Нержавеющие крылья

Нержавеющие крылья

История человечества знает много случаев, когда величайшие технические открытия совершали люди, весьма далекие от техники.

Как это ни парадоксально, но факты убеждают в этом. Пожалуй, лучше всех ответил на вопрос: как же происходят открытия, создатель теории относительности великий физик Эйнштейн. Он сказал:

- Очень просто. Все знают, что сделать это невозможно. Случайно находится один невежда, который этого не знает. Он-то и делает изобретение.

Металлург Бессемер, создатель конвертора - устройства для выплавки стали, признавался, что он сделал свое открытие лишь потому, что не был профессиональным металлургом.

А творец первого парохода Фултон? Ведь он был часовщиком, строителем дорог, ювелиром, небесталанным живописцем. Он изобрел машину для пилки и полировки мрамора, станок для изготовления канатов, разработал новую систему шлюзов и каналов и многое другое.

Не знаю, согласится ли читатель, но в любом крупном открытии или изобретении всегда можно разглядеть принцип "наоборот". Этим принципом, пожалуй, и можно объяснить возникновение идеи подводных крыльев для судов.

А что если вообще "вытащить" корпус судна из воды, которая оказывает ему столь большое сопротивление? Ведь вода плотнее воздуха в 800 раз. Следовательно, крылья будут меньшими по размерам, чем те, которые понадобились бы многотонному судну в воздухе. Очевидно, примерно так рассуждал русский подданый Шарль А. де Ламберт, подавший заявку на установку подводных крыльев на судне. К его чести следует отнести наличие у него ощущения этакого первого взгляда на мир, без "взрослой" уверенности в том, что коренные проблемы уже решены.

В департаменте, куда обратился с заявкой Ламберт, чиновники отнеслись к его идее недоверчиво. Ему отказали в выдаче патента. Тогда изобретатель покинул Россию и в 1891 году получил патент на свое крылатое судно в Париже. В том же году Шарль А. де Ламберт построил небольшое судно с подводными крыльями и испытывал его на Сене.

Не получив должной поддержки и во Франции, Ламберт перекочевал в Америку. Там в 1894 году он снова запатентовал свое изобретение. Но опять успех не сопутствовал Ламберту. Изобретателю не хватало инженерного умения и математических знаний. Его крылатое судно оказалось весьма своенравным. Поднявшись на крыло, судно вело себя как летающая рыба. Оно прыгало над водой, повергая в изумление зрителей и приводя в отчаяние изобретателя.

Спустя десятилетие идею Ламберта попытался осуществить итальянский инженер-судостроитель Энрико Форланини. Но катер по-прежнему прыгал над водой, вместо того чтобы скользить над нею. Прыжки катера стали считать чуть ли не "врожденным" свойством. Об этих прыжках так писали в газетах того времени: "Гидроплан - это судно для смелых. Оно разгоняется на подводных крыльях, затем отрывается от воды, совершает многометровый прыжок по воздуху и, упав на воду, разгоняется для нового прыжка".

Мало находилось любителей испытать острое ощущение, а то и вообще ненароком сломать шею при взлете и посадке на воду такого "попрыгунчика". Не могло быть и речи о создании многоместного пассажирского судна. Но не только потому, что судно вело себя неустойчиво при движении.

Создателям судов на подводных крыльях приходилось решать сложные задачи, связанные с движением крыла на границе двух сред - воды и воздуха. Никто толком еще не знал, как обеспечить продольную и поперечную остойчивость нового судна при движении на спокойной воде и особенно на волнении.

Вопрос за вопросом возникал перед конструкторами. Как считать прочность корпуса? Какое выбрать оборудование? Где взять легкий материал для корпуса, ведь алюминий только-только получал права гражданства. Нужен мощный и легкий мотор, работающий на дешевом топливе и способный выдержать определенный срок службы. Крылья должны быть изготовлены из прочного, нержавеющего металла. Но такого металла еще не было.

Разумеется, в то время многие из этих технических вопросов казались неразрешимыми. И все же идея водолета влекла к себе пытливые умы конструкторов. Притягательная сила этой идеи заключалась прежде всего в том, что поднятый над водой корпус позволит значительно сократить сопротивление воды движению судна. И как следствие - увеличить скорость хода.

Попытка Ламберта создать пригодное для эксплуатации судно не увенчалась успехом. Изобретатель умер в безвестности и нищете. Но зато его последователям сопутствовал успех.

Крылатое судно, сконструированное итальянским инженером Энрико Форланини в 1905 году, могло уже более успешно передвигаться над водой. При испытаниях на озере Лаго-Маджоре крылатый первенец показал довольно устойчивую скорость, достигавшую более 70 километров в час.

У этого катера по бортам в носу и корме были установлены многоступенчатые, напоминающие этажерку крылья. При движении они выталкивали корпус судна над водой почти на полметра. А ведь судно было не игрушечное, его водоизмещение составляло более полутора тонн.

Год спустя соотечественники Форланини инженеры Крокко и Рикальдони установили на своем судне поперечно-наклонные, V-образные крылья. Они располагались друг за другом (система тандем) в носу и корме и частично выходили за обводы корпуса судна.

Отличительной особенностью V-образных крыльев является то, что за счет постепенного изменения площади погруженной части крыльев обеспечивается продольная и поперечная остойчивость судна. Иными словами, движение судна оказывается более плавным, оно не прыгает и не плюхается в воду.

Водолет инженеров Крокко и Рикальдони был водоизмещением около полутора тонн. Он проходил в час 70 километров при мощности двигателя восемьдесят лошадиных сил. В качестве движителя на нем были установлены воздушные винты. После некоторых конструктивных доделок в 1907 году судно показало скорость еще большую.

Шли годы. Инженеры-судостроители разных стран мира не прекращали совершенствовать конструкцию крыльевых устройств. В 1919 году в Канаде инженеры Белл и Болдуин успешно применяли этажерочное расположение крыльев, имеющих некоторую V-образность, на новом судне водоизмещением пять тонн. Этот катер, на котором были установлены два воздушных винта, приводимых в движение авиационными моторами, ходил со скоростью 114 километров в час.

К сожалению, и этому катеру не удалось полностью избавиться от недостатков, присущих катеру Форланини. По свидетельствам очевидцев и по материалам печати, известно, что катер на крыльях системы Белла и Болдуина тоже испытывал удары о воду и прыгал. Специалисты объясняют это тем, что при движении на большой скорости крылья приближались к свободной поверхности воды, из-за этого падала их подъемная сила. Сказывался также прорыв воздуха к крыльям.

Идея создания судов на подводных крыльях, способных передвигаться более устойчиво, не оставляла канадского инженера Болдуина и в последующие годы. Спустя десять лет он создал судно с этажерочным расположением крыльев. Это судно, оборудованное мотором "Испано-Суиза" мощностью двести лошадиных сил и водяным гребным винтом, развивало скорость свыше 80 километров в час. Конструктор внес в схему судна одну интересную деталь: в качестве рулевого устройства он использовал заднее крыло со стойкой.

В последующие годы крыльевая схема, предложенная Беллом и Болдуином, несколько видоизменившись, нашла применение на экспериментальных катерах. Крыльям этой конструкции, кроме V-образности, была придана и некоторая стреловидность. Сделано это было с той целью, чтобы отдалить возникновение кавитации при больших скоростях хода. Предусматривалось и другое соображение - стреловидность ослабляла, по мнению конструкторов, влияние поверхности воды на колебания подъемной силы. Отличались от предшественников крылья экспериментальных катеров и тем, что задние плоскости со стойками использовались в качестве рулей.

Представляется интересным отметить тот факт, что суда на подводных крыльях заинтересовали немецких военных специалистов. В Германии развитие флота на подводных крыльях в годы после первой мировой войны приняло сугубо односторонний характер. Милитаристские круги поверженной Германии вынашивали планы новой мировой войны. Ограниченные рамками Версальского договора, немцы не могли строить крупные военные корабли. Инженеры по указке военных специалистов лихорадочно искали пути создания малотоннажного, но и в то же время мощного флота. На верфях Германии закладывались так называемые карманные линкоры - корабли сравнительно небольшого водоизмещения, но снабженные мощным вооружением.

Использование быстроходных кораблей на подводных крыльях в качестве сторожевиков, охотников за подводными лодками, десантных средств сулило немцам неоспоримое первенство в мире.

Немецкий инженер Ганс Шертель не преминул использовать принцип крыльевого устройства по системе Крокко - Рикальдони. Он установил на катере два расположенных друг за другом крыла, пересекающих свободную поверхность. Каждое из крыльев несло примерно половину веса судна. Вместе с применением V-образных крыльев Шертель использовал также и трапециевидные крылья с глубокопогруженной центральной плоской частью.

Шертель задался целью ликвидировать попадание атмосферного воздуха на верхнюю поверхность крыльев. С этой целью он установил перегородки вдоль верхней поверхности наклонных частей крыльев. Кроме того, инженер предложил крылья с изменяющимся профилем и переменной шириной по размаху. Такие расширяющиеся к концам крылья улучшили поперечную и продольную остойчивость судна.

По имеющимся в зарубежной печати сведениям Гансу Шертелю удалось в течение 1936-1944 годов построить и испытать более десяти типов морских и речных судов на подводных крыльях.

В годы второй мировой войны немецкая судостроительная промышленность не прекращала поиск наиболее подходящей конструкции крыльевых устройств. По результатам исследований акционерного общества "Саксенберг" и Гамбургского судостроительного института (бассейна) немцами был сконструирован и построен экспериментальный катер на подводных крыльях водоизмещением семнадцать тонн. Скорость катера была 47 узлов. Катер на подводных крыльях даже использовался немцами на Балтике в качестве сторожевого корабля.

Неплохие результаты показало и другое судно, сконструированное немецким инженером Оскаром Титьенсом. В этом крыльевом устройстве были два крыла: одно, расположенное впереди центра тяжести, и другое - позади него. Назначение заднего крыла - обеспечивать продольную остойчивость. Этот катер обладал, кроме того, повышенной поперечной остойчивостью. При мощности мотора 1400 лошадиных сил катер водоизмещением шестнадцать тонн мог развивать скорость около 50 узлов.

Еще одной из интересных новинок той поры следует считать попытку создания немцами скоростных транспортов на крыльях для перевозки танков из портов Сицилии в Африку. Правда, вся серия этих судов была уничтожена авиацией союзников еще на стапелях. Головной корабль этой серии на испытаниях показал удовлетворительные результаты. Он преодолевал волну высотой около двух метров со скоростью 37 узлов. Его водоизмещение равнялось восьмидесяти тоннам, на катере были установлены два дизельных мотора общей мощностью четыре тысячи лошадиных сил.

Не удалось гитлеровским воякам использовать и другой скоростной военный корабль - торпедный катер на подводных крыльях. Он также был уничтожен в 1944 году авиацией союзников. Предполагалось по расчетам, что при водоизмещении около пятидесяти тонн и суммарной мощности двигателей шесть тысяч лошадиных сил катер разовьет скорость 110 километров в час (около 60 узлов).

Отгремели выстрелы второй мировой войны. Если в военное время к теплоходам на подводных крыльях предъявлялись в первую очередь требования высоких скоростей и мореходных качеств, то, естественно, после войны судовладельцы хотели получить столь же быстроходные суда, но с удобными помещениями для перевозки пассажиров. Во многих капиталистических странах началось создание пассажирских судов на подводных крыльях.

Первый пассажирский теплоход на подводных крыльях был построен в 1953 году в Швейцарии. Называется он "Фречча д'Оро". Теплоход рассчитан на перевозку тридцати пассажиров с максимальной скоростью более 70 километров в час. Любопытно вспомнить, что первый рейс его проходил на озере Лаго-Маджоре, где в 1905 году впервые опробовал крылатого первенца Энрико Форланини.

Этот теплоход спроектировала фирма "Супрамар", которую возглавлял Шертель. Убедившись в высоких эксплуатационных качествах новинки, фирма "Супрамар" спроектировала вдвое больший по пассажировместимости катер, получивший название "Бремен Пионир". У него, как и у "Фречча д'Оро", крыльевое устройство было выполнено с поворотными плоскостями, предусмотрена возможность поджимания крыльев. Судно могло развивать скорость порядка 80 километров в час.

В это же время итальянские судостроители принялись за постройку морского экспресса на подводных крыльях. В Мессине в 1956 году был построен морской вариант "Бремен Пионира", окрещенный "Солнечной стрелой".

Проектировалась "Солнечная стрела", строилась и испытывалась под наблюдением судоходных морских инспекторов итальянского Морского регистра и германского Ллойда. Как и положено судну прибрежного плавания, "Солнечная стрела" была снабжена всеми необходимыми системами и устройствами.

Владельцы судоходных компаний высоко оценили быстроходные, надежные в эксплуатации, приносящие большие барыши суда на подводных крыльях. В 1959 году венесуэльская судоходная компания "Навека-Навиера" заказала итальянскому судостроительному заводу "Кантиери Наволи Родригес" более вместительное судно. Теплоходу присвоили наименование "Стрела Востока". Два таких судна совершают регулярные рейсы между портами Карибского моря, вдоль побережья Венесуэлы. "Стрела Востока" при полном водоизмещении шестьдесят тонн развивает скорость до 70 километров в час.

Одновременно с постройкой "Стрелы Востока" итальянцы предусмотрели возможность его модификации. Так, в частности, при плавании на коротких линиях судно может брать на борт почти полторы сотни пассажиров. Другая разновидность морского водолета, рассчитанная на курсирование между портами Скандинавских стран, имеет сто пассажирских мест.

В послевоенные годы строительством судов на подводных крыльях занялась верфь в Росслау, находящаяся в Германской Демократической Республике. Конструкторами этой верфи спроектированы четыре стандартных типа транспортных судов.

Для полноты обзора иностранных судов на подводных крыльях следует упомянуть голландские пассажирские суда "Аквастрол" и "Аквабус". Они предназначены для туристских поездок.

Не прекращают испытания и строительство судов и в Канаде, где, как мы уже знаем, в 1919 году инженеры Белл и Болдуин сконструировали скоростное судно на подводных крыльях. В 1957 году в Канаде был спущен на воду теплоход "Бра д'Ор", построенный для Канадского комитета по оборонным исследованиям.

На теплоходе установлены три блока подводных этажерочных крыльев. Из них два крепятся по бортам на горизонтальных стабилизаторах, а один приспособлен на корме. В каждом блоке несколько V-образных крыльев, укрепленных боковыми стойками. Конструкторы предусмотрели наиболее эффективный способ достижения устойчивости судна на ходу. С этой целью каждое крыло блока имеет различный угол атаки. Чем выше поставлено крыло, тем больше этот угол. Такое устройство позволяет уменьшить размах вертикальных колебаний корпуса при плавании в штормовую погоду. В плане катер с узкой кормой и боковыми крыльями похож на огромную стремительную рыбину. Результат в самом деле получился отменный.

Ну, а как обстоят дела в Америке, строят ли там суда на подводных крыльях? В первые годы после второй мировой войны американские судостроители, видимо, явно недооценивали эту проблему. В технических журналах можно было встретить описания огромных трансатлантических лайнеров, судов с двумя корпусами, прогулочных катеров, комфортабельных парусно-моторных яхт. О крыльях не говорилось ни слова.

Затем в печати появились скудные сообщения о том, что в США проводятся испытания судов с крыльевыми устройствами. Одним из экспериментальных судов на крыльях был "Халобатс". В качестве регулирующего элемента у него были приспособлены глиссирующие лыжи. Они были установлены на специальных рычагах далеко впереди носа.

Другим экспериментальным судном Государственного бюро кораблестроения США был теплоход "Си Легс". Его водоизмещение составляло всего пять тонн, а скорость хода едва превышала 46 километров в час.

Эти факты свидетельствовали прежде всего о недооценке скоростных судов на подводных крыльях. Правда, в последние годы американские судостроители начали усиленную работу по созданию катеров на подводных крыльях.

Американцы спроектировали и построили небольшой катер "Летающая амфибия". Его скорость 80 километров в час. В качестве двигателя применена газовая турбина. Устойчивость движения "Летающей амфибии" обеспечивается автоматически управляемыми подводными крыльями. Судно выглядит несуразно: его небольшой корпус поднимается над водой более чем на метр. Не ласкают взгляд и обводы этого катера, рассчитанного для морской полиции.

В 60-е годы одна из американских авиационных фирм построила опытный пассажирский катер на подводных крыльях "Деннисон". Его водоизмещение девяносто тонн, полезная грузоподъемность десять тонн. При мощности главного двигателя 14000 лошадиных сил катер идет со скоростью 60 узлов. "Деннисон" оборудован тремя крыльевыми комплексами, которые могут подниматься из воды, вращаясь вокруг своей оси.

В более поздних сообщениях печати приводились данные о постройке в США скоростного судна "Плэйнвью", которое имеет водоизмещение более трехсот тонн и скорость около 50 узлов, и "Хай Пойнт", втрое меньший по водоизмещению и со скоростью меньшей, чем у "Плэйнвью".

Представляет интерес намерение американских специалистов создать проект судна на подводных крыльях водоизмещением в пятьсот тонн. Мощность силовой установки - двух газовых турбин - сорок тысяч лошадиных сил. Корабль будет ходить со скоростью около 50 узлов. В качестве движителя предполагается применить водометное устройство.

В последние годы начали строить суда на подводных крыльях в Швейцарии, Англии и Японии. Швейцария названа первой среди этих трех стран не случайно, швейцарские судостроители построили стосорокадвухтонный корабль на подводных крыльях, тогда как Англия и Япония строят катера, значительно уступающие в размерах и в скорости хода.

С древних времен дошла до нас греческая легенда о художнике, зодчем и изобретателе Дедале и его сыне Икаре. О Дедале рассказывали, что он высекал из белоснежного мрамора дивные статуи. Люди смотрели на них, и, казалось, что статуи оживают на глазах. Много инструментов изобрел Дедал для работы. Легенда приписывает ему изобретение топора и бурава.

Спасаясь от справедливого возмездия соотечественников, приговоривших его к смерти за убийство скульптора-конкурента, Дедал бежал из Афин на остров Крит. На острове Дедала держали словно пленника, и тогда он решил освободиться от критской неволи. Для побега Дедал воспользовался крыльями, которые изготовил из птичьих перьев, скрепив их воском и льняными нитями. Вместе с собой Дедал взял сына Икара, которому тоже изготовил пару крыльев. Отец предупредил сына: - Слушай, Икар, сейчас мы улетим с Крита. Будь осторожен во время полета. Не спускайся слишком низко к морю, чтобы соленые брызги волн не смочили твоих крыльев. Не поднимайся и близко к солнцу: жара может растопить воск, и разлетятся перья...

Легенда дальше повествует о том, что Икар забыл наставления отца и взлетел под самое небо, ближе к лучезарному солнцу. Ослушник погиб в волнах моря, которое и посейчас называется Икарийским.

Древнему преданию о Дедале и Икаре около трех тысяч лет. Поэтической дымкой старины окружен вымысел человека, мечтавшего о полете на крыльях. Но человек не только мечтал. Пятьсот лет назад - в начале XVI века - Леонардо да Винчи, великий художник и механик, создал чертеж крыльев, предвидя создание летательного аппарата тяжелее воздуха.

Но было бы не совсем верно утверждать, что крыло вначале было использовано человеком для полета по воздуху. Разве перо руля древней триремы, галеры, корвета не прообраз крыла? А винт, которым судно приводится в движение? Ведь он тоже состоит из нескольких лопастей - крыльев, укрепленных своим основанием на ступице.

И все-таки крыло в своем, так сказать, привычном виде (самолетное крыло) у судов появилось, как мы уже знаем, всего лишь в конце прошлого века, несколько позже крыла аэроплана. И поскольку это так, то нам представляется, что начать разговор о работе подводных крыльев следует с их воздушных собратьев. Хотя, естественно, разницы между принципами их работы не существует.

Очевидно, многим приходилось видеть, как поднимается в небо воздушный змей. Перед подъемом поверхность змея должна быть непременно поставлена под определенным небольшим углом к ветру. Угол между поверхностью и направлением воздушного потока называется в технике углом атаки.

Но змей представляет собой элементарную пластину, а не крыло, такое, как, скажем, у птицы. Люди, наблюдая полет птиц, придали искусственным крыльям профиль - с утолщением спереди и сведенной на нет задней кромкой.

Теперь представим, что вместо змея установлено крыло с профилем. Пустим на крыло, установленное с определенным углом атаки, воздушный поток. Поток, разбиваясь о носок крыла, будет обтекать его сверху и снизу. Нижняя часть крыла, расположенная под углом атаки, отклонит поток. Из-за отклонения и подтормаживания частиц воздуха на нижней части крыла возникнет давление, составляющая которого, перпендикулярная направлению потока, является составной частью подъемной силы крыла. Иная картина получается на верхней, выпуклой части крыла. Частицы воздуха получают ускорение и вынуждены пробегать выпуклую часть крыла быстрее. От ускорения потока над верхней частью крыла появляется разрежение. Оно как бы подсасывает крыло.

В этом нетрудно убедиться, проделав следующий опыт. Взяв два листа бумаги, надо согнуть их так, чтобы выпуклости были обращены друг к другу. Расстояние между ними должно быть около 10 сантиметров. Если дунуть между листками, они сблизятся. Этот опыт подтверждает наличие подсасывающих сил.

Таким образом, при движении крыла в потоке воздуха на нижней и на верхней частях крыла появляются силы, направленные перпендикулярно скорости потока. Они-то и составляют подъемную силу. Благодаря ей взмывает вверх воздушный змей, держится планер, летает самолет, снабженный винтом. Примерно две трети подъемной силы создается за счет разряжения на засасывающей поверхности крыла и около одной трети на нагнетающей поверхности.

Любой грамотный человек осведомлен о том, что давление окружающего нас воздуха равно одной атмосфере. А что такое одна атмосфера? Это давление силой в один килограмм на один квадратный сантиметр. В одном квадратном метре содержится десять тысяч квадратных сантиметров. Стало быть, на каждый квадратный метр земли, крыла, стола и другой поверхности давят десять тысяч килограммов, или десять тонн. Мы не замечаем этого давления, поскольку оно действует на нас равномерно со всех сторон.

А вот теперь представим, что давление воздуха над выпуклой стороной крыла упало на одну сотую из-за ускорения частиц потока. Тогда между верхней спинкой и нижней поверхностью крыла возникает разность давлений. Эта разность давлений обусловит появление при наличии горизонтального движения вертикально направленной силы, равной одной сотой от десяти тонн. Иными словами, это сила равна ста килограммам на каждый квадратный метр крыла.

Этим несложным расчетом поясняется мысль о том, как небольшое изменение существующего равномерного давления способно вызвать большую подъемную силу.

В этом легко еще можно убедиться, вспомнив, например, как сильный ветер срывает с крыши листы кровли, а ураган поднимает на воздух всю крышу.

Но это, так сказать, присказка. Перенесем крыло в поток воды. Процесс обтекания крыла потоком и возникновение подъемной силы ничем принципиально не отличаются от того, как это происходило в воздушной среде. Здесь, на наш взгляд, необходимо оговориться, что подобие в обтекании подводного и воздушного крыльев действует в определенных пределах. Оно нарушится, если крылья движутся вблизи свободной поверхности воды, а также на больших скоростях, когда возникает кавитация - вскипание воды на поверхности крыла.

Мы уже знаем, что вода в 800 раз плотнее воздуха. Следовательно, площадь подводных крыльев может быть меньше, чем у самолета. А подъемная сила этих уменьшенных крыльев останется такой же, как у крыльев самолета в воздухе.

Подъемная сила подводных крыльев и выталкивает корпус судна из воды. Не трудно сообразить, что, поскольку корпус не касается воды, а в ней остаются только лишь крылья с опорными кронштейнами, винт и руль, сопротивление становится минимальным. А мы знаем, что на преодоление его в основном и тратится мощность двигателя и что это сопротивление гасит скорость судна.

Ученым удалось вывести формулу подъемной силы крыла. Она прямо пропорциональна площади крыла, квадрату скорости движения, плотности среды и так называемому коэффициенту подъемной силы, который определяется путем испытаний в аэродинамической трубе каждого профиля. Анализируя эту формулу, легко убедиться в том, какие выгоды сулит подводное крыло. Можно варьировать каждым членом этой формулы. Из нее явствует, что лучшим путем увеличения подъемной силы является повышение скорости, так как она присутствует в формуле во второй степени.

Ученым удалось вывести формулу подъемной силы крыла

Конечно, подъемная сила - величина отнюдь не постоянная. Повысится скорость, подъемная сила может вытолкнуть корпус так, что из воды выскочат и крылья. Оказавшись в воздухе, крылья потеряют подъемную силу, и судно тогда тяжело плюхнется в воду. Или другой случай: при встрече с волной скорость убавится, уменьшится подъемная сила, и судно опять коснется воды. Здесь-то и содержится ответ, почему прыгал катер итальянца Энрико Форланини. С этим явлением борются носовые глиссирующие устройства и кормовые небольшие крылья, которые применяют на различных типах водолетов. Интересная деталь: при невысокой скорости требуется очень большая площадь крыльев, в противном случае эффект от крыльев практически невелик. Почему? Формула как бы настоятельно требует: скорость, скорость, скорость - и тогда крылья покажут, на что они способны!

А сколько весят крылья, - может спросить читатель. Например, у судов водоизмещением пятьдесят тонн вес крыльев составляет десятую часть водоизмещения. Вполне естественно стремление конструкторов и строителей применить с целью уменьшения веса крыльев высокопрочные легированные стали. Обычно в качестве материала для крыльев применяется нержавеющая листовая сталь. Крыло делается пустотелым. В последние годы на небольших катерах в качестве материала для крыльев используется высокопрочная пластмасса.

Необычно выглядит судно с блестящими лезвиями крыльев, когда оно стоит на стапеле

Необычно выглядит судно с блестящими лезвиями крыльев, когда оно стоит на стапеле. Поверхность крыла отшлифована до зеркального блеска. Так же тщательно отделаны опорные кронштейны, обтекатели и глиссирующие закрылки. И это делается не ради красоты, а для того, чтобы уменьшить сопротивление трения, которое на высоких скоростях может достигать значительной величины.

Крылья крепятся к корпусу стойками. Разумеется, стоек надо делать поменьше, так как они увеличивают сопротивление движению судна, а кроме того, способствуют подсосу воздуха и появлению кавитации, а также и срыву потока. Обычно стойки изготовляют чечевицеобразного профиля, с острой передней кромкой, тонкие (но прочные!). Такая форма дает меньше брызг при пересечении поверхности воды.

Крылья крепятся к корпусу стойками

Известно, что подъемная сила крыла растет пропорционально квадрату скорости. Растет подъемная сила потому, что повышается давление снизу крыла и увеличивается разрежение на верхней спинке. Давление снизу практически не ограничено (оно зависит от скорости движения и от глубины погружения крыла). Но разрежение по законам физики никогда не может быть более одной атмосферы. Разрежение в одну атмосферу на крыльях фактически никогда нельзя получить, так как это абсолютный вакуум, пустота. Пустота, или, как мы говорим, разрежение, приводит, например, к тому, что вода вскипает не только при комнатной температуре, но даже и при нуле градусов. Этот факт достаточно общеизвестен.

Посмотрим, как ведет себя вода в этих условиях. При увеличении скорости водолета на верхней кромке крыла возрастает разрежение. Появляются пустоты, которые тотчас же заполняются смесью воды с паром. Скорость растет. Пустотные объемы расширяются, вода не соприкасается с поверхностью крыла. Возникают так называемые кавитационные каверны, которые, распространяясь по поверхности крыла, препятствуют росту подъемной силы. При кавитации изъедается поверхность крыльев, оставляя на ней заметные язвы - эрозионные разрушения.

Кавитацию в технике принято определять безразмерной величиной, которая называется числом кавитации. Между кавитацией и распределением давления по профилю крыла существует определенная связь, которая зависит от коэффициента подъемной силы и относительной толщины профиля. Варьируя эти величины, конструктор может отдалить появление кавитации.

Как было уже неоднократно отмечено, подъемная сила крыла - величина непостоянная, зависящая от квадрата скорости. Давайте подумаем вот о чем. Крылья набирающего скорость судна начинают обретать подъемную силу. В начале движения они принимают на себя малую часть веса, затем, скажем, десятую долю, потом половину и, наконец, полный вес. Судно мчится на крыльях! Вес его распределен на крылья.

Как было уже неоднократно отмечено, подъемная сила крыла - величина непостоянная, зависящая от квадрата скорости

Но проходит какой-то отрезок времени, и скорость возрастает, а стало быть, увеличится и подъемная сила крыльев. Допустим, она выросла на 20 процентов. Куда же девать этот избыток подъемной силы? Да и нужен ли он? Ведь эта сила, превысив вес судна, вытолкнет крылья из воды, к их плоскостям прорвется воздух, и вмиг крылья провалятся в воду, а за ними и корпус. Удар, брызги, торможение. Помните, так вел себя "прыгунчик"- катер Энрико Форланини?

Первые создатели водолетов делали крылья в виде "этажерки". Что этим достигалось? На малой скорости все крылья "этажерки" целиком находились в воде, создавая большую подъемную силу. По мере роста скорости часть их выходила из воды, а остальные "полки" обеспечивали необходимую подъемную силу. Это одни путь. Но в силу различных конструктивных и эксплуатационных соображений крылья "этажерки" применяются не очень широко.

Мы уже знаем, что есть еще один способ: придание крыльям V-образности. Такие крыльевые устройства по мере роста скорости выходят из воды, в воде остается все меньше и меньше площади крыла и тем самым обеспечивается нужная подъемная сила. V-образные крылья широко применялись, да и сейчас находят применение наряду с трапециевидными и дугообразными крыльями при сооружении водолетов.

Одной из мер, обеспечивающих водолету хорошую мореходность, является применение глубокопогруженных крыльев, управляемых автоматикой. Эта автоматика работает наподобие автопилота, который применяется в авиации. Такие водолеты уже испытывались и показали хорошие результаты в отношении обеспечения мореходности и скорости.

Бесспорной и признанной во всем мире заслугой советских судостроителей является создание крылатых судов типа "Ракета", "Метеор", "Комета", "Восход", которые снабжены малопогруженными крыльями, имеющими небольшую стреловидность и V-образность. Кормовое крыло - прямое (в плане). Размах крыльев не выходит за габариты судна по ширине. Многолетняя эксплуатация судов этого типа показала их высокие экономические качества, еще раз подтвердила техническую зрелость наших конструкторов и рабочих-судостроителей, постоянно улучшающих скоростной флот. Следом за прославленными первенцами на водные просторы Родины выходят крылатые "Буревестник" и "Восход".

...Но вот позади расчеты, громыхание клепки и полыхание сварки, корпус крылатого судна медленно и осторожно касается воды. Опробованы двигатели и судно выходит из заводской гавани. Оно похоже на скоростной самолет, опустившийся на воду. Взревели моторы, судно убыстряет ход, перед форштевнем вскипает белый клубок пены. Скорость нарастает, и вдруг между днищем и водой образуется просвет. Судно вышло на крылья!

Многие, очевидно, уже видели эту картину. Для нас она стала обыденностью. Но для того чтобы мчались над водой стремительные крылатые суда, пришлось очень много и упорно работать инженерам и ученым. Благодаря трудам академиков М. В. Келдыша и М. А. Лаврентьева, инженера ЦАГИ А. Н. Владимирова и других стали возможными обыденные рейсы водолетов.

На долю сормовского инженера, ныне доктора технических наук, лауреата Ленинской и Государственной премий Р. Е. Алексеева, безвременно скончавшегося главного инженера ЦКБ по судам на подводных крыльях Н. А. Зайцева, их помощников выпала честь претворить в жизнь теоретические исследования ученых, разработать практическую методику расчетов, творчески обогатить и расширить науку о водолетах, одеть расчеты в металл, создать крылатый флот нашей страны.

Эстафету сормовичей успешно несут дальше ленинградские судостроители, создавшие в 1973 году теплоход на подводных крыльях "Тайфун". Крылья "Тайфуна" не зафиксированы жестко, а могут по мере надобности изменять угол атаки, что позволяет в свежую погоду избежать качки, улучшить управление судном. Скорость нового судна 45 узлов. Уже многие сотни ленинградцев убедились в отличных мореходных качествах нового судна: "Тайфун" многократно совершал переходы от Ленинграда до Таллина, доставляя пассажиров до столицы Эстонии вдвое быстрее, чем скорый поезд.