VEHICULE CU PERNĂ DE AER

Mircea BEJAN, Ioana BĂLAN

VEHICLES WITH THE CUSHION OF AIR

Vehicles on a pillow of air (or her ship named i pernopter) movingșabove the water or soil through the cushion of air created under taken with thehelp of powerful fans. This cushion is formed by jets of air in refloat largeamount of pressure i with a installation fan blower. Jets of air are directed toșthe surface of water through the nozzle acetate on the periphery vehicle.Cushion of air has the 0.5-5 m3, function the tonnage vehicle speed, worksurface of continuity etc. Vehicles with air cushion pay multiple: high-speedtravel, resistance by advancing small, consumption than fuel, the possibility of apass over areas with one small dry land or injured.

Work synthesizes presentation vehicles the cushion of air, advantagesand disadvantages, a short historica l as well as i examples of their use. Theșfuture is completely favourable this means of transport the water i on landșraised i accessible.ș

Cuvinte cheie: vehicule cu pernă de aer, clasificări, istoric, avantaje,dezavantaje, exemple, viitorul vehiculelor pe pernă de aer

Keywords: vehicles with the cushion of air, classifications, historian,advantages and disadvantages, examples, future vehicles the cushion of air

1. Considera ii generaleț

Vehiculul cu pernă de aer este format dintr-un corp sustentator1 pe care este montat un grup motocompresor (suflantă), care producesub vehicul o pernă de aer pe care acesta pluteşte.

1 SUSTENTA IE Ț fenomen care men ine un corp cufundat într-un fluid la un anumit nivelțprin mijloace adecvate. Sustenta ia este două feluri: ț statică, realizându-se conform legii

179

Vehiculul nu ajunge în contact cu solul 2, deci nu trebuie să învingărezistenţa creată de frecările roţilor de sol. Atunci când aceste vehiculeleplutesc la mică distanţă de suprafaţa pământului, apare aşa numitul „efectde sol”. În lipsa aderen ei la sol, ț „efectul de sol” provoacă formarea uneiperne de aer, ridicând astfel unele probleme de stabilitate, frânare şiconducere, diferite de cele întâlnite la vehiculele care se deplasează peroţi. Vehiculele cu pernă de aer dau bune rezultate atunci când suntutilizate ca maşini de antrenare.

În ce constă „efectul desol” ? La o distanţă maimare de sol, curentul deaer produs de unventilator ia forma unuijet circular, prin întreagasecţiune circulară ajetului curgând un debitde aer repartizatuniform. În apropiereapământului, jetul circulardevine inelar, la centru,

sub rotorul ventilatorului, formându-se o pernă de aer, în care curgereaaerului este foarte slabă. La marginea acestei perne ia naştere un jetinelar, care menţine perna de aer, realizând un fel de etanşare faţă depresiunea exterioară joasă, conducând la creşterea forţei portante. Înacest mod, vehiculului cu pernă de aer îi este necesară o putere multmai mică decât pentru a pluti la înălţimi mai mari – figura 1.

Navele cu pernă de aer pot fi de tip amfibie care se pot deplasape apă i/sau pe uscat i ș ș neamfibie, ce se deplasează numai pe uscat.

Nave cu pernă de aer de tip amfibie• cu cameră de presiune - reprezintă cel mai simplu concept.

Aerul este for at să intre într-o cameră de presiune formată sub vehicul.țCamera este alimentată de un ventilator montat în partea superioară acamerei de presiune, iar aerul este lăsat să curgă pe toată periferiavehiculului. Propulsia în cazul navelor cu pernă de aer cu cameră depresiune este realizată cu elice eoliene sau cu jeturi de aer.

lui Arhimede, pentru corpuri cu densitate medie mai mică decât cea a aerului (aerostate)i ș dinamică, ob inută printr-o mi care relativă, cu un consum de energie, necesarț ș

realizării portan ei (avion, elicopter etc.).ț2 În acest caz, perna de aer este un strat de aer amortizor, în navigaţia într-un fluid.

Pentru acest motiv, vehiculele cu pernă de aer ar trebui să fie incluse printre aparatele dezbor sau de plutire.

180

Fig. 1 ”Efectul de sol”. Formarea unui jet inelar i a pernei de aerș

1• cu jeturi periferice - perna de aer este alimentată prinjeturi periferice de aer care formează o cortină de presiune, limitândastfel scăpările de aer din cameră.

2• cu fuste elastice - perna de aer este men inută subțvehicul prin intermediul unui sistem de fuste elastice, amplasate înpartea inferioară a vehiculului, pe toată periferia. Datorită optimizăriifustelor, prin realizarea unor solu ii constructive deosebite, acest tipțnavă cu pernă de aer a devenit cel mai performant.

Nave cu pernă de aer de tip neamfibie. Navele cu pernă deaer de tip neamfibie, ce pot evolua pe sol uscat, accidentat, ghea ă,țsau zăpadă sunt prevăzute cu pere i laterali rigizi, perna de aer sețformează între pere ii laterali i structurile flexibile din prova i pupa,ț ș șceea ce reduce semnificativ pierderea de aer.

Navele cu pere i laterali rigizi imer i, sau de tip neamfibieț șnecesită un procent de 30 % din puterea de propulsie necesară navelorde tip amfibie, la acela i deplasament. Acest tip necesită cantită i mariș țde energie pentru sustenta ie i propulsie. ț ș

2. Scurt istoric

Tabelul 1 con ine o sinteză a ac iunilor, inventatorilor i ț ț șpreocupărilor la nivel mondial privind vehiculele cu pernă de aer.

Tabelul 1Nr.

AnulAc iuneț Detalieri

crt. Inventator Observa iiț1 1716 Inventatorul suedez Primul concept de ambarca iune careț

Emanuel Swedenborg poate trece peste un strat de(1688-1772) presiune de aer

2 1926 Konstantin Eduardovich Teoretic reînnoiesc ideea acestui tipTsiolkovski (1857-1935) de navă. Sovieticii au testat cui prof. Levkovș succes prima pernă de aer între anii

1934 i 1935. Experimentul a fostșfăcut pe sol uscat, apă i ghea ă.ș ț Uniunea Sovietică a fost unul dinprincipalii constructori de nave cuperne de aer militare

3 1955 Inginerul englez Construieşte şi experimenteazăChristopher Cockerell – “aeroglisorul”, vehicul cu pernă deSir Christopher Sydney aerCockerell (1910–1999)

4 1956 Inginerul francez Construieşte primul autotren cuaeronautic Jean Bertin pernă de aer – vezi i figura 8ș

181

(1917-1975), inven ii înțdomeniul aerotrenurilor

5 1959 Conceput de inginerul Primul hidroglisor (vas cu pernă deenglez Christopher aer), Hovercraft SR-N1Cockerell

6 1959 Firma „Curtiss Wright”, Primul automobil cu pernă de aerdin SUA (firma „Curtiss Wright”). După

încercări efectuate încă din 1929,când s-a emis pentru prima datăideea unui automobil cu pernă deaer, firma „Curtiss Wright”, din SUA,construieşte primul automobil dinaceastă categorie, denumit „Aircar 1”

7 1959 Cel care a pus în Pe 25 iulie 1959, britanicii au lansatpractică acest concept primul aparat cu pernă de aer SR.N 1este inginerul englez (construit de compania aviaticăChristopher Cockerell Saunders Roe), care a transportat un

pasager.Crockerell a reu it apoi sășdemonstreze că aparatul pe care l-adezvoltat poate fi util i în armată. Peșaerodromul din Farnborough, a arătatcă inven ia sa poate transporta oțîncărcătură de până la 12 solda i, cuțtot cu echipament, un pilot i copilotș

8 1962 Dezvoltarea navelor cu În anii ’60, Saunders Roe a dezvoltatpernă de aer mai multe nave cu pernă de aer

pentru transport de pasageri, inclusivSR.N 2, care a operat pe canalulSolent, în 1962

9 1968 Traversarea Canalului Prima navă cu pernă de aer care aMânecii traversat Canalul Mânecii a fost nava(Lungimea Canalului SR.N 4. Cursa inaugurală a avut locMânecii 563 km; lă imeaț la 1 august 1968. Nava avea omaximă 248 km; în zona lungime de 40 m, lă ime de 23,4 m iț șstrâmtorii Dover are o înăl ime deasupra apei de 12 m.țlă imea minimă de 34ț Elicele aeriene situate în cele patrukm; adâncimea medie a col uri ale pun ii, activate de patruț țcanalului 120 m; la turbine de câte 3500 CP, asigurau odeschiderea spre Marea viteză de 135 km/h. La viteză Nordului are 45 m maximă, nava se ridica 1 m deasupraadâncime) apei. Traversarea canalului s-a făcut

în 35 de minute. Nava putea sătransporte 254 de pasageri i 34șautomobile sau numai 609 pasageri

10 1968 Curse regulate Curse regulate asigurate de

182

ambarcaţii cu pernă de aertraversează pentru prima datăCanalul Mânecii

11 1970- Noi modele de nave cu Mai târziu a fost creat modelul SR.N1975 pernă de aer 6, care a parcurs canalul Solent de la

Southsea spre Ryde. Aplica ii militarețale pernelor de aer SR.N 1 i SR.Nș6, au fost utilizate de către avia iațmilitară americană

12 1979 Navă cu pernă de aer Prima navă cu pernă de aerromânească românească a fost proiectată iș

construită de ICEPRONAV Gala ițpentru transportul de călători în Delta Dunării i a făcut cursa inaugurală înștoamna anului 1979. Nava eraac ionată de un sistem de propulsiețcu jet reactiv i a parcurs distan aș țGala iț -Tulcea în 35 de minute cu oviteză medie de 57 km/h. Nava puteatransporta 35 de pasageri

3. Tipuri de aparate cu pernă de aer

Se cunoscaparate cu pernăde aer, bazate peutilizarea ”efec-tului de sol”,construite într-omare diversitate.

■ aparatecu pernă de aercu cameră semi-circulară (figura

Fig. 2 Vehicul cu pernă de aer i cameră semicircularăș2), a cărui cons-trucţie este deo-

a cărui deplasare este asigurată de un grup sebit de simplă şimotopropulsor uşor de înţeles.

La acest aparat, distanţa până la sol corespunde unei stări de echilibrudeterminată de volumele de aer aspirat şi refulat. Pentru a puteatransporta sarcini relativ ridicate, suprafaţa de bază a aparatelor trebuiesă fie foarte mare (presiunea din cameră fiind joasă, trebuie construitecamere cu deschidere mare).

183

■ aparate cu pernă de aer cu cameră inelară (figura 3), lacare, datorită modului de dirijare a aerului, jetul este produs direct înformă de inel, contribuind în mare măsură la creşterea forţei portante.

Înclinarea ajutajelor la partea inferioară cu un anumit unghispre interior, asigură o creştere suplimentară a sustentaţiei verticale.

Avantaj: consum energetic mai mic.

Fig. 3 Vehicul cu pernă de aer în sistemul cu cameră inelară

■aparate cupernă de aercu etanşarea perneiprin jetinvers(figura 4), lacareetanşareamar-giniloreste obţinu-tăde un curent

inelar

exterior.În acestmod,pierde-rile deaer sereduc laminimum, reali-zându-seun ran-damentmaxim,dar la uncost mairidicat alapara-tului.

4.Vehiculecupernăde aer

cu pernă de aer aeroglisor 3

deplasează deasu-praapei sau solului

planând pe o pernă de

aercreatăsubcarenăcuajutorul unor

ventilatoareputernice.Ace

astă pernă este formatăde jeturi de aer refulatîn cantitate mare i cușpresiune de o instala ieț

turbo-suflantă. Jeturile deaer sunt dirijate spresuprafa a apei printr-oțduză inelară

3 engleză hovercraft; franceză:aeroglisseur.

184

Fig. 4 Vehicul cu pernă de aer la care perna estemen inută prin jeturi inversate (sistem Weiland, înț

două trepte)

a ezată la periferia navei. Perna de aer are grosimi de 0,5-5 m, func ie ș țde tonajul navei, viteză, suprafa a de glisare etc.ț

În general, deplasarea pe orizontală se ob ine cu ajutorul unuiț

sistem propulsor suplimentar, cu elice aeriană, sau cu un sistem depropulsie reactiv cu jet. Viteza unei astfel de nave poate fi de 100-200 km/h.

La creşterea vitezei, rezistenţa aerodinamică capătă o influenţătot mai mare; când vitezele sunt mici, rezistenţa de impuls (care ia

naştere la accelerareaaerului necesar pentruformarea pernei) estemai mică decâtrezistenţa de formă(care se produce şi încazul deplasăriiavioanelor), însă laviteze înalte, raportul seinversează. Pentrudeplasare, ajutajelesituate pe suprafaţainterioară a vehicululuipot fi reglate spre înapoi.În acest mod, jetul deaer care provoacă pernade aer produce circa 20

% din forţa de propulsie,astfel încât rotorulpropriu-zis nu trebuie sămai utilizeze pentruînaintare decât 80 % dintotalul energiei depropulsie.

Pe baza unuimare număr de încercăris-a stabilit că vehiculele

cu pernă de aer dau bune rezultate din punctul de vedere al stabilităţii şi alrandamentului mecanic atunci când înălţimea la care plutesc este puţin mai

mică decât a zecea parte din diametrul lor 4. Pentru ca rezistenţele deînaintare să nu fie prea mari, iar lăţimea vehiculului să nu crească preamult, vehiculele sunt construite cu suprafaţa de bază ovală saudreptunghiulară (şi nu circulară, ceea ce ar fi optim din punctul de vedere

4 spre exemplu, un vehicul cu diametrul de 3,5 m ar trebui să plutească la circa 350 mm

deasupra solului. Un vehicul cu diametrul de 4 m ar trebui să plutească la circa 400 mm

Fig. 5 Vehicul cu pernă de aer pentru pasageri

deasupra solului.

185

1- în cazul vehiculelor cu pernă de aer, frânarea şiconducerea nu sunt eficiente, astfel încât fac în continuare obiectul unuimare volum de cercetări.

2- problemele ridicate de stabilitate joacă un roldeterminant pentru funcţionarea vehiculelor cu pernă de aer.

186

al portanţei şi al stabilităţii). În figura 5 este prezentat un vehicul cu pernăde aer pentru pasageri, proiectat pentru a transporta o masă totală de400 t cu o viteză maximă de 160 km/h, având o suprafaţa de bazădreptunghiulară şi care foloseşte jeturi inelare.

Vehiculele cu pernă de aer prezintă avantaje multiple: viteză mare de deplasare, rezisten ăți consum mic de combustibil,ș

posibilitatea de a trece pestezone cu adâncimi mici sau terenuscat accidentat.

Modelele de dimensiuni micisunt utilizate la transportul depasageri (figura 7), patrulare,pază, pe distan e scurte i mediiț șîn apropierea coastei i peșcanale, servicii de ambulan ă,țcompeti ii sportive, iar modelelețmai mari, pentru opera iunițmilitare (figura 6),

transportul de autoturisme iș

pasageri, cisterne cu diver iș Fig. 6 Vehicul cu pernă de aer militar combustibili i echipament greu în medii dificile i greu accesibile pentru alteș știpuri de nave.

Forţele care intervin ladeplasarea înainte a unuivehicul cu pernă de aer suntreprezentate în figura 9. Pemăsură ce creşte viteza,rezistenţa aerodinamică

Fig. 7 Vehicul cu pernă de aer SR.N4 capătă o influenţă tot mai

mare. De re inut țcă, în afara

rezistenţei de formă, (care se produce şi în cazul deplasării avioanelor),mai intervine şi o rezistenţă aşa-numită de impuls, care ia naştere laaccelerarea aerului necesar pentru formarea pernei. Dezavantaje:

De exemplu, în timpul înaintării, stabilitatea mobilului estepericlitată pe măsură cecreşte viteza de deplasare, decreşterea simultană apresiunii dinamice a zborului,aceasta având tendinţa săelimine perna de aer.

5. Vehicul cu pernă de aer,care se deplasează peuscat, nisip, ghea ă i apăț ș

Fig. 8 Prototipul aerotrenului 02 (inventator, Jean Bertin), expus laSpeyer, Germania în 2001 i ș2005

Un inventator chineza creato maşină, VolkswagenAqua

care va putea circulaatât pe şosea,cât şi pe nisip,

Fig. 9Forț

ele careintervin la deplasarea unui ve

hicul cupernă deaer

gheaţăşichia

r apă.Vehiculul-concept,care poateatinge oviteză de100 km/h,sedeplaseazăpe o pernăde aer.Maşina esteecologică,deoarececele douămotoarefuncţioneazăcu un

combustibil pebazădehidrogen.Unuldintremotoareumflăairbag-urile,permiţândmaşinii săseridicede lasol,întimpce aldoile

acontroleazădirecţiaautovehiculului–figura10.

6. Concluzii

■ Ve

hiculelecupernădeaer(navenumiteiș

aeroglisorsa

u pernopter) sedeplaseazădeasupraapei sausoluluiplanând peo pernă deaer creatăsub carenăcu ajutorulunorventilatoareputernice.Aceastăpernă esteformată dejeturi de aerrefulat încantitatemare i cușpresiune deo instala iețturbo-suflantă.Jeturile deaer suntdirijate

18 7

spre suprafa a apei printr-o duză inelară a ezată la periferiaț șvehiculului. Perna de aer are grosimi de 0,5-5 m, func ie de tonajulțvehiculului, viteză, suprafa a de glisare etc.ț

■ În general, deplasarea pe orizontală se ob ine cu ajutorulțunui sistem propulsorsuplimentar, cu eliceaeriană, sau cu unsistemde propulsie reactiv cujet. Viteza unui astfel devehicul cu pernă de aerpoate fi de 100-200km/h.

■ În cazul vehi-culelor c u pernă de aer,frânarea şi conducereanu sunt eficiente, fiind încontinuare obiectul unuimare volum de cercetări.Problemele ridicate destabilitate joacă un roldeterminant pentrufuncţionarea vehiculelorcu pernă de aer.

■ În timpul înain-tării, stabilitatea mobilu-

lui este periclitată de creşterea vitezei de deplasare, de creştereasimultană a presiunii dinamice a zborului, având tendinţa eliminăriipernei de aer.

■ Vehiculele cu pernă de aer prezintă avantaje multiple: vitezămare de deplasare, rezisten ă i consum mic de combustibil,ț șposibilitatea de a trece peste zone cu adâncimi mici sau teren uscataccidentat.

Prof.Dr.Ing. Mircea BEJANUniversitatea Tehnică din Cluj NapocaPre edintele Filialei Cluj a AGIR Ing.ș

Ioana BĂLANCamera de Comer i Industrie METZ – ț ș

Fran a membri AGIRț

Fig. 10 Vehicul cu pernă de aer Volkswagen Aqua

188