Транспортные системы

Всё об автомобильном, ЖД и авиатранспорте в России

Новые виды транспорта

Повышение скорости движения на водном транспорте

 

Важной задачей является повышение скорости движения на водном транспорте. Обычные (водоизмещающие) суда тихоходны потому, что у них с ростом скорости быстро возрастает необходимая для движения мощность, которая может оказаться пропорциональной скорости в третьей, четвёртой и даже большей степени. Как повысить скорость водного транспорта?

При проектировании глиссирующих судов, кораблей на подводных крыльях и воздушной подушке идут по пути вынесения корпуса корабля из водной среды в воздушную (плотность воздуха почти в 800 раз меньше плотности воды). Но есть еще один путь – использование эффекта экрана, как в монорельсовых поездах на воздушной подушке, только экраном здесь служит водная поверхность.

Еще в 20-е годы авиаторы познакомились с "эффектом влияния Земли" (эффектом экрана). Тяжелые самолеты либо упрямо шли над Землей, не желая садиться, либо неожиданно устремлялись вверх, обретая дополнительную подъемную силу. Английский самолет "Тэрэнт Триплэйн" разбился при взлете, моноплан "Суоллоу" едва остановили посадочными щитками. Как только с увеличением высоты эффект экрана исчезал, аэродинамическое качество крыла падало, мощности двигателей не хватало для полета, и самолет прямо по курсу совершал аварийную посадку.

Низколетящий экраноплан способен взять на борт груз, намного больший, чем самолет такой же массы. Следовательно, либо экраноплан должен иметь несущие крылья, либо сам его корпус должен быть выполнен в виде "летающего крыла". Чем меньше высота воздушной подушки, чем ближе аппарат к поверхности воды, тем сильнее проявляется эффект экрана, тем больше подъемная сила. В результате экраноплан затрачивает на создание подъемной силы гораздо меньше энергии, чем самолет, оторванный от поверхности Земли. Экранопланы обладают высоким аэродинамическим качеством – отношением подъемной силы к сопротивлению: оно по меньшей мере в два раза больше, чем у кораблей на подводных крыльях или воздушной подушке. С увеличением скорости и размеров экранопланов их эффективность увеличивается. Парящий над водой аппарат обладает плавучестью, взлетает с поверхности воды и после завершения полета садится на воду.

Имеются проекты экранопланов массой свыше 1000 т и скоростью движения порядка 700 км/ч. Однако в этих проектах остается еще много нерешенных проблем, что делает их пока нереальными.

Г. Г. Зелькиным был предложен проект экраноплана, принципиально отличающийся от существующих, в котором преодолена проблема требуемой очень большой стартовой мощности. Он является логическим продолжением крылатого реактивного монорельсового поезда на воздушной подушке. По этому проекту (рисунок 9.16) экраноплан 1 разгоняется по рельсовому пути 2, опираясь на воздушную подушку. В зависимости от его массы и габаритов можно иметь не одну, а две или несколько опорных рельсовых балок (на рисунке их две).

clip_image032

Рисунок 9.16 – Экраноплан, предложенный Г. Г. Зелькиным

Для создания равномерной подъемной силы в зависимости от распределения массы экраноплана крылья 3 имеют переменную площадь. В качестве тяговых можно применять двигатели с тянущими или толкающими винтами либо реактивные двигатели 4. В случае использования реактивных двигателей с высокой скоростью реактивной струи, так же, как и в крылатом реактивном поезде на воздушной подушке, их целесообразно разместить в желобах 5, чтобы струя реактивного двигателя создавала дополнительную подъемную силу. Разогнавшись, экраноплан соскальзывает с рельсовых балок и продолжает полет над водной поверхностью.

Крейсерская скорость экраноплана будет составлять 500–700 км/ч. Дальнейший рост скорости связан со значительным увеличением мощности, необходимой для преодоления сопротивления воздуха. Запас скорости позволяет увеличивать высоту воздушной подушки, создаваемой динамическим напором, что в свою очередь дает возможность эксплуатировать аппарат при волнении на море. По условиям безопасности волны не должны ударять о днище экраноплана, и высокие скорости позволят ему уйти из района разыгравшейся стихии. Более того, время выхода из порта можно согласовывать с информацией о погоде на трассе, передаваемой навигационными спутниками Земли.

Высокие скорости экраноплана позволяют создать значительное давление в воздушной подушке. Так как его подъемная сила определяется произведением давления в воздушной подушке на площадь экрана в плане, то его грузоподъемность будет измеряться десятками и даже сотнями тысяч тонн, причем с увеличением размеров экраноплана удельная мощность его силовой установки будет уменьшаться.

В проекте рассматриваются различные способы формирования воздушной подушки относительно направляющих рельсовых балок на участке разгона в зависимости от размеров экраноплана и выбранной конструкции. Для ее создания могут быть использованы как отдельно, так и в комплексе вентиляторные установки экраноплана, стационарные компрессорные станции и баллоны со сжатым до высокого давления воздухом, который будет поступать в скользящее шасси, а также динамический напор. В зависимости от скорости полета предусмотрено автоматическое перераспределение мощности силовой установки на создание тяги и работу вентиляторов, питающих воздушную подушку. После схода с рельсового полотна и начала полета над поверхностью воды элементы скользящего шасси, охватывающие путевые рельсовые балки, убираются в корпус экраноплана, формируя необходимый профиль экрана.

Вентиляторы экраноплана используются также при посадке для создания воздушной подушки в его посадочном шасси. Если посадка осуществляется на воду, то сама посадка и начальное торможение осуществляются на воздушной подушке, а затем экраноплан превращается в водоизмещающее судно. На спокойной воде, в затоне мощности вентиляторов будет достаточно для того, чтобы экраноплан вышел на режим зависания, опираясь на воздушную подушку. В этом случае не представит особого труда вывести его на стартовую площадку и установить на направляющих рельсах для последующего полета.

В проекте предусмотрен старт с поверхности воды в случае аварийной посадки. Для этого потребуются дополнительные стартовые ускорители для создания тяги при взлете и резервы мощности или баллоны высокого давления для образования воздушной подушки на участке разгона. Рассмотрены варианты конструкций многокорпусных экранопланов, при которых гарантировано предотвращение опрокидывания аппарата при аварийной посадке в случае волнения на море.

Описанный проект экраноплана по всем критериям прогрессивности представляется весьма перспективным и эффективным. Такой экраноплан использует достижения авиационного, морского и наземного транспорта, а также космической техники для решения проблемы перевозок большого количества людей и грузов на большие расстояния с достаточной скоростью и высокой экономической эффективностью.

Вездеходы-амфибии широко применяются для перевозки пассажиров и

грузов в новых необжитых районах на Севере. Они выполнены либо в виде небольших судов (лодок) с колесами, либо в виде гусеничных машин, спо­собных плавать и передвигаться по болотам и слабым грунтам.

Комбинированные автомобильно-железнодорожные транспортные средства представлены очень большим числом опытных образцов и проектов. Это рельсовые автобусы и "гибридные" трейлеры на автомобильном и железнодорожном ходу, одинаково хорошо передвигающиеся по шоссе и железнодорожным путям.

"Автопланы", или летающие автомобили, – комбинированное средство для движения по дорогам и по воздуху. Их образцы созданы конструкторами-любителями. Автомобиль превращается в самолет и обратно за 30 минут. Процесс состоит в монтаже несущего крыла, хвостового оперенья и воздушного винта.

Имеются проекты создания подводного судна-самолета, который мог бы в любой момент времени взлететь из воды и при необходимости снова уходить под воду после полета в воздухе.