СУДА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ - речные или морские суда, использующие устройство в форме крыла для того, чтобы поднять корпус судна над водой и уменьшить силы трения и сопротивления, ограничивающие скорость передвижения обычных судов. При движении в воде подводное крыло создает подъемную силу точно так же, как крыло самолета в воздухе. Профиль подводного крыла изогнут таким образом, что при перемещении в воде он создает суммарную силу, направленную вверх и выталкивающую судно из воды. Катера и корабли на подводных крыльях как бы летят над водой, и под водой остаются только подводные крылья и гребные винты. Корпус корабля соединяется с подводными крыльями стойками, также имеющими обтекаемую форму. При движении тела в жидкой среде возникают силы трения и другие возмущения, препятствующие движению, которые порождают суммарную силу сопротивления движению (силу торможения). Так как плотность воды в 800 раз больше, чем плотность воздуха, то при одной и той же скорости движения крыло самолета в воздухе и уменьшенное в 800 раз (по площади) подводное крыло будут создавать одинаковую подъемную силу.
См. также
Типы подводных крыльев. Существуют два типа подводных крыльев, предназначенных для выталкивания корпуса судна из воды: частично погруженное крыло и полностью заглубленное крыло. Чем глубже в воде находится частично погруженное крыло, тем большая площадь его движется под водой и тем больше создаваемая им подъемная сила. Это свойство обеспечивает устойчивость движения судна по волнам. В случае полностью заглубленного крыла подъемную силу можно изменять, либо поворачивая все крыло (изменяя угол атаки), либо отклоняя закрылки, расположенные вдоль задней кромки неподвижного крыла (управление с помощью закрылков). В случае аппарата с заглубленными крыльями система автоматического управления регулирует наклон и высоту судна над водой и обеспечивает его балансировку. Устройство такого судна сложнее, чем устройство судна с частично погруженным крылом, однако первая конструкция более эффективна и обеспечивает плавное движение транспортного средства при волнении. Закрылками, отклоняемыми с помощью системы автоматического управления, можно снабдить и частично погруженное крыло, улучшая с их помощью плавность движения судна при сильном волнении. Подводные крылья нашли применение в конструкциях гибридных морских судов. Одной из наиболее удачных гибридных конструкций является катамаран с подводными крыльями, расположенными между корпусами.
СХЕМА ВОЕННОГО КОРАБЛЯ на подводных крыльях (внизу), на которой показаны стойки, подводные крылья, гребной винт и другие особенности конструкции. 1 - антенна; 2 - рубка управления; 3 - датчики высоты; 4 - орудие; 5 - помещения для команды; 6 - подсобные помещения; 7 - судовой двигатель; 8 - трансмиссия; 9 - стойки; 10 - гондола; 11 - гребной винт; 12 - подводное крыло.
КОНСТРУКЦИИ КРЫЛЬЕВ, иллюстрирующие концепции полностью заглубленного и частично погруженного крыла.
Конструкции судов на подводных крыльях. Суда на подводных крыльях различаются расположением крыльев. В самолетной (обычной) схеме большое крыло располагается впереди центра тяжести, подобно крылу на самолете. Несущая поверхность меньшей площади располагается сзади. В схеме "утка" крыло меньшей площади помещается впереди основного крыла. В тандемной схеме несущие крылья располагают на одинаковых расстояниях спереди и сзади от центра тяжести. В каждой из этих схем могут использоваться как частично погруженные, так и полностью заглубленные крылья. Обычная схема и схема "утка" применяются в конструкциях небольших судов на подводных крыльях; для судов большего водоизмещения предпочтительнее тандемное расположение подводных крыльев.
СТОРОЖЕВОЙ КОРАБЛЬ на подводных крыльях ВМС США.
Силовая установка. Для создания тяги на судах с подводными крыльями используют гребной винт или водомет (струя воды, создающая реактивную силу). Винт, располагающийся в хвостовой части гондолы, приводится в движение судовым двигателем с помощью системы передаточных шестерен и валов (редуктора). В случае водомета тягу создает реактивная сила струи воды, накапливаемой внутри корпуса и с помощью насоса выбрасываемой с большой скоростью через отверстие в транце корабля. На большинстве гражданских судов с подводными крыльями используются дизельные двигатели. На судах большого водоизмещения с движителями обоих типов для повышения скорости движения часто применяют газотурбинные установки.
См. также СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ.
Кавитация. При понижении давления (что происходит, например, на верхней поверхности подводного крыла, движущегося с большой скоростью) в жидкости образуются воздушные пузырьки. Это явление называется кавитацией. Кавитация оказывает неблагоприятное воздействие на подъемную силу и сопротивление подводного крыла. Кроме того, схлопывание пузырьков может привести к повреждению поверхности крыла и разрушению конструкции. Подводные крылья, у которых максимальная скорость недостаточна для того, чтобы вызвать кавитацию, называются бескавитационными крыльями. Предназначаемые для более высоких максимальных скоростей подводные крылья специально профилируют. Подводные крылья, вызывающие кавитацию и схлопывание пузырьков вдали от поверхности крыла, называются суперкавитирующими.
См. также КАВИТАЦИЯ.
Другие проблемы. Судно на подводных крыльях часть времени движется, как и обычный корабль, с погруженным в воду корпусом. Стойки, подводные крылья и гребные винты, расположенные под днищем корпуса, увеличивают осадку корабля. Чтобы устранить связанные с этой особенностью проблемы, подводные крылья можно сделать убирающимися. Однако и неубирающиеся подводные крылья находят широкое применение в конструкциях судов. Как и в случае самолета, каждая дополнительная единица веса судна на подводных крыльях требует соответствующего увеличения мощности двигателя и расхода топлива. По этой причине в конструкции судов на подводных крыльях находят широкое применение легкие высокопрочные материалы (алюминий, пластмассы, композиты) и высокоэффективные силовые установки большой мощности. Наряду с обычными судовыми дизелями используются газотурбинные двигатели и вспомогательные устройства, аналогичные тем, которые применяются в авиации. Стойки и профили крыла изготавливают из лучших сортов стали. Для судов на подводных крыльях были разработаны уникальные трансмиссии, гребные винты и системы управления.
ЛИТЕРАТУРА
Ваганов А.М. Проектирование скоростных судов. Л., 1978 Клейтон Б., Бишоп Р. Механика морских судов. Л., 1986 Иконников В.В., Маскалик А.И. Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях. Л., 1987