Судно на подводных крыльях

Су́дно на подво́дных кры́льях (СПК) — тип скоростного судна с динамическим принципом поддержания, у которого под корпусом расположены подводные крылья.

Описание

На стоянке и при следовании с малой скоростью судно на подводных крыльях удерживается на воде за счёт силы Архимеда, как и обыкновенное водоизмещающее судно. На высокой скорости за счёт создаваемой этими крыльями подъёмной силы судно поднимается над водой. При этом значительно уменьшается площадь контакта с водой, и, следовательно гидродинамическое и лобовое сопротивление воды, что позволяет развивать более высокую скорость.

Для СПК экономически целесообразная скорость движения ограничена величиной около 100 км/ч (в современных СПК военного назначения скорость ограничена 180 км/ч). Такое ограничение вызвано проблемой кавитации подводного крыла (кипение воды вследствие понижения давления в зоне обтекания крыла), которая резко снижает его гидродинамические характеристики. И хотя на созданных под руководством Р. Е. Алексеева судах на малопогруженных подводных крыльях удалось достичь скоростей до 140 км/ч при бескавитационном обтекании крыла, СПК оказались малоперспективными для дальнейшего повышения скорости.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая скорость
• Низкое сопротивление при движении на крыльях
• Высокая мореходность, при достаточной длине крыльевых стоек, нечувствительность к качке.

Недостатки

• Основной минус этих судов — низкая экономичность в сравнении с тихоходными водоизмещающими судами.
• Низкая мореходность при большом волнении, большая волна ударяет в днище своим гребнем, или оголяет крылья при прохождении подошвы.
• Необходимость в мощных и вместе с тем лёгких и компактных двигателях (дизельный двигатель, газотурбинный двигатель) для «выхода на крылья».
• Невозможность подходить к необорудованным стоянкам.

Устройство

Крылья

Существует два типа подводных крыльев — частично погружённое крыло (или U-образное крыло) и полностью погружённое крыло (крыло в форме перевёрнутого Т).

Суда с полностью погружёнными крыльями менее подвержены качке от волн, поэтому они более стабильны и комфортны, особенно при использовании на море. Однако полностью погруженные крылья требуют постоянного управления, поэтому они стали широко использоваться с появлением компьютеров. Разумеется, такие компьютеры должны быть очень надёжными, так как в случае их отказа судно упадёт на воду и может даже перевернуться.

Суда с полностью погруженными крыльями появились сравнительно недавно, до этого использовались суда с U-образными крыльями, которые не требуют постоянного управления.

Обычно суда на подводных крыльях имеют два крыла, которые могут быть по-разному расположены относительно друг друга и корпуса судна.

• При так называемой самолётной компоновке главное (большее) крыло расположено перед центром тяжести судна, меньшее крыло расположено сзади.
• В схеме «утка» меньшее крыло расположено перед основным крылом
• В тандемной схеме оба крыла имеют одинаковую площадь и располагаются спереди и сзади от центра тяжести, на равном от него расстоянии.

Самолётная схема и схема «утка» используются на малых судах, тандемная компоновка — на более крупных.

Управление подводными крыльями осуществляется двумя способами: путём изменения угла атаки (при этом поворачивается всё крыло) или при помощи закрылков.

Двигатель и движитель

В качестве двигателя на судах с подводными крыльями используется либо дизель (в таком случае они являются теплоходами) либо газотурбинный двигатель (в таком случае они являются газотурбоходами).

Существует экспериментальный корабль на подводных крыльях с парусным двигателем «Hydroptère»

В качестве движителя может использоваться гребной винт либо водомётный движитель. На высоких скоростях КПД водомёта выше КПД гребного винта, особенно на скорости свыше 100 узлов. Гребной винт соединяется с двигателем посредством редуктора.

История

Появление судов на подводных крыльях

Первые попытки создать судно на подводных крыльях предпринимались ещё в конце XIX века. В 1897 году живший во Франции русский подданный Ш. де Ламбер построил и испытал на Сене небольшое судно на подводных крыльях. Однако мощности паровой машины, использовавшейся на этом судне в качестве двигателя, не хватило для развития скорости, необходимой для того, чтобы корпус судна поднялся над водой.

Более успешными были опыты итальянского изобретателя Энрико Форланини. Он проводил эксперименты с моделями судов на подводных крыльях с 1898 года. В 1906 году созданное им полноразмерное экспериментальное судно в ходе испытаний на озере Лаго-Мажоре достигло скорости в 42,5 мили в час (68 км/ч). Этот катер имел многоярусные крылья наподобие этажерки.

В 1906 году в американском журнале Scientific American изобретатель Уилиам Мичхэм (англ. William E. Meacham) опубликовал статью о базовых принципах действия судна на подводных крыльях. Эта статья заинтересовала Александра Белла. Сначала он проводил теоретические изыскания, а в 1908 году, совместно с изобретателем Фредериком Болдвином (англ. Frederick W. Baldwin) приступил к испытаниям моделей.

Болдвин изучал работу итальянского изобретателя Энрико Форланини и занимался испытанием моделей, основанных на его разработках. В ходе мирового тура Белла в 1910—1911 годах Белл и Болдвин встретились в Италии с Форланини. Они вместе катались по озеру Лаго-Мажоре на созданном Форланини катере на подводных крыльях. По описаниям Балдвина катер двигался так гладко, как будто он летел. Вернувшись в Канаду, изобретатели продолжали работать над разработкой своего судна на подводных крыльях. В результате они построили судно, получившее индекс HD-4. Это судно приводилось в движение двигателями «Рено». Оно развивало скорость до 87 км/ч (54 мили/час), быстро разгонялось, без проблем преодолевало волны, легко управлялось и отличалось высокой стабильностью. Белл отправил отчёт ВМС США. ВМФ заинтересовались его опытами, и дали ему возможность приобрести два двигателя мощностью по 260 кВт (350 л. с.). 9 сентября 1919 года HD-4 установил мировой рекорд скорости на воде — 114 км/ч (70,86 миль/ч). Этот рекорд продержался десять лет.

В период между 1873 и 1914 годами британский кораблестроитель Торникрофт (англ.) работал над серией моделей судов на подводных крыльях. Эти модели имели только одно подводное крыло в носовой части корпуса. В 1909 году его компания построила полноразмерное судно длиной в 22 фута, получившее название Miranda III. Оно приводилось в движение двигателем мощностью в 60 л.с. Как и модели, это судно имело только одно носовое подводное крыло и корпус не поднимался полностью из воды. Во время движения судно опиралось на носовое крыло и плоскую часть днища у кормы. После Miranda III было построено судно Miranda IV, которое развивало скорость до 35 узлов.

Германия

В 1930-е — 1940-е годы в Германии работал видный специалист по СПК Ганнс фон Шертель (Baron Hanns von Schertel). В 1944 году он построил судно с водоизмещением в 80 тонн. Имея на борту груз в 20 тонн, оно развивало скорость до 40 узлов (около 74 км/ч) при высоте волн в 1,8 м. После войны сотрудники из его конструкторского бюро были насильно вывезены в СССР, но сам Шертель сумел перебраться в Швейцарию, где основал компанию «Supramar».

Швейцария

В 1952 «Супрамар» построил первое в мире коммерческое судно на подводных крыльях. Оно получило обозначение PT 10 и название Freccia d’Oro. Это судно совершало рейсы по озеру Лаго-Мажоре между Локарно (Швейцария) и Стресой (Италия). Это судно имело частично погруженные крылья, брало на борт 32 пассажира и развивало скорость в 35 узлов. Коммерческая эксплуатация началась 15 мая 1953 года. Это судно имело довольно скромные размеры: длина составляла 14,2 метра, водоизмещение — около десяти тонн. Корпус был деревянным. Судно приводилось в действие дизельным двигателем Daimler Benz type MB 507 мощностью в 800 л.с.

Первым в мире пассажирским судном на подводных крыльях, пошедшим в серию, стал тип PT 20. С 50-х годов эти суда строились по лицензии «Супрамар» фирмой Rodriquez. Rodriquez начал строительство PT 20 в 1955 году. Первый PT 20 вступил в строй в 1956 году. Это судно, получившее название Frecia del Sole, оно использовалось в качестве парома через Мессинский пролив. Оно стало первым судном на подводных крыльях, получившим разрешение на использование в море. PT 20 имел водоизмещение в 32 тонны, брал на борт 72 пассажира и развивал скорость в 35 узлов.

С 1953 по 1971 «Супрамаром» была разработана целая серия судов на подводных крыльях: PT 20, PT 50, PT 75, PT 100 и PT 150. За исключением PT 150, все они относились к судам с частично погруженным крылом. В общей сложности было построено более двухсот судов, разработанных «Супрамаром», в основном их по лицензии строила фирма Rodriquez в Италии. Также некоторое количество таких судов было построено «Хитачи» в Японии.

Советский Союз

В Советском Союзе «Ракета», первое пассажирское судно на подводных крыльях, вступило в эксплуатацию в 1957 году. С конца 1950-х годов начался серийный выпуск пассажирских судов на подводных крыльях «Ракета», «Метеор», «Комета» и «Беларусь». В 1970-е — 1980-е гг. последовали суда «Восход», «Полесье», «Колхида», «Циклон», «Ласточка». В 1990-е годы было выпущено два судна проекта «Олимпия», и ещё два было заложено в 2002 году (по состоянию на 2015 год готовность 70 %).

В единичных экземплярах в 1960-е годы были построены экспериментальные СПК «Стрела-1» (первое в Советском Союзе морское пассажирское СПК, 1961), «Стрела-2» (1962), «Стрела-3» (1963), «Буревестник» (1964), «Чайка», «Спутник» (1961), «Вихрь», СПК с автоматически управляемыми подводными крыльями проекта 1233 «Тайфун» в пассажирском варианте (1969).

Для служб судового надзора и спасательных станций в СССР выпускались катера на подводных крыльях «Волга» и «Москва».

Пассажирские суда на подводных крыльях советского производства экспортировались в несколько десятков стран мира.

Строились в Советском Союзе и суда на подводных крыльях военного назначения.

• В начале 1950-х 8 торпедных катеров проекта К123К были оборудованы носовыми подводными крыльями конструкции Р. Е. Алексеева.
• В 1956 году на феодосийском судостроительном заводе «Море» построен более совершенный торпедный катер проекта 184 с носовым подводным крылом.
• В 1963—1967 гг. построена серия из 16 сторожевых катеров на подводных крыльях проекта 125А.
• С 1971 по 1976 год для ВМФ СССР построено 24 торпедных катера проекта 206-М «Шторм».
  • Также с 1978 по 1985 год на Владивостокском ССЗ по заказу правительств Вьетнама, Кубы, Эфиопии и других стран построили 16 катеров по проекту 206МЭ, итого для Вьетнама было отправлено 5 катеров, для Камбоджи и Эфиопии — 2, для Кубы — 9 и ещё одно судно для Сейшельских островов.
• С 1976 по 1983 год на Средне-Невском ССЗ (пос. Понтонный около Ленинграда) для ВМФ СССР было построено 11 ракетных катеров проекта 206МР «Вихрь».
• Серия из 12 пограничных катеров проекта 133 «Антарес».
• В 1977 году в Ленинграде построен ракетный катер на подводных крыльях проекта 1240 «Ураган».
• В 1977 году опытный МПК «Александр Кунахович» проекта 1141.
  • Серия из 3-х МПК проекта 1145.1 «Сокол» (1987—199?).

Большинство советских судов на подводных крыльях были разработаны под руководством выдающегося инженера Ростислава Алексеева.

Соединённые Штаты Америки

В США разработкой судов на подводных крыльях занималась фирма «Боинг». Первое своё судно на подводных крыльях «Боинг» построил в 1962 году. Оно использовало в качестве движителя водомёт. В 1967 году «Боинг» построил артиллерийский катер (gunboat) «Tucumcari» водоизмещением в 57 тонн и длиной в 71 фут. «Tucumcari» был первым крупным судном, использовавшим водомёт вместо гребного винта. Он с успехом участвовал во Вьетнамской войне. На основе этого судна был создан целый класс патрульных ракетных катеров на подводных крыльях (англ. Patrol Hydrofoil Missileship (PHM)). Первое судно этого типа, «Пегас» (Pegasus) вошло в состав флота 9 июля 1977 года. Впоследствии «Боинг» построил для ВМС США ещё пять таких судов (этот класс судов получил название «Пегас», вслед за головным кораблём). Они прослужили до 1993 года.

Эти корабли отличались быстротой и сильным вооружением, они были в состоянии потопить даже самые большие наводные корабли.

«Пегасы» в основном использовались как патрульные суда, для предотвращения незаконного ввоза наркотиков. Из-за своей скорости они были настоящим ночным кошмаром для контрабандистов.

Кроме военных кораблей, «Боинг» создал и гражданские суда на подводных крыльях. Тип гражданских судов, созданных «Боингом» получил название «Джетфойл» (Jetfoil). «Джетфойлы» относятся к судам с полностью погруженными крыльями. Они использовали водомёты в качестве движителя. Первые испытания «Джетфойла» состоялись 29 марта 1974 года. Впоследствии было построено более двадцати «Джетфойлов». «Джетфойлы» были большими мореходными судами, бравшими на борт от 167 до 400 пассажиров (в зависимости от модификации). «Джетфойлы» в основном используются как скоростные морские паромы в Гонконге, Японии, Канарских островах, Саудовской Арвии, Индонезии Великобритании и Франции (в качестве парома через Ла-Манш). В Японии «Джетфойлы» по лицензии строит фирма «Кавасаки».

Канада

В конце 1960-х годов ВМС Канады был построен и испытан высокоскоростной противолодочный корабль на подводных крыльях, получивший название HMCS Bras d’Or. Bras d’Or относился к судам на подводных крыльях с частично погружённым крылом. Он развивал скорость до 63 узлов (116,7 км/ч). Однако дальнейшего развития этот проект не получил, в связи с изменением военной доктрины Канады. Bras d’Or был выведен из состава флота в 1971 году. Большая часть оборудования была продана. Сейчас Bras d’Or находится в музее.

Италия

Начиная с конца 1970-х годов ВМС Италии использовали шесть судов на подводных крыльях, относящихся к классу Nibbio. Они были вооружены 76-мм пушкой и двумя ракетами. Эти корабли развивали скорость до 50 узлов (92,6 км/ч)

Использование, распространение

СССР/Россия

• Рейсы «Метеоров» и «Восходов» из Санкт-Петербурга в Петергоф, Кронштадт и крепость Орешек.
• Рейсы «Метеоров» и «Комет» из Петрозаводска на Кижи, Великую Губу и Шалу по Онежскому озеру.
• Рейсы «Метеоров» из Сортавалы и Приозерска на Валаам по Ладожскому озеру.
• Рейсы «Колхид» и «Комет» из Санкт-Петербурга на Валаам по Ладожскому озеру.
• Рейсы «Метеоров» из Иркутскa в Братск по Ангаре через Балаганск и Усть-Уду. Для сёл, расположенных ниже Усть-Уды по течению, таких, как Аносово, Аталанка, Подволочное и ряда других, являются единственным доступным общественным транспортом.
• Рейсы «Комет» из Нижнеангарска в Иркутск по озеру Байкал.
• Рейсы «Метеоров», «Комет», «Ракет» и Восходов" по Волге, Дону, Каме и Амуру.
• Рейсы «Кометы» из Владивостока в посёлок Славянку.
• Суда «Сифлайт-1» и «Сифлайт-2» типа «Катран» (проект «Колхида») с 2008 года совершают регулярные рейсы по маршруту Анапа — Сочи (Анапа — Новороссийск — Геленджик — Сочи); и с 2009 года — по маршруту Анапа — Ялта.
• Рейсы СПК («Ракета», «Метеор», «Восход») по Лене — из Якутска по направлениям Якутск — Сангар — Жиганск и Якутск — Олёкминск — Ленск. Выполняются судами Якутской судоходной компании (ранее часть ЛОРПа). Благодаря неразвитости дорожной инфраструктуры Якутии летом альтернативы нет, пассажиропоток обеспечен. В советское время «Ракеты» ходили также и от Якутска по Лене и Алдану до Хандыги — рейс отменён в 1998 году, а также иногда (когда на Вилюе была судоходная обстановка) от Якутска по Лене и Вилюю до Вилюйска. Некоторые из этих рейсов превышают 600—700 км (самый дальний — Якутск — Жиганск 771 км). «Ракета», как правило, отправляется из Якутска рано утром, около пяти-шести часов, и прибывает на место вечером, то есть для рейса в одну сторону используется почти весь световой день. Все линии обслуживаются теплоходами ещё советского производства, замены которым нет, так как эти серии давно сняты с производства. Эти суда считались не новыми ещё в 1980-е годы — на некоторых из них уже тогда стоял второй или третий по счёту двигатель. Но по сей день (2012) они в работе благодаря постоянному интенсивному техническому обслуживанию.
• Теплоходы «Полесье» и китайские «Лунтан» ходят между Хабаровском и Фуюань, в основном перевозя «челноков».
• В 2013 году впервые за минувшие двадцать лет на судостроительном заводе «Вымпел» в Рыбинске состоялась закладка морского судна нового поколения на подводных крыльях — «Комета-120М». Спуск судна на воду ожидается в 2016 году.

Украина

• Несколько судов типа «Восход», базирующихся в Киеве, периодически курсируют по Днепру в Канев, но чаще стоят в гавани.

Другие страны

• Судно на подводных крыльях типа «Полесье» (2010 г.) в Финляндии на туристической линии между озёрами Пяйянне и Кейтеле
• Суда на подводных крыльях советского производства используются в Египте на реке Нил, точных сведений о маршрутах нет.
• Суда на подводных крыльях советского и российского производства («Метеор», «Восход» использование однодвигательных судов на данном маршруте было запрещено после аварии в 2013 году) используются во Вьетнаме на регулярной линии между городами Хошимин и Вунгтау (около 70 км, 1 час 30 минут в пути). Линия временно приостановлена в Феврале 2014 года после пожара на одном из судов, однако в Феврале 2015 года сообщение было возобновлено.
• Суда «Восход» и «Полесье» совершают регулярные рейсы по маршруту Тулча — Сулина по Дунаю.
• Linda Line — линия между Таллином и Хельсинки. На этой линии использовались суда типа «Комета» и «Олимпия».
• Суда типа «Полесье» курсируют между Калининградом, Фромборком и Эльблонгом. Эта линия эксплуатируется польским пароходством.
• Линия «Fast Flying Ferries» между Амстердамом и Велсеном. Эта фирма эксплуатируется фирмой-оператором общественного транспорта Connexxion. На этой линии используются суда типа «Восход» украинского производства.
• Суда на подводных крыльях «Комета» использовались на болгарском побережье Черного моря, выполняя регулярные рейсы по линии Варна — Несебр — Бургас — Созополь — Царево (ранее Мичурин). С 2011 года линия восстановлена бургасской компанией Bulgarian Hydrofoil EAD после 20-летнего перерыва.
• TurboJET — скоростная переправа через дельту реки между Гонконгом и Макао. Время переправы — менее часа при средней скорости в 83 км/ч. В основном на переправе используются суда «Джетфойл», построенные фирмой «Боинг». TurboJET также обслуживает Шэньчжэнь, Гуанчжоу и Цзюлун. Переправа эксплуатируется фирмой Shun Tak-China Travel Ship Management Limited.
• Суда на подводных крыльях используются дочерними подразделениями министерства транспорта Италии на трёх крупнейших озёрах Италии: Лаго-Мажоре между Локарно и Ароной (фирма Navigazione Lago Maggiore), озере Комо (фирма Navigazione Lago di Como) и Гарда (фирма Navigazione Lago di Garda). На каждом озере используются по три судна типа RHS150, на озере Комо до сих пор используется судно типа RHS70 — последнее судно этого типа, используемое в Италии.
• Суда на подводных крыльях советского производства используются на юге Италии на линиях, соединяющих острова Лацио и Кампании.
• Линия «Beetle» между Пусаном (Южная Корея) и Фукуокой (Япония). На этой линии в основном используются суда типа «Джетфойл». За день совершается пять рейсов.
• Суда на подводных крыльях курсируют между Стамбулом и Яловой.
• Линии в Эгейском море между Кикладами и Афинами в Греции, под общим названием «Flying Dolphins».

См. также

• Алексеев, Ростислав Евгеньевич.
• Судно на воздушной подушке
• «Буревестник»
• Подводный самолёт (подводная лодка с подводными крыльями)

Литература

• Злобин Г. П., Смигельский С. П. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке (по материалам иностранной печати). — Л.: Судостроение, 1976. — 263 с. — 6 500 экз.
• Корзинов Н. [www.popmech.ru/article/2711-okryilennyie/ Окрылённые: от «Ласточки» до «Дельфина»] // Популярная механика : журнал. — М., 2007. — № 12.
• Короткин И. М. Аварии судов на воздушной подушке и подводных крыльях. — Л.: Судостроение, 1981. — 216 с. — 27 000 экз.
• Мейер Дж. [www.popmech.ru/article/2498-letyaschie-nad-vodoy/ Летящие над водой: столетие судов на подводных крыльях] // Популярная механика : журнал. — М., 2007. — № 11.
• Маскалик А. И. и др. Крылатые суда России. История и современность. — СПб.: Судостроение, 2006. — 240 с. — ISBN 5-7355-0699-4.
• Иконников В.В , Маскалик А. И. Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях Судостроение, 1987 г. 313 с.
• Шапиро Л. С. Сердце корабля Судостроение 1990 г. 143 с

Ссылки

• [www.seatech.ru/rus/different/hydrofoils.htm История судов на подводных крыльях (с илл.)]
• [www.sormovich.nnov.ru/archive/1458/ «Ракета», «Метеор», «Комета», «Спутник». Пассажирские судна на подводных крыльях. От космических названий к космическим скоростям]
• О. П. Фролов [design-review.kgasu.ru/index.php?show=article&id=184&year=2006&number=3 «Из истории судов на подводных крыльях»] // Design-Review
• [forum.flot.su/forumdisplay.php?f=19 СПК и малый флот — Форум речных путешественников]
• [www.ckbspk.ru/ ОАО «Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях им. Р. Е. Алексеева»]
• [www.hs-ships.ru/podvod.htm ФПГ «Скоростной флот» — Суда на подводных крыльях]
• [www.riverships.ru/russian/russian_industry.shtml Список судостроительных предприятий СНГ, в том числе и производителей СПК]
• [photofile.ru/users/mifishkin/3210639/ Суда на подводных крыльях] // Mifishkin на PhotoFile.Ru (фотогалерея)
• [photofile.name/users/sergeyprezhbog/95305476/ СПК — Суда на подводных крыльях — Обои] (фотогалерея)
• [www.boeing.com/history/boeing/hydro.html Суда компании «Boeing» на официальном сайте фирмы]  (англ.)
• [www.kjps.co.jp/english/emini/emokuji.html Kawasaki Jetfoil]  (англ.)
• [www.foils.org/pt.htm The Supramar PT Series Hydrofoils]  (англ.)
• [www.foils.org/gallery/world.htm#SPARVIERO Hydrofoils Around the World] (фотогалерея)  (англ.)
• [www.classicfastferries.com/cff/pdf/cff_2003_4.pdf#search=%22SUPRAMAR%20AG%22 Classic fast ferries (pdf)]
• [www.spkflot.ru Сайт по истории судов на подводных крыльях и судов на воздушной подушке]
• [novation-nn.ru/suda-na-podvodnyh-krylyah/ Нижегородские Новации: Крылатые суда]