Безусловное первенство или корабли професора Левкова
Первые советские суда на воздушной подушке были построены под руководством профессора В.И. Левкова еще в 30-е годы, однако подробные материалы о них до сих пор не публиковались. Очевидно, по этой причине за рубежом утвердилось мнение, что создателем СВП является англичанин — радиоинженер Кристофер Коккерел, хотя тот и получил свой патент 854.211 двадцатью годами позже (в 1956 г.). Хранящиеся в наших архивах документы убедительно доказывают приоритет советских инженеров в создании СВП и дают яркое представление о личности самого В.И. Левкова — талантливого ученого, главного конструктора целого ряда опытных судов с использованием нового принципа движения.
Начало научной деятельности В.И. Левкова (родился в 1895 г. в Ростове-на-Дону) относится к двадцатым годам и тесно связано с Донским политехническим институтом. Здесь в 1921 г. он защитил диплом, причем его дипломная работа «Расчет репульсивного двигателя» уже представляла собой серьезное и самостоятельное исследование; здесь занимал должности сначала ассистента при кафедре гидравлики, с 1926 г. — доцента и с 1929 г. — профессора. В ноябре 1921 г. он написал свою первую научную работу «Об определении длины кривой выпуска турбины Френсиса» (напечатана в томе IX «Известий ДПИ»), Интересно отметить, что предложенный в этой работе метод впоследствии был принят для практического расчета гидравлических турбин. Пожалуй, самой характерной для Левкова-ученого чертой было гармоничное сочетание качеств теоретика и умелого экспериментатора. Из его теоретических работ всегда следовали ясные практические выводы, а от работ, казалось бы, чисто прикладных, он умел перейти к широким обобщениям.
Далеко не все из выполненных Левковым в ДПИ работ были в свое время напечатаны, многое не сохранилось вообще, но и те отдельные статьи, которые известны, достаточно ярко характеризуют их автора как весьма оригинального исследователя. В этом отношении особенно показательна работа «Вихревая теория ротора», опубликованная в 1925 г, (в том же т. IX «Известий ДПИ»). В ней теоретически исследуется возможность создания летательного аппарата с несущим органом не в виде крыла, а в виде горизонтально расположенного вращающегося вокруг своей оси цилиндра. Это. пожалуй, самое раннее свидетельство интереса В.И. Левкова к необычным летательным аппаратам. «Здесь. — писал он об аппаратах тяжелее воздуха, — имеется еше ряд до сих пор неразрешенных проблем, существует относительно широкая возможность комбинирования принципов и конструкций, а следовательно, создания новых видов полета». И вскоре логика научного поиска привела молодого ученого к мысли о создании аппарата с «новым видом полета» — аппарата на воздушной подушке.
В середине 20-х годов В.И. Левков предложил создать в ДПИ авиационное отделение с аэродинамической лабораторией. Не было ни денег, ни строительных материалов, ни проекта, но Левкова поддержали общественные организации. С группой студентов он разработал чертежи аэродинамической трубы со скоростью воздушного потока около 30 м/сек. Строили ее собственными силами н строили, надо сказать, быстро. Весной 1926 г. уже состоялось официальное открытие лаборатории. Естественно, заведующим ее стал В.И. Левков, началась большая научно-исследовательская работа. Известно, что многие исследования выполнялись по заданию промышленности. Вот только некоторые из таких тем: определение местных сопротивлений воздуховодов, исследование ветровых нагрузок на ангары, конструирование и испытания ветросиловых установок.
В 1927 г, начинается знаменательный этап в деятельности ученого — он вплотную подходит к экспериментам с аппаратами нa воздушной подушке. Однако прежде, чем начать разговор о них, отметим, что в том же 1927 г. в Калуге вышла в свет работа Константина Эдуардовича Циолковского «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Kaк известно, Циолковский дал детальное обоснование своей идеи поезда на воздушной подушке. «Трение поезда,— писал ученый, — почти уничтожается избытком давления воздуха, находящегося между полом вагона и железнодорожным полотном» является возможность получать огромные скорости», Циолковский вывел формулы для определения необходимой мощности вентиляторов давления в воздушной подушке и высоты подъема, которые и на сегодня остаются основополагающими.
По свидетельству известного ученого профессора А.Л. Чижевского проблема воздушной подушки занимала К.Э. Циолковского и раньше. В 1924 г. по его заданию в мастерских Сызранско-Вяземской железной дороги Чижевский испытывал две простейшие «платформы» на воздушной подушке. Много лет спустя, вспоминая об этих испытаниях, Чижевский писал: «Словно зачарованный смотрел я на волшебную платформу, висевшую в воздухе до тех пор, пока не выключили вентилятор».
Среди тысяч писем, полученных Циолковским и хранящихся в музее, писем Левкова не обнаружено. Очевидно, они не состояли в переписке и лично знакомы не были. Однако, бесспорно, между работами Циолковского и Левкова существует преемственная связь.
Вернёмся к работам, выполненным в аэродинамической лаборатории ДПИ.
Исследования аппаратов на воздушной подушке начались с испытаний «симметричной» — круглой и плане модели диаметром 700—800 мм, выполненной, как мы говорим сейчас, по камерной, куполообразной схеме. Каркас этой модели, собранный из двадцати радиальных деревянных нервюр, соединенных кольцевыми стрингерами, оклеили плотной бумагой (применялась и батистовая калька). В отверстии, имевшемся в центре купола, на раме из металлических трубок установили электромотор с винтом, нагнетающим воздух в подкупольное пространство. Не случайно первую модель сделали симметричной и одномоторной — так было проще получать связь между основными параметрами аппарата: весом, несущей поверхностью, мощностью двигателя, числом оборотов винта и высотой подъема.
«При вращении винта, — писал В.И. Левков, — модель поднималась в воздух на несколько сантиметров и хорошо держалась на этой высоте, обнаруживая при этом также поперечную остойчивость».
Опыты с простейшими моделями такого типа проводились в течение пяти лет. Очевидец этих испытаний — в то время студент, а ныне преподаватель Новочеркасского политехнического института Ф.С. Селезнев вспоминает, как «по покрытому плиткой полу аэродинамической лаборатории, волоча за собой электрический шнур, скользила модель, а за нею семенил сам ее создатель».
В 1930 г. профессор В.И. Левков был назначен директором открывшегося в Новочеркасске авиационного института. Здесь в 1932 г. начались испытания новой модели аппарата на воздушной подушке, имевшей в плане уже не круглую, а каплевидную форму, и не один, а два воздушных винта — в носу и корме. Благодаря такому решению можно было уже управлять движением модели в горизонтальной плоскости, т. е. она получала свойства настоящего транспортного аппарата.
В дальнейшем В.И. Левков отказался от замкнутого контура нижней кромки камеры. Корпус модели 1933 г. имел в поперечном сечении П-образную форму и открытые оконечности, в которых были установлены два электродвигателя с воздушными винтами. Наклон осей носового и кормового винта можно было изменять (и пределах 10—20 градусов от вертикали), что позволяло регулировать величину горизонтальной составляющей тяги винтов, а следовательно, и скорость движения.
Важный период деятельности В. И. Левкова начался в мае 1934 года, когда он был переведён в Московский авиационный институт (МАИ) ив должность профессора по кафедре прикладной аэродинамики. Из Новочеркасска он привез с собой новую модель аппарата на воздушной подушке. И теперь можно с полным основанием сказать, что впервые речь шла именно о СВП — катере-амфибии. Продольные стенки камеры получили оконченный вид заостренных в носу и корме корпусов катамарана, обеспечивающих плавучесть судна, возможность перехода из режима парения в режим плавания на воде.
В оконечностях с борта на борт были переброшены ажурные фермы с гнездами для крепления электродвигателей мощностью по 360 Вт с деревянными винтами диаметром около 800 мм. Особое устройство позволяло изменить наклон осей обоих винтов. (Как мы видим, повторена схема только что испытанной модели 1933 г.).
Надо подчеркнуть, что конструкция первой действующей модели СВП была разработана па основе последних достижений строительной механики и с соблюдением самых жестких авиационных норм веса: довольно большая (2,5×0,8 м) модель весила всего 5-6 кг. Производила впечатление и тщательность отделки.
Для испытаний в МАИ отвели специальное помещение, в котором построили бассейн площадью около 30 м. кв. и глубиной 100—120 мм. Над водой натянули два контактных провода — шины для питания электродвигателей.
Той же весной 1934 г. модель летающего катера была продемонстрирована специальной комиссии, в состав которой входили, в частности, известный аэродинамик профессор Б.Н. Юрьев и авиаконструктор А.Н. Туполев (напомним, один из создателей отечественных глиссирующих торпедных катеров). Модель успешно поднималась и двигалась над водой на высоте 25-30 мм. Было принято решение перейти к постройке натурного образца.
С этого дня группа энтузиастов начала разработку эскизного проекта первого катера на воздушной подушке. Работая вечерами на квартире В.И. Левкова, они за очень короткий срок изготовили чертежи, включая и аксонометрические изображения будущего катера, составили пояснительную записку с аэродинамическим расчетом, таблицей весовых нагрузок, расчетами прочности и т.д. Вскоре проект был утвержден и обозначен литерой «Л» с цифрой 1, а спустя еще некоторое время (в декабре того же 1934 г) было организовано Особое конструкторское бюро во главе с профессором В.И. Левковым. В состав бюро вошли корпусная, моторная и приборная группы, а также летно-испытательный отдел. Новое ОКБ разместилось в нескольких комнатах одного из зданий МАИ. В качестве производственной базы использовались мастерские института.
Испытания трехместного катера «Л-1» водоизмещением 1,5 т начались летом 1935 г. на Плещеевом озере, неподалеку от Переславля-Залесского. Это был небольшой деревянный катамаран с тремя винтомоторными установками. Два винта на вертикальных осях, расположенные и носу и корме, создавали воздушную подушку в подкупольном пространстве; ее ограничивали сверху мостик-платформа, по бокам — корпуса-скеги, а в оконечностях — воздушные завесы. Третий двигатель с тянущим винтом был установлен в кормовой части катера на пилоне, как на распространенных в те годы плоскодонных глиссерах с воздушным винтом. В качестве двигателей первоначально использовались авиационные звездообразные моторы М-11 мощностью по 110 л.с.
Основными органами управлении служили поворотные заслонки — жалюзи под нагнетающими воздух винтами и хвостовое оперение. При среднем (вертикальном) положении заслонок воздушный поток направлялся прямо вниз, катер приводнялся и неподвижно зависал над землей или водой. При отклонении заслонок назад направленный в корму поток воздуха начинал двигать катер вперед. Задний ход достигался отклонением жалюзи вперед. Для управления поворотами и регулировки дифферента и крена служила довольно сложная система вертикального и горизонтального оперения, состоявшая из неподвижных плоскостей и управляемых рулей, расположенных как снаружи, так и в подкупольном пространстве. В процессе испытаний, проходивших при «непосредственном участии В.И. Левкова, конструкция катера претерпела серьезные изменения. В частности, для повышения остойчивости убрали третью «тянущую» винтомоторную установку, двигатели заменили более мощными (по 140 л.с.), усовершенствовали систему рулей н жалюзи, В таком виде катер «Л-1» стал прообразом последующих судов на воздушной подушке, созданных тем же ОКБ.
Испытания первого СВП продемонстрировали большие возможности аппаратов с новым принципом движения. В музее Н.Е. Жуковского находится снятый в 1935 г. фильм. Пленка сохранилась и сейчас, спустя 38 лет, мы можем видеть, как «Л-1», идущий на большой скорости над водой, вдруг сбавляет ход, «выползает» на берег, зависает над ним, легко разворачивается чуть ли не на месте…
Всесторонняя проверка предложенной ОКБ принципиальной схемы летающего катера послужила основой для проектирования более крупного СВП с двумя 890-сильными звездообразными авиадвигателями М-25М.
Дюралевый катер-катамаран «Л-5», построенный и испытанный в 1937 г., имел водоизмещение 8,6 т; при длине 24,0 м ширина катамарана составляла 5,35 м. В средней по длине катера части была расположена обтекаемой формы рубка — кабина водителя и механика, позади которой находился небольшой салон. Катер, предназначавшийся для эксплуатации в открытом море при волнении до 5 баллов, имел все необходимое навигационное оборудование и радиоаппаратуру.
Один из участников испытаний катера «Л-5» Т.И. Савенков вспоминает:
«В сентябре 1937 г. в Копорскую губу Финского залива был доставлен катер, прибыли профессор Левков с группой инженеров, члены комиссии. На один из дней был запланирован выход на мерную милю для замера скорости. Мы оделись в летную форму и поднялись на борт. Заревели двигатели, и катер прямо с берега стремительно двинулся по небольшой волне к мерной миле. Легли на ведущий створ, включили секундомеры, и вот фиксируем скорость: более семидесяти узлов. Разворачиваемся и проверяем еще раз. Результат подтвердился».
Уникальная кинопленка, заснятая во время этих испытаний, также хранится в музее Н. Е. Жуковского. Добавим еще, что при водоизмещении 8.1 т была зарегистрирована рекордная для морских катеров тех лет скорость 73 узла.
Двухштевневые катера на воздушной подушке конструкции Левкова обладали не только высокой скоростью, но и качествами настоящей амфибии: двигались по мелководью, выходили на пологий берег, могли двигаться над болотом, пашней. снегом, льдом. Не случайно в 1938 г. одно из этих СВП было предложено использовать для снятия папанинцев с льдины. Только авария, происшедшая при движении из Кронштадта к ледоколу «Ермак», помешала проверке катера-амфибии в полярных условиях.
Отметим, что высокие амфибийные качества этих СВП, имевших, как мы уже знаем, камерную схему образования воздушной подушки, обеспечивались при сравнительно низком избыточном давлении в ней, но за счет повышенного расхода воздуха, поскольку в носу и в корме подкупольное пространство не имело механических ограждений. Этим были обусловлены и некоторые недостатки, выявившиеся при опытной эксплуатации первых левковских катеров. Низкое давление в воздушной подушке ограничивало их грузоподъемность. Сильное брызгообразование ухудшало видимость. Четырехбальное волнение практически оказалось предельным: при более высокой волне выходить в море было нельзя. Авиационные двигатели работали в таких условиях недостаточно надежно. Жалюзи, находившиеся слишком низко от поверхности воды, подвергались ударам волн, что нарушало их регулировку, а иногда приводило к поломкам.
В 1939 г. В.И. Левков возглавил Специальное конструкторское бюро катеров на воздушной подушке. Работы по созданию летающих судов-амфибий успешно продолжались. Был построен и испытан целый ряд (около пятнадцати) катеров разных размеров, начиная с небольших учебно-тренировочного «Л-9» (водоизмещением. 2,25 т) и «Л-l1» (2,7 т) и кончая крупным скоростным, имевшим водоизмещение 14,7 т. Были разработаны проекты и вдвое более тяжелых — 30-тонных СВП. Отметим при этом, что схема образования воздушной подушки у всех этих двухштевневых катеров оставалась неизменной, варьировались в основном мощность и число звездообразных двигателей (до шести включительно).
Продолжались и научно-исследовательские работы по дальнейшему совершенствованию схем СВП. Одна из предложенных схем, например, позволяла использовать вместо звездообразных самые современные рядные двигатели водяного охлаждения, обеспечивающие более высокий К.П.Д. установки, отказаться от легкоуязвимых жалюзи, воздух подавать прямо вдоль корпуса. В другом варианте двухмоторного СВП половина площади, описываемой кормовым винтом, была расположена над корпусом катера и, таким образом, проходящий через нее воздух использовался только для создания тяги. Испытания моделей, построенных по этой схеме, подтвердили, что, по сравнению с катерами серии «Л», может быть получена большая тяга и более высокая скорость.
Была предложена и третья схема — одноштевневая, дающая возможность улучшить мореходные качества катера. В частности, предотвращалось выдувание воздуха из-под корпуса в нос и неизбежное при этом забрызгивание палубы и рубки. Функции двигателей здесь уже полностью разграничивались: носовой — работал на осевой вентилятор, установленный в тоннеле и нагнетающий воздух под корпус, а кормовой — на толкающий воздушный винт, заключенный в кольцевую насадку.
Великая Отечественная война поставила перед конструкторами-судостроителями иные задачи. Сами опытные катера на воздушной подушке, находившиеся в конце 1941 г. на Балтике, погибли.
В послевоенные годы развернуть работы по созданию мореходных и экономически рентабельных СВП удалось далеко не сразу, хотя сам В.И. Левков, по существу, и не прекращал заниматься этой проблемой. До 1952 г. он оставался главным конструктором СВП, а затем до последних дней жизни (умер в 1954 г.) был научным консультантом по судам этого типа.
Дело, которому В.И. Левков посвятил себя, продолжили его ученики и последовали. И сегодня, говоря о новых СВП, таких как «Нева» и «Радуга», «Сормович» и «Бриз», серийные пассажирские «Горьковчане» и «Зарницы», мы не должны забывать о том, что в нашей стране катер на воздушной подушке был построен почти на четверть века раньше, чем где-либо за рубежом.
