комфорта бельностью, отсутствием качки. На одной и той же максималь ной высоте волны глайдер-«подушечник» раскачивается с ускорением в 3 — 6 раз большим, нежели судно на подводных крыльях. А именно ускорение и служит мерой комфорта. По оценке пассажиров, путешествие на глайдере доставляет удо-
вольствие лишь в 62 случаях из 100, а «а крылатом ^удне — в 99 случаях.
Чем с большей высотой волны должно 'оправляться судно на подводных крыльях, тем выше над водой нужно поднимать его корпус. К сожалению, тогда на малой скорости, когда кры лья бездействуют, осадка корабля получается слишком боль шой. Расчеты говорят, что для трансокеанских рейсов крылья нужно опустить в воду на 15 метров. Такую осадку имеют суда в сотни тысяч тонн, и для маленького кораблика, каким явля ется крылатый водолет, подобные цифры неприемлемы. 'Поэто му изобретатели разработали немало проектов подъемных крыльев, которые выдвигаются вниз уже после того, как суд но выйдет на глубину. По-видимому, эти проекты будут осу ществлены, хотя бы некоторые, и тогда даже 12-метровые волны, присущие девятибалльному шторму, не преградят пути крылатому кораблю.
Прогресс судов этого типа тесно связан с поисками новых форм крыльев. Одной из новинок стало так называемое суперкавитирующее крыло. До самого последнего времени счи талось, что кавитация смертельно вредна для подводных кры льев. Действительно, если она возникает непроизвольно, если порожденные ею пузырьки воздуха тысячами микроснарядов атакуют крыло, — хорошего не жди. Крыло быстро выйдет из строя. Иное дело, если кавитацию вызывают намеренно. При дав крылу особый профиль, можно добиться того, что над его верхней плоскостью окажется воздушный пузырь, оканчиваю щийся где-то далеко позади. При этом сопротивление воды резко падает, и скорость судна намного возрастает. Ко нечно, высокой скорости можно — по крайней мере, теорети чески,— добиться и от обычного, хорошо обтекаемого крыла. Но тогда его придется сделать очень тонким, а потому непроч-
.ным. Оно не выдержит тяжести корабля. Суперкавитирующее крыло, наоборот, оказывается довольно толстым. Это и дает основание конструкторам утверждать, что уже к концу 80-х годов появятся суда на подводных крыльях грузоподъемно стью в 3000 тонн, развивающие скорость до 180 километров в час.
Ну, а дальше? Есть ли предел росту размеров водолетов? Увы, есть. Мешает опять-таки крыло. По мере роста веса суд на размеры и вес крыла увеличиваются очень быстро. При ве се корабля d0 тысяч тонн вся его масса, как показывает рас чет, должна быть сосредоточена в крыле: иными словами, по стройка такого судна выходит за границы реальности. Правда, все эти выводы сделаны, исходя из предположения, что конст рукция больших крыльев и материалы, из которых они изго товлены, те же самые, что и для малых крыльев. Практика же свидетельствует, что полагаться на такие допущения опасно. 'Техника и технология производства не стоят на месте. Появят-
/
ся и новые материалы, и новые конструкции, которые отодви нут предельный вес в сторону еще больших величин. И тем не менее предельный вес крылатого судна все-таки будет сущест вовать. С этим обстоятельством приходится считаться даже самым завзятым фантастам.
Гибрид из мира реальностей
Как ни стремительны суда на воздушной подушке и крыла тые водолеты, скорость их все-таки ограничена двумя сотнями километров в час. С другой стороны, современные воздушные лайнеры летают со скоростями 800 километров в час и выше. Остается, как легко заметить, довольно значительных разме ров «окно», где пока что нет, исключая вертолеты, ни одного сколько-нибудь серьезного транспортного средства. Кто запол нит «скоростной вакуум»? По-видимому, странные сооруже ния, почти вплотную приближающиеся к самолетам и все-та ки не уходящие чересчур далеко от воды — экранопланы.
Дело в том, что, когда крыло самолета движется вблизи земли, оно создает под собой воздушную подушку просто за счет движения. В результате подъемная сила его увеличи вается.
О воздушной подушке ходили легенды. Когда немецкий авиаконструктор Юнкере в одном из своих самолетов-бипла нов поставил нижнее крыло очень близко к земле (сделав это по чисто технологическим соображениям, ради удобства сты ковки крыла и фюзеляжа), многие решили, что он овладел, наконец, тайной этого явления и использует эффект подушки для уменьшения посадочной скорости машины. Неведомо кем высказанная догадка оказалась живучей. Создатели самоле тов принялись опускать крылья все ниже и ниже, стремясь перещеголять один другого. А действительно ли воздушная подушка увеличивает подъемную силу крыла? Этот вопрос детально исследовал Б. Н. Юрьев, создатель первого русского геликоптера и профессор кафедры аэродинамики Московского высшего технического училища. Он ненавидел догадки и тре бовал от себя и своих учеников проверять все опытами, про дувками в аэродинамических трубах. Проверить на практике решил он и пресловутый «эффект подушки». В первом номе ре журнала «Вестник воздушного флота» за 1923 год появи лась его маленькая, всего на одну страничку, заметка «Влия ние близости земли на аэродинамические свойства крыльев». Юрьев писал:
«Некоторые конструктора сознательно располагают ниж нюю поверхность как можно ближе к земле, полагая этим увеличить подъемную силу крыла при посадке и тем умень шить посадочную скорость самолета... Решение задачи об уменьшении посадочной скорости таким путем весьма заман-
чиво, и очень желательно иметь при конструировании самоле тов полное теоретическое решение этого вопроса. Однако тео ретическое решение для этого случая еще не найдено, и прихо дится идти в этом вопросе чисто экспериментальным путем. К сожалению, такие исследования до самого последнего време ни не были произведены. Ввиду этого аэродинамическая лабо ратория Высшего Московского технического училища решила произвести исследование этого вопроса».
Далее профессор Юрьев рассказывает о методике опытов, приводит графики подъемной силы и силы лобового сопротив ления и заключает: «...действительно, близость земли увели чивает подъемную силу крыльев ...однако это увеличение за метно лишь на больших углах атаки — примерно 10° и боль ше».
Для специалиста эти малоинтересные строки значили очень многое. Во-первых, авиаторам не нужно слишком уповать на воздушную подушку: для самолетов она дает очень незначи тельный прирост подъемной силы — 3 — 7 процентов. Зато можно сконструировать аппарат, который, двигаясь у самой земли, окажется более грузоподъемным, чем самолет с такого же размера крылом.
Летать над довольно неровной сушей будет трудновато, поэтому конструкторам волей-неволей приходится заниматься надводным вариантом.
Изобретатели многих стран вот уже больше четырех десят ков лет пытаются создать такой летательный аппарат — экраноплан. Увы, с весьма (Скромными пока что результатами. Дальше всех в разработке экранопланов продвинулись трое •конструкторов: американцы У. Бергельсон и Н. Дискинсон и немец А. Липпиш.
По конструкции экранопланы могут быть двух типов: ли бо «летающим крылом» без каких-либо признаков фюзеляжа и хвостового оперения, либо обыкновенным самолетом с фюзе ляжем, хвостовым оперением и двумя крыльями по обеим сто ронам фюзеляжа. Бертельсон и Дискинсон отдают предпочте ние первому типу, Липпиш — второму. Отсюда и различные трудности, которые им приходится преодолевать. У «летающе го крыла» оставляет желать лучшего устойчивость, да и управ ляемость не вызывает восторгов. «Самолетный» вариант никак не может избавиться от вредного сопротивления фюзеляжа, и потому его грузоподъемность много меньше теоретической.
Однако постепенно аппараты изобретателей начинают ле тать. Бертельсон достиг скорости 176 километров в час и под нялся на высоту 45 сантиметров, Дискинсон на экраноплане своей конструкции добился подъема на 13 сантиметров и ско рости 140 километров в час, а Липпиш на скорости 120 кило метров в час закладывает уже довольно лихие виражи.