Выводы государственной комиссии.

1.«Катер А-5 является опытным скоростным судном нового типа и может быть рекомендован, как модель разъездного или спортивного катера, а так же, как прототип скоростного судна военного или гражданского назначения.

2. Катер показал высокую скорость до 80 км/час (отдельные точки до 86,7 км/час, при номинальной мощности двигателя 72 л.с.)

3. Катер показал высокое суммарное гидродинамическое качество, доходящее до 9,85.

4. Катер показал хорошую управляемость и мореходность (в речных условиях).

5. Катер достаточно прост в обслуживании и управлении, не требует какой-либо особой подготовки обслуживающего персонала.

6. При вводе на производство, необходимо устранить недостатки:

1. Доработать корпус катера с тем, чтобы уменьшить брызгообразование в момент выхода на крылья.

2. Придать наружной части корпуса обтекаемую форму.

3. Защитить выступающий винт от возможных повреждений (убрав его под корпус).

4. Углубить винт для избежания частичного оголения лопастей при выходе на крылья.

«Заводом «Красное Сормово», в результате пятилетней работы над вопросом движения судов на подводных крыльях, создан опытный образец совершенно нового, нигде до сих пор не осуществленного, типа сверхскоростного катера. В 1946 году была закончена постройка опытного катера «А-5» на подводных крыльях конструкции инженера Р.Е. Алексеева и были проведены ходовые испытания, результаты которых говорят о весьма широких перспективах развития этого типа судов». (Из отчёта директора завода за 1946г.)

Созданием катера «А-4» Р.Е. Алексеев преследовал цель доказать принципиальную возможность увеличения скорости с помощью применения подводных крыльев. Созданием катера «А-5» Р.Е. Алексеевым были решены принципиальные вопросы проектирования крыльевого устройства, для судов на мало погруженных подводных крыльях.

В 1947 году заводу «Красное Сормово» была поручена работа по постановке серийного торпедного катера пр. 123-бис на подводные крыльях заводская марка «А-7»

Фиг.46 Схема крыльевого устройства катера «А-7».

В основу схемы крыльевого устройства этого катера была положена схема, разработанная на основе результатов испытаний катера «А-5» и различных модельных испытаний в бассейне и на открытой воде. Схема крыльевого устройства катера «А-7» была максимально упрощена, однако ходовые, маневренные и мореходные характеристики катера были достаточно высокими. В процессе модельных испытаний на открытой воде был получен стабильный ход модели на тихой воде и волнении. Следует отметить, что упрощение крыльевого устройства катера сопровождалось дальнейшим гидродинамическим совершенствованием профилей сечений подводных крыльев, стоек и других выступающих частей.

В 1948 году впервые в СССР, а по имеющимся сведениям, впервые в мире, заводом было закончено переоборудование торпедного катера пр.123-бис. На серийном катере с глиссирующим корпусом, были установлены подводные крылья.

Катер «А-7» был спущен на воду весной 1948 года.

Фиг.47 Торпедный катер пр.123-бис на подводных крыльях заводская марка «А-7»на испытаниях в р-не г.Севастополя.

Результаты испытаний показали, что установка крыльевого устройства позволила повысить скорость катера на крыльях в натурных морских условиях до 60 узлов при удовлетворительных характеристиках продольной и боковой остойчивости. Значительно улучшилась маневренность, снизились перегрузки при движении на волнении, этому способствовало установка на корпусе «подкрылков». К сожалению, гидродинамическое качество катера «А-7» оказалось низким – около 7. Отмечались также неудовлетворительные характеристики взаимодействия корпуса с поверхностью воды при движении на крыльях. Причиной этого эффекта была форма корпуса серийного глиссирующего торпедного катера, который не отвечал требованием движения на подводных крыльях, а также выходу на крылья. Стало ясно, что для морских условий эта схема требует серьёзной доработки.

С этими проблемами Алексеев сталкивался ещё в период отработки элементов крыльевого устройства для торпедного катера 123-бис на различных моделях при испытаниях в бассейне и на открытой воде в 1947 году. Поэтому поисковые работы были продолжены и направлены по следующим направлениям:

1. Отработка системы «корпус – подводные крылья», обеспечивающей оптимальные характеристики катера на всех режимах движения.

2. Оптимизация геометрии и места расположения подводных крыльев относительно корпуса катера, создание устройств, обеспечивающих остойчивость на переходных режимах движения.

3. Проведение экспериментальных исследований по скоростным водомётным движителям.

Одновременно рассматривались два типа корпусов моделей: Первый тип корпуса модели соответствовал обычному корпусу глиссирующего судна на подводных крыльях. Второй тип корпуса модели соответствовал корпусу – «воздушное крыло» на подводных крыльях. Согласно выбранных типов корпусов, искалось своё оптимальное расположение и крыльевого устройства.

Фиг.48 Модель СПК с корпусом соответствующим обычному глиссирующему корпусу.

Фиг.49 Модель СПК с корпусом соответствующим корпусу – «воздушное крыло» на подводных крыльях.

Фиг.50 Схема крыльевого устройства модели катера с корпусом «воздушное крыло».

Фиг.51 Испытания модели катера с корпусом «воздушное крыло» в бассейне.

 

Основная особенность работы подводных крыльев в системе гидродинамического комплекса судна, является взаимодействие крыльев с корпусом, выступающими частями и между собой. Поэтому окончательная оценка гидродинамических характеристик, в частности, подъёмной силы подводного крыла, производилась экспериментально в комплексе с прочими элементами. Для этих целей были Алексеевым спроектированы и построены скоростные аэрогидролотки и опытовой бассейн.

Фиг.52 Схема скоростного опытового бассейна конструкции Р.Е. Алексеева.

Фиг.53 Эскиз скоростного аэрогидролотка конструкции Р.Е. Алексеева (Рис Алексеева)..

Результаты испытаний по расположению крыльевого устройства для первого типа корпуса были использованы при проектировании крыльевой системы для торпедного катера пр.123бис «А-10». По результатам второго типа корпуса Р.Е. Алексеевым было предложено разработать проект речного пассажирского судна на 60 человек. Для окончательного утверждения второго типа корпуса для судна на подводных крыльях им было предложено проектирование катера – самоходной модели «А-8», для будущего судна на подводных крыльях «А-9».

При испытаниях модели с корпусом типа – «воздушное крыло» в бассейне, Алексеев обнаружил непонятные проблемы движения модели при ходе на крыльях. Движение было неустойчивым. Модель начинала «прыгать». Наблюдая за поведением модели на разных режимах, Алексеев искал пути стабилизации движения. В результате чего, им было зафиксировано определённое явление влияния поверхности воды взависимости от высоты хода модели на крыльях. Подъёмная сила модели, складвыющаяся из подъёмной силы крыльев и подъёмной силы корпуса («воздушное крыло»), проявила определённую закономерность. В будущем это явление получило название – ЭКРАННЫЙ ЭФФЕКТ.

Успехи, достигнутые постановкой подводных крыльев на торпедный катер проекта 123-бис, проведённый большой объём научно-исследовательских изысканий, позволили Р.Е. Алексееву в 1948 году вплотную приступить к созданию практических образцов судов на подводных крыльях. Работа проводилась в трёх направлениях: создание торпедных катеров на подводных крыльях, высокой мореходности, создание речных пассажирских судов на подводных крыльях и продолжение поисковых работ по созданию нового вида скоростного судна – ЭКРАНОПЛАНА.

Фиг.54. Торпедный катер на подводных крыльях пр. 123бис «А-10».

Фиг.55 Фиг.51 Проект будущего пассажирского судна на подводных крыльях «А-9» (Рис. Алексеева)..

Фиг.56 Эскиз Р.Е.Алексеева будущих экраноплонов (Рис. Алексеева).

Следует отметить, что к моменту создания Алексеевым первого катера на подводных крыльях методологии проектирования подобного типа судов в нашей стране не существовало. Алексееву пришлось самому формировать основы будущих как научно-исследовательских, так и практических методов проектирования и строительства скоростных судов и кораблей.

Заслуга Алексеева в том, что он разработал методологию создания принципиально новых физико-технических моделей – моделей различного типа и назначения, для скоростных судов.

Все проводимые испытания приносили как, положительные так и отрицательные результаты. Шаг за шагом, от модели к модели, от одной крыльевой схемы к другой, благодаря упорной и настойчивой работе Р.Е. Алексеев с каждым годом всё более приближался к поставленным целям. В этом процессе разрабатывались, как элементы будущих судов, так и новые методы, и способы испытаний. Выбранная Р.Е. Алексеевым технология проектирования в дальнейшем нашла практическое применение при проектировании всех последующих типов СПК. Она помогла перейти к качественно новым этапам в развитии схем с глубоко погруженными крыльями с частичной или полной автоматизацией управления подъёмной силой. Она нашла своё применение при проектировании, строительстве и испытаниях следующего нового типа скоростного судна – «ЭКРАНОПЛАНА».

ЭФФЕКТ АЛЕКСЕЕВА» НА СПК.

«Фактическая стабилизация СПК Алексеева, движущихся в крыльевом режиме, обеспечивается при малых отклонениях от расчётного положения за счёт влияния погружения на несущую способность основных мало погруженных крыльев (эффект Алексеева)»

Рой Макливи

Фиг.57 Схема обтекания профиля крыла потоком жидкости

 

Рассмотрим обтекание профиля крыла потоком жидкости. На нижней стороне профиля при положительном угле атаки поток притормаживается, на верхней – ускоряется. В соответствии с уравнением Бернули на нижней стороне профиля возникает повышенное давление, а на верхней – пониженное. Повышенное давление на нижней (нагнетающей) стороне профиля и пониженное на верхней (засасывающей) стороне профиля действует в одну сторону – вверх, создавая подъёмную силу. Известно, что подъёмная сила движущегося крыла в безграничном потоке численно больше, чем при движении вблизи водной поверхности. Поэтому обычное судно, поставленное на подводные крылья, либо быстро отрывалось от воды и затем проваливалось, либо могло ходить только при строго определённой скорости движения. Главная трудность, которую не смогли преодолеть предшественники Алексеева, заключалась в отсутствии саморегулирования подъёмной силы, как по глубине погружения крыльев, так и по скорости движения судна. Первое с чего начал Алексеев, это было получение результатов изменения подъёмной силы крыла, по его погружению под свободную поверхность воды.

Фиг.58 Зависимость коэффициента подъёмной силы Су от погружения.

 

 

Была подтверждена реальность обеспечения остойчивости и устойчивости хода СПК с помощью «эффекта свободной поверхности» и определены оптимальные рабочие погружения мало погруженных крыльев. Подводные крылья, использующие для обеспечения остойчивости и устойчивости хода СПК, снижение подъёмной силы крыла при приближении к поверхности, называются мало погруженными. А так как этот эффект начинает сказываться на погружениях крыла меньше его хорды, то мало погруженными крыльями называют крылья, работающие на погружениях меньших хорды. Алексеев экспериментальным путём добился взаимосвязи между глубиной погружения крыла, профилем крыла и хордой крыла. Им была разработана крыльевая схема подводных мало погруженных крыльев, обладающих саморегулированием подъёмной силы, благодаря эффекта свободной поверхности (уменьшение подъёмной силы крыла).

 

Фиг.59 Эскиз поиска крыльевой схемы (рис. Р.Е. Алексеева)

Для решения основного вопроса - принципа САМОРЕГУЛИРОВАНИЯ подъёмной силы крыльев по скорости, была проведена большая теоретико-экспериментальная работа по исследованию гидродинамических характеристик мало погруженных подводных крыльев.

 

Фиг.60 Режим плавания

 

.

 

Фиг.61 Режим выхода на носовое крыло

 

.

 

Фиг.62 Режим выхода на кормовое крыло

 

 

Фиг.63 Движение на крыльях

 

 

САМОРЕГУЛИРОВАНИЕ подъёмной силы по скорости осуществляется следующим образом: по мере роста скорости на крыльях возникает подъёмная сила, причём, коэффициенты подъёмных сил носового и кормового крыльев принимаются такими, чтобы сначала выходило носовое крыло (этому также способствуют глиссирующие обводы корпуса). За счёт этого судно получает значительный дифферент на корму, углы атаки крыльев увеличиваются и достигают максимальных значений, в результате чего подъёмная сила крыльев резко возрастает, достигая величины равной водоизмещению и корпус полностью выходит из воды. По мере увеличения скорости подъёмная сила носового крыла становится равной доле водоизмещения, приходящейся на носовое крыло и дальнейший её рост прекращается как за счёт приближения крыла к поверхности воды, так и за счёт уменьшения угла атаки по мере подъёма кормового крыла, т.е. уменьшения дифферента на корму. То же самое происходит и с кормовым крылом.

Принцип САМОРЕГУЛИРОВАНИЯ подъёмной силы по скорости означает равенство подъёмной силы крыла (крыльев) водоизмещению на всех скоростях движения судна. Он обеспечивает устойчивость хода СПК.

Можно сделать вывод, что «ЭФФЕКТ АЛЕКСЕЕВА» это не одно явление, а комплекс ПРОЛОНГИРУЮЩИХ действий, приводящих к САМОРЕГУЛИРОВАНИЮ подъёмной силы мало погруженных крыльев по глубине погружения и по скорости, тем самым достигается остойчивость и устойчивость хода СПК.

 

ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ СУДОСТРОЕНИЯ, РЕШЕННЫЕ Р.Е. АЛЕКСЕЕВЫМ, БЛАГОДАРЯ СПК

Фиг.64 Пассажирский теплоход на подводных крыльях «Ракета»

 

К моменту создания первого пассажирского СПК «Ракета» Р.Е. Алексеевым и коллективом конструкторов под его руководством были решены следующие вопросы в области судостроения:

1. Разработана принципиальная схема крыльевого устройства, обеспечивающая без искусственного управления высокое гидродинамическое качество и устойчивость движения судна.

2. Разработан новый тип корпуса, соответствующий новому принципу движения, обводы которого обеспечивают оптимальное взаимодействие с подводными крыльями и выступающими частями на всех режимах движения.

3. Разработаны и экспериментально подтверждены принципиальные вопросы проектирования водомётных движителей.

4. Решены принципиальные вопросы проектирования рулевых устройств.

5. Получен опыт проектирования, строительства, эксплуатации судов на мало погруженных подводных крыльях.

6. Разработаны приближённые методы моделирования судов на мало погруженных подводных крыльях и методы пересчёта результатов модельных испытаний на натуру.