O navă cu hidrofoil ( SPK ) este o navă susținută deasupra suprafeței apei în timp ce se deplasează în modul operațional de forțele hidrodinamice care apar pe hidrofoile [1] [2] .
Hidrofoilele situate sub carenă creează portanță și ridică parțial sau complet carena navei deasupra suprafeței apei, ceea ce duce la o reducere semnificativă a rezistenței la mișcare și vă permite să dezvoltați viteze de neatins pentru navele tradiționale cu deplasare [2] .
În parcare și când se deplasează cu viteză mică, hidrofoilul este ținut pe apă datorită forței lui Arhimede , ca un vas de deplasare obișnuit . La viteză mare, datorită liftului creat de aceste aripi, nava se ridică deasupra apei. În același timp, aria de contact cu apa este redusă semnificativ și, în consecință, rezistența hidrodinamică și frontală a apei, ceea ce vă permite să dezvoltați o viteză mai mare.
Pentru SPK, viteza viabilă din punct de vedere economic este limitată la aproximativ 100 km/h (în SPK militar modern, viteza este limitată la 180 km/h). Această limitare este cauzată de problema cavitației cu hidrofoil (fierberea apei din cauza scăderii presiunii în debitul din jurul aripii), care are loc la o viteză de 60-80 noduri și își reduce brusc caracteristicile hidrodinamice [2] . Și deși navele cu hidrofoil cu scufundare joasă create sub conducerea lui R. E. Alekseev au reușit să atingă viteze de până la 140 km/h cu un flux necavitațional în jurul aripii, SPC s-a dovedit a fi puțin promițător pentru creșterea în continuare a vitezei. .
Există două tipuri de hidrofoile - o aripă parțial scufundată (sau aripă în U) și o aripă complet scufundată (o aripă în formă de T inversată ).
Navele cu aripi complet scufundate sunt mai puțin predispuse la mișcarea valurilor, deci sunt mai stabile și mai confortabile, mai ales atunci când sunt folosite pe mare. Cu toate acestea, aripile complet scufundate necesită control constant, așa că au devenit utilizate pe scară largă odată cu apariția computerelor . Desigur, astfel de computere trebuie să fie foarte fiabile, pentru că, dacă eșuează, nava va cădea în apă și s-ar putea chiar să se răstoarne.
Vasele cu aripi complet scufundate au apărut relativ recent; înainte de aceasta, au fost folosite vase cu aripi în formă de U, care nu necesită control constant.
De obicei, hidrofoilele au două aripi, care pot fi poziționate diferit una față de cealaltă și coca navei.
Dispozițiile avion și canard sunt utilizate pe ambarcațiunile mici, aspectul în tandem pe cele mai mari.
Hidrofoilele sunt controlate în două moduri: prin schimbarea unghiului de atac (în acest caz, întreaga aripă se rotește) sau folosind flaps .
Corpul SPK are de obicei contururi cu bărbia ascuțită. Pentru a reduce timpul de acces la aripile de pe fundul vasului, se folosesc adesea redanurile [2] .
Hidrofolierele folosesc fie un motor diesel ( caz în care sunt nave cu motor ) fie un motor cu turbină cu gaz (caz în care sunt nave cu turbină cu gaz ) ca motor .
Există un hidrofoil experimental propulsat de pânze „ Hydroptère ”
O elice sau o unitate de propulsie cu jet de apă poate fi utilizată ca elice . La viteze mari , randamentul unui jet de apă este mai mare decât cel al unei elice, mai ales la viteze de peste 100 de noduri [3] . Elicea este conectată la motor printr- o cutie de viteze .
Primele încercări de a crea un hidrofoil au fost făcute la sfârșitul secolului al XIX-lea. În 1897, un subiect rus, Charles de Lambert, care a trăit în Franța, a construit și a testat un mic hidroplă pe Sena . Cu toate acestea, puterea motorului cu abur folosit pe această navă ca motor nu a fost suficientă pentru a dezvolta viteza necesară pentru ca carena navei să se ridice deasupra apei [4] .
Mai de succes au fost experimentele inventatorului italian Enrico Forlanini. Din 1898 experimentează cu modele cu hidrofoil. În 1906, nava experimentală de dimensiuni mari pe care a creat-o a atins o viteză de 68 km/h (42,5 mile/oră) în timpul testelor pe lacul Lago Majore . Această barcă avea aripi cu mai multe niveluri, ca un fel de ceva .
În 1906, în jurnalul american Scientific American , inventatorul William E. Meachham a publicat un articol despre principiile de bază ale funcționării hidrofoilului. Acest articol l-a interesat pe Alexander Bell . La început a efectuat cercetări teoretice, iar în 1908, împreună cu inventatorul Frederick Baldwin ( ing. Frederick W. Baldwin ), a început testarea modelelor.
Baldwin a studiat opera inventatorului italian Enrico Forlanini și a testat modele pe baza desenelor sale. În timpul turneului mondial al lui Bell în 1910-1911, Bell și Baldwin l-au cunoscut pe Forlanini în Italia . Împreună au mers pe lacul Lago Majore pe o barcă cu hidrofoil creată de Forlanini. Conform descrierilor lui Baldwin, barca se mișca la fel de lin ca și cum ar zbura. Înapoi în Canada , inventatorii au continuat să dezvolte hidrofoilul. Drept urmare, au construit o navă care a primit indicele HD-4. Această navă era alimentată de motoare Renault. A atins viteze de până la 87 km/h (54 mph), a accelerat rapid, a depășit valuri fără probleme, a fost ușor de controlat și a fost foarte stabil. Bell a trimis un raport Marinei SUA . Marina a fost interesată de experimentele sale și i-a oferit posibilitatea de a achiziționa două motoare cu o capacitate de 260 kW (350 CP). Pe 9 septembrie 1919, HD-4 a stabilit un record mondial de viteză pe apă de 114 km/h (70,86 mph). Acest record a durat zece ani.
Între 1873 și 1914, constructorul britanic Thornycroft modele de hidrofoil Aceste modele aveau un singur hidrofoil în prova carenei redan . În 1909, compania sa a construit o navă de 22 de picioare lungime numită Miranda III . Era propulsat de un motor de 60 CP. Cu. La fel ca și modelele , această navă avea doar un hidrofoil înainte și carena nu s-a ridicat complet din apă. În timpul mișcării, nava s-a sprijinit pe aripa de la prova și partea plată a fundului la pupa. Miranda III a fost urmată de Miranda IV , care a atins viteze de până la 35 de noduri.
În anii 1930 și 1940, un specialist proeminent din SEC Hanns von Schertel a lucrat în Germania . În 1944, a construit o navă cu o deplasare de 80 de tone. Având o încărcătură de 20 de tone la bord, a dezvoltat o viteză de până la 40 de noduri (aproximativ 74 km/h) cu o înălțime a valului de 1,8 m. După război, angajații biroului său de proiectare au fost duși în URSS , dar Shertel el însuși a reușit să se mute în Elveția , unde a fondat compania Supramar.
În 1952, Supramar a construit primul hidrofoil comercial din lume. A primit denumirea PT 10 și numele Freccia d'Oro. Această navă a efectuat călătorii pe lacul Lago Majore între Locarno (Elveția) și Stresa (Italia). Această navă avea aripi parțial scufundate, a luat la bord 32 de pasageri și a dezvoltat o viteză de 35 de noduri. Operațiunea comercială a început la 15 mai 1953. Această navă avea dimensiuni destul de modeste: lungimea era de 14,2 metri, deplasarea era de aproximativ zece tone. Corpul era din lemn. Nava era propulsată de un motor diesel Daimler Benz tip MB 507 cu o capacitate de 800 CP. Cu.
Prima hidrofoilă pentru pasageri din lume care a intrat în serie a fost tipul PT 20 . Din anii 1950, aceste nave au fost construite sub licență de la Supramar de către Rodriquez. Rodríguez a început să construiască PT 20 în 1955. Primul PT 20 a intrat în funcțiune în 1956. Denumită Frecia del Sole, această navă a fost folosită ca feribot peste strâmtoarea Messina . A fost primul hidrofoil care a fost autorizat pentru utilizare pe mare. PT 20 a avut o deplasare de 32 de tone, a transportat 72 de pasageri și a atins o viteză de 35 de noduri.
Din 1953 până în 1971, Supramar a dezvoltat o serie întreagă de hidrofoile: PT 20, PT 50, PT 75, PT 100 și PT 150. Cu excepția PT 150, toate aparțineau unor nave cu aripa parțial scufundată. În total, au fost construite peste două sute de nave proiectate de Supramar, majoritatea construite sub licență de Rodriquez în Italia. De asemenea, o serie de astfel de nave au fost construite de Hitachi în Japonia .
În Uniunea Sovietică , lucrările experimentale la hidrofoile au început în 1933. Inginerii TsAGI V. G. Frolov și A. N. Vladimirov au efectuat primele studii ale hidrofoilelor în hidrocanalul TsAGI, primul model autopropulsat al SPK cu o greutate de 300 kg cu un motor de 10 kW a dezvoltat o viteză de 32 km/h pe aripi, în același timp. oamenii de știință Keldysh M. V. , Kochin N. E. , Lavrentiev M. A. , Sedov L. I. și L. N. Sretensky au efectuat primele studii teoretice fundamentale ale hidrodinamicii aripii lângă suprafața apei, lucrarea a fost tradusă în multe limbi.
În 1937 și 1941, TsAGI a testat bărci cu aripi controlate în adâncime ale sistemului L.A. Epshtein . Cu o masă de 1,3 tone și o putere de 96 kW, barca cu elice are o viteză maximă de 100 km/h. În perioada postbelică 1946-47, la TsAGI au fost studiate bărci cu aripi în formă de V ale sistemului Shretel [5] .
Cel mai mare succes practic a fost obținut de un tânăr absolvent al Institutului Industrial (politehnic) Gorki Rostislav Alekseev , care în 1941 și-a început cariera la uzina Krasnoye Sormovo ca maistru de control pentru acceptarea tancurilor T-34. În mare parte datorită propriei sale inițiative și sprijinului din partea conducerii, în zilele dificile ale războiului, el a reușit să organizeze un birou de proiectare pentru dezvoltarea hidrofoilelor, care a devenit mai târziu biroul de proiectare principal al țării pentru ambarcațiuni de mare viteză și ekranoplane .
Primul SPK al lui Alekseev, barca A-4, a fost testat în noiembrie 1943. Creată în 1947, barca experimentală A-7, conform schemei sale, a fost de fapt un prototip al viitoarelor SPK-uri pentru pasageri fluviali pe aripi scufundate joase. Primul proiect al unui SPK de pasager fluvial a fost finalizat de Biroul de Proiectare în 1949, dar a fost realizat doar un model autopropulsat. Lucrările ulterioare s-au concentrat pe crearea de torpiloare cu hidrofoil, dezvoltările civile au mers pe bază de inițiativă.
Succesele lui Hans Schretel și ale companiei Supramar la mijlocul anilor 1950 au trezit interesul pentru SEC de pasageri din URSS. În 1955, Biroul de proiectare Alekseev (o filială a TsKB-19) a fost vizitat de ministrul flotei fluviale Shashkov Z.A. și a fost uimit de ceea ce a văzut. La ședința ulterioară extinsă a comitetului de partid al uzinei, un proiect de proiect al primei nave cu hidrofoilă de pasageri este luat în considerare, aprobat și recomandat pentru construcție. Din 1956 a început proiectarea și apoi construcția, care este finanțată de Ministerul Flotei Fluviale [6] .
Prima navă cu hidrofoilă de pasageri „Rocket-1” a intrat în funcțiune de probă la 25 august 1957 pe linia Gorki - Kazan . De la sfârșitul anilor 1950, a început producția în serie a navelor cu hidrofoilă de pasageri " Rocket ", " Meteor ", " Kometa " și " Belarus ". În anii 1970 și 1980, au urmat a doua generație de pasageri SPK Voskhod , Polissya , Kolkhida , Cyclone și Lastochka .
În exemplare individuale în anii 1960, pasagerul experimental SPK Strela-1 (primul pasager maritim SPK din Uniunea Sovietică, 1961), Strela-2 (1962), Strela-3 (1963) , Burevestnik "(1964), " Pescăruș " , „ Sputnik ” (1961), „ Vârtej ”, „ Albatros ” (1988).
Aproape toți pasagerii sovietici SPK au folosit aripi auto-stabilizatoare cu scufundare joasă, care au funcționat bine pe liniile de coastă ale râului, lacului și mării, cu o limită de navigabilitate de 3-4 puncte. Singurul SPK pentru pasageri maritim cu aripi scufundate în adâncime controlate automat al proiectului 1233 Typhoon a fost dezvoltat în 1969 la Almaz Design Bureau și a fost în funcțiune de probă timp de aproximativ un an. În ciuda avantajelor obținute în navigabilitate și a unei viteze record, această direcție nu a fost dezvoltată din cauza costurilor semnificativ crescute pentru construcția și exploatarea unor astfel de sisteme.
Bărci cu hidrofoil „ Volga ” și „Moskva” au fost produse în URSS pentru serviciile de supraveghere a navelor și stațiile de salvare.
În Uniunea Sovietică au fost construite și nave militare cu hidrofoil.
Majoritatea hidrofoilelor sovietice au fost dezvoltate la Biroul Central de Proiectare pentru Hidroplanuri și la Uzina pilot Volga sub îndrumarea eminentului inginer Rostislav Alekseev . În ciuda faptului că în URSS producția de SPK-uri a fost lansată mai târziu decât toți ceilalți, producția lor a fost cea mai masivă, în special, Boeing Marine Systems a reușit să construiască aproximativ 40 de SPK-uri, Swiss Supramar - aproximativ 150 și URSS - mai multe de 1300. SPK-urile sovietice de pasageri s-au distins prin indicatori tehnico-economici înalți, costul unui pasager-kilometru în 1964 a fost de 1,38 copeici, iar prețul biletului și timpul de călătorie erau mai mici decât pe rutele similare de autobuz [7] . URSS a devenit lider în producția de SPK în lume. Datorită tuturor acestora, SPK-urile sovietice au devenit un produs important de export, vândute și operate în întreaga lume în trei duzini de țări de pe diferite continente, iar revista Popular Mechanics și-a exprimat opinia că în lumea modernă, cu cuvântul „ambarcațiuni cu hidrofoil” ( ing. Ambarcațiuni cu hidrofoil ) reprezintă în primul rând modele de fabricație sovietică [8] .
Țările post-sovieticeDispariția URSS a coincis cu o scădere globală a interesului pentru SPC, cauzată de creșterea prețurilor la energie și de deteriorarea asociată a rentabilității unor astfel de nave. În 1993, două nave ale proiectului Olympia [8] au fost lansate în Ucraina (în Crimeea) și încă două au fost stabilite în 2002 (începând cu 2015, 70% pregătire).
În anii 2000 În Rusia au fost construite 4 nave Katran (modernizare de tip Colchis).
În prezent, fabrica de construcții navale Vympel a reluat construcția unui SPK la uzina din Rybinsk. Nava principală a proiectului 23160 „ Kometa 120M ” pentru 120 de persoane a fost înființată în august 2013, coca sa este din aliaje de aluminiu, aripile sunt din oțel inoxidabil. Proiectantul navei a fost JSC Central Design Bureau pentru Alekseev SEC [8] . Particularitatea navei în comparație cu prototipul proiectat în epoca sovietică a fost adăugarea de clapete pentru a stabiliza vasul și a atenua șocurile valurilor în timpul valurilor de până la 4 puncte [9] . Prima dintre navele fabricate a fost numită „Pescăruşul”, în onoarea indicativului primei femei cosmonaut Valentina Tereshkova [10] . Din august 2018, nava a început zboruri regulate între Sevastopol și Ialta [11] . În iulie 2019, este planificată lansarea a încă două SPK-uri ale acestui proiect la Sevastopol, care vor transporta pasageri pe rute noi [12] .
La sfârșitul lunii septembrie 2017, la Chkalovsk , a fost lansată o navă mică a proiectului Valdai 45R cu o capacitate de 45 de persoane, proiectată de Alekseev SEC . Era planificat ca nava să înceapă navigația în 2018, inclusiv la Sankt Petersburg, ca parte a Cupei Mondiale FIFA 2018 [13] . A doua navă a proiectului a fost lansată pe 5 mai 2018 [14] . Se presupune că primele nave ale proiectului vor funcționa în districtul autonom Khanty-Mansiysk; în 2019, este planificată construirea a încă două SEC din acest proiect [15] . Negocierile privind furnizarea a patru nave sunt conduse de guvernul regiunii Nijni Novgorod pentru a deschide rutele fluviale Nijni Novgorod - Gorodets și Nijni Novgorod - Makaryevo [16] .
De asemenea, Ministerul Industriei și Comerțului și-a anunțat disponibilitatea de a finanța construcția unei nave cu hidrofoilă de mare viteză modernizată „ Cyclone ” cu o capacitate de 300 de pasageri pentru Orientul Îndepărtat și Marea Baltică. În linia proiectelor de hidrofoil dezvoltate de Biroul Central de Proiectări. Alekseev, există un vehicul cu turbină cu gaz "Cyclone 250M", conceput pentru a transporta 250 de pasageri [17] .
23 decembrie 2019 la Spitalul Clinic Central pentru SPK im. R. Alekseev a pus nava principală a proiectului 03580 „ Meteor 120R ”, concepută pentru a înlocui vechiul „Meteori” [18] .
În Statele Unite, dezvoltarea hidrofoilelor a fost realizată de Boeing . Boeing a construit primul său hidrofoil în 1962. A folosit un jet de apă ca dispozitiv de propulsie. În 1967, Boeing a construit canoniera Tucumcari cu o deplasare de 57 de tone și o lungime de 12,5 metri. Tucumcari a fost prima navă mare care a folosit un jet de apă în loc de o elice. A servit cu succes în războiul din Vietnam . Pe baza acestei nave, a fost creată o întreagă clasă de bărci cu rachete de patrulare cu hidrofoil ( English Patrol Hydrofoil Missileship (PHM) ). Prima navă de acest tip, Pegasus, a intrat în flotă pe 9 iulie 1977. Ulterior, Boeing a construit încă cinci astfel de nave pentru Marina SUA (această clasă de nave a fost numită Pegasus, după nava principală). Au servit până în 1993.
Aceste nave erau rapide și puternic înarmate și erau capabile să scufunde chiar și cele mai mari nave de suprafață.
Pegasi au fost folosite în principal ca bărci de patrulare pentru prevenirea traficului de droguri . Din cauza vitezei lor, erau un adevărat coșmar pentru contrabandiști.
Pe lângă navele de război, Boeing a creat și hidrofoile civile. Tipul de nave civile create de Boeing a fost numit „Jetfoil” ( Jetfoil ). „Jetfoils” se referă la nave cu aripi complet scufundate. Au folosit tunuri cu apă ca propulsie. Primele teste ale Jetfoil au avut loc pe 29 martie 1974 . Mai mult de douăzeci de Jetfoyls au fost construite ulterior. „Jetfoiles” erau nave mari apte pentru mare, care luau la bord de la 167 la 400 de pasageri (în funcție de modificare) [19] . „Jetfoils” sunt utilizate în principal ca feriboturi maritime rapide în Hong Kong , Japonia , Insulele Canare , Arabia Saudită , Indonezia , Regatul Unit și Franța (ca feriboturi transcanal ). În Japonia, Jetfoil-urile sunt construite sub licență de către Kawasaki .
La sfârșitul anilor 1960, marina canadiană a construit și testat o navă antisubmarin cu hidrofoil de mare viteză numită HMCS Bras d'Or. Bras d'Or se referă la hidrofoile cu o aripă parțial scufundată. A dezvoltat o viteză de până la 63 de noduri (116,7 km/h). Cu toate acestea, acest proiect nu a primit o dezvoltare ulterioară, din cauza unei schimbări în doctrina militară a Canadei. Bras d'Or a fost retras din flotă în 1971. Majoritatea echipamentelor au fost vândute. Bras d'Or este acum într-un muzeu.
De la sfârșitul anilor 1970, Marina italiană a exploatat șase hidrofoile din clasa Nibbio. Erau înarmați cu un tun de 76 mm și două rachete. Aceste nave au dezvoltat viteze de până la 50 de noduri (92,6 km/h).
În prezent, SPK este utilizat pe scară largă în Italia pentru transportul de pasageri (compania Liberty lines). Numele local pentru această clasă de nave este aliscafo ( ital. aliscafo ).
Hidrofolierele au crescut în popularitate la începutul anilor 1960. Până în 1963, navele de acest tip erau implicate în navigația de pasageri pe Volga , Nipru , Ob , Irtysh , Amur și alte căi navigabile ale țării. Prognoza traficului de pasageri pentru 1963 a fost de 2 milioane de pasageri, ceea ce a fost cu 50% mai mare decât cifra reală pentru anul trecut 1962 [20] . În prezent, flota principală de SEC de pasageri din Rusia este formată din nave construite în URSS. În total, aproximativ trei sute de „Rachete”, patru sute de „Meteori”, o sută de „Comete”, patruzeci de „Belarus”, trei sute de „Răsărit”, o sută de „Polesie”, patruzeci de „Colchis” și „Katran” [8] au fost construite .
| Clasificarea navelor | |
|---|---|
| Nave după proiectarea motorului |
|
| Cu mașina | |
| Nave de cazare Hull |
|
| Domenii de utilizare | |
| Transport public | |
|---|---|
| șină | |
| Traseu fără piste |
|
| Apă | |
| Aer | |
| Mercenar | |
| Alte | |
| Termeni generali | |
| Imbarcarea si debarcarea pasagerilor |
|
| Plata tarifului |
|
| Infrastructură | |
| Control | |
