Подводные корабли будущего. Корабли будущего. Корабли нового поколения для Военно-Морского Флота России
Перспектива того, что на боевых кораблях будущего будет установлено вооружение, построенное на новых физических принципах, способствует тому, что интерес военных моряков к теме электродвижения растет. Сама идея, которая предполагает объединение силовой установки корабля и его вооружения в единый контур на основе электрической энергии представляется очень заманчивой. А значит, данная тема все более плотно исследуется инженерами и конструкторами, в том числе и на российских предприятиях судостроительной отрасли.
Системами вооружений, построенными на новых физических принципах, можно назвать, в частности, перспективные комплексы, которые используют электромагнитный импульс для временного или даже перманентного вывода из строя РЛС, радиотехнических и цифровых систем, вычислительных машин вражеских кораблей. Помимо этого возможным представляется использование электроэнергии корабля для запуска и разгона снаряда (рельсотрон). Не стоит лишь забывать о том, что все подобные системы требуют очень больших запасов электрической энергии на борту корабля, а также возможности ее восстановления или поддержания на требуемом уровне без захода судна на базу.
В наши дни электромоторы применяются на боевых кораблях и в составе главной энергетической установки, и в качестве вспомогательного движителя. Так как современные двигатели являются высокооборотными, приходится между ними и винтом размещать понижающий редуктор, потери мощности в нем могут доходить до 2%. А в случае электрической системы приходится использовать преобразователи частоты и генераторы с общим КПД менее 90%. Это ниже, чем у «чисто механической» системы (к примеру, газовая турбина и главный турбозубчатый агрегат). Поэтому в экономическом плане электродвижение представляется невыгодным.
В свое время изобретение гребного электродвигателя дало достаточно резкий скачок всему развитию подводного судостроения, тогда как применительно к надводным боевым судам оно решает лишь вспомогательные задачи. Несмотря на это энтузиасты более широкого применения на флоте «электромагнитной силы» никуда не исчезают. Стремясь подогреть к данной теме интерес, они вводят в обращение новые термины, к примеру, «расширенное применение электродвижения». Реализовать полное электродвижение возможно лишь тогда, когда винт (или другой движитель) на всех режимах движения корабля приводится в действие лишь электромотором. В том случае, если на борту судна имеются механические источники энергии (турбина, дизельный двигатель и т.д.), обладающие возможностью крутить вал винта (чаще всего на больших ходах), то можно говорить о «прямом приводе со вспомогательным электродвигателем», или «частичным электродвижением».
«Полное электродвижение», которое построено на преобразовании механической энергии в электрическую, а затем снова в механическую энергию, понижает общий КПД. Это необходимо учитывать и кораблестроителям, и военным морякам. Представляется, что ожидаемое появление электромагнитных пушек (на фрегатах, корветах и эсминцах) и катапульт (на авианосцах) сделает некоторые потери энергии, возникающие при ее преобразовании из одного вида в другой, оправданными и возможными.
Литий-ионные батареи для подлодок
В связи с общей тенденцией на рост энергопотребления разнообразными системами кораблей (включая РЛС, БИУС, ГАК и другими) конструкторам требуется все более внимательно подходить к вопросу выработки и сохранения электроэнергии. В этом плане передовые в научно-техническом отношении страны мира довольно активно ведут работы по созданию литий-ионных батарей повышенной емкости. Есть свои успехи в этой области и в России.
Стоит отметить, что сам литий-ионный аккумулятор (Li-ion) впервые был выпущен компанией Sony еще в 1991 году, однако длительное время эти аккумуляторы использовались лишь в гражданской сфере. Данный тип аккумулятора сегодня очень широко распространен во всей бытовой технике и электронике, находя также применение и в качестве накопителя энергии в различных энергетических системах, и в качестве источника энергии в электромобилях. Сегодня это наиболее популярный вид аккумулятора для таких устройств, как ноутбуки, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры и фотоаппараты, а также электромобили. Литий-ионные аккумуляторы очень хорошо зарекомендовали себя в работе, но до недавнего времени им не находилось применения на флоте. Несмотря на то, что подобные аккумуляторы обладают рядом важных преимуществ перед классическими кислотными батареями, включая способность выдерживать повышенные токи разряда и зарядки, повышенную емкость, более долгий жизненный цикл, меньшие расходы в ходе эксплуатации и т.д.
Естественно, все это не могло остаться в стороне от конструкторов военно-морской техники. К примеру, в конце 2014 года российское ЦКБ «Рубин», специализирующееся на проектировании подводных лодок и ведущее в нашей стране бюро подводного кораблестроения, заявило об успешном проведении цикла испытаний новых литий-ионных батарей, предназначенных для неатомных подводных лодок. Об этом журналистам рассказывал тогда генеральный директор ЦКБ «Рубин» Игорь Вильнит. Подобные батареи значительно увеличивают автономность подлодок, обладая большим сроком службы, а также не требуют для обслуживания и работы сложного оборудования. В то же время в российском флоте применяются аккумуляторные батареи, срок действия которых ограничен, а цена, по оценкам экспертов, может достигать 300 миллионов рублей. По словам Андрея Дьячкова, ранее возглавлявшего ЦКБ «Рубин», современные литий-ионные аккумуляторные батареи позволят увеличить время нахождения подводных лодок под водой минимум в 1,4 раза, в то время как потенциал данной технической идеи используется в настоящее время лишь на 35-40%, сообщало РИА .
Направление является перспективным для флота, это давно заметили во всем мире. По информации ресурса shephardmedia.com, в марте 2020 года Военно-морские силы самообороны Японии собираются ввести в строй первую в мире неатомную подлодку (11-я в серии субмарин типа Soryu), которая получит литий-ионные аккумуляторные батареи. Это позволит японцам отказаться от использования на подлодках не только традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, но и воздухонезависимых двигателей Стирлинга.
Японская неатомная подводная лодка SS 503 Hakuryū типа Soryu.
Согласно словам вице-адмирала в отставке Масао Кобаяси, использование литиево-ионных аккумуляторных батарей «должно драматически изменить действия неатомных подводных лодок». Такие батареи обеспечивают субмаринам продолжительность подводного хода, которая сопоставима с продолжительностью хода при использовании воздухонезависимых энергетических установок (ВНЭУ) на небольших скоростях, однако при этом за счет высокой емкости они могут обеспечить довольно высокую продолжительность подводного хода и на больших скоростях, что особенно важно для подлодок при выходе их в атаку или при уклонении от противника. При этом в отличие от ВНЭУ, подводная лодка в состоянии постоянно пополнять запас энергии в литиево-ионных батареях за счет подзарядки батарей с использованием устройства РДП (устройство для работы двигателя под водой).
Согласно словам вице-адмирала Кобаяси, литиево-ионные батареи также отличаются более коротким временем подзарядки в сравнении со свинцово-кислотными батареями, это достигается за счет большей силы заряда тока. Также такие аккумуляторы долговечнее, а электрические схемы с их использованием проще в построении электрических сетей и управлении. Оборотной стороной медали называют высокую стоимость литиево-ионных батарей. Так контрактная цена 11-й субмарины типа Soryu составляет 64,4 миллиарда иен (порядка 566 миллионов долларов), против 51,7 миллиарда иен (454 миллиона долларов) у десятой лодки этого же типа. Почти вся разница в цене субмарин придется на литий-ионные аккумуляторные батареи и соответствующие электросистемы.
Использование гребных электродвигателей
Для военных моряков очень большое значение имеет уменьшение демаскирующих признаков. Лучше всего этому способствует использование гребного электродвигателя (ГЭД), который считается наиболее малошумным из всех распространенных сегодня корабельных силовых установок. Правда, для надводного судна снижение акустического поля является не таким актуальным, как для подводного флота. Все дело в том, что главным демаскирующим фактором для надводных кораблей является заметность в радиолокационном (радиоволны хорошо отражаются от надстроек и борта), а также инфракрасном полях (силовая установка, построенная на основе двигателя внутреннего сгорания).
Поэтому для надводных кораблей наиболее актуальным уменьшение гидроакустического поля представляется для специализированных судов - противолодочных (сторожевых) кораблей. Чаще всего они ведут поиск вражеских субмарин в режиме малого и среднего хода - не более 15 узлов (около 28 км/ч) с помощью гидроакустических комплексов с буксируемыми, погружаемыми и подкильевыми антеннами. Дальность действия таких антенн напрямую зависит от вибрационного и шумового «портретов» корабля-носителя, чем ниже скорость движения судна, тем эффективнее работают антенны.
Модель ГЭД, рендер realred.ru
Именно меньшая шумность - основное достоинство установок с электродвижением. Никакую другую энергетическую установку невозможно сделать менее шумной, чем установку с электродвигателем. При этом существенный вклад в общий шумовой «фон» корабля вносит гребной вал, который жестко связан через редуктор с основными двигателями. Для снижения этого шума используются специальные муфты. Помимо этого вибрация двигателей передается и на обшивку корпуса судна (корабельные двигатели, редукторы, механизмы ставят на фундамент, который жестко связан с набором корпуса, а тот в свою очередь - с обшивкой корпуса). Именно обшивка корабля излучает колебания во внешнюю среду (в воду), а это и является источником шума, который называют структурным. Для снижения «структурного шума» широко практикуется установка всех механизмов на амортизаторы.
В энергетических установках с полным электродвижением гребной вал никак не связан с основным (для него) источником шума - главным двигателем, так как на всех режимах хода он вращается лишь электродвигателем. Помимо этого в «электрической» главной энергетической установке генератор вместе с первичным двигателем можно расположить даже в надстройке корабля (к примеру, так размещена часть дизель-генераторов на британских фрегатах проекта 23), максимальным образом удалив их от наружной обшивки судна.
Правда, на скорости движения более 15 узлов все преимущества электродвижения в плане бесшумности такого хода заканчиваются. Это происходит из-за того, что главной составляющей подводного шума (на некотором удалении от судна) становится шум от кавитации гребного винта. Поэтому на боевых кораблях имеет смысл бороться со снижением шума от ГЭУ лишь на скоростях до 15 узлов. Поэтому и применение электродвижения можно использовать лишь для обеспечения кораблю поискового хода, что и подходит противолодочным судам.
Сегодня известны примеры, когда отдельные конструкторы пытались снизить акустическую заметность боевых кораблей при помощи сокращения длины валов, утверждая, что такое решение достигается с помощью грамотного размещения элементов силовой установки внутри корпуса боевого корабля и надстройки. Некоторые из таких решений действительно были реализованы на практике, к примеру, на британских эсминцах тип 45 Daring, силовая установка которых состоит из 2-х газовых турбин Rolls-Royce, пары дизель-генераторов Wärtsilä, а также электродвигателей Converteam. Для КВМС с 2003 по 2011 год было построено 6 таких эсминцев.
Эсминец тип 45 Daring
В США активно ведется строительство перспективных эсминцев нового поколения, получивших обозначение Zumwalt. Работы стартовали еще в 2008 году, головной корабль серии вступил в строй в октябре 2016 года. Энергетическая установка корабля включает газовые турбины и асинхронные электродвигатели мощностью 36,5 МВт с рабочим напряжением 6600 В. На третий корабль серии DDG-1002 Lyndon B. Johnson планируется поставить высокотемпературный сверхпроводимый синхронный двигатель с постоянными магнитами, его мощность составит те же 36,5 МВт, а частота вращения вала - 2 оборота в секунду. В то же время начальная эксплуатация эсминца нового поколения продемонстрировала всему миру, что он еще ненадежен и страдает от детских болезней, его эксплуатация сопровождается многочисленными поломками. Так 22 ноября 2016 года ГЭУ эсминца Zumwalt вышла из строя в тот момент, когда он проходил Панамский канал. Обездвиженный корабль пришлось буксировать на базу с помощью самых обыкновенных буксиров, которые не обременены силовыми установками нового типа.
Еще одним положительным качеством электродвижения помимо снижения шумности, можно назвать повышение маневренности судов. Как у газовой турбины, так и у дизеля существует значение минимальной мощности, следовательно, есть и минимальное значение устойчивой скорости хода. В то время как при помощи электродвигателя можно достаточно легко менять частоту и направление вращения гребного вала, а значит скорость и направление движения судна. Благодаря этому главная энергетическая установка с электродвигателем уже достаточно давно применяется на тех кораблях, которые по своему назначению должны обладать максимально возможной маневренностью: буксиры, паромы, ледоколы, плавучие краны и т.п.
Азиподы
В перспективе еще одним несомненным плюсом электродвижения для боевых кораблей может стать отказ от использования гребных валов. Начиная с 1992 года в качестве гребных электродвигателей (ГЭД) начали довольно широко использоваться винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем (podded drive), в которых ГЭД был вынесен за пределы корпуса корабля и установлен в подводной капсуле (коконе), обладающей высокими гидродинамическими свойствами.
Azipod - azimuthing podded propulsion system
Типовые ВРК создают или с одним упорным, или с двумя соосными (тяговым и упорным) винтами. В нашей стране наибольшее распространение получили финские системы под обозначением «Азипод» (Azipod - azimuthing podded propulsion system) с одним упорным винтом и ГЭД мощностью от 1,5 до 4,5 МВт. Основными достоинствами ВРК называют: возможность разворота капсулы в горизонтальной плоскости сразу на 360 градусов, то есть реверс направления вращения винта на 100% мощности; валопровод и возможность функционирования винта фиксированного шага на небольших скоростях (до 0,1 от нормальной). Помимо этого ВРК позволяет значительно снизить уровень вибрации и шума силовой энергетической установки, а также установить электроэнергетическое оборудование в труднодоступных для размещения груза местах, это, в свою очередь, позволяет конструкторам более рационально использовать полезное пространство корабля.
Самым эффективным источником тока для ВРК называют сеть переменного тока, которая позволяет не только повысить экономичность и надежность главной энергетической установки, но и использовать для привода винта асинхронные двигатели, оснащенные короткозамкнутым ротором и не требующие обслуживания в процессе эксплуатации. Для того чтобы улучшить пусковые качества асинхронного привода, достаточно часто применяются глубокопазные и двухклеточные роторы специального исполнения. Частоту вращения винта в системах, называемых Azipod, можно регулировать при помощи тиристорных преобразователей частоты. Использование ВРК на практике существенно повышает маневренность кораблей и позволяет даже довольно крупным из них обходиться в порту без помощи со стороны буксиров. Помимо этого отсутствие гребных валов повышает полезный объем в корпусе судна.
Известно, что системы электродвижения были применены на российском транспорте вооружений «Академик Ковалев», который был построен на ЦС «Звездочка» в Северодвинске и принят в состав флота в декабре 2015 года. Особенностью корабля проекта 20180ТВ, созданного специалистами ЦМКБ «Алмаз», стала его движительная установка: дизель-генераторы корабля вырабатывают электричество, которое питает электродвигатели в составе ориентируемых винторулевых комплексов. Благодаря наличию на корабле ВРК, этот транспорт вооружений отличается повышенной маневренностью, он может удерживать заданный курс при существенном волнении на море и успешно решать задачи, поставленные перед ним командованием ВМФ. В настоящее время ЦС «Звездочка» осуществляет постройку второго корабля в рамках того же проекта.
Специалисты считают, что подводные и надводные корабли с электродвижением, наиболее распространенные уже сегодня, в дальнейшем будут лишь совершенствоваться, особенно с учетом все более широкого применения винто-рулевых комплексов. При этом в будущем электродвижение на кораблях военно-морского флота во всех странах мира будет приобретать все больший размах.
Источники информации:
https://tvzvezda.ru/news/opk/content/201706150803-999y.htm
http://bmpd.livejournal.com/2443028.html
http://www.arms-expo.ru/news/perspektivnye_razrabotki/tskb_rubin_litievye_batarei_dlya_podlodok_proshli_ispytaniya
Целуйко И. Г. Развитие электродвижения военных флотов в мире // Молодой ученый. - 2012. - №4. - С. 54-57.
Перспектива того, что на боевых кораблях будущего будет установлено вооружение, построенное на новых физических принципах, способствует тому, что интерес военных моряков к теме электродвижения растет. Сама идея, которая предполагает объединение силовой установки корабля и его вооружения в единый контур на основе электрической энергии представляется очень заманчивой . А значит, данная тема все более плотно исследуется инженерами и конструкторами, в том числе и на российских предприятиях судостроительной отрасли.
Системами вооружений, построенными на новых физических принципах, можно назвать, в частности, перспективные комплексы, которые используют электромагнитный импульс для временного или даже перманентного вывода из строя РЛС, радиотехнических и цифровых систем, вычислительных машин вражеских кораблей. Помимо этого возможным представляется использование электроэнергии корабля для запуска и разгона снаряда (рельсотрон). Не стоит лишь забывать о том, что все подобные системы требуют очень больших запасов электрической энергии на борту корабля, а также возможности ее восстановления или поддержания на требуемом уровне без захода судна на базу.
В наши дни электромоторы применяются на боевых кораблях и в составе главной энергетической установки, и в качестве вспомогательного движителя. Так как современные двигатели являются высокооборотными, приходится между ними и винтом размещать понижающий редуктор, потери мощности в нем могут доходить до 2%. А в случае электрической системы приходится использовать преобразователи частоты и генераторы с общим КПД менее 90%. Это ниже, чем у «чисто механической» системы (к примеру, газовая турбина и главный турбозубчатый агрегат). Поэтому в экономическом плане электродвижение представляется невыгодным.
В свое время изобретение гребного электродвигателя дало достаточно резкий скачок всему развитию подводного судостроения, тогда как применительно к надводным боевым судам оно решает лишь вспомогательные задачи. Несмотря на это энтузиасты более широкого применения на флоте «электромагнитной силы» никуда не исчезают. Стремясь подогреть к данной теме интерес, они вводят в обращение новые термины, к примеру, «расширенное применение электродвижения».
Реализовать полное электродвижение возможно лишь тогда, когда винт (или другой движитель) на всех режимах движения корабля приводится в действие лишь электромотором . В том случае, если на борту судна имеются механические источники энергии (турбина, дизельный двигатель и т.д.), обладающие возможностью крутить вал винта (чаще всего на больших ходах), то можно говорить о «прямом приводе со вспомогательным электродвигателем», или «частичным электродвижением».
«Полное электродвижение», которое построено на преобразовании механической энергии в электрическую, а затем снова в механическую энергию, понижает общий КПД. Это необходимо учитывать и кораблестроителям, и военным морякам. Представляется, что ожидаемое появление электромагнитных пушек (на фрегатах, корветах и эсминцах) и катапульт (на авианосцах) сделает некоторые потери энергии, возникающие при ее преобразовании из одного вида в другой, оправданными и возможными.
Литий-ионные батареи для подлодок
В связи с общей тенденцией на рост энергопотребления разнообразными системами кораблей (включая РЛС, БИУС, ГАК и другими) конструкторам требуется все более внимательно подходить к вопросу выработки и сохранения электроэнергии. В этом плане передовые в научно-техническом отношении страны мира довольно активно ведут работы по созданию литий-ионных батарей повышенной емкости. Есть свои успехи в этой области и в России.
Стоит отметить, что сам литий-ионный аккумулятор (Li-ion) впервые был выпущен компанией Sony еще в 1991 году, однако длительное время эти аккумуляторы использовались лишь в гражданской сфере. Данный тип аккумулятора сегодня очень широко распространен во всей бытовой технике и электронике, находя также применение и в качестве накопителя энергии в различных энергетических системах, и в качестве источника энергии в электромобилях. Сегодня это наиболее популярный вид аккумулятора для таких устройств, как ноутбуки, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры и фотоаппараты, а также электромобили.
Литий-ионные аккумуляторы очень хорошо зарекомендовали себя в работе, но до недавнего времени им не находилось применения на флоте. Несмотря на то, что подобные аккумуляторы обладают рядом важных преимуществ перед классическими кислотными батареями, включая способность выдерживать повышенные токи разряда и зарядки, повышенную емкость, болей долгий жизненный цикл, меньшие расходы в ходе эксплуатации и т.д.
Естественно, все это не могло остаться в стороне от конструкторов военно-морской техники. К примеру, в конце 2014 года российское ЦКБ «Рубин», специализирующееся на проектировании подводных лодок и ведущее в нашей стране бюро подводного кораблестроения, заявило об успешном проведении цикла испытаний новых литий-ионных батарей, предназначенных для неатомных подводных лодок. Об этом журналистам рассказывал тогда генеральный директор ЦКБ «Рубин» Игорь Вильнит. Подобные батареи значительно увеличивают автономность подлодок, обладая большим сроком службы, а также не требуют для обслуживания и работы сложного оборудования.
В то же время в российском флоте применяются аккумуляторные батареи, срок действия которых ограничен, а цена, по оценкам экспертов, может достигать 300 млн. рублей. По словам Андрея Дьячкова, ранее возглавлявшего ЦКБ «Рубин», современные литий-ионные аккумуляторные батареи позволят увеличить время нахождения подводных лодок под водой минимум в 1,4 раза, в то время как потенциал данной технической идеи используется в настоящее время лишь на 35-40%, сообщало РИА Новости.
Направление является перспективным для флота, это давно заметили во всем мире. По информации ресурса shephardmedia.com, в марте 2020 года Военно-морские силы самообороны Японии собираются ввести в строй первую в мире неатомную подлодку (11-я в серии субмарин типа Soryu), которая получит литий-ионные аккумуляторные батареи. Это позволит японцам отказаться от использования на подлодках не только традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, но и воздухонезависимых двигателей Стирлинга.
Японская неатомная подводная лодка SS 503 Hakuryū типа Soryu.
Согласно словам вице-адмирала в отставке Масао Кобаяси, использование литиево-ионных аккумуляторных батарей «должно драматически изменить действия неатомных подводных лодок». Такие батареи обеспечивают субмаринам продолжительность подводного хода, которая сопоставима с продолжительностью хода при использовании воздухонезависимых энергетических установок (ВНЭУ) на небольших скоростях, однако при этом за счет высокой емкости они могут обеспечить довольно высокую продолжительность подводного хода и на больших скоростях, что особенно важно для подлодок при выходе их в атаку или при уклонении от противника. При этом в отличие от ВНЭУ, подводная лодка в состоянии постоянно пополнять запас энергии в литиево-ионных батареях за счет подзарядки батарей с использованием устройства РДП (устройство для работы двигателя под водой).
Согласно словам вице-адмирала Кобаяси, литиево-ионные батареи также отличаются более коротким временем подзарядки в сравнении со свинцово-кислотными батареями, это достигается за счет большей силы заряда тока. Также такие аккумуляторы долговечнее, а электрические схемы с их использованием проще в построении электрических сетей и управлении. Оборотной стороной медали называют высокую стоимость литиево-ионных батарей. Так контрактная цена 11-й субмарины типа Soryu составляет 64,4 миллиарда иен (порядка 566 миллионов долларов), против 51,7 миллиарда иен (454 миллиона долларов) у десятой лодки этого же типа. Почти вся разница в цене субмарин придется на литий-ионные аккумуляторные батареи и соответствующие электросистемы.
Использование гребных электродвигателей
Для военных моряков очень большое значение имеет уменьшение демаскирующих признаков. Лучше всего этому способствует использование гребного электродвигателя (ГЭД), который считается наиболее малошумным из всех распространенных сегодня корабельных силовых установок. Правда, для надводного судна снижение акустического поля является не таким актуальным, как для подводного флота. Все дело в том, что главным демаскирующим фактором для надводных кораблей является заметность в радиолокационном (радиоволны хорошо отражаются от надстроек и борта), а также инфракрасном полях (силовая установка, построенная на основе двигателя внутреннего сгорания).
Поэтому для надводных кораблей наиболее актуальным уменьшение гидроакустического поля представляется для специализированных судов - противолодочных (сторожевых) кораблей. Чаще всего они ведут поиск вражеских субмарин в режиме малого и среднего хода - не более 15 узлов (около 28 км/ч) с помощью гидроакустических комплексов с буксируемыми, погружаемыми и подкильевыми антеннами. Дальность действия таких антенн напрямую зависит от вибрационного и шумового «портретов» корабля-носителя, чем ниже скорость движения судна, тем эффективнее работают антенны.
Модель ГЭД
Именно меньшая шумность - основное достоинство установок с электродвижением. Никакую другую энергетическую установку невозможно сделать менее шумной, чем установку с электродвигателем. При этом существенный вклад в общий шумовой «фон» корабля вносит гребной вал, который жестко связан через редуктор с основными двигателями. Для снижения этого шума используются специальные муфты. Помимо этого вибрация двигателей передается и на обшивку корпуса судна (корабельные двигатели, редукторы, механизмы ставят на фундамент, который жестко связан с набором корпуса, а тот в свою очередь - с обшивкой корпуса). Именно обшивка корабля излучает колебания во внешнюю среду (в воду), а это и является источником шума, который называют структурным. Для снижения «структурного шума» широко практикуется установка всех механизмов на амортизаторы.
В энергетических установках с полным электродвижением гребной вал никак не связан с основным (для него) источником шума - главным двигателем, так как на всех режимах хода он вращается лишь электродвигателем. Помимо этого в «электрической» главной энергетической установке генератор вместе с первичным двигателем можно расположить даже в надстройке корабля (к примеру, так размещена часть дизель-генераторов на британских фрегатах проекта 23), максимальным образом удалив их от наружной обшивки судна.
Правда, на скорости движения более 15 узлов все преимущества электродвижения в плане бесшумности такого хода заканчиваются. Это происходит из-за того, что главной составляющей подводного шума (на некотором удалении от судна) становится шум от кавитации гребного винта. Поэтому на боевых кораблях имеет смысл бороться со снижением шума от ГЭУ лишь на скоростях до 15 узлов. Поэтому и применение электродвижения можно использовать лишь для обеспечения кораблю поискового хода, что и подходит противолодочным судам.
Сегодня известны примеры, когда отдельные конструкторы пытались снизить акустическую заметность боевых кораблей при помощи сокращения длины валов, утверждая, что такое решение достигается с помощью грамотного размещения элементов силовой установки внутри корпуса боевого корабля и надстройки. Некоторые из таких решений действительно были реализованы на практике, к примеру, на британских , силовая установка которых состоит из 2-х газовых турбин Rolls-Royce, пары дизель-генераторов Wärtsilä, а также электродвигателей Converteam. Для КВМС с 2003 по 2011 год было построено 6 таких эсминцев.
Эсминец тип 45 Daring
В США активно ведется строительство перспективных эсминцев нового поколения, получивших обозначение . Работы стартовали еще в 2008 году, головной корабль серии вступил в строй в октябре 2016 года. Энергетическая установка корабля включает газовые турбины и асинхронные электродвигатели мощностью 36,5 МВт с рабочим напряжением 6600 В. На третий корабль серии DDG-1002 Lyndon B. Johnson планируется поставить высокотемпературный сверхпроводимый синхронный двигатель с постоянными магнитами, его мощность составит те же 36,5 МВт, а частота вращения вала - 2 оборота в секунду.
В то же время начальная эксплуатация эсминца нового поколения продемонстрировала всему миру, что он еще ненадежен и страдает от детских болезней, его эксплуатация сопровождается многочисленными поломками. Так 22 ноября 2016 года ГЭУ эсминца Zumwalt вышла из строя в тот момент, когда он проходил Панамский канал. Обездвиженный корабль пришлось буксировать на базу с помощью самых обыкновенных буксиров, которые не обременены силовыми установками нового типа.
Еще одним положительным качеством электродвижения помимо снижения шумности, можно назвать повышение маневренности судов . Как у газовой турбины, так и у дизеля существует значение минимальной мощности, следовательно, есть и минимальное значение устойчивой скорости хода. В то время как при помощи электродвигателя можно достаточно легко менять частоту и направление вращения гребного вала, а значит скорость и направление движения судна. Благодаря этому главная энергетическая установка с электродвигателем уже достаточно давно применяется на тех кораблях, которые по своему назначению должны обладать максимально возможной маневренностью: буксиры, паромы, ледоколы, плавучие краны и т.п.
Азиподы
В перспективе еще одним несомненным плюсом электродвижения для боевых кораблей может стать отказ от использования гребных валов. Начиная с 1992 года в качестве гребных электродвигателей (ГЭД) начали довольно широко использоваться винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем (podded drive), в которых ГЭД был вынесен за пределы корпуса корабля и установлен в подводной капсуле (коконе), обладающей высокими гидродинамическими свойствами.
Azipod - azimuthing podded propulsion system
Типовые ВРК создают или с одним упорным, или с двумя соосными (тяговым и упорным) винтами. В нашей стране наибольшее распространение получили финские системы под обозначением «Азипод» (Azipod - azimuthing podded propulsion system) с одним упорным винтом и ГЭД мощностью от 1,5 до 4,5 МВт. Основными достоинствами ВРК называют: возможность разворота капсулы в горизонтальной плоскости сразу на 360 градусов, то есть реверс направления вращения винта на 100% мощности; валопровод и возможность функционирования винта фиксированного шага на небольших скоростях (до 0,1 от нормальной). Помимо этого ВРК позволяет значительно снизить уровень вибрации и шума силовой энергетической установки, а также установить электроэнергетическое оборудование в труднодоступных для размещения груза местах, это, в свою очередь, позволяет конструкторам более рационально использовать полезное пространство корабля.
Самым эффективным источником тока для ВРК называют сеть переменного тока, которая позволяет не только повысить экономичность и надежность главной энергетической установки, но и использовать для привода винта асинхронные двигатели, оснащенные короткозамкнутым ротором и не требующие обслуживания в процессе эксплуатации. Для того чтобы улучшить пусковые качества асинхронного привода, достаточно часто применяются глубокопазные и двухклеточные роторы специального исполнения. Частоту вращения винта в системах, называемых Azipod, можно регулировать при помощи тиристорных преобразователей частоты. Использование ВРК на практике существенно повышает маневренность кораблей и позволяет даже довольно крупным из них обходиться в порту без помощи со стороны буксиров. Помимо этого отсутствие гребных валов повышает полезный объем в корпусе судна.
Известно, что системы электродвижения были применены на российском транспорте вооружений «Академик Ковалев», который был построен на ЦС «Звездочка» в Северодвинске и принят в состав флота в декабре 2015 года. Особенностью корабля проекта 20180ТВ, созданного специалистами ЦМКБ «Алмаз», стала его движительная установка: дизель-генераторы корабля вырабатывают электричество, которое питает электродвигатели в составе ориентируемых винторулевых комплексов. Благодаря наличию на корабле ВРК, этот транспорт вооружений отличается повышенной маневренностью, он может удерживать заданный курс при существенном волнении на море и успешно решать задачи, поставленные перед ним командованием ВМФ. В настоящее время ЦС «Звездочка» осуществляет постройку второго корабля в рамках того же проекта.
Специалисты считают, что подводные и надводные корабли с электродвижением, наиболее распространенные уже сегодня, в дальнейшем будут лишь совершенствоваться, особенно с учетом все более широкого применения винто-рулевых комплексов. При этом в будущем электродвижение на кораблях военно-морского флота во всех странах мира будет приобретать все больший размах.
Конец 2015 - начало 2016 года ознаменовались небывалым количеством анонсов перспективных морских вооружений от представителей оборонно-промышленного комплекса и флотоводцев РФ. FlotProm собрал в одном материале все, что известно о планируемом облике российского Военно-морского флота образца XXI века.
Подводные лодки
Наиболее близким к реализации представляется проект неатомной подводной лодки с анаэробной силовой установкой, позволяющей существенно увеличить время пребывания корабля под водой. Разработкой воздухонезависимого двигателя в России занимается конструкторское бюро "Рубин", которое уже отчиталось об успешном проведении испытаний установки на береговом стенде. Морские испытания намечены на 2016 год, а проведение опытно-конструкторских работ по строительству подлодки, способной до 3 недель не подниматься к поверхности, на 2017 год. Общее количество перспективных подводных кораблей проекта "Калина" будет определено еще не принятой госпрограммой вооружений до 2025 года.
Спуск на воду дизель-электрической подводной лодки
В атомном подводном кораблестроении в обозримой перспективе изменений ждать не приходится. До 2020 года северодвинская верфь "Севмаш" продолжит строительство многоцелевых АПЛ проекта "Ясень-М" и стратегических ракетоносцев "Борей-А". На фоне этого ВМФ только приступил к формированию тактико-технического задания на атомоход пятого поколения, который получит шифр "Хаски". О новой подлодке известно немного: она будет многоцелевой и получит гиперзвуковые противокорабельные ракеты. Кроме того, пятое поколение российских АПЛ может быть пополнено противолодочной субмариной-охотником. Согласно открытой документации на перевооружение производственных мощностей, строить подводные корабли пятого поколения планируется - как и современные атомоходы - на "Севмаше".
Севмаш, стапельный цех
Подлодки будущего планируется проектировать с учетом активного использования композитных материалов, способных снизить вибрации и шумовую заметность корабля. Речи об изготовлении композитных корпусов пока не идет - замена металла будет произведена при изготовлении наружных покрытий, рулей, стабилизаторов, винтов и других внешних элементов.
При разговоре о перспективах подводного флота немало внимания уделяется и снижению численности экипажа. На современных кораблях на борту находится порядка ста человек - в перспективе их количество предполагается снизить до 30-40 за счет внедрения средств автоматизации управления.
Спуск на воду ПЛ "Краснодар"
Отдельно стоящим представителем подводных сил ВМФ будущего является океанская многоцелевая система "Статус-6", информация о которой стала общеизвестна после президентского совещания в ноябре 2015 года. Ударной силой этой системы выступает самоходный подводный аппарат с дальностью в 10 тысяч километров и глубиной хода в километр, предназначенный для поражения береговой инфраструктуры противника. Им должны быть вооружены атомные подводные лодки проектов 09852 "Белгород" и 09851 "Хабаровск", первая из которых перестраивается в субмарину спецназначения из носителя крылатых ракет, а вторая строится с нуля. Оба корабля находятся на стапелях северодвинского "Севмаша".
Надводные корабли
Перспективы надводного флота России, по заявлениям осведомленных флотских чиновников, видятся менее амбициозными и направлены прежде всего на вывод ВМФ РФ в океанскую зону. Локомотивом этого процесса должны стать новые эсминцы проекта 23560 "Лидер", строительство серии которых будет включено в госпрограмму вооружений 2018-2025. В открытой печати публиковались только характеристики предэскизной модели корабля, разработанной Северным ПКБ. Предполагалось, что он станет носителем более 200 ракет различного назначения и получит корпус с водоизмещением в 18 тысяч тонн, что более чем в два раза превышает аналогичную характеристику советских эсминцев проекта 956 "Сарыч". Силовая установка корабля будет атомной.
Модель одного из вариантов проекта эсминца "Лидер"
Атомное сердца "Лидера" планируется унифицировать с силовой установкой другой перспективной российской разработки - авианосца "Шторм". При его строительстве планируется совместить две школы создания кораблей подобного класса - отечественную и западную. К примеру, подъем в воздух авиакрыла будет обеспечиваться как взлетной полосой с трамплинами, так и электромагнитной катапультой. Это позволит сохранить баланс между необходимостью обеспечить взлетную скорость тяжелым самолетам, таким как борты ДРЛОиУ (дальнего радиолокационного обнаружений и управления), и темпом покидания палубы авиакрылом. Поместить на борт авианосца планируется не менее 80 самолетов и вертолетов. Закладку нового корабля предполагается осуществить не ранее 2025 года на "Севмаше" - единственном российском предприятии, способном строить морскую технику длиной около 300 метров.
Проект авианосца 23000 "Шторм"
Третьим кораблем будущего в ВМФ России должен стать вертолетоносец отечественного производства, даже начало проектирования которого повлекло за собой волну рассуждений о скорой замене санкционных "Мистралей". На прошедших летом 2015 года военных выставках специалисты Невского ПКБ показали свой макет корабля подобного класса "Прибой", а на соседнем стенде ученые Крыловского центра продемонстрировали всем желающим макет вертолетоносца "Лавина". Тем не менее, в ВМФ дали однозначный ответ - раньше 2017 года задача по его строительству верфям ставится не будет.
Экспортная версия универсального десантного корабля "Прибой"
Отдельного внимания в контексте надводного кораблестроения заслуживает заявление главы "Объединенной судостроительной корпорации" Алексея Рахманова о внедрении при проектировании новых образцов морской техники системы электродвижения. Сейчас она используется преимущественно на судах вспомогательного флота и ледоколах, однако в перспективе должна быть введена на всех боевых кораблях. Ее принцип базируется на вращении гребного винта электродвигателями, энергию для которых будет вырабатывать главная силовая установка. Это допускает более свободную компоновку корабля в плане расположения последней и существенно повышает маневренность корабля.
Вооружения
Как ни странно, в контексте морских вооружений наиболее близок к реализации проект не наступательного, но оборонительного оружия. Речь идет об антиторпедах для подводных лодках, которые позволят российским субмаринам получить преимущество в дуэльных ситуациях. Сегодня система "Пакет-НК" создана только в варианте для надводных кораблей, однако гендиректор "Адмиралтейских верфей" анонсировал появление антиторпед и на строящихся предприятием дизель-электрических подлодках.
Пуск торпеды МПТ-П комплекса "Пакет"
Следующим пунктом обновления арсенала ВМФ должна стать модернизированная версия баллистической ракеты "Булава", над которой работают специалисты Морского института теплотехники. Необходимость обновления основного оружия подводных стратегов обусловлена тем, что "появляются принципиально новые проектные и конструкторские решения, смысл которых - повысить эффективность применения оружия". Помимо прочего, планируется, что новая "Булава" станет менее дорогой.
Развитие ожидает и комплекс крылатых ракет "Калибр", возможности которых были продемонстрированы миру во время российской операции в Сирии. Согласно последним заявлениям командования ВМФ, они будут установлены на многоцелевые атомные подлодки проекта 971.
Залп "Калибром"
Другие перспективные крылатые ракеты, получившие название "Циркон", будут не столь многофункциональны, как "Калибры". Этот комплекс должен прийти на смену советским ракетам "Гранит" и будет предназначен исключительно для противокорабельных целей. Основное преимущество "Циркона" будет состоять в возможности полета на гиперзвуковой скорости в 5-6 Мах (число Маха обозначает скорость звука - ред.). Ими будут вооружены перспективные АПЛ 5-го поколения "Хаски", эсминцы "Лидер" и модернизируемые атомные крейсеры проекта 1144 "Орлан". Испытания "Циркона" в России уже начались, однако сроки постановки ракет на вооружение пока не назывались.
Одним из самых свежих и интригующих заявлений стало упоминание заместителем главкома ВМФ Виктором Бурсуком технологий, с помощью которых в будущем подлодки смогут наносить удары по космическим объектам. Никаких подробностей вице-адмирал журналистам разглашать не стал, однако подчеркнул, что они явятся одним из приоритетных направлений развития морских вооружений.
В будущем скорость везде и во всем будет на первом месте, и мы это уже ощущаем. Для кораблей и судов будущего вода станет ее врагом, поэтому большие временные показатели, затраченные на передвижение по мировому океану пугают путешественников и они выбирают быстрые суда, на которых можно добраться куда пожелает душа.
корабль будущего «Earthrace»
Первое судно будущего уже создано и совершило несколько морских походов. Это нечто среднее между кораблем и самолетом и переводится как морская стрела. Это удивительное и достаточно быстрое судно способное преодолеть большие волны, но пока на небольшие расстояния. Благодаря своему внешнему облику и конструктивным особенностям судно «Earthrace» может развивать прекрасную скорость. Его корпус способен погружаться в волны, но самая поразительная характеристика этого судна это прочность. Корпус корабля выполнен из карбона. Еще одной особенностью судна «Earthrace» является его экономичная силовая установка, работающая на биотопливе. Для пересечения земного шара этому судну потребуется всего один контейнер с таким топливом, которое выполнено из масла соевых культур и снижает выброс вредного углекислого газа в окружающую среду до 75 процентов. В будущем такие морские суда станут обычным явлением, и кроме того, уже проводятся эксперименты над разработанным агрегатом, который получает биотопливо из морских водорослей.
корабль будущего «Proteus»
Долгие годы корабли и суда, путешествующие по мировому океану, сталкиваются с проблемой - сопротивление волн. Ученые переосмыслили дизайн корпуса судна и его возможности. В результате получился корабль с нетипичной формой, который выделяется среди других морских судов, потому что у него нет корпуса.
Корабль будущего «Proteus», что значит «Прометей» может покорять волны. Он легко адаптируется к волнению морской среды, повторяя движение, поэтому у него нет необходимости преодолевать их сопротивление.
Эта концепция получила название Wave Adaptive Modular vessel (WAM-V) (модульное судно адаптивное к волне). Создателем первого в своем роде футуристичного судна стал итальянский океанограф Ugo Conti, который работает в Институте морских исследований в Северной Каролине. Стоимость его экспериментального проекта составила 1,5 миллиона долларов США.
«Proteus» это абсолютно новый тип судов, рабочая часть которого слегка касается поверхности воды, пронизывая волны, возникающие на пути, и благодаря своей гибкости адаптируется к структуре, т. е. волной.
корабль будущего «Proteus» фото
Корабль будущего «Proteus» изготовлен из нескольких типов легких и прочных материалов: титан, алюминий и армированные ткани.
Висящий над водой модуль может быть заменен в зависимости от функций или назначения судна. «Proteus» может трансформироваться из средства для перевозки людей в средство для перевозки грузов. Один из плюсов перевоплощения это скорость. Трансформация не занимает много времени и усилий.
В управлении такие корабли будущего как «Proteus» будут под силу даже любителям компьютерных игр. Два джойстика-контроллера делают управление легким и приятным. Судно также легко достигает берега и швартуется без каких-либо трудностей.
Сейчас «Proteus» используется для наблюдения за китами и подводной разведки. Такая концепция разрушает стереотипы существующих водных средств, движущихся по волнам, и может со временем заинтересовать владельцев круизных лайнеров или других типов судов.
Технические данные корабля будущего «Proteus»:
Длина - 30 м;
Водоизмещение - 12 тонн;
Силовая установка - два дизельных двигателя мощностью 355 л. с.;
Дальность плавания - до 5000 миль;
Максимальная скорость - 70 узлов;
быстроходные грузовые и пассажирские корабли будущего
Мы живем в эпоху развития водного транспорта - это приятно осознавать. Но одно дело управлять небольшим судном, а другое - океанским кораблем с грузом. Кроме того, время, затраченное на обработку груза, расходуется нерационально.
Компания «Hydro Lance Corporation» разработала проекты новых судов различных типов, которые в будущем будут включать в себе важные аспекты - скорость передвижения и погрузки, трансформация и удобства на борту.
высокоскоростное контейнерно-транспортное судно
Грузопассажирское скоростное судно контейнеровоз
многоцелевой танкер
скоростное судно типа газовоз (LNG)
Эти корабли смогут без особых проблем пересекать Атлантику за 3 дня. Их дизайн позволит им развить скорость при любых погодных условиях, так как не испытывает ударов волн благодаря конструкции корпуса.
Но в мире грузовых перевозок давно актуален вопрос - как быстро произвести загрузку или разгрузку судна. Типичный подход устаревает. За 1 час обрабатывается около 30 контейнеров. Самодвижущие ленты и другие современные приспособления помогут загрузить многотонные контейнеры, заполненные товарами за считанные минуты. Обширная площадь трасс больше не будет отнимать много времени на разгрузку и погрузку автомобильного транспорта. Также в портах или контейнерных терминалах больше не понадобятся грузоподъемные краны. Эти уникальные корабли будущего будут равномерно размещать грузы прямо на палубе и довольно быстро заполняться грузом.
Для приема на борт пассажиров вовсе не нужны будут морские порты, ведь конструкция грузопассажирских кораблей будущего позволит им беспрепятственно подходить к берегам.
судно будущего для перевозки автомобилей «E/S Orcelle»
В мире потребляются миллионы литров топлива в сутки. С нестабильными ценами на нефтепродукты и ограниченные запасы этих ископаемых заставляют инженеров постоянно искать альтернативные источники энергии. Огромные грузовые корабли ежегодно выбрасывают в атмосферу миллионы кубометров углекислого газа, нанося огромный вред атмосфере и приближая таяние ледников на полюсах. Некоторые ученые считают, что развитие кораблестроения идет неправильным путем.
Инженерам шведской судоходной компании «Wallenius Wilhelmsen» была предоставлена полная свобода действий, результатом чего явилось грузовое судно, которое использует энергию окружающей среды. «E/S Orcelle» - это новое понятие в области грузовых кораблей будущего.
Футуристическое грузовое судно первое в своем роде будет использовать сразу три альтернативных источника энергии - солнце, ветер и волны.
На его восьми палубах равных по площади 14 футбольным полям (85000 кв. м) будут размещаться до 10000 автомобилей. Три грузовые палубы будут регулируемые по высоте и позволят перевозить большие грузы.
Создателей корабля будущего «E/S Orcelle» дальнего следования вдохновил покоритель дальних просторов - альбатрос. Считается, что на 90 процентов источником его энергии является природа. Подобно этой птице проект удивительного судна «E/S Orcelle» будет использовать энергию окружающей среды, чтобы уменьшить потребление собственной.
Нетипичный дизайн корпуса судна и отсутствие традиционных гребных винтов и руля позволит устранить одну из основных угроз мирового океана - балластные воды.
Корпус судна будет выполнен из алюминия и термопластичных композиционных материалов, которые придадут ему прочность, минимум технического обслуживания, и простоту в обработке и утилизации.
Первым альтернативным источником на корабле будущего будет солнечная энергия. Три огромных паруса, состоящие из фотоэлектрических панелей, в безветренную погоду будут осуществлять сбор солнечной энергии, которая затем будет преобразована в электрическую для моментального использования или сохранения.
Вторым альтернативным источником корабля будущего «E/S Orcelle» будет энергия волн. Грузовое судно будет оснащено двенадцатью устройствами - «плавниками», которые смогут преобразовывать кинетическую энергию водоворотов в механическую, а затем в электричество.
И напоследок топливные элементы. Эта технология не сегодняшний день получает все большее распространения и развивается быстрыми темпами. Около половины потребляемой электроэнергии судна будущего «E/S Orcelle» будет вырабатываться топливными элементами. Они будут сочетать в себе самые распространенные химические элементы на нашей планете - водород и кислород для производства электрической энергии для электродвигателей пропульсивной установки судна, а также вырабатывать электричество для других потребителей на борту.
Руководители «Wallenius Wilhelmsen» считают, что судоходные компании должны прилагать больше усилий в развитии новых технических решений для морских перевозок. Материальные затраты на строительство корабля будущего будут не из дешевых и будут намного больше чем строительство стандартного грузового судна стоимостью 46 миллионов долларов, но в перспективе с развитием применяемых технологий расходы будут становиться меньше и естественно экономически выгодными. В компании «Wallenius Wilhelmsen» судно для перевозки автомобилей «E/S Orcelle» планируют построить к 2025 году.
Технические данные грузового судна будущего «E/S Orcelle»:
Длина - 250 м;
Ширина - 50 м;
Высота - 40 м;
Осадка - 9 м;
Водоизмещение - 21000 тонн;
Скорость - 27 узлов;
Хотелось бы верить, что тенденции и уже полученные решения в ближайшем будущем будут применены на существующих судах. Найдя связь с океаном, человечество изменит мир. Мы покорим волны, получив энергию от самой природы, и будем спускаться в глубины, чтобы осваивать новые территории.
Корабли будущего изменят нашу жизнь
в Избранное в Избранном из Избранного 0
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Издавна человека прельщала заманчивая мечта – летать подобно птице. История-древности и Средних веков знает немало случаев, когда человек прикреплял к своим рукам и ногам крылья и прыгал с отвесной скалы или высокой башни, Все эти попытки летать заканчивались обычно трагически. Мускульной тяги человека было явно недостаточно того, чтобы осуществить полет, а подходящего двигателя в то время не было. К тому же и полет птиц был изучен совершенно недостаточно.
Один из гениальнейших ученых прошлого – Леонардо да Винчи проявлял большой интерес к воздухоплаванию. В сохранившихся до наших дней рукописях Леонардо найдено большое количество заметок о полете птиц, летучих мышей и различных насекомых. Там же приводятся довольно подробные теоретические выкладки, относительно полета при помощи крыльев, полета с помощью ветра и, наконец, относительно возможности летания человека! Сохранились и чертежи Леонардо: На одном из них представлено хорошо разработанное крыло летательной машины, похожее на крыло гигантской летучей мыши.
Развивая и углубляя выводы, сделанные Леонардо да Винчи, изобретатели крыльев более тщательно начинают изучать полет птиц. Ле-Бри, моряк по профессий, длительное время наблюдал за полетом морских птиц, которые чаще других прибегают к парящему полету, Ле-Бри пришел к убеждению, что прежде всего необходимо решить задачу парящего полета. Он построил громадные крылья, площадью в 20 кв. м, внешне похожие на крылья альбатроса, и совершил на них несколько удачных полетов. Однако его успехи остались незамеченными и не имели влияния на разрешение проблемы летания. Зато полёты другого исследователя и изобретателя – Отто Лилиенталя – положили практическое начало современной авиации: полетам на аппаратах тяжелее воздуха.
В 1890 г. Лилиенталь построил свой первый планер с летательными плоскостями, напоминающими крылья летучей мыши. Его первые полеты происходили в Штеглице. Вооружившись своим планером-крыльями, Лилиенталь прыгал с высокой башни и плавно приземлялся. Когда планер кренился набок, наклоном своего тела, т. е. перемещением центра тяжести, Лилиенталь восстанавливал равновесие.
Продолжая успешные полеты, Лилиенталь совершенствовал свой планер. Он ввел руль поворотов и для большей устойчивости в полете поместил над первой летательной плоскостью вторую плоскость. Затем Лилиенталь приступил к конструированию моторного планера с машущими крыльями. Однако ему не удалось осуществить эту идею. 12 августа 1896 г. планер Лилиенталя потерпел аварию, и отважный изобретатель разбился.
Успешные полеты братьев Райт и других изобретателей на аппаратах с неподвижными плоскостями, но с толкающим или тянущим воздушным винтом – пропеллером – отвлекли внимание от конструирования ортоптеров, т. е. летательных аппаратов с машущими крыльями.
До сих пор еще ни одному человеку не удавалось, вооружившись крыльями, отделиться от земли. Однако автор этой статьи считает, что одна из основ проектирования летательных аппаратов будущего покоится, по-видимому, на полете ортоптера.
Присмотритесь внимательно к полету птиц, проследите за работой их крыльев, и вы убедитесь, что во время полета птица использует не только силу удара крыла по воздуху, но и возникшую при этом силу инерции. При взмахе крыльев эта сила подбрасывает птицу вверх. В тот момент, когда птица поднимает крылья кверху, сопротивление воздуха уменьшается, и движение вверх продолжается за счет силы инерции. Но вот подъем прекращается, птица широко раскрывает крылья и снова наносит ими удар по воздуху. При этом уничтожаются силы инерции, возникшие при движении крыльев вниз.
Во время полета птицы и насекомые производят своими крыльями различные сложные движения. Крылья служат им не только для парящего полета или парашютирования, но и являются также органом, обеспечивающим движение вперед. Тщательные наблюдения показала; что при машущем полете крылья птиц описывают восьмерку. При движении вперед острая кромка крыла легко рассекает воздух. При обратном движении крыль отталкиваются от воздуха всей плоскостью, вызывая этим силу тяги.
Для того чтобы осуществить механический полет с машущими крыльям нужно прежде всего изготовить механизм, позволяющий этим крыльям описыват восьмерку. Многие попытки конструкте ров превратить круговое движение в движение восьмерки при больших скоростя не удались. Применяемые при этом сложные передаточные механизмы поглощали не менее 60–60% мощности мотора.
Автор предлагает новую конструкций механизма, позволяющего при небольших потерях энергии получить движение восьмерки. В принципе это предложение сводится к следующему. Представим себе круглый обруч, в воображаемом центре которого закреплен шатун, снабженный на конце шариком. Если вращать шатун, то шарик будет совершать круговое движение по окружности обруча. Попробуем теперь одновременно с вращением шатута на вращать и обруч вокруг его оси со скоростью, большей, чем скорость шарика. В этом случае шарик будет описывать замкнутую шарообразную спираль. Если же скорости обоих круговых движений; будут равны, то шатун с шариком опишет восьмерку в одном полушарии. Если шатун в этой схеме заменить двумя лопастями (крыльями), вращающимися навстречу друг другу, то каждая лопасть опишет такую же восьмерку, как и крыло птицы при полете.
Механизм, осуществляющий передачу от мотора к крыльям, построенный по этой схеме, будет отличаться своей простотой. Он будет состоять из трех одинаковых конических шестерен, одна из которых закреплена неподвижно. Через середину этой шестерни проходит вал мотора, на конце которого сидят две другие конические шестерни, соприкасающиеся своими зубьями с неподвижной шестерней. При работе мотора каждая из подвижных шестерен участвует з двух круговых движениях, а прикрепленные к шестерням лопасти описывают восьмерку, Лопасти расположены так, что при вращении они проходят сначала кромкой вперед, так что воздух оказывает им малое сопротивление, затем, при движении назад, лопасти опираются на воздух всей плоскостью, вызывая циркуляцию воздушного потока в одну сторону. Описанная планетарная передача будет иметь высокий коэфициент полезного действия. Расчеты показывают, что модель с электромотором мощностью всего в 150 ватт и с двумя лопастями длиной по 400 мм сможет производить прыжки на высоту в 100 мм и иметь поступательное движение.
Какой можно представить себе авиацию будущего? Автор полагает, что цельные аппараты с машущими крыльями найдут себе широкое применение. По сравнению с современным самолетами они будут иметь большие преимущества. Применение машущих крыльев объединит в одно устройство пропеллер и плоскости самолета. Моторная установка перенесется во внутреннюю часть корпуса, что даст возможность свободного доступа к мотору во время полета. Изъятие мотора из передней части самолета освободит место для кабины летчика, возможность обзора вперед от него значительно улучшится. Новые летательные аппараты смогут развивать большую скорость полета и в то же время дадут возможность осуществлять взлет и посадку на малых площадках.
Попробуем представить себе один из гигантских воздушных кораблей будущего. Его длина превышает длину самых больших из существующих сейчас океанских пассажирских судов. Каюты и служебные и общественные помещения спроектированы так, что каждое из в случае аварии корабля может самостоятельно опуститься на парашюте, корабль приводится в действие мощными турбинными установками, размещенными в четырех отсеках. В каждом из них установлены специальные прямоточные скоростные турбины и целый ряд других агрегатов. Турбины приводят во вращательное движение два вала, расположенные по бокам корабля. С помощью целой системы шестерен движение передается лопастям, описывающим восьмерку. Стройные, ритмичные движения лопастей напоминают групповую греблю на гоночных лодках.
Воздушный корабль летает подобно птице. Сделав мощный взмах, крылья острой кромкой поднимаются кверху, и сила инерции подбрасывает корабль. В следующий момент крылья принимают горизонтальное положение, и корабль совершает планирующий полет. Если издали наблюдать за полетом воздушного гиганта, то кажется, что это несется по воздуху, поднимаясь и опускаясь на невидимых воздушных волнах, громадный бескрылый корабль: лопасти, совершающие движения с большой скоростью, абсолютно незаметны для человеческого глаза.
На корме корабля помещены гигантские плоскости управления, похожие на рули современных самолетов.
В средней части воздушного гиганта расположены вместительные цистерны, содержащие большой запас синтетического топлива для паровых котлов, обладающего высокой теплотворной способностью. Отработанные газы выбрасываются в задней части хвостового оперения через специальные трубы. Весь корабль имеет герметическую оболочку, что дает возможность летать на больших высотах и в то же время поддерживать внутри корабля нормальное давление воздуха. Специальные нагнетательные установки собирают разреженный воздух, сжимают его до 1 атмосферы и подают во внутреннюю часть корабля. Такие же установки отсасывают из корабля использованный воздух.
Рубка управления кораблем находится в его носовой части. Она сделана из небьющегося стекла и сливается с общей обтекаемой формой корабля. В верхней части корабля имеется специальное отделение для легких летательных аппаратов – скоростных связистов. Эти аппараты могут подниматься с летящего корабля и производить на него посадку. Скорость воздушного гиганта доходит до 1000 км в час и таким образом значительно превосходит скорость всех известных сейчас средств передвижения.
Этот корабль не только летает по воздуху, но в случае надобности может и передвигаться по воде. При посадке на воду лопасти складываются подобно крыльям птицы, и турбины переключаются на четыре специальные установки, находящиеся в нижней части корабля. Эти установки также имеют лопасти, при вращении которых корабль передвигается по воде.
