Гидропланы: История, конструкция и принципы работы.

Введение

Тип моторной лодки

Гидроплан (или гидро, или тандербот) – это быстроходная моторная лодка, корпус которой спроектирован таким образом, что на скорости вес лодки поддерживается силами динамического подъема, а не простой плавучестью. Ключевая особенность гидропланов заключается в том, что они используют воду для создания подъемной силы, а не для плавучести, а также для движения и управления: при движении на высокой скорости вода отталкивается вниз днищем корпуса лодки. В результате вода оказывает равную и противоположную силу вверх, поднимая большую часть корпуса над водой. Этот процесс, происходящий на поверхности воды, называется глиссированием.

Конструкция гидроплана

Ранние проекты 1920-х годов часто строились любителями, которые использовали самые легкие доступные в то время материалы – клееные деревянные доски или фанеру для пола, фанеру для надстроек и лакированный брезент для палубы. Большинство лодок были длиной около и имели ступенчатый корпус с размещенной примерно на 2/3 длины от носа ступенькой, предназначенной для подачи воздуха под днище, чтобы лодка могла глиссировать на воздушных пузырях. Принцип глиссирования не был в то время полностью понят. Поэтому корпуса имели плоское дно с подъемом в носовой части и ступенькой, расположенной на 2/3 длины к корме. Веса двигателя мощностью 100 л.с. было достаточно, чтобы предотвратить погружение носа в воду. В Ирландии этим видом спорта управлял Моторный яхт-клуб Ирландии, базировавшийся в яхт-клубе Lough Ree недалеко от Атлона. Один из самых ранних примеров можно увидеть в выпуске журнала Popular Mechanics за май 1935 года. Статья "Минута захватывающих скоростей на воде" рассказывает об лодке "No Vac", созданной Лероем Ф. Малроузом-старшим, также известным под псевдонимом Фред У. МакКвигг. Малроуз был ведущим иллюстратором дизайна для журнала Popular Mechanics, который в то время располагался в Чикаго. Проектирование и строительство "No Vac" началось в 1933 году, когда Малроуз разработал конструкцию корпуса с аэродинамическим профилем, которая оказалась значительно менее восприимчивой к сопротивлению, чем традиционные корпуса лодок с V-образным днищем того времени. В июне 1933 года "No Vac" был испытан профессиональным гонщиком Джимми Роджерсом. В тот день "No Vac" установил мировой рекорд скорости на воде для лодки с подвесным двигателем. Базовая конструкция корпуса большинства гидропланов с 1950-х годов остается практически неизменной: два поплавка-спонсона в передней части, по одному с каждой стороны от носа; за широкой носовой частью располагается более узкая, преимущественно прямоугольная секция, в которой размещаются пилот, двигатель и система управления. Кормовая часть судна поддерживается в воде нижней половиной винта, который спроектирован для работы в полупогруженном состоянии. Цель состоит в том, чтобы минимизировать площадь контакта лодки с водой, поскольку вода значительно плотнее воздуха и оказывает большее сопротивление. По сути, лодка "летит" над поверхностью воды, а не движется сквозь нее. Одной из немногих значительных попыток радикально изменить конструкцию после появления трехточечной схемы была конструкция под названием "Canard". Она меняла местами ширину, имея очень узкий нос, который касался воды только в одной точке, и два небольших боковых поплавка-спонсона в корме. Ранние гидропланы имели преимущественно прямые линии и плоские поверхности, за исключением плавно изогнутого носа и спонсонов. Изогнутый нос со временем был заменен на так называемый "носовой вилкой", где между передней частью спонсонов остается пространство. Кроме того, центральный вертикальный хвостовой стабилизатор (подобный тем, что используются на большинстве современных самолетов) постепенно заменялся горизонтальным стабилизатором, поддерживаемым вертикальными хвостовыми плоскостями по обе стороны лодки. Позже, когда тонкая настройка гидродинамики стала более важной, дно основного корпуса получило небольшие изгибы для обеспечения оптимальной подъемной силы.

Early designs of the 1920s were often built by amateurs, who employed the lightest materials available to them at the time, which were often glued timber boarding or plywood on the floor, plywood topsides, and varnished canvas decks. Most were about long and stepped hulls were employed with a step to induce air under the hull, to enable the boat to float on air bubbles. The principle behind 'planing' was not fully understood. Thus, hulls were flat bottomed with an upward curve at the bow and the step 2/3 of the way aft. The sheer weight of a 100 hp. engine was enough to keep the bow from digging in. In Ireland the sport was managed by the Motor Yacht Club of Ireland which had a base at the Lough Ree Yacht Club near Athlone. One of the earliest examples can be seen in the May 1935 Popular Mechanics issue. "Mile A Minute Thrills of the Water" tells the story of the No Vac by LeRoy F. Malrose Sr. aka. Fred W. McQuigg (pen name). Malrose was the lead design illustrator for Popular Mechanics magazine, which at the time was located in Chicago. The No Vac design and build actually began in 1933, when Malrose conceptualized an airfoil hull surface design which proved to produce far less drag than conventional "V" style boat hull designs of the time. In June 1933 the No Vac was put to the test with professional racing driver Jimmy Rodgers at the helm. That day the No Vac set the world water speed record for an outboard powered boat of
The basic hull design of most hydroplanes has remained relatively unchanged since the 1950s: two sponsons in front, one on each side of the bow; behind the wide bow, is a narrower, mostly rectangular section housing the driver, engine, and steering equipment. The aft part of the vessel is supported in the water by the lower half of the propeller, which is designed to operate semi submerged at all times. The goal is to keep as little of the boat in contact with the water as possible, as water is much denser than air, exerting more drag on the vehicle. Essentially the boat 'flies' over the surface of the water rather than actually traveling through it. One of the few significant attempts at a radically different design since the three point propriding design was introduced was referred to as Canard. It reversed the width properties, having a very narrow bow that only touched the water in one place, and two small outrigger sponsons in the back. Early hydroplanes had mostly straight lines and flat surfaces aside from the uniformly curved bow and sponsons. The curved bow was eventually replaced by what is known as a pickle fork bow, where a space is left between the front few feet of the sponsons. Also, the centered single, vertical tail (similar to the ones on most modern airplanes) was gradually replaced by a horizontal stabilizer supported by vertical tails on either side of the boat. Later, as fine tuning the hydrodynamics became more important, the bottoms of the main hull have subtle curves to give the best lift.

Неограниченное количество двигателей для гидросамолетов

Авиационная промышленность была основным источником двигателей для лодок. В течение первых нескольких десятилетий после Второй мировой войны использовались избыточные двигатели внутреннего сгорания времен Второй мировой войны, как правило, Rolls Royce Merlin или Griffon, или Allison V 1710 – все V-образные 12-цилиндровые с жидкостным охлаждением. Громкий рев этих двигателей принес гидропланам прозвища "громовые лодки" или "диноботы". Гидроплан Slo Mo Shun IV, разработанный Тедом Джонсом, с трехточечной схемой и двигателем Allison, установил рекорд скорости на воде (160,323 мили в час) на озере Вашингтон, у Сиэтла, в районе Санд-Пойнт, 26 июня 1950 года, побив предыдущий рекорд (существовавший более десяти лет) – почти на столько же, сколько установил Дональд Кэмпбелл, который с 1955 по 1964 год семь раз побил мировой рекорд скорости на воде на реактивном гидроплане Bluebird. Начиная с 1980 года, все чаще стали использовать турбовальные двигатели эпохи Вьетнамской войны, снятые с вертолетов (в 1973–1974 годах один гидроплан, U 95, использовал турбинные двигатели в гонках для тестирования технологии). Наиболее распространенной турбиной является Lycoming T55, используемая в вертолете CH-47 Chinook. Периодически предпринимались попытки использовать автомобильные двигатели, но они, как правило, не оказывались конкурентоспособными. Гонки на бортовых гидропланах в "ограниченных" классах организованы под названием Inboard Powerboat Circuit. В этих классах используется как автомобильная мощность, так и двухтактная. С апреля по октябрь по всей стране проводятся гонки. Многие пилоты класса Unlimited начинали свою карьеру в "ограниченных" классах. До 1977 года все официальные рекорды скорости на воде были установлены американцами, британцами, ирландцами или канадцами. 20 ноября австралиец Кен Уорби на своем Spirit of Australia, работающем исключительно на реактивной тяге турбореактивного двигателя Westinghouse J34, достиг скорости, превысившей рекорд Ли Тейлора. Уорби, построивший судно на заднем дворе, использовал рекламу для привлечения спонсоров, чтобы оплатить улучшения для Spirit. 8 октября 1978 года Уорби отправился к плотине Блоуэринг в Австралии и побил барьеры в 200 и 300 миль в час, показав среднюю скорость. По состоянию на 2018 год рекорд Уорби остается непобитым, и было предпринято лишь две официальные попытки его превзойти.

The aviation industry has been the main source of engines for the boats. For the first few decades after World War II, they used surplus World War II era internal combustion airplane engines, typically Rolls Royce Merlins or Griffons, or Allison V 1710s, all liquid cooled V 12s. The loud roar of these engines earned hydroplanes the nickname thunderboats or dinoboats. The Ted Jones designed Slo Mo Shun IV three point, Allison powered hydroplane set the water speed record (160.323 mph) in Lake Washington, off Seattle, Washington's Sand Point, on June 26, 1950, breaking the previous (ten plus year old) record ( by almost Donald Campbell set seven world water speed records between 1955 and 1964 in the jet engine hydroplane, Bluebird. Starting in 1980, they have increasingly used Vietnam War era turboshaft engines from helicopters (in 1973–1974, one hydroplane, U 95, used turbine engines in races to test the technology). The most commonly used turbine is the Lycoming T55, used in the CH 47 Chinook. Efforts have occasionally been made to use automotive engines, but they generally have not proven competitive. The "limited" classes of inboard hydroplane racing are organized under the name Inboard Powerboat Circuit. These classes utilize automotive power, as well as two stroke power. There are races throughout the country from April to October. Many Unlimited drivers got their start in the "limited" classes. Prior to 1977, every official water speed record had been set by an American, Briton, Irishman or Canadian. On November 20, Australian Ken Warby piloted his Spirit of Australia purely on the jet thrust of its Westinghouse J34 turbojet to a velocity of to beat Lee Taylor's record. Warby, who had built the craft in his back yard, used the publicity to find sponsorship to pay for improvements to the Spirit. On October 8, 1978, Warby travelled to Blowering Dam, Australia, and broke both the and barriers with an average speed of
As of 2018, Warby's record still stands, and there have only been two official attempts to break it.