В №134 «КиЯ» помещена интересная статья о гребных колесах, истории их развития, «взлетах» и «падениях». Описаны и некоторые проекты современных судов, использующих движители этого типа. Однако в статье ничего не было сказано о проектах амфибийных транспортных средств — роллеркрафтов (РК), которые оборудованы специальными водоизмещающимн гребными колесами, совмещающими функции средства поддержания и движителя. Попробуем ликвидировать этот пробел.
Журнал «КиЯ» уже дважды (№20 и №45) обращался к проблеме передвижения по воде на колесах. Очевидно, что более интересной и обоснованной является конструкция роллеркрафта, достаточно подробно описанного в №45. Кратко напомним, в чем заключается главная идея автора проекта — английского инженера Керси. Корпус этого транспортного средства (язык не поворачивается назвать его судном) располагается над поверхностью воды, опираясь на два водоизмещающих цилиндра — роллера, по торцам которых установлены водонепроницаемые диски, а обшивка выполнена из эластичного материала. Осадка роллеров в статическом (без хода) положении составляет около 20—30% диаметра. На погруженной в воду части вращающегося роллера за счет деформации обшивки под действием гидростатического и гидродинамического давлений формируются создающие тягу лопасти. Изменяя давление во внутренней полости цилиндра, можно регулировать профиль этих лопастей, а в случае необходимости выхода на берег — превращать роллеры в своеобразные шины, подобные автомобильным.
Свой вывод о перспективности роллеркрафта автор подтверждает сопоставлением его энерговооруженности с энерговооруженностью быстроходных судов с динамическим поддержанием (СДП) — глиссирующих, на подводных крыльях и на воздушной подушке.
Если верить этим данным, то среди высокоскоростных водных транспортных средств роллеркрафт по экономичности не имеет конкурентов. Что говорить, заявка весьма серьезная и, если она соответствует истине, перед роллеркрафтом открываются заманчивые перспективы.
Для объективного изучения вопроса в Ленинградском кораблестроительном институте было проведено специальное исследование. В первой его части мы рассчитал и коэффициент полезного действия (КПД), которым должен обладать роллер как движитель, чтобы эффективность роллеркрафта была такой же. как и у некоторых известных СДП. Во второй части оценили возможности роллера средствами модельного эксперимента.
Не вдаваясь в подробности расчета, остановимся только на его идее к основных результатах. Поскольку корпус РК полностью приподнят над водой, при движении он испытывает только воздушное сопротивление. Компенсировать это сопротивление должна полезная тяга, создаваемая движителями — водоизмещающими роллерами. Полагая одинаковыми водоизмещение D, скорость Vs и воздушное сопротивление Ra какого-либо быстроходного СДП и РК, легко найти КПД роллера, необходимый для обеспечения заданной скорости при заданной (известной для того СДП, с которым производится сопоставление) мощности Ne двигателя:
Для сравнения были приняты четыре судна: два на подводных крыльях и два на воздушной подушке.
Полученные значения КПД эквивалентного по эффективности роллера оказались близкими (4,8—5,3%) при выполнении расчета для двух СПК («Комета» и «Тайфун») к скегового СВП «НМ-3». При расчете применительно к высокоскоростному амфибийному СВП «SR. № 4» необходимый КПД возрос и составил около 9%.
Из данных расчета следует, что при не очень высоких скоростях движения (35—45 уз) роллеркрафт будет обладать такой же эффективностью, как СПК или скеговый СВП уже в том случае, когда КПД его движителя-роллера составит всего около 5%. При больших скоростях (≈70 уз) необходим и более высокий КПД, но даже в этом случае его требуемая величина не превышает 10%.
Экспериментальное исследование роллера проводилось на модели диаметром 300 мм и шириной 255 мм. Двенадцатилопастное колесо с двух сторон имело торцевые диски, на которых закреплялась эластичная цилиндрическая обшивка, выполненная из тонкой резины. Экспериментальная установка, включавшая роллер, электродвигатель — его привод, динамометр для замера вертикальной (подъемной) и горизонтальной сил, а также датчик крутящего момента, монтировалась на тележке опытового бассейна. Испытания проводились на «стопе» и при нескольких фиксированных скоростях движения. Варьировалась частота вращения роллера и его осадка. К сожалению, технические возможности экспериментальной установки и бассейна не позволили исследовать роллер в наиболее интересном диапазоне скоростей, отвечающем расчетному режиму движения. Более того, максимальная скорость, полученная в ходе испытаний, соответствовала самому неблагоприятному режиму — «волновой яме», когда КПД полупогружен-ного движителя даже теоретически должен быть минимальным.
Не вдаваясь в подробности, приведем только главные выводы. На вращающемся роторе возникают вертикальная и горизонтальная силы. В общем случае их направление зависит от частоты вращения роллера, вернее от соотношения скорости движения и окружной скорости. При заданной скорости горизонтальная сила становится тягой (т. е. направлена в сторону движения), если частота вращения превышает какое-то критическое, различное для разных скоростей значение.
Тяговые характеристики роллера существенно зависят от эластичности обшивки. Относительно жесткая обшивка практически не деформируется, роллер ведет себя как твердый цилиндр, и при всех скоростях горизонтальная сила направлена навстречу движению, т. е. является сопротивлением, а не тягой. Часто при вращении роллер выносит большие количества воды, его движение сопровождается интенсивным брызгообразованием.
Коэффициент полезного действия роллера зависит от осадки, снижаясь при ее увеличении свыше Т=T/d=0,25, где Т — осадка, d — диаметр. В исследованном скоростном диапазоне, который, как говорилось выше, является неблагоприятным, максимальные значения КПД движителя изменялись в пределах 5—10%, увеличиваясь с ростом скорости.
Сопоставив данные оценочных расчетов и экспериментов, мы пришли к выводу, что высокая эффективность роллеркрафта не является мифом. Действительно, полученные в опыте значения КПД роллера вполне достаточны для того, чтобы этот тип движителя имел право на существование. С учетом обнаруженной тенденции роста КПД при увеличении скорости можно заключить что утверждение автора проекта о высокой эффективности предлагаемого им нового транспортного средства — роллеркрафта — вполне обосновано. Не исключено, что РК в этом плане может успешно соперничать с быстроходными СДП и даже превосходить их.
Прошло около 20 лет с тех пор, как в литературе впервые появились сведения о роллеркрафте, а идея, похоже, не нашла воплощения. В чем же дело?
Очевидно, немалую сложность представляет выбор материала «обшивки» роллера: противоречивы сами требования, связанные с необходимостью обеспечения, с одной стороны, достаточной прочности, а с другой, — приемлемой эластичности. А если пытаться сделать РК амфибийным, эта проблема осложняется в еще большей степени. Нелегко выполнить привод на оба роллера, сделать систему регулирования давления в них, обеспечить роллеркрафту необходимую управляемость и непотопляемость. Возможно, не удается полностью устранить вынос воды роллером, замыв корпуса и, как следствие, резкое возрастание сопротивления.
А может быть, проблема упирается в габариты и массу? Элементарные подсчеты показывают: чтобы создать необходимую гидростатическую силу поддержания РК водоизмещением 1,5 т при относительной осадке 0,25, два роллера (носовой и кормовой) диаметром по 1,2 м должны иметь ширину около 3,5 м. Длина же аппарата в целом составит 5—6 м, а габаритная высота не менее 2 м. При этом, если верить данным автора проекта, для обеспечения такому РК 30-узловой скорости потребуется двигатель мощностью всего лишь немногим более 10 кВт!
Для РК, сопоставимого по водоизмещению с СПК «Комета», роллеры диаметром 4 м при осадке 1 м будут иметь ширину около 12 м. Ничего не скажешь, конструкция получается внушительная!
Но ведь вовсе не исключено, что черт и действительно не так страшен, как его малюют, и если приняться за дело с умом, не гнаться на первых порах за высокими скоростями, обеспечить привод только на один — передний роллер, то большинство проблем удастся решить?
Может, найдется энтузиаст, который возьмет да и попробует, назло всем скептикам, построить роллеркрафт!