Суда на подводных крыльях: 150 лет истории

Потом пришли другие времена, и внимание канадских военных сосредоточилось на борьбе с подводными лодками. Роль, которая отводилась в этих стратегических планах судам с подводными крыльями, требовала максимальной подвижности и универсальности. Весьма экономичная альтернатива разработке мощных дальнобойных сонаров, которые устанавливаются на больших кораблях, предполагала развертывание большого количества маломощных аппаратов. В 1964 году был заложен корпус нового судна BRAS D’OR, однако 5 ноября 1966 года прямо в ходе строительных работ в главном машинном отделении случился разрушительный пожар, который чуть не повлек за собой прекращение всей программы. И тем не менее, вопреки всем задержкам и дополнительным финансовым расходам, новое судно с индексом FHE-400 и все тем же именем BRAS D’OR в 1967 году было спущено на воду. В дальнейшем это судно использовалось в испытаниях и экспериментах, а также участвовало во флотских парадах.

В России, в отличие от США и вообще от всего западного мира, на множестве рек, каналов и озер широко использовались в регулярном судоходстве многие тысячи судов на подводных крыльях. Это легко понять, если учесть, что в огромной стране при общем дефиците автомобилей и автомобильных дорог имеется 150 000 рек и 250 000 озер. «Красное Сормово» в Горьком — одна из старейших судостроительных верфей Советского Союза. На этой верфи помимо разнообразных водоизмещающих судов для речного флота строилось и множество пассажирских судов на подводных крыльях, причем разнообразие моделей не имело аналогов во всем мире. Отцом советских катеров на подводных крыльях был Ростислав Алексеев, который занимался разработкой подобных систем с начала 1940-х годов.

В судах использовался эффект малопогруженного подводного крыла (эффект Алексеева). Подводное крыло Алексеева состоит из двух главных горизонтальных несущих плоскостей — одна спереди и одна сзади. Двугранный угол при схождении или мал, или отсутствует, распределение веса — примерно поровну между передней и задней плоскостями. Погруженное подводное крыло, поднимаясь к поверхности, постепенно теряет подъемную силу, а на глубине, примерно равной длине хорды крыла, подъемная сила приближается к нулю.
Именно благодаря этому эффекту погруженное крыло не способно полностью выйти на поверхность. При этом относительно небольшой гидропланирующий (скользящий по поверхности воды) подкрылок используется для помощи при «выходе на крыло», а также не позволяет судну вернуться в водоизмещающий режим. Эти подкрылки расположены в непосредственной близости к передним стойкам и установлены так, что на ходу касаются поверхности воды, в то время как несущие крылья погружены примерно на глубину, равную длине их хорды. Вся эта система впервые была испытана на небольшом катерке, который приводил в движение 77-сильный автомобильный двигатель.

На базе разработок Алексеева в России было построено большое количество коммерческих судов на подводных крыльях: «Ракета», «Стрела», «Спутник», «Метеор», «Комета», «Циклон», «Буревестник», «Восход»… Строились и военные суда, в том числе и самое большое судно этого класса в мире — «Бабочка», ему предшествовали «Пчела», «Турья» и «Саранча».

В начале 1950-х годов нью-йоркская судостроительная фирма Gibbs & Cox объединила усилия с группой специалистов из ВМС США для создания универсального опытного судна на подводных крыльях. Аппарат был построен компанией Bath Iron Works и назван BIW. Это был катер длиной 6 м, шириной полтора и водоизмещением 0,8 т, с 22-сильным подвесным мотором. BIW весьма пригодился для испытания различных компоновок подводных крыльев, систем управления, различных датчиков. Самым важным результатом этой работы явились основы для разработки электрогидравлического автопилота, а также решение построить новое судно этой серии — SEA LEGS («Походка моряка»). Электронный автопилот, содержавший 160 радиоламп, был разработан компанией Draper Laboratory в сотрудничестве с Массачусетсским технологическим институтом. В 1957 году SEA LEGS совершил первый рейс, продемонстрировав отличную мореходность при высокой волне на скоростях до 27 узлов.

Этот успех окрылил корабелов, и в американском флоте всерьез занялись опытными аппаратами на подводных крыльях. Таковы были Little Squirt, Hydrodynamic Test System (HTS), Foil Research Experimental Supercavitating Hydrofoil (FRESH-1). Несколько экспериментальных аппаратов построили фирмы Boeing и Grumman/Lockheed Shipbuilding — High Point (PCH-1), Flagstaff (PGH-1), Tucumcari (PGH-2) и Plainview (AGEH-1). Все аппараты — от Flagstaff водоизмещением 57 т до Plainview водоизмещением 320 т — ясно продемонстрировали возможности и потенциальные применения судов на подводных крыльях в военных операциях. В результате подразделение Boeing Marine Systems построило специально для ВМС США патрульное судно PHM (Patrol Hydrofoil Missile Ship). Согласно планам NATO предполагалось построить 26 таких кораблей, однако Германия и Италия отказались от участия в этом проекте, так что в строй с 1977 по 1982 год вступило всего шесть судов, названных по именам созвездий: PHM-1 PEGASUS («Пегас»), PHM-2 HERCULES («Геркулес»), PHM-3 TAURUS («Телец»), PHM-4 AQUILA («Орел»), PHM-5 ARIES («Овен») и PHM-6 GEMINI («Близнецы»).

Суда, в конструкции которых одновременно используются два или больше способов поддержания на воде (или над водой) в большинстве режимов, принято называть гибридными. Подводные крылья в них используются для формирования подъемной силы, дополняющей обычную плавучесть.
1. Суда на подводных крыльях с малой площадью ватерлинии. Это гибрид принципа подводных крыльев и разработок SWATH (суда с малой площадью по ватерлинии), которые велись в 1970—1980-х годах в Центре военных исследований надводного флота США. Судно состоит из двух корпусов: один полностью погруженный корпус с системой полностью заглубленных крыльев, а над ним еще один корпус, поддерживаемый полностью над водой за счет тонкой и длинной продольной стойки. На малой скорости плавучесть обеспечивается за счет водоизмещения нижнего корпуса, стойки и незначительного сегмента верхнего корпуса. С ростом скорости динамическая подъемная сила крыльев поднимает верхний корпус над водой, и площадь по ватерлинии (горизонтальное сечение тонкой стойки) становится крайне мала. В этом режиме нижний корпус и погруженная часть стойки обеспечивают 70% общей плавучести (за счет водоизмещения), а система крыльев дает остальные 30%. В 1990-х ВМС США профинансировал попытку построить демонстрационную модель под названием QUEST. Компания Maritime Applied Physics Corporation в Балтиморе спроектировала, построила, спустила на воду и успешно испытала это девятиметровое судно водоизмещением 12 тонн. QUEST имел ход в 35 узлов при почти двухметровом волнении. Совсем недавно компания Rodriquez разработала судно Aliswath, использующее похожий принцип. Сообщается, что это большое судно — это будет автомобильный и пассажирский паром — должно сойти на воду уже в 2007 году.
2. Катамаран на подводных крыльях. Основная часть работы над концепцией катамарана с поддержкой за счет подводных крыльев была выполнена усилиями доктора Хоппа, инженера-судостроителя из университета Стелленбош в Южной Африке. Этот гибрид представляет собой катамаран с полностью асимметричными корпусами, между которыми расположено подводное крыло. В английском языке подобные катамараны называются Hydrofoil Supported Catamaran, и обозначаются аббревиатурой HYSUCAT. Варианты этой концепции часто используются при строительстве пассажирских паромов (типа Foilcat).
3. Глиссирующие корпуса/интегрированные крылья. Эта конфигурация была предложена компанией Navatek — именно она разрабатывала и испытывала различные конфигурации глиссирующих корпусов с крыльями в разных комбинациях. С 1996 года проводились успешные демонстрации этого принципа на опытных судах Midfoil и Waverider. Используя компьютерные программы гидродинамических расчетов и привлекая специалистов из Калифорнийского университета в Лонг Бич, Navatek совершила новый шаг в разработке глиссирующих корпусов — интегрированное крыло (Blended Wing Body, BWB). Главное назначение BWB — повышение мореходных и скоростных качеств для уже имеющихся или проектируемых типов судов.
4. Суда с передним крылом. Корма такого судна как бы «волочится» по воде. Типичный пример такого подхода — катамаран Superfoil 40, построенный «Морским заводом Алмаз» по проекту Санкт-Петербургского филиала британской компании MTD (Marine Technology Development) по заказу эстонской компании Linda Lines Express. Это судно является самым быстрым пассажирским паромом в мире, оно способно развивать скорость в 55 узлов (более 100 км/ч), так что поездка по маршруту Таллинн- Хельсинки займет всего 50 минут.

Но вместо того чтобы модернизировать эти корабли, руководство американского флота в 1993 году решило их списать. Позже часть этих катеров распродали с молотка, а часть пустили на лом. С тех пор и по сей день на флоте США только и делают, что строят планы, занимаются «бумажными разработками» и перебирают проекты судов водоизмещением от 615 до 2400 т: Corvette Escort, DBH, PCM, Grumman HYD-2…

В течение 1990-х годов коммерческое направление развивалось своим путем, впитывая в себя новые конструктивные решения из Японии, Норвегии, Швеции, России, Италии и США. Одна из новых российских разработок — судно «Циклон» с крейсерской скоростью 42 узла (78 км/ч) — увеличенный двухпалубный вариант «Кометы», рассчитан на 250 пассажиров и оснащен электронной автоматической системой управления. Еще более новая российская конструкция — судно «Олимпия» — это вершина на пути развития больших судов, способных курсировать на маршрутах практически в открытом море.

Модель Jetfoil компании Boeing была запущена в производство в середине 1970-х и хорошо послужила во многих частях света. По тем временам это был верх совершенства для коммерческих аппаратов на подводных крыльях. В 1989 году Kawasaki приобрела у Boeing лицензию и наладила собственный выпуск модели Jetfoil. Многие аппараты из этой серии до сих пор служат в окрестностях Гонконга. Там же, в Японии, компания Mitsubishi сконструировала и построила несколько пассажирских судов на подводных крыльях, названных Rainbow.

В Швеции и Норвегии аппараты с катамаранным корпусом и крыльями, установленными на относительно коротких стойках, например Foilcat 2900 компании Westamarin, эксплуатировались на балтийских линиях.

В 1994 году итальянская компания Rodriquez выпустила Foilmaster — еще один пример тщательной компоновки толкающего винта с соответствующим профилем крыла для достижения максимальных характеристик, но с традиционной компоновкой кормовых винтов, приводимых в движение длинным наклонным валом.

© Джон Р. Мейер