A+ R A-

Летящие над волной часть2

Содержание материала

 

На относительно крупных кораблях преимущества применения подводных крыльев утрачиваются. Дело в том, что для сохранения равновесия между подъемной силой крыльев и массой корабля при увеличении его линейных размеров, площадь крыльев нужно увеличивать в непропорционально большой степени, что значительно снижает  полезную нагрузку корабля. А ведь даже на сравнительно небольших кораблях водоизмещением 150 - 200 т масса крыльевой системы составляет около 15 % водоизмещения.Не меньшую, если не большую проблему для КПК большого водоизмещения составляет размещение на нем энергетической установки достаточной мощности. По мнению зарубежных специалистов, для вывода на крылья эскадренного миноносца водоизмещением 3000 т корабль пришлось бы оснастить энергетической установкой мощностью около 165 тыс. кВт. Разместить столь мощную установку на корабле подобного водоизмещения — задача чрезвычайно сложная, если вообще выполнимая. Кроме того, нужен резерв водоизмещения для соответствующего запаса топлива и крыльевой системы, площадь которой на рассматриваемом корабле составит около 800 м 2. Что же останется для вооружения других статей нагрузки?Выигрыш от применения подводных крыльев наиболее ощутим на небольших кораблях. Так, если обычный корабль водоизмещением 23 т для обеспечения скорости 50 уз нужно оснастить энергетической установкой мощностью около 3000 кВт, то аналогичному КПК для достижения такой скорости достаточна установка мощностью примерно 900 кВт.

 

Американский катер на подводных крыльях USS "Aquila" (PHM-4) скорость 48уз.

Несмотря на успехи в совершенствовании КПК и СПК относительно небольшого водоизмещения и здесь существуют проблемы, одной из которых является преодоление кавитационного барьера. При скорости порядка 50 уз и выше создаются условия, когда на гребных винтах и подводных крыльях невозможно избежать кавитации. Об осложнениях, связанных с кавитацией гребных винтов, мы уже знаем. Не менее опасна она и для подводных крыльев.Давление на засасывающей (верхней) поверхности крыла становится ниже давления насыщенных паров воды. Вода вскипает, и металл крыла разрушается под действием ранее рассмотренных причин. Эрозия поверхности крыла приводит к снижению его подъемной силы. На второй стадии кавитации каверны захватывают всю засасывающую полость, в результате чего при увеличении скорости корабля движение на засасывающей поверхности крыла больше не изменяется. При этом рост подъемной силы происходит только за счет увеличения давления на нагнетающей (нижней) поверхности крыла, а значит, с увеличением скорости корабля рост подъемной силы будет очень небольшим. Казалось бы, неразрешимая проблема!И в очередной раз человек, оказался способным преодолеть то, что представлялось непреодолимым. Академик В. Л. Поздюнин (1883— 1948) в начале 40-х гг. предложил парадоксальное на первый взгляд решение: бороться с кавитацией путем ее интенсификации. Открытое Поздюниным явление назвали «суперкавитацией».Для металла гребного винта страшна первая стадия кавитации, а для КПД винта — вторая. В. Л. Поздюнин предложил для быстроходных кораблей применять винты, специально приспособленные для работы в условиях сильно развитой кавитации, названные суперкавитирующими. Внешним отличием таких винтов является клиновидный профиль сечения лопасти с острой входящей кромкой, вогнутой нагнетающей стороной и смещенной к выходящей кромке максимальной толщиной профиля лопасти.

 

Профили сечения лопастей гребного винта: а - некавитирующего (v - 40уз); б - кавитирующего (v - 40-60уз); в - суперкавитирующего (v - 60уз)

Суперкавитирующие гребные винты менее эффективны, чем обычные некавитирующие, но на быстроходных кораблях со скоростью от 40 до 80 уз они позволяют иметь КПД на 15—20 % выше, чем у кавитирующих винтов. Правда, супер-кавитирующим винтом свойствен недостаток, характерный для конструкций, рассчитанных на заданную скорость движения,— при отклонении от расчетного режима их эффективность резко снижается. Но несмотря на это высокий КПД суперкавитирующих винтов в диапазоне больших скоростей делает их до сих пор практически незаменимыми для быстроходных кораблей. Кроме того, частота вращения суперкавитирующих винтов может достигать 3000 об/мин, что позволяет применять прямодействующие (безредукторные) двигатели, облегчающие и упрощающие энергетическую установку.Аналогичным образом решается проблема кавитации и для подводных крыльев. Применяют специальный суперкавитирующий профиль крыла, позволяющий ускорить появление кавитации и снижающий давление на засасывающей его стороне, которая покрывается паровой или воздушной каверной. В этом случае подъемная сила создается только за счет нагнетающей стороны крыла.Одной из основных проблем для КПК и СПК является обеспечение устойчивости хода, особенно в штормовых условиях. Хотя подводное крыло работает по тем же законам, что и воздушное, оно имеет специфические особенности.Крыло движется на некоторой глубине и, казалось бы, находится в однородной среде. Но его заглубление относительно невелико, и атмосферный воздух стремится прорваться к засасывающей  (верхней) поверхности крыла, где давление на 20 - 40 % ниже давления при отсутствии движения. С увеличением скорости подъемная сила возрастает, и крыло приближается к поверхности волы, облегчая возможность воздуху прорваться к засасывающей поверхности. Когда это случается (подсосы через кронштейн крыльев, при плавании на волнении, когда крылья оказываются у «подошвы» волны и т. п.), воздух проникает в область разрежения, и оно исчезает. Крыло полностью выходит из воды, превращаясь в глиссирующую пластину. Но у такой пластины, как мы уже знаем, подъемная сила намного меньше, чем у подводного крыла, и корабль «проваливается». Затем по мере увеличения скорости крыло снова начинает всплывать и цикл  повторяется. Такого явления удается частично избежать, если придать крылу особую форму, при которой оно пересекает поверхность воды. Тогда с увеличением подъемной силы в воде будет оставаться все меньшая площадь крыльев.Поиски оптимальных технических решений в области совершенствования КПК еще далеки от завершения. Одной из первостепенных задач за рубежом считают создание КПК большого водоизмещения. Наиболее интенсивные работы в этом направлении проводятся в США, где предполагают в отдаленном будущем создать крупный мореходный КПК водоизмещением 1200 т и скоростью 45—50 уз. 

 

Яндекс.Метрика