Разбираемся в терминах, катера на воздушных подушках, воздушные подушки и воздушные винты

Сергей Смирнов, г. Н.Новгород

История эта началась 6 апреля 2010 г. В тот день мне на безвозмездной основе был передан каркас аппарата на воздушной подушке. Построен он был в 1994 г. в Нижнем Новгороде на экспериментальном под руководством Алексея Алексеевича Курочкина.

Собственно строителем был сам «дедушка» СВП баллонетной конструкции Владимир Васильевич Моисеев, в те времена далеко не дедушка. Первые выходы аппарата в тот же год сразу попали в фильм про Моисеева под названием «Почти Мюнхгаузен».

В дальнейшем аппарат сначала находился в НПО «Судотехника», затем побывал у каких-то владельцев, в 2004 г, его передали для ремонта в , но ремонт был признан нерентабельным, и аппарат переместили на задний двор. Когда он достался мне, состояние его было весьма плачевное: тканевые оболочки сгнили, несколько труб каркаса отсутствовали.

Мотор остался без «обвески», но живой. Лучше всего сохранился алюминиевый винт, насаженный на коленвал. Фактически в наличии у меня оказался не совсем комплектный каркас, стоимость которого составляла менее 10% от общей цены аналогичного аппарата «Стрелец». Что же со всем этим делать? Недолго поразмышляв и испросив одобрения В.В.Моисеева, я решил, что пора сделать шаг вперед. Вместо ремонта затеял проект практически нового аппарата с использованием элементов конструкции прежнего.

Доработки лодки на воздушной подушке

Итак, чего меня не устраивало в разработке В.В. Моисеева:

1. малая грузоподъемность; при площади подушки 12 м2 возить трех человек (причем не очень хорошо возить) уже не интересно, вместимость следовало увеличить минимум до четырех человек и возить их чуть побыстрее;
2. недостаточные водоизмещающие объемы, особенно в носу; при сбросе давления ВП на скорости существовал риск «превратиться» в подводную лодку. Такой эффект на блюдается на всех подобных аппаратах, на «Стрельцах», например, под ногами водителя размещен дополни тельный объем плавучести — надувная подушка;
3. небольшой КПД нагнетательной и движительной установок;
4. отсутствие комфорта для водителя и пассажиров.

В первую очередь взялся за проектирование подъемно-движительного комплекса (ПДК). Решать задачу «в лоб», путем повышения мощности, значило идти по пути, которым уже прошли . Выгоднее поднять эффективность ПДК через разделение функций нагнетания и движения между отдельными вентиляторами.

История появления

Впервые о подобном изобретении задумался шведский ученый Эммануил Сведенборг в 1716 году, но до конца ее не довел. Развитием занимались другие ученые, пока российский ученый Циолковский не изобрел то, что мы привыкли видеть при слове аэролодка.

В 1995 году появился первый официальный патент, который подал Кристофер Кокерелл. Уже тогда техника могла разогнаться до 130 км/ч.

Компания Север существует с 2014 года и первым делом она занималась выпуском вездеходов из-за любви основателя к охоте и рыбалке. Сейчас это большая по меркам ниши компания, продукцию которой закупают компании и даже МЧС, ну и конечно обычные любители подобного отдыха, хотя именно аэролодки приобретают для какой-то нужды.

О винте для СВП

Далее следовало решить, чем и как все эти винты и вентиляторы крутить? Сначала были варианты конструкции с приводом от одного двигателя, но быстро отпали. Прямой привод не позволяет крутить в оптимальном режиме одновременно нагнетатель и движитель, поэтому остановился на двухмоторном ПДК. С маршевым двигателем все более-менее понятно, главное требование — получение наибольшей тяги.

Следовало повторить конструкцию, опробованную многими дельталетчиками — мотоустановку на базе «Буран-АВИА» с редуктором и винтом для СВП. Поскольку она достаточно компактная и легкая, решил сделать ее поворотной. Очевидный плюс — отсутствие воздушных рулей, «поедающих» около 3% тяги каждый. Встал вопрос выбора вентилятора и двигателя для нагнетательной установки.

Существует эмпирическая зависимость, «формула С.Ф.Горбачевского»:

• Q= 0.062*SП*sqrtРП,
• где Q- расход воздуха в подушку, м3/с; SП — площадь воздушной подушки, м2; РП — давление в подушке, кгс/м2.

При КПД вентилятора 50% потребная мощность нагнетательного двигателя — около 10 кВт. Такие моторы промышленность (правда, китайская) выпускает, и купить их не проблема. Вентилятор тоже нашелся, КАМАЗов-ский, производства ПК «Технотрон», диаметром 710 мм. Но с его компоновкой ничего хорошего не получалось.

То по центровке не проходит, то воздуховод весь аппарат занимает. Примерял я и редукторы от «Аэрохода», и дорогостоящие центробежные нагнетатели от «АКС-Инвеста». Ничего не придумал, кроме как поделить установку на два маленьких мотора с двумя маленькими вентиляторами.

Виды аэроустановок

Выбор мотора

Моторы нашлись для садовой техники, с вертикальным валом, бензиновый двигатель Ruslight 1Р64FV — вес, мощность и даже цена двух маленьких, как у одного большого. Кроме того, маленький вентилятор согласуется по оборотам с мотором без редуктора и аккуратно насаживается прямо на выходной вал.

Вентилятор взял за основу все тот же, «КАМАЗовский», уж больно он мне понравился своей монолитностью и прочностью, правда, под расчетный режим крыльчатку пришлось порядочно обрезать.

Простейшие расчеты дали диаметр согласованного вентилятора 430 мм. Однако в результате долгих размышлений остановился на диаметре 450 мм, стандартном для других подобных вентиляторов (в частности, от «ГАЗ-53»).

В чем преимущество

Не разбирающиеся люди могут выдвинуть претензию «Зачем судно с надувными секциями, ведь от обычной лодки отличия только в размерах?». Преимущество в возможности выехать на берег, двигаться по снегу и даже по льду. Плюс, для этого не обязательно ровное покрытие, судно может переваливаться по ледяным глыбам. На скорости вы можете не притормаживать перед переходом на лед.

И естественно вместимость и грузоподъемность, за счет которых можно брать на борт много человек, либо тяжелый груз. Самая дешевая версия способна перевозить тонну груза.

Сразу расскажем про безопасность, ведь сразу кажется, что льдины и камни пробью подушку и вы потонете. Производитель все прекрасно понимает, поэтому подушка защищена резиновыми накладками – брызговиками на языке автомобилистов. Второй момент – даже если проткнуть половину подушек судно будет держаться на плаву.

Баллоны

Пока я активно занимался приводом, в ОКГ «Сплав» мне склеили баллоны. При их разработке был учтен опыт Моисеева, как положительный, так и отрицательный. Для увеличения водоизмещения в носовой части диаметр увеличили до 420 мм, оконечности баллонов максимально выдвинули вперед, с заходом загнутой части на носовую дугу каркаса.

С целью упрощения и удешевления баллоны взяли бескамерные, с расчетом на усиление подошвы съемным протектором. По длине секционированы на три части гибкими диафрагмами, позволяющими выравнивать давление во всем баллоне через подкачку одной секции.

За склеиванием ПВХ- и полиуретановых тканей прошел почти весь летний отпуск, но сначала были испытания! Сразу после того, как были приклеены карманы на баллоны для крепления труб каркаса, примерил баллоны по месту, а также маршевую мотоустановку (к тому моменту готовую), и 25 июня 2010 г. катамаран-аэроглиссер был спущен в Волгу. Мотор завелся без проблем, первый выход делал один.

При добавлении газа сначала происходит резкий разгон, затем из-за сильных брызг газ приходится убирать. По субъективным ощущениям, с одним человеком скорость на полгаза — около 30 км/ч. Под конец все-таки словил винтом волну, после этого зарекся больше выезжать без подушки — у винта для СВП пострадали кончики лопастей.

Доделка прочих элементов

Дальше по плану была доделка нагнетателей и остальных элементов, отличающих СВП от аэроглиссера. Кольца нагнетателей сделал клепа­ными, из листового АМг-5 и уголка 40x40x4. При первых испытаниях, как и ожидал, вентилятор оказался «тяжелым», для облегчения пришлось подрезать лопасти, в результате моторы стали выкручивать положенные 2500 об/мин.

Первоначально планируемую в качестве протектора «чешую» из ПЭТ решил пока отложить и воспользоваться более проверенными вариантами. Чаще всего нижегородские строители СВП применяют морозостойкую ПВХ-ткань, оклеенную листовым полиуретаном. Затея дорогостоящая, трудоемкая, но гарантирующая результат. Некоторые самые продвинутые строители применяют полиуретановую ткань

«Огса4588». Учитывая гораздо меньшие нагрузки моего аппарата, решил использовать полиуретановую ткань без оклейки. Нужные для этого средства удалось изыскать, и я приобрел 7.5 м2 самой «крутой» ткани, которую не все строители даже в руках держали. Листовым полиуретаном были усилены носовая и кормовая оконечности баллонов, на носу и на корме еще наклеил реданчики.

Из полиуретановой ткани сделал также среднюю часть мешка кормового ограждения и нижнюю кромку носового; средняя часть баллона осталась «голой». Не имея должного опыта, времени на склейку я, конечно, затратил много, но зато сэкономил средства. Торопился очень, бывало, даже пару раз ночевать домой не ездил, спал прямо в цеху, а с утра опять брался за работу. На завершающем этапе ко мне присоединился еще один любитель СВП, Роман.

Как сделать аэролодку самому

Производители предлагают большой ассортимент аэролодок, но их цена довольно высока. В связи с этим в последние годы появилось много мастерских и народных умельцев, изготавливающих глиссеры в кустарных условиях. Динамические характеристики самодельных судов в ряде случаев сопоставимы с заводскими образцами, а стоимость таких лодок значительно меньше.

Корпус

Основа аэроглиссера – это плоскодонная лодка. Для ее изготовления используют пиломатериалы, листовой ПНД и пр. В классическом исполнении – это конструкция из ПВХ баллонов. Самый простой вариант – приобрести готовую надувную лодку, длиной 3,2-4,0 м.

Защита дна

При движении по чистой воде дно надувной лодки не нуждается в дополнительной защите. Но если речь идет о зимней поездке по льду без нее не обойтись. Для брони используют листы высокомолекулярного полиэтилена толщиной около 3 мм. Желательно собрать чешуйчатую конструкцию из 6-7 листов, укладывая их внахлест. Крепление защиты осуществляется посредством люверс ленты.

Двигатель

Для небольших рыбацких лодок в качестве силовых агрегатов могут использоваться лодочные моторы мощностью 10-30 л.с. Двигатель монтируется на стальную раму, которая крепится к транцу. Передача вращения на винт осуществляется либо непосредственно с вала мотора, либо через ременную передачу. Второй вариант предпочтительней, т.к. предполагает расположение двигателя внизу лодки, тогда как при прямой передаче мотор устанавливается примерно на метровой высоте, что чревато заваливанием судна на высокой скорости из-за смещения центра тяжести.

При выборе мотора важной характеристикой является количество оборотов. Окружная скорость на оконечностях лопастей винта должна находится в пределах 200-240 м/с. При превышении верхнего значения (примерно равного 0,7 скорости звука) происходит уплотнение воздуха на кромке лопасти, что приводит к резкому снижению КПД и ухудшению динамических характеристик. Это распространенная ошибка начинающих мастеров, которые собирают аэродинамические установки без расчетов. Исправить ситуации можно при помощи понижающего редуктора.

В продаже имеется достаточно много готовых моделей винтов, в том числе и с регулируемым шагом, однако при наличии достаточных знаний о конструкции этого элемента, его можно изготовить самостоятельно. Как правило, речь идет о двухлопастных винтах, выточенных из цельного деревянного бруса либо отдельных пластин с их последующей склейкой эпоксидным клеем.

Диаметр

В принципе, чем больше диаметр винта, тем лучше его динамические характеристики. Но с точки зрения удобства езды он не должен превышать ширину лодки. Таким образом, с учетом защитной рамы оптимальный диаметр винта – на 10 см меньше габарита судна.

Форма

По форме лопасти бывают:

Криволинейная поверхность обладает лучшими аэродинамическими характеристиками. При этом саблевидная форма способствует снижению уровня шума. Однако учитывая, что рев мотора в любом случае громче винта, а выточка саблевидной формы достаточно сложна, лучше остановиться на овальном варианте с симметричным расположением кромок относительно продольной оси.

Ширина лопастей

Чем тоньше лопасти, тем лучше аэродинамические характеристики винта. В то же время ширина обеспечивает прочность. Таким образом, оптимальный размер лопасти в самом широком месте должен равняться примерно 0,1 D.

Сечение

Изменение угловых значений в сечении лопасти называется круткой винта. Общее правило гласит, что чем больше расчетная скорость судна, тем больше должна быть крутка. Соответственно на тихоходных лодках такие винты будут неэффективны. Полный расчет винта можно выполнить, воспользовавшись специальными программами. По полученным данным изготавливаются шаблоны, после чего лопасти обтачиваются.

Готовый винт нужно проверить на балансировку. Для этого его подващивают на оси в горизонтальном положении. Небольшие огрехи можно исправить шлифовкой или даже нанесением дополнительного слоя лака.

Защита винта

Винт на лодку устанавливается в защитном каркасе, закрытом с обеих сторон проволочной сеткой. Это обязательное условие безопасности. Попадание посторонних предметов (например, сорванной ветром шапки) на работающий пропеллер чревато его разломом и разлетом частей в разные стороны. Нельзя исключать и риск прямого поражения по неосторожности вращающимся винтом людей, что грозит тяжелыми увечьями.

Полная сборка лодки

Окончательную сборку аппарата мы начали 30 июня. Накануне перевезли склеенную «шкуру» из «Сплава» ко мне в гараж, а на следующее утро разложили на лужайке напротив гаража. Все узлы и агрегаты поочередно примеряли один к другому и опробовали, предстояло собрать все окончательно. На первый взгляд, соединения застежками, хомутами и шнуровкой выполнить не так и сложно, но количество соединений оказалось неожиданно большим.

Собирали целый летний день, с небольшими перерывами и с периодическим привлечением к процессу всех случайно и неслучайно проходящих мимо. К вечеру, уже в темноте, удалось запустить оба нагнетательных двигателя и увидеть действие воздушной подушки! Был совершен круг почета вокруг трансформаторной будки на «бурлацкой тяге»! Пыль, поднятая нагнетателями и усугубленная аномальной жарой, улеглась только под утро, когда занялись главным двигателем и маршевым винтом. Винт я уже купил новый:

1. диаметром 1670 мм,
2. со сменными лопастями,
3. казанской .

Мотор встал почти без проблем. Опробовали все моторы по отдельности около дома и на Волгу двинулись уже своим ходом, правда, опять на «бурлацкой тяге».

Прокатиться удалось быстро, но недолго. Очень сильно утомил мотор «Буран», а точнее его неработающий бензонасос, в результате ничего замерить не удалось. Зато по китайским нагнетательным моторам никаких замечаний: дернул за одну веревочку — завелся один, дернул за другую — завелся другой. Нагнетательные моторы вполне оправданно имеют большие воздушные фильтры, поскольку часть пыли засасывается обратно в вентиляторы. Уличная пыль долго висит в воздухе, затем плавно садится на окружающие дома, машины, людей…

В ходе испытаний и доводки мотора в швартовном режиме пришлось поменять несколько блоков зажиганий, статоров и роторов магнето, подобрать подходящие карбюраторы и жиклеры. После этого аппарат начал более-менее прилично ходить, а я учился им управлять. При одном вентиляторе, работающем на полном газу, судно поднимается примерно так же, как при двух работающих на холостом.

Разгрузки хватает, чтобы идти по воде с пассажиром без значительной потери скорости. При одном вентиляторе, работающем на полную, и другом — на холостых, требуется ровно половина расхода, можно плохонько ползти на приспущенных баллонах по песку и мелким камешкам.

Раздельное управление вентиляторами интереса не представляет, никакого крена или разворота не ощущается. При подходе к берегу подушку убираю, чтобы снизить скорость и стабилизировать катер по курсу, перед выползанием из воды добавляю «газ» нагнетателей до полного, а после выхода на берег убираю. Поменяв пассажира, опять добавляю подушку и сползаю задом в воду. После небольшой тренировки стало получаться эффектно. Маршевый двигатель на малых оборотах начинает трясти, от этого возникают некоторые сложности.

Перые тесты лодки на воздушной подушке

Попробовал погонять по песку. На приспущенных баллонах двигается так же, как и по воде. На волнистом песке аппарат «завис», пришлось вылезать и толкать его. После того как баллоны накачал, по воде побежал легче, но стало заметно их «подлипание» на волне. Однажды аппарат на приспущенных баллонах опустили с сильно наклонного берега, а чтобы не сильно нервировать окружающих — без поддува.

При этом носовой дугой зачерпнулось порядочно воды, которая осталась на тканевом куполе ВП. Я запустил нагнетатели на холостой ход, чтобы при запуске маршевого сразу не улететь, и пошел на корму заводить этот двигатель.

Он завелся с пол-оборота, а «газу», видимо, я добавил порядочно — аппарат сполз с берега и пошел. Я с кормы побежал в нос, чтобы ухватиться за штурвал и убавить газ маршевого двигателя. Тут и случилась «подводная лодка»: вода с купола сразу плеснулась вперед, носовая дуга утонула. Я, ухватившись за рычаг газа, не удержался, и вместо того, чтобы убавить газ, нажал рычаг вперед, до «полного».

Маршевый двигатель уперся винтом в воздух и затолкнул аппарат, как мог, под воду. На то, чтобы успеть ухватиться за конструкции и убавить газ, ушла примерно секунда. За это время нагнетатели скрылись под водой полностью, хорошо, что остановились они еще до погружения. Выручили Архимед и его закон: при сбросе газа маршевого двигателя баллоны все-таки всплыли и вытолкнули на поверхность всю конструкцию.

Один нагнетательный мотор удалось запустить сразу, маршевый тоже завелся с первого рывка. Вода попала в воздуховоды и кормовой мешок, одним мотором продуть его не удалось, поэтому к берегу я двигался очень медленно, волоча за собой целый мешок воды. Второй нагнетательный мотор пришлось подергать стартером, при этом из глушителя текла вода, но на пятый рывок он запустился.

На этом геройские подвиги решил закончить — обогнав пару лодок, улетел на базу. Пора измерить какие-нибудь характеристики и сделать выводы. Для полноценных испытаний предстояло совершить переход от моей Балахны по Волге до Нижнего Новгорода. Переход прошел 4 августа без особых происшествий. По 30-градусной жаре прокатиться с ветерком было даже приятно. С собой взял пассажира из числа склонных к авантюризму.

Измеренная по карте протяженность маршрута — 42.3 км, время хода — 55 мин. Один раз мотор заклинило от перегрева. Плеснул масла в бензин, и мы дальше полетели. Вторую остановку сделал около причала Борской переправы — поздоровался с коллегами мотористами-СВПшниками. Некоторые даже узнали в очертаниях аппарата конструкцию, валявшуюся на заднем дворе «АКС-Инвеста».

Шел примерно на полгаза маршевого и полном газу нагнетательных. При добавлении тяги катер прижимал нос и обнаруживал неприятную рыскливость. Бензина ушло в маршевый двигатель 12-13 л и еще в нагнетательные — по бачку (около литра) на каждый.

Что такое аэролодка?

Аэролодки – общее название легких глиссирующих судов, оснащенных воздушным маршевым винтом. В отличие от обычных катеров с гребным приводом, которым требуется определенная глубина, аэроботы способны передвигаться по мелководью, плавням, заболоченным водоемам, горным протокам, льду, снегу, преодолевать небольшие препятствия в виде плавающих бревен, коряг, порогов, торосов. Благодаря этим качествам амфибии популярны среди рыболовов, охотников, любителей активного отдыха. Техника может использоваться для транспортировки пассажиров либо небольших грузов в труднодоступных районах, патрулирования, спасательных операций.