Hovercraft-voertuig

Hovercraft, elk van een serie van in Engeland gebouwde en door Britse bediende luchtkussenvoertuigen (ACV's) die gedurende 40 jaar (1959-2000) passagiers en auto's over het Engelse Kanaal tussen Zuid-Engeland en Noord-Frankrijk vervoerden. De cross-channel hovercraft werd gebouwd door Saunders-Roe Limited van het Isle of Wight en zijn opvolgers. De eerste in de serie, bekend als SR.N1 (voor Saunders-Roe Nautical 1), een voertuig van vier ton dat slechts drie bemanningsleden kon vervoeren, werd uitgevonden door de Engelse ingenieur Christopher Cockerell; Op 25 juli 1959 stak het voor het eerst het Kanaal over. Tien jaar later werd Cockerell geridderd voor zijn prestatie. Tegen die tijd begon de laatste en grootste van de serie, de SR.N4, ook wel de Mountbatten-klasse genoemd, de veerbootroutes tussen Ramsgate en Dover aan de Engelse kant en Calais en Boulogne aan de Franse kant te beginnen. In hun grootste varianten konden deze enorme voertuigen, met een gewicht van 265 ton en aangedreven door vier Rolls-Royce-gasturbinemotoren, meer dan 50 auto's en meer dan 400 passagiers vervoeren met 65 knopen (1 knoop = 1,15 mijl of 1,85 km per uur). Bij dergelijke snelheden werd de cross-channel trip teruggebracht tot slechts een half uur. In hun hoogtijdagen eind jaren zestig en begin jaren zeventig vervoerden de verschillende Hovercraft-veerdiensten (met namen als Hoverlloyd, Seaspeed en Hoverspeed) maar liefst een derde van alle cross-Channel passagiers. Zo groot was de aantrekkingskracht van dit typisch Britse technische wonder dat een van de Mountbatten-voertuigen verscheen in de James Bond-film Diamonds Are Forever (1971). Het vaartuig was echter altijd duur om te onderhouden en te bedienen (vooral in een tijdperk van stijgende brandstofkosten), en ze behaalden nooit consistente winsten voor hun eigenaren. De laatste twee SR.N4-voertuigen werden in oktober 2000 buiten gebruik gesteld en overgebracht naar het Hovercraft Museum in Lee-on-the-Solent, Hampshire, Engeland. De originele SR.N1 van Cockerell bevindt zich in de collectie van de faciliteit van het Science Museum in Wroughton, nabij Swindon, Wiltshire. De algemene term hovercraft wordt nog steeds toegepast op tal van andere ACV's die over de hele wereld worden gebouwd en geëxploiteerd, waaronder kleine sport-hovercrafts, middelgrote veerboten die langs kust- en rivierroutes werken, en krachtige amfibische aanvalsboten die worden ingezet door grote militaire machten.

Misschien was de eerste man die het ACV-concept onderzocht, Sir John Thornycroft, een Britse ingenieur die in de jaren 1870 testmodellen begon te bouwen om zijn theorie te controleren dat de weerstand op de scheepsromp zou kunnen worden verminderd als het schip een holle bodem zou krijgen waarin lucht kan worden ingesloten tussen romp en water. Zijn octrooi van 1877 benadrukte dat, "op voorwaarde dat het luchtkussen onder het voertuig kon worden meegenomen", de enige kracht die het kussen nodig zou hebben, het vermogen zou zijn om de verloren lucht te vervangen. Noch Thornycroft noch andere uitvinders zijn er in de volgende decennia in geslaagd het probleem van het insluiten van kussens op te lossen. Ondertussen ontwikkelde de luchtvaart zich en piloten ontdekten al vroeg dat hun vliegtuig een grotere lift ontwikkelde wanneer ze heel dicht bij het land of een wateroppervlak vlogen. Al snel werd vastgesteld dat de grotere lift beschikbaar was omdat vleugel en grond samen een "trechter" -effect creëerden, waardoor de luchtdruk toenam. De hoeveelheid extra druk bleek afhankelijk van het ontwerp van de vleugel en de hoogte boven de grond. Het effect was het sterkst wanneer de hoogte tussen de helft en een derde van de gemiddelde breedte van voor naar achter van de vleugel (akkoord) lag.

Van het grondeffect werd in 1929 praktisch gebruik gemaakt door de Duitse Dornier Do X-vliegboot, die een aanzienlijke prestatiewinst behaalde tijdens een Atlantische oversteek toen deze dicht bij het zeeoppervlak vloog. Maritieme verkenningsvliegtuigen uit de Tweede Wereldoorlog maakten ook gebruik van het fenomeen om hun uithoudingsvermogen te vergroten.

In de jaren zestig ontwikkelden Amerikaanse aerodynamici een experimenteel vaartuig dat gebruik maakte van een vleugel in verband met grondeffect. Verschillende andere voorstellen van dit type werden naar voren gebracht, en een verdere variatie combineerde de aërodynamische kenmerken van een machine met grondeffect met een luchtkussen-liftsysteem waarmee het vaartuig zijn eigen zweefvermogen kon ontwikkelen terwijl het stil stond en vervolgens een voorwaartse snelheid opbouwde, het geleidelijk overbrengen van de liftcomponent naar zijn vleugelprofiel. Hoewel geen van deze vaartuigen voorbij de experimentele fase kwam, waren ze belangrijke voortekenen van de toekomst omdat ze middelen suggereerden om het zwevende voordeel van de ACV te gebruiken en de theoretische snelheidslimiet van ongeveer 200 mijl (320 km) per uur te overwinnen, waarboven het was het moeilijk om het luchtkussen op zijn plaats te houden. Dergelijke voertuigen staan ​​bekend als ram-wing-vaartuigen.

In het begin van de jaren vijftig zochten ingenieurs in het Verenigd Koninkrijk, de Verenigde Staten en Zwitserland naar oplossingen voor het 80 jaar oude probleem van Sir John Thornycroft. Christopher Cockerell uit het Verenigd Koninkrijk wordt nu erkend als de vader van de hovercraft, zoals de ACV in de volksmond bekend staat. Tijdens de Tweede Wereldoorlog was hij nauw betrokken geweest bij de ontwikkeling van radar en andere radioapparatuur en had hij zich als scheepsbouwer in vredestijd teruggetrokken. Al snel begon hij zich zorgen te maken over het probleem van Thornycroft om de hydrodynamische weerstand op de romp van een boot te verminderen met een soort luchtsmering.

Cockerell omzeilde Thornycroft's plenumkamer (in feite een lege doos met een open bodem) principe, waarbij lucht rechtstreeks in een holte onder het vat wordt gepompt, vanwege de moeilijkheid om het kussen te bevatten. Hij theoretiseerde dat als de lucht in plaats daarvan onder het vat werd gepompt door een smalle sleuf die volledig rond de omtrek liep, de lucht naar het midden van het vat zou stromen en een extern gordijn zou vormen dat het kussen effectief zou bevatten. Dit systeem staat bekend als een perifere straal. Zodra de lucht onder het vaartuig is opgebouwd tot een druk die gelijk is aan het gewicht van het vaartuig, kan de inkomende lucht nergens anders heen dan naar buiten en ervaart een scherpe snelheidsverandering bij het raken van het oppervlak. Het momentum van de perifere straallucht houdt de kussendruk en de bodemvrijheid hoger dan wanneer lucht rechtstreeks in een plenumkamer zou worden gepompt. Om zijn theorie te testen, zette Cockerell een apparaat op dat bestond uit een blazer die via een gat in de basis lucht in een omgekeerd koffieblik voerde. Het blik hing boven de weegpan van een paar keukenweegschalen en de lucht die in het blik werd geblazen dwong de pan tegen de massa van een aantal gewichten. Op deze manier werden de betrokken krachten ruwweg gemeten. Door een tweede blik in de eerste te bevestigen en de lucht door de ruimte ertussen te leiden, kon Cockerell aantonen dat op deze manier meer dan driemaal het aantal gewichten kon worden verhoogd, vergeleken met het plenumkamereffect van het enkele blik.

Cockerell's eerste patent werd ingediend op 12 december 1955 en in het volgende jaar vormde hij een bedrijf dat bekend stond als Hovercraft Limited. Zijn vroege memoranda en rapporten tonen een vooruitziende blik op de problemen die gepaard gaan met het vertalen van de theorie naar de praktijk - problemen die jaren later nog steeds ontwerpers van Hovercraft zouden bezighouden. Hij voorspelde bijvoorbeeld dat er naast het luchtkussen zelf een soort secundaire vering nodig zou zijn. Zich realiserend dat zijn ontdekking niet alleen boten sneller zou laten gaan, maar ook de ontwikkeling van amfibische vaartuigen mogelijk zou maken, benaderde Cockerell het Ministerie van Toelevering, de Britse overheidsdienst voor de aanschaf van defensiemateriaal. Het luchtkussenvoertuig werd in november 1956 als "geheim" geclassificeerd en er werd een ontwikkelingscontract afgesloten met de Saunders-Roe-vliegtuig- en watervliegtuigfabrikant. In 1959 werd 's werelds eerste praktische ACV gelanceerd. Het heette de SR.N1.

Oorspronkelijk had de SR.N1 een totaal gewicht van vier ton en kon drie mannen met een maximale snelheid van 25 knopen over zeer kalm water vervoeren. In plaats van een volledig solide structuur te hebben om het kussen en de perifere straal te bevatten, bevatte het een 6-inch (15 cm-) diepe rok van met rubber beklede stof. Deze ontwikkeling zorgde ervoor dat het luchtkussen ondanks oneffenheden in de grond of het water gemakkelijk kon worden opgevangen. Al snel bleek dat de rok het mogelijk maakte om weer als kussenproducent terug te keren naar de plenumkamer. Het gebruik van de rok bracht het probleem met zich mee om de rokken duurzaam genoeg te maken om de wrijvingsslijtage te weerstaan ​​die bij hoge snelheden door water wordt geproduceerd. Het was noodzakelijk om de ontwerp- en fabricagevaardigheden te ontwikkelen waarmee rokken in de optimale vorm kunnen worden gemaakt voor aerodynamische efficiëntie. Rokken van rubber en plastic mengsels, 1,2 meter diep, waren begin 1963 ontwikkeld en de prestaties van de SR.N1 waren verbeterd door ze te gebruiken (en met gasturbine-vermogen) tot een laadvermogen van zeven ton en een maximale snelheid van 50 knopen.

De eerste oversteek van het Kanaal door de SR.N1 was op 25 juli 1959, symbolisch op de 50ste verjaardag van de eerste vlucht van de Franse piloot Louis Blériot over hetzelfde water. Fabrikanten en operators in veel delen van de wereld raakten geïnteresseerd. In de Verenigde Staten, Japan, Zweden en Frankrijk werd begonnen met de fabricage van verschillende typen ACV; en in Groot-Brittannië bouwden begin jaren zestig nog meer Britse bedrijven vaartuigen. Tegen het begin van de jaren zeventig produceerden echter alleen de Britten wat werkelijk een soort vaartuig kon worden genoemd en gebruikten de grootste typen in de reguliere veerdienst - en dit tegen aanzienlijke verwachtingen.

De stagnatie kan worden verklaard door een aantal problemen, die er allemaal toe leidden dat commerciële ACV's niet voldeden aan wat veel mensen dachten dat hun oorspronkelijke belofte was. Zoals eerder vermeld, moesten het ontwerp van en de materialen die in flexibele rokken werden gebruikt vanaf de eerste ontwikkeling worden ontwikkeld, en pas in 1965 ontwikkelde zich een efficiënte en economische flexibele rokconstructie, en zelfs toen werden de materialen nog ontwikkeld. Een ander groot probleem deed zich voor toen gasturbinemotoren van vliegtuigen in een mariene omgeving werden gebruikt. Hoewel dergelijke motoren, met geschikte aanpassingen, met enig succes in schepen waren geïnstalleerd, bracht hun overgang naar Hovercraft hun extreme kwetsbaarheid voor zoutwatercorrosie naar voren. Een ACV genereert van nature veel spray wanneer hij boven water zweeft, en de spray wordt in de inlaten van gasturbines gezogen in hoeveelheden die niet zijn voorzien door de motorontwerper. Zelfs na een aanzienlijke filtering is het vocht- en zoutgehalte hoog genoeg om grote moderne gasturbinemotoren zo te corroderen dat ze dagelijks moeten worden gewassen met zuiver water, en zelfs dan hebben ze een aanzienlijk kortere levensduur tussen revisies. Een ander probleem, dat misschien uiteindelijk fataal was voor de cross-channel hovercraft, was de stijgende prijs van op aardolie gebaseerde brandstof na de oliecrisis van 1973-1974. Onder druk van de hoge brandstofkosten maakten de veerboten van Hovercraft zelden winst en verloren ze zelfs vaak miljoenen ponden per jaar. Ten slotte zorgden de opening van de Kanaaltunnel in 1994 en de ontwikkeling van efficiëntere conventionele bootveerboten (sommige met catamaran-achtige rompen) voor zo'n sterke concurrentie dat de bouw van opvolgers van de grote Mountbatten-klasse Hovercraft niet gerechtvaardigd kon worden.