Hovercraft
Van Wikipedia
De hovercraft, ook wel luchtkussenvoertuig (Engels: ACV: air-cushion-vehicle) genoemd, is vervolmaakt door Christopher Cockerell in 1959. Hij was niet de eerste of enige onderzoeker die zich hiermee bezighield, maar zijn bijdragen rechtvaardigen zonder meer dat zijn naam als allereerste wordt genoemd als 'vader van de hovercraft'.
Andere benamingen die ook gebruikt worden zijn: cushioncraft of air cushion craft.
De namen cushioncraft en hovercraft zijn tevens onderdeel van namen van commerciële bedrijven. Het gebruik ervan kan indruisen tegen het copyright of merkenrecht.
Korte beschrijving van het werkingsprincipe: Aan de bovenkant van de hovercraft zuigt de motor lucht aan, zodat de druk onder de 'rok' van het luchtkussen op peil blijft. Zo kan de hovercraft enkele centimeters zweven boven water of land. Omdat er weinig weerstand is van wrijving met de grond (bij bijvoorbeeld auto's is er wel weerstand door de wrijving tussen de banden en de weg) is er weinig kracht nodig om een hovercraft met hoge snelheid te laten varen of zweven. Ten opzichte van een conventioneel schip gaat een hovercraft dan ook veel sneller.
Doordat een hovercraft boven water zweeft, kan hij vrij gemakkelijk het strand opvaren. Er is dus geen haven met diep water en een aanlegkade nodig. Een nadeel van de hovercraft is dat hij zeer gevoelig is voor wind en golven, zodat passagiers aan boord vrij snel zeeziek worden.
Historie van de toepassing van het luchtkussenprincipe: Al in 1877 werd aan Sir John I. Thornycroft een patent verleend op het principe om de wrijving die een vaartuig ondervindt, als ze door water vaart, te verminderen, door het creëren van een hele dunne luchtlaag tussen de romp en het water. Hoewel de tests veelbelovend waren resulteerde dit niet in een bruikbaar eindproduct.
De Zweedse ingenieur Gustav de Laval verwierf een vergelijkbaar patent in 1882. Er werd een testschip gebouwd. Het bleek echter toen niet mogelijk om een gelijkmatige luchtlaag tussen romp en water te realiseren. Zijn proeven vonden geen praktische navolging.
In 1925 bouwde D.K. Warner de eerste succesvolle boot, waarbij, door het creëren van heel veel luchtbellen verspreid over het oppervlak van de romp, de wrijving tussen water en romp flink afnam. Tussen 1925 en 1935 bouwde de Finse ingenieur Toivio Kaario een voertuig dat al duidelijke overeenkomsten vertoonde met de eerste ontwerpen van Cockerell.
De Britse ingenieur Cockerell begon zijn eerste experimenten met een stofzuiger, een paar conservenblikjes en een weegschaal. Daarmee liet hij zien dat hij een flinke kracht kon uitoefenen op het oppervlak van de bovenkant van de weegschaal, simpelweg door een stofzuiger lucht te laten blazen in een open blikje dat hij omgekeerd vlak boven de weegschaal hield, zodanig dat er maar weinig lucht kon weglekken. Zijn eerste experimenten met een stofzuiger (Hoover was toen het bekendste merk stofzuigers in Engeland) zorgden ook voor de naam, zoals we die vandaag nog steeds kennen: Hover-craft.
Aan Cockerell komt de verdienste toe, dat hij in de 50-er jaren systematisch onderzoek deed, met als doel de luchtspleet tussen romp en het water flink te vergroten. Eerst probeerde hij dat primair met het creëren van een soort luchtgordijn, door aan de omtrek van de romp lucht onder hoge druk naar beneden te blazen (high pressure jet). Bij de latere ontwerpen werd gebruik gemaakt van een of andere soort plooirok, die flexibel kon meebewegen met de golven van het water of de contouren van het terrein en die tegelijk het luchtverlies onder het luchtkussen flink beperkte. Uit dit laatste concept is de hovercraft voortgekomen zoals de meesten van ons die heden ten dage kennen.
In de beginjaren werd hoofdzakelijk gemikt op een ontwerp met een zo groot mogelijke luchtspleet tussen het vaartuig en het water. Pas tijdens de verdere ontwikkeling van de 'plooirok' groeide het besef, dat die zeer flexibel en zo hoog mogelijk moest zijn. Dat bleek uiteindelijk veel belangrijker dan de luchtspleet zelf, omdat zo de zeewaardigheid sterk verbeterde en tegelijk ook het brandstofverbruik daalde.
De eerste succesvolle oversteek van Het Kanaal met de SR.N1 (firma Saunders Roe, ontwerp Sir Christopher Cockerell) vond plaats op 25 juli 1959.
Veel minder bekend is dat in China het Harbin Shipbuilding Engineering Institute ook al vanaf 1957 experimenteerde met een prototype en dat ook zij in juli 1959 de eerste testen deden op volle zee voor de kust van Port Lu Shun.
In Frankrijk is in de jaren 1960 geëxperimenteerd met de Aérotrain, een luchtkussenvoertuig dat over een vaste geleiderail zweefde.
Vanaf de 60-er jaren werd in de toenmalige Sovjet-Unie hybride voertuigen/vaartuigen gemaakt volgens het luchtkussen principe die werden ingezet om op toendra vlaktes en in moerassige gebieden naar olie te kunnen boren.
In de 70-er jaren werd de luchtkussen technologie ook uitgeprobeerd in de Nederlandse landbouw. Door een platte wagen uit te rusten met een luchtkussen werd het mogelijk om b.v. suikerbieten te oogsten ook als het terrein eigenlijk te drassig was geworden voor gewone wagens.
Vanaf het begin van de 90-er jaren wordt het luchtkussen principe soms ook gebruikt in ziekenhuizen, b.v. om een onderzoeksbed onder een gamma-camera te kunnen positioneren. In het begin van de 90-er jaren was zelfs een gamma-camera op een luchtkussen geplaatst in gebruik bij een research afdeling van Shell in Amsterdam.
Militaire toepassingen: Een luchtkussenvaartuig biedt potentieel een aantal voordelen ten opzichte van klassieke landingsvaartuigen. Ze zijn relatief minder kwetsbaar voor mijnen en kunnen door de combinatie van hoge snelheid, wendbaarheid en onafhankelijkheid van havenvoorzieningen worden ingezet langs veel kusten.
Daarom zijn er vanaf het begin van de 60-er jaren proeven gedaan langs alle kust types vanaf de arctische zones tot aan de evenaar. Dit alles heeft geleid tot een aantal type, varierend van kleine snelle patrouille vaartuigen, voor b.v. gebruik op rivieren en in fjorden tot 160 ton zware landingsvaartuigen die zelfs tanks konden vervoeren.
Waar men slechts 17% van de kustlijn kon gebruiken met klassieke landingsvaartuigen, bleek naar schatting 70% van alle kustlijnen toegankelijk bij inzet van hoovercrafts. Ze waren daarbij met name bedoeld voor het snel aan land zetten van manschappen en materieel. Het moge duidelijk zijn dat de defensies van een aantal grootmachten zijn uitgerust met hovercrafts.
Naast de klassieke hovercraft, met plooirok rondom, resulteerde de militaire research ook in een aantal ontwerpen, waarbij het concept van het luchtkussen werd behouden, maar waarbij aan de zijkanten de plooirok werd vervangen door een vaste flank. Alleen aan de boeg en achterop bleef de plooirok behouden. Deze schepen worden in het Engels rigid sidewall vessels genoemd. Grote voordelen: hogere snelheden bij lager brandstof verbruik en minder gevoelig voor onder water explosies.
Uitgebreide beschrijving van de werking: Bij een hovercraft gaat het om: opstijgen uit het water, of vanaf de grond en om het voortbewegen. Veruit de meeste hovercrafts gebruiken propellors en luchtroeren, net als bijvoorbeeld vliegtuigen, voor de voortbeweging. Dat is bekende technologie, waar we hier niet verder over hoeven uit te wijden.
Wat essentieel is aan een hovercraft is dat 'opstijgen', in het Engels ook wel 'lift' genoemd.
In het begin werd simpel met een enorme propellor heel snel heel veel lucht onder een hele grote platte romp geblazen. Dit was een brute kracht methode om een luchtlaag te creren tussen romp en ondergrond.
Dankzij die luchtlaag werd de wrijving heel veel lager,zodat de voortstuwing veel minder energie hoefde te kosten, of dat, met het zelfde energie verbruik, hogere snelheden mogelijk werden.
Bij deze aanpak geldt dat 'groot' ook 'beter' is, want de opwaartse kracht, bij gelijk luchtdruk-verschil tussen boven- en onder-zijde van de romp, is evenredig met het oppervlak.
Maak je je hoovercraft twee maal zo lang, dan wordt het oppervlak vier maal groter en kan de romp dus vier maal meer nuttige lading dragen. De omtrek wordt dan maar twee maal zo groot en je luchtverlies dus ook.
Dat luchtverlies bepaalt hoeveel motorvermogen er nodig is om de hoovercraft te doen opstijgen. Verhoudingsgewijs ben je dus met een twee maal`zo grote hoovercraft maar twee maal duurder uit (brandstof verbruik om op te stijgen), maar kun je wel vier maal meer lading 'dragen'.
Volgens dit concept werd eerst begonnen met luchtspleten van enkele millimeters tot centimeters. De theorie klopte keurig, maar de voertuigen waren alleen bruikbaar op spiegelglad water, vlakke stranden of betonbanen.
Met steeds grotere luchtkussenvoertuigen werd het, dankzij hele zware turbine motoren, mogelijk om zelfs een luchtspleet van een halve meter te handhaven. Dit koste geweldig veel energie en was volstrekt ontoereikend om van de hovercraft een zeewaardig vaartuig te maken dat golven van enkele meters kon trotseren, of een voertuig dat over de noordpool kon rondzweven over meters hoge ijsschotsen.
Kortom: een grote simpele luchtspleet was niet genoeg en Tom Poes moest een list verzinnen. Cockerell begon eerst met het creëren van een soort luchtgordijn rondom de romp, zodat de lucht moeilijker kon 'ontsnappen' vanonder de romp. Daarmee kwam hij stukje bij beetje wat hoger, maar dat hielp veel te weinig.
Via een aantal tussenstappen werd vervolgens de plooirok ontwikkeld zoals we die tegenwoordig bij de meeste hovercrafts zien. Deze plooirok was heel erg flexibel, maar zorgde er tegelijk voor dat er onderlangs verhoudingsgewijs maar weinig lucht ontsnapte. Daarmee werden twee dingen tegelijk bereikt: de afstand tussen de romp en het water kon heel veel groter worden en het luchtverlies nam dramatisch af.
Op een afstandje lijkt de plooirok misschien massief, maar hij is net zo flexibel en makkelijk in te drukken als de romp van een opblaasboot. Door de voortdurende overdruk (binnen) blijft hij in vorm.
De plooirok werd door de weglekkende lucht steeds op een kleine afstand van de bodem gehouden. Daardoor bleef de wrijving heel erg laag en lekte er ook veel minder lucht weg. Met het lagere luchtverlies daalden het brandstof verbruik en daarmee ook de kosten spectaculair.
Alle verdere ontwikkelingen aan de vele varianten plooirokken die we tegenwoordig kennen zijn bedoeld geweest om de zeewaardigheid te verbeteren en de kwetsbaarheid en de slijtage te doen afnemen.
Hoewel de kleine resterende luchtspleet onder de rand van de plooirok veel hielp om slijtage te beperken, bleef er het probleem van de scherpe uitsteeksels (doornstruik of rotspunt). Elk ontwerp plooirok is dus altijd een compromis tussen de mechanische eisen uit oogpunt van aerodynamica en praktische eisen van sterkte en werstand tegen scheuren en slijtage. In de woestijn, of op ijs zal een andere uitvoering plooirok nodig zijn dan op zee.
Dankzij de plooirok werden hovercrafts mogelijk die golven van 3 meter konden weerstaan.
Daardoor kon,`tot de komst van de Kanaaltunnel, vele jaren lang een goede, snelle en betrouwbare veerdienst over Het Kanaal worden gevoerd met hovercrafts.
Het eerste boek in de Bronnenlijst geeft uitvoerige informatie over het ontwerp van hovercrafts.
Bronnen
Boek: Theory and Design of Air Cushion Craft. Auteurs: L.Yun en A.Bliault. Uitgever: Arnold publishers London, UK. Jaar 1e druk: 2000 ISBN 0 340 67650 7 en ISBN 0 470 23621 3
Boek: Hovercraft. Auteur: Angela Croome. Uitgever: Hodder and Stoughton Ltd. Sevenoaks Kent UK. Jaar 1e druk: 1960, jaar 4e druk: 1984 ISBN 0 340 33201 8 en ISBN 0 340 33054 6
