רחפת

רַחֶפֶת (באנגלית: hovercraft) היא כלי שיט חסר-הדחק. כאשר הוא מרחף, הוא אינו שקוע במים. באמצעות משאבות אוויר חזקות יוצרת הרחפת "כרית" אוויר בינה לבין פני המים. היא יכולה לנוע מעל כל משטח חלק דיו כמו אדמה, ביצה או מים, שכן אין לה מגע ישיר עם המשטח.

 תולדות המילה 
לפי הבלשן יצחק אבינרי, את המילה העברית רַחֶפֶת חידש ברל כצנלסון, אולם משמעות המילה התגלגלה במרוצת השנים:

היסטוריה
העדות המתועדת הראשונה לרחפת הייתה בשנת 1716 על ידי עמנואל סוודנבורג (Emanuel Swedenborg), מתכנן ופילוסוף שוודי. הרכב שבנה הונע על ידי כוח אדם. הרכב נראה כמו גוף של סירה הפוכה עם תא-נהג במרכזו.

באמצע שנות השבעים של המאה ה-19, המהנדס הבריטי סר ג'ון אייזק תורניקרופט (John Isaac Thornycroft) בנה מספר דגמים של כלי שיט נסיוניים שהתבססו על העיקרון של שימוש באוויר להקטנת הגרר בין גוף כלי השיט לבין המים. הוא אף רשם מספר פטנטים על כך ב-1877 אך לא נמצאו להם אז שימושים ישומיים.

המהנדס הפיני טויבו ג' קאריו (Toivo J. Kaario), שעבד כמפקח הראשי של ולטיון לנטוקונטהדס (VL), יצרנית מנועי מטוסים, החל לתכנן כלי רכב הנע על כרית אוויר ב-1931. הוא בנה ובחן את הרכב שלו שכונה "פינטה ליטייה" (pintaliitäjää, גלשן שטח) ורשם עליו פטנטים. הוא נחשב לבונה הראשון של רחפת שימושית, אך הוא לא הצליח לגייס מימון מספיק לבנייה מסחרית של רחפות.

המהנדס הסובייטי ולדימיר לבקוב בנה באמצע שנות השלושים כ-20 רחפות מהירות למטרות תקיפה וטורפדו. אב הטיפוס הראשון שלו, L-1, היה פשוט מאוד: שני גופי קטמרן (מעין קייאק מוארך) קטנים מעץ חוברו זה לזה והונעו בשלושה מנועים. שני מנועי מטוס רדיאליים M-11 הותקנו במאוזן על המשטח שחיבר את הקטמרנים ודחפו אוויר מטה ביניהם, ומנוע שלישי הותקן באחורי הרחפת על רגליות ניתנות להסרה, והיקנה לרחפת תנע קדימה. רחפת מסוג זה, L-5, השיגה מהירות של כ-130 קילומטר לשעה.

במשך השנים, התפתחו הרחפות מכלי לא יעיל לכלי תחבורה לכל דבר. כיום, חלק מהיצרנים מתייחסים לרחפות כאל כלי שיט ואחרים כאל כלי תעופה. ככלי שיט, רחפות נחשבות לכלים הבטוחים והמהירים בעולם, ומסוגלים לשוט במהירויות העולות על 100 קמ"ש. שימושים נפוצים של רחפות הם: תחבורה, משא, קידוחים, ספורט, חילוץ, חקלאות ועוד. לכל מטרה פותחו מבנים שונים ושיטות בנייה שונות המתאימים לייעודן. יתרונותיה של הרחפת ככלי תחבורה יבשתי, מלבד המהירות, הם היכולת לעבור מעל כל תא שטח והפעלת לחץ נמוך מאוד על הקרקע. מכיוון שהרחפת נעה על כרית אוויר, הלחץ שהיא יוצרת על הקרקע קטן פי 33 מהלחץ שכף רגל של אדם בודד יוצרת.

מערכת ההנעה וההיגוי
הרחפת מונעת באמצעות מדחף נוסף שמופנה לאחור והמדחף בנוי כמו כנפי מטוס – כשהמדחף מסתובב נוצר אזור של לחץ נמוך בקדמת המאוורר ולחץ גבוה מאחורי המאוורר, דבר הדוחף את כל הרחפת לעבר הלחץ הנמוך.
היגוי הרחפת נעשה על ידי שימוש באותו מאוורר אשר מסתובב ימינה או שמאלה וכך משנה את מיקום הלחץ הנמוך או על ידי מדפים אשר מפנים את האוויר היוצא מאחורי המאוורר המניע לימין או לשמאל וכך דוחף את הרחפת לכיוון אליו מכוונים המדפים.
ניהוג של רחפת שונה מכל סוגי ההיגוי של כלי רכב אחרים מכיוון שכל סוגי ההיגוי סומכים על חיכוך עם הקרקע בעוד פה אין חיכוך עם הקרקע ומשום כך ההיגוי איטי יותר ופחות מדויק.
בגלל חוק האינרציה הרחפת רוצה להמשיך ולנוע לכיוון שאליו היא נעה ותלויה רק בכוח החיכוך עם האוויר כדי לעצור ולכן הדרך היחידה לעצור או להאט רחפת היא על ידי כיוון זרימת האוויר קדימה (לכיוון הפוך) בעזרת הפיכת כיוון המדחף או הפיכת כיוון זרימת האוויר מן המדחף בעזרת המדפים.

עצירה ותנועה לאחור
מכיוון שהמגע עם הקרקע ברחפת הוא אפסי, אין לרחפת את החיכוך שיגרום לעצירתה וברגע הפסקת פעולת המדחף הרחפת ממשיכה בכיוונה עד שההתנגדות האווירו-דינמית גוברת על האינרציה. ולכן, במידה ורוצים לעצור את הרחפת צריך לדחוף אוויר קדימה וכך ליצור דחף הפוך. את זאת ניתן לעשות בעזרת הפיכת כיוון המאוורר או בעזרת מדפים המטים את האוויר קדימה. מכיוון שפעולת הפיכת כיוון סיבוב המאוורר היא איטית נהוג להשתמש בשיטות הטיית האוויר קדימה.

מערכת הנעה עילוי משולבת
ישנן שתי שיטות להנעה ועילוי הרחפת. שיטה אחת כוללת שני מאווררים ושני מנועים אשר מחולקים אחד לעילוי והשני לדחף. השיטה השנייה, אשר נקראת מערכת הנעה עילוי משולבת או בקיצור מערכת משולבת, עובדת כך שיישנו רק מאוורר אחד הפונה לאחור והאוויר הנפלט ממנו מתחלק גם לעילוי וגם לדחף. באחורי המאוורר, בחלקו התחתון ישנה מחיצה אשר מטה חלק מהאוויר אל מערכת התעלות של העילוי ואילו שאר האוויר ממשיך לדחף.
כדי לחשב את חלוקת האוויר בין הדחף והעילוי אפשר פשוט לחשב את השטח של המאוורר המוטה לעילוי, ואז לחלקו בסך שטחו של המאוורר וכך לקבל את החלק היחסי של האוויר המוטה לעילוי. והמאה אחוז פחות התוצאה ייתן את אחוז האוויר של הדחף. אך חישוב זה לא יהיה מדויק לחלק מהמאווררים מכיוון שיעילות המאוורר גדולה יותר ככל שמתרחקים מהטבור, בגלל שמהירות קצות כנפי המאוורר גבוהה ממהירות הכנף ליד טבור ולכן כמות האוויר המוטה לעילוי גדולה מהמתקבל בחישוב.

באיור מתוארת רק דוגמה אשר מראה הבדל יחסית קטן אך הבדל זה בין היחס הניתן בחישוב לבין זרימת האוויר האמיתית יכול להיות משמעותי, תלוי בגודל המאוורר והמיקום המדויק של כנף ההטיה.

בתכנון מאווררים, לעיתים קרובות מייצרים זווית הטיה אשר הולכת וקטנה ככל שמתרחקים מהטבור. ייצור זה מיועד למניעת הזדקרות קצות הכנף אך מתאים לנו מכיוון שכך המאוורר שומר על אחידות לאורך כל הכנף והחישוב היחסי נכון. גם כאן זה לא מדויק בגלל שזה נכון רק לסל"ד ספציפי וברחפת הסל"ד משתנה כל הזמן מסיבה זו עדיף להשאיר מרווח התאמה למיקום כנף ההטיה ולהתאים אותו על ידי ניסוי.

יציבות הרחפת
כאשר רחפת מרחפת גבוה יש לה נטייה ליפול לצדדים, כלומר, "להחליק" מעבר לכרית האוויר המחזיקה אותה למעלה כמו כן, אם אין איזון בחלוקת המשקל על הרחפת, תהיה לרחפת נטייה לשקוע בצד אחד (בצד עם המשקל הגבוה יותר). ככל שגובה הריחוף יהיה נמוך יותר וחלוקת המשקל מדויקת יותר כך היציבות תהיה טובה יותר. רחפות הן בדרך כלל כפולות באורכן מרוחבן ולכן בדרך כלל חוסר היציבות יתבטא בנטייה לגלגול (תנועה סיבובית סביב צירה האורכי של הרחפת).
כאשר על צד אחד של הרחפת יש משקל גבוה יותר מאשר על הצד הנגדי, אותו הצד שוקע ומעלה את לחץ האוויר שמתחתיו. במקביל הצד הנגדי מתרומם ולחץ האוויר שם יורד. כתוצאה מכך לחץ האוויר הגבוה בורח לאזור הלחץ הנמוך (השוואת לחצים), דבר המגביר את הקושי להחזיר את האיזון. כדי לפתור בעיה זו משתדלים לבנות את הרחפת מאוזנת ככל האפשר, ואת האזורים בהם המשקל משתנה כגון מכל הדלק או מיקום האנשים (אשר זזים עם הסיבובים) ממקמים קרוב ככל האפשר למרכז. כמו כן שומרים על גובה ריחוף נמוך אשר מונע בריחת אוויר מהצד המתרומם. בנוסף החצאית עצמה מחזירה את הרחפת ליציבות מכיוון שהיא נמעכת בצד הכבד יותר וכך נוצר שטח מגע גדול עם האוויר הבורח מהפלנום. מכיוון שבתוך הפלנום יש לחץ, מכפלת אותו לחץ בשטח הגדול יותר יוצרת כוח דוחף חזק יותר מהצד הנגדי, דבר העוזר להחזרת האיזון שהרי ככל שהרחפת רחבה יותר המומנט הנוצר גדול יותר.

פתרון נוסף לחוסר יציבות ואחד הפתרונות היעילים ביותר היא תוספת של קטע חצאית במרכז הרחפת לאורכה אשר מחלק את הפלנום לשני חלקים. בעזרת השימוש בתוספת זו, אשר גם אליה מוזרם אוויר, כמו אל כל החצאית נמנע מעבר האוויר מהצד הכבד יותר אל הנגדי וכך אין התרוממות של הצד הנגדי.

הכוחות הפועלים על הרחפת
שמאל|ממוזער|250px|עקרון הפעולה של רחפת
עילוי
אורך הרחפת כפול רוחבה נותן את שטחה. כאשר הרחפת נמצאת על הקרקע הלחץ מתחתיה שווה ללחץ מעליה.
מדען בריטי בשם קריסטופר קוקרל גילה שכאשר מזרימים אוויר בלחץ מתחת לרחפת ניתן להשתמש במסך של אוויר המוזרם מסביב למתחם הכרית אוויר על מנת למנוע את בריחת האוויר ולהעלות את גובה הריחוף. כשהלחץ גבוה מספיק ובמכפלה בשטח הרחפת תתרומם ותרחף בגובה אחיד בשמירת כמות אוויר נכנס לעומת אוויר בורח.

למרות ששיטת תחימת הכרית אוויר על ידי מסך אוויר עבדה, היא דרשה הזרמת כמות גדולה של אוויר ולכן שיטת התחימה הוחלפה בחצאית גמישה וזאת השיטה שבה משתמשים כיום ברובם המוחלט של הרחפות. החלפת צורת החצאית הפכה את רעיון הרחפות מכלי לא כדאי לכלי תחבורה יעיל ומעשי.

הלחץ ברחפת
כל העקרונות שנרשמו לעיל נכונים לרחפת כמו שהם נכונים למשטח החלקה, אבל בגלל האופי הדינמי יותר של הרחפת ישנם דברים נוספים שצריך לקחת בחשבון.
כדי לחשב את הלחץ ואת כמות האוויר ברחפת אנו צריכים לדעת במדויק את המשקל הכולל של הרחפת (משקל עצמי פלוס עומס), את אורך היקף החצאית (היקף טביעת הרגל) ואת שטח הפלנום (שטח טביעת הרגל).

רחפות מונעות בדרך כלל על ידי מדחף. ישנן שתי שיטות ברחפת שני מדחפים אחד לדחף ואחד לעילוי ושיטה שנייה שבה מדחף אחד שהאוויר היוצא ממנו מתחלק לעילוי ולדחף לפי יחס קבוע מראש.

שיטת שני המדחפים מקלה עלינו מכיוון שאפשר לכוון את מדחף העילוי לעבוד בסל"ד קבוע אשר נותן לנו את הלחץ והספיקה הנכונים הדרושים לעילוי, והשינויים בזמן הריחוף יתבצעו רק במדחף של הדחף ע"פ המהירות הרצויה.

לאחר מציאת הלחץ הנכון המספיק להתגברות על משקל הרחפת צריך להשאיר אפשרות להעלאת או הורדת הלחץ על-פי השינויים בעומס על הרחפת. כמו כן בגלל תנאי שטח משתנים, צריך להשאיר גם מרווח מספיק לשינוי של מסת האוויר המוזרמת מכיוון שבתנאי שטח קצת יותר גסים, נצטרך לרחף בגובה רב יותר. כתוצאה מכך בחירת המדחף לעילוי צריכה להיות עם התייחסות ללחץ מקסימלי דרוש וספיקה מקסימלית של אוויר דרושה ע"פ סל"ד.

בשיטה של מאוורר אחד אשר זרימתו מתחלקת גם לעילוי וגם לדחף, מציאת המדחף הנכון בסל"ד הנכון קשה יותר. הרצון לנסוע מהר יותר גורם לריחוף גבוה יותר ולכן צריך להתאים את הלחץ והספיקה של העילוי, לסל"ד נמוך מן המקסימום כך שיהיה אפשר להגביר את הסל"ד כדי לאפשר לרחף מהר יותר (דבר אשר יגרום גם לריחוף גבוה יותר). בשיטה זו של חלוקה ממאוורר אחד יש יותר איבודי אנרגיה.

דחף (thrust)
כוח תגובה, אשר פועל על גוף בכיוון מסוים כאשר אותו גוף פולט ו/או מאיץ מסה בכיוון ההפוך. כוח הדחף נובע מסילון החומר הנפלט ואו מואץ והוא פועל בכיוון הפוך לכוון החומר הנפלט. כוח הדחף נובע ישירות מהחוק השני והשלישי של ניוטון:
החוק השני של ניוטון - הכוח המופעל על הגוף הוא מכפלת מסת הגוף בתאוצה שלו .ΣF=ma.
החוק השלישי של ניוטון - אם גוף א' מפעיל כוח על גוף ב' אז גוף ב' מפעיל כוח שווה בגודלו והפוך בכיוונו על גוף א'.

כדי להניע קדימה נוסו דרכים רבות כגון: גלגלים, הנעה על ידי פדלים, מנועי סילון, רקטות וכן הלאה אך הדרך שהוכחה כטובה ביותר היא בעזרת מדחף אוויר. קוטר המדחף, יותר מכל קריטריון אחר, משפיע על עוצמת הדחף הנוצר ובתאוריה ככל שהמדחף גדול יותר כך הוא יכול לעבוד לאט יותר על אותה כמות דחף וכך להיות יעיל יותר. מכיוון שקוטר המדחף מוגבל על ידי מידות הרחפת ומשקל משתמשים במדחף קטן יותר. החיסרון העיקרי של המדחף הוא הקושי בשמירת דחף אחיד בגלל כיווני הפגיעה השונים של הרוח. ולכן שמים אותו בבית דמוי צינור אשר מכריח את האוויר לבוא מכיוון אחד ולצאת מהשני.

כשהמדחף מסתובב הוא יוצר דחף אשר בחישובי כוחות מתייחסים אליו כ"קו דחף" אשר יוצא מטבור המאוורר. את קו הדחף צריך למקם כיוצא מהנקודה הקרובה ככל האפשר למרכז הכובד על מנת למנוע הפעלת מומנטים משתנים בזמן פעולת המדחף. ולכן אפשר במקום לשים מדחף אחד גדול (שקו הדחף בו יהיה גבוה יחסית) לשים שני מדחפים קטנים יותר שמהם קו הדחף יהיה נמוך יותר וכך ייצרו פחות מומנטים. שיטה זאת בעייתית יותר בגלל הקושי המכני של התיאום ביניהם.

הרחפת מונעת קדימה בדרך כלל בעזרת מדחף אשר מונע על ידי מנוע.

כאשר המדחף מסתובב נוצר אזור של לחץ נמוך בקדמתו (כמו האפקט הנוצר מעל לכנף מטוס ומעניקה לו את העילוי), דבר הגורם לרחפת "להישאב" קדימה.
כדי לגרום לרחפת לפנות ישנן שתי דרכים; שיטה אחת היא בעזרת מדפים מאחורי המדחף אשר נותנים לאוויר את הזווית הרצויה בעת פגיעתו במדחף, והשיטה השנייה היא הטיית כל המדחף כך שיימשך לכיוון הרצוי.

ההבדלים בין דרכים אלו הם שבשיטה הראשונה, אזור היניקה של המדחף נשאר לכיוון קדמת הרחפת דבר אשר משאיר את אזור הלחץ הנמוך באותו מקום ואילו בשיטה השנייה, שבה כל המאוורר מסתובב, אזור הלחץ הנמוך גם הוא מסתובב, דבר אשר יגרום לסיבוב חד יותר ו"זריקה" גבוהה יותר של הרחפת אל עבר חוץ הסיבוב.

הבדל נוסף בין השיטות הוא צורת הבנייה של כל מערכת המדחף; בשיטה הראשונה אפשר לקבע את המנוע והמדחף אל הגוף ואילו בשיטה השנייה, המנוע והמדחף צריכים להיות תלויים באוויר על ציר כלשהו.

שתי השיטות טובות ויעילות וכל אחד בוחר איזו שיטה מתאימה לו על פי יכולתו לבנות את המערכת ודרישותיו מן הרחפת.

גרר
צריך לשמור על לחץ בפלנום נמוך ככל האפשר ושככל שהרחפת ארוכה וצרה גרר המים יורד. כאשר סך כל ההתנגדויות שוות לדחף המקסימלי, זוהי המהירות המקסימלית של הרחפת.

עקרונות פעולת הרחפת

סוג הרחפת הפשוט ביותר היא הסוג שמשתמשים בו בתעשייה, להזזת מכונות כבדות. זוהי בעצם רחפת שטוחה בצורת עיגול או מלבן עם קירות (כמו צורת ארגז הפוך), שמוזרם אליה דרך צינור כמות אוויר בלחץ אשר מתגבר על כמות האוויר הבורח בחלקה התחתון של משטח הרחפת. רחפת זו מתאפיינת בדרך כלל באטם גומי בתחתיתה שעוזר להתגבר על פגמים במשטח עליו היא מחליקה. דוגמה: במידה וצריך להזיז מכונה שמשקלה 8000 ק"ג בעזרת 4 משטחי החלקה כלומר על כל משטח 2000 ק"ג עומס, נגיד ששטח כל משטח הוא 1 מטר רבוע וצורתו מרובע.
אז הלחץ הדרוש הוא מסת העומס כפול תאוצת הכבידה, חלקי שטח הכרית:

[ פסקל ] - לחץ דרוש – Pa

[ק"ג ] – משקל העומס – M

[ מטר/שנייה ² ] – תאוצת הכובד (9.81 על כדור הארץ) – g

[ מטר² ] – שטח המשטח – A

[ פסקל ] – לחץ הכרית - Pc

או במקרה שלנו: היקף משטח ההחלקה הוא מטר על מטר ולכן הוא 4 מטר בסה"כ ובמידה ואנחנו רוצים שהמשטח ירחף בגובה של 3 מ"מ (המרווח בין חלקו התחתון של משטח החלקה לבין הרצפה) אזי שטח בריחת האוויר הוא: .
על מנת לחשב את כמות האוויר הכוללת (הספיקה והלחץ) הנדרשים על מנת לגרום לריחוף המשטח, עלינו לקחת בחשבון מספר עקרונות בסיסיים של מכניקת הזורמים.

עבודת המאוורר בתנאים משובשים
רחפות הן כלי תחבורה וככלי תחבורה הן נעות כל הזמן דבר אשר משנה את ספיקת האוויר הדרושה והלחץ הדרוש בגלל תנועת הרחפת מעלה מטה. אפשר להבין את זה על ידי הפלת עצם במסה מסוימת מגובה מסוים על משקל. המשקל יראה ברגע הפגיעה משקל גבוה יותר מהאמיתי של אותו עצם מכיוון שלעצם תתווסף האנרגיה הפוטנציאלית של גובה הנפילה. ברחפת כל נפילה כזאת (אחרי מעבר מכשול) מעלה רגעית את לחץ האוויר בפלנום כאשר ברגע שלפני יש רגעית לחץ נמוך בפלנום.
מה שנוצר מתופעה זו הוא שינוי בנקודת העבודה של המאוורר, נקודת העבודה של המאוורר נעה לאורך קו הלחץ סטטי בזמן שהלחץ בפלנום משתנה, מה שגורם לשינוי בספיקת המאוורר. כשהלחץ עולה, הספיקה יורדת וזה הוא המצב הבעייתי יותר מבין שני המצבים האפשריים. נקודת העבודה נעה על אותו קו. במידה ועליית הלחץ קטנה יחסית, יתגבר המנוע על שינוי זה אך במידה והשינוי משמעותי, תרד נצילות המאוורר ותעלה צריכת ההספק מהמנוע. דבר זה יכול לנבוע גם ממשקל גבוה מהמצופה על הרחפת אך במקרים כאלה אפשר לעשות תיקון בסל"ד מנוע אשר יתגבר על הבעיה.

החצאית
החצאית הוא אחד החלקים החשובים ביותר ברחפת. תפקידה, ליצור את הפלנום (חלל האוויר הנוצר בתחתית הרחפת).
בהיעדר אותו פלנום, לחץ האוויר הפועל מטה ומוחזר חזרה אל תחתית הרחפת, לא יוחזר מעלה אלא "יברח" מהצדדים ויכריח את הרחפת להשתמש רק בכוח הדחף של מאוורר העילוי כדי לקבל את העילוי הנדרש להתגברות על כוח המשיכה.
עם השנים התפתחו שיטות שונות ליצירת הפלנום אשר השתנו עם הדרישה ליעילות גבוהה יותר ובהתאם לטכנולוגיה המתפתחת תמיד. בפרק זה ניתנים הסברים על החצאיות השונות. אומנם קיימים סוגי חצאיות נוספים, אך כאן הובאו הסוגים הבאים ולפי הסדר הבא בגלל חשיבותם להבנת התפתחות החצאית.

חצאית האוויר (air skirt)
חצאית האוויר היא סוג החצאית הראשון שהיה בשימוש. זהו בעצם וילון אוויר היוצא מהיקף הרחפת כלפי מטה ויוצר הפרדה בין הלחץ האטמוספירי שמחוץ לפלנום לבין הלחץ הנבנה בפלנום.
שיטה זאת הייתה יעילה רק לגובה ריחוף נמוך מאוד (מספר מילימטרים בודדים). אך לגובה רב יותר ספיקת האוויר הדרושה הייתה גבוהה מאוד ולא כלכלית.

חצאית מברשת (brush skirt)
בניסיונות הראשונים השתמשו בחצאית המברשת. צורה זו בנויה מחבילת סיבים אשר הוצמדו מסביב לגוף הרחפת ויצרו איזה שהיא חסימה חלקית על ההיקף. בחלק מהרחפות היה אפשר לשנות את גובה המברשת על ידי שליטה מתא הנהג. צורת חצאית זו הייתה יעילה יותר מחצאית האוויר אך עדיין לא הייתה אטומה מספיק.

חצאית קונוס (jupe)
חצאית הקונוס הומצאה בשנת 1959 על ידי המהנדס והממציא הצרפתי ג'ין ברטין.
חצאית הקונוס הנקראת גם חצאית "התא" בנויה מקונוס קטום הפוך, שמחובר בהיקף הרחפת והולך ומצר כלפי מטה. חצאית הקונוס לא נפוצה במיוחד אך הפשוטה ביותר. וכיום מוסיפים קונוסים קטנים בתחתית גוף הרחפת כדי לשפר את יציבותה.

חצאית בלון (bag skirt)
בלון מלא אוויר המקיף את הרחפת בתחתיתה. הלחץ בחצאית גבוה מן הלחץ שבפלנום דבר המשמר את צורת הבלון. הפרש לחצים זה מושג על ידי אחת משתי שיטות המוצגות להלן:

שיטת הזרימה המלאה אשר מזרימה את האוויר קודם כל לתוך החצאית ומשם בעזרת חורים בצידה הפנימי של החצאית עובר האוויר אל הפלנום. בעזרת בחירת מספר חורים וגודלם ניתן לקבוע את הפרש הלחצים שבין החצאית לפלנום.

שיטת הזרימה החלקית המזרימה בעזרת נחיר בעל שטח של 10% משטח מאוורר העילוי אוויר אל החצאית ועל ידי כך שומרת על לחץ גבוה. שיטה זו בעייתית יותר מכיוון שהחצאית צריכה להיות אטומה לגמרי ובמידה ונוצרו חורים בחומר החצאית לא ישמר הפרש הלחצים, מה שיגרום לפגיעה ביציבות.

חצאית הבלון היא חצאית יחסית קלה לעיצוב ולבניה אך נותנת נסיעה קשיחה יותר ועבירות פחות טובה מחצאית המקטעים, דבר התלוי גם ביחס הלחצים בין הלחץ בכרית ללחץ בפלנום.

כדי לעצב את חתך הרוחב של החצאית, צריך קודם כל להחליט על גובה החתך והוא צריך להיות בערך שמינית מרוחב הרחפת.
חתך הרוחב של החצאית בנוי משני רדיוסים, רדיוס פנימי (ir) ורדיוס חיצוני (or).
כדי לפשט את העניין ניתן לשער שנקודת המגע עם הקרקע היא בדיוק מתחת להיקפה החיצוני של גוף הרחפת ולכן הרדיוס החיצוני שווה למחצית המרחק בין הקרקע לנקודת הקיבוע לגוף הרחפת. למעשה נקודת המגע נמצאת קצת פנימה מקצה ההיקף החיצוני של הרחפת ולמען היציבות אסור שתהיה מחוץ להיקף.
על מנת למצוא את הרדיוס הפנימי (ir) צריך להכפיל את הרדיוס החיצוני (or) במקדם שנבחר מהטבלה הנ"ל על פי יחס הלחצים הדרוש יחס הלחצים תלוי ברמת היציבות הדרושה ככל שהיחס גדול יותר היציבות טובה יותר, אבל על חשבון ביצועים בשטח גלי ושחיקה מוגברת של החצאית בשטח משובש.

מתוך חישוב הרדיוס הפנימי אנו מקבלים את נקודת הקיבוע הפנימית של החצאית.
כאשר מחשבים כך את חתך הרוחב של החצאית מתקבלת חצאית מאוזנת גאומטרית ותקבל את הצורה הנכונה בזמן מילוי האוויר בתנאי שיחס הלחצים הוערך נכונה.

לקשת הקדמית של החצאית יש נטייה לרדת מטה ו"לחרוש" את האדמה ולכן בדרך כלל מתוכנן חתך הרוחב של אותה חצאית באשר החלק החיצוני יותר מכונס פנימה מאשר החלק הפנימי. צורה זו בעייתית ליצירה אך הכרחית ועושים זאת בזמן יצור החצאית. צידו הפנימי של חתך רוחב הקשת דומה ברדיוסו רדיוס הפנימי של שאר החצאית, אך הרדיוס החיצוני קטן יותר ונקודת המגע עם הקרקע נמצאת עכשיו בנקודה פנימית יותר מקצה גוף הרחפת. חיבורי הקשת אל החתך הרוחבי שבצידיה של הרחפת צריכים להיות מאחורי אותה נקודת מגע קדמית ואת זאת ניתן להשיג על ידי עיצוב נקודת העיגון של החצאית לגוף. אם הקשת הקדמית של החצאית היא ישרה עם פינות מרובעות בחיבור לחצאית של הצדדים, תהיה לחצאית נטייה להתנפח ולהתעגל. כדי להתגבר על בעיה זו צריך לעשות רדיוס פנימי גדול בצורה משמעותית מהרדיוס החיצוני דבר אשר יגרום למשיכה פנימה של החצאית. לתכנון החתך הזה לוקחים את הרדיוס המתקבל מגובה החצאית (כמו בתכנון חתך הרוחב, בערך 1/8 מרוחב הרחפת). את הרדיוס הזה מכפילים ב-0.85 ומקבלים את הרדיוס החיצוני של החתך, ובהכפלתו בפקטור מהטבלה הנ"ל מתקבל הרדיוס הפנימי.

חצאית הבלון דורשת מס' חורי הזנה בצידה הפנימי (הפונה לפלנום) כדי להעביר את האוויר מן החצאית אל הפלנום, אך לא עושים חורים בחלקה האחורי של הרחפת מכיוון שלחורים אלו יש נטייה לאסוף מים אל תוך החצאית. גודל חורים אלו משתנה בין כל רחפת אך נעים בקוטרם בין 7 ל-15 ס"מ כאשר שטח החורים הכולל צריך להיות כשליש משטח מאוורר העילוי אך מומלץ להתחיל עם חורים בעלי שטח של רבע מהשטח ובמידת הצורך ליצור חורים נוספים או להגדיל את הקיימים. שיטה זו עדיפה מכיוון שזה בלתי אפשרי לחשב את הפסדי הלחץ ועדיף יחס לחצים גבוה מדי מאשר נמוך מדי, מה גם שאפשר לתקן את היחס הגבוה אך ביחס נמוך מדי צריך לייצר חצאית חדשה.

לסיכום: חסרונותיה של חצאית זו הן: רוחב חצאית גדול, כמות חומר גדולה, ובלאי גבוה בתנאי שטח גסים.

חצאית מקטעים
חצאית המקטעים היא חצאית הבנויה מחלקים רבים המחוברים ביחד. שיטת בנייה זאת נקראת גם חצאית אצבע.
כל חלק יכול להתנפח ולהתרוקן מבלי לפגוע בלחץ הכולל של החצאית וכך נותן עבירות טובה יותר בשטח משובש. חצאית האצבע נקראת כך בגלל צורתה הדומה לצורת האצבע האנושית כאשר מקפלים אותה.

את אותם חלקים שונים מחברים אחד לשני ולאחר מכן לגוף לאחר שמקפלים אותם לצורת אקורדיון וכך יוצרים את מרחב הניפוח. כדי לשמר את גמישות החצאית, החיבור לגוף מתבצע בעזרת רצועה קשיחה כלשהי (לייסט) אשר מחברת את כל החצאית כמקטע אחד. גם את החיבורים שבין הצדדים לקדימה ולאחורה (הפינות) מחברים בעזרת רצועה שכזאת מבפנים ומבחוץ.
חצאית האצבע משמשת כקשת קדמית יעילה מאוד בגלל יעילות צורה זו במעבר פני שטח גסים ובמניעת רסס מים ואבק. בנוסף יתרון בולט של חצאית האצבע הוא התנגדות נמוכה יחסית על פני שטח גסים. וסגירה טובה מפני מבריחת הלחץ בפלנום, דבר המתבטא בצריכת אנרגיה נמוכה יותר מן המנוע. חצאית האצבע נותנת נסיעה רכה יותר ופחות קפיצית אך פחות יציבה מחצאית הבלון. חצאית האצבע נוטה להישחק יותר מחצאית הבלון אך מכיוון שהיא עשויה ממקטעים שונים קל יחסית לתקנה ואפשר פשוט להחליף קטע שלם כמובן שלפני זה אפשר פשוט לתפור טלאי על החלקים השחוקים.

סיכום חצאיות
לכל חצאית יתרונותיה וחסרונותיה כפי שניתן לראות בטבלה, עלינו לבחור את החצאית המתאימה לצרכינו. קיימים שילובים שונים של סוגי חצאיות כגון חצאית בלון ועליה אצבעות או חצאית בלון ועליה קונוסים וכדומה וכך ניתן לשלב בין יתרונות שונים של החצאיות.
השוואה בין סוגי חצאיות
  קונוס  אצבע  בלון מחיר  נמוך גבוה נמוך זמן בנייה  בינוני גבוה נמוך גרר מים שקטים  שווה שווה שווה גרר מים גועשים  גבוה מאוד נמוך גבוה גרר בבוץ נמוך נמוך גבוה גרר על דשא  בינוני-גבוה נמוך גבוה גרר על שלג  בינוני נמוך גבוה קלות תיקון  קשה קל קשה אורך חיים טוב בינוני טוב עמידות בינונית גרועה טובה יציבות  מצוינת גרועה טובה יכולת גלגל (בסיבובים) אין מצוינת קלה רסס הרבה מעט הרבה קלות חיבור לרחפת בינוני-קשה קל בינוני משקל החצאית נמוך בינוני נמוך ביצועים במהירות גבוהה בינוניים בינוניים טובים מראה סביר טוב טוב ביצועים כאשר נפגם גרועים טובים בינוניים מעבר מכשולים גרוע טוב גרועמורכבותבינוניתגבוההנמוכה

מבנה גוף הרחפת
ישנם דרכים רבות לבנות את גוף הרחפת כאשר כל הדרכים שאפשר לחשוב עליהם נכונות כל עוד המבנה מספיק חזק לעמוד בעומסים שפועלים עליו, כאשר המבנה צריך להיות קל משקל ככל האפשר. בתחילה כל הרחפות היו בנויות מעץ ועדיין יש שימוש בחלקים מסוימים של הרחפת בעץ אך כיום הן בנויות (הרחפות הקטנות בעיקר) מסיבי זכוכית או פלסטיק ואלומיניום, אשר קלים מעץ אך בעלי חוזק גבוה מספיק. כדי לעשות אותן קלות יחסית ושיצופו על המים את מילוי הגוף עושים בעזרת חומר פלסטי מוקצף. את החיבורים בעץ עושים בעזרת דבק ומסמרים, ובאלומיניום באמצעות ריתוך. את גוף הרחפת צריך לבנות מחומר צף על מנת שאם תהיה תקלה כלשהי כאשר אתה מרחף מעל מים, הרחפת לא תשקע. כמו כן החומרים צריכים להיות עמידים במים.
צורת הגוף צריכה להיות אווירו-דינמית כדי להקטין למינימום את התנגדות האוויר. את המנועים צריך למקם בצורה מאוזנת ככל האפשר מבחינת רוחב הרחפת ובציר האורכי, צריך להיות איזון כולל של כל העומסים כולל המנוע והמטען האנושי הרגשי. תושבות המנוע צריכות לשכך ככל האפשר את הרעידות של המנוע ונקודות חיבור התושבות לגוף הרחפת צריכות להיות מחוזקות עוד בשלב בניית הגוף.

מנועים
מעולם לא פותחו מנועים במיוחד לרחפות ולכן תמיד משתמשים במנועים שפותחו למטרות אחרות כגון מנוע של אופנוע שלג או של טרקטורון מעופף. מסיבה זו בחירת המנוע תמיד הייתה בעיה גדולה בדרך לבנות רחפת זולה ואמינה עם ביצועים סבירים.

מנוע 2 פעימות הוא מנוע אשר מתאים מאוד לרחפות קטנות, בעיקר בגלל יחס הכוח למשקל שלו. חסרונותיו העיקריים הן הרעידות החזקות שהוא יוצר, צריכת דלק גבוהה והאמינות הנמוכה שלו.

יתרונותיו של מנוע 4 פעימות מכסות את כל חסרונותיו של מנוע ה-2 פעימות הוא רועד פחות מרעיש פחות חסכוני בדלק ואמין הרבה יותר. אך כבד ומסורבל.

בשנים האחרונות התחילו גם להשתמש במנועי דיזל ברחפות אשר מספק הספק טוב גם בסל"ד נמוך, אמינותו גבוהה מאוד ואין לו בעיה לעבוד במשך הרבה זמן. כמו כן הוא מייצר פחות רעש וצריכת הדלק גם כן נמוכה יותר. חסרונו העיקרי הוא משקלו העצום ולכן משתמשים בו ברחפות בינוניות או גדולות.

קישורים חיצוניים




הערות שוליים

קטגוריה:טכנולוגיה תחבורתית