Идея создания этого уникального средства передвижения по воде была высказана в начале 90-х гг. шведским конструктором Александром Сахлиным. В 1993 г. он изготовил действующий образец трампофойла, а в настоящее время этот аппарат выпускается серийно и даже продается в спортивных магазинах Петербурга. А в Стокгольме уже несколько лет проводятся гонки на трампофойлах, и всякий раз они собирают большое число зрителей. Тренированные атлеты без особого напряжения преодолевают дистанцию протяженностью в несколько километров, показывая на спокойной воде скорость до 30 км/ч.
Трампофойл — это своеобразный "водный велосипед", который поддерживается на плаву и получает движение исключительно за счет гидродинамической подъемной силы, возникающей на основном подводном крыле. Человек, управляющий таким снарядом, постоянно совершает небольшие прыжки, стоя на площадке с рулевой поперечиной, и вызывая вертикальные колебания крыла в толще воды. При каждом погружении движущегося вперед подводного крыла возникающая на нем гидродинамическая сила возрастает, придавая новый импульс движению (рис. 1).
Аппарат легко серфингует, небольшая волна не только не мешает движению, но делает его более захватывающим. Некоторую проблему представляет ветер. Трудно поддерживать минимально необходимую для движения скорость, если встречные порывы достигают 6 м/с и более.
Таким образом, трампофойл — наглядное доказательство того, что подводное крыло может создать помимо подъемной силы, способной нести судно над водой, еще и силу тяги, направленную горизонтально, практически при нулевой скорости от перемещении крыла вниз-вверх.
Пропульсивный КПД такого движителя имеет значительную величину. Из этого, к слову, следует, что существует некоторый резерв для совершенствования судов на подводных крыльях и увеличения их транспортной эффективности, если использовать на них новый тип движителя. Возможно, на СПК будущего движителем станет подвижное ("машущее") заднее крыло, для привода которого потребуются только подвижные (перемещающиеся вверх и вниз) кронштейны подводного крыла. Отсутствие гребного винта или водомета угловых редукторов, вала и его кронштейнов с подшипниками позволит снизить вес судна, его гидродинамическое сопротивление и, следовательно, потребную мощность судовых двигателей.
Интересно, а чему нас учит исторический опыт? Ведь давно известно, что крыло способно создавать не только подъемную силу, но и силу тяги вперед. Примером этому могут служить многочисленные отлично летающие модели с машущими крыльями — махолеты, полетный вес которых достигает десятка килограммов. Известны махолеты, крылья которых движутся подобно крыльям птицы (орнитоптеры) и крыло которых, как у трам-пофойла, перемещается вверх и вниз, сохраняя параллельность перемещения плоскости крыла (ортоптеры). Модели ортоптеров в полете развивали скорость более 50 км/ч, и эти данные получены для крыла, машущего в воздухе, один кубический метр которого весит 1.25 кг. Тем более это реально для крыла трампофойла в воде — среде, которая в 800 раз плотнее воздуха.
Но есть еще один вариант "машущего крыла с вибрирующим предкрылком", предложенный А. И. Болдыревым, который обнаружил интересный аэродинамический эффект: получения силы тяги и подъемной силы крылом от быстрых колебательых движений предкрылка. Исследования крыла с вибропредкрылком проводились в аэродинамической трубе МАИ. В 1946 г. А. И. Болдырев спроектировал одноместный самолет. Проект был рассмотрен в ЦАГИ, и в 1947 г. самолет А. И. Болдырева был построен в УПМ МАИ. Аппарат (рис. 2) имел небольшую массу конструкции — 180 кг (размах крыла — 6,07 м). Привод предкрылка осуществлялся от мотоциклетного двигателя "М-72" мощностью 22 л.с. При испытаниях самолета в конце 1947 г. была получена максимальная тяга на месте около 90 кг, которую обеспечивал колеблющийся вибропредкрылок. Автор нового движителя, состоящего из крыла с вибропредкрылком, предложил использовать его для судов на подводных крыльях, легких мотолодках и водных велосипедах.
В 1971 г. аспирант кафедры "Конструкции и проектирования вертолетов" МАИ Аркадий Болдырев вместе с А. И. Болдыревым спроектировали подвесной лодочный мотор с вибропредкрылком на базе лодочного мотора "Салют" мощностью 2 л.с. На нижней части дейдвуда вместо углового редуктора с гребным винтом было установлено подводное крыло с двумя развитыми концевыми шайбами. Нижний конец дейдвудного вала (рессоры) имел кривошипный механизм, который шатуном соединялся с вибропредкрылком. Весь этот механизм преобразования движения был расположен в корпусе-обтекателе, а шарнирные узлы крепления предкрылка — в передних частях концевых шайб.
Стандартный мотор "Салют" практически остался без изменений. Только к нижнему фланцу его дейдвуда вместо углового редуктора гребного винта ставилось подводное крыло на тех же болтах. Опытный образец "Салюта" с движителем А. И. Болдырева был изготовлен в Центральной лаборатории новых видов спасательной техники ОСВОДа.
Предполагалось на "Салюте" отработать всю кинематику, получить характеристики движителя и довести его до серийного образца. Был проект "Казанки" на подводных крыльях с двумя подвесными моторами "Москва". Один мотор планировалось жестко установить в носу лодки с крылом 1,1 м, а второй — на транце — на стандартной струбцине — для управления лодкой по курсу. К сожалению, организационные трудности не позволили довести эти проекты до конца.
Еще один трампофойл по-русски, или скоростной катер с "машущими" подводными крыльями, был создан в МАИ. Экспериментальный катер "МАИ-301Э" с движительно-несущим крыльевым комплексом разрабатывался в институте в 1972 г. Авторы проекта — Э.П.Гребешков, Е.Г.Извольский, А.И.Мишин, А.О.Адамьянц, В.В.Доронин и Л.А.Носов.
Катер имел три подводных крыла, которые перемещались относительно корпуса катера вверх и вниз с помощью механического привода от автомобильного двигателя ГАЗ-12 "Чайка" мощностью 195 л.с. При перемещении крыльев создавалась подъемная сила и сила тяги, направленная вперед, так как подводные крылья были закреплены на стойках шарнирно и автоматически устанавливались на требуемые углы атаки.
Катер с движущимися подводными крыльями "МАИ-301Э" испытывался на Московском море, в районе Большой Волги. Практически на месте он "вставал" на подводные крылья и затем набирал расчетную скорость. А остальное — и остойчивость, и управляемость — как у обычного СПК, мореходность же зависела от хода и высоты стоек крыльев.
За рубежом проект скоростной лодки с подводным машущим крылом был предложен в 1986 г. на международной конференции в Лондоне Институтом корабельной архитектуры. Автор, датчанин Лайф Смит, назвал свой проект "Скачущее СПК". Основное крыло лодки совершало колебательные движения в вертикальной плоскости под действием мускульной силы спортсмена. Лодка имела носовое V-образное крыло (см. "КиЯ", 1987, № 5). Этот проект можно считать прообразом трампофойла.
Почему же СПК с новым типом судового движителя — подводным крылом — не был принят на вооружение или не заменил "Ракеты", "Метеоры" и "Колхиды"? Может быть, заказчик прекратил финансирование или тема показалась не перспективной, а может, эта проблема ждет своего Болдырева или Сахлина, ведь в каждую разработку кроме денег необходимо вложить талант, душу и веру в реализацию замысла.
Какие перспективы существуют сегодня у подводного "машущего крыла"?
Рассмотрим пока только безмоторные варианты "водного велосипеда" на подводных крыльях. Для увеличения максимальной скорости трампофойла, возможности использования его при незначительном ветре (3–8 м/с), а также для длительного движения без приводных прыжков на нем серийный аппарат снабжается надувным или каркасным кайтом площадью 3–5 м². Змей-парус (кайт) имеет незначительный вес, малые габариты и значительное тяговое усилие, вполне достаточное для самостоятельного движения трампофойла на подводных крыльях (рис. 3) со скоростью более 50 км/ч. Управлять кайтом может одной рукой даже начинающий яхтсмен.
Информация об изображении
Рис. 4. Схема трампофойла с парусом-крылом, шарнирно установленным на топе мачты
У второго варианта парусного трампофойла — жесткий аэродинамический парус-крыло (рис. 4), которое шарнирно установлено на топе "мачты" (см. "КиЯ" №166). Имеет простое устройство (выполнено по Авт. свидетельству № 1699860) и малый вес. Особенность этого паруса каркасной конструкции и малого веса с несимметричным профилем — возможность ходить противоположными курсами относительно ветра с одинаковым аэродинамическим качеством. Крыло просто перекладывается относительно горизонтального шарнира на топе мачты с правого борта на левый, и наоборот. Этот парус при небольшой скорости ветра позволяет трампофойлу мчаться на подводных крыльях без затрат мускульной силы. Но самое интересное в этом устройстве то, что крыло-парус можно зафиксировать в горизонтальном положении. Тогда при движении аппарата оно создает значительную подъемную силу. Трампофойл в этом случае "приобретает" несущую систему с двумя крыльями — получается своеобразный биплан. Нижнее его крыло подводное, а верхнее — расположено в воздушной стихии. На таком трампофойле-биплане, прыгая и перемещая оба крыла, можно достичь большой скорости и мореходности.
Рис. 4. Схема трампофойла с парусом-крылом, шарнирно установленным на топе мачты
Читателям будет интересно сравнить возможности "водных велосипедов" различного типа. Так вот максимальная скорость "AquaSkipper" при весе конструкции 12 кг — 27 км/ч. В 1985 г. Стив Хеггер в Калифорнии на подобном "водном велосипеде" на подводных крыльях с гребным винтом диаметром 0.4 м с цепным приводом от педалей установил рекорд скорости 18 км/ч. Вес конструкции этого "велосипеда" — около 20 кг. Для его старта было необходимо создать начальное ускорение с помощью буксировщика, потому что при скорости менее 11 км/ч велосипед терял плавучесть и тонул ("КиЯ" №129, "Крылатые гидроциклы"). На водном велосипеде "Летучая рыба" американец А. Эббот в 1988 г. установил новый мировой рекорд скорости по воде с помощью мускулов — 28 км/ч. Его "Летучая рыба" весом 18 кг — это комбинация гоночного велосипеда, поплавков, подводных крыльев и гребного винта.
Рекорды периодически обновляются, потому что в США и Великобритании проводятся ежегодные соревнования аппаратов с мускульным приводом. Так, в 1992 г. глиссер с велосипедным приводом и воздушным винтом развил скорость 18.5 уз (34.26 км/ч). Построен он был студентами Массачусетского технологического института (США) под руководством профессора М.Дрила. Глиссер имеет два поплавка, на которых размещалось сиденье спортсмена, а на пирамидальном пилоне установлен воздушный винт большого диаметра с приводом от педалей. Весил он около 30 кг.
Недавно на водохранилище Кариба, в Зимбабве, Майкл Пузи продемонстрировал один из последних образцов (всего их сделали 69) нового плавсредства — пампа-байка (рис. 5). Так автор назвал свой аппарат, созданный методом проб и ошибок. На данный момент разработка южноафриканской фирмы пользуется широким спросом во всем мире.
Надо полагать, что трампофой-лам и пампабайкам в ближайшее время суждено дальнейшее развитие.
Подтверждение этому — еще один вариант трампофойла, технические данные которого превосходят зарубежные аналоги, разработки студентов МАИ.
О трампофойле "ЮТ-МАИ" рассказывает ниже автор проекта Юрий Тыцык, студент четвертого курса самолетостроительного факультета Московского авиационного института.
Полет над водой
Однажды мне попал в руки журнал "Катера и Яхты" со статьей "Трампофойл — чудо на подводных крыльях". По общей схеме и собственным догадкам я с единомышленниками построил свою конструкцию и успешно ее "облетал". От шведского прототипа наш отличается весом (7 кг), возможностью транспортировки в сложенном состоянии (пакет размерами 1600x130x130 мм) и довольно скромными характеристиками: скорость — 15 км/ч, размах крыла — 3 м, хорда — 0,13 м. Стабилизатор — 0.65 м, хорда — 0.11 м. Материал — композит.
Тяга возникает за счет наклона вектора подъемной силы вперед, при движении крыла вниз и "набора высоты", в момент снятия нагрузки. Крыло автоматически меняет угол атаки либо за счет гибкости рамы (трампофойл), либо за счет деформации носовой пружины (акваскиппер). Мы испробовали оба варианта и остановились на жесткой раме.
Устойчивость по тангажу обеспечивается автоматически управляемым стабилизатором. При его нагружении рычаг, на конце которого установлена глиссирующая пластинка, увеличивает угол атаки до тех пор, пока погружение не прекратится. По крену аппарат управляется весом (перемещением пилота по площадке) и динамически (резким отклонением руля в сторону крена).
Большое значение имеет расстояние от крыла до свободной поверхности: чем оно больше, тем меньше сопротивление (у нашего аппарата — 0.45, что явно недостаточно).
Катание — занятие увлекательное и хорошо развивает мускулатуру. Неподготовленный человек в состоянии проплыть метров 300 с разворотами. Мы проводили "состязания" с каяками в 100-метровом бассейне. Визуально — скорость одинакова, но "каякер" затрачивает на ее поддержание гораздо большую энергию. Старт лучше проводить от пристани высотой 0.5 м. При быстром нарастании глубины можно стартовать прямо с берега и даже без разгона.
Логическим продолжением "разработок" является новый "HidroGlider" фирмы "Inventist" — небольшая доска типа серфинг со встроенными никель-металлогидридными (Ni-MH) аккумуляторами, рукояткой управления — BMY и крыльевым аппаратом; позволяет разгоняться до 40.2 км/ч и двигаться в течение двух часов. Подзарядка занимает не более часа. Вес — 18.14 кг.
Реквизит для фантастического фильма
В торговом зале питерского "Техно-СпортЦентра" среди подвесных моторов и надувных лодок можно заметить изящно изогнутую дугу "небывалого средства передвижения по воде". Аппарат будто сошел с экрана фантастической антиутопии "Водный мир". Это — изобретенный в Швеции в 1993 г. акваскиппер. Журнал уже писал об этом аппарате, когда он стал появляться не только на шведском, но и на российском рынке. С тех пор прошел не один год. И мы решили узнать, каковы перспективы акваскиппера в России? Пользуется ли он успехом?
"Среди наших покупателей, — сказал маркетинг-менеджер "ТехноСпортЦентра" Арсений Екимов, — не было ни одного нарекания на акваскиппер. Все, кто его приобрел, довольны. Точная цифра продаж остается нашей торговой тайной. Сказать, что его разбирают плохо — будет неправдой, а, если сказать, что покупают часто и много — аппарат потеряет эксклюзивную привлекательность.
Аппарат — не дешевое удовольствие, и обычно клиент знает, что он покупает и для каких целей. К нам приходят люди, которые уже пробовали на нем кататься. Для новичка, если это серьезный потенциальный клиент, мы можем организовать "испытания на воде" — на нашей базе в Лахте".
Учиться пользоваться аппаратом лучше с тренером или с человеком, который уже освоил премудрости управления подводным крылом. Это не сложнее, чем научиться кататься на лыжах. Требуются внимание, физическая подготовка и, безусловно, хорошее чувство равновесия.
Акваскиппер приводится в движение толчком ноги от причала, после чего начинает скользить над водой за счет подъемной силы, возникающей на подводных крыльях. Аппарат поддерживается на плаву благодаря простым и точным движениям тела спортсмена. Это — своеобразный тренажер, дающий нагрузку на различные группы мышц, но тренажер на открытом воздухе, на котором можно совершать повороты, увеличивать и уменьшать скорость, скользить за счет инерции. Спортсмен испытывает чувство полета над водой. Рекорд скорости на акваскиппере — 27 км/ч. Рекорд дальности — 11 км. Эксплуатация его чрезвычайно проста, сборка и разборка занимают не более пяти минут.
В фантастическом "Водном мире" каких только самодвижущихся по воде аппаратов не увидишь! В грядущей антиутопии с всемирным потопом, ураганами, цунами и скачком цен на нефть нас ждет акваскиппер, освоить который можно уже сейчас.