Е. В. Фальмонов,инженер-судостроитель
Данная статья продолжает тему возможностей применения колесного движи-тельно-рулевого комплекса при создании кораблей и судов различного назначения (см. «Экспертный союз» № 7, март 2013 г.)
Идея уменьшения сопротивления движению транспортного средства за счет поддува воздуха под корпус возникла ещё в 18 веке. Но лишь в наше время это направление в развитии транспортных средств достигло значимых результатов. Тому способствовало бурное развитие техники и технологий, появление новых материалов и рождение в нашей стране большого числа конкурирующих научно-производственных фирм, созданных специалистами, вышедшими из рухнувшего советского ВПК. Аппараты на воздушной подушке, даже амфибийные, предназначались для движения над водной поверхностью и поэтому назывались СВП — судами на воздушной подушке или КВП — кораблями на ВП (у военных).
В СССР по проектам Ленинградских КБ серийно строились КВП водоизмещением до 550 т. По проектам ЦКБ «Вымпел» строились и успешно конкурировали с СПК скеговые СВП. В настоящее время новые фирмы серийно строят небольшие СВП различных типов вместимостью от 4 до 50 пассажиров. Счет идет на сотни экземпляров, условия эксплуатации самые разные. В Нижнем Новгороде пятый год проводятся соревнования-парады СВП.
При всех достоинствах, существующие амфибийные СВП имеют недостатки, которые ограничивают их применение. Это очень высокий уровень воздушного шума (основной источник — движитель, воздушный винт) и плохая управляемость из-за отсутствия контакта с поверхностью.
Как инженер-конструктор, предлагаю не просто идею изменения архитектурно-конструктивного типа СВП, но и примеры её реализации в виде четырёх амфибийных судов различного назначения.
Выбор движительно-рулевого комплекса для СВП
Почти все известные амфибийные аппараты на воздушной подушке оборудованы воздушными винтами. Их недостатки: низкая удельная тяга (1,5-2, максимум 3 кг/кВт), высокий уровень шума. Более эффективные водяные винты и водометы требуют погружения в воду ниже уровня ВП и исключают их применение на амфибийных СВП.
При этом для амфибии возможно применение поверхностного движителя — колеса, которое можно изготовить надувным (по типу автомобильного), но вместо протектора установить по его периметру большое количество (36-40) лопастей, способных вынести нагрузку самих колес и привода при движении по суше и обеспечить необходимый упор при движении по воде. С использованием таких колес может быть создан колесный дви-жительно-рулевой комплекс (КДРК) для амфибийных СВП.

Амфибийный КДРК СВП представляет собой устройство, которое крепится шар-нирно в оконечности аппарата и включает опорную часть, установленную на корпусе с помощью шарниров, имеющих ось перпендикулярную ДП, и, соосно соединенную с опорной частью, упорную часть с возможностью её вращения вокруг продольной оси. На свободном конце упорной части имеется поперечная цилиндрическая балка, на которой симметрично относительно ДП устанавливаются на подшипниках колёса с мотор-редуктором в их ступице. Пара гребных колес, размещенных в корме, имеющих эластичную герметичную оболочку с лопастями и раздельно управляемый привод, обеспечивает высокий пропульсивный КПД движителя, высокую удельную тягу, а также высокие динамические свойства аппарату: управляемость, манёвренность, эффективное торможение, разгон, уменьшение дрейфа при повороте, уверенный выход на сушу при углах подъема не менее 100. Предварительные расчеты показывают, что отдача по упору на единицу мощности амфибийного колесного движителя может превышать отдачу воздушного винта в несколько раз.
Форма корпуса и гидродинамическая схема воздушной подушки
Корпус колесной амфибии на воздушной подушке (КАВП) представляет собой плоскую платформу с бортовыми скегами. В корпусе платформы со стороны ДП к скегам примыкают 8 или 10 кольцевых вырезов, в которых монтируются осевые электровентиляторы и снизу камерно-конические гибкие ограждения (ГО) системы Бертена. С наружной стороны к стенкам скегов крепится гибкий ресивер и поперечно-расчлененные элементы ГО. Поскольку условия эксплуатации КАВП-1 и КАВП-3 включают работу на суше, в морских и озерных акваториях с высотой волны до 2 метров, высота воздушной подушки для КАВП-1 и КАВП-3 принимается 2,3 м. Скеги, установленные по бортам внутри наружного контура ГО, при полной высоте ВП находятся выше уровня воды, исключают схлопывание гибкого ограждения при выдавливании волной воздуха из подушки, служат повышению остойчивости и непотопляемости КАВП. В речных условиях КАВП может двигаться на скегах, затрачивая на порядок меньшую мощность для поддержания ВП, для чего амфибия оборудуется устройством подъёма гибкого ограждения. Это устройство состоит из прикрепленных к ткани ограждения (на высоте примерно 1/5 высоты ГО) эластичных поясов, к которым прикреплены капроновые фалы с шагом 1,8 м. Каждый фал наматывается на приемную катушку,которая установлена на прямом или гибком валу, связанном с подъемной электрической лебедкой правого или левого борта. Модульная конструкция КДРК и тяговые характеристики позволяют применять его для платформ различной грузоподъемности и мореходности. Как пример — увеличенные по массе КАВП-2 и КАВП 23 — амфибийное транспортное пассажирское и грузопассажирское средство для речных условий и рейсов продолжительностью более 12 часов. КВП-2 и КАВП-23 имеют высоту ГО 1,5 м и 10 и 8 модулей напорных осевых вентиляторов соответственно.
Внешняя архитектура и общее расположение

Внешняя архитектура и компоновка судов соответствует современным тенденциям технического дизайна, требованиям комфортабельности для судов с динамическими принципами поддержания.
Компоновка КАВП предлагаемого типоряда подчинена задаче обеспечения максимальных удобств для пассажиров при минимальных габаритах и массе судовых конструкций. Предлагаемые КАВП имеют новую архитектуру и эксплуатационные качества, обусловленные применением Колесного движительно-рулевого комплекса, двухрежимным образованием ВП. Нетрадиционное инженерное решение обеспечивает аппаратам новые качества: эффективное движение, как по воде, так и по суше, использование экономичного режима движения на скегах в речных условиях, благодаря подъемному устройству ГО. Особенностью конструкции предлагаемых аппаратов на ВП является наличие надувных гребных колес, которые крепятся к кормовому транцу и почти не требуют энергозатрат на их поддержание на ВП. Модульная конструкция КДРК и напорных вентиляторов, имеющих электрический привод, позволяет компоновать разные по размерам и назначению амфибийные транспортные средства.

Внешняя архитектура и компоновка КАВП не имеют близких аналогов и могут претендовать на уровень промышленного образца по художественному решению и на уровень изобретения по конструкции.
1. «КАВП-1»
Главные помещения пассажирского КАВП-1: салон на 70 мест площадью 47 кв. м, в который пассажиры попадают через носовой вестибюль площадью 7,3 кв. м, такую же площадь имеет рулевая рубка, находящаяся в смежном помещении. Пульты, кресла и диваны согласно судовым нормам закреплены стационарно. Машинное отделение, расположенное в кормовой части, отделено от пассажирского салона помещениями буфета, тамбура и туалета, выполняющими функцию противошумового коффердама.
2. «КАВП-2»
Данный вариант пассажирского КАВП имеет двухъярусную надстройку, в которой размещаются 100 пассажиров в креслах на нижней палубе и 60 пассажиров в купе со спальными местами на верхней палубе. Назначение КАВП-2 — перевозка пассажиров по рекам большой протяженности, как летом, так и зимой.
3. «КАВП-3»
Грузовой вариант КАВП, имеющий грузовую палубу площадью 63 кв. м, носовую аппарель, рулевую рубку над МО с зоной для отдыха экипажа.
4. «КАВП-23»
Вариант грузопассажирского КАВП, приспособленный для продолжительных рейсов и перевозки, как пассажиров, так и грузов, в том числе крупногабаритных. Для пассажиров предусмотрен салон на 56 посадочных мест и 6 купе на 24 спальных места.
Энергетическая установка, конструкция и привод гребных колес


На предлагаемых КАВП привод силовых агрегатов, обеспечивающих движение и управление аппаратом, предусматривается электромеханический.Энергетическая установка будет состоять из двух дизельгенераторов по 500 кВт. напряжение 400 В;
Для отопления помещений и горячего водоснабжения утилизируется тепло главного двигателя. С целью звукоизоляции, на них может быть выполнен кожух специальной шумопоглощающей конструкции.
На КАВП применены пневматические гребные колеса, отличающиеся от известных в судостроении и судоходстве конструкцией, приводом, установкой на раме, шарнирно закрепленной на транце корпуса. Новое устройство обеспечивает движение и управление КАВП, с максимальным КПД движителя на всех режимах движения и посадках аппарата.
Основной элемент устройства — гребные колеса — выполнены одноопор-ными, по форме в виде автомобильного колеса большого диаметра с большим количеством эластичных лопастей по периметру. Колеса правого и левого борта имеют симметричную относительно ДП конструкцию. Каждое колесо содержит плицы (лопасти) наиболее выгодной формы с точки зрения гидродинамики. Ось вращения колеса перпендикулярна ДП.
Для изготовления колес используются износостойкие эластичные материалы. Толщина стенок 10-30 мм, высота лопастей 5% диаметра колеса. Колеса крепятся болтами М26 к фланцам полого цилиндрического вала через накладные металлические кольца. Для привода гребных колес используются асинхронные электродвигатели мощностью 400 кВт, понижающие планетарно-цевочные редукторы, которые устанавливаются внутри полой оси колеса, являющейся продолжением поперечной цилиндрической балки. Эта балка крепится сваркой к продольной упорной цилиндрической балке, имеющей телескопическое соединение с цилиндрической частью опорной части рамы, закрепленной с помощью шарниров на транце аппарата. Цилиндрические полые балки диаметром 1,4 м обеспечивают доступ к мотор-редукторам в процессе эксплуатации. Колеса КДРК имеют две степени свободы относительно корпуса и занимают положение определяемое силами поддержания. Для использования массы КДРК с целью изменения дифферента, а также прижатия колёс к поверхности на высокой скорости движения используется подъемно-нагрузочное устройство. Для ограничения поворота колес относительно продольной оси предусматривается поворотно-амортизационное устройство. Управление аппаратом обеспечивается изменением числа оборотов гребных колес с помощью частотных преобразователей, питающих гребные электродвигатели.
Конструкция корпуса и надстройки
Корпус аппарата из легких сплавов, сварной. Основные толщины листов: днище, скеги — 4 мм, борта, рама КДРК — 5 мм, главная палуба 4 мм, переборки — 3 мм. Для изоляции и обстройки используются современные легкие негорючие материалы. Грузовые палубы имеют защитное покрытие
из деревянного бруса толщиной 60 мм в местах размещения груза.
Экологическая безопасность КАВП
Анализ вредных воздействий на окружающую среду
Транспортное средство является источником загрязняющего воздействия на окружающую среду. Загрязнения делятся на энергетические, в которые входят следующие воздействия:
— гидродинамическое;
— шум;
— вибрация;
— электромагнитные и др. излучения;и биохимические, связанные с наличием:
— сточно-фекальных вод;
— нефтесодержащих вод;
— мусора и твердых отходов;
— отработанных газов дизелей;
— газовых выбросов из помещений и цистерн.

Конструкция КАВП разрабатывается на принципах минимального вредного воздействия на окружающую среду путем снижения потребной
мощности и применения новейших средств очистки вредных выбросов.
Эксплуатационные и конструктивные особенности
Предлагаемые КАВП, благодаря новым конструктивным и архитектурным решениям будут обладать рядом новых эксплуатационных качеств:
1. Эффективная управляемость на переднем и заднем ходу, уменьшение дрейфа при повороте на скорости, повышенная динамика (разгон — торможение), повышенные маневренные качества.
2. Низкий уровень внешнего шума и шума в обитаемых помещениях.
3. Высокая экономичность и сниженная экологическая нагрузка на окружающую среду, благодаря пониженной удельной мощности энергетической установки, свойствам КДРК, как поверхностного движителя.
4. Агрегат КДРК имеет две степени свободы с осями вращения в продольной и поперечной плоскости относительно корпуса АВП.
5.Независимая подвеска КДРК обеспечивает движение КАВП на волнении и по неровной местности,
6.Возможность контакта с грунтом и максимальный удельный упор КДРК на малых скоростях обеспечивают выход на берег с уклоном более 10 градусов, движение по суше при постоянном контакте движителя с поверхностью.
7.КДРК почти не требует мощности на его поддержание на ВП, т. к. он соединен с корпусом шарнирно, имеет плавучесть, на ходу — гидродинамические силы поддержания, которые могут превышать его вес, а на суше опирается на поверхность грунта.
8.В режиме плавания колёса погружены в воду примерно на й наружного диаметра и при вращении обеспечивают максимальный упор.
9.В режиме движения на ВП общее сопротивление движению резко снижается, колёса увеличивают обороты и, вращаясь со скольжением, обеспечивают необходимый упор и постепенный выход их из воды за счет гидродинамических сил, возрастающих по мере увеличения скорости.
10. При движении на ВП по воде с максимальной скоростью для прижатия колёс к поверхности потребуется снижать давление воздуха в ВП, чем будет обеспечено повышение эффективности колёс и снижение общих энергозатрат.
11. Агрегат КДРК имеет подъемно-нагрузочное устройство, которое позволяет создавать положительный или отрицательный дифферентующий момент, увеличивать продольную остойчивость на ходу, и поворотно-амортизационное устройство, ограничивающее поворот колес относительно продольной оси.
12. КДРК имеет агрегатную конструкцию, нечувствительную к водяным брызгам, песку, пыли, оледенению.
13. Привод гребных колес и напорных вентиляторов электромеханический с частотным регулированием оборотов.
14.Колеса изготовлены из эластичного материала с большим количеством невысоких лопастей по периметру и заполнены воздухом под давлением. При движении по суше давление воздуха в колесах может снижаться
15. В речных условиях обеспечивается возможность движения на бортовых скегах за счет подъемного гибкого ограждения.
16. Благодаря наличию объема корпусных скегов, внутри ВП максимальной высоты обеспечивается снижение опасности выдавливания волной воздуха из ВП и опрокидывания КАВП при движении на скорости в штормовых условиях.
17. Скеги являются опорами КАВП при остановке на суше и защищают ГО от повреждений их корпусом.
18. Конструкция КАВП разбивается на блоки для обеспечения транспортировки по суше к месту эксплуатации.
Выполненный анализ архитектурно-конструктивных решений СВП, оборудованных амфибийным колёсным движительно-рулевым комплексом показывает качественные преимущества новой схемы перед существующими. Главные из них: резкое снижение воздушного шума; повышение управляемости, а значит и безопасности эксплуатации; повышение энергоэффективности.
Главные размерения и основные характеристики КАВП | |||||
Наименование | Обозначение | КАВП-1 Пассажирский | КАВП-2 Пассажирский | КАВП-3 Грузовой | КАВП-23Грузо-пассажирский |
Длина габаритная, м | Ьг | 29,5 | 33,0 | 36,2 | 33,0 |
Длина платформы, м | Ь | 23,0 | 26,7 | 21,4 | 26,7 |
Ширина габаритная, м | Вг | 13,6 | 13,9 | 13,6 | 13,9 |
Ширина платформы по скегам, м | Вск | 12,1 | 12,1 | 12,1 | 12,1 |
Мощность ЭУ, кВт | N | 2х500 | 2х500 | 2х500 | 2х500 |
Доковая масса, т | 35 | 46 | 32 | 36 | |
Скорость на плаву, км/час | Упл | 12 | 12 | 12 | 12 |
Скорость на ВП, км/час | Увп | 40 | 38 | 40 | 40 |
Высота гибкого ограждения ВП, м | Нго | 2,3 | 1,5 | 2,3 | 1,5 |
Высота габаритная от киля скега до клотика, м | Нг | 7,2 | 8,1 | 7,2 | 7,2 |
Экипаж, чел. | к | 2 | 2+1 | 2 | 2+1 |
Количество мест для пассажироввсего: | п | 70 | 160 | — | 80 |
В том числе мест для сидения | 70 | 100 | — | 56 | |
Спальных мест | — | 60 | 24 | ||
Грузоподъемность, т | С | — | — | 15 | 4 |
Тип ДРК | Колесный | ||||
Привод гребных колес | Электромеханический | ||||
Класс по Российскому Речному Регистру | «О-ПР 2,0» | «Р 1,2» | «О-ПР 2,0» | «Р 1,2» | |
Группа по санитарным правилам | III | II | III | II |
Be the first to comment on "Колёсные суда … На воздушной подушке"