 | О судостроении Блог Алексея Рыбакова |
27.06.2014 13:31
/ о судостроении, кб вымпел, судно на подводных крыльях, скоростное судно
Дрёмы про скоростной флот
Почему я так странно назвал данную статью? Нам хорошо известно фонетически близкое слово из английского языка dream, которое переводится как мечта или сон. Если назвать «Мечта (сон) про скоростной флот», то не понятно о чем мечтать или что видеть во сне, так как флот уже существует. А дрёма в русском языке обозначает некое полу-мечтательное состояние, в котором находится человек, состояние его души.
Почему про скоростной флот – это личное. Дело в том, что в молодые студенческие годы мне сказочно повезло попасть в небольшую группу студентов, занимающихся по этому направлению, которой руководил заведующий кафедрой проектирования судов нашего института профессор Андрютин В.И., ранее много лет работавший Главным инженером, а затем, как тогда называли, Начальником большого ЦКБ «Волгобалтсудопроект», переименованного, в последствии в ЦКБ «Вымпел». Это был почтенного возраста человек с молодым задором в душе, которому было не чуждо все самое передовое. В то время он особое внимание уделял развитию скоростного флота на внутренних водных путях и, в частности, СВП скегового типа. Мы делали курсовые проекты по этим судам, вели, как это сейчас называют, студенческие научные работы в этом направлении. А чтобы этим заниматься, необходимо быть, хотя бы, в курсе дела скоростных судов всех типов. Поэтому, лично у меня, вошло в привычку быть в курсе этой темы на всю жизнь, хотя после защиты дипломного проекта я перешел в водоизмещающее положение и в практической работе, а значит, в получении профессионального мастерства по этой теме практики не имел. Из-за этого я не могу назвать себя «докой» в теме скоростного флота, но достаточно «близким к этой теме» - это уж точно.
И когда наметилось возрождение скоростного флота, она отозвалась своеобразной фантомной болью, которая заставляет поделиться с окружающими своими мыслями. А так как я, как было сказано выше, не считаю себя вполне профессионалом по этому вопросу, то предпочел их (мысли) высказать как бред человека в дремотном состоянии, т.е. назвать их дрёмами. Каждый может отнестись к этому как к действительно бреду, фантастике или мысли, имеющей какое-то рациональное зерно. А так как это дрёмы, то я попытался их объяснить только словами, без использования графики, не Дали. Как это получилось – судить вам.
Дрёма №1. Про подъемные крылья у СПК
Было время, когда скоростной флот на наших внутренних водных путях осуществлял основную перевозку деловых пассажиров, цель которых как можно быстрее переместиться из точки А в точку Б, особенно в местах, где отсутствовали другие способы быстрой доставки людей. Более того, даже там, где вопрос альтернативной доставки так остро не стоял, скоростной флот все равно был достаточно популярным видом транспорта.
Основу скоростного флота составляли СПК, но свою нишу занимали и суда глиссирующего типа, и СВП. После распада СССР экономические трудности привели к практически полному исчезновению скоростного флота. Однако в последнее время наметился процесс возрождения, но упор теперь делается уже на глиссирующие суда и СВП. Причиной этого явления стало снижения эксплуатационной привлекательности, в условиях отсутствия развитой портовой инфраструктуры, особенно на боковых не магистральных реках, из-за основного недостатка СПК – большие проблемы по обеспечению посадки и высадки пассажиров с (на) необорудованный берег. У глиссирующих судов и СВП такой проблемы нет. Но у них есть главный недостаток – низкий коэффициент качества, т.е. отношение затрат энергии на движение к энергии на обеспечения глиссирования или подъем корпуса над поверхностью движения, чем у СПК. Если сравнивать суда соизмеримых размеров то для глиссеров и СВП эта величина лежит в районе 5, даже у скеговых СВП она не превышает 7, тогда как у СПК как правило 10…12, а у лучших судов («Метеор») она достигает 15. Что, естественно, сказывается на экономических показателях при эксплуатации. К примеру, если взять глиссер «Заря» и СПК «Ракета», то при равной силовой установке и одинаковой пассажировместимостью скорость последнего значительно выше – 60км/час против 45. На лицо экономическая выгода. НО…
А НО, это то, что изложено выше – трудности с обеспечением коммуникации с необорудованным берегом у пассажиров СПК. В отечественной практике на ВВП применяются СПК с мало погруженными крыльями, использующие эффект Алексеева, из-за наличия ограничения по осаде. Все прекрасно понимают, что подойти СПК к необорудованному берегу, особенно когда он не обрывистый (яр), а пологий (плес), хотя он и с мало погруженными крыльями, мешает крыльевое устройство, особенно носовые крылья. И, естественно напрашивается решение по его (крыльевому устройству) уборке, хотя бы носовых крыльев, т.к. подход к берегу, конечно, планируется носом и там, в носу, по-видимому, должно быть расположено устройство для посадки и высадки пассажиров.
Сам процесс уборки крыльев на СПК не нов. Чаще всего он применяется на судах с глубоко погруженными крыльями. На таких судах размер крыльев относительно небольшой, а акватории эксплуатации практически не накладывают ограничения на процесс, что упрощает технические решения по их уборке, и с размещением в убранном виде. Для СПК же с мало погружёнными крыльями, у которых относительные размеры крыла большие, а акватории эксплуатации накладывают дополнительные ограничения, а потому требуются другие решения. Наверное, поэтому в отечественной практике таких судов нет. Мне, лично, удалось встретить подъемные мало погруженные крылья на проекте 80, танконосце (проект начала 60-х годов, прошлого века).
Наиболее простое решение связано с поворотом крыльевого устройства или его составных частей вокруг различных горизонтальных осей (поперечной, продольной, произвольной), однако не следует исключать и более сложные движения, совмещающие вращательное и поступательное движения. Особенностью конструкции носового крыльевого устройства СПК с мало погруженными крыльями, наряду с большими габаритами (размах), является наличие большой стреловидности (до 40 градусов). Самое неудачное решение связано с поворотом такой системы вокруг поперечной оси. Большой размах и стреловидность увеличивают необходимый запас глубин под килем во время поворота крыльевой системы, а для обеспечения конечного положения, исключающего контакт крыльев с грунтом при подходе к берегу, значительно усложняет конструкцию судна в носу. Более реально будет решение с поворотом носового крыла вокруг продольной оси, но это возможно только, если разрезать носовое крыло по ДП, а оси поворота расположить в районе бортов. Это позволит значительно упросить конструкцию корпуса в носу, но, однако, остается проблема необходимых глубин под килем на момент разворота при подъеме и проблема касания сложенными крыльями грунта в конечном положении при подходе к берегу.
Сопоставляя эти проблемы, можно предположить, что оптимальной схемой при складывании крыла вращением будет когда, во-первых, оно будет состоять из двух половинок, разделенных в ДП, во-вторых, максимальный размер полу-крыла (полуразмах) расположится в горизонте, а в-третьих, минимальный размер (хорда) вертикально. Такое положение будет соответствовать положению, когда горизонтальная ось поворота будет параллельна носовой кромки (носка) крыла, а поворот будет осуществляться в направлении в нос к борту. Таким образом, при уборке полу-крыло будет, поворачиваясь вокруг такой оси, уходить в нос и одновременно к борту. По окончанию поворота хорда крыла займет положение близкое к вертикальному, а носовая кромка – к горизонтальному.
Ось же поворота по высоте (аппликате) должна быть расположена таким образом, чтобы аппликата самой низшей точки сложенного крыла была несколько выше килевой линии судна в этом месте, что уменьшает риск касания грунта.
По длине от носка крыла оптимально будет располагать ось таким образом, чтобы через нее проходила вертикальная составляющая сопротивления крыла (подъемная сила). А это около 1/3 от длины хорды.
Для компенсации продольных и боковых усилий от крыла на корпусе необходимо выше ватерлинии при движении на крыльях предусмотреть упоры и замки для фиксации крыла в рабочем положении, скрыв их в обтекателях для уменьшения сопротивления в момент всплытия.
Такая возможная схема подъема носового крыла позволит решить вопрос подхода к необорудованному берегу СПК в условиях мелководья и предаст таким судам новые эксплуатационные качества и преимущества перед другими типами скоростных судов.
Дрёма №2. Комбинированное судно
Рассмотрим комбинированное судно, сочетающее преимущества СПК и глиссера. Когда глубины позволяют, судно движется в режиме СПК – более экономичном. Когда глубины уменьшаются, судно переходит в режим глиссирования, чем достигается больший, чем у СПК район эксплуатации за счет освоения мелководных районов рек и озер. А так же появляется возможность эксплуатации в условиях недостаточной видимости в вечернее время суток за счет движения с безопасной скоростью в более экономичном режиме, чем у СПК.
Как же я представляю компоновку такого судна? Представьте себе судно, типа хорошо известного пассажирского глиссирующего теплохода «Заря». Он оборудован носовыми подъемными крыльями по типу описанному выше. Кормовые крылья делаются тоже подъемными, но несколько иначе.
Особенностью кормовых мало погруженных крыльев является то, что они практически не имеют стреловидности, в отличие от носовых. Поэтому предлагается более простой способ подъема – поворот вокруг продольной оси. Крыло тоже выполняется из двух половин, полу-крыло левого и полу-крыло правого борта. Так как судно глиссирующее и ходит по мелкой воде, то предполагается. Что в качестве движителя будет применен водомет, как на «Заре», установленный в ДП. А так как для работы водомета в режиме движения на крыльях к нему необходимо подавать воду, то компоновка кормового крыльевого устройства представляется следующим образом.
Половинки крыла состоят из несущих плоскостей и вертикальных стоек-пилонов, соединенных в виде буквы Г. В рабочем положении полу-крылья направлены каждое к своему борту. Ось поворота каждого полу-крыла находится в основании стойки-пилона у основного корпуса. Полу-крылья поворачиваются на угол около 90 гр. Положение оси поворота поперек судна рассчитывается таким образом, чтобы крыло в сложенном состоянии становилось вертикально вверх и не выходило за габариты судна.
Стойки-пилоны выполняются достаточной ширины, чтобы в них расположить каналы для подачи воды к водомету и в тоже время она (ширина) была достаточна для обеспечения прочности консольно-закрепленного крыла. Канал для подачи воды в стойке-пилоне через уплотнение соединяется с корпусным каналом водомета. Когда крылья сложены связь каналов в стойках-пилонов с водометом прерывается и в глиссирующем режиме водомет забирает воду непосредственно из под корпуса.
В сложенном виде стойки должны быть весьма плотно сопряжены с корпусом судна для обеспечения нормальных условий глиссирования. Отдельно будет стоять вопрос обеспечения оптимальной работы водомета в режиме глиссирования и в режиме СПК. Если для первого требуется большая производительность насоса водомета, но меньшее поджатие струи, то для второго наоборот. Думаю, что компромиссное решение тут будет найдено за счет применения в конструкции насоса винта регулируемого шага и сопла с регулируемым поперечным сечением.
Дрёма №3. Дизель, работающий на нефтяном газе
Теперь позвольте приступить к изложению дрёмы, которую можно представить как абсолютно фантастическую или абсолютно бредовою. Основания для этого более чем достаточно. Я не являюсь специалистом по дизелям и имею об их работе представление не более чем по изучению институтского курса «Судовые силовые установки» (ССУ). Это все равно, что как бы специалисты по судовым силовым установкам изучают кораблестроительные науки, включая движители, по курсу «Теория и устройство корабля» (ТУК) – с трудом отличают нос от кормы судна. Хотя, не для хвальбы, замечу, что имею довольно обширную практику слесаря-ремонтника по карбюраторным ДВС.
Почему нефтяной газ, или пропан-бутановая смесь, а не природный газ (метан)? Применение метана, с точки зрения весовой отдачи, требует хранить его в сжиженном виде, а не в сжатом. Но криогенное оборудование тоже весит не мало, в отличие от способов хранения пропан-бутана, который хранится в сжиженном виде и практически не требует увеличения веса конструкций по сравнению с хранением дизельного топлива. А это для СПК важно. Да и заправка нефтяным газом мало чем отличается от обычной заправки или по крайней мере не вызывает проблем связанных с криогенным оборудованием. Вот где-то так.
Но на этом кончается преимущество нефтяного газа. Основной недостаток – низкое, по сравнению с метаном, антидетонационные свойства. И хотя они выше, чем у бензиновых двигателей (предельная степень сжатия 11 против 9), но все равно не достаточно. Для дизелей требуется степень сжатия хотя бы в районе 20, иначе не будет основного преимущества дизелей – повышенный КПД по сравнению с карбюраторными двигателями.
Известны схемы работы дизелей на газу, когда газ подается в цилиндры на такте «всасывания», а при достижении положения близким к вмт на такте «сжатие» инициализируется поджог рабочей смеси электроискровым зажиганием или поджиговой дозой дизельного топлива из форсунки. Но схема с электроискровым зажиганием требует, как говорилось выше, уменьшение степени сжатия до 11 из-за угрозы работы двигателя с детонацией, что очень плохо.
Можно повысить степень сжатия по такой схеме, но не выше 13 за счет охлаждения подаваемой в цилиндры смеси порцией дизельного топлива из форсунки при поджоге (используется время необходимое для самовозгорания дизтоплива), отодвигая тем самым порог детонации, а дизтопливо более равномерно распределяется по камере сгорания и поджигает газ практически по всему объему. При этом объем запальной порции может достигать 30…50% от требуемой при работе только на дизельном топливе. А у дизелей, работающих на природном газе, эта величина не превышает 5% и степень сжатия остается на прежнем уровне. Так что, как видно, существующие схемы работы дизелей на нефтяном газе имеют ряд недостатков по сравнению с дизелями на природном газе.
Как известно, причиной возникновения детонации являются химические процессы, происходящие со смесью топлива в период такта «сжатие», в самом его конце при инициализацией поджога. При поджоге смеси начинается вокруг места инициализации нормальное, без детонации, сгорание первой порции и при этом резко подскакивает давление в камере сгорания. Умные головы говорят (Соколик А.С., Сгорание в транспортных поршневых двигателях), что при больших давлениях и наличия свободного кислорода начинается интенсивный процесс разложения углеводородов на перекиси, а затем их взрывной распад – детонация.
Долго ли, коротко ли думал над этой проблемой, но однажды находясь в дремотном состоянии, подумалось, а что если через форсунки дизеля подавать смесь дизельного топлива с нефтяным газом, исключив подачу нефтяного газа на стадии такта «всасывание», убрав тем самым первопричину возникновения детонации. А почему бы и нет? Нефтяной газ при давлении в 16 атм находиться в жидком виде. И почему бы его не смешать с дизельным топливом в специальном расходной цистерне и подавать на насос высокого давления (ТНВД) в таком смешанном виде и естественно, при том же давлении?
Что это даст? Думаю, что поможет решить проблему с детонацией. Вспышка дизтоплива произойдет по всему объему камеры сгорания, а так как подается смесь дизтоплива с газом, то газ будет вспыхивать тоже сразу по всему объему и детонации не будет, так как перекиси образоваться не успеют. При степени сжатия около 20 температура воздуха в камере сгорания будет выше 500?С, а температура самовозгорания дизтоплива около 300?С, а газа 450?С. Поэтому уместно предположить, что дизтопливо вспыхнет раньше чем газ и одновременно по всему объему и детонации газа не будет. Возможно, даже предположить, что можно обойтись и без смешивания нефтяного газа с дизтопливом, а работать чисто на газе, но это уж слишком далеко я зашел в своем дремотном состоянии. Совсем как у Дали за три секунды до пробуждения.
Для работы дизелей по такой схеме питания наиболее подходящими будут дизеля не с традиционной подачей топлива (ТНВД с отсечкой топлива – форсунка), а дизеля с системой Common Rail (Общая магистраль), где топливо в ТНВД не отсекается, а подается под очень большим давлением в общую магистраль, являющейся своеобразным аккумулятором. Из этой магистрали топливо подается на управляемые форсунки, открытие которых управляются специальной электронной системой. Эта система может до 9 раз за цикл «рабочий» ход подавать в цилиндр топливо и регулировать величину подачи, а тем самым и число оборотов двигателя. Излишки топлива из общей магистрали удаляются через предохранительный клапан. Понятно, что в таком двигателе во время цикла «рабочий» ход будет поддерживаться достаточно постоянное давление, что приблизит его работу к циклу Карно, а это повысит его КПД.
Но, как всегда появляются препятствия. Дело в том, что критическая температура нефтяного газа 92?С. А это значит, что температуру топлива надо поддерживать ниже этой отметки, та как выше критической температуры газ может находиться только в газообразной фазе. Желательно держать не выше 60…70. Нормальная температура работы ДВС 80…90?С, а это значит, что топливо требуется охлаждать от входа в ТНВД до форсунки включительно. Здесь надо думать. Однако если удастся реализовать эту, пока еще фантастическую идею, речной флот получит довольно экономичный и экологически чистый двигатель не только для применения на скоростном флоте, но и на других типах судов, где идея использование природного газа весьма проблематична из-за необходимости выделения больших объемов для размещения криогенного оборудования.
Дрёма №4. Практическая реализация
Это наиболее реалистическая дрёма. Практически не представляет труда создать предприятие на основе ЗАО, куда смогут войти проектант (ы) скоростных судов, заинтересованные пароходства и представители свободных производственных мощностей, которых сейчас много и можно заинтересовать их владельцев вступить в ЗАО или эти мощности арендовать. Было бы желание участников и понимание предстоящих задач.
На первом этапе, думаю, необходимо делать упор на модернизацию существующих типов скоростных судов по заявкам заинтересованных пароходств, так как их корпуса (главный компонент в стоимости) выполнены из алюминиевых сплавов, которые в пресной воде практически не подвержены коррозии. После отработки конструктивных решений можно преступить к созданию новых судов. При этом мне кажется, основной спрос на такие суда будет за пределами России, в более теплых странах где навигация возможна круглый год. К ним относятся страны с неразвитой речной портовой системой, такие, как страны бассейна Амазонки, Нила, Конго, Инда, Ганга, Меконга и др. И здесь главное правильно вести маркетинговую политику.
Послесловие
Вот и подходит к концу мое полуфантастическое, полуреальное повествование про скоростной флот. Каждый может в меру своей испорченности принять их к действию или может кого-то наведет на новые мысли – обижаться не буду, дарю, тем более мне не привыкать.
Вам наверное захочется спросить, а почему я оставил в стороне внимание к судам на воздушной подушке (СВП) и экранопланам (ЭП)? Они же тоже скоростные. Если разделить СВП на скеговые СВП (ССВП) и амфибийные СВП (АСВП) то у АСВП, включая СВП на гибких скегах, и ЭП есть большой минус в их активном применении связанный с невозможностью обеспечения эффективного маневра, что на реке немаловажно. Об этом я уже писал в своей статье «Маневры объектов вблизи экрана».
Поэтому говорить пока о широком применении на реке таких типов судов, кроме как для любителей экзотики, не приходиться. Исключение могут составить только АСВП на паромных переправах, но не для линейных перевозок. Что же касается ССВП, то они твердо нашли свою нишу в речном транспорте и мечтать тут можно о создании круизных судов со спальными местами, но эта идея не моя, а профессора Андрютина В.И.. В частности, он говорил, что путешествуя по Волге в качестве туриста приятно проводить время на палубе, сидя вразвалочку на плетеном кресле под равномерный стук плиц и созерцая проплывающие мимо окрестности, но хотелось бы, чтобы эта картинка двигалась чуть побыстрее, а времени на экскурсии в городах было чуть по больше. А я в студентах был у него, как говориться, на побегушках о чем писал выше. Но есть еще одна тема для дрёмы, и она связана с моим дипломным проектом, руководителем которого был все тот же профессор Андрютин В.И. и который я защитил 18 июня 1974 года.
Дрёма №5. О круглогодичной эксплуатации ССВП
Дипломный проект назывался «Исследовательское проектирование грузового скегового судна на воздушной подушке грузоподъемностью 40 тонн для круглогодичной эксплуатации».
Первоначально, в беседе с шефом, он мне обрисовал картину по этому вопросу и сказал, что решений практически нет, если не считать какого-то забугорного по оборудованию такого судна гибким ограждением. Стало понятно, что если пойти по этому пути, то потребуется резко увеличить мощность вентиляторной установки, что естественно скажется на экономичности проекта.
Пока суд да дело, - каникулы, преддипломная практика, - стал думать. И вот однажды, как всегда во сне, пришло решение, а что если поставить корпус судна на гибкое упругое лыжное устройство и оградить пространство воздушной подушки между корпусом и лыжей гибкой непроницаемой связью. Гибкая лыжа сможет достаточно хорошо огибать небольшие неровности на льду замершего водоема, а его упругость компенсировать потерю водоизмещения в скегах. При этом предполагалось, что замена вентилятора не потребуется. Шефу очень понравилось такое решение, и он даже предложил «застолбить» его, но времени возиться с этим не было, тем более что мне фактически пришлось делать два дипломных проекта, за себя и за жену, которая только что родила нашего первенца.
После одобрения принципиальной схемы приступил к ее конструктивному воплощению, в результате чего у меня получилась конструкция очень напоминающая сегодняшние гибкие скеги. Правда тогда у меня в руках не было современных материалов, а так весьма похоже, что подтверждает народное наблюдение, - у дураков мысли сходятся.
Стоял также вопрос о выборе типа движителя. Я предложил использовать задние мосты с коробкой передач от автомобилей или от колесных тракторов, вывесив их на корпусе в корме через параллелограммную подвеску с принудительным поджимом к поверхности движения для обеспечения сцепления, а привод осуществлять от штатного двигателя, заменив у него открытую систему охлаждения на закрытую с радиатором. Ну и естественно, возник вопрос с управляемостью, физическая сущность которого мне была ясна еще тогда, но шеф сказал, что эти вопросы можно решить потом, а сейчас самое главное показать, что вопрос по приспособлению ССВП к зимней эксплуатации решаем и весьма успешно. Поэтому я, по совету шефа, применил обычные воздушные винты и рули установленные за ними.
Но как я писал вначале, мне после защиты больше не пришлось заниматься этими вопросами. Однако думать об этом я не перестаю и по сей день. Что касается движителя то я еще больше склоняюсь к высказанной мною идеи еще тогда. По управляемости я сегодня думаю, что применил бы устройство типа спаренных коньков, установленных в пространстве воздушной подушки в носу, в первой четверти и в корме. При чем, носовые коньки поворотные на некоторый угол для обеспечения маневра. Коньки носовые и кормовые принудительно нагружаются для обеспечения надежного контакта. Они же еще могут вставать враздрай, как это делают конькобежцы для торможения. Для увеличения эффекта от торможения из подушки должен аварийно стравливается воздух.
Вот так будет вполне закончен проект приспособления ССВП для круглогодичной эксплуатации. Сам процесс «переобувания», понятно, должен происходить два раза в год, - в период ледостава и укрепления льда и в период перед весенним ледоходом и до его завершения. Думаю, что большой нужды по созданию таких типов новых судов сейчас нет, а следует модернизировать существующий флот из судов типа «Зарница», «Луч», «Луч2», «Орион» которых было в свое время построено достаточно много. Часть их использовать для пассажирских перевозок, часть для грузовых, часть для смешанных. Особенно они будут востребованы в Сибири и на Дальнем Востоке, в Северных и Восточных районах Европы. А организация производства все по той схеме, изложенной выше.
Благодарю всех, у кого хватило терпения прочесть сею писанину до конца!
И когда наметилось возрождение скоростного флота, она отозвалась своеобразной фантомной болью, которая заставляет поделиться с окружающими своими мыслями. А так как я, как было сказано выше, не считаю себя вполне профессионалом по этому вопросу, то предпочел их (мысли) высказать как бред человека в дремотном состоянии, т.е. назвать их дрёмами. Каждый может отнестись к этому как к действительно бреду, фантастике или мысли, имеющей какое-то рациональное зерно. А так как это дрёмы, то я попытался их объяснить только словами, без использования графики, не Дали. Как это получилось – судить вам.
Дрёма №1. Про подъемные крылья у СПК
Было время, когда скоростной флот на наших внутренних водных путях осуществлял основную перевозку деловых пассажиров, цель которых как можно быстрее переместиться из точки А в точку Б, особенно в местах, где отсутствовали другие способы быстрой доставки людей. Более того, даже там, где вопрос альтернативной доставки так остро не стоял, скоростной флот все равно был достаточно популярным видом транспорта.
Основу скоростного флота составляли СПК, но свою нишу занимали и суда глиссирующего типа, и СВП. После распада СССР экономические трудности привели к практически полному исчезновению скоростного флота. Однако в последнее время наметился процесс возрождения, но упор теперь делается уже на глиссирующие суда и СВП. Причиной этого явления стало снижения эксплуатационной привлекательности, в условиях отсутствия развитой портовой инфраструктуры, особенно на боковых не магистральных реках, из-за основного недостатка СПК – большие проблемы по обеспечению посадки и высадки пассажиров с (на) необорудованный берег. У глиссирующих судов и СВП такой проблемы нет. Но у них есть главный недостаток – низкий коэффициент качества, т.е. отношение затрат энергии на движение к энергии на обеспечения глиссирования или подъем корпуса над поверхностью движения, чем у СПК. Если сравнивать суда соизмеримых размеров то для глиссеров и СВП эта величина лежит в районе 5, даже у скеговых СВП она не превышает 7, тогда как у СПК как правило 10…12, а у лучших судов («Метеор») она достигает 15. Что, естественно, сказывается на экономических показателях при эксплуатации. К примеру, если взять глиссер «Заря» и СПК «Ракета», то при равной силовой установке и одинаковой пассажировместимостью скорость последнего значительно выше – 60км/час против 45. На лицо экономическая выгода. НО…
А НО, это то, что изложено выше – трудности с обеспечением коммуникации с необорудованным берегом у пассажиров СПК. В отечественной практике на ВВП применяются СПК с мало погруженными крыльями, использующие эффект Алексеева, из-за наличия ограничения по осаде. Все прекрасно понимают, что подойти СПК к необорудованному берегу, особенно когда он не обрывистый (яр), а пологий (плес), хотя он и с мало погруженными крыльями, мешает крыльевое устройство, особенно носовые крылья. И, естественно напрашивается решение по его (крыльевому устройству) уборке, хотя бы носовых крыльев, т.к. подход к берегу, конечно, планируется носом и там, в носу, по-видимому, должно быть расположено устройство для посадки и высадки пассажиров.
Сам процесс уборки крыльев на СПК не нов. Чаще всего он применяется на судах с глубоко погруженными крыльями. На таких судах размер крыльев относительно небольшой, а акватории эксплуатации практически не накладывают ограничения на процесс, что упрощает технические решения по их уборке, и с размещением в убранном виде. Для СПК же с мало погружёнными крыльями, у которых относительные размеры крыла большие, а акватории эксплуатации накладывают дополнительные ограничения, а потому требуются другие решения. Наверное, поэтому в отечественной практике таких судов нет. Мне, лично, удалось встретить подъемные мало погруженные крылья на проекте 80, танконосце (проект начала 60-х годов, прошлого века).
Наиболее простое решение связано с поворотом крыльевого устройства или его составных частей вокруг различных горизонтальных осей (поперечной, продольной, произвольной), однако не следует исключать и более сложные движения, совмещающие вращательное и поступательное движения. Особенностью конструкции носового крыльевого устройства СПК с мало погруженными крыльями, наряду с большими габаритами (размах), является наличие большой стреловидности (до 40 градусов). Самое неудачное решение связано с поворотом такой системы вокруг поперечной оси. Большой размах и стреловидность увеличивают необходимый запас глубин под килем во время поворота крыльевой системы, а для обеспечения конечного положения, исключающего контакт крыльев с грунтом при подходе к берегу, значительно усложняет конструкцию судна в носу. Более реально будет решение с поворотом носового крыла вокруг продольной оси, но это возможно только, если разрезать носовое крыло по ДП, а оси поворота расположить в районе бортов. Это позволит значительно упросить конструкцию корпуса в носу, но, однако, остается проблема необходимых глубин под килем на момент разворота при подъеме и проблема касания сложенными крыльями грунта в конечном положении при подходе к берегу.
Сопоставляя эти проблемы, можно предположить, что оптимальной схемой при складывании крыла вращением будет когда, во-первых, оно будет состоять из двух половинок, разделенных в ДП, во-вторых, максимальный размер полу-крыла (полуразмах) расположится в горизонте, а в-третьих, минимальный размер (хорда) вертикально. Такое положение будет соответствовать положению, когда горизонтальная ось поворота будет параллельна носовой кромки (носка) крыла, а поворот будет осуществляться в направлении в нос к борту. Таким образом, при уборке полу-крыло будет, поворачиваясь вокруг такой оси, уходить в нос и одновременно к борту. По окончанию поворота хорда крыла займет положение близкое к вертикальному, а носовая кромка – к горизонтальному.
Ось же поворота по высоте (аппликате) должна быть расположена таким образом, чтобы аппликата самой низшей точки сложенного крыла была несколько выше килевой линии судна в этом месте, что уменьшает риск касания грунта.
По длине от носка крыла оптимально будет располагать ось таким образом, чтобы через нее проходила вертикальная составляющая сопротивления крыла (подъемная сила). А это около 1/3 от длины хорды.
Для компенсации продольных и боковых усилий от крыла на корпусе необходимо выше ватерлинии при движении на крыльях предусмотреть упоры и замки для фиксации крыла в рабочем положении, скрыв их в обтекателях для уменьшения сопротивления в момент всплытия.
Такая возможная схема подъема носового крыла позволит решить вопрос подхода к необорудованному берегу СПК в условиях мелководья и предаст таким судам новые эксплуатационные качества и преимущества перед другими типами скоростных судов.
Дрёма №2. Комбинированное судно
Рассмотрим комбинированное судно, сочетающее преимущества СПК и глиссера. Когда глубины позволяют, судно движется в режиме СПК – более экономичном. Когда глубины уменьшаются, судно переходит в режим глиссирования, чем достигается больший, чем у СПК район эксплуатации за счет освоения мелководных районов рек и озер. А так же появляется возможность эксплуатации в условиях недостаточной видимости в вечернее время суток за счет движения с безопасной скоростью в более экономичном режиме, чем у СПК.
Как же я представляю компоновку такого судна? Представьте себе судно, типа хорошо известного пассажирского глиссирующего теплохода «Заря». Он оборудован носовыми подъемными крыльями по типу описанному выше. Кормовые крылья делаются тоже подъемными, но несколько иначе.
Особенностью кормовых мало погруженных крыльев является то, что они практически не имеют стреловидности, в отличие от носовых. Поэтому предлагается более простой способ подъема – поворот вокруг продольной оси. Крыло тоже выполняется из двух половин, полу-крыло левого и полу-крыло правого борта. Так как судно глиссирующее и ходит по мелкой воде, то предполагается. Что в качестве движителя будет применен водомет, как на «Заре», установленный в ДП. А так как для работы водомета в режиме движения на крыльях к нему необходимо подавать воду, то компоновка кормового крыльевого устройства представляется следующим образом.
Половинки крыла состоят из несущих плоскостей и вертикальных стоек-пилонов, соединенных в виде буквы Г. В рабочем положении полу-крылья направлены каждое к своему борту. Ось поворота каждого полу-крыла находится в основании стойки-пилона у основного корпуса. Полу-крылья поворачиваются на угол около 90 гр. Положение оси поворота поперек судна рассчитывается таким образом, чтобы крыло в сложенном состоянии становилось вертикально вверх и не выходило за габариты судна.
Стойки-пилоны выполняются достаточной ширины, чтобы в них расположить каналы для подачи воды к водомету и в тоже время она (ширина) была достаточна для обеспечения прочности консольно-закрепленного крыла. Канал для подачи воды в стойке-пилоне через уплотнение соединяется с корпусным каналом водомета. Когда крылья сложены связь каналов в стойках-пилонов с водометом прерывается и в глиссирующем режиме водомет забирает воду непосредственно из под корпуса.
В сложенном виде стойки должны быть весьма плотно сопряжены с корпусом судна для обеспечения нормальных условий глиссирования. Отдельно будет стоять вопрос обеспечения оптимальной работы водомета в режиме глиссирования и в режиме СПК. Если для первого требуется большая производительность насоса водомета, но меньшее поджатие струи, то для второго наоборот. Думаю, что компромиссное решение тут будет найдено за счет применения в конструкции насоса винта регулируемого шага и сопла с регулируемым поперечным сечением.
Дрёма №3. Дизель, работающий на нефтяном газе
Теперь позвольте приступить к изложению дрёмы, которую можно представить как абсолютно фантастическую или абсолютно бредовою. Основания для этого более чем достаточно. Я не являюсь специалистом по дизелям и имею об их работе представление не более чем по изучению институтского курса «Судовые силовые установки» (ССУ). Это все равно, что как бы специалисты по судовым силовым установкам изучают кораблестроительные науки, включая движители, по курсу «Теория и устройство корабля» (ТУК) – с трудом отличают нос от кормы судна. Хотя, не для хвальбы, замечу, что имею довольно обширную практику слесаря-ремонтника по карбюраторным ДВС.
Почему нефтяной газ, или пропан-бутановая смесь, а не природный газ (метан)? Применение метана, с точки зрения весовой отдачи, требует хранить его в сжиженном виде, а не в сжатом. Но криогенное оборудование тоже весит не мало, в отличие от способов хранения пропан-бутана, который хранится в сжиженном виде и практически не требует увеличения веса конструкций по сравнению с хранением дизельного топлива. А это для СПК важно. Да и заправка нефтяным газом мало чем отличается от обычной заправки или по крайней мере не вызывает проблем связанных с криогенным оборудованием. Вот где-то так.
Но на этом кончается преимущество нефтяного газа. Основной недостаток – низкое, по сравнению с метаном, антидетонационные свойства. И хотя они выше, чем у бензиновых двигателей (предельная степень сжатия 11 против 9), но все равно не достаточно. Для дизелей требуется степень сжатия хотя бы в районе 20, иначе не будет основного преимущества дизелей – повышенный КПД по сравнению с карбюраторными двигателями.
Известны схемы работы дизелей на газу, когда газ подается в цилиндры на такте «всасывания», а при достижении положения близким к вмт на такте «сжатие» инициализируется поджог рабочей смеси электроискровым зажиганием или поджиговой дозой дизельного топлива из форсунки. Но схема с электроискровым зажиганием требует, как говорилось выше, уменьшение степени сжатия до 11 из-за угрозы работы двигателя с детонацией, что очень плохо.
Можно повысить степень сжатия по такой схеме, но не выше 13 за счет охлаждения подаваемой в цилиндры смеси порцией дизельного топлива из форсунки при поджоге (используется время необходимое для самовозгорания дизтоплива), отодвигая тем самым порог детонации, а дизтопливо более равномерно распределяется по камере сгорания и поджигает газ практически по всему объему. При этом объем запальной порции может достигать 30…50% от требуемой при работе только на дизельном топливе. А у дизелей, работающих на природном газе, эта величина не превышает 5% и степень сжатия остается на прежнем уровне. Так что, как видно, существующие схемы работы дизелей на нефтяном газе имеют ряд недостатков по сравнению с дизелями на природном газе.
Как известно, причиной возникновения детонации являются химические процессы, происходящие со смесью топлива в период такта «сжатие», в самом его конце при инициализацией поджога. При поджоге смеси начинается вокруг места инициализации нормальное, без детонации, сгорание первой порции и при этом резко подскакивает давление в камере сгорания. Умные головы говорят (Соколик А.С., Сгорание в транспортных поршневых двигателях), что при больших давлениях и наличия свободного кислорода начинается интенсивный процесс разложения углеводородов на перекиси, а затем их взрывной распад – детонация.
Долго ли, коротко ли думал над этой проблемой, но однажды находясь в дремотном состоянии, подумалось, а что если через форсунки дизеля подавать смесь дизельного топлива с нефтяным газом, исключив подачу нефтяного газа на стадии такта «всасывание», убрав тем самым первопричину возникновения детонации. А почему бы и нет? Нефтяной газ при давлении в 16 атм находиться в жидком виде. И почему бы его не смешать с дизельным топливом в специальном расходной цистерне и подавать на насос высокого давления (ТНВД) в таком смешанном виде и естественно, при том же давлении?
Что это даст? Думаю, что поможет решить проблему с детонацией. Вспышка дизтоплива произойдет по всему объему камеры сгорания, а так как подается смесь дизтоплива с газом, то газ будет вспыхивать тоже сразу по всему объему и детонации не будет, так как перекиси образоваться не успеют. При степени сжатия около 20 температура воздуха в камере сгорания будет выше 500?С, а температура самовозгорания дизтоплива около 300?С, а газа 450?С. Поэтому уместно предположить, что дизтопливо вспыхнет раньше чем газ и одновременно по всему объему и детонации газа не будет. Возможно, даже предположить, что можно обойтись и без смешивания нефтяного газа с дизтопливом, а работать чисто на газе, но это уж слишком далеко я зашел в своем дремотном состоянии. Совсем как у Дали за три секунды до пробуждения.
Для работы дизелей по такой схеме питания наиболее подходящими будут дизеля не с традиционной подачей топлива (ТНВД с отсечкой топлива – форсунка), а дизеля с системой Common Rail (Общая магистраль), где топливо в ТНВД не отсекается, а подается под очень большим давлением в общую магистраль, являющейся своеобразным аккумулятором. Из этой магистрали топливо подается на управляемые форсунки, открытие которых управляются специальной электронной системой. Эта система может до 9 раз за цикл «рабочий» ход подавать в цилиндр топливо и регулировать величину подачи, а тем самым и число оборотов двигателя. Излишки топлива из общей магистрали удаляются через предохранительный клапан. Понятно, что в таком двигателе во время цикла «рабочий» ход будет поддерживаться достаточно постоянное давление, что приблизит его работу к циклу Карно, а это повысит его КПД.
Но, как всегда появляются препятствия. Дело в том, что критическая температура нефтяного газа 92?С. А это значит, что температуру топлива надо поддерживать ниже этой отметки, та как выше критической температуры газ может находиться только в газообразной фазе. Желательно держать не выше 60…70. Нормальная температура работы ДВС 80…90?С, а это значит, что топливо требуется охлаждать от входа в ТНВД до форсунки включительно. Здесь надо думать. Однако если удастся реализовать эту, пока еще фантастическую идею, речной флот получит довольно экономичный и экологически чистый двигатель не только для применения на скоростном флоте, но и на других типах судов, где идея использование природного газа весьма проблематична из-за необходимости выделения больших объемов для размещения криогенного оборудования.
Дрёма №4. Практическая реализация
Это наиболее реалистическая дрёма. Практически не представляет труда создать предприятие на основе ЗАО, куда смогут войти проектант (ы) скоростных судов, заинтересованные пароходства и представители свободных производственных мощностей, которых сейчас много и можно заинтересовать их владельцев вступить в ЗАО или эти мощности арендовать. Было бы желание участников и понимание предстоящих задач.
На первом этапе, думаю, необходимо делать упор на модернизацию существующих типов скоростных судов по заявкам заинтересованных пароходств, так как их корпуса (главный компонент в стоимости) выполнены из алюминиевых сплавов, которые в пресной воде практически не подвержены коррозии. После отработки конструктивных решений можно преступить к созданию новых судов. При этом мне кажется, основной спрос на такие суда будет за пределами России, в более теплых странах где навигация возможна круглый год. К ним относятся страны с неразвитой речной портовой системой, такие, как страны бассейна Амазонки, Нила, Конго, Инда, Ганга, Меконга и др. И здесь главное правильно вести маркетинговую политику.
Послесловие
Вот и подходит к концу мое полуфантастическое, полуреальное повествование про скоростной флот. Каждый может в меру своей испорченности принять их к действию или может кого-то наведет на новые мысли – обижаться не буду, дарю, тем более мне не привыкать.
Вам наверное захочется спросить, а почему я оставил в стороне внимание к судам на воздушной подушке (СВП) и экранопланам (ЭП)? Они же тоже скоростные. Если разделить СВП на скеговые СВП (ССВП) и амфибийные СВП (АСВП) то у АСВП, включая СВП на гибких скегах, и ЭП есть большой минус в их активном применении связанный с невозможностью обеспечения эффективного маневра, что на реке немаловажно. Об этом я уже писал в своей статье «Маневры объектов вблизи экрана».
Поэтому говорить пока о широком применении на реке таких типов судов, кроме как для любителей экзотики, не приходиться. Исключение могут составить только АСВП на паромных переправах, но не для линейных перевозок. Что же касается ССВП, то они твердо нашли свою нишу в речном транспорте и мечтать тут можно о создании круизных судов со спальными местами, но эта идея не моя, а профессора Андрютина В.И.. В частности, он говорил, что путешествуя по Волге в качестве туриста приятно проводить время на палубе, сидя вразвалочку на плетеном кресле под равномерный стук плиц и созерцая проплывающие мимо окрестности, но хотелось бы, чтобы эта картинка двигалась чуть побыстрее, а времени на экскурсии в городах было чуть по больше. А я в студентах был у него, как говориться, на побегушках о чем писал выше. Но есть еще одна тема для дрёмы, и она связана с моим дипломным проектом, руководителем которого был все тот же профессор Андрютин В.И. и который я защитил 18 июня 1974 года.
Дрёма №5. О круглогодичной эксплуатации ССВП
Дипломный проект назывался «Исследовательское проектирование грузового скегового судна на воздушной подушке грузоподъемностью 40 тонн для круглогодичной эксплуатации».
Первоначально, в беседе с шефом, он мне обрисовал картину по этому вопросу и сказал, что решений практически нет, если не считать какого-то забугорного по оборудованию такого судна гибким ограждением. Стало понятно, что если пойти по этому пути, то потребуется резко увеличить мощность вентиляторной установки, что естественно скажется на экономичности проекта.
Пока суд да дело, - каникулы, преддипломная практика, - стал думать. И вот однажды, как всегда во сне, пришло решение, а что если поставить корпус судна на гибкое упругое лыжное устройство и оградить пространство воздушной подушки между корпусом и лыжей гибкой непроницаемой связью. Гибкая лыжа сможет достаточно хорошо огибать небольшие неровности на льду замершего водоема, а его упругость компенсировать потерю водоизмещения в скегах. При этом предполагалось, что замена вентилятора не потребуется. Шефу очень понравилось такое решение, и он даже предложил «застолбить» его, но времени возиться с этим не было, тем более что мне фактически пришлось делать два дипломных проекта, за себя и за жену, которая только что родила нашего первенца.
После одобрения принципиальной схемы приступил к ее конструктивному воплощению, в результате чего у меня получилась конструкция очень напоминающая сегодняшние гибкие скеги. Правда тогда у меня в руках не было современных материалов, а так весьма похоже, что подтверждает народное наблюдение, - у дураков мысли сходятся.
Стоял также вопрос о выборе типа движителя. Я предложил использовать задние мосты с коробкой передач от автомобилей или от колесных тракторов, вывесив их на корпусе в корме через параллелограммную подвеску с принудительным поджимом к поверхности движения для обеспечения сцепления, а привод осуществлять от штатного двигателя, заменив у него открытую систему охлаждения на закрытую с радиатором. Ну и естественно, возник вопрос с управляемостью, физическая сущность которого мне была ясна еще тогда, но шеф сказал, что эти вопросы можно решить потом, а сейчас самое главное показать, что вопрос по приспособлению ССВП к зимней эксплуатации решаем и весьма успешно. Поэтому я, по совету шефа, применил обычные воздушные винты и рули установленные за ними.
Но как я писал вначале, мне после защиты больше не пришлось заниматься этими вопросами. Однако думать об этом я не перестаю и по сей день. Что касается движителя то я еще больше склоняюсь к высказанной мною идеи еще тогда. По управляемости я сегодня думаю, что применил бы устройство типа спаренных коньков, установленных в пространстве воздушной подушки в носу, в первой четверти и в корме. При чем, носовые коньки поворотные на некоторый угол для обеспечения маневра. Коньки носовые и кормовые принудительно нагружаются для обеспечения надежного контакта. Они же еще могут вставать враздрай, как это делают конькобежцы для торможения. Для увеличения эффекта от торможения из подушки должен аварийно стравливается воздух.
Вот так будет вполне закончен проект приспособления ССВП для круглогодичной эксплуатации. Сам процесс «переобувания», понятно, должен происходить два раза в год, - в период ледостава и укрепления льда и в период перед весенним ледоходом и до его завершения. Думаю, что большой нужды по созданию таких типов новых судов сейчас нет, а следует модернизировать существующий флот из судов типа «Зарница», «Луч», «Луч2», «Орион» которых было в свое время построено достаточно много. Часть их использовать для пассажирских перевозок, часть для грузовых, часть для смешанных. Особенно они будут востребованы в Сибири и на Дальнем Востоке, в Северных и Восточных районах Европы. А организация производства все по той схеме, изложенной выше.
Благодарю всех, у кого хватило терпения прочесть сею писанину до конца!
24.06.14
Комментарии 6.
|
Свежие новости
