Априори также, что постоянно действующая аэродинамическая разгрузка, например, у СВП и экранопланов - наиболее эффективных из известных амфибий, практически исключает контакт наземного аппарата с поверхностью среды передвижения, что существенно осложняет эксплуатацию, а при неблагоприятных метеоусловиях делает её невозможной. Показательный факт: СВП - грузопассажирские паромы - постепенно заменяют на экономически более перспективные катамараны - глиссеры. Достичь приемлемой эффективности амфибий с воздушным винтом оказалось невозможно.
Однако, априори, воздушный винт в работе целиком и полностью зависим от состояния воздушной среды. Вместе с тем, общеизвестно, что неблагоприятные метеоусловия есть превалирующий негативный фактор труднодоступных пространств. Локальные неоднородности в воздухе влияют на величину упора, передаваемого от воздушного винта к наземному аппарату: порывы встречного ветра существенно снижают, а попутного внезапно увеличивают скорость амфибии. Адекватно реагировать на внезапно возникающие переменные величины сопротивления движению с помощью изменения частоты вращения или шага (поступи) воздушного винта, особенно при маневрировании или на небольших скоростях, невозможно. Аналогичная ситуация и с внезапным изменением сопротивления движению на днище корпуса. Переменные ветровые нагрузки негативно влияют и на путевую устойчивость аппаратов с воздушными винтами, из-за развитых вертикальных надпалубных поверхностей. В тех же условиях иные движители: водомёты, гусеницы, пневматики, а также гребные винты и гребные колёса, намного эффективней: только по относительным тяговым характеристикам - в десять и более раз! Соответственная разница и в требуемых мощностях двигателя и расходах на ГСМ.
Острая необходимость в амфибиях не была подкреплена выгодой (рентабельностью) от их применения в экстремальных условиях труднодоступных пространств. Известно, что рентабельность (эффективность) - основная характеристика любого транспортного средства, которая зависит положительно от скорости движения и от веса перевозимого груза, но отрицательно от сопротивления движению. В современных условиях приоритет отдаётся наращиванию скорости передвижения, во многом за счёт уменьшения сопротивления движению, используя динамические принципы поддержания корпуса. Реализовать динамические принципы поддержания аппарата в практических конструкциях позволил существенный прогресс, как в создании двигателей внутреннего сгорания высокой удельной мощности, так и в постройке корпусов - гибридов. Но практика показала, что прогресс в отношении двух из трёх составляющих пропульсивных систем амфибий - двигателя и корпуса - не привел к созданию аппаратов пригодных для эффективного всесезонного использования в экстремальных условиях труднодоступных пространств, поскольку третья составляющая: движитель, всегда оставалась практически неизменной: это - воздушный винт!
М.Пессель. Франция. (На лёгком СВП он прошёл по высокогорным рекам Непала 1800 километров.)
«Опыт показал, что наши суда на воздушной подушке, не будучи ни самолётами, ни кораблями, ни автомобилями, унаследовали дефекты всех трёх видов транспорта».
Ряд амфибийных аппаратов нетрадиционных конструкций можно было продолжить, (например, существовали, в виде опытных экземпляров, шагоходы, шнекоходы). Предлагались и обсуждались проекты альтернативных движителей к ним: магнитогидродинамический, газоводомётный, плавниковый, волновой. Однако работы над ними, в лучшем случае, остаются лишь в стадии эксперимента. Вместе с тем, очевидно, что прогресс на пути создания амфибий - от плавающего танка к экраноплану - объясняется не только тем, что в их разработке участвуют лучшие конструкторские коллективы, опирающиеся на мощные финансовые возможности своих стран, но и неуклонно возрастающей востребованностью амфибий.
Экраноплан. Основная идея экраноплана: использование принципа динамического поддержания корпуса над поверхностью среды передвижения с помощью авиакрыльев. При полёте крыла на высоте, соизмеримой с его хордой, возникает "экранный эффект" выражающийся в резком увеличении подъёмной силы крыла. Таким образом, экраноплан - это аппарат для полёта вблизи от поверхности среды передвижения. Реализация принципа динамического поддержания, основанного на использовании экранного эффекта, потребовала создания корпуса - гибрида, который компоновкой и внешним видом походит на гидросамолёт. Его непременная принадлежность - утолщённое авиакрыло небольшого удлинения и воздушный киль с горизонтальным оперением. Экранный эффект, используемый экранопланами, позволяет им двигаться на высоте порядка 0,1 хорды (ширины) крыла над поверхностью среды передвижения, достигая скоростей много больших, чем у СВП - сотни км/час. Водоизмещение экранопланов достигает тысячи тонн, (например: т.н. "Каспийские монстры", Россия). Однако, поскольку экраноплан - это летательный аппарат, то в эксплуатации он намного сложнее, дороже и опаснее других аппаратов нетрадиционной конструкции. Основная проблема - потеря продольной устойчивости экраноплана при переменных условиях обтекания крыла. Аэродинамический фокус крыла разделяется на два "блуждающих": один зависит от расстояния крыла до поверхности, другой от угла атаки. Они могут перемещаться, очень быстро, в пределах 15-65% хорды крыла, приводя к потере контроля над аппаратом. По-этому используются экранопланы преимущественно над спокойной водной поверхностью исключительно в благоприятных метеоусловиях. Переход из одной среды в другую для стоянки требует специально оборудованного места. В настоящее время эти аппараты подразделяются на три отдельно сертифицируемых разновидности: экранопланы - аппараты, движущиеся строго в пределах влияния экранного эффекта, экранолёты - аппараты способные отрываться от "экрана" и набирать высоту до 1000 метров и самолёты способные при эксплуатации длительно использовать экранный эффект. Работы над их совершенствованием продолжаются.
Суда на воздушной подушке - СВП. Главная идея СВП - использование динамического принципа поддержания корпуса судна. Снижение сопротивления движению достигается путём наддува воздуха под днище аппарата. Основа корпуса СВП - платформа, с установленными на ней двигателями и движителями, в которой проложены воздушные каналы. Днище платформы разделяется перегородками на отдельные камеры, по периметру его установлено гибкое ограждение - юбка - это способствует удержанию воздуха под корпусом аппарата. СВП разделяют на амфибийные и скеговые, последние применяются только на водных магистралях в летний сезон и имеют корпус в виде "перевёрнутого совка" с гибким ограждением в оконечностях. Нагнетателями воздуха у СВП служат осевые или центробежные насосы, а движителями - водомёты или, у амфибий, воздушные винты. Привод воздушных нагнетателей и движителей может быть как от одного двигателя, так и от нескольких, с трансмиссией или без неё. Рентабельность этих аппаратов существенно зависит от габаритов, поэтому основная область их применения - в качестве морских паромов, специальных, служебных и военных судов. Малое сопротивление движению позволяет СВП, при благоприятных метеоусловиях, на открытых водных пространствах, достигать намного более высоких, чем у аэросаней-амфибий, скоростей. СВП-амфибии свойственны те же недостатки, что и для аэросаней. Вследствие слабого контакта с поверхностью среды передвижения СВП-амфибии не могут ходить вдоль склона и по местности со сложным рельефом. Переход из одной среды в другую требует тщательного выбора места. К этому добавляется отсутствие эффективных систем торможения, плохая маневренность, зависимость от ветра, а циркуляция - до нескольких сотен длин корпуса с полного хода. Совершенствование СВП продолжается.
Аэросани. Концепция этого аппарата основана на том, что воздушный винт создаёт упор независимо от вида среды, по которой происходит движение, и поэтому является универсальным движителем. Традиционная схема аэросаней - амфибий: корпус на амортизированных опорах из трёх - четырех лыж для зимнего сезона или на поплавках для летнего сезона, с движителем, установленным в корме. На современных модификациях амфибий опорой является днище корпуса с глиссирующими обводами. Управление по курсу осуществляется воздушными рулями, соединёнными с подпружиненными водными рулями. Торможение производится реверсированием воздушного винта, а при отсутствии реверса - скребками. Движитель, не требующий подготовки при переходе аппарата из одной среды в другую, позволяет круглогодично эксплуатировать аэросани-амфибии на поверхности различных сред или их комбинаций. У аэросаней простая трансмиссия или таковая отсутствует. К недостаткам в первую очередь необходимо отнести огромное влияние силы и направления ветра на воздушный винт - весьма габаритный, шумный и опасный в наземной эксплуатации движитель, имеющий очень небольшой к.п.д. на скоростях меньше 100 км/час (средняя эксплуатационная скорость аэросаней составляет 30-50 км/час). Передвижение на аэросанях возможно только по ровному рельефу с плавными уклонами не более 10-12 градусов. Аэросани-амфибии не имеют надёжных систем торможения, затруднено страгивание с места после стоянки, а переход из одной среды в другую требует тщательного выбора места, грузоподъёмность их невелика. В настоящее время в приватной эксплуатации остаётся небольшое количество аэросаней.
Гусеничный транспорт. К первым самоходным аппаратам, способным принципиально обходиться без дорог, можно отнести появившиеся столетие назад танки. Главная идея этого транспортного средства заложена в движителе, названном гусеницей - бесконечной замкнутой ленте, набираемой из одинаковых звеньев. Гусеница - дорога, передвигающаяся вместе с самим транспортом, получила широкое распространение, а гусеничный транспорт имеет бесчисленное количество модификаций. Среди них есть болотоходы, снегоходы, а также амфибии. Основа этих аппаратов: мощная рама, с установленными на ней кузовом, двигателем и трансмиссией, опирающаяся на гусеничные движители. Управление по курсу осуществляется независимыми тормозами, позволяющими осуществлять разворот аппарата буквально "на месте", или, на некоторых моделях, рулевыми опорами: колёсами, лыжами. К достоинствам гусеничных амфибий следует отнести большую грузоподъёмность, высокую проходимость, маневренность, эффективную тормозную систему. Гусеничный движитель адекватно, во всём скоростном диапазоне, передаёт корпусу воспринимаемый крутящий момент. Основные недостатки - громоздкая, тяжёлая, сложная ходовая часть и трансмиссия, и, соответственно, небольшая средняя скорость передвижения. Гусеничные амфибии на водной поверхности имеют низкую мореходность, большую осадку, переход из одной среды в другую требует тщательного выбора места. Скорость передвижения на воде, даже при установленном дополнительном движителе - водомёте, весьма невелика: единицы км/час. Поэтому гусеничные амфибии не способны к полноценной эксплуатации на водной поверхности, а пригодны только для форсирования водных преград. Разновидность гусеничного транспорта, получившая распространение в последнее время - лёгкие снегоходы. Однако эти аппараты с резинометаллическим гусеничным движителем и рулевыми лыжами не имеют амфибийных модификаций. Не являются амфибиями и снегоходы на эластичных пневматиках низкого давления. Такие пневматики способствуют развитию вертикальных колебаний на ходу, что ограничивает скорость. Дальность хода лёгких аппаратов невелика, поездки же, в рыхлом глубоком снегу или в период межсезонья по тонкому льду, крайне опасны.
М.Пессель. Франция. Путешественник, этнограф, писатель.
«По сути, произошла революция в способах передвижения: судно на воздушной подушке, или аэроглиссер, как я буду называть его для краткости, совместило в себе лодку, автомашину и самолёт».
АППАРАТЫ НЕТРАДИЦИОННОЙ КОНСТРУКЦИИ
Таким образом, в ряду наземных транспортных средств осталась свободная ниша, а всё возрастающая потребность в заполнении огромной бреши на рынке амфибий приводит к перманентным попыткам совершенствования известных аппаратов нетрадиционной конструкции, с опорой на последние достижения в области новых технологий и материалов. Практика показала, что такой подход не имеет перспективы и требуется новая концепция внедорожного, полностью амфибийного, транспортного средства. Это становится понятно также из краткого анализа известных амфибий, который приводится ниже. Изложенная далее новая концепция амфибии - аналога автомобиля повышенной проходимости, предлагает оригинальное решение проблемы.
Неуклонный рост добычи природных запасов на труднодоступных пространствах, требует присутствия всё большего количества людей, соответственно возрастает и роль транспорта. Но особенности ландшафта и климата весьма сдерживают развитие местных дорожных сетей, что крайне негативно влияет на стоимость перевозок. Острее всего ощущается необходимость в амфибии - аналоге автомобиля повышенной проходимости, способной в принципе обходиться без дорог и мостов. Такие транспортные средства были созданы в виде, так называемых, аппаратов нетрадиционной конструкции: болотоходов, аэросаней, снегоходов, СВП и т.п. Однако в круглогодичной эксплуатации в экстремальных условиях труднодоступных регионов они оказались недостаточно эффективными.
Современная цивилизация, отмеченная стремительным возрастанием интенсивности грузоперевозок, вызвала к жизни новые транспортные средства и магистрали для них: водные, железнодорожные, воздушные, автомобильные, трубопроводы. Распределение же грузовых и людских потоков в стороны от магистралей возложено в основном на автотранспорт, генетическая связь которого с дорогой требует создания разветвлённой дорожной сети. Весь цивилизованный мир покрывает гигантская сеть автострад и шоссе. Затраты на их строительство и содержание достигли поистине фантастических размеров, и всё же пропускная способность современных дорог остаётся в полной зависимости от сезона и метеоусловий.
Освоение новых пространств - только одна из глобальных проблем человечества, но от успешного решения её во многом зависит благополучие современной цивилизации. Обширные пространства на поверхности нашей планеты всё ещё остаются труднодоступными, как глубины мирового океана или ближний космос. Однако, именно там находятся основные природные ресурсы, своевременное использование которых приобретает всё возрастающее значение для мировой экономики. Большая удалённость от центров цивилизации и экстремальные климатические условия часто ставят людей, занятых освоением природных ресурсов в труднодоступных регионах, на грань выживания.
ПРОЕКТ HYBRIDCAR: НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ - НОВАЯ АМФИБИЯ
Вам предлагается идея, патент RU 2165362, лицензия.Web site: E-mail:
Y Амфибийные внедорожные транспортные средства
Комментариев нет:
Отправить комментарий