Революция? Доработка? Плагиат? Проект ASV
Давненько мы не видели новых технических решений в сфере кораблестроения. Экранопланам уже несколько десятков лет, суда на воздушной подушке и того старше, а счет возрасту катамаранов давно уже идет на века. Есть повод заскучать. Однако норвежские судостроители из компании Effect Ships International AS недавно представили свою версию «революции» на море. Технология, которая должна значительно улучшить характеристики плавсредств, получила название ASV (Air Support Vehicle – Судно с воздушной поддержкой). Что же представляет собой эта воздушная поддержка?
Для начала немного физики. При движении тела в газе или жидкости вокруг него образуется т.н. пограничный слой. По достижении определенной скорости он перестает отрываться от поверхности тела и как бы прилипает к ней. На практике, в случае с движением в воде, это выливается в то, что корабль вынужден «тянуть» за собой несколько тонн забортной воды, ставшей пограничным слоем. Следовательно, увеличивается общая масса плавательного средства и требуется большая мощность двигателя. Таким образом, пограничный слой мешает скоростному движению. Для относительно легких судов эта проблема решается путем оснащения корпуса реданом, благодаря чему лодка или катер может глиссировать. Поверхность соприкосновения с водой уменьшается, а вместе с ней снижается и сопротивление воды. Похожим образом работают и подводные крылья, однако в таком случае корпус судна почти полностью поднимается над водой и она «сопротивляется» только поверхности крыльев. Однако глиссер или подводные крылья слабо подходят большим судам. Кроме того, те же подводные крылья очень нежны в отношении волнения моря. Три-четыре балла и крылатое судно вынуждено остаться в порту.
Так что же, из всех вариантов компоновки остается только судно, «плотно сидящее» в воде? Но и тут не все просто. Как уже говорилось, оно не может сильно разгоняться из-за пограничного слоя. Однако есть возможность снизить сопротивление. В судостроении существует следующая формула: V= 1,34 × (LWL)1/2, где V – скорость, а LWL – длина ватерлинии в футах. По этой формуле можно с приемлемой точностью высчитать максимально возможную скорость судна. Как видно из формулы, бесконечное увеличение мощности двигателя судна не приведет к пропорциональному росту максимальной скорости. На нее повлияет только длина ватерлинии. Выход очевиден – удлинять корабль. В качестве альтернативы удлинению корабля увеличить длину ватерлинии можно путем разделения его на два корпуса, это называется катамаран. Максимальная скорость такого судна будет больше, чем у однокорпусного, но при сравнимых геометрических размерах выигрыш будет не столь велик, как хотелось бы. Дело в том, что увеличение ватерлинии приводит к росту площади поверхности, соприкасающейся с водой. Как следствие, увеличиваются и размеры пограничного слоя. Наконец, последний из существующих широко распространенных способов улучшить скоростные качества судна – воздушная подушка. Но такие суда весьма неэкономичны в топливном аспекте, хотя и имеют хорошие ходовые характеристики.
В своем проекте ASV норвежские кораблестроители преследовали цель уменьшения влияния пограничного слоя воды. Сначала Effect Ships International AS попробовали повторить опыт японцев из Mistubishi, заключавшийся в разбитии и «сдувании» пограничного слоя воды сжатым воздухом. Технология оказалась интересной, но все же возложенных на нее надежд не оправдала. Поэтому норвежцы решили поставить гораздо более смелый опыт и «скрестить» катамаран, судно на воздушной подушке и еще ряд уже известных технологий. Основа новой конструкции – два вертикальных боковых корпуса (как на катамаране) сравнительно малой толщины, которые играют ту же роль, что и т.н. юбка классических судов на воздушной подушке. В боковых корпусах имеются полости специальной формы. Работа конструкции при движении выглядит следующим образом: по достижении судном определенной скорости через переднее заборное «окно», образованное нижней поверхностью корпуса-моста, боковыми корпусами и поверхностью воды, воздух поступает под днище. Там, проходя через полости в боковых корпусах и образованный последними «тоннель», он создает определенную подъемную силу. Попадающий под днище воздух на экспериментальном образце ASV позволил поднять над поверхностью воды 85% от полного объема судна. Таким образом, при движении на большой скорости с водой соприкасаются только нижние части боковых корпусов. Для испытаний было создано несколько моделей с одинаковой силовой установкой, одинаковыми габаритами и массой, но отличавшихся компоновкой корпуса. При сравнении этих моделей удалось установить, что преимущества ASV-корпуса начинают проявляться на скоростях от 35 узлов, а своего максимума они достигают на 55 узлах, где такое судно оказывается на 40% эффективнее по топливу, чем катамараны.
Что касается сравнения с судами на воздушной подушке, то тут на сцену выходит не только экономичность. В условиях норвежских фьордов часто проявляется один заметный недостаток воздушной подушки. Такие суда не имеют или почти не имеют контакта с водой, поэтому подвержены влиянию бокового ветра. Нередки случаи, когда суда на воздушной подушке выбрасывает на берег, что при соответствующих условиях может привести к серьезным повреждениям конструкции. Суда с воздушной поддержкой постоянно контактируют с водой, разные скорости движения различаются только осадкой. Да и волн ASV-конструкция боится меньше, чем подводные крылья или воздушная подушка.
Приспособленность к скандинавским фьордам может стать тем плюсом, который привлечет к судам с воздушной поддержкой потенциальных заказчиков. Поэтому даже сами авторы проекта из Effect Ships International AS сейчас видят в качестве основного предназначения своего изобретения именно пассажирские перевозки, в том числе и туристические. В перспективе имеющиеся материалы и технологии позволят создать ASV-корабли гораздо большего размера, чем туристические катера. Может быть, в будущем даже появятся крупные грузовые суда с возможностью движения с большой скоростью. Что интересно, в серию норвежская фирма собирается запускать легкие катера, изготавливаемые из углепластика. Этот относительно дорогой материал имеет малый вес, что, по задумке норвежских конструкторов, позволит оснастить суда электрической силовой установкой и устанавливать на них тяжелые аккумуляторные батареи. Суммарно такое плавсредство будет весить столько же, сколько металлический дизельный катер, но стоимость электрического «топлива» будет гораздо дешевле. К счастью для потенциальных заказчиков, которые не хотели бы рисковать с перспективной, но сыроватой разработкой, имеется вариант катера с привычной дизельной силовой установкой и металлической конструкцией корпуса. Цена разных вариантов ASV-катеров пока не оглашалась. Есть все основания полагать, что металлическая версия с дизелем будет ощутимо дешевле углепластиковой.
Норвежский проект ASV, безусловно, интересен. Он пока выглядит немного футуристическим, но у него будет большое будущее. И правда, почему мы должны сомневаться в успехе т.н. судна с воздушной поддержкой, если в составе российского Черноморского флота уже много лет служат сразу два крупных корабля, имеющих в своей основе почти такое же техническое решение. Надо заметить, у нас «воздушная поддержка» называется гидродинамической платформой-катамараном с аэростатической разгрузкой. Первый малый ракетный корабль проекта 1239 под названием «Бора» вошел в строй еще в 97-м, а через три года после этого ЧФ пополнился вторым кораблем этого проекта, тоже названным в честь ветра – «Самум». Единственное серьезное отличие российского проекта 1239 и норвежского ASV кроется в наличии на наших кораблях специальных нагнетателей, увеличивающих эффективность воздушной подушки, заключенной между боковыми корпусами.
Для начала немного физики. При движении тела в газе или жидкости вокруг него образуется т.н. пограничный слой. По достижении определенной скорости он перестает отрываться от поверхности тела и как бы прилипает к ней. На практике, в случае с движением в воде, это выливается в то, что корабль вынужден «тянуть» за собой несколько тонн забортной воды, ставшей пограничным слоем. Следовательно, увеличивается общая масса плавательного средства и требуется большая мощность двигателя. Таким образом, пограничный слой мешает скоростному движению. Для относительно легких судов эта проблема решается путем оснащения корпуса реданом, благодаря чему лодка или катер может глиссировать. Поверхность соприкосновения с водой уменьшается, а вместе с ней снижается и сопротивление воды. Похожим образом работают и подводные крылья, однако в таком случае корпус судна почти полностью поднимается над водой и она «сопротивляется» только поверхности крыльев. Однако глиссер или подводные крылья слабо подходят большим судам. Кроме того, те же подводные крылья очень нежны в отношении волнения моря. Три-четыре балла и крылатое судно вынуждено остаться в порту.
Так что же, из всех вариантов компоновки остается только судно, «плотно сидящее» в воде? Но и тут не все просто. Как уже говорилось, оно не может сильно разгоняться из-за пограничного слоя. Однако есть возможность снизить сопротивление. В судостроении существует следующая формула: V= 1,34 × (LWL)1/2, где V – скорость, а LWL – длина ватерлинии в футах. По этой формуле можно с приемлемой точностью высчитать максимально возможную скорость судна. Как видно из формулы, бесконечное увеличение мощности двигателя судна не приведет к пропорциональному росту максимальной скорости. На нее повлияет только длина ватерлинии. Выход очевиден – удлинять корабль. В качестве альтернативы удлинению корабля увеличить длину ватерлинии можно путем разделения его на два корпуса, это называется катамаран. Максимальная скорость такого судна будет больше, чем у однокорпусного, но при сравнимых геометрических размерах выигрыш будет не столь велик, как хотелось бы. Дело в том, что увеличение ватерлинии приводит к росту площади поверхности, соприкасающейся с водой. Как следствие, увеличиваются и размеры пограничного слоя. Наконец, последний из существующих широко распространенных способов улучшить скоростные качества судна – воздушная подушка. Но такие суда весьма неэкономичны в топливном аспекте, хотя и имеют хорошие ходовые характеристики.
В своем проекте ASV норвежские кораблестроители преследовали цель уменьшения влияния пограничного слоя воды. Сначала Effect Ships International AS попробовали повторить опыт японцев из Mistubishi, заключавшийся в разбитии и «сдувании» пограничного слоя воды сжатым воздухом. Технология оказалась интересной, но все же возложенных на нее надежд не оправдала. Поэтому норвежцы решили поставить гораздо более смелый опыт и «скрестить» катамаран, судно на воздушной подушке и еще ряд уже известных технологий. Основа новой конструкции – два вертикальных боковых корпуса (как на катамаране) сравнительно малой толщины, которые играют ту же роль, что и т.н. юбка классических судов на воздушной подушке. В боковых корпусах имеются полости специальной формы. Работа конструкции при движении выглядит следующим образом: по достижении судном определенной скорости через переднее заборное «окно», образованное нижней поверхностью корпуса-моста, боковыми корпусами и поверхностью воды, воздух поступает под днище. Там, проходя через полости в боковых корпусах и образованный последними «тоннель», он создает определенную подъемную силу. Попадающий под днище воздух на экспериментальном образце ASV позволил поднять над поверхностью воды 85% от полного объема судна. Таким образом, при движении на большой скорости с водой соприкасаются только нижние части боковых корпусов. Для испытаний было создано несколько моделей с одинаковой силовой установкой, одинаковыми габаритами и массой, но отличавшихся компоновкой корпуса. При сравнении этих моделей удалось установить, что преимущества ASV-корпуса начинают проявляться на скоростях от 35 узлов, а своего максимума они достигают на 55 узлах, где такое судно оказывается на 40% эффективнее по топливу, чем катамараны.
На графике показана зависимость скорости от мощности двигателя для обычных катамаранов (лиловый) и ASV (синий)
Что касается сравнения с судами на воздушной подушке, то тут на сцену выходит не только экономичность. В условиях норвежских фьордов часто проявляется один заметный недостаток воздушной подушки. Такие суда не имеют или почти не имеют контакта с водой, поэтому подвержены влиянию бокового ветра. Нередки случаи, когда суда на воздушной подушке выбрасывает на берег, что при соответствующих условиях может привести к серьезным повреждениям конструкции. Суда с воздушной поддержкой постоянно контактируют с водой, разные скорости движения различаются только осадкой. Да и волн ASV-конструкция боится меньше, чем подводные крылья или воздушная подушка.
Приспособленность к скандинавским фьордам может стать тем плюсом, который привлечет к судам с воздушной поддержкой потенциальных заказчиков. Поэтому даже сами авторы проекта из Effect Ships International AS сейчас видят в качестве основного предназначения своего изобретения именно пассажирские перевозки, в том числе и туристические. В перспективе имеющиеся материалы и технологии позволят создать ASV-корабли гораздо большего размера, чем туристические катера. Может быть, в будущем даже появятся крупные грузовые суда с возможностью движения с большой скоростью. Что интересно, в серию норвежская фирма собирается запускать легкие катера, изготавливаемые из углепластика. Этот относительно дорогой материал имеет малый вес, что, по задумке норвежских конструкторов, позволит оснастить суда электрической силовой установкой и устанавливать на них тяжелые аккумуляторные батареи. Суммарно такое плавсредство будет весить столько же, сколько металлический дизельный катер, но стоимость электрического «топлива» будет гораздо дешевле. К счастью для потенциальных заказчиков, которые не хотели бы рисковать с перспективной, но сыроватой разработкой, имеется вариант катера с привычной дизельной силовой установкой и металлической конструкцией корпуса. Цена разных вариантов ASV-катеров пока не оглашалась. Есть все основания полагать, что металлическая версия с дизелем будет ощутимо дешевле углепластиковой.
Норвежский проект ASV, безусловно, интересен. Он пока выглядит немного футуристическим, но у него будет большое будущее. И правда, почему мы должны сомневаться в успехе т.н. судна с воздушной поддержкой, если в составе российского Черноморского флота уже много лет служат сразу два крупных корабля, имеющих в своей основе почти такое же техническое решение. Надо заметить, у нас «воздушная поддержка» называется гидродинамической платформой-катамараном с аэростатической разгрузкой. Первый малый ракетный корабль проекта 1239 под названием «Бора» вошел в строй еще в 97-м, а через три года после этого ЧФ пополнился вторым кораблем этого проекта, тоже названным в честь ветра – «Самум». Единственное серьезное отличие российского проекта 1239 и норвежского ASV кроется в наличии на наших кораблях специальных нагнетателей, увеличивающих эффективность воздушной подушки, заключенной между боковыми корпусами.
Информация