В 1937 году цельнометаллический боевой скеговый катер «Л-5» конструкции В. И. Левкова на контрольных испытаниях развил феноменальную для своего времени скорость — 73 узла (около 135 км/ч). Этот факт служит мощным историческим якорем, демонстрируя, что концепция судов с неполным отрывом корпуса от воды, основанная на комбинированном поддержании, способна радикально изменить представления о скоростном водном транспорте.
В настоящем академическом обзоре проведена систематизация технической информации об особенностях устройства, гидродинамике и методах инженерного проектирования скеговых судов на воздушной подушке (ССВП). Работа ориентирована на детальный инженерный анализ и оперирование специализированной терминологией, необходимой для проектирования транспортных средств с динамическими принципами поддержания.
Архитектурные Особенности и Актуальность ССВП
Проблема создания высокоскоростных морских и речных транспортных средств, сочетающих скорость, экономичность и хорошую мореходность, привела к развитию судов с динамическими принципами поддержания (СПП). К ним относятся суда на подводных крыльях (СПК), амфибийные суда на воздушной подушке (СВП) и, занимающие особую нишу, скеговые суда на воздушной подушке (ССВП).
Скеговые СВП представляют собой компромиссное и высокоэффективное инженерное решение, сочетающее преимущества аэростатического поддержания с управляемостью и курсовой устойчивостью водоизмещающих судов. Их актуальность обусловлена возможностью достижения высоких скоростей (до 55–60 узлов) при существенно меньшей удельной мощности подъемной системы по сравнению с полностью амфибийными аналогами. И что из этого следует? ССВП являются идеальным выбором для эксплуатации в прибрежных зонах, где требуется маневренность и высокая скорость, но не требуется возможность движения по суше.
Данный обзор структурирован для последовательного раскрытия фундаментальных принципов, конструктивных требований, гидродинамических моделей и расчетных методик, необходимых для проектирования ССВП.
Фундаментальный Принцип Поддержания и Классификация Скеговых СВП
Ключевая особенность, отличающая скеговые СВП от всех остальных типов СПП, заключается в использовании смешанного принципа поддержания, который обеспечивает их уникальные эксплуатационные характеристики.
Определение и Ключевое Отличие от Амфибийных СВП
Скеговое судно на воздушной подушке (ССВП) — это судно с неполным отрывом корпуса от воды, характеризующееся наличием жестких бортовых ограждений, называемых скегами, которые частично погружены в воду.
В отличие от полностью амфибийных СВП, где воздушная подушка (ВП) по всему периметру ограничена гибким ограждением (юбкой), ССВП используют:
- Жесткие скеги по бортам, которые выполняют роль постоянно погруженных элементов, обеспечивая механическое удержание воздуха и гидродинамическое сцепление.
- Гибкие ограждения (фартуки или юбки) только в носовой и кормовой оконечностях.
Эта конструктивная схема обеспечивает значительно меньший периметр утечек воздуха по сравнению с полностью амфибийными СВП. Результатом является существенное снижение расхода воздуха и, как следствие, минимизация мощности, требуемой для нагнетателей.
Фундаментальный принцип поддержания ССВП — это комбинация двух основных сил:
- Аэростатическое поддержание: Создается избыточным давлением ($p_{п}$) в воздушной подушке, действующим на площадь подушки ($S_{п}$). Это давление несет основную часть водоизмещения судна.
- Гидродинамическое поддержание: Создается силами реакции воды, действующими на погруженные скеги. Наличие скегов обеспечивает гидродинамическое сцепление с водной поверхностью, что критически важно для повышения курсовой устойчивости и управляемости судна, особенно при боковом ветре, приближая их по маневренности к традиционным водоизмещающим судам.
Оптимальный Диапазон Скоростей и Экономичность
ССВП демонстрируют наилучшую экономичность и эффективность в специфическом диапазоне скоростей, который определяется числом Фруда ($Fr$). Число Фруда рассчитывается как:
$$
Fr = \frac{V}{\sqrt{g \cdot L}}
$$
где $V$ — скорость судна, $g$ — ускорение свободного падения, $L$ — характерная длина судна (например, длина корпуса по ватерлинии).
Скеговые СВП наиболее экономичны в диапазоне чисел Фруда от 2 до 3. В этом диапазоне они превосходят как водоизмещающие суда (которые работают при $Fr < 0.4$), так и суда на подводных крыльях, которые требуют больших скоростей для создания достаточной подъемной силы на крыльях. Эффективность ССВП в этом интервале объясняется минимизацией волнового сопротивления за счет воздушной подушки и низкими потерями на утечки воздуха. Это означает, что для достижения одной и той же высокой скорости ССВП потребует меньше топлива, чем его ближайшие аналоги.
Конструктивные Требования к Корпусу и Обеспечение Устойчивости
Конструкция корпуса ССВП — это сложный инженерный компромисс между прочностью, массой и необходимостью обеспечения герметичности воздушной подушки.
Жесткие скеги представляют собой узкие, часто клиновидные, водоизмещающие корпуса или погруженные пластины, которые, помимо ограничения ВП, должны выдерживать значительные гидродинамические нагрузки, особенно при ударах о волны. Для упрощения изготовления и ремонта, конструктивная простота корпуса ССВП (например, типа «Зарница») достигается за счет формирования его и надстройки преимущественно из плоских и развертывающихся на плоскость поверхностей.
Анализ Остойчивости и Центровки (Закрытие Слепой Зоны)
Для обеспечения безопасности и оптимальной ходкости ССВП требуется точное управление продольной и поперечной остойчивостью.
1. Ходовой Дифферент:
Для обеспечения оптимального сочетания ходкости и мореходности для ССВП требуется обязательный ходовой дифферент на корму ($\phi$). Инженерные расчеты и опыт отечественной постройки показывают, что оптимальный угол дифферента лежит в узких пределах 0,5°–1,0°. Неправильный дифферент может привести к неэффективному удержанию воздушной подушки или к значительному росту сопротивления. Каким образом это влияет на практику? Точная установка дифферента является ключевым параметром, определяющим экономичность и безопасность эксплуатации судна на полном ходу.
2. Относительная Центровка:
Расположение центра тяжести (ЦТ) критически важно для динамической остойчивости. Относительная центровка, определяемая как отношение координаты центра тяжести от транца ($x_{g}$) к длине судна ($L$), для отечественных ССВП массой 40–60 т обычно находится в диапазоне 0,48–0,49. Это означает, что ЦТ смещен немного ближе к корме относительно миделя, что благоприятно сказывается на устойчивости при движении на высоких скоростях.
3. Критический Анализ Повреждений:
Критическим недостатком конструкции ССВП является потенциальная угроза безопасности при повреждении жесткого скега.
Жесткий скег, являясь элементом корпуса, обеспечивает структурную целостность и герметичность ВП. Нарушение герметичности скега (например, из-за удара) приводит к:
- Резкой потере части площади ватерлинии.
- Мгновенному снижению начальной поперечной остойчивости (уменьшению метацентрической высоты).
- Значительному крену.
Повреждение жесткого скега, содержащего воздух, немедленно отражается на водоизмещении и плавучести, и его ремонт в полевых условиях крайне затруднителен, в отличие от сегментированного гибкого ограждения амфибийных СВП, которое допускает локальные повреждения.
Гидроаэродинамика ССВП и Методика Расчета Сопротивления
Определение полного сопротивления движению ($R$) является краеугольным камнем в проектировании скоростного судна, поскольку от него напрямую зависит требуемая мощность маршевой установки.
Расчет Составляющих Сопротивления (Включение Формул)
Полное сопротивление движению ССВП ($R$) представляет собой сумму четырех основных составляющих, действующих на корпус, скеги и гибкие ограждения:
$$
R = R_{тр} + R_{имп} + R_{а} + R_{ост}
$$
Где:
- $R_{тр}$ — сопротивление трения (вязкое сопротивление воды о смоченную поверхность скегов и корпуса, не контактирующую с ВП).
- $R_{имп}$ — импульсное сопротивление (связанное с отбрасыванием воды погруженными скегами, особенно носовыми частями, и сопротивлением гибкого ограждения).
- $R_{а}$ — аэродинамическое (воздушное) сопротивление (действует на надводную часть корпуса, надстройку и движители).
- $R_{ост}$ — остаточное сопротивление (в основном волновое сопротивление, вызванное взаимодействием скегов, корпуса и воздушной подушки с водной поверхностью).
Доминирование Волнового Сопротивления:
При движении ССВП на высоких числах Фруда ($Fr > 2.0$), характерных для полного хода, доминирующим компонентом полного сопротивления ($R$) становится остаточное сопротивление ($R_{ост}$). Оно определяется сложным волнообразованием, вызванным взаимодействием жестких скегов, оконечных гибких ограждений и области повышенного давления воздушной подушки. Точный расчет $R_{ост}$ требует применения специализированных вычислительных методов. Но разве не удивительно, что именно волновое сопротивление, а не трение или аэродинамика, является главным барьером на пути к максимальной скорости?
Применение Передовых Методов Моделирования
Для точного гидродинамического моделирования движения погруженных скегов при скоростях, соответствующих числу Фруда $Fr > 0.4$ (то есть в режиме динамического поддержания), применяется метод «High-Speed Strip Theory» (HSST, 2D+t).
Метод HSST представляет собой вычислительно эффективный подход, который позволяет учитывать нелинейное взаимодействие волны и зоны воздушной подушки. Он основан на рассмотрении движения судна как последовательности двумерных задач (полос) вдоль корпуса (2D), с последующим учетом динамических эффектов во времени (t). Это позволяет инженерам точно определить гидродинамические нагрузки, возникающие на скегах при движении в условиях волнения, а также предсказать деформации корпуса и обеспечить его необходимую прочность.
Расчет Подъемной Силы
Подъемная сила (сила поддержания, $D_{п}$) создается избыточным давлением ($p_{п}$) в воздушной подушке и должна быть равна водоизмещению судна в режиме глиссирования.
Площадь воздушной подушки ($S_{п}$) в первом приближении можно оценить как:
$$
S_{п} \approx \frac{D_{п}}{p_{п}}
$$
Где:
- $D_{п}$ — полное водоизмещение судна (в Ньютонах, Н).
- $p_{п}$ — избыточное давление в воздушной подушке (в Паскалях, Па).
Проектирование ВП требует выбора оптимального $p_{п}$, которое, с одной стороны, должно обеспечить подъемную силу при минимальном расходе воздуха, а с другой — не должно превышать прочностных ограничений корпуса.
Проектирование Системы Воздушной Подушки и Расчет Мощности
Основой инженерного успеха ССВП является эффективная система нагнетания и удержания воздушной подушки.
Разделение Мощности и Экономические Показатели
Для ССВП характерно разделение мощности между нагнетателями (подъемной системой) и движителями (маршевой установкой). Это критически важное преимущество, которое позволяет независимо регулировать высоту воздушной подушки (а значит, и клиренс) и скорость движения. Данный подход позволяет оптимизировать работу каждого узла, повышая общую эффективность системы.
Количественный Анализ Удельной Мощности:
Экономическая эффективность ССВП наиболее ярко проявляется в сравнении удельных мощностей нагнетателей:
| Тип СВП | Удельная Мощность Нагнетателей (л.с./т) | Удельная Мощность Движителей (л.с./т) |
|---|---|---|
| Скеговые СВП (ССВП) | 10 – 20 | 30 – 40 |
| Амфибийные СВП | 35 – 45 | 25 – 35 |
Существенно более низкая удельная мощность нагнетателей (в 2–4 раза меньше), необходимая для ССВП, обусловлена минимизацией утечек воздуха благодаря жестким скегам. Это приводит к снижению размеров и массы нагнетательной установки, повышению топливной эффективности и увеличению полезной нагрузки.
Методика Расчета Расхода Воздуха
Для расчета требуемой мощности нагнетательной установки необходимо точно определить расход воздуха ($Q_{п}$), необходимый для компенсации утечек. В рамках предварительного проектирования используется эмпирическая формула, учитывающая основные геометрические параметры и особенности гибкого ограждения:
$$
Q_{п} \approx (0.79 \pm 0.12) \cdot S_{п} \cdot \sqrt{h_{го}}
$$
Где:
- $Q_{п}$ — расход воздуха (в м³/с).
- $S_{п}$ — площадь воздушной подушки (в м²).
- $h_{го}$ — высота гибкого ограждения (в м).
- Коэффициент $0.79 \pm 0.12$ является эмпирическим и учитывает тип, форму и конструктивные особенности гибких оконечных ограждений, а также плотность воздуха.
Расчет Потребляемой Мощности Нагнетателя:
Полезная мощность ($N_{п}$), необходимая для создания воздушной подушки, определяется произведением расхода воздуха на избыточное давление: $N_{п} = Q_{п} \cdot p_{п}$.
Потребляемая мощность на валу нагнетателя ($N_{вал}$) учитывает общий КПД ($\eta$) нагнетательного комплекса (включая аэродинамический КПД нагнетателя, КПД привода и КПД системы подачи воздуха):
$$
N_{вал} = \frac{N_{п}}{\eta} = \frac{Q_{п} \cdot p_{п}}{\eta}
$$
Исторический Обзор и Сравнительный Анализ Технико-Экономических Характеристик (ТЭХ)
Отечественная инженерная школа сыграла ключевую роль в развитии скеговых СВП, создав ряд уникальных и высокоэффективных образцов.
Ключевые Этапы Развития в Отечественной Школе
| Период | Проект / Тип | Конструктор / КБ | Особенности |
|---|---|---|---|
| 1930-е гг. | Катер «Л-5», «Л-9» | В. И. Левков | Первые цельнометаллические боевые скеговые катера. «Л-5» достиг скорости 73 узла (135 км/ч), став пионером скоростного скегового флота. |
| 1970-е гг. | «Зарница» (пр. 1431) | ЦКБ «Волга» | Серийное производство (около 100 единиц). Пассажирское речное ССВП (14 т, 48 пассажиров, скорость 36 км/ч). |
| 1970-е гг. | «Чайка» | Советские КБ | Морское ССВП (45 т, до 80 человек), использовалось для прибрежных и морских перевозок. |
| Современность | Пр. 1239 «Сивуч»/«Бора» | ЦМКБ «Алмаз» | Крупнейшие в мире ракетные корабли на динамических принципах поддержания (скеговые СВП), демонстрирующие высокую скорость (до 55 узлов) и большую боевую нагрузку. |
Анализ ТЭХ (на Примере Проекта «Кальмар»)
Десантно-высадочные корабли типа «Кальмар» (Проект 1206) являются ярким примером крупного скегового СВП, ориентированного на военное применение, где требуется сочетание высокой скорости и значительной грузоподъемности.
Технико-Экономические Характеристики (ТЭХ) Проекта 1206 «Кальмар»
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Водоизмещение (полное) | 115.0 т |
| Длина | 24.6 м |
| Ширина | 11.8 м |
| Высота подушки | 1.4 м |
| Максимальная Скорость | 55 узлов (≈ 102 км/ч) |
| Грузоподъемность | 37 т |
| Удельная мощность (полная) | 128.1 кВт/т |
Высокая удельная мощность (128.1 кВт/т) по сравнению с традиционными водоизмещающими судами указывает на способность ССВП достигать значительно более высоких скоростей. При этом, благодаря жестким скегам, обеспечивается необходимая устойчивость для несения тяжелого вооружения или десантной техники.
Сравнение ССВП с Водоизмещающими Судами и Судами на Подводных Крыльях
Скеговые СВП занимают уникальную позицию в классификации скоростного флота, предлагая инженерные преимущества, недоступные другим типам судов:
| Характеристика | Водоизмещающие Суда | Суда на Подводных Крыльях (СПК) | Скеговые СВП (ССВП) |
|---|---|---|---|
| Скорость (Fr) | Низкая (Fr < 0.4) | Высокая (Fr > 2.0) | Средняя/Высокая (Fr 2.0–3.0) |
| Сопротивление | Высокое волновое при Fr > 0.4 | Резко снижается при выходе на крылья | Снижено за счет ВП, но волновое доминирует на полном ходу |
| Удельная Мощность | Низкая | Высокая (для взлета) | Средняя (более экономичная подъемная система) |
| Управляемость | Отличная | Хорошая только на скорости | Отличная (за счет гидродинамического сцепления скегов) |
| Мореходность | Высокая | Высокая (но чувствительны к волнению) | Меньшая чувствительность к состоянию поверхности, чем СПК |
| Эксплуатация на Мелководье | Затруднена | Невозможна (крылья) | Возможна (за счет гибких оконечных ограждений) |
Вывод: ССВП обеспечивают более высокие скорости, чем водоизмещающие суда, при сопоставимой или лучшей топливной эффективности на полном ходу. По сравнению с СПК, ССВП менее чувствительны к состоянию водной поверхности и обладают уникальной способностью двигаться по мелководью и выходить на необорудованный берег (за счет оконечных гибких ограждений), сохраняя при этом превосходную курсовую устойчивость, что делает их идеальными для эксплуатации на внутренних водных путях и в прибрежных зонах.
Заключение
Скеговые суда на воздушной подушке представляют собой вершину инженерной мысли в области судов с динамическими принципами поддержания. Фундаментальный принцип их работы — комбинированное аэростатическое и гидродинамическое поддержание, обеспечиваемое жесткими скегами и гибкими оконечными ограждениями, — позволил создать класс судов с уникальными преимуществами: высокой скоростью, превосходной курсовой устойчивостью, управляемостью и значительно более низкими требованиями к мощности подъемной системы по сравнению с полностью амфибийными аналогами.
Успешное проектирование ССВП требует строгого соблюдения инженерных методик, включающих точный расчет сопротивления (где доминирует остаточное сопротивление при высоких $Fr$), контроль критических параметров остойчивости (дифферент $\phi$, центровка $x_{g}/L$) и применение современных методов гидродинамического моделирования, таких как «High-Speed Strip Theory». Отечественный опыт, от скоростных катеров Л-5 до современных ракетных кораблей проекта 1239 «Сивуч», подтверждает высокую эффективность и стратегическую важность ССВП как экономичного, быстроходного и маневренного транспортного средства для широкого спектра задач.
Список использованной литературы
- Колызаев Б. А., Косоруков А. И., Литвиненко В. А. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания. 1980. 472 с.
- Военный парад. 1997. N 5.
- На стыке двух стихий. Москва : Авико пресс, 1993.
- disserCat | Разработка методики определения изменений коэффициента давления и КПД овевых нагнетателей… URL: [не указан].
- bntu.by | КОНСТРУКЦИЯ БЫСТРОХОДНЫХ СУДОВ. URL: [не указан].
- narod.ru | Десантно-высадочный корабль на воздушной подушке пр.1206 «Кальмар». URL: [не указан].
- rostec.ru | Хаска», «Сивуч» и другие: скеговые суда на воздушной подушке. URL: [не указан].
- astu.org | МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССАЖИРСКИХ СУДОВ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ В ПЕРВОМ ПРИБЛИЖЕНИИ. URL: [не указан].
- moshovercraft.ru | СВП скеговые и амфибийные сравниваем возможности. URL: [не указан].
- unn.ru | ДИНАМИКА И УСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ С ГИБКИМ ОГРАЖДЕН — Диссертации ННГУ. URL: [не указан].
- slovaronline.com | СКЕГОВОЕ СУДНО — что такое в Энциклопедии «Техника». URL: [не указан].
- Как устроены морские суда. URL: http://www.seaships.ru/svp2.htm (дата обращения: 22.10.2025).
- Суда на динамической воздушной подушке. URL: http://ekranoplan-ru.narod.ru/C64.htm (дата обращения: 22.10.2025).