Тяжеловесные аппараты на воздушной подушке

Инженеры-машиностроители одними из первых пришли к такой мысли – если с обычного СВП снять ходовую рубку и движитель, то он может быть превращен в средство транспортировки тяжелых грузов, по болотам и участкам поверхности, непроходимым для обычного колесного транспорта. Колесные средства транспорта, если они не приспособлены для работы на трудно проходимых участках поверхности, в большой степени зависят от давления колес на поверхность, по которой они движутся. В результате движения колеса вязнут, погружаются в грунт. Кроме того, колеса не могут преодолевать препятствия, высота которых превышает треть радиуса колеса.

Идея создания средства на воздушной подушке возникла многие годы тому назад, но только в 1969 г., некоторые машиностроительные фирмы смогли выделить достаточные ресурсы, для проектирования и постройки первого транспортного средства на воздушной подушке. Первой приступила к разработке нового типа транспортного средства фирма “Эр кашн икуипмент лимитед”, одна из немногих у специализирующихся на использовании систем воздушной подушки в промышленности и медицине.

Глава фирмы Лесли А. Хопкинс был сотрудником технической группы, возглавляемой Кристофером Кокереллом в фирме “Ховеркрафг дивелопмент лимитед” в местечке Хит в Саутгемптоне. Там он специализировался в области промышленного применения воздушной подушки. В апреле 1968 г. он покинул своих коллег по технической группе и основал фирму “Эр кашн икуипмент лимитед”, с помощью которой планировал осуществить проекты различных промышленных установок, начиная с трейлеров и платформ на воздушной подушке и кончая промышленными гибкими ограждениями воздушной подушки.

В начале 1969 г. 7-тонный аппарат — прототип АСЕ7 доказал на испытаниях, что он может быть использован в качестве трейлера на воздушной подушке. Высота над поверхностью составила 25-30 см, давление на почти любом виде поверхности равнялось 440 кгс/м² (4,3 кПа). Кроме того, испытания АСЕ7 показали, что аппарат может преодолевать участки культивируемой почвы, не повреждая особо ценный верхний слой. Аппарат двигался над лугами, даже не приминая цветов, его движению не мешали ни влажная почва, ни даже торфяные болота в районе Нью-Форест. Тяговое усилие при полной загрузке составило всего порядка 250 кгс (2,45 кН). Выяснилось, что на ровной поверхности этот трейлер могут легко толкать вперед всего два человека.

Предлагается к прочтению: Паромы, фрегаты и суда для прогулок

Позднее в разных условиях были испытаны различные варианты буксирующих транспортных средств, начиная с гусеничных аппаратов с уменьшенным давлением, типа используемых в Арктике и кончая старыми образцами сельскохозяйственных тракторов. В программу входило испытание транспортных средств на разных видах поверхности – уклонах, каналах, кочках, твердом и вязком грунте, бетонных ступеньках, берегах реки, поросших травой высотой 75-80 см. Все эти препятствия АСЕ7 преодолел без всяких затруднений. Хотя тракторы, участвовавшие в испытаниях, не были рассчитаны на буксировку таких тяжелых грузов, тем не менее они не буксовали, а их колеса не оставили серьезных повреждений почвы.

Стандартный трейлер на воздушной подушке опирается на жесткую четырехугольную стальную платформу с приваренной крепкой вспомогательной рамой, к которой крепится гибкое ограждение сегментного типа. Трейлер парит на воздушной подушке с рабочим давлением в каждой секции, равным одному фунту на квадратный дюйм (650 кгс/м или 6,4 кПа). Подъемная тяга обеспечивается центробежным нагнетателем, работающим от бензиновой или дизельной энергетической установки, помещенной в корме трейлера. В задней части трейлера на подвижных стойках установлены специальные колеса, предназначенные для управления трейлером при движении назад и боковых наклонах. Фирма располагает возможностями для постройки трейлеров на воздушной подушке грузоподъемностью до 100 т, причем все они сконструированы таким образом, что могут быть состыкованы вместе борт к борту. Это дает возможность транспортировать на них крупногабаритные грузы с высоко-расположенным центром тяжести.

В 1970 г. в результате расширения фирмы “Эр кашн икуип­мент лимитед” в Великобритании и за ее пределами были образованы новые фирмы, приступившие к проектированию, производству и реализации промышленных установок на воздушной подушке. Одна из таких фирм была названа “Ховертрейлерз Интернэшнл лимитед” (в настоящее время она именуется VBM “Ховер системз лимитед”). Она была организована как родственное предприятие фирм АСЕ и “Юнайтед билдерз мерчантс ли­митед”. С тех пор было спроектировано и построено множество различных трейлеров на воздушной подушке, которые используются в различных частях земного шара, в самых разнообразных отраслях – в машиностроении, при прокладке нефте и газопроводов, укладке кабеля, в лесном хозяйстве, геологоразведке, сельском хозяйстве, при мелиоративных работах.

Фирма АСЕ в содружестве с “Ховертрейлерз” спроектировала и построила по заказу авиакомпании “Бритиш эруейз” систему для подъема потерпевших аварию самолетов. Это устройство было впервые испытано в марте 1970 г. Система состоит из нескольких платформ на воздушной подушке. Их можно перевозить на обычном стандартном транспортном самолете “Боинг 707”. Преимущество этой системы заключается в том, что восстановление потерпевшего аварию самолета можно производить в короткие сроки, независимо от состояния грунта под его фюзеляжем. Она пригодна для реактивных лайнеровПассажирские суда любого размера, в том числе и для самолетов “Боинг 747” и “Конкорд”. Фирма АСЕ сотрудничает также с крупной фирмой “Глобал марин”. Эта фирма со штаб-квартирой в Лос-Анджелесе работает по контрактам, связанным с бурением нефтяных и газовых скважин.

АСЕ и “Глобал марин” работают над совместным проектом плавучей нефте-буровой установки на воздушной подушке, для использования в арктических районах Канады и на Аляске. Один из первых практических результатов этого сотрудничества — установка АСТ-100 грузоподъемностью 100 т (общей массой 264 т). Это амфибийное транспортное средство было построено в городе Эдмонтоне в провинции Альберта в 1971 г. Пять месяцев суровых испытаний в условиях арктической зимы на Большом Невольничьем озере в местечке Йелоунайф на северо-западе Канады закончились успешно. Платформа выдержала эксплуатацию при температуре ниже -50° по Фарен­гейту (-45 °C).

С ноября 1972 г. по июль 1973 г. министерство транспорта Канады использовало АСТ-100 для изучения возможности эксплуатации паромов на воздушной подушке на реке Макензи. После этого АСТ-100 осуществляло перевозку грузов массой 100 т по льду и открытой воде к искусственному острову, построенному фирмой “Империэл ойл Ко” в море Бофорта. По отзывам работавших на установке специалистов, АСТ-100 показало себя в эксплуатации очень устойчивым и маневренным как во время движения по ровной или наклонной поверхности суши, так и при преодолении водного пространства и ледяных полей с различной толщиной льда.

Успешная эксплуатация АСТ-100 воодушевила конструкторов на создание проекта, полностью автономной арктической буровой системы на воздушной подушке APS общей массой 3 840 т, 6 000-тонной арктической системы, для укладки труб AMPS и ледокольной установки на воздушной подушке для использования на обычных судах, плавающих в скованных льдом морях.

Вопросами сбыта и эксплуатации продукции фирм АСЕ и “Глобал марин” занимается компания “Арктик индженирс энд констракторс”, являющаяся объединением фирм “Глобал марин” и “Реймонд Интернэшнл” (Нью-Йорк). Кроме того, АСЕ сотрудничает с фирмой “Макли-эйс лимитед”, специализирующейся на проектировании и постройке платформ на воздушной подушке и частично участвовавшей в постройке первой в мире землечерпалки на воздушной подушке. В течение 1974 г. фирма “Макли-эйс лимитед” завершила постройку транспортной установки на воздушной подушке грузоподъемностью 250 т в Абу-Даби, для работы в Персидском заливе. Установка применяется для транспортировки готовых блоков завода по производству сжиженного натурального газа, от места изготовления к строительной площадке на острове Дас на расстояние 110 миль (250 км).

В настоящее время с использованием промышленных установок на воздушной подушке фирмы АСЕ, многие компании по лицензиям осуществляют транспортировку емкостей для хранения нефти. Одна из них “Миерз констракшн лимитед” владеет правом на проведение подобных работ в Великобритании, Западной Европе и некоторых районах Ближнего Востока. Среди контрактов, заключенных фирмой в 1975 г., можно выделить операцию по передвижке 700-тонной емкости для нефтепродуктов, выполненную по заданию французского отделения компании “Шелл” на принадлежащем ей нефтеперегонном заводе в городе Пойак около Бордо. Это была самая крупная емкость, когда-либо перемещенная с помощью воздушной подушки.

В области промышленного применения воздушной подушки работают и советские специалисты, создавшие различные варианты платформ на воздушной подушке и целое семейство трейлеров на воздушной подушке. Еще более необычно, чем сами трейлеры и платформы на воздушной подушке, зачастую выглядят как “буксиры”. Например, в Польше один сельскохозяйственный трейлер на воздушной подушке передвигается с помощью лошади, либо толкающих его вперед рабочих.

Национальный исследовательский совет Канады во время проведения экспериментальных работ на Крайнем Севере Канады использовал в качестве “буксира” для 15-тонной установки “Довер-Джек” HJ-15 вертолет S-55 фирмы “Сикорс­кий”. Как утверждают специалисты исследовательского совета, который заинтересован также в том, чтобы свести к минимуму вред, причиняемый тундре, с помощью вертолета можно увеличить период активной работы в условиях Крайнего Севера с трех месяцев до десяти. Вертолет S-55 способен буксировать трейлер на воздушной подушке с полной загрузкой, со скоростью до 20 миль в час (30 км/ч).

Любое исследование, касающееся промышленного применения воздушной подушки, будет неполным, если не упомянуть о средствах CEGB, спроектированных и построенных вначале фирмой “Викерс лимитед”, а позднее и “Бритиш ховеркрафт корпорейшн”. В наше время масса крупных трансформаторов для подстанций возросла до 300-500 т. В целом ряде случаев Британская центральная служба электрификации была вынуждена пойти на значительные расходы по укреплению и перестройке мостов, по которым должны были транспортироваться трансформаторы в случае отсутствия возможности выбора другого маршрута. Если же под центральной частью обычного транспортного средства была бы воздушная подушка, то значительная часть массы груза равномерно распределялась бы по площади, занимаемой подушкой.

Путем замены концентрированных нагрузок, которые производят на поверхность дороги колеса, равномерно распределяемым по значительной площади давлением сжатого воздуха, можно уменьшить пиковые нагрузки на полотно дороги или мостовые сооружения. В то же время воздушная подушка позволяет намного увеличить массу транспортируемых грузов. Экономия за счет отсутствия надобности в перестройке мостов, по подсчетам центральной службы электрификации может превысить 1 500 000 фунтов стерлингов. Прибавьте к этому, что водители автомашин не испытывают в связи с реконструкцией мостов обычных в этих случаях неудобств.

Фирма АСЕ разрабатывает систему, предназначенную для транспортировки на 14-м трейлере 350-тонного трансформатора. В этой системе воздушная подушка, которую обеспечивают две небольшие газовые турбины, позволяет уменьшить давление на оси на 125 т и тем самым значительно снизить нагрузки на поверхность моста. Оборудование этого типа уже применяли на сотнях различных мостов. В некоторых случаях во время транспортировки тяжелых грузов, эту систему использовали для преодоления только одного моста, но был случай, когда к помощи воздушной подушки прибегали двадцать семь раз.

Совсем иные размеры и внешние очертания по сравнению с трейлерами, применяемыми для транспортировки гигантских трансформаторов, имеют компактные устройства ложа на воздушной подушке, все чаще используемые в различных странах для установки на место крупных частей генераторов на электростанцияхСудовые электростанции на буксирных судах. Воздухо-надувные сопла такого ложа расположены по кругу в определенном порядке, в основании вокруг сопл укреплена гибкая диафрагма. Сжатый воздух, поступающий из обычного заводского воздухопровода, либо из передвижного компрессора, надувает диафрагму, вырываясь сквозь маленькие отверстия в пространство под ложем. Тонкий слой воздуха между мембраной и полом образует воздушную пленку, по которой груз не испытывая трения с поверхностью пола, как бы “плывет”. Такие установки позволяют перемещать грузы в любом горизонтальном направлении с помощью усилия, равного всего 1/1 000 массы груза.

Можно перечислить сотни примеров использования устройств воздушной опоры в различных отраслях промышленности, начиная с конвейерных линий по сборке тракторов до механизмов поворота фюзеляжа самолета “Джамбо” типа “Боинг 747” во время предполетных испытаний и калибровки компаса. В Гонолулу компания “Ролэр системз инк” нашла для воздушной подушки весьма оригинальное применение в системе, изменяющей положение трибун нового стадиона на 28 тысяч мест. Стадион состоит из четырех секторов с трибунами на 7 000 мест каждый. Система опоры на воздушной подушке в данном случае используется для поворота каждого сектора по дуге на 45 %, что позволяет обеспечить идеальные условия для зрителей во время футбольных и бейсбольных или баскетбольных состязаний, а также во время эстрадных выступлений.

Читайте также: Корабли парусного флота

Медицина тоже выиграла, благодаря открытию принципа воздушной подушки. Одна из главных разработок аппарата на воздушной подушке для медицинских нужд принадлежит фирме “Ховеркрафт дивелопмент лимитед”, которая первой спроектировала кровать на воздушной подушке для больных, получивших сильные ожогиОказание первой помощи при электротравмах, ожогах и утоплении. После того, как пациента помещают на кровать, два ряда небольших карманов, подобных тем, из которых состоит гибкая сигментированная полость на больших судах на воздушной подушке, образуют завесу по краям человеческого тела, а затем опадают в сторону. Тело целиком покоится на воздушной подушке, а голова, как правило, поддерживается обычной подушкой.

Воздушная завеса автоматически изменяет свои очертания в зависимости от размеров тела пациента и следует за любым его движением в пределах ложа. Компрессор и прочее оборудование установки размещены на четырехколесной тележке за пределами палаты. Несколько таких аппаратов уже установлено в больницах Великобритании.