Et hydrofoilfartøj ( SPK ) er et fartøj, der understøttes over vandoverfladen , mens det bevæger sig i driftstilstand af hydrodynamiske kræfter, der opstår på hydrofoils [1] [2] .
Hydrofoilerne placeret under skroget skaber løft og hæver helt eller delvist skibets skrog over vandoverfladen, hvilket medfører en væsentlig reduktion af modstanden mod bevægelse og giver dig mulighed for at udvikle en hastighed, der er uopnåelig for traditionelle forskydningsskibe [2] .
På parkeringspladsen og ved lav hastighed holdes hydrofoilen på vandet på grund af Archimedes kraft , som et almindeligt forskydningsfartøj . Ved høj hastighed, på grund af løftet skabt af disse vinger, hæver skibet sig over vandet. Samtidig er området for kontakt med vand betydeligt reduceret, og følgelig vandets hydrodynamiske og frontale modstand , hvilket giver dig mulighed for at udvikle en højere hastighed.
For SPK er den økonomisk rentable hastighed begrænset til omkring 100 km/t (i moderne militær SPK er hastigheden begrænset til 180 km/t). Denne begrænsning er forårsaget af problemet med hydrofoil kavitation (kogning af vand på grund af et fald i trykket i strømmen rundt om vingen), som opstår med en hastighed på 60-80 knob og kraftigt reducerer dens hydrodynamiske egenskaber [2] . Og selvom de lavt nedsænkede hydrofoilskibe skabt under ledelse af R. E. Alekseev formåede at opnå hastigheder på op til 140 km/t med en ikke-kavitationel strømning rundt om vingen, viste SPC sig at være meget lovende for yderligere at øge hastigheden .
Der er to typer hydrofoils - en delvist nedsænket vinge (eller U-vinge) og en fuldt neddykket vinge (en omvendt T -formet vinge ).
Fartøjer med fuldt nedsænkede vinger er mindre tilbøjelige til bølgebevægelser, så de er mere stabile og komfortable, især når de bruges til søs. Fuldt nedsænkede vinger kræver dog konstant kontrol, så de er blevet meget brugt med fremkomsten af computere . Naturligvis skal sådanne computere være meget pålidelige, for hvis de fejler, vil skibet falde i vandet og måske endda kæntre.
Fartøjer med fuldt nedsænkede vinger er dukket op for relativt nylig, før det blev der brugt fartøjer med U-formede vinger, som ikke kræver konstant kontrol.
Typisk har hydrofoils to vinger, som kan placeres forskelligt i forhold til hinanden og fartøjets skrog.
Fly- og canard-layouts bruges på små fartøjer, tandem-layout på større.
Hydrofoils styres på to måder: ved at ændre angrebsvinklen (i dette tilfælde roterer hele vingen) eller ved at bruge klapper .
Kroppen af SPK har normalt skarpe hagede konturer. For at reducere adgangstiden til vingerne på bunden af fartøjet, bruges redans ofte [2] .
Hydrofoils bruger enten en dieselmotor ( i hvilket tilfælde de er motorskibe ) eller en gasturbinemotor (i hvilket tilfælde de er gasturbineskibe ) som motor .
Der er en eksperimentel sejldrevet hydrofoil " Hydroptère "
En propel eller en vandstrålefremdrivningsenhed kan bruges som propel . Ved høje hastigheder er effektiviteten af en vandstråle højere end en propel, især ved hastigheder over 100 knob [3] . Propellen er forbundet til motoren gennem en gearkasse .
De første forsøg på at skabe en hydrofoil blev lavet i slutningen af det 19. århundrede. I 1897 byggede og testede en russisk subjekt, Charles de Lambert, som boede i Frankrig, en lille hydrofoilbåd på Seinen . Imidlertid var kraften fra dampmaskinen, der blev brugt på dette skib som motor, ikke nok til at udvikle den nødvendige hastighed for, at skibets skrog kunne hæve sig over vandet [4] .
Mere vellykkede var den italienske opfinder Enrico Forlaninis eksperimenter. Han har eksperimenteret med hydrofoilmodeller siden 1898. I 1906 nåede det eksperimentelle fartøj i fuld størrelse, han skabte, en hastighed på 68 km/t (42,5 miles/time) under test på Lake Lago Majore . Denne båd havde vinger i flere niveauer som noget andet .
I 1906 publicerede opfinderen William E. Meachham i det amerikanske tidsskrift Scientific American en artikel om de grundlæggende principper for hydrofoildrift. Denne artikel interesserede Alexander Bell . Først udførte han teoretisk forskning, og i 1908 begyndte han sammen med opfinderen Frederick Baldwin ( eng. Frederick W. Baldwin ) at teste modeller.
Baldwin studerede den italienske opfinder Enrico Forlaninis arbejde og testede modeller baseret på hans designs. Under Bells verdensturné i 1910-1911 mødte Bell og Baldwin Forlanini i Italien . Sammen red de på Lake Lago Majore på en hydrofoilbåd skabt af Forlanini. Ifølge Baldwins beskrivelser bevægede båden sig lige så jævnt, som om den fløj. Tilbage i Canada fortsatte opfinderne med at udvikle hydrofoilen. Som et resultat byggede de et fartøj, der modtog HD-4-indekset. Dette skib blev drevet af Renault-motorer. Den nåede hastigheder på op til 87 km/t (54 mph), accelererede hurtigt, overkom bølger uden problemer, var nem at kontrollere og var meget stabil. Bell sendte en rapport til den amerikanske flåde . Søværnet var interesseret i hans eksperimenter og gav ham mulighed for at købe to motorer med en kapacitet på 260 kW (350 hk). Den 9. september 1919 satte HD-4 en verdensrekord for vandhastighed på 114 km/t (70,86 mph). Denne rekord stod i ti år.
Mellem 1873 og 1914 arbejdede den britiske skibsbygger Thornycroft hydrofoilmodeller Disse modeller havde kun én hydrofoil i stævnen af redan skroget. I 1909 byggede hans firma et 22 fod langt fartøj i fuld størrelse kaldet Miranda III . Den blev drevet af en 60 hk motor. Med. Ligesom modellerne havde dette fartøj kun én fremadgående hydrofoil, og skroget rejste sig ikke helt op af vandet. Under bevægelsen støttede skibet sig på stævnvingen og den flade del af bunden i agterstavnen. Miranda III blev efterfulgt af Miranda IV , som nåede hastigheder på op til 35 knob.
I 1930'erne og 1940'erne arbejdede en fremtrædende specialist i SEC Hanns von Schertel i Tyskland . I 1944 byggede han et skib med en deplacement på 80 tons. Med en last på 20 tons ombord udviklede den en hastighed på op til 40 knob (ca. 74 km/t) med en bølgehøjde på 1,8 m. Efter krigen blev medarbejdere fra dets designbureau ført til USSR , men Shertel selv nåede at flytte til Schweiz , hvor han grundlagde Supramar-virksomheden.
I 1952 byggede Supramar verdens første kommercielle hydrofoilbåd. Den fik betegnelsen PT 10 og navnet Freccia d'Oro. Dette skib foretog rejser på Lake Lago Majore mellem Locarno (Schweiz) og Stresa (Italien). Dette skib havde delvist nedsænkede vinger, tog 32 passagerer ombord og udviklede en fart på 35 knob. Kommerciel drift begyndte den 15. maj 1953. Dette skib havde ret beskedne dimensioner: længden var 14,2 meter, forskydningen var omkring ti tons. Kroppen var af træ. Fartøjet blev drevet af en Daimler Benz type MB 507 dieselmotor med en kapacitet på 800 hk. Med.
Den første passagerhydrofoilbåd i verden, der gik i serie, var PT 20 -typen . Siden 1950'erne er disse skibe blevet bygget under licens fra Supramar af Rodriquez. Rodriquez begyndte at bygge PT 20 i 1955. Den første PT 20 kom i drift i 1956. Dette fartøj, der hedder Frecia del Sole, blev brugt som en færge over Messina- strædet . Det var den første hydrofoilbåd, der blev godkendt til brug på havet. PT 20 havde et slagvolumen på 32 tons, transporterede 72 passagerer og nåede en hastighed på 35 knob.
Fra 1953 til 1971 udviklede Supramar en hel række hydrofoils: PT 20, PT 50, PT 75, PT 100 og PT 150. Med undtagelse af PT 150 tilhørte de alle skibe med en delvist nedsænket vinge. I alt blev der bygget mere end to hundrede skibe designet af Supramar, de fleste bygget på licens af Rodriquez i Italien. Også en række af sådanne skibe blev bygget af Hitachi i Japan .
I Sovjetunionen begyndte eksperimentelt arbejde på hydrofoils i 1933. TsAGI- ingeniørerne V. G. Frolov og A. N. Vladimirov udførte de første undersøgelser af hydrofoiler i TsAGI-hydrokanalen, den første selvkørende model af SPK, der vejer 300 kg med en 10 kW-motor, udviklede en hastighed på 32 km/t på vingerne på samme tid. tidsforskere Keldysh M. V. , Kochin N. E. , Lavrentiev M. A. , Sedov L. I. og L. N. Sretensky udførte de første grundlæggende teoretiske undersøgelser af hydrodynamikken i vingen nær vandoverfladen, værket blev oversat til mange sprog.
I 1937 og 1941 testede TsAGI både med kontrollerede dybt nedsænkede vinger fra L.A. Epshtein -systemet . Med en masse på 1,3 tons og en effekt på 96 kW har båden med propel en topfart på 100 km/t. I efterkrigstiden 1946-47 blev både med V-formede vinger af Shretel-systemet studeret ved TsAGI [5] .
Den største praktiske succes blev opnået af en ung kandidat fra Gorky Industrial (Polytechnic) Institute Rostislav Alekseev , som i 1941 begyndte sin karriere på Krasnoye Sormovo -fabrikken som en kontrolmester for accept af T-34-tanke. I høj grad takket være sit eget initiativ og støtte fra ledelsen lykkedes det i krigens svære dage at organisere et designbureau for udvikling af hydrofoils, som senere blev landets førende designbureau for højhastighedsfartøjer og ekranofly .
Alekseevs første SPK, A-4-båden, blev testet i november 1943. Den eksperimentelle båd A-7 blev oprettet i 1947, ifølge dens skema, faktisk en prototype af fremtidige flodpassager SPK'er på lavt nedsænkede vinger. Det første projekt af en flodpassager SPK blev afsluttet af Design Bureau i 1949, men kun en selvkørende model blev lavet. Yderligere arbejde var fokuseret på skabelsen af hydrofoil torpedobåde, civile udviklinger fortsatte på et initiativ grundlag.
Hans Schretels og Supramars succeser i midten af 1950'erne vakte interesse for passager-SEC'er i USSR. I 1955 blev Alekseev Design Bureau (en filial af TsKB-19) besøgt af ministeren for flodflåden Shashkov Z.A. og var forbløffet over, hvad han så. På det efterfølgende udvidede møde i anlæggets festkomité behandles, godkendes og anbefales et udkast til design af det første passagerhydrofoilskib. Siden 1956 begyndte design og derefter byggeri, som er finansieret af ministeriet for flodflåden [6] .
Det første passagerhydrofoilfartøj "Rocket-1" gik i prøvedrift den 25. august 1957 på Gorky - Kazan -linjen . Siden slutningen af 1950'erne begyndte serieproduktionen af passagerhydrofoilskibe " Rocket ", " Meteor ", " Kometa " og " Hviderusland ". I 1970'erne og 1980'erne fulgte andengenerationspassager SPK Voskhod , Polissya , Kolkhida , Cyclone og Lastochka .
I enkelte eksemplarer i 1960'erne, eksperimentel passager SPK Strela-1 (den første marinepassager SPK i Sovjetunionen, 1961), Strela-2 (1962), Strela-3 (1963) , Burevestnik "(1964), " Måge " , " Sputnik " (1961), " Whirlwind ", " Albatross " (1988).
Næsten alle sovjetiske passagerer SPK brugte lavt neddykkede selvstabiliserende vinger, som fungerede godt på flod-, sø- og havkystlinjer med en sødygtighedsgrænse på 3-4 point. Den eneste skibspassager SPK med automatisk styrede dybt nedsænkede vinger af projekt 1233 Typhoon blev udviklet i 1969 på Almaz Design Bureau og var i prøvedrift i omkring et år. På trods af de opnåede fordele med hensyn til sødygtighed og en rekordhøj hastighed, er denne retning ikke blevet udviklet på grund af de betydeligt øgede omkostninger til konstruktion og drift af sådanne systemer.
Hydrofoilbåde " Volga " og "Moskva" blev produceret i USSR til skibsovervågningstjenester og redningsstationer.
Militære hydrofoilskibe blev også bygget i Sovjetunionen.
De fleste af de sovjetiske hydrofoils blev udviklet på Central Design Bureau for Hydrofoils og Volga Pilot Plant under vejledning af den fremtrædende ingeniør Rostislav Alekseev . På trods af det faktum, at produktionen af SPK'er i USSR blev lanceret senere end alle andre, var deres produktion den mest massive, især lykkedes det Boeing Marine Systems at bygge omkring 40 SPK'er, den schweiziske Supramar - omkring 150, og USSR - mere end 1300. Sovjetiske passager-SPK'er var kendetegnet ved høje teknisk-økonomiske indikatorer, prisen på en passagerkilometer beløb sig i 1964 til 1,38 kopek, og billetprisen og rejsetiden var mindre end på tilsvarende busruter [7] . USSR blev førende i produktionen af SPK i verden. Takket være alt dette blev sovjetiske SPK'er et vigtigt eksportprodukt, solgt og drevet rundt om i verden i tre dusin lande på forskellige kontinenter, og magasinet Popular Mechanics udtrykte den opfattelse, at i den moderne verden med ordet "hydrofoilbåde" ( eng. Hydrofoilbåde ) repræsenterer primært sovjetfremstillede modeller [8] .
Postsovjetiske landeUSSR's forsvinden faldt sammen med et globalt fald i interessen for SPC, forårsaget af stigende energipriser og den tilhørende forringelse af rentabiliteten af sådanne skibe. I 1993 blev to skibe fra Olympia- projektet [8] søsat i Ukraine (på Krim) , og yderligere to blev nedlagt i 2002 (fra 2015, 70 % beredskab).
I 2000'erne 4 Katran- skibe blev bygget i Rusland (modernisering af Colchis-typen).
I øjeblikket har Vympel skibsbygningsfabrikken genoptaget konstruktionen af en SPK på fabrikken i Rybinsk. Lederskibet i projekt 23160 " Kometa 120M " til 120 personer blev lagt ned i august 2013, dets skrog er lavet af aluminiumslegeringer, vinger er lavet af rustfrit stål. Skibets designer var JSC Central Design Bureau for Alekseev SEC [8] . Fartøjets ejendommelighed i sammenligning med prototypen designet i sovjettiden var tilføjelsen af klapper for at stabilisere fartøjet og afbøde bølgechok under bølger op til 4 punkter [9] . Det første af de fremstillede fartøjer fik navnet "Mågen", til ære for kaldesignalet for den første kvindelige kosmonaut Valentina Tereshkova [10] . Siden august 2018 har skibet startet regelmæssige flyvninger mellem Sevastopol og Jalta [11] . I juli 2019 er det planlagt at lancere yderligere to SPK'er af dette projekt i Sevastopol, som vil transportere passagerer langs nye ruter [12] .
I slutningen af september 2017, i Chkalovsk , blev et lille fartøj fra Valdai 45R- projektet med en kapacitet på 45 personer, designet af Alekseev SEC, søsat . Det var planlagt, at skibet skulle begynde at sejle i 2018, herunder i St. Petersborg som en del af 2018 FIFA World Cup [13] . Projektets andet fartøj blev søsat den 5. maj 2018 [14] . Det antages, at de første fartøjer i projektet vil operere i Khanty-Mansiysk Autonome Okrug; i 2019 er det planlagt at bygge yderligere to SEC'er af dette projekt [15] . Forhandlinger om levering af fire fartøjer føres af regeringen i Nizhny Novgorod-regionen for at åbne flodruterne Nizhny Novgorod - Gorodets og Nizhny Novgorod - Makaryevo [16] .
Ministeriet for industri og handel meddelte også, at det er parat til at finansiere konstruktionen af et moderniseret højhastigheds-hydrofoilfartøj " Cyclone " med en passagerkapacitet på 300 personer til Fjernøsten og Østersøen. I rækken af hydrofoil-projekter udviklet af Central Design Bureau. Alekseev, der er et gasturbinekøretøj "Cyclone 250M", designet til at transportere 250 passagerer [17] .
23. december 2019 på Central Klinisk Hospital for SPK im. R. Alekseev lagde hovedskibet fra projekt 03580 " Meteor 120R ", designet til at erstatte de gamle "Meteorer" [18] .
I USA blev udviklingen af hydrofoils udført af Boeing . Boeing byggede sin første hydrofoil i 1962. Den brugte en vandstråle som fremdriftsanordning. I 1967 byggede Boeing kanonbåden Tucumcari med et deplacement på 57 tons og en længde på 12,5 meter. Tucumcari var det første store skib, der brugte en vandstråle i stedet for en propel. Han tjente med succes i Vietnamkrigen . På basis af dette fartøj blev en hel klasse af hydrofoilpatruljemissilbåde ( English Patrol Hydrofoil Missileship (PHM) ) skabt. Det første fartøj af denne type, Pegasus, kom ind i flåden den 9. juli 1977. Efterfølgende byggede Boeing yderligere fem sådanne skibe til den amerikanske flåde (denne klasse af skibe blev kaldt Pegasus efter hovedskibet). De fungerede indtil 1993.
Disse skibe var hurtige og tungt bevæbnede og var i stand til at sænke selv de største overfladeskibe.
Pegasi blev hovedsageligt brugt som patruljebåde for at forhindre narkotikahandel . På grund af deres hurtighed var de et sandt mareridt for smuglere.
Udover krigsskibe skabte Boeing også civile hydrofoils. Den type civile skibe skabt af Boeing blev kaldt "Jetfoil" ( Jetfoil ). "Jetfoils" henviser til fartøjer med fuldt nedsænkede vinger. De brugte vandkanoner som fremdrift. De første test af Jetfoil fandt sted den 29. marts 1974 . Mere end tyve Jetfoyls blev efterfølgende bygget. "Jetfoils" var store sødygtige skibe, der tog fra 167 til 400 passagerer (afhængigt af modifikation) [19] . "Jetfoils" bruges primært som hurtige søfærger i Hong Kong , Japan , De Kanariske Øer , Saudi-Arabien , Indonesien , Storbritannien og Frankrig (som en kryds -kanalfærge ) . I Japan bygges Jetfoils på licens af Kawasaki .
I slutningen af 1960'erne byggede og testede den canadiske flåde et højhastigheds- hydrofoil -anti-ubådsskib kaldet HMCS Bras d'Or. Bras d'Or refererer til hydrofoils med en delvist nedsænket vinge. Han udviklede en hastighed på op til 63 knob (116,7 km/t). Dette projekt blev dog ikke videreudviklet på grund af en ændring i Canadas militærdoktrin. Bras d'Or blev trukket tilbage fra flåden i 1971. Det meste af udstyret er solgt. Bras d'Or er nu på et museum.
Siden slutningen af 1970'erne har den italienske flåde drevet seks Nibbio-klasse hydrofoils. De var bevæbnet med en 76 mm kanon og to raketter. Disse skibe udviklede hastigheder op til 50 knob (92,6 km/t).
På nuværende tidspunkt er SPK meget brugt i Italien til passagertransport (Liberty lines company). Det lokale navn for denne klasse af skibe er aliscafo ( ital. aliscafo ).
Hydrofoils boomede i popularitet i begyndelsen af 1960'erne. I 1963 var skibe af denne type involveret i passagernavigation på Volga , Dnepr , Ob , Irtysh , Amur og andre vandveje i landet. Passagertrafikprognosen for 1963 var 2 millioner passagerer, hvilket var 50 % højere end det faktiske tal for sidste 1962 [20] . På nuværende tidspunkt består hovedflåden af passager-SEC'er i Rusland af skibe bygget i USSR. I alt omkring tre hundrede "raketter", fire hundrede "meteorer", hundrede "kometer", fyrre "Hviderusland", tre hundrede "solopgang", hundrede "Polesie", fyrre "Colchis" og "Katran" [8] blev bygget .
| Skibsklassificering _ | |
|---|---|
| Fartøjer efter motordesign |
|
| Ved kørsel | |
| Skrog Indkvarteringsfartøjer |
|
| Anvendelsesområder | |
| Offentlig transport | |
|---|---|
| Jernbane | |
| Sporløs rute |
|
| Vand | |
| Luft | |
| lejesoldat | |
| Andet | |
| Almindelige vilkår | |
| Ind- og udskibning af passagerer |
|
| Billetbetaling |
|
| Infrastruktur | |
| Styring | |
