Архив журнала Моделист-Конструктор
|
ВЕРХОМ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕК использованию воздушной подушки инженеров привели многочисленные попытки снизить гидродинамическое сопротивление судов. Еще в начале нынешнего столетия шведский инженер Густав Лаваль начал работу по ускорению движения судов с помощью воздушной смазки - тонкого слоя воздуха, вводимого между корпусом судна и водой. Однако положительных результатов получить ему не удалось.
Наш великий соотечественник К. Э. Циолковский в 1927 году предложил другое решение: снижать гидросопротивление с помощью более толстой воздушной прослойки - воздушной подушки. Тогда же профессор Новочеркасского политехнического института В. И. Левков подтвердил правильность этого решения расчетами и модельными испытаниями. В 1935 году он построил опытные катера Л-1 и Л-5 и успешно их испытал: катера двигались над водной поверхностью, свободно выходили на берег, маневрировали над вспаханным полем. На контрольных испытаниях в 1937 году Л-5 показал на воде рекордную для судов скорость 73 узла (свыше 133 км/ч).
Дело В. И. Левкова продолжили конструкторы Г. С. Туркин, который первым в мире разработал аппарат сопловой схемы и получил авторское свидетельство на «вездеходную бесколесную транспортную машину на воздушной подушке», и В. И. Кожехин.
Перспективность использования таких аппаратов привлекла внимание и зарубежных специалистов. Начиная с 50-х годов ими занимались фирмы Англии, Канады, США, Франции, Японии и других стран. Создано множество различных типов машин: от одно-двухместных (рис. 1-3) до больших транспортных грузоподъемностью в сотни тонн.
У нас машины на воздушной подушке уже нашли широкое практическое применение в народном хозяйстве. По своему назначению они делятся на несколько типов: СВП - суда на воздушной подушке, используются только над водой. К ним относятся пассажирские «Сормович», «Красное Сормово» и другие; МВП - машины (автомобили, микроавтобусы, мотоциклы), предназначенные для движения над водой и над землей в условиях бездорожья: над болотами, переувлажненными полями, пашнями. Таких вездеходов в нашей стране создано много. Это «Барс», «Вихрь», «Бриз», «Гепард», «Радуга», МПИ-18, САВР-1, САВР-2 вместимостью 5-10 пассажиров и легкие одно-двухместные машины Харьковского авиационного (рис. 4), Уфимского политехнического институтов, многочисленные МВП любительской постройки; ПВП - платформы на воздушной подушке, к которым относятся грузовые самоходные и несамоходные аппараты, буксируемые каким-либо видом транспорта. Западно-Сибирский ВНИИнефтепром построил целую серию таких платформ грузоподъемностью в 40, 60 и даже 400 тонн для перевозки тяжелого нефтедобывающего оборудования в условиях бездорожья.
Сообщалось также, что за рубежом создается «Атлант» - атомоход на воздушной подушке, предназначенный для трансатлантических рейсов. Он имеет водоизмещение 15 тыс. т, скорость 130 узлов и сможет перевозить 4 тыс. пассажиров и 2 тыс. автомобилей.
|
|
Рис. 1. Одноместная любительская амфибия «Картайр Мк 111» (Австралия). Оборудована двумя двухтактными двигателями (по 160 см3). Вентилятор центробежный, управление - воздушными рулями. |
|
Рис. 2. АВП с одним подъемным двумя маршевыми двигателями. |
|
Рис. 3. На этом АВП два двигателя: маршевый (197 см3) и подъемный (650 см ). |
|
Рис. 4. Экспериментальный аппарат на воздушной подушке студенческого КБ Харьковского авиационного института. Двигатель М-332 мощностью 140 л. с. Вентилятор центробежный.
Появилось и такое направление, как колесные или гусеничные машины с аэродинамической разгрузкой. В условиях бездорожья у них включается воздушная подушка, которая снимает значительную часть веса машины. При этом давление воздуха регулируется с таким расчетом, чтобы тяговое усилие колес или гусениц при сцеплении их с грунтом оставалось достаточным для обеспечения движения.
Прообразом аппарата на воздушной подушке может послужить обычная кастрюля без крышки, перевернутая кверху днищем. Давление воздуха в ней равно атмосферному. Если в корпус аппарата нагнетать воздух, то давление будет повышаться. По закону Паскаля оно распространяется во всех направлениях с одинаковой силой, воздействуя на стенки, днище аппарата, основание, на котором он стоит. Стенки жестко связаны между собой и не могут раздаться от сил давления. А вот днище и основание могут. Силы давления, действующие на днище, будут постепенно воспринимать вес аппарата на себя, пока не оторвут его от основания. Образуется щель, через которую воздух начнет выходить. Нагнетатель будет компенсировать этот расход, и аппарат повиснет над основанием - будет держаться на воздушной подушке (рис. 5).
Проходимость такого аппарата, когда он двигается, невелика, так как жесткий низ не пропускает под себя неровности почвы. Проходимость увеличивают, устанавливая по периметру корпуса мягкое ограждение - юбку. Высота парения аппарата с юбкой при том же давлении значительнее (рис. 6). Это так называемая камерная схема, у которой один существенный недостаток - малая устойчивость. Аппарат такой конструкции чрезвычайно чувствителен к изменению центровки.
Мы упоминали уже об изобретении Г. С. Туркина - аппарате сопловой схемы. Суть его в том, что воздух от нагнетателя направляется в сопло, выполненное по всему периметру днища. Это узкая прерывистая щель, ориентированная под некоторым углом к центру машины. Выходя из сопла, воздух образует завесу, ограждающую зону повышенного давления под корпусом. Высота парения при этом значительно увеличивается. Еще лучше два подобных параллельных сопла. Аппараты сопловой схемы менее чувствительны к изменению центровки.
Любители технического творчества активно используют свойство небольших АВП чутко откликаться на незначительные изменения центровки для управления. Достаточно небольшого изменения положения центра тяжести (ЦТ) относительно центра давления (ЦД) воздуха на днище, как образуется пара сил, крепящих АВП. Воздух истекает из-под корпуса неравномерно - больше в сторону, противоположную крену, образуется горизонтальная сила, которая и используется для управления.
На рисунке 8 представлен эскиз одноместного мотоцикла на воздушной подушке. Сиденье водителя выполнено подвижном, на роликах. Водитель рычагом смещает сиденье вместе с собой вперед или назад, наклоняется в сторону. Тем самым он перемещает центр тяжести, вызывая крен мотоцикла и меняя скорость и направление движения. Нагнетатель на аппарате расположен наклонно: используется встречный поток воздуха для повышения давления в воздушной подушке за счет скоростного напора. Кроме того, из-за наклона нагнетателя возникает горизонтальная составляющая силы тяги, которая обеспечивает поступательное движение.
Управлять можно и благодаря реактивной силе, образующейся при выпуске воздуха через заднюю поворотную створку (рис. 9). Поворачивают, используя специальные окна в бортах корпуса, которые снабжены управляемыми заслонками или жалюзи. Воздух, выпускаемый через эти окна, создает реактивную силу - аппарат устремляется а нужную сторону. Заслонки обычно находятся в закрытом положении и открываются при маневрировании и торможении.
Не менее распространена схема с раздельным приводом нагнетателя и движителя: толкающего или тянущего воздушного винта (рис. 10). Следует, однако, отметить некоторое неудобство эксплуатации раздельных силовых установок. При запуске двигателей шнуром или амортизатором необходимо строгое соблюдение определенной последовательности: первым запускают маршевый двигатель и только после его прогрева и перевода на малые обороты - двигатель нагнетателя. При запуске электростартером или сжатым воздухом (как на АВП с автомобильными и авиационными двигателями) такая последовательность может не соблюдаться.
|
|
Рис. 5. Камерная схема образования воздушной подушки: 1 - корпус, 2 - воздушный винт, 3 - двигатель, 4 - зона повышенного давления, Н - высота парения.
Рис. 6. Схема АВП с гибким ограждением - юбкой.
Рис. 7. Сопловая схема образования воздушной подушки: слева - односопловая, справа - двухсопловая.
Рис. 8. Мотоцикл на воздушной подушке: ЦТ - центр тяжести всей системы, ЦД - центр давления корпуса, М - плечо кренящего момента, V - горизонтальная составляющая силы тяги.
Рис. 9. Схема МВП, оборудованного управляемыми окнами (1) и створкой (2).
Рис. 10. Схема МВП с раздельным приводом нагнетателя и движителя.
Управление - рулем в потоке воздуха за винтом. Такой орган управления эффективен даже при незначительном его отклонении. Однако воздушный руль имеет и недостаток: центр давления на нем расположен высоко. При поворотах аэродинамическая сила создает значительный опрокидывающий момент, следствие которого - боковой крен. Особенно ощутим он на аппаратах купольной схемы.
Увеличение устойчивости может быть достигнуто разделением внутреннего пространства воздушной подушки жесткими или мягкими перегородками на отдельные камеры. Это предотвратит перетекание воздуха и обеспечит сохранение давления за счет восстанавливающего момента, возникающего в камерах при крене.
И все же вопрос управляемости аппаратов на воздушной подушке до конца не решен. Основная проблема здесь в парусности и инерционности АВП. Боковой ветер легко сносит их в сторону, все время требуются затраты энергии для выдерживания курса. При поворотах, особенно на скорости, аппараты на воздушной подушке, развернувшись, боком продолжают по инерции двигаться некоторое время прямолинейно. Это значительно увеличивает радиус поворота и усложняет управление.
Суда на воздушной подушке находятся в более выгодном положении, так как обычно по бортам они имеют погруженные в воду бортовые кили. Кили предотвращают боковую утечку воздуха, помогают полнее использовать скоростной напор встречного потока для повышения давления в воздушной подушке и создают сопротивление при боковом сносе судна.
МВП подобных килей не имеют. Однако можно предположить, что установка по их бортам свободно вращающихся металлических дисков, входящих в зацепление с грунтом, будет способствовать повышению устойчивости аппаратов на поворотах и при движении с боковым ветром. Такие диски должны иметь амортизаторы и легко вводиться в зацепление с почвой при первой же надобности.
Что привлекает в легких аппаратах на воздушной подушке? Прежде всего простота конструкции: нет ни сложных трансмиссий, ни движителей типа колес, гусениц, на долю которых в эксплуатации приходится большая нагрузка и основная масса поломок. Нет также сложных механизмов управления. Вместе с тем на АВП достижима высокая проходимость и значительная скорость передвижения.
Любителями технического творчества сконструировано и построено много подобных машин: К. Вшивцевым из Подмосковья, А. Буяно-ым и его молодыми друзьями из Дома пионеров далекой станции Тайга, рижанином О. Петерсоном, Д. Мухиным из Саратовской области (рис. 11), Б. Александровым и Ю. Шумихиным из Ленинградского Дворца пионеров и школьников имени А. А. Жданова, Н. Кураевым из Приморского края. О последних двух АВП «Моделист-конструктор» писал в № 6 и 12 за 1975 год.
|
|
Рис. 11. МВП с дополнительными рулями впереди центра тяжести. Двигатели от мотороллера «Муравей» и мотоцикла «Восход».
Анализируя конструкции, созданные любителями, следует отметить их простоту, доступность, повторимость. Отрадно, что большинство аппаратов строилось при активном участии школьников. Для них это увлекательная и в то же время серьезная работа, в которой активно используются и углубляются знания многих учебных дисциплин, прививается интерес к техническому творчеству, изобретательству и рационализаторству.
И. ЮВЕНАЛЬЕВ
|
«МОТОЦИКЛ» АГРОНОМАПисьмо администрации сайта:
Здравствуйте! Пишет Вам Шитиков Михаил Николаевич. Прочитал в разделе «Аппараты на воздушной подушке» статью «Мотоцикл агронома». Дело в том, что это одна из моих ранних разработок. Я был приятно удивлён, что о моей работе не забыли. Сейчас наш коллектив разработал и приступает к изготовлению 2х местного АВП. Область применения: отдых, рыбалка, охота. Если есть возможность поместите мой e-mail в статье «Мотоцикл агронома». Хотелось бы общаться с единомышленниками, людьми не равнодушными к данному виду техники. С уважением Шитиков М.Н. Мой samshit2004@mail.ru
С каждым годом сельское хозяйство нашей страны получает все более мощную и производительную технику. Давно миновало то время, когда число тракторов, работающих на полях, приводилось в сводках Центрального статистического управления в пересчете на 15-сильную машину. Разве можно сравнить эту цифру с мощностью современного «Кировца», двигатель которого развивает больше 200 л. с.!
Но повышенное внимание промышленности к энерговооруженным машинам совсем не означает, что отпала необходимость в легкой, маневренной и экономичной технике - а мотоблоках для обработки небольших загонов, в ручных мотокосилках для уборки трав в перелесках и на полянах, наконец, в дешевом и вездеходном транспорте для передвижения по обширным угодьям колхозов и совхозов.
Именно такую машину и решили сконструировать ребята, занимающиеся на Батайской городской станции юных техников под руководством Михаила Николаевича Шитикова. Рассуждали юные конструкторы, выбирая типаж будущего транспортного средства, примерно так:
- Серийный мотоцикл преимущественно летнее средство передвижения, «уазиков» на всех не напасешься. Да и не везде колесные машины традиционного типа пройдут, особенно в весеннюю распутицу. Такой «всепогодностью» обладает только транспорт на воздушной подушке. Значит, его и надо строить. Пригодится такой «мотоцикл без колес» и агрономам, и почтальонам, и врачам, и сельским механизаторам. Этот малогабаритный аппарат на воздушной подушке не случайно назван мотоциклом. Масса, скорость, мощность и грузоподъемность у него почти такие же, как и у этих популярных двухколесных машин. А сделать его даже проще, чем мотоцикл. Основание АВП - это платформа-корпус, на которой смонтированы две силовые установки - маршевая и нагнетательная, сиденье водителя и органы управления аппаратом.
Платформа-корпус цельнодеревянная: ее палуба, днище, накладка и аэродинамическое кольцо нагнетателя из четырехмиллиметровой фанеры, стойки-направляющие, ориентирующие воздушный поток, - из липовых брусков толщиной 40 мм (их максимальная толщина располагается на трети длины, считая от носа), уголки и опорные лыжи - березовые. Все эти элементы собираются на казеиновом клее, лишь аэродинамическое кольцо приформовывается к корпусу полосками стеклоткани, пропитанными эпоксидным связующим. На эпоксидке крепятся и усиливающие косынки. В заключение корпус вышкуривается, пропитывается олифой и окрашивается.
Юбка - важный элемент конструкции, участвующий в организации воздушной подушки. Сделана она из брезентовой полосы, прикрепленной мелкими гвоздями к палубе. Низ юбки- подшит и стянут шнуром.
Сиденье водителя (от карта) опирается на аэродинамическое кольцо и крепится 8-мм шпилькой (спереди) и к картеру нагнетателя (сзади). Выше спинки располагается полиэтиленовая канистра емкостью 2 л - топливный бак. Так высоко он поднят для того, чтобы топливо поступало н карбюраторам самотеком. Одной заправки хватает примерно на 15-20 мин работы двигателей (в зависимости от режима).
Для привода нагнетателя использован доработанный двигатель ИЖ-112. Суть доработок в следующем: уменьшен объем камеры сгорания - степень сжатия повысилась до 8,5, мощность двигателя возросла до 18 л. с. при 4600 об/мин. Коробка передач отрезана, и стандартный генератор заменен на магнето от тракторного пускача. Двигатель оборудован ссасывающим диффузором я выхлопными трубами-глушителями.
К хвостовику коленчатого вала присоединена ступица воздушного винта с пусковым шкивом. Четырехлопастный винт диаметром 670 мм и шагом 700 мм изготовлен из двух одинаковых двухлопастных винтов, соединенных крестообразно. Материал - береза. К ступице двигателя он крепится тремя шпильками М8 и центрирующим болтом М12. Статическая тяга такого винта - 40 кгс.
Двигатель установлен над платформой на трех трубчатых дугах 0 33 мм. Две боковые дуги прикреплены к картеру через резиновые прокладки, задняя - прямо к головке цилиндра.
Маршевый двигатель - от мотоцикла М-111. Мощность его 11 л. с. при 5500 об/мин. Переделки почти те же: отрезана коробка передач, установлены магнето, диффузор и глушитель, к хвостовику коленвала присоединен воздушный винт со ступицей и пусковым шкивом. Диаметр винта 800 мм, шаг 400 мм, статическая тяга - 30 кгс.
Двигатель установлен вниз цилиндром, что позволило понизить положение центра тяжести и уменьшить габариты всего аппарата. Однако у такой компоновки обнаружился существенный недостаток: свечу иногда заливает топливом, и двигатель глохнет. Поэтому как выход из положения видится использование головки цилиндра от мотоцикла М-107, на которой свеча установлена сбоку.
Управление сосредоточено у сиденья водителя. Справа - сектор газа и тумблер зажигания нагнетателя, слева - сектор газа и тумблер маршевого двигателя.
Перед сиденьем водителя - ножной пост управления аппаратом. Вокруг вертикальной оси, закрепленной в платформе, поворачивается педальный параллелограмм, тяга от которого (дюралюминиевая труба диам. 14 мм) проходит под палубой к хвостовому рулю поворота. Руль установлен позади ограждения маршевого воздушного винта и работает в потоке, отбрасываемом его лопастями.
Каркас руля изготовлен из сосновых реек (максимальная толщина 18 мм у носка руля), обтянут капроновым чулком и оклеен двумя слоями микалентной бумаги.
Вес «мотоцикла» 70 кгс. При весе водителя 65-75 кгс аппарат способен передвигаться на высоте 5 - 6 см со скоростью 65 - 70 км/ч.
Теперь о том, как пользоваться машиной. Первым запускается маршевый двигатель. После того как он заработает устойчиво, включается двигатель нагнетателя. Дать поработать ему на малых оборотах, после чего водитель занимает свое место.
Во время движения управление осуществляется путем изменения положения центра тяжести аппарата. Для незначительного изменения курса достаточно небольшого отклонения туловища водителя в ту или иную сторону. При резком изменении курса работают еще и рулем поворота. Надо помнить, что аппарат реагирует на отклонение руля с некоторым запозданием. В этом и заключается своеобразие управления «мотоциклом» на воздушной подушке в отличие от любого другого вида наземного транспорта.
М. Шитиков, г. Батайск, Ростовская обл.
|
|
Это сверхлегкое транспортное средство - своеобразный «мотоцикл» на воздушной подушке - построено в Батайске на городской СЮТ. Его достоинства - простота конструкции, высокая проходимость и вполне приемлемая скорость - до 65 км/ч. Особенно рационально решена двигательная установка моторы М-111 и Иж-П2 работают в оптимальном температурном режиме за счет потока воздуха, создаваемого винтами двигателей. |
|
Оригинальная машина батайских ребят стала одним из самых заметных экспонатов прошедшего в Ярославле Всероссийского слета юных рационализаторов и конструкторов. |
|
Рис. 1. Аппарат на воздушной подушке М. Шитикова: 1 - педали (привод руля направления), 2 - платформа-корпус, 3 - сиденье, 4 - сектор газа, 5 - тумблер включения зажигания двигателя нагнетателя, 6 - тяга (привод руля направления), 7 - лопасть нагнетателя, 8 - пусковой шкив, 9 - двигатель нагнетателя, 10 - магнето, 11 - топливный бак, 12 - опорные дуги, 13 - воздухозаборник карбюратора, 14 - выхлопные трубы-глушители, 15 - моторама, 16 - маршевый двигатель, 17 - воздушный винт, 18 - руль направления, 19 - ограждение воздушного винта, 20 - шарниры руля направления, 21 - юбка, 22 - шпильки.
Рис. 2. Платформа-корпус АВП: 1 - накладка, 2 - усиливающая косынка (8 шт.), 3 - аэродинамическое кольцо нагнетателя, 4 - палуба, 5 - днище, 6 - продольная опорная лыжа, 7 - поперечная опорная лыжа, 8 - стойки-направляющие.
|
|
Рис. 3. Привод руля направления: ! - педали парадлелограммвого типа, 2 - втулка вала поворота, 3 - тяга, 4 - шарниры руля направления, 5 - руль направления.
Рис. 4. Ступица воздушного винта (маршевого или нагнетательного): 1 - вал двигателя, 2 - ступица, 3 - пусковой шкив, 4 - воздушный винт, 5 - шайба, 6 - центрующий болт M12, 7 - шпилька М8,
Рис. 5. Заготовки воздушных винтов: 1 - маршевого и 2 - нагнетателя.
Рис. 6. Крепление двигателей и подвеска руля направления (поворота).
Чертежи для печати
|