Kantosiipialus ( SPK ) on alus, joka on tuettu vedenpinnan yläpuolelle liikkuessaan toimintatilassa kantosiipialuksilla syntyvien hydrodynaamisten voimien vaikutuksesta [1] [2] .
Rungon alla sijaitsevat kantosiipialukset luovat nostovoimaa ja nostavat aluksen rungon osittain tai kokonaan vedenpinnan yläpuolelle, mikä vähentää merkittävästi liikevastusta ja mahdollistaa nopeuden , joka on saavuttamaton perinteisille uppoumaaluksille [2] .
Pysäköintipaikalla ja pienellä nopeudella ajettaessa kantosiipialusta pidetään vedessä Arkhimedesen voimalla , kuten tavallinen uppoumaalus . Suurella nopeudella, näiden siipien luoman noston ansiosta, alus nousee veden yläpuolelle. Samaan aikaan kosketusalue veden kanssa pienenee merkittävästi ja siten veden hydrodynaaminen ja etuvastus , jonka avulla voit kehittää suuremman nopeuden.
SPK:lle taloudellisesti kannattava nopeus on rajoitettu noin 100 km/h (nykyaikaisessa sotilas-SPK:ssa nopeus on rajoitettu 180 km/h). Tämä rajoitus johtuu kantosiipialusten kavitaatio -ongelmasta (veden kiehuminen siiven ympärillä olevan virtauksen paineen laskun vuoksi), joka tapahtuu 60-80 solmun nopeudella ja heikentää jyrkästi sen hydrodynaamisia ominaisuuksia [2] . Ja vaikka R. E. Aleksejevin johdolla luodut matalalla vedenalaiset kantosiipialukset onnistuivat saavuttamaan jopa 140 km / h nopeudet ei-kavitaatiovirtauksella siiven ympärillä, SPC osoittautui vähän lupaavalta nopeuden lisäämiseksi edelleen .
Kantosiipialuksia on kahta tyyppiä - osittain upotettu siipi (tai U-siipi) ja täysin upotettu siipi (käänteinen T -muotoinen siipi ).
Täysin upotetuilla siiveillä varustetut alukset ovat vähemmän alttiita aaltoliikkeelle, joten ne ovat vakaampia ja mukavampia, varsinkin kun niitä käytetään merellä. Täysin upotetut siivet vaativat kuitenkin jatkuvaa hallintaa, joten niitä on käytetty laajalti tietokoneiden myötä . Tietysti tällaisten tietokoneiden on oltava erittäin luotettavia, koska jos ne epäonnistuvat, alus putoaa veteen ja voi jopa kaatua.
Täysin upotetuilla siipillä varustetut alukset ovat ilmaantuneet suhteellisen äskettäin, ennen sitä käytettiin U-muotoisia siivellisiä aluksia, jotka eivät vaadi jatkuvaa valvontaa.
Tyypillisesti kantosiipialuksilla on kaksi siipeä, jotka voidaan sijoittaa eri tavalla suhteessa toisiinsa ja aluksen runkoon.
Pienissä veneissä käytetään lentokone- ja canard-asetteluja, suuremmissa tandem-asetteluja.
Kantosiipialuksia ohjataan kahdella tavalla: muuttamalla hyökkäyskulmaa (tässä tapauksessa koko siipi pyörii) tai käyttämällä läppiä .
SPK:n rungossa on yleensä teräväleukaiset ääriviivat. Redaaneja käytetään usein aluksen pohjassa olevien siipien käsiksi pääsyn lyhentämiseksi [2] .
Kantosiipialukset käyttävät moottorina joko dieselmoottoria ( jolloin ne ovat moottorialuksia ) tai kaasuturbiinimoottoria (jolloin ne ovat kaasuturbiinialuksia ) .
Siellä on kokeellinen purjekäyttöinen kantosiipialti " Hydroptère "
Potkurina voidaan käyttää potkuria tai vesisuihkupropulsioyksikköä . Suurilla nopeuksilla vesisuihkun hyötysuhde on suurempi kuin potkurin, erityisesti yli 100 solmun nopeuksilla [3] . Potkuri on kytketty moottoriin vaihteiston kautta .
Ensimmäiset yritykset luoda kantosiipialusta tehtiin 1800-luvun lopulla. Vuonna 1897 Ranskassa asunut venäläinen koehenkilö Charles de Lambert rakensi ja testasi pienen kantosiipialuksen Seine -joella. Tässä aluksessa moottorina käytetyn höyrykoneen teho ei kuitenkaan riittänyt kehittämään tarvittavaa nopeutta aluksen rungon nousemiseen veden yläpuolelle [4] .
Menestyneempiä olivat italialaisen keksijän Enrico Forlaninin kokeet. Hän on kokeillut kantosiipialamulleja vuodesta 1898 lähtien. Vuonna 1906 hänen luomansa täysikokoinen koealus saavutti 68 km/h (42,5 mailia/h) nopeuden Lago Majore -järvellä suoritettujen testien aikana . Tässä veneessä oli monikerroksiset siivet kuin mitä tahansa .
Vuonna 1906 amerikkalaisessa Scientific American -lehdessä keksijä William E. Meachham julkaisi artikkelin kantosiipialusten toiminnan perusperiaatteista. Tämä artikkeli kiinnosti Alexander Bellia . Aluksi hän suoritti teoreettista tutkimusta, ja vuonna 1908 hän alkoi yhdessä keksijä Frederick Baldwinin ( eng. Frederick W. Baldwin ) kanssa testata malleja.
Baldwin tutki italialaisen keksijän Enrico Forlaninin työtä ja testasi hänen suunnittelemiinsa malleja. Bellin maailmankiertueen aikana 1910-1911 Bell ja Baldwin tapasivat Forlaninin Italiassa . Yhdessä he ajoivat Lago Majore -järvellä Forlaninin luomalla kantosiipialuksella. Baldwinin kuvausten mukaan vene liikkui yhtä sujuvasti kuin se lentäisi. Takaisin Kanadaan keksijät jatkoivat kantosiipialuksen kehittämistä. Tämän seurauksena he rakensivat aluksen, joka sai HD-4-indeksin. Tämä alus oli Renaultin moottoreilla. Se saavutti jopa 87 km/h (54 mph) nopeuden, kiihtyi nopeasti, voitti aallot ilman ongelmia, oli helppo hallita ja oli erittäin vakaa. Bell lähetti raportin Yhdysvaltain laivastolle . Laivasto oli kiinnostunut hänen kokeistaan ja antoi hänelle mahdollisuuden ostaa kaksi moottoria, joiden teho oli 260 kW (350 hv). 9. syyskuuta 1919 HD-4 teki maailman vesinopeusennätyksen 114 km/h (70,86 mph). Tämä ennätys kesti kymmenen vuotta.
Vuosina 1873-1914 brittiläinen laivanrakentaja Thornycroft kantosiipialamulleja Näissä malleissa oli vain yksi kantosiipialti Redan- rungon keulassa. Vuonna 1909 hänen yrityksensä rakensi 22 jalkaa pitkän täysikokoisen aluksen nimeltä Miranda III . Sen voimanlähteenä oli 60 hevosvoiman moottori. Kanssa. Kuten malleissa , tässä aluksessa oli vain yksi etukantosiipialti ja runko ei noussut kokonaan vedestä. Liikkeen aikana alus nojasi keulasiipeen ja pohjan tasaiseen osaan perässä. Miranda III :a seurasi Miranda IV , joka saavutti jopa 35 solmun nopeuden.
1930- ja 1940-luvuilla SEC:n tunnettu asiantuntija Hanns von Schertel työskenteli Saksassa . Vuonna 1944 hän rakensi aluksen, jonka uppouma oli 80 tonnia. Kun aluksella oli 20 tonnin kuorma, se kehitti jopa 40 solmun (noin 74 km/h) nopeuden aallonkorkeudella 1,8 m. Sodan jälkeen suunnittelutoimiston työntekijät vietiin Neuvostoliittoon , mutta Shertel itse onnistui muuttamaan Sveitsiin , missä hän perusti Supramar-yhtiön.
Vuonna 1952 Supramar rakensi maailman ensimmäisen kaupallisen kantosiipialuksen. Se sai merkinnän PT 10 ja nimen Freccia d'Oro. Tämä alus teki matkoja Lago Majore -järvellä Locarnon (Sveitsi) ja Stresan (Italia) välillä. Tällä aluksella oli osittain vedenalaiset siivet, se otti kyytiin 32 matkustajaa ja kehitti 35 solmun nopeuden. Kaupallinen toiminta alkoi 15.5.1953. Tällä aluksella oli melko vaatimattomat mitat: pituus oli 14,2 metriä, uppouma noin kymmenen tonnia. Runko oli puinen. Aluksen voimanlähteenä oli Daimler Benz -tyyppinen MB 507 -dieselmoottori, jonka teho oli 800 hv. Kanssa.
Maailman ensimmäinen matkustajakantosiipialti, joka tuli sarjaan, oli PT 20 - tyyppi . Rodriquez on rakentanut näitä aluksia 1950-luvulta lähtien Supramarin lisenssillä. Rodriquez aloitti PT 20:n rakentamisen vuonna 1955. Ensimmäinen PT 20 otettiin käyttöön vuonna 1956. Tätä Frecia del Sole -nimistä alusta käytettiin lautana Messinan salmen yli . Se oli ensimmäinen kantosiipialus, joka sai luvan käyttää merellä. PT 20:n uppouma oli 32 tonnia, se kuljetti 72 matkustajaa ja saavutti 35 solmun nopeuden.
Vuodesta 1953 vuoteen 1971 Supramar kehitti koko sarjan kantosiipialuksia: PT 20, PT 50, PT 75, PT 100 ja PT 150. PT 150:tä lukuun ottamatta ne kaikki kuuluivat aluksiin, joissa oli osittain vedenalainen siipi. Yhteensä rakennettiin yli kaksisataa Supramarin suunnittelemaa alusta, joista suurin osa on rakennettu Italian Rodriquezin lisenssillä. Hitachi rakensi myös useita tällaisia aluksia Japanissa .
Neuvostoliitossa kantosiipialusten kokeellinen työ aloitettiin vuonna 1933. TsAGI :n insinöörit V. G. Frolov ja A. N. Vladimirov suorittivat ensimmäiset kantosiipialusten tutkimukset TsAGI-vesikanavassa, ensimmäinen itseliikkuva SPK-malli, joka painaa 300 kg 10 kW:n moottorilla, kehitti 32 km / h nopeuden siivillä, samalla ajan tutkijat Keldysh M. V. , Kochin N. E. , Lavrentiev M. A. , Sedov L. I. ja L. N. Sretensky suorittivat ensimmäiset perustavanlaatuiset teoreettiset tutkimukset siiven hydrodynamiikasta lähellä veden pintaa, työ käännettiin monille kielille.
Vuosina 1937 ja 1941 TsAGI testasi veneitä, joissa oli L.A. Epshtein -järjestelmän hallitut syvälle upotetut siivet . Potkurilla varustetun veneen massa on 1,3 tonnia ja teho 96 kW, ja sen huippunopeus on 100 km/h. Sodan jälkeisellä kaudella 1946-1947 TsAGI:ssa tutkittiin Shretel-järjestelmän V-muotoisilla siiveillä varustettuja veneitä [5] .
Suurimman käytännön menestyksen saavutti nuori Gorkin teollisen (ammattikorkeakoulun) instituutin valmistunut Rostislav Alekseev , joka vuonna 1941 aloitti uransa Krasnoje Sormovon tehtaalla T-34-panssarivaunujen vastaanottamisen valvontapäällikkönä. Suurelta osin oman aloitteensa ja johdon tuen ansiosta hän onnistui sodan vaikeina päivinä järjestämään kantosiipialusten kehittämisen suunnittelutoimiston, josta tuli myöhemmin maan johtava suurnopeusalusten ja ekranoplanien suunnittelutoimisto .
Aleksejevin ensimmäinen SPK, A-4-vene, testattiin marraskuussa 1943. Vuonna 1947 luotu kokeellinen vene A-7 oli suunnitelmansa mukaan itse asiassa tulevaisuuden jokimatkustajien SPK:iden prototyyppi matalalla veden alla olevilla siipillä. Ensimmäinen jokimatkustaja-SPK-projekti valmistui suunnittelutoimiston toimesta vuonna 1949, mutta siitä tehtiin vain itseliikkuva malli. Jatkotyö keskittyi kantosiipialusten torpedoveneiden luomiseen, siviilialan kehitystyö eteni oma-aloitteisesti.
Hans Schretelin ja Supramar-yhtiön menestys 1950-luvun puolivälissä herätti kiinnostusta matkustaja-SEC:ihin Neuvostoliitossa. Vuonna 1955 Alekseev Design Bureaussa (TsKB-19:n haara) vieraili jokilaivaston ministeri Shashkov Z.A. ja hämmästyi näkemästään. Tehtaan puoluekomitean myöhemmässä laajennetussa kokouksessa harkitaan, hyväksytään ja suositellaan rakentamiseen ensimmäisen matkustajakantosiipialuksen luonnossuunnitelmaa. Vuodesta 1956 lähtien suunnittelu ja rakentaminen aloitettiin, ja sen rahoittaa jokilaivastoministeriö [6] .
Ensimmäinen matkustaja kantosiipialus "Rocket-1" aloitti koekäytön 25. elokuuta 1957 Gorki - Kazan linjalla . 1950-luvun lopulta lähtien alettiin valmistaa matkustaja kantosiipialuksia " Raketti ", " Meteor ", " Kometa " ja " Valko -Venäjä ". 1970- ja 1980-luvuilla seurasivat toisen sukupolven matkustajat SPK Voskhod , Polissya , Kolkhida , Cyclone ja Lastochka .
Yksittäisinä kappaleina 1960-luvulla kokeellinen matkustaja SPK Strela-1 (ensimmäinen laivamatkustaja SPK Neuvostoliitossa, 1961), Strela-2 (1962), Strela-3 (1963) , Burevestnik "(1964), " Lokki " , " Sputnik " (1961), " Whirlwind ", " Albatross " (1988).
Lähes kaikki Neuvostoliiton matkustaja-SPK:t käyttivät matalalla upotettuja itsestään vakauttavia siipiä, jotka toimivat hyvin jokien, järvien ja meren rannikkolinjoilla merikelpoisuusrajan ollessa 3-4 pistettä. Projektin 1233 Typhoonin ainoa laivan matkustajan SPK, jossa on automaattisesti ohjatut syvälle upotetut siivet, kehitettiin vuonna 1969 Almaz Design Bureaussa ja se oli koekäytössä noin vuoden. Huolimatta merikelpoisuudessa saavutetuista eduista ja ennätyssuuresta nopeudesta, tätä suuntaa ei ole kehitetty tällaisten järjestelmien rakentamis- ja käyttökustannusten merkittävästi kohonneiden kustannusten vuoksi.
Kantosiipialukset " Volga " ja "Moskva" valmistettiin Neuvostoliitossa alusten valvontapalveluita ja pelastusasemia varten.
Neuvostoliitossa rakennettiin myös sotilaskantosiipialuksia.
Suurin osa Neuvostoliiton kantosiipialoista kehitettiin Kantosiipialusten keskussuunnittelutoimistossa ja Volgan pilottitehtaassa arvostetun insinöörin Rostislav Aleksejevin ohjauksessa . Huolimatta siitä, että Neuvostoliitossa SPK:iden tuotanto aloitettiin myöhemmin kuin kaikki muut, niiden tuotanto oli massiivisinta, erityisesti Boeing Marine Systems onnistui rakentamaan noin 40 SPK:ta, Sveitsin Supramar - noin 150 ja Neuvostoliitto - enemmän. yli 1300. Neuvostoliiton matkustaja-SPK:t erottuivat korkeista teknis-taloudellisista indikaattoreista, matkustajakilometrin hinta vuonna 1964 oli 1,38 kopekkaa ja lipun hinta ja matka-aika olivat pienemmät kuin vastaavilla linja-autoreiteillä [7] . Neuvostoliitosta tuli SPK:n tuotannon johtaja maailmassa. Kaiken tämän ansiosta Neuvostoliiton SPK:ista tuli tärkeä vientituote, jota myytiin ja toimittiin ympäri maailmaa kolmessa tusinassa maassa eri mantereilla, ja Popular Mechanics -lehti ilmaisi mielipiteen, että nykymaailmassa sanalla "kantosiipialukset" ( eng. Kantosiipialukset ) edustavat ensisijaisesti Neuvostoliitossa valmistettuja malleja [8] .
Neuvostoliiton jälkeiset maatNeuvostoliiton katoaminen tapahtui samaan aikaan, kun kiinnostus SPC:tä kohtaan laski maailmanlaajuisesti, mikä johtui energian hintojen noususta ja siihen liittyvästä tällaisten alusten kannattavuuden heikkenemisestä. Vuonna 1993 kaksi Olympia - projektin [8] alusta laskettiin vesille Ukrainassa (Krimillä) ja kaksi muuta laskettiin vuonna 2002 (2015:n valmius 70%).
2000-luvulla Venäjällä rakennettiin 4 Katran -alusta ( Colchis -tyyppinen modernisointi).
Tällä hetkellä Vympelin laivanrakennustehdas on jatkanut SPK:n rakentamista Rybinskin tehtaalla. Projektin 23160 " Kometa 120M " 120 hengen johtolaiva laskettiin elokuussa 2013, sen runko on alumiiniseoksia, siivet ruostumatonta terästä. Aluksen suunnittelija oli JSC Central Design Bureau Alekseev SEC:lle [8] . Aluksen erityispiirre Neuvostoliiton aikana suunniteltuun prototyyppiin verrattuna oli läppien lisäys aluksen vakauttamiseksi ja aaltoiskujen lieventämiseksi jopa 4 pisteen aallon aikana [9] . Ensimmäinen valmistetuista aluksista sai nimen "Lokki" ensimmäisen naiskosmonautin Valentina Tereškovan kutsumerkin kunniaksi [10] . Elokuusta 2018 lähtien alus on aloittanut säännölliset lennot Sevastopolin ja Jaltan välillä [11] . Heinäkuussa 2019 on tarkoitus käynnistää kaksi muuta tämän hankkeen SPK:ta Sevastopolissa, jotka kuljettavat matkustajia uusilla reiteillä [12] .
Syyskuun 2017 lopussa Tshkalovskissa laskettiin vesille Alekseev SEC:n suunnittelema Valdai 45R -projektin pieni alus, jonka kapasiteetti on 45 henkilöä . Aluksen suunniteltiin aloittavan navigoinnin vuonna 2018, mukaan lukien Pietarissa osana vuoden 2018 FIFA World Cupia [13] . Projektin toinen alus laskettiin vesille 5.5.2018 [14] . Oletetaan, että hankkeen ensimmäiset alukset liikennöivät Hanti-Mansiyskin autonomisella alueella; Vuonna 2019 tästä projektista on tarkoitus rakentaa vielä kaksi SEC:tä [15] . Nižni Novgorodin alueen hallitus käy parhaillaan neuvotteluja neljän aluksen toimittamisesta avatakseen jokireitit Nižni Novgorod - Gorodets ja Nižni Novgorod - Makaryevo [16] .
Teollisuus- ja kauppaministeriö ilmoitti myös olevansa valmis rahoittamaan 300 henkilön matkustajakapasiteetin modernisoidun suurnopeusaluksen " Cyclone " rakentamisen Kaukoitään ja Itämerelle. Keskussuunnittelutoimiston kehittämien kantosiipialennusprojektien joukossa. Alekseev, on kaasuturbiiniajoneuvo "Cyclone 250M", joka on suunniteltu kuljettamaan 250 matkustajaa [17] .
23.12.2019 Keskussairaalassa SPK im. R. Alekseev laski johtoaluksen projektista 03580 " Meteor 120R ", joka oli suunniteltu korvaamaan vanhat "Meteorit" [18] .
Yhdysvalloissa kantosiipialusten kehittämistä toteutti Boeing . Boeing rakensi ensimmäisen kantosiipialuksensa vuonna 1962. Se käytti propulsiolaitteena vesisuihkua. Vuonna 1967 Boeing rakensi tykkiveneen Tucumcari, jonka uppouma oli 57 tonnia ja pituus 12,5 metriä. Tucumcari oli ensimmäinen suuri alus, joka käytti vesisuihkua potkurin sijaan. Hän palveli menestyksekkäästi Vietnamin sodassa . Tämän aluksen pohjalta luotiin kokonainen kantosiipialuksella partioohjusveneitä ( English Patrol Hydrofoil Missileship (PHM) ). Ensimmäinen tämän tyyppinen alus, Pegasus, tuli laivastoon 9. heinäkuuta 1977. Myöhemmin Boeing rakensi vielä viisi tällaista alusta Yhdysvaltain laivastolle (tätä alusluokkaa kutsuttiin Pegasukseksi johtavan aluksen mukaan). He palvelivat vuoteen 1993 asti.
Nämä alukset olivat nopeita ja raskaasti aseistettuja ja pystyivät upottamaan suurimmatkin pinta-alukset.
Pegasia käytettiin pääasiassa partioveneinä huumekaupan estämiseksi . Nopeutensa vuoksi ne olivat todellinen painajainen salakuljettajille.
Sota-alusten lisäksi Boeing loi myös siviilikantosiipialuksia. Boeingin luomia siviilialuksia kutsuttiin "Jetfoiliksi" ( Jetfoil ). "Jetfoils" viittaa aluksiin, joiden siivet ovat täysin veden alla. He käyttivät vesitykkejä työntövoimana. Ensimmäiset Jetfoilin testit suoritettiin 29. maaliskuuta 1974 . Myöhemmin rakennettiin yli kaksikymmentä Jetfoylia. "Jetfoilit" olivat suuria merikelpoisia aluksia, joihin mahtui 167–400 matkustajaa (muokkauksesta riippuen) [19] . "Jetfoileja" käytetään ensisijaisesti nopeina laivoina Hongkongissa , Japanissa , Kanariansaarilla , Saudi -Arabiassa , Indonesiassa , Isossa-Britanniassa ja Ranskassa ( kanaalin ylittävänä lautana ) . Japanissa Jetfoileja rakennetaan Kawasakin lisenssillä .
1960-luvun lopulla Kanadan laivasto rakensi ja testasi nopean kantosiipialuksen sukellusveneiden vastaisen aluksen nimeltä HMCS Bras d'Or. Bras d'Or viittaa kantosiipialuksiin, joissa on osittain upotettu siipi. Hän kehitti nopeuden jopa 63 solmua (116,7 km / h). Tämä hanke ei kuitenkaan saanut lisäkehitystä Kanadan sotilasdoktriinin muutoksen vuoksi. Bras d'Or poistettiin laivastosta vuonna 1971. Suurin osa laitteista on myyty. Bras d'Or on nyt museossa.
Italian laivastolla on 1970-luvun lopulta lähtien ollut käytössä kuusi Nibbio-luokan kantosiipialtaa. Heillä oli 76 mm:n tykki ja kaksi rakettia. Nämä alukset kehittivät jopa 50 solmun (92,6 km/h) nopeuksia.
Tällä hetkellä SPK:ta käytetään laajasti Italiassa matkustajaliikenteessä (Liberty Lines -yhtiö). Tämän luokan alusten paikallinen nimi on aliscafo ( it . aliscafo ).
Kantosiipialukset nousivat suosioonsa 1960-luvun alussa. Vuoteen 1963 mennessä tämän tyyppiset alukset osallistuivat matkustajaliikenteeseen Volgan , Dneprin , Obin , Irtyshin , Amurin ja maan muilla vesiväylillä. Matkustajaliikenneennuste vuodelle 1963 oli 2 miljoonaa matkustajaa, mikä oli 50 % korkeampi kuin viime vuoden 1962 todellinen luku [20] . Tällä hetkellä Venäjän suurin matkustaja-SEC-laivasto koostuu Neuvostoliitossa rakennetuista aluksista. Yhteensä noin kolmesataa "Rakettia", neljäsataa "Meteoria", sata "Komeetta", neljäkymmentä "Valko-Venäjä", kolmesataa "Sunrise", sata "Polesie", neljäkymmentä "Colchis" ja "Katran" [8] rakennettiin .
| Laivojen luokitus | |
|---|---|
| Alukset moottorin rakenteen mukaan |
|
| Ajolla | |
| Hullin majoitusalukset |
|
| Käyttöalueet | |
| Julkinen liikenne | |
|---|---|
| Rail | |
| Jäljetön reitti |
|
| Vesi | |
| ilmaa | |
| Palkkasoturi | |
| muu | |
| Yleiset ehdot | |
| Matkustajien nousu ja poistuminen |
|
| Matkan maksu |
|
| Infrastruktuuri | |
| Ohjaus | |
