Веломобиль, лигерад и другие транспортные средства с мускульным приводом - Веломобили и лигерады

Учёные и инженеры из Санкт-Петербургского государственного морского технического университета разработали пилотируемый аппарат «Blue Space», переворачивающий представления о доступности подводного мира.

 

 

 

 

 

 

 

Сейчас многие компании за рубежом уже строят или пытаются строить небольшие (на 1-4 человека) и сравнительно дешёвые аппараты для развлекательных путешествий на небольшие глубины. Здесь есть и сухие варианты, и варианты с «мокрой» кабиной, версии для путешественников с аквалангом и конструкции, создающие вокруг головы человека воздушный пузырь.

Существующие ПА (подводные аппараты) сухого типа используют традиционные винтовые и водомётные движители, которые требуют наличия аккумуляторных батарей (АБ) достаточно больших размеров и имеют относительно малое время работы. Практически после каждого погружения эти АБ необходимо перезаряжать на берегу или судне обеспечения, стоимость которого на несколько порядков выше стоимости ПА. Стоимость таких туристических аппаратов составляет величину 100-200 тыс. долларов и более. Причём уже для двухместного «сухого» ПА требуется мощность АБ 3 — 5 кВт. Для сравнения  велосипедист может в течение нескольких часов развивать мощность не более 0,5 кВт.

Россия тоже пытается не отстать от лидеров в производстве миниатюрной техники для покорения океана — аналогичный аппарат строится в Питере в рамках проекта «Blue Space». В разработке и постройке педальных микроподлодок «Blue Space» принимают участие Санкт-Петербургский Государственный морской технический университет («Корабелка»), судостроительный завод «Северная верфь» и еще множество различных контор и структур. В проекте «Blue Space» также предусмотрен вариант совмещенного мускульного и электрического привода. Аппарат может менять плавучесть за счёт небольших, объёмом около 50 литров, цистерн, расположенных в прочном корпусе. А перемещаться вверх и вниз на ходу он может как за счёт горизонтальных рулей, так и за счёт реализации эффекта Коанда на его корпусе (смотрите патент РФ на изобретение «Способ создания тяги любого направления на транспортном средстве» № 2127692 от 20.03.1999 года). И главное отличие российской лодки от мировых аналогов, как это ни смешно, привод за счет мускульной силы человека: посредством вращения педалей ногами!

Почему же выбрано такое странное решение? И есть ли вообще в этом смысл? Неужели, как всегдаю, — от бедности?

Разработчики считают, что смысл есть! И звучит их главный аргумент весьма убедительно. Зачем дорогостоящие аккумуляторы и моторы, если той же самой скорости, что и у голландского «U-Boat» (2 узла или 3,7 км/ч) можно достигнуть простым вращением педалей?! Да и не только такой же, но и выше — «Blue Space» способен плыть под водой со скоростью до 6 км/ч!

Плюс у «Blue Space» используется более оптимально вес. Да, аккумуляторы на нем все же имеются — как и у голландских, и прочих других миниподлодок, у российского аппарата есть фары-прожектора, кондиционер, системы связи и безопасности. Но эти аккумуляторы гораздо меньше и легче тех, что нужны для вращения винтов, а значит, на борт можно взять больше научного оборудования или пассажиров — до 6 человек.

Но у российской разработки есть еще одно главное отличие — вместо винта в нее используется водометный двигатель или по простому — насос. Педали вращают ротор насоса, его лопасти засасывают забортную воду и выбрасывают под давлением назад. Такие двигатели, только, разумеется, с приводом от бензинового мотора, используются повсеместно — например в аквабайках.

Сразу возникает вопрос — неужели за много лет до такого никто не догадался? Дело в том, что КПД банального водомета тоже недостаточен для ножного привода.

Ведь, как известно, человек никогда не сможет полететь за счет своей мускульной силы, какие бы он приблуды не изобретал — хоть машущие крылья, хоть несущие винты, как у вертолета. Соотношения силы на массу недостаточно — и все тут, хоть в лепешку разбейся! Подобное наблюдается и в случае передвижения под водой. Если взять тот же голландский U-Boat, выкинуть из него мотор с батарейками и приспособить педали напрямую к винту, поплыть, увы, не получится. Энергии, развиваемой мускулами человека, хватает лишь для того, чтобы передвигать в толще воды самого себя. А для достаточно крупного, подводного корабля длиной более 3 метров, с запасами воздуха и прочим оборудованием, сил одного или даже двух человек маловато.

Поэтому в «Blue Space» используется не классический водомет, а необычный. Для подводных лодок такого в мире пока никто не делал. Сопло, из которого вырывается струя воды, сконструировано так, что подводную лодку движет не просто струя воды, а так называемый эффект Коанды. Это физическое явление представляет собой стремление струи жидкости, вытекающей из некого сопла (горловины, отверстия) отклониться к одной из его стенок. Этот эффект наблюдал каждый из нас, пытаясь налить воду или напиток из кувшина или банки.

В случае с кувшином имеет место поведение струи воды в воздухе, но эффект будет работать и если струя воды будет двигаться в водной же среде — никакой разницы. Эффект Коанда заключается в том, что если из плоской щели на выпуклую поверхность выдувать струю воздуха или воды, то струя прилипает к этой поверхности (пробегая вплоть до 245 градусов вдоль поверхности цилиндра). Кроме того, на этой поверхности возникает относительно большое разрежение. Следовательно, чем больше площадь этой поверхности, тем большую тягу можно получить на этом теле.

Экономия энергии на движение ПА возникает за счёт того, что мы создаём тягу именно на его поверхности. В то время как традиционный способ обеспечения движения транспортных средств базируется на преодолении сопротивления поверхности тела за счёт точечного приложения тяги любыми движителями. Закон сохранения энергии здесь, естественно, не нарушается. Образно говоря, можно, затрачивая определённую энергию, тащить тяжёлый ящик по земле. А можно поставить ящик на тележку с колёсами и перемещать её с той же энергией. Естественно, во втором случае скорость перемещения ящика, при равных затратах энергии, будет гораздо выше. В нашем случае, если предположить, что перед телом создать зону разрежения, то его просто «всосёт» туда, и ничем толкать не надо.

Иными словами, реализация разрежения на определённой части поверхности тела и есть та «тележка с колёсами». Причём размеры тела в этом случае не играют роли, а ключевым фактором становится величина удельного разрежения, приходящаяся на единицу площади движущегося объекта.

Звучит не очень понятно, да и скептиков у такого решения немало, но авторы разработки из питерской «Корабелки» после проведения массы расчетов и экспериментов на моделях уверены в успехе. Вот только постройка аппарата длится уже не один год — финансирование нестабильное и слишком много компонентов приходится заказывать у различных поставщиков — от механики насосов-водометов до сверхпрочного колпака-кабины.

Однако сейчас разработчики близки к пробным испытаниям — «Blue Space», как заявляется, почти построен, и в этом году запланированы первые ходовые испытания на Черном море.

 

 

ТТХ педальной подлодки «Blue Space»

• Водоизмещение: около 1,8–2 тонны.
• Количество мест: 2
• Примерные размеры: длина 3,5 м; ширина – 2,2 м; высота – 1,1 м.
• Максимальная скорость: до 6 км/ч на педальном приводе
• Продолжительность погружения: до 4 часов
• Корпус изготавливается из специального акрилового стекла. Причём ПА имеет наружный (проницаемый) и внутренний прочный (непроницаемый) корпуса. Эти корпуса крепятся на металлические или углепластиковые шпангоуты.
• Вода из цистерн вытесняется сжатым воздухом из баллонов, расположенных в междубортном пространстве. На ПА предусмотрен механизм с датчиком давления, который при достижении аппаратом определённой глубины автоматически сбрасывает аварийный балласт. Этот балласт можно также сбрасывать и вручную.
• Привод: от педалей к специальным роторным носовым и кормовым водомётным движителям привод осуществляется через герметичные каналы посредством цепных передач с выходом валов на роторы через обычные уплотнительные сальники и манжеты.
• Разворот на месте осуществляется за счёт вращения с реверсом роторных движителей с перекрытием соответствующих выходных каналов и реализации эффекта Коанда на различных зонах поверхности ПА (смотрите указанный выше патент).
• Разница по высоте между центром плавучести и центром тяжести соответствует правилам Регистра РФ и равна 0,3–0,4 м.
• Теоретически, предельная глубина погружения такого аппарата зависит только от толщины акрилового стекла. За рубежом есть отдельные сферические акриловые ПА с толщиной стенок 90 мм, которые опускаются на 600 м. Данная модель рассчитана на использование до глубины в 30 метров.
• На «Blue Space» имеются забортные АБ, которые обеспечивают электропитание для осветительного оборудования, фото и киносъёмки, а также работы маломощных навигационных и других необходимых приборов.
• Безопасность: при аварии аппарата туристы, имеющие личные небольшие баллоны ВВД с загубниками, открывают крышку ПА и самостоятельно всплывают на поверхность моря. Это как бы парашют–наоборот.
• Цена: 30 000 - 70 000 дол.

 

 

 

Интересный факт

Идея педальной подводной лодки не нова. Нельзя не упомянуть про подводные лодки Джевецкого — первая в мире серия боевых подводных аппаратов. Применялись в 1880-е гг. в системе обороны российских военных портов на Балтийском и Чёрном море. После модернизации ограниченно использовались во время русско-японской войны (1904-1905).

Фото (левое): Памятник подводной лодке Джевецкого, установленный в Гатчине, месте испытания второй модели подводной лодки.

 

Фото (слева): корпус лодки Джевецкого в Центральном военно-морском музее

В 1878-1879 гг. инженер-изобретатель Степан Карлович Джевецкий построил два экспериментальных подводных аппарата (малый одноместный и более крупный четырёхместный), приводимых в действие педальным приводом и способных запускать с глубины к поверхности всплывающие мины. После успешного испытания был сделан срочный правительственный заказ на серию из 50 подводных лодок. Таким образом, субмарина Джевецкого стала первой в России и мире серийной подводной лодкой. Перед запуском в серию проект был незначительно доработан, в частности, экипаж сокращён до 3 человек.

Для регенерации воздуха применялась его прокачка через раствор едкого натрия. Также по мере надобности использовался сжатый воздух из запаса для продува балластной цистерны. Это позволяло пребывать под водой до 50 часов. На перископной глубине также предполагалось использовать выдвижную вентиляционную трубку. Рабочей глубиной погружения считалось 8 метров, допустимой – 12,5 м. Внутреннее освещение отсутствовало, экипаж должен был работать на ощупь или при отблесках света из иллюминаторов.

Вооружение составляли две мины, начиненные каждая по 32 кг пироксилина. Мины размещались в углублениях на корпусе лодки. Для придания положительной плавучести их окружали резиновые мешки, наполненные воздухом. Предполагалось, что подводная лодка способна незаметно подойти к стоящему на якоре неприятельскому судну и занять позицию у него под килем. После этого мины освобождались, они всплывали и, связанные друг с другом тросом, охватывали корпус судна. Выпустив мины, лодке надлежало удалиться на безопасное расстояние и взорвать заряды по электрическому проводу.

Больше про боевые педальные подлодки Джавецкого можно прочитать здесь.

 

 

Использованые источники

http://www.membrana.ru/particle/1630

http://f5.ru/futurych/post/202195?sortC=alphabet

http://www.bluespace.ru/rus/about.html

http://www.gizmag.com/pedal-powered-submarine/11479/

http://ubr.ua/ukraine-and-world/technology/-ossii-sozdali-submarinu-katamaran-33614

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%B8_%D0%94%D0%B6%D0%B5%D0%B2%D0%B5%D1%86%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE

http://www.fortification.ru/oldforum/index.php?action=vthread&forum=20&topic=2256

 

 

 

 

< Предыдущая		Следующая >