ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПАТРУЛЬНО-РАЗЪЕЗДНОГО МАЛОГО АМФИБИЙНОГО СУДНА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ С ГИБКИМ ОГРАЖДЕНИЕМ БАЛЛОНЕТНОГО ТИПА
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Рассмотрены результаты научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по созданию проекта малого патрульно-разъездного амфибийного судна на воздушной подушке с гибким ограждением баллонетного типа. Прототипом послужило малое пассажирское судно на воздушной подушке «Галф» (разработка и производство компании ЗАО «Н Ситек»). Данное судно имеет ряд недостатков: недостаточная управляемость на малых скоростях; высокие энергозатраты на подъемный комплекс; неоптимальная центровка; неудовлетворительная остойчивость. Задача исследований - поиск новых технических решений и формирование рекомендаций для проекта нового судна. Проводились как теоретические расчеты на основе российских и зарубежных методик, так и экспериментальная отработка предложенных технических решений. Установлено, что двухвинтовая схема движительного комплекса обеспечивает лучшую управляемость по сравнению с одновинтовой, что для патрульного катера имеет особое значение. Расположение нагнетательного комплекса в носу судна обеспечивает необходимое распределение масс. Предложен осевой нагнетательный вентилятор, расположенный в носу судна; двухмоторная силовая установка с двумя воздушными винтами; новая схема гибкого ограждения с увеличенным диаметром баллонов. Построена самоходная модель для исследования особенностей работы нагнетательной установки с носовым расположением вентилятора, проведены ее испытания. Предложен ряд рекомендаций по техническим решениям для проекта нового судна, учитывающих Правила Российского речного регистра, в том числе в части остойчивости, управляемости и безопасности. На базе рекомендаций разработан технорабочий проект и построено головное судно проекта «Орион». Максимальная скорость нового судна увеличилась до 90 км/ч. Коэффициент утилизации дедвейта - 0,5, что является хорошим показателем для данного типа судов.

Ключевые слова:
амфибийное судно, гибкое ограждение, баллонеты, патрульно-разъездное судно, маршевый винт, нагнетательный вентилятор, дедвейт
Текст
Введение Амфибийное судно на воздушной подушке является незаменимым средством для выполнения задач патрулирования и береговой охраны, особенно в труднодоступных районах. Такое судно способно двигаться по воде, снегу, льду, грунту, преодолевать отмели, болота, торосы и прочие препятствия; имеет высокие маневренные характеристики (способность выполнить разворот на месте на 360 º за несколько секунд). При этом данный тип судна способен развивать значительную скорость при движении по относительно ровной опорной поверхности. С учетом вышеизложенного перед нами стояла задача создать проект малого патрульно-разъездного амфибийного судна на воздушной подушке (СВП). Прототипом послужил амфибийный прогулочный катер (рис. 1) с гибким ограждением баллонетного типа проекта «Галф» (разработка и производство компании ЗАО «Н Ситек» [1]. Судно-прототип обладает хорошими скоростными характеристиками (максимальная скорость на тихой воде - 70 км/ч), имеет простую конструкцию, что позволяет производить несложный ремонт в полевых условиях. Применение гибкого ограждение баллонетного типа обеспечивает минимальный расход воздуха для создания воздушной подушки, близкой к данному показателю для скеговых неамфибийных СВП, при этом податливость надувных скег наделяет судно свойством амфибийности, присущим СВП с гибким ограждением классического типа [2]. При всех указанных преимуществах судно имеет ряд недостатков, не позволяющих получить приемлемые технические характеристики: - остойчивость судна, которая не соответствует Правилам полетов по приборам (ППП) [3]; - значительное различие в положении центра масс судна порожнем и грузом, не позволяющее выдерживать оптимальный угол дифферента при движении; - недостаточная управляемость на малых скоростях; - высокие энергозатраты на нагнетательный комплекс. Рис. 1. Общий вид прототипа Все это обусловило необходимость проведения научно-исследовательской и опытно конструкторской работы для решения поставленной задачи. Методики и результаты исследований Нами был проанализирован ряд российских и зарубежных проектов амфибийных СВП с гибким ограждением классического [4-6] и баллонетного [2] типов. На основе результатов исследований произведены расчеты основных параметров проектируемого судна как для СВП с гибким ограждением классического типа, так и для скеговых неамфибийных СВП. Однако указанные расчеты не учитывают особенности функционирования гибкого ограждения баллонетного типа, которое занимает некоторое промежуточное положение между двумя вышеупомянутыми разновидностями ограждений воздушной подушки. В связи с этим большая роль отводится натурным экспериментам, для проверки функционирования аэрогидродинамичекой компоновки с альтернативным расположением нагнетательного вентилятора (рис. 2). Рис. 2. Опытный образец СВП с носовым расположением нагнетательного вентилятора По результатам научно-исследовательской работы был разработан и построен опытный образец судна «Орион» (рис. 3) с учетом следующих рекомендаций. Рис. 3. СВП проекта «Орион» 1. Двухъярусная двухбаллонетная схема гибкого ограждения, примененная на прототипе проекта «Галф», является приемлемой для разработки, на ее базе, гибкого ограждения на новом проекте судна. 2. Основные габариты судна проекта «Галф» являются практически оптимальными для проекта СВП данного типа, исходя из условия минимальной массы конструкции при требуемых ходовых, маневренных, амфибийных характеристик и минимальных энергетических затратах маршевого и подъемно-нагнетательного комплекса. 3. В связи с расположением нагнетательных вентиляторов в носу судна за ходовой рубкой и в непосредственной близости от маршевого винта, наблюдается искажение оптимального поля скоростей у входного устройства нагнетательных вентиляторов от действия маршевого винта и потоков, сходящих с рубки. Это значительно снижает КПД подъемно-нагнетательного комплекса. На новом проекте СВП рекомендуется применить нагнетательный вентилятор с носовым расположением, прототип которого отработан на самоходной модели. Помимо повышения эффективности подъемно-нагнетательного комплекса такое расположение вентилятора с его приводом обеспечит оптимальную центровку судна. 4. Прототип судна проекта «Галф» разрабатывался в соответствии с требованиями Государственной инспекции по маломерным судам. В нем не учтены требования к снабжению и оборудованию данного типа судов, предъявляемых ППП. Для нового проекта была разработана новая схема общего расположения, в которой учитывалось размещение радиосвязного и навигационного оборудования, снабжения, спасательных средств, отвечающих требованиям класса «Р» Российского речного регистра. 5. Маршевый движитель одновинтовой схемы ухудшает управляемость, особенно на малых скоростях, что обусловлено наличием реактивных и гироскопических моментов от вращающегося коленчатого вала двигателя, трансмиссии, воздушного винта, а также связано с асимметрией аэродинамического следа за воздушным винтом. Воздушный руль, расположенный за кольцевой насадкой маршевого винта, имеет недостаточную эффективность при низких оборота и малых скоростях движения. Для нового проекта СВП была предложена двухдвигательная двухвинтовая схема, с вращением винтов в противоположные стороны. Это обеспечило повышение управляемости на малых скоростях хода за счет «разнотяга» двигателей, уравновешивания моментов от вращающихся винтов и симметричного поля скоростей, за счет разнонаправленного вращения маршевых винтов. 6. На новом проекте СВП рекомендуется установить систему изменения давления в баллонах нижнего яруса для повышения проходимости судна при движении по неровной поверхности. Заключение По результатам ходовых испытаний нового СВП проекта «Орион» подтвердилась правильность рекомендаций, разработанных на стадии научно-исследовательской работы. По сравнению с прототипом новое судно обладает повышенной маневренностью на малых скоростях, максимальная скорость на тихой воде увеличилась до 90 км/ч. Коэффициент утилизации дедвейта - 0,5, что является хорошим показателем и говорит о рациональности архитектурно-компоновочных решениях судна. Данный проект обладает достаточной поперечной устойчивостью, соответствующей требованиям Правил Российского речного регистра.
Список литературы

1. URL: http://www.nsitek.ru (дата обращения: 10.07.2014).

2. Кальясов П. С. Численное моделирование аэрогидродинамики амфибийных судов на воздушной подушке с гибким ограждением баллонетного типа: дис. … канд. техн. наук / П. С. Кальясов. Нижний Новгород: ННГУ им. Н. И. Лобачевского, 2011. 137 с.

3. Российский речной регистр. М., 2002. Т. 2 // URL: https://standartgost.ru/b/pkey-14293827287.

4. Yun L. Theory and design air cushion craft / L. Yun, A. Bliault. London: Arnold, 2000. 647 p.

5. Ваганов А. М. Проектирование скоростных судов / А. М. Ваганов. Л.: Судостроение, 1978. 279 с.

6. Колызаев Б. А. Особенности проектирования судов с новыми принципами поддержания / Б. А. Колызаев, А. И. Косоруков, В. А. Литвиненко, Г. И. Попов. Л.: Судостроение, 1974. 324 с.