Una embarcación de hidroala ( SPK ) es una embarcación sostenida sobre la superficie del agua mientras se mueve en el modo operativo por las fuerzas hidrodinámicas que surgen en las hidroalas [1] [2] .
Los hidroalas ubicados debajo del casco crean sustentación y elevan parcial o completamente el casco del barco por encima de la superficie del agua, lo que conduce a una reducción significativa en la resistencia al movimiento y le permite desarrollar una velocidad inalcanzable para los barcos de desplazamiento tradicionales [2] .
En el estacionamiento y cuando se viaja a baja velocidad, el hidroplano se mantiene en el agua debido a la fuerza de Arquímedes , como un barco de desplazamiento ordinario . A gran velocidad, debido a la sustentación creada por estas alas, el barco se eleva sobre el agua. Al mismo tiempo, el área de contacto con el agua se reduce significativamente y, en consecuencia, la resistencia hidrodinámica y frontal del agua, lo que le permite desarrollar una mayor velocidad.
Para SPK, la velocidad económicamente viable está limitada a unos 100 km/h (en el SPK militar moderno, la velocidad está limitada a 180 km/h). Esta limitación está provocada por el problema de la cavitación del hydrofoil (ebullición del agua debido a una disminución de la presión en el flujo alrededor del ala), que se produce a una velocidad de 60-80 nudos y reduce drásticamente sus características hidrodinámicas [2] . Y aunque los hidroplanos de baja inmersión creados bajo el liderazgo de R. E. Alekseev lograron alcanzar velocidades de hasta 140 km / h con un flujo no cavitacional alrededor del ala, el SPC resultó ser poco prometedor para aumentar aún más la velocidad. .
Hay dos tipos de hidroalas: un ala parcialmente sumergida (o ala en U) y un ala completamente sumergida (un ala en forma de T invertida ).
Las embarcaciones con alas completamente sumergidas son menos propensas al movimiento de las olas, por lo que son más estables y cómodas, especialmente cuando se usan en el mar. Sin embargo, las alas completamente sumergidas requieren un control constante, por lo que se han vuelto ampliamente utilizadas con la llegada de las computadoras . Por supuesto, tales computadoras deben ser muy confiables, porque si fallan, el barco caerá al agua e incluso puede volcar.
Las embarcaciones con alas totalmente sumergidas han aparecido relativamente recientemente, antes de eso se usaban embarcaciones con alas en forma de U, que no requieren un control constante.
Por lo general, los hidroalas tienen dos alas, que se pueden colocar de manera diferente entre sí y con el casco de la embarcación.
Los diseños de avión y canard se utilizan en embarcaciones pequeñas, el diseño en tándem en los más grandes.
Los hidroplanos se controlan de dos formas: cambiando el ángulo de ataque (en este caso, gira todo el ala) o usando flaps .
El cuerpo del SPK generalmente tiene contornos de barbilla afilada. Para reducir el tiempo de acceso a las alas en la parte inferior de la embarcación, a menudo se utilizan redans [2] .
Los hidroplanos utilizan un motor diésel ( en cuyo caso son barcos a motor ) o un motor de turbina de gas (en cuyo caso son barcos con turbina de gas ) como motor .
Hay un hidroala experimental a vela " Hydroptère "
Como hélice se puede utilizar una hélice o una unidad de propulsión por chorro de agua . A altas velocidades , la eficiencia de un chorro de agua es mayor que la de una hélice, especialmente a velocidades superiores a los 100 nudos [3] . La hélice está conectada al motor a través de una caja de cambios .
Los primeros intentos de crear un hidroala se hicieron a finales del siglo XIX. En 1897, un súbdito ruso, Charles de Lambert, que vivía en Francia, construyó y probó un pequeño hidroplano en el Sena . Sin embargo, la potencia de la máquina de vapor utilizada en este barco como motor no fue suficiente para desarrollar la velocidad necesaria para que el casco del barco se elevara sobre el agua [4] .
Más exitosos fueron los experimentos del inventor italiano Enrico Forlanini. Ha estado experimentando con modelos de hidroalas desde 1898. En 1906, la embarcación experimental de tamaño real que creó alcanzó una velocidad de 68 km/h (42,5 millas/hora) durante las pruebas en el lago Majore . Este barco tenía alas de varios niveles como una cosa .
En 1906, en la revista estadounidense Scientific American , el inventor William E. Meachham publicó un artículo sobre los principios básicos del funcionamiento del hidroplano. Este artículo interesó a Alexander Bell . Al principio llevó a cabo investigaciones teóricas, y en 1908, junto con el inventor Frederick Baldwin ( ing. Frederick W. Baldwin ), comenzó a probar modelos.
Baldwin estudió el trabajo del inventor italiano Enrico Forlanini y probó modelos basados en sus diseños. Durante la gira mundial de Bell en 1910-1911, Bell y Baldwin conocieron a Forlanini en Italia . Juntos navegaron por el Lago Majore en un hidroala creado por Forlanini. Según las descripciones de Baldwin, el barco se movía con tanta suavidad como si estuviera volando. De vuelta en Canadá , los inventores continuaron desarrollando el hidroala. Como resultado, construyeron una embarcación que recibió el índice HD-4. Este barco estaba propulsado por motores Renault. Alcanzaba velocidades de hasta 87 km/h (54 mph), aceleraba rápidamente, sorteaba las olas sin problemas, era fácil de controlar y muy estable. Bell envió un informe a la Marina de los Estados Unidos . La Marina se interesó en sus experimentos y le dio la oportunidad de comprar dos motores con una capacidad de 260 kW (350 hp). El 9 de septiembre de 1919, el HD-4 estableció un récord mundial de velocidad en el agua de 114 km/h (70,86 mph). Este récord se mantuvo durante diez años.
Entre 1873 y 1914, el astillero británico Thornycroft modelos de hidroplanos Estos modelos tenían solo un hidroala en la proa del casco redan . En 1909, su compañía construyó una embarcación de tamaño completo de 22 pies de largo llamada Miranda III . Estaba propulsado por un motor de 60 hp. Con. Al igual que los modelos , esta embarcación tenía solo un hidroala delantero y el casco no se elevaba completamente fuera del agua. Durante el movimiento, el barco se apoyaba en el ala de proa y la parte plana del fondo en la popa. Al Miranda III le siguió el Miranda IV , que alcanzó velocidades de hasta 35 nudos.
En las décadas de 1930 y 1940, un destacado especialista en la SEC, Hanns von Schertel , trabajaba en Alemania . En 1944, construyó un barco con un desplazamiento de 80 toneladas. Con una carga de 20 toneladas a bordo, desarrolló una velocidad de hasta 40 nudos (alrededor de 74 km / h) con una altura de ola de 1,8 m Después de la guerra, los empleados de su oficina de diseño fueron llevados a la URSS , pero Shertel él mismo logró mudarse a Suiza , donde fundó la empresa Supramar.
En 1952, Supramar construyó el primer hidroplano comercial del mundo. Recibió la designación PT 10 y el nombre Freccia d'Oro. Este barco realizaba travesías por el Lago Majore entre Locarno (Suiza) y Stresa (Italia). Este barco tenía las alas parcialmente sumergidas, llevaba a bordo 32 pasajeros y desarrollaba una velocidad de 35 nudos. La operación comercial comenzó el 15 de mayo de 1953. Este barco tenía dimensiones bastante modestas: la longitud era de 14,2 metros, el desplazamiento era de unas diez toneladas. El cuerpo era de madera. La embarcación estaba propulsada por un motor diesel Daimler Benz tipo MB 507 con una capacidad de 800 hp. Con.
El primer hidroplano de pasajeros en el mundo que entró en serie fue el tipo PT 20 . Desde la década de 1950, estos barcos han sido construidos bajo licencia de Supramar por Rodríguez. Rodríguez comenzó a construir PT 20 en 1955. El primer PT 20 entró en servicio en 1956. Nombrado Frecia del Sole, este barco se utilizó como ferry a través del Estrecho de Messina . Fue el primer hidroplano autorizado para su uso en el mar. El PT 20 tenía un desplazamiento de 32 toneladas, transportaba 72 pasajeros y alcanzaba una velocidad de 35 nudos.
De 1953 a 1971, Supramar desarrolló toda una serie de hidroalas: PT 20, PT 50, PT 75, PT 100 y PT 150. A excepción del PT 150, todos pertenecían a barcos con un ala parcialmente sumergida. En total se construyeron más de doscientos barcos diseñados por Supramar, la mayoría construidos bajo licencia de Rodríguez en Italia. Además, Hitachi construyó varios de estos barcos en Japón .
En la Unión Soviética , el trabajo experimental sobre hidroalas comenzó en 1933. Los ingenieros de TsAGI V. G. Frolov y A. N. Vladimirov realizaron los primeros estudios de hidroalas en el hidrocanal TsAGI, el primer modelo autopropulsado del SPK que pesaba 300 kg con un motor de 10 kW desarrolló una velocidad de 32 km / h en las alas, al mismo tiempo Cuando los científicos Keldysh M. V. , Kochin N. E. , Lavrentiev M. A. , Sedov L. I. y L. N. Sretensky llevaron a cabo los primeros estudios teóricos fundamentales de la hidrodinámica del ala cerca de la superficie del agua, el trabajo se tradujo a muchos idiomas.
En 1937 y 1941, TsAGI probó barcos con alas sumergidas controladas del sistema L.A. Epshtein . Con una masa de 1,3 toneladas y una potencia de 96 kW, el barco con hélice alcanza una velocidad máxima de 100 km/h. En el período de posguerra de 1946-47, se estudiaron en TsAGI [5] barcos con alas en forma de V del sistema Shretel .
El mayor éxito práctico lo logró un joven graduado del Instituto Industrial (Politécnico) Gorki, Rostislav Alekseev , quien en 1941 comenzó su carrera en la planta de Krasnoye Sormovo como capataz de control para la aceptación de tanques T-34. En gran parte gracias a su propia iniciativa y al apoyo del liderazgo, durante los días difíciles de la guerra, logró organizar una oficina de diseño para el desarrollo de hidroalas, que más tarde se convirtió en la oficina de diseño líder del país para naves de alta velocidad y ekranoplanos .
El primer SPK de Alekseev, el barco A-4, se probó en noviembre de 1943. Creado en 1947, el barco experimental A-7, según su esquema, era en realidad un prototipo de los futuros SPK de pasajeros fluviales con alas sumergidas a baja altura. El Design Bureau completó el primer proyecto de un SPK de pasajeros fluviales en 1949, pero solo se fabricó un modelo autopropulsado. El trabajo adicional se centró en la creación de torpederos de hidroala, los desarrollos civiles procedieron por iniciativa.
Los éxitos de Hans Schretel y la empresa Supramar a mediados de la década de 1950 despertaron el interés de los SEC de pasajeros en la URSS. En 1955, el Ministro de la Flota Fluvial Shashkov Z.A. visitó la Oficina de Diseño de Alekseev (una rama de TsKB-19) y quedó asombrado por lo que vio. En la posterior reunión ampliada del comité del partido de la planta, se considera, aprueba y recomienda un proyecto de diseño del primer hidroala de pasajeros para su construcción. A partir de 1956 se inicia el diseño y luego la construcción, la cual es financiada por el Ministerio de la Flota Fluvial [6] .
El primer hidroplano de pasajeros "Rocket-1" entró en operación de prueba el 25 de agosto de 1957 en la línea Gorky - Kazan . Desde finales de la década de 1950, comenzó la producción en serie de hidroalas de pasajeros " Rocket ", " Meteor ", " Kometa " y " Bielorrusia ". En las décadas de 1970 y 1980, le siguieron los pasajeros de segunda generación SPK Voskhod , Polissya , Kolkhida , Cyclone y Lastochka .
En copias individuales en la década de 1960, pasajero experimental SPK Strela-1 (el primer pasajero marino SPK en la Unión Soviética, 1961), Strela-2 (1962), Strela-3 (1963) , Burevestnik "(1964), " Seagull " , " Sputnik " (1961), " Torbellino ", " Albatros " (1988).
Casi todos los pasajeros soviéticos SPK usaban alas autoestabilizadoras de baja inmersión, que funcionaban bien en las líneas costeras de ríos, lagos y mares con un límite de navegabilidad de 3-4 puntos. El único SPK de pasajeros marinos con alas sumergidas controladas automáticamente del proyecto 1233 Typhoon se desarrolló en 1969 en Almaz Design Bureau y estuvo en operación de prueba durante aproximadamente un año. A pesar de las ventajas logradas en la navegabilidad y una alta velocidad récord, esta dirección no se ha desarrollado debido a los costos significativamente mayores para la construcción y operación de dichos sistemas.
Los hidroalas " Volga " y "Moskva" se produjeron en la URSS para los servicios de supervisión de barcos y estaciones de rescate.
También se construyeron hidroplanos militares en la Unión Soviética.
La mayoría de los hidroplanos soviéticos se desarrollaron en la Oficina Central de Diseño de Hidroalas y la Planta Piloto Volga bajo la dirección del eminente ingeniero Rostislav Alekseev . A pesar de que en la URSS, la producción de SPK se lanzó más tarde que todos los demás, su producción fue la más masiva, en particular, Boeing Marine Systems logró construir alrededor de 40 SPK, Swiss Supramar, alrededor de 150, y la URSS, más de 1300. Los SPK de pasajeros soviéticos se distinguieron por altos indicadores técnico-económicos, el costo de un pasajero-kilómetro en 1964 ascendió a 1,38 kopeks, y el precio del boleto y el tiempo de viaje fueron menores que en rutas de autobús similares [7] . La URSS se convirtió en el líder en la producción de SPK en el mundo. Gracias a todo esto, los SPK soviéticos se convirtieron en un importante producto de exportación, vendido y operado en todo el mundo en tres docenas de países en diferentes continentes, y la revista Popular Mechanics expresó la opinión de que en el mundo moderno, con la palabra "hidroala" ( ing. Hydrofoil Boats ) representan principalmente modelos de fabricación soviética [8] .
Países postsoviéticosLa desaparición de la URSS coincidió con una disminución mundial del interés por el SPC, provocada por el aumento de los precios de la energía y el consiguiente deterioro de la rentabilidad de dichos buques. En 1993, dos barcos del proyecto Olympia [8] se botaron en Ucrania (en Crimea) , y dos más se establecieron en 2002 (a partir de 2015, 70% de preparación).
en la década de 2000 Se construyeron 4 barcos Katran en Rusia (modernización del tipo Colchis).
Actualmente, la planta de construcción naval de Vympel ha reanudado la construcción de un SPK en la planta de Rybinsk. El barco líder del proyecto 23160 " Kometa 120M " para 120 personas se colocó en agosto de 2013, su casco está hecho de aleaciones de aluminio, las alas están hechas de acero inoxidable. El diseñador de la embarcación fue JSC Central Design Bureau para Alekseev SEC [8] . La peculiaridad de la embarcación en comparación con el prototipo diseñado en la época soviética fue la adición de flaps para estabilizar la embarcación y mitigar los choques de las olas durante las olas de hasta 4 puntos [9] . La primera de las naves fabricadas se denominó "La Gaviota", en honor al distintivo de llamada de la primera mujer cosmonauta Valentina Tereshkova [10] . Desde agosto de 2018, el barco ha iniciado vuelos regulares entre Sebastopol y Yalta [11] . En julio de 2019, está previsto lanzar dos SPK más de este proyecto en Sebastopol, que transportarán pasajeros a lo largo de nuevas rutas [12] .
A fines de septiembre de 2017, en Chkalovsk , se botó una pequeña embarcación del proyecto Valdai 45R con una capacidad de 45 personas, diseñada por Alekseev SEC . Estaba previsto que el barco comenzara a navegar en 2018, incluso en San Petersburgo como parte de la Copa Mundial de la FIFA 2018 [13] . El segundo buque del proyecto fue botado el 5 de mayo de 2018 [14] . Se supone que los primeros buques del proyecto operarán en el Okrug autónomo de Khanty-Mansiysk; en 2019, se planea construir dos SEC más de este proyecto [15] . El gobierno de la región de Nizhny Novgorod está negociando el suministro de cuatro embarcaciones para abrir las rutas fluviales Nizhny Novgorod - Gorodets y Nizhny Novgorod - Makaryevo [16] .
El Ministerio de Industria y Comercio también anunció su disposición a financiar la construcción de un hidroala de alta velocidad modernizado " Cyclone " con una capacidad de pasajeros de 300 personas para el Lejano Oriente y el Mar Báltico. En la línea de proyectos de hidroala desarrollados por la Oficina Central de Diseño. Alekseev, hay un vehículo de turbina de gas "Cyclone 250M", diseñado para transportar 250 pasajeros [17] .
23 de diciembre de 2019 en el Hospital Clínico Central para el SPK im. R. Alekseev colocó la nave líder del proyecto 03580 " Meteor 120R ", diseñado para reemplazar a los antiguos "Meteors" [18] .
En Estados Unidos, el desarrollo de hidroalas estuvo a cargo de Boeing . Boeing construyó su primer hidroplano en 1962. Utilizaba un chorro de agua como dispositivo de propulsión. En 1967, Boeing construyó la cañonera Tucumcari con un desplazamiento de 57 toneladas y una eslora de 12,5 metros. El Tucumcari fue el primer gran barco en utilizar un chorro de agua en lugar de una hélice. Sirvió con éxito en la Guerra de Vietnam . Sobre la base de este buque, se creó toda una clase de lanchas patrulleras de misiles de hidroala (Patrulla inglesa de misiles de hidroala (PHM) ). El primer buque de este tipo, Pegasus, ingresó a la flota el 9 de julio de 1977. Posteriormente, Boeing construyó cinco barcos más para la Marina de los EE. UU. (Esta clase de barcos se llamó Pegasus, por el barco líder). Sirvieron hasta 1993.
Estos barcos eran rápidos y fuertemente armados y podían hundir incluso los barcos de superficie más grandes.
Los Pegasi se utilizaron principalmente como patrulleros para prevenir el tráfico de drogas . Por su velocidad, eran una verdadera pesadilla para los contrabandistas.
Además de los buques de guerra, Boeing también creó hidroalas civiles. El tipo de naves civiles creadas por Boeing se denominó "Jetfoil" ( Jetfoil ). "Jetfoils" se refiere a embarcaciones con alas completamente sumergidas. Utilizaron cañones de agua como propulsión. Las primeras pruebas de Jetfoil tuvieron lugar el 29 de marzo de 1974 . Posteriormente se construyeron más de veinte Jetfoyls. Los "Jetfoils" eran grandes barcos en condiciones de navegar, que llevaban a bordo de 167 a 400 pasajeros (según la modificación) [19] . Los "Jetfoils" se utilizan principalmente como transbordadores marítimos rápidos en Hong Kong , Japón , Islas Canarias , Arabia Saudita , Indonesia , Reino Unido y Francia (como un transbordador que cruza el Canal ). En Japón, los Jetfoils son construidos bajo licencia por Kawasaki .
A fines de la década de 1960, la Marina canadiense construyó y probó un barco antisubmarino de hidroala de alta velocidad llamado HMCS Bras d'Or. Bras d'Or se refiere a hidroalas con un ala parcialmente sumergida. Desarrolló una velocidad de hasta 63 nudos (116,7 km/h). Sin embargo, este proyecto no recibió mayor desarrollo, debido a un cambio en la doctrina militar de Canadá. Bras d'Or se retiró de la flota en 1971. La mayor parte del equipo ha sido vendido. Bras d'Or está ahora en un museo.
Desde finales de la década de 1970, la Armada italiana ha operado seis hidroalas de la clase Nibbio. Estaban armados con un cañón de 76 mm y dos cohetes. Estos barcos desarrollaron velocidades de hasta 50 nudos (92,6 km/h).
En la actualidad, SPK se utiliza ampliamente en Italia para el transporte de pasajeros (compañía Liberty lines). El nombre local para esta clase de barcos es aliscafo ( ital. aliscafo ).
Los hidroalas aumentaron su popularidad a principios de la década de 1960. En 1963, los barcos de este tipo estaban involucrados en la navegación de pasajeros en el Volga , Dnieper , Ob , Irtysh , Amur y otras vías fluviales del país. La previsión de tráfico de pasajeros para 1963 era de 2 millones de pasajeros, un 50% superior a la cifra real del pasado 1962 [20] . En la actualidad, la flota principal de SEC de pasajeros en Rusia está compuesta por barcos construidos en la URSS. En total, unos trescientos "Rockets", cuatrocientos "Meteors", cien "Comets", cuarenta "Belarus", trescientos "Sunrise", cien "Polesie", cuarenta "Colchis" y "Katran" [8] fueron construidos .
| Clasificación de barcos | |
|---|---|
| Embarcaciones por diseño de motor |
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| en coche | |
| Embarcaciones de alojamiento de casco |
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| áreas de uso | |
| Transporte público | |
|---|---|
| Carril | |
| ruta sin caminos |
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| Agua | |
| Aire | |
| Mercenario | |
| Otro | |
| Términos generales | |
| Embarque y desembarque de pasajeros |
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| pago de tarifa |
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| Infraestructura | |
| Control | |
