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