Ett bärplansfartyg ( SPK ) är ett fartyg som stöds ovanför vattenytan medan det rör sig i driftläge av hydrodynamiska krafter som uppstår på bärplansbåtar [1] [2] .
De bärplansbåtar som är placerade under skrovet skapar lyft och höjer delvis eller helt fartygets skrov över vattenytan, vilket leder till en betydande minskning av motståndet mot rörelse och gör att du kan utveckla hastighet som är ouppnåelig för traditionella deplacementfartyg [2] .
På parkeringsplatsen och vid färd med låg hastighet hålls bärplansbåten på vattnet på grund av Archimedes kraft , som ett vanligt deplacementfartyg . I hög hastighet, på grund av lyftet som skapas av dessa vingar, reser sig fartyget över vattnet. Samtidigt reduceras området för kontakt med vatten avsevärt, och följaktligen vattnets hydrodynamiska och frontala motstånd , vilket gör att du kan utveckla en högre hastighet.
För SPK är den ekonomiskt gångbara hastigheten begränsad till cirka 100 km/h (i modern militär SPK är hastigheten begränsad till 180 km/h). Denna begränsning orsakas av problemet med bärplanskavitation ( kokning av vatten på grund av en minskning av trycket i flödet runt vingen), som sker med en hastighet av 60-80 knop och kraftigt minskar dess hydrodynamiska egenskaper [2] . Och även om de lågt nedsänkta bärplansfartygen skapade under ledning av R. E. Alekseev lyckades uppnå hastigheter på upp till 140 km / h med ett icke-kavitationsflöde runt vingen, visade sig SPC vara föga lovande för att ytterligare öka hastigheten .
Det finns två typer av bärplansbåtar - en delvis nedsänkt vinge (eller U-vinge) och en helt nedsänkt vinge (en inverterad T -formad vinge ).
Fartyg med helt nedsänkta vingar är mindre benägna att vågrörelser, så de är mer stabila och bekväma, särskilt när de används till sjöss. Men helt nedsänkta vingar kräver konstant kontroll, så de har blivit allmänt använda med datorernas tillkomst . Naturligtvis måste sådana datorer vara mycket pålitliga, för om de misslyckas kommer fartyget att falla i vattnet och kan till och med kantra.
Fartyg med helt nedsänkta vingar har dykt upp relativt nyligen, innan dess användes fartyg med U-formade vingar, som inte kräver konstant kontroll.
Vanligtvis har bärplansbåtar två vingar, som kan vara olika placerade i förhållande till varandra och fartygets skrov.
Flygplans- och canardlayouter används på små farkoster, tandemlayouter på större.
Bärplan styrs på två sätt: genom att ändra anfallsvinkeln (i detta fall roterar hela vingen) eller genom att använda klaffar .
Kroppen på SPK har vanligtvis skarpa konturer. För att minska tiden för åtkomst till vingarna på kärlets botten används redan redan [2] .
Hydrofoils använder antingen en dieselmotor ( i vilket fall de är motorfartyg ) eller en gasturbinmotor (i vilket fall de är gasturbinfartyg ) som en motor .
Det finns en experimentell segeldriven bärplansbåt " Hydroptère "
En propeller eller en vattenjetframdrivningsenhet kan användas som propeller . Vid höga hastigheter är verkningsgraden för en vattenstråle högre än för en propeller, speciellt vid hastigheter över 100 knop [3] . Propellern är kopplad till motorn genom en växellåda .
De första försöken att skapa en bärplansbåt gjordes i slutet av 1800-talet. 1897 byggde och testade en rysk undersåte, Charles de Lambert, som bodde i Frankrike, en liten bärplansbåt på Seine . Kraften hos ångmaskinen som användes på detta fartyg som motor räckte dock inte till för att utveckla den hastighet som var nödvändig för att fartygets skrov skulle lyfta sig över vattnet [4] .
Mer framgångsrika var experimenten från den italienske uppfinnaren Enrico Forlanini. Han har experimenterat med bärplansmodeller sedan 1898. År 1906 nådde det experimentella fartyget i full storlek som han skapade en hastighet på 68 km/h (42,5 miles/timme) under tester på Lake Lago Majore . Den här båten hade vingar i flera nivåer som något annat .
År 1906 publicerade uppfinnaren William E. Meachham i den amerikanska tidskriften Scientific American en artikel om de grundläggande principerna för bärplansdrift. Den här artikeln intresserade Alexander Bell . Till en början utförde han teoretisk forskning och 1908 började han tillsammans med uppfinnaren Frederick Baldwin ( eng. Frederick W. Baldwin ) testa modeller.
Baldwin studerade den italienska uppfinnaren Enrico Forlaninis arbete och testade modeller baserade på hans design. Under Bells världsturné 1910-1911 träffade Bell och Baldwin Forlanini i Italien . Tillsammans red de på Lake Lago Majore på en bärplansbåt skapad av Forlanini. Enligt Baldwins beskrivningar rörde sig båten lika smidigt som om den flög. Tillbaka i Kanada fortsatte uppfinnarna att utveckla bärplansbåten. Som ett resultat byggde de ett fartyg som fick HD-4-index. Detta fartyg drevs av Renault-motorer. Den nådde hastigheter på upp till 87 km/h (54 mph), accelererade snabbt, övervann vågor utan problem, var lätt att kontrollera och var mycket stabil. Bell skickade en rapport till den amerikanska flottan . Marinen var intresserad av hans experiment och gav honom möjlighet att köpa två motorer med en kapacitet på 260 kW (350 hk). Den 9 september 1919 satte HD-4 ett världsvattenhastighetsrekord på 114 km/h (70,86 mph). Detta rekord stod sig i tio år.
Mellan 1873 och 1914 arbetade den brittiska skeppsbyggaren Thornycroft bärplansmodeller Dessa modeller hade bara en bärplansbåt i fören på redan skrovet. 1909 byggde hans företag ett 22 fot långt fartyg i full storlek som heter Miranda III . Den drevs av en 60 hk motor. Med. Liksom modellerna hade detta fartyg bara en främre bärplansbåt och skrovet reste sig inte helt ur vattnet. Under förflyttningen lutade fartyget sig mot bogvingen och den platta delen av botten i aktern. Miranda III följdes av Miranda IV , som nådde hastigheter på upp till 35 knop.
På 1930- och 1940-talen arbetade en framstående specialist inom SEC Hanns von Schertel i Tyskland . 1944 byggde han ett fartyg med en deplacement på 80 ton. Med en last på 20 ton ombord utvecklade den en hastighet på upp till 40 knop (cirka 74 km / h) med en våghöjd på 1,8 m. Efter kriget fördes anställda från dess designbyrå till Sovjetunionen , men Shertel själv lyckades flytta till Schweiz , där han grundade företaget Supramar.
1952 byggde Supramar världens första kommersiella bärplansbåt. Den fick beteckningen PT 10 och namnet Freccia d'Oro. Detta fartyg gjorde resor på Lake Lago Majore mellan Locarno (Schweiz) och Stresa (Italien). Detta fartyg hade delvis nedsänkta vingar, tog ombord 32 passagerare och utvecklade en hastighet på 35 knop. Kommersiell verksamhet började den 15 maj 1953. Detta fartyg hade ganska blygsamma dimensioner: längden var 14,2 meter, förskjutningen var cirka tio ton. Kroppen var av trä. Fartyget drevs av en Daimler Benz typ MB 507 dieselmotor med en kapacitet på 800 hk. Med.
Den första passagerarbåten i världen som gick i serie var PT 20 -typen . Sedan 1950-talet har dessa fartyg byggts på licens från Supramar av Rodriquez. Rodriquez började bygga PT 20 1955. Den första PT 20:an togs i bruk 1956. Detta fartyg heter Frecia del Sole och användes som en färja över Messinasundet . Det var den första bärplansbåten som godkändes för användning till sjöss. PT 20 hade ett deplacement på 32 ton, transporterade 72 passagerare och nådde en hastighet på 35 knop.
Från 1953 till 1971 utvecklade Supramar en hel serie bärplansbåtar: PT 20, PT 50, PT 75, PT 100 och PT 150. Med undantag för PT 150 tillhörde de alla fartyg med en delvis nedsänkt vinge. Totalt byggdes mer än tvåhundra fartyg designade av Supramar, de flesta byggda på licens av Rodriquez i Italien. Ett antal sådana fartyg byggdes också av Hitachi i Japan .
I Sovjetunionen började experimentellt arbete på bärplansbåtar 1933. TsAGI- ingenjörerna V. G. Frolov och A. N. Vladimirov genomförde de första studierna av bärplansbåtar i TsAGI hydrokanal, den första självgående modellen av SPK som väger 300 kg med en 10 kW motor utvecklade en hastighet på 32 km / h på vingarna, samtidigt tid forskare Keldysh M. V. , Kochin N. E. , Lavrentiev M. A. , Sedov L. I. och L. N. Sretensky utförde de första grundläggande teoretiska studierna av hydrodynamiken i vingen nära vattenytan, arbetet översattes till många språk.
1937 och 1941 testade TsAGI båtar med kontrollerade djupt nedsänkta vingar av L.A. Epshtein -systemet . Med en massa på 1,3 ton och en effekt på 96 kW har båten med propeller en toppfart på 100 km/h. Under efterkrigstiden 1946-47 studerades båtar med V-formade vingar av Shretel-systemet vid TsAGI [5] .
Den största praktiska framgången uppnåddes av en ung examen från Gorky Industrial (Polytechnic) Institute Rostislav Alekseev , som 1941 började sin karriär vid Krasnoye Sormovo- fabriken som kontrollförman för acceptans av T-34-tankar. Till stor del tack vare eget initiativ och stöd från ledningen lyckades han under krigets svåra dagar organisera en designbyrå för utveckling av bärplansbåtar, som senare blev landets ledande designbyrå för höghastighetsfarkoster och ekranoplan .
Alekseevs första SPK, A-4-båten, testades i november 1943. Den experimentella båten A-7, som skapades 1947, var enligt dess schema faktiskt en prototyp av framtida flodpassagerare SPK på lågt nedsänkta vingar. Det första projektet av en flodpassagerare SPK slutfördes av Design Bureau 1949, men endast en självgående modell tillverkades. Ytterligare arbete var fokuserat på skapandet av bärplanstorpedbåtar, civil utveckling fortsatte på initiativbasis.
Framgångarna för Hans Schretel och företaget Supramar i mitten av 1950-talet väckte intresse för passagerar-SEC i Sovjetunionen. 1955 besöktes Alekseev Design Bureau (en gren av TsKB-19) av ministern för flodflottan Shashkov Z.A. och blev förvånad över vad han såg. Vid det efterföljande utökade mötet i anläggningens festkommitté övervägs, godkänns och rekommenderas ett utkast till design av det första passagerarbåten. Sedan 1956 påbörjades utformningen och sedan konstruktionen, som finansieras av ministeriet för flodflottan [6] .
Det första passagerarbåten "Rocket-1" inledde provdrift den 25 augusti 1957 på Gorky - Kazan -linjen . Sedan slutet av 1950-talet började serieproduktionen av passagerarbåtar " Rocket ", " Meteor ", " Kometa " och " Vitryssland ". På 1970- och 1980-talen följde andra generationens passagerare SPK Voskhod , Polissya , Kolkhida , Cyclone och Lastochka .
I enstaka exemplar på 1960-talet, experimentpassageraren SPK Strela-1 (den första sjöpassageraren SPK i Sovjetunionen, 1961), Strela-2 (1962), Strela-3 (1963) , Burevestnik "(1964), " Måsen " , " Sputnik " (1961), " Whirlwind ", " Albatross " (1988).
Nästan alla sovjetiska passagerare SPK använde lågt nedsänkta självstabiliserande vingar, som fungerade bra på flod-, sjö- och havskustlinjer med en sjövärdighetsgräns på 3-4 poäng. Den enda marina passagerar-SPK med automatiskt styrda djupt nedsänkta vingar av projekt 1233 Typhoon utvecklades 1969 vid Almaz Design Bureau och var i provdrift i ungefär ett år. Trots de fördelar som uppnåtts i sjöduglighet och en rekordhög hastighet har denna riktning inte utvecklats på grund av de avsevärt ökade kostnaderna för konstruktion och drift av sådana system.
Hydrofoilbåtar " Volga " och "Moskva" tillverkades i Sovjetunionen för fartygsövervakningstjänster och räddningsstationer.
Militära bärplansfartyg byggdes också i Sovjetunionen.
De flesta av de sovjetiska bärplansbåtarna utvecklades vid Central Design Bureau for Hydrofoils och Volga Pilot Plant under ledning av den framstående ingenjören Rostislav Alekseev . Trots det faktum att produktionen av SPK lanserades senare än alla andra i Sovjetunionen, var deras produktion den mest massiva, i synnerhet lyckades Boeing Marine Systems bygga cirka 40 SPK, den schweiziska Supramar - cirka 150 och Sovjetunionen - mer än 1300. Sovjetiska passagerar-SPK kännetecknades av höga tekniska-ekonomiska indikatorer, kostnaden för en passagerarkilometer uppgick 1964 till 1,38 kopek, och biljettpriset och restid var mindre än på liknande busslinjer [7] . Sovjetunionen blev ledande i produktionen av SPK i världen. Tack vare allt detta blev sovjetiska SPK:er en viktig exportprodukt, såldes och drevs runt om i världen i tre dussin länder på olika kontinenter, och tidningen Popular Mechanics uttryckte åsikten att i den moderna världen, med ordet "hydrofoilbåtar" ( eng. Hydrofoilbåtar ) representerar i första hand sovjettillverkade modeller [8] .
Postsovjetiska länderFörsvinnandet av Sovjetunionen sammanföll med en global nedgång i intresset för SPC, orsakad av stigande energipriser och den tillhörande försämringen av lönsamheten för sådana fartyg. 1993 sjösattes två fartyg från Olympia- projektet [8] i Ukraina (på Krim) , och ytterligare två lades ner 2002 (från och med 2015, 70 % beredskap).
På 2000-talet 4 Katranskepp byggdes i Ryssland (modernisering av Colchis-typ).
För närvarande har varvsfabriken i Vympel återupptagit byggandet av en SPK vid fabriken i Rybinsk. Ledarskeppet för projekt 23160 " Kometa 120M " för 120 personer lades ner i augusti 2013, dess skrov är tillverkat av aluminiumlegeringar, vingar är gjorda av rostfritt stål. Formgivaren av fartyget var JSC Central Design Bureau för Alekseev SEC [8] . Fartygets egenhet i jämförelse med prototypen som designades på sovjettiden var tillägget av klaffar för att stabilisera fartyget och mildra vågstötar under vågor upp till 4 punkter [9] . Det första av de tillverkade fartygen fick namnet "Måsen", för att hedra anropssignalen för den första kvinnliga kosmonauten Valentina Tereshkova [10] . Sedan augusti 2018 har fartyget startat reguljära flygningar mellan Sevastopol och Jalta [11] . I juli 2019 är det planerat att lansera ytterligare två SPK av detta projekt i Sevastopol, som kommer att transportera passagerare längs nya rutter [12] .
I slutet av september 2017, i Chkalovsk , sjösattes ett litet fartyg från Valdai 45R- projektet med en kapacitet på 45 personer, designat av Alekseev SEC . Det var planerat att skeppet skulle börja navigera 2018, inklusive i St. Petersburg som en del av fotbolls-VM 2018 [13] . Det andra fartyget i projektet sjösattes den 5 maj 2018 [14] . Det antas att de första fartygen i projektet kommer att fungera i Khanty-Mansiysk autonoma Okrug; 2019 är det planerat att bygga ytterligare två SEC av detta projekt [15] . Förhandlingar om leverans av fyra fartyg förs av regeringen i Nizhny Novgorod-regionen för att öppna flodrutterna Nizhny Novgorod - Gorodets och Nizhny Novgorod - Makaryevo [16] .
Ministeriet för industri och handel tillkännagav också sin beredskap att finansiera byggandet av ett moderniserat höghastighets bärplansfartyg " Cyclone " med en passagerarkapacitet på 300 personer för Fjärran Östern och Östersjön. I raden av bärplansprojekt utvecklade av Central Design Bureau. Alekseev, det finns ett gasturbinfordon "Cyclone 250M", designat för att bära 250 passagerare [17] .
23 december 2019 på Centralkliniken för SPK im. R. Alekseev lade ner det ledande skeppet för projekt 03580 " Meteor 120R ", designat för att ersätta de gamla "Meteorerna" [18] .
I USA utfördes utvecklingen av bärplansbåtar av Boeing . Boeing byggde sin första bärplansbåt 1962. Den använde en vattenstråle som framdrivningsanordning. 1967 byggde Boeing kanonbåten Tucumcari med ett deplacement på 57 ton och en längd på 12,5 meter. Tucumcari var det första stora fartyget som använde en vattenstråle istället för en propeller. Han tjänade med framgång i Vietnamkriget . På basis av detta fartyg skapades en hel klass av hydrofoilpatrullmissilbåtar ( English Patrol Hydrofoil Missileship (PHM) ). Det första fartyget av denna typ, Pegasus, kom in i flottan den 9 juli 1977. Därefter byggde Boeing ytterligare fem sådana fartyg för den amerikanska flottan (denna klass av fartyg kallades Pegasus, efter det ledande skeppet). De tjänstgjorde till 1993.
Dessa fartyg var snabba och tungt beväpnade och kunde sänka även de största ytfartygen.
Pegasi användes främst som patrullbåtar för att förhindra narkotikahandel . På grund av sin snabbhet var de en riktig mardröm för smugglare.
Förutom krigsfartyg skapade Boeing även civila bärplansbåtar. Den typ av civila fartyg som skapades av Boeing kallades "Jetfoil" ( Jetfoil ). "Jetfoils" avser fartyg med helt nedsänkta vingar. De använde vattenkanoner som framdrivning. De första testerna av Jetfoil ägde rum den 29 mars 1974 . Mer än tjugo Jetfoyls byggdes därefter. "Jetfoils" var stora sjövärdiga fartyg som tog ombord från 167 till 400 passagerare (beroende på modifiering) [19] . "Jetfoils" används främst som snabba sjöfärjor i Hong Kong , Japan , Kanarieöarna , Saudiarabien , Indonesien , Storbritannien och Frankrike (som en färja över kanalen ). I Japan byggs Jetfoils på licens av Kawasaki .
I slutet av 1960-talet byggde och testade den kanadensiska flottan ett höghastighets bärplansbåt mot ubåt vid namn HMCS Bras d'Or. Bras d'Or syftar på bärplansbåtar med en delvis nedsänkt vinge. Han utvecklade en hastighet på upp till 63 knop (116,7 km/h). Detta projekt fick dock ingen vidareutveckling, på grund av en förändring i Kanadas militärdoktrin. Bras d'Or drogs tillbaka från flottan 1971. Det mesta av utrustningen är såld. Bras d'Or finns nu på ett museum.
Sedan slutet av 1970-talet har den italienska marinen drivit sex bärplansbåtar av Nibbio-klassen. De var beväpnade med en 76 mm kanon och två raketer. Dessa fartyg utvecklade hastigheter upp till 50 knop (92,6 km/h).
För närvarande används SPK flitigt i Italien för passagerartransport (Liberty lines company). Det lokala namnet för denna klass av fartyg är aliscafo ( ital. aliscafo ).
Bärplansbåtar blomstrade i popularitet i början av 1960-talet. År 1963 var fartyg av denna typ involverade i passagerarnavigering på Volga , Dnepr , Ob , Irtysh , Amur och andra vattenvägar i landet. Passagerartrafikprognosen för 1963 var 2 miljoner passagerare, vilket var 50 % högre än den faktiska siffran för det senaste 1962 [20] . För närvarande består huvudflottan av passagerar-SEC i Ryssland av fartyg byggda i Sovjetunionen. Totalt cirka trehundra "raketer", fyrahundra "meteorer", hundra "kometer", fyrtio "Vitryssland", trehundra "soluppgång", hundra "polesie", fyrtio "kolchis" och "Katran" [8] byggdes .
| Fartygsklassificering _ | |
|---|---|
| Fartyg efter motorkonstruktion |
|
| Med bil | |
| Hull Accommodation Vessels |
|
| Användningsområden | |
| Kollektivtrafik | |
|---|---|
| Järnväg | |
| Spårlös rutt |
|
| Vatten | |
| Luft | |
| Legosoldat | |
| Övrig | |
| Allmänna villkor | |
| Ombordstigning och avstigning av passagerare |
|
| Biljettbetalning |
|
| Infrastruktur | |
| Kontrollera | |
