Глиссирующие суда - история создания

Полагаю, многие из вас увлекались, а может, и продолжают увлекаться скоростными моделями судов, кордовыми или радиоуправляемыми. Такие модели бывают безреданные, реданные, трех- и двухточечными.

И хотя эти модели по своему виду очень сильно отличаются друг от друга, основа их быстрого движения одна и та же — глиссирование. Все они являются моделями глиссирующих судов. Так как же создавались такие суда? Когда появились первые глиссеры, какими они были на протяжении своей истории, и в чем заключается главный секрет глиссирования?

Глиссирующие суда теперь можно встретить почти на всех реках, водохранилищах и морях. Гидросамолеты и суда на подводных крыльях — также являются глиссирующими судами, так как прежде чем подняться на крылья, при разбеге они должны обязательно глиссировать. Но, несмотря на все свое многообразие, глиссеры пока еще распространены не столь широко, как типичные водоизмещающие суда. Пока они еще в основном выполняют роль прогулочных и туристских судов, разъездных и служебных катеров или являются небольшими транспортно-пассажирскими судами, скоростными спортивными и военными катерами. Все это мелкие суда, легкой конструкции, водоизмещением от сотни килограммов до 200 тонн.

Однако у глиссирующих судов большое будущее. Ведь чуть ли не каждый год появляются новые, все более мощные и легкие двигатели, очень экономно расходующие горючее. Создаются легкие, прочные материалы, годные для постройки корпуса быстроходного судна.

Но какими большими, ни стали глиссеры, держать их на поверхности волн будет та же сила, что поддерживает и современные суда. Такую силу называют гидродинамической подъемной силой. Она гораздо выгоднее, чем та, которую открыл Архимед и которая поддерживает на воде обычные, неглиссирующие суда. И вот почему. Сопротивление, которое судно встречает во время движения, тем больше, чем сильнее корпус погружен в воду и чем выше скорость хода. Погружение же неглиссирующих судов, например грузовых теплоходов или барж, зависит от «архимедовой» силы. А так как эта сила при изменении скорости хода не меняется и всегда остается одинаковой по величине, то и погружение таких водоизмещающих судов остается неизменным. Сопротивление этих судов с ростом скорости увеличивается очень быстро. Например, если скорость возрастет вдвое — сопротивление увеличится в четыре раза, если скорость возрастет втрое — сопротивление увеличится в девять раз и так далее. А что происходит, когда судно поддерживается не «архимедовой», а гидродинамической подъемной силой? Гидродинамическая подъемная сила при увеличении скорости судна не остается постоянной, растет и, следовательно, стремится приподнять судно из воды. Поэтому чем больше скорость хода, тем меньше судно погружено. А это значит, что с ростом скорости сопротивление при гидродинамической подъемной силе будет расти, не так быстро, как при «архимедовой» силе. В этом и заключается преимущество использования гидродинамической подъемной силы по сравнению с «архимедовой» силой поддержания. Правда, у гидродинамической подъемной силы по сравнению с «архимедовой» имеются недостатки. Во-первых, не при всякой форме днища она становится настолько большой, что может поднять днище над поверхностью воды. Во-вторых, стоит судну остановиться, как она пропадает. Зато с увеличением скорости хода у судна, приспособленного к глиссированию широкое, малокилеватое, с острыми скулами и тупой кормой, благодаря гидродинамической подъемной силе сопротивление растет очень медленно, а при некоторых скоростях порой, даже уменьшается. Именно поэтому глиссирование привлекло к себе внимание судостроителей. Но гидродинамическая подъемная сила заманчива еще и тем, что, уменьшая осадку судна, позволяет ему ходить по очень мелкой воде. Иногда глиссеры, особенно с воздушными винтами — единственное средство сообщения по мелководным рекам.

«Архимедовой» силой поддержания люди стали пользоваться с незапамятных времен, гораздо раньше, чем ее изучил Архимед. Гидродинамической подъемной силе всего лишь 110 лет. Причем применить гидродинамическую подъемную силу, когда она была впервые открыта, судостроители не могли из-за того, что в те времена не было легких двигателей.

первые глиссеры

Это произошло в 1872 году в Англии. В Адмиралтейство явился скромный, никому до того не известный пастор, по фамилии Рэмус. Он принес свой проект плоскодонного корабля водоизмещением 2500 тонн, который должен был ходить гораздо быстрее всех кораблей того времени. Этот чудо-корабль должен был не плыть (простите за каламбур), а скользить по поверхности воды, как, например, скользит плоский камешек, пущенный рикошетом, или как плоскодонная шлюпка, идущая на буксире за быстроходным судном. Модель скользящего корабля Рэмуса была испытана. В опытовом бассейне эксперименты показали, что Рэмус был прав, когда полагал, что при большой скорости его корабль будет скользить своим днищем по поверхности воды и испытывать при этом гораздо меньшее сопротивление, чем сопротивление обычных кораблей. И тем не менее идею Рэмуса нельзя было осуществить — чтобы достичь нужной для глиссирования скорости, кораблю потребовались бы достаточно мощные паровые машины причем такие огромные паровые котлы, что он под их весом затонет.

Ошибка конструктора состояла в том, что он считал гидродинамическую подъемную силу гораздо большей, а сопротивление меньшим, чем они есть на самом деле. Но если бы даже он вычислил эту силу правильно, построить глиссирующие судно он не смог бы, в те годы мощные двигатели были еще для этого слишком тяжелыми. Рэмус умер, так и не увидев воплощения в жизнь своей идеи.

И через 13 лет в 1881 году попытку построить скользящее по воде судно, независимо от Рэмуса, на этот раз во Франции, предпринимает один из пионеров авиации, русский по происхождению, эмигрант маркиз де Ламбер. Первое судно Ламбера было очень простым — четыре бочки, соединенные общей деревянной рамой. Под бочками поперек судна, наклонно к поверхности воды, укреплялись четыре доски, на которые, по замыслу изобретателя, судно должно опираться при движении по воде. А двигатель? Никакого. С судна спадал конец на лебедку, установленную на противоположном берегу реки. Опыт прошел удачно и показал, что судно всплывает, скользит и при этом встречает небольшое сопротивление, но лишь при большой скорости буксирования.

Второй опыт Ламбер провел с тем же судном, но на этот раз буксируемым лошадью, бегущей вдоль берега; сам изобретатель, при этом сидел на бочках. Несмотря на полную удачу этого опыта, Ламбер, увлекшись идеей судов с подводными крыльями, вернулся к глиссерам лишь спустя 12 лет. За эти годы Ламбер первым получил патент на суда с подводными крыльями. В 1897 году в Англии на Темзе он испытал свое первое самоходное глиссирующее судно — две байдарки, соединенные четырьмя рамами. Под днищем каждой байдарки были укреплены одна за другой четыре пары досок, угол наклона которых к уровню воды можно было регулировать. На этот раз ни лебедка, ни лошадь не понадобились — на помосте, положенном поверх байдарок, стояла специально изготовленная десятисильная вертикальная двухцилиндровая паровая машина. Вес этой машины был всего 16 кг, меньше, чем вес десятисильных современных подвесных бензиновых моторов.

первый самоходный глиссер де Ламбера, построенный в 1897 году

Для образования пара на помосте стоял вертикальный паровой котел, работающий на мазуте. Вес его составлял около 15 кг, движителем служил водяной гребной винт диаметром 56 см.

Опыты Ламбера на Темзе дали прекрасный результат: при полном водоизмещении в 275 кг глиссер достигал скорости 38 км/час. Продолжая работать над созданием глиссера, конструктор построил в 1905 году во Франции свой первый глиссер, снабженный бензиновым мотором. Это было двухлодочное судно длиной 6 м и шириной 3 м; днище каждой лодки имело по 5 глиссирующих плоскостей (по 5 реданов), а двигателем служил 12-сильный двухцилиндровый мотор Диона. Мотор приводил в движение один двухлопастной гребной винт.

При весе 300 кг этот глиссер достигал скорости 35 км/час. Ламбер и позже создавал глиссеры. Одной из последних его машин был построенный в 1931 году однокорпусный однореданный глиссер с мотором компании «Renault» мощностью 450 л. с., и при вместимости 40 пассажиров это судно развивало скорость 80 км/час.

Успехи, достигнутые первыми глиссерами, и быстрое развитие авиационных моторов привели к тому, что вслед за Ламбером уже в начале нашего века на западе появился ряд конструкторов и компаний, занятых созданием пассажирских глиссеров. В большинстве своем глиссеры строились для перевозки пассажиров и почты по мелководным рекам, поэтому широкое распространение получили воздушные винты.

К 1930 году уже существовало несколько регулярных водных линий, по которым ходили глиссеры: в Европе — по Дунаю, Эльбе, Рейну, Сене, Роне, и в Америке — по рекам Колумбии и Аргентины.

спортивные скоростные глиссеры

Большие скорости, развиваемые глиссерами, не могли не привлечь внимания спортсменов-водномоторников. Вслед за первыми пассажирскими глиссерами начали появляться гоночные лодки, самых различных классов и конструкций, со стационарными и подвесными моторами, с водяными и воздушными винтами. Наивысшие позиции, так называемых абсолютных рекордов скорости, иначе говоря — наибольших скоростей, достигнутых на воде, безраздельно стали занимать глиссеры. До 1939 года это были однореданные глиссеры с водяными винтами, а позже — трехточечные, с воздушно-реактивными двигателями.

За обладание абсолютным мировым рекордом скорости на воде с самого начала и по сей день соперничают между собой только спортсмены США и Англии. Это соперничество принесло с собой много новых технических решений и за десятки лет повысило абсолютный рекорд скорости с 32 до 444,6 км/час.

один из легендарных глиссеров серии Bluе Bird

Первым рекордным трех точечным глиссером класса «без ограничений» стал английский глиссер Bluе Bird («Синяя птица»), построенный в 1939 году. Трехточечный корпус был предложен впервые еще в 1916 году, но в те годы скорости глиссеров были еще небольшими и эта идея не получила развития. Трехточечную схему применили лишь в 1936 году. Воздушно-реактивный двигатель впервые был установлен в 1948 году на глиссере «Bluе Bird 2». А в 1964 году глиссер «Bluе Bird 7» установил рекорд скорости 444,6 км/час.

прогулочные туристические глиссеры

Почти с самого рождения глиссеры широко применяются для водных речных прогулок и туризма. Первые глиссеры строили исключительно из дерева и фанеры. Теперь их корпусы строят также из легких сплавов и пластмасс. Применяющиеся на глиссерах подвесные и стационарные двигатели стали не только более мощными, но и более экономичными, легкими и надежными. Значительно усовершенствован и очень важный механизм — силовая передача.

схема устройства Z-образных забортных силовых передач

1) поворотная неоткидная; 2) поворотная неоткидная, но может быть отведена к борту горизонтально;

3) откидная, неповоротная, с рулем и тянущим гребным винтом; 4) откидная, поворотная

Па первых глиссерах применялась передача только «напрямую», без реверса и редуктора. Теперь существуют так же передачи крашения, называемые V-образными и Z-образными. Z-образные передачи называют иногда забортными силовыми передачами или колонками. Их делают поворотными или откидными, как подвесные моторы. В последние несколько лет на глиссерах стали применять, кроме водяных и воздушных винтов, еще и водометные движители различных конструкций.

Незадолго до Второй мировой войны советский ученый, академик В. Л. Поздюнин, открыл явление суперкавитации. Теперь на очень быстроходных глиссирующих судах с успехом стали применяться суперкавитирующие гребные винты. Преимущество этих винтов заключается и том, что благодаря очень быстрому вращению и особому профилю лопастей удается обезвредить кавитацию (кавитацией называют закипание воды и образование паровых и газовых пузырей на очень быстро движущихся лопастях гребных винтов и на подводных крыльях). Наконец, на быстроходных глиссерах иногда применяют и полупогруженые гребные винты, опущенные в воду лишь на 40 процентов их диаметра. Такие винты выгодны тем, что позволяют располагать гребной вал в корпусе судна. Это делает ненужными кронштейны гребного вала и позволяет установить ось винта почти горизонтально.

советские глиссеры

В России впервые глиссеры увидели в 1912 году на Воткинском озере в Санкт-Петербурге. На глиссере, ходившем по Воткинскому озеру, стоял мотор мощностью 35 л. с., а скорость глиссера достигала 40 км/час. Началом глиссеростроения в СССР принято считать 1920 год, когда ЦАГИ приступил к постройке деревянного открытого пассажирского глиссера с водяным гребным винтом. В проектировании этого глиссера принимали участие крупнейшие инженеры, отцы авиации Н.Г Жуковский и А.Н. Туполев.

Четырехместный глиссер, названный «АНТ-1», был испытан на Москве-реке в 1921 году. Со 160-сильным мотором он развивал скорость до 78 км/час. Второй глиссер, построенный в ЦАГИ в 1923 году и названный «АНТ-2», или «Осоавиахим», был открытым, пятиместным, с 75-сильным мотором и воздушным винтом. Он развивал скорость 60 км/час. Корпус этого глиссера был построен целиком из кольчугалюминия.

Начиная с 1923 года постройкой гражданских, в том числе и спортивных глиссеров в СССР занимались всесоюзные общественные организации: сначала Общество друзей Воздушного флота, затем Автодор, Осоавиахим, Освод, Досфлот и, конечно же, добровольное общество содействии армии, авиации и флоту (ДОСААФ).

Особенно большая заслуга в деле распространения глиссеростроения в Советском Союзе принадлежит общественной организации Автодор. За время своего существования, с 1929 по 1933 год, Автодор построил около 70 глиссеров.

советский глиссирующий катамаран «Автодор-10»

Первые два глиссера — «Автодор-1» и «Автодор-2» — были пассажирскими, однореданными, с воздушными винтами. Глиссер «Автодор-1» был шестиместным, с импортным мотором мощностью 125 л. с. и ходил со скоростью 54 -57 км/час. «Автодор-2» был 25-местным, с закрытой каютой, с отечественным 400-сильным авиационным мотором «М-5». Он развивал скорость до 28 км/час. Оба эти глиссера были построены из дерева и фанеры. Затем появился «Автодор-3». Этот глиссер смог первым пройти днепровские пороги вверх и вниз. Несколько таких глиссеров построили для советских пограничников. Одним из лучших глиссеров Автодора был морской глиссирующий катамаран с воздушным винтом «Автодор-13». С мотором мощностью 350 л. с., при полном водоизмещении 2,8 тонн катер ходил со скоростью 83 км/час, а при перегрузке до 3,25 тонн — со скоростью 72 км/час.

речной глиссер «ОСГА-9»

Из глиссеров, построенных в те годы советской промышленностью, следует отметить транспортные речные глиссеры «ОСГА». Из них глиссер «ОСГА-5» был самым быстроходным. С отечественным мотором М-11 мощностью 100 л. с. с четырьмя пассажирами судно развивало скорость до 84 км/час. Самое большое судно этой серии «ОСГА-9» вмещал 20 человек, и с мотором М-17 мощностью 450 л. с. ходил со скоростью до 70 км/час. Все эти глиссеры строились из дерева и фанеры, их внутреннее оборудование и отделка помещений были очень скромными.

крупнейший советский глиссирующий морской катамаран «Экспресс»

Большой интерес представляет глиссер «Экспресс», построенный в 1938-1939 годах по заказу Наркомвода. Этот четырехвинтовой глиссер состоял из двух лодок, соединенных между собой мостом, на котором располагался пассажирский салон. Каждая лодка была оборудована двумя моторами ГМ-34, мощностью по 750 л. с. каждый. В лодках размещались пассажирские каюты на 125 человек. При водоизмещении 46 тонн глиссер ходил с крейсерской скоростью 70 км/час, а наибольшая кратковременная скорость его при полном водоизмещении составляла 86 км/час. Глиссер «Экспресс» обслуживал линию Сочи-Сухуми.

В послевоенные годы советские конструкторские бюро спроектировали и построили ряд глиссирующих прогулочно-туристских и служебно-разъездных мелких судов. Из большого числа прогулочных и скоростных спортивных глиссеров, построенных за разными коллективами, следует отметить популярную моторную лодку «Мир», спроектированную Центральной лабораторией морского моделизма ДОСААФ в 1954 году. Эта лодка предназначена для водных прогулок, спортивного рыболовства, охоты и туризма. Она вмещает четыре человека и с мотором ЛМР-6 мощностью всего 6 л. с. развивает скорость 18 км/час. В 1960 году Центральный морской клуб ДОСААФ спроектировал и построил спортивно-туристскую моторную лодку «Рубин», которая до сих пор пользуется популярностью у рыболовов-любителей и охотников.

Вместимость этой лодки — 4 человека. С мотором «Москва» мощностью 10 л. с. катер развивает скорость 20-24 км/час с четырьмя пассажирами и 30-34 км/час — с одним человеком. Корпус обеих лодок построен из дерева и фанеры.

Огромные скорости глиссеров были достигнуты, безусловно, с помощью науки, ее ученых-теоретиков. Пастор Рэмус в своих подсчетах гидродинамической подъемной силы и сопротивления ошибся в десятки раз, и даже не смог определить, при каких условиях его корабль будет глиссировать. Теперь же можно, даже не прибегая к испытаниям моделей, не только определить с большой точностью будущую скорость того или иного глиссера, но и подобрать наиболее выгодную ширину и положение центра тяжести, чтобы достигнуть наибольшей скорости. Этим мы обязаны людям науки, как советской, так и зарубежной.