Аэросани амфибия

Аэросани – самоходные машины, предназначенные для передвижения по заснеженным полям и замерзшим водоемам. Внешне эти транспортные средства схожи с мотонартами-снегоходами, однако отличаются от них конструкцией и способом движения. Снегоход устроен по принципу мотоцикла, только вместо колес имеет ведущую гусеницу. Аэросани же полностью установлены на лыжи-полозья, а функцию движителя выполняет воздушный винт. За счет скольжения по снегу или льду техника разгоняется до 150 км/ч, а по проходимости такие машины считаются вне конкуренции. Благодаря этим свойствам, они имеют спрос у любителей охоты, рыбалки, активного зимнего отдыха. Аэросани могут использоваться различными службами для доставки людей и грузов в труднодоступные районы, поисково-спасательных операций, патрулирования местности.

Оглавление

1. История
2. Устройство
3. Где и кем применяется
4. Достоинства и недостатки
5. Аэросани своими руками
6. Рама
7. Лыжи
8. Двигатель
9. Винт
10. Установка двигателя и винта
11. Защита винта
12. Системы управления
13. Бензобак
14. Комфорт
15. Модельный ряд «Славир»

История

Начало активного проектирования и производства аэросаней приходится на начало XX века. Разработки велись во многих странах: Германии, Франции Австрии, но наибольших успехов добились отечественные изобретатели. В 1904 году в России была продемонстрирована первая модель самоходных саней с авиационным пропеллером конструкции Сергея Неждановского. Это был выставочный образец, мало подходивший для практического использования. Однако он стал отправной точкой для последующего развития отрасли. Уже в 1907 году московский завод ДУКС поставил на поток производство лыжных автомобилей Юрия Меллера. Машины оснащались двигателями мощностью 3,5 л.с. и могли разгоняться до 16,5 км/час. А в 1912 году мир увидел вершину инженерной мысли: аппарат, созданный Игорем Сикорским, мог развивать скорость до 75 км/ч, что на то время казалось просто нереальным. На этот же период приходится внедрение ряда разработок, актуальных по сегодняшний день. Это оборудование машины кабиной, системы передачи вращения вала мотора на винт, устройства изменения вектора тяги.

После Октябрьской революции активно велись разработки по созданию аэросаней как гражданского, так и военного назначения. Знаковое событие произошло в 1961 году, когда КБ Туполева разработало модель амфибийных аэросаней А-3. По сути, она стала первой в Советском Союзе аэролодкой. Оснащенная 260-сильным мотором глиссирующая машина могла передвигаться по воде со скоростью 80 км/ч, а по снегу и льду – 100 км/ч, легко преодолевая небольшие препятствия. В настоящее время российскими производителями выпускается большой модельный ряд аэросаней и амфибийных аэролодок для перевозки пассажиров и грузов. Наиболее крупные из них имеют грузоподъемность до 1,5 т.

Устройство

Конструкция аэросаней достаточно проста. Ее основными элементами являются:

• корпус;
• двигатель:
• воздушный винт.

Корпус представляет собой металлическую раму, опирающуюся на 3 либо 4 лыжи. Наиболее распространена схема с тремя полозьями. Машины с четырьмя лыжами более устойчивы и имеют лучшую проходимость по рыхлому снегу, но их конструкция более трудоемка. Амфибийные аппараты изготавливаются без полозьев и имеют форму плоскодонной лодки. При движении они опираются на корпус. Для защиты от трения его облачают в стойкую к истиранию броню. Обычно применяется сверхмолекулярный полиэтилен марок PE 500, PE 1000. Это скользкий материал, который, к примеру, используется в производстве искусственного льда для катков. Еще лучшими свойствами обладает керамопласт, но он существенно дороже. Поскольку эксплуатируются аэросани в холодное время года, многие модели имеют кабину с отоплением.

В качестве силового агрегата используются двигатели внутреннего сгорания. В зависимости от назначения, габаритов и грузоподъемности аэросаней их мощность может колебаться от 5 до 300 л.с. и более. При хороших аэродинамических характеристиках небольшие аппараты с моторами 25-35 л.с. развивают скорость свыше 100 км/ч.

Воздушный винт – движитель аэросаней. В его функцию входит преобразование крутящего момента силового агрегата в тягу. Принцип работы винта состоит в отбрасывании воздуха, в результате чего позади аэросаней образуется область высокого давления, а спереди – низкого, что и приводит машину в движение. Динамические свойства аппарата в большой степени определяются характеристиками пропеллера, к которым относятся:

• диаметр;
• число (2, 3, 4) и конфигурация лопастей;
• угол установки (шаг винта).

Необходимые параметры рассчитываются по аэродинамическим формулам. Однако существует одна проблема. Несложно рассчитать характеристики винта под определенные обороты двигателя, при которых будет достигнут максимальный коэффициент полезного действия. Но, условия езды изменяются, что требует увеличения или снижения скорости. Увы, КПД при этом будет сильно падать. Учитывая этот фактор, можно выбрать один из трех вариантов конструкции винта:

• ВШН – винты неизменяемого шага. Самая простая конструкция, рассчитанная на одну определенную скорость движения саней.
• ВФН – винты фиксированного шага. Угол установки лопастей можно поменять, но лишь во время остановки.
• ВИШ – винты изменяемого шага. Угол установки лопастей меняется во время движения, и на любых оборотах КПД движителя будет оптимальным. Ряд агрегатов имеют опцию создания обратной тяги, что облегчает маневрирование. Такой вариант можно было бы назвать лучшим, однако конструкция сложна и на небольших машинах практически не используется.

Управление аэросанями осуществляется при помощи воздушных рулей либо поворотных лыж. Торможение выполняется реверсом воздушного финта, а в случае отсутствия этой функции – специальными упирающимися в снег механизмами на лыжах.

Где и кем применяется

С момента начала массового производства аэросани активно применялись в военных и гражданских целях. Уже в Первую мировую войну машины использовались для эвакуации раненых бойцов, обеспечения связи и в разведывательных целях. Во время финской кампании 1939 года их применяли быстрой переброски отрядов лыжников, ехавших прицепом. Это позволяло десантным отрядам неожиданно ударить противника с тыла. Кроме того техника задействовалась для подвоза орудий, боеприпасов, продовольствия. После нападения Гитлеровской Германии в 1941 году, СССР немедленно приступил к разработке новых боевых аэросаней НКЛ-26, вооруженных пулеметом Дегтярева. Первый бой с их участием состоялся уже в январе 1942 года. В дальнейшем техника применялась во многих операциях, среди которых такие значимые, как Сталинградская битва и продуктовое обеспечение блокадного Ленинграда.

Показательным событием в истории гражданского использования аэросаней является спасение экипажа парохода «Челюскин», во время которого аэросани курсировали между застрявшим во льдах судном и местом посадки самолета. Начиная с 30-х годов различные модели аэросаней задействовались в труднодоступных районах Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока для регулярных перевозок людей, почты, грузов, оказания оперативной медицинской помощи. Протяженность транспортных линий составляла несколько десятков километров, а годовой пробег машин доходил до 15 тыс. км. Доставка грузов выполнялась даже в самых тяжелых условиях: по глубокому снегу, торосам, при температурах ниже -40 °C. Летом аэросани можно было поставить на поплавки и использовать для движения по водоемам, в том числе мелким и заболоченным.

Достоинства и недостатки

Аэросани – одно из немногих транспортных средств, пригодных для передвижения по зимнему бездорожью. Альтернативой им могут служить разве, что снегоходы и суда на воздушной подушке (СВП). Оценивая достоинства аэросаней, можно отметить:

• простую и надежную конструкцию;
• небольшой вес, снижающий риск провалиться под лед;
• высокие скоростные показатели;
• хорошую проходимость по глубокому снегу;
• возможность легкого переоборудования в глиссирующее судно на летний период;
• невысокую стоимость.

В то же время аэросани имеют и ряд недостатков, которые сдерживают их распространение. К ним относятся:

• низкая эффективность маршевого винта по сравнению с гусеничным ходом;
• больший расход топлива по сравнению с мотонартами;
• сложный старт при примерзании;
• трудность преодоление крутых подъемов;
• низкая маневренность;
• снижение КПД при изменении скорости;
• сильный шум и ветер, создаваемые винтом.

Аэросани своими руками

Простота конструкции позволяет соорудить аэросани самостоятельно. На севере России чуть ли не в каждом населенном пункте имеются народные умельцы, готовые взяться за работу. Изготовлением аэросаней занимаются даже школьники на уроках труда и в кружках юного техника. Разработано большое количество моделей, отличающихся конструкцией и материалами. Для сборки легкого одно-двухместного аппарата своими руками понадобиться совсем немного.

Рама

Рама сваривается из металлических труб. Наиболее простая в реализации треугольная конструкция. К углам рамы приваривают втулки, изготовленные из обрезков этой же трубы. Задние устанавливаются вертикально, передняя рулевая с небольшим наклоном. В задней части рамы монтируется каркас под моторно-винтовую группу.

Лыжи

Доступным и легкообрабатываемым материалом для изготовления лыж является дерево. Дубовые или березовые доски обрабатывают, придавая необходимую форму, носки лыж загибают. Нижнюю поверхность усиливают листовым металлом или прочным пластиком. Полозья крепятся к раме через трубчатые стойки, входящие во втулки. Для амортизации ударов на них надевают пружины.

Двигатель

На самую бюджетную модель можно установить двигатель от бензопилы. Ездить такой аппарат будет, но на высокую скорость рассчитывать не приходится. Оптимальный вариант для небольших саней – мотор мощностью 15-25 л.с. При выборе силового агрегата следует обратить внимание на скорость вращения вала. Здесь нужно учесть один постулат аэродинамики. Для обеспечения максимального КПД окружная скорость вращения винта на его концах должна находится в пределах 200-240 м/с. Превышать верхний показатель не рекомендуется, так как это приведет уплотнению воздуха на кромке лопасти и снижению ходовых характеристик аппарата. Поэтому лучше произвести несложные расчеты, и при необходимости использовать понижающий редуктор.

Винт

Внешне винт выглядит не самой сложной деталью аэросаней, которую можно купить или изготовить самостоятельно из дерева. Однако именно от размеров и формы пропеллера, в основном, и зависят аэродинамические свойства аэросаней. Важными характеристиками являются:

• диаметр;
• форма лопастей в проекции;
• ширина лопастей;
• крутка винта (сечение).

Чем больше диаметр пропеллера, тем лучше аэродинамические показатели. Но его размер ограничивается удобствами установки и эксплуатации. Поэтому оптимальный вариант – около 1,5 м.

Форма лопастей может быть:

• трапециевидной;
• овальной;
• саблевидной.

Трапециевидные лопасти проще в изготовлении, саблевидные обеспечивают лучшие показатели. Криволинейная же форма, близкая к овалу – это та золотая середина, которую чаще всего и выбирают кустарные мастера.

Тонкие лопасти обеспечивают лучшие аэродинамические свойства. Однако слишком тонкий винт не будет обладать достаточной прочностью. Исходя из этого, ширина лопасти в самом широком месте должна быть примерно 0,08- 0,1 D.

Определение сечения – наиболее ответственный момент при покупке или самостоятельном изготовлении винта. Общее правило гласит: чем больше расчетная скорость аэросаней, тем сильнее должна быть крутка. Избыточный или недостаточный изгиб лопастей приведет к потере эффективности. Для определения точных значений следует воспользоваться специальными программами. Правильный расчет винта обеспечит скорость свыше 100 км/ час даже при небольшой мощности двигателя.

Установка двигателя и винта

Пропеллер приводится в движение вращением вала мотора. Поэтому встает вопрос о совмещении этих устройств. Винт можно насадить непосредственно на ось двигателя, либо воспользоваться ременной передачей. Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки. Прямая передача более надежна и исключает проскальзывание ремня. Однако при этом двигатель придется поднимать на значительную высоту, что вызовет смещение центра тяжести и негативно отразится на устойчивости саней. Установка двигателя внизу рамы снижает риск опрокидывания, но возможны обрыв ремня, обледенение, проскальзывание.

Защита винта

Многие кустарные мастера пренебрегают нормами безопасности и не устанавливают на винт защитный кожух. Но случайности возможны даже при очень аккуратной эксплуатации аэросаней. Попадание на вращающийся пропеллер посторонних предметов может вызвать его разрушение с разлетом обломков в разные стороны. Прямое же поражение винтом человека непременно приведет к тяжелым увечьям. Защита представляет собой каркас круглой формы с натянутой на него сеткой. Изготовить такую конструкцию не сложно, и она будет служить гарантией от несчастных случаев.

Системы управления

Повороты саней осуществляются при помощи руля, установленного на переднюю стойку. Для небольших аппаратов наиболее удобен обычный мотоциклетный руль с рычагом газа. Для торможения используют скобы на задних лыжах. При нажатии на педаль тормоза, они откидываются и врезаются в снег, замедляя движение.

Бензобак

Расход топлива зависит от конструкции саней, условий поездки, скоростного режима. В среднем стандартного 40-литрового бака хватает на 300 км пути. Такие расстояния любителями рыбалки преодолеваются нечасто, поэтому можно установить емкость и поменьше. При необходимости всегда есть возможность захватить с собой в поездку канистру с бензином.

Комфорт

Передвижение на аэросанях сопровождается шумом и сильным ветром, создаваемым винтом. Зимой такие условия нельзя назвать комфортными. Желательно хотя бы установить лобовое стекло от мотоцикла и обустроить мягкие сиденья. Возможна установка полноценной кабины, но в кустарных моделях она встречается нечасто.

Модельный ряд «Славир»

Выпускаемые судостроительной компанией «Амфибийная техника» катера «Славир» имеют одно, но существенное отличие от классических аэросаней и аэролодок. Оно состоит в нагнетании воздуха под днище, за счет чего образуется воздушная подушка. СВП не скользят по поверхности как глиссирующие суда, а поднимаются над ней. В зависимости от моделей клиренс составляет до 0,5 м. Это обеспечивает абсолютную амфибийную проходимость, мягкий ход без ударов, высокую маневренность, легкий старт даже при небольшом перегрузе. Во время поездки водитель и пассажиры находятся в теплом комфортабельном салоне, защищенном от брызг, ветра и шума двигателя.

На сегодняшний день компанией разработано несколько модификаций СВП.

• «СЛАВИР 5». Небольшая лодка, способная взять на борт до 5 человек. Предназначена для рыбалки и охоты. Это мобильный, маневренный аппарат, оборудованный двигателем SUBARU FB-25 мощностью 170 л.с., рассчитанный на прибрежное плавание.
• «СЛАВИР 6». Модель средних габаритов. Несколько лет назад она прошла апгрейд, что позволило улучшить аэродинамические свойства. Суда на 6-8 человек используются для доставки людей и грузов, патрулирования и надзора.
• «СЛАВИР 9». Универсальное транспортное средство с возможностью переоборудования салона под различные цели. В пассажирской модификации вмещает до 12 человек. Может использоваться для пассажирских и грузовых перевозок, патрульных рейдов, туристических поездок, научно-изыскательских экспедиций, поисково-спасательных мероприятий. Модификация 9 VIP имеет расширенный салон, по отделке сопоставимый с автомобилями представительского класса.
• «СЛАВИР 12». Крупное судно, представленное в нескольких вариантах: от 2-местного грузового до 16-местного пассажирского. Используется для пассажирских и грузовых перевозок на регулярных линиях.

Все модели СВП «Славир» пригодны для длительных поездок, а полной заправки бензобака хватает на 5-7 часов работы двигателя.