气垫船为什么能腾空飞行?
1716年,一位瑞典发明家为一个木制椭圆形骨架蒙上了帆布,使其成为一个木制平台,这个平台上还留有一个风口。发明家想用人力扇风来托起平台进行飞行,但最终因人力有限而失败了。1876年,美国也出现了一位发明家,他想用离心式风扇代替人力扇风来托起飞行平台。可是,他没能找到合适的动力使风扇转动,所以,起飞的愿望也未能实现。
1955年的一天,英国发明家科克雷尔把两个直径不同的咖啡罐头筒套在一起,制成一个环形的喷口。当用吹风机吹出的气流流经环形喷口时,他发现喷出的气流所产生的升力比筒形喷口的要大,这个发现就此成为他发明气垫船的依据。
为了证明自己的设计方案是正确的且具有实用价值,科克雷尔决定亲自动手制造气垫船模型。在一位热心朋友的帮助下,他得到了一台小型发动机。科克雷尔就利用这台小型发动机制造了第一艘气垫船模型。1956年冬天,科克雷尔带着气垫船模型,在英国首都伦敦的一幢政府大楼里进行了表演。气垫船模型的表演获得了成功,在英国政府的支持下,科克雷尔设计、建造了世界上第一艘气垫船。
从1956年到现在,气垫船已经发展出多种类型。类型不同,原理也不同。按照作用原理来分,它们可以分为两类:全垫升式气垫船和侧壁式气垫船。
在全垫升式气垫船上,压缩空气由风扇打出后,通过气道,从船底四周的柔性环形喷口,即“围裙”喷出。高速气流受运行表面限制,便由上而下呈弧形地沿着运行表面向外逸散,从而在四周形成气幕以维持气垫。气垫中的压力要比大气压力高,而正是这个压力差支撑了船体,并使全部船体离开水面。这种气垫船采用空气螺旋桨或喷气推进器来推进,它既可在水面上航行,也可在陆地上航行。
侧壁式气垫船像一只倒置的盆子,压缩空气充入盆中,使其内部压力增大。当气垫内部压力增加到一定程度时,由气垫压力形成的向上升力大于船体重量。此时,船体就被托出水面。由于该种气垫船的船体两侧装有长长的刚性侧壁,故被称为侧壁式气垫船。侧壁式气垫船的首尾部装有柔性封闭装置即“围裙”,以封住气垫。侧壁式气垫船用水螺旋桨或喷水推进器来推进,故只能在水面航行,而不能上陆。
不同类型的气垫船都安装“围裙”。只是,全垫升式气垫船船底四周都装“围裙”,而侧壁式气垫船只是在首尾部装“围裙”,目的都是为了封住气垫。气垫船装上了“围裙”,船体就能离开水面,腾空飞行。
气垫船在水面腾空飞行的速度特别快。全垫升式气垫船每小时可航行八九十海里,快的可达到100多海里。另外,气垫船能离开水面,故飞行时稳定且不太害怕波浪,适合在海上航行。更难能可贵的是,气垫船可以在江湖、海洋及浅滩急流中航行。对于全垫升式气垫船来说,它不仅能在沙漠、沼泽和冰雪地带航行,而且还能上陆,具有一定的越障和爬坡能力,这是一般船舶所无法比拟的。而侧壁式气垫船则可以造得很大,适合在风急浪高的海洋上航行。
正因为气垫船具有诸多优点,所以在交通运输中得到了广泛的应用。气垫船可被用作客船、货船、渡船和交通船,尤其适合作为客船,因为气垫船航速快,摆动幅度小,乘坐也很舒适。现在,世界上不少地方都已开辟了气垫船客运航线。气垫船也适合作为渡船,如此便可充分发挥甲板开阔的特点,运送大量旅客、货物和车辆。英国人建造的“SRN-4”全垫升式气垫船便是一艘气垫渡船,总重190吨,能载客416人或装载汽车55辆。
利用气垫船良好的通过性,一些国家研制了用于两栖作战的军用气垫登陆艇。美国人最早将气垫艇应用于军事,他们研制的LCAC气垫艇大量装备美国海军两栖战部队。除了美国以外,英国、俄罗斯、瑞典等国也在不断发展军用气垫艇。
【知识点】第一艘载人气垫船飞渡英吉利海峡
1959年7月25日,英吉利海峡的水面波浪滚滚,世界上第一艘载人气垫船在此进行飞渡海峡的试验。顷刻间,水花飞溅,气雾迷漫,气垫船像一支离弦的箭飞快地驶离法国加来港,消失在茫茫的水雾里。
这艘载人气垫船就是发明家科克雷尔设计、制造的“SRN-1”全垫升式气垫船。船体呈椭圆形状,只有9米多长,船上装有一台发动机,由它带动离心式风扇产生气流。一部分气流用来形成气垫,支撑船体,另外一部分气流通过气道,向后喷出,用来推进气垫船,待气垫船的船体全部离开水面时它便腾空飞行。
此刻,异常激动的发明家科克雷尔坐在驾驶室里,好像在腾云驾雾,他时而望望前方,时而看看仪表。2小时后,这艘载人气垫船顺利到达海峡彼岸的英国多弗港。飞渡英吉利海峡的试验在气垫船的发展历史上留下光辉一页,科克雷尔本人也因此被称作“英国气垫船之父”。