Самый безопасный полет

“В воде нашли только одну ногу, с ботинком в камуфляже. Так и похоронили”, - вспоминают очевидцы крушения экраноплана “Орлёнок” на Каспии в 1992 году. В процессе выполнения 2-го разворота, при движении на “экране” на высоте 4 метра и скорости 370 км/ч, произошел “клевок”, начались продольные колебания с изменениями по высоте. В процессе удара о воду экраноплан разрушился. Выживших членов экипажа эвакуировал гражданский сухогруз.

Аналогичным образом завершил свою карьеру “Каспийский монстр”, разбившись вдребезги в 1980 году.

“Каспийский монстр” повторил судьбу своего предшественника - экраноплана СМ-5 (копия 100-метрового КМ в масштабе 1:4), погибшего в 1964 году. “Его резко качнуло и приподняло. Пилоты включили форсаж для набора высоты, аппарат оторвался от экрана и потерял устойчивость, экипаж погиб”.

Еще один “Орленок” был потерян в 1972 г. От удара о воду у него отвалилась вся корма вместе с килем, горизонтальным оперением и маршевым двигателем НК-12МК. Однако пилоты не растерялись, и, увеличив обороты носовых взлетно-посадочных двигателей, не дали экранолету погрузиться в воду и довели машину до берега.

Описанный случай выдается за образец высокой живучести и безопасности экранопланов. Но вопрос можно сформулировать иначе: покажите корабль или самолет, который способен одним неловким движением штурвала оторвать себе корму.

Очередное крушение экраноплана в августе 2015 года

Смертельная опасность заложена в самой идее полета на экране. Нарушается базовый принцип ЛА: чем дальше от поверхности - тем безопаснее. В результате у пилотов при возникновении нештатной ситуации не хватает времени на то, чтобы выровнять машину и принять какие-либо меры.

В эпизоде с ногой в ботинке экипажу “Орленка” еще "фортануло": их скорость не превышала 370 км/ч. Если бы подобное произошло на скорости 500-600 км/ч (именно такие цифры указывают в ТТХ экранопланов), в живых бы не остался никто.

ЭКП становится полностью неуправляем на высоких скоростях. У него нет контакта с водой, и он не может, подобно самолету, накренить крыло: в нескольких метрах под ним вода. Обычно мягкая и податливая, на скорости 500-600 км/ч она становится подобна камню. Плотность сред различается в 800 раз. Какова должна быть прочность конструкции экраноплана (и его вес!), чтобы выдержать такое “касание”? И что делать, если прямо курсу неожиданно возник корабль или др. препятствие?

Я уже не говорю о полетах надо льдами или тундрой. Попробуйте “зацепить" крылом грунт на скорости 370 км/ч.

Самый экономичный

Экраноплан “Орленок” имел в три раза больший расход топлива, чем аналогичный по грузоподъемности Ан-12, созданный за четверть века до “алексеевского чуда”.

Конструкция “Орленка” была тяжелее на 85 тонн (сухая масса 120 против 35 тонн у транспортного самолета). Трехкратный перерасход материалов. Указанная разница (85 т) слишком велика, чтобы списывать её на несовершенство материалов и технологий. Детище Ростислава Алексеева нарушило законы природы. Летательный аппарат должен иметь максимально легкую конструкцию. Корабль должен быть прочным (а следовательно, тяжелым) для безопасного хождения по волнам. Совместить эти два требования в одной машине оказалось невозможным.

Самолеты стремительно летят сквозь разреженные слои атмосферы. ЭКП тащится у самой воды, там, где атмосферная плотность достигает максимальных значений. Монструозный облик ЭКП, увешанного гирляндами двигателей, также не способствует снижению встречного сопротивления воздуха. Часть двигателей отключается в полете и выполняют роль бесполезного балласта.

Отсюда и результаты. По дальности полета экранопланы в три и более раз уступают самолетам при той же полезной нагрузке. При том, что самолеты способны летать в любую точку мира, вне зависимости от подстилающего рельефа.

ЭКП не нужен аэродром, но каждому требуется 100-метровый сухой док для стоянки, осмотра и ремонта. А также обслуживание гирлянды из нескольких реактивных двигателей, страдающих от постоянного попадания на компрессор водяных брызг и неизбежных отложений морской соли.

Экранолет

Да черта с два! “Орленок” не имел даже барометрического высотомера. Весь комплекс его навигационно-пилотажных приборов был рассчитан на полет в нескольких метрах от поверхности.

Никакие высотные испытания никогда не проводились. Желающих-самоубийц сесть за штурвал не нашлось - слишком мала площадь крыла для такой тяжелой машины. Оторваться от экрана - означало потерять контроль над машиной, что и было “успешно” продемонстрировано во время крушений обоих “Орлят”.

Грузоподъемность

Грузоподъемность самых тяжелых экранопланов КБ Алексеева составляла 0,1% от дедвейта океанского линейного контейнеровоза. И по своему значению уступает даже самолетам транспортной авиации.

Грузоподъемность транспортно-десантного ЭКП “Орленок” была в три раза меньше, чем у военно-транспортного самолета Ан-22 “Антей”, совершившего первый полет в 1966 году.

Пусть вас не смущает рекорд “Каспийского монстра”: 544 тонны - это его взлетная масса, из которых на полезную нагрузку приходилось всего около ста тонн. Остальное - вес фюзеляжа и “гирлянды” из десяти реактивных двигателей, снятых с эскадрильи бомбардировщиков Ту-22.

“Лунь” таскал неплохой балласт из восьми двигателей от аэробусов Ил-86.

“Орленок” оказался тоже непрост. Его хвостовой НК-12 имел сравнимую мощность с четырьмя двигателями самолета Ан-12. Но это еще не все. Помимо НК-12 от стратегического бомбардировщика Ту-95, в носовой части машины скрывались два двигателя от реактивного Ту-154.

Стоит ли говорить, что по показателю "полезная нагрузка" экраноплан соответствовал древнему Ан-12? Те, кто создавал такой аппарат, одержали победу техники над здравым смыслам.

Вопрос - ради чего?

ЭКП все равно был в два раза медленнее обычных транспортных самолетов. Уже не говоря о сверхзвуковых бомбардировщиках-ракетоносцах.

Малозаметность

Если радары различают плавающие на поверхности мины, буйки, перископы и выдвижные устройства подлодок, то каким образом должен стать невидимым 380-тонный “Лунь”, с размахом крыла 44 метра и высотой киля с пятиэтажный дом?!

Аналогичное касается теплового и гидроакустического фона этого монстра.

При обнаружении из космоса главным демаскирующим фактором является не сам морской объект, а его кильватерный след. Каков он у экраноплана “Лунь”, если размах его крыла превышает по ширине полетную палубу вертолетоносца “Мистраль”?!

А мощь воздействия реактивных струй на поверхность воды и вызванные ими возмущения хорошо заметны на следующем видео:

Ракетоносец

Стартовый двигатель ПКР “Москит” сжигает тонну пороха за 3 секунды. От этого у носителя могут возникнуть проблемы.

Эсминец слишком велик, чтобы обращать внимания на такие мелочи. При возвращении в базу салаги счистят слой сажи и покрасят борта свежей краской. Но что будет с летящим над водой экранопланом? Попадание пороховых газов на двигательную “гирлянду” ведет к очевидным последствиям:

А) Риску возникновения помпажа и последующего крушения летательного аппарата.

Б) Повреждению двигателей.

Плюс непременные повреждения конструкции фюзеляжа огненным факелом стартового ускорителя.

У боевой авиации этой проблемы нет. Управляемые ракеты сперва отделяются от узлов подвески. Их двигатели запускаются через секунду свободного падения, на расстоянии в пару десятков метров от носителя.

Самым тяжелым из боеприпасов, запускаемых непосредственно с подвески, была отечественная неуправляемая ракета С-24 массой 235 кг (т.н. “карандаш”). Летавшие в Афгане пилоты вспоминали, что получить помпаж и остановку двигателей после пуска С-24 было проще простого. Не считая очевидных сложностей с балансировкой и стабилизацией полета ЛА после отделения мощной тяжелой ракеты. Оттого, допуск на применение “карандашей” имели только самые опытные экипажи.

На полигоне «Песчаная Балка» в поселке Черноморск был установлен макет экраноплана проекта “Лунь”. 5 октября и 21 декабря 1984 г. было проведено два пуска макетов «Москита», оснащенных только стартовыми двигателями. Первый пуск произвели из правого контейнера носовой пары пусковых установок, а второй пуск - из левого контейнера хвостовой пары пусковых установок.

После первого пуска оказались поврежденными 9 плиток, после второго - 2. На Каспии провели два пуска ракет ЗМ-80. Мишенью служил БКЩ проекта 436 бис. Первый пуск был неудачный из-за ошибок экипажа. В ходе второго пуска произвели двухракетный залп (с интервалом 5 сек). Пуск был засчитан как успешный.

Эпилог

По совокупности показателей НАГРУЗКА х СКОРОСТЬ х СТОИМОСТЬ ДОСТАВКИ х БЕЗОПАСНОСТЬ х СКРЫТНОСТЬ экранопланы не имеют никаких преимуществ перед существующими транспортными средствами. Наоборот, они проигрывают абсолютно по всем параметрам обычным самолетам. Превосходя по скорости корабли, экранопланы им уступают в 1000 раз про грузоподъемности и как минимум в 10-15 раз по дальности плавания. Ввиду чего не способны даже частично взять на себя задачи морского транспорта. Боевого радиуса “Луня” недостаточно даже для действий в Черном море, не говоря о преследовании авианосцев в Атлантике.

Применение ЭКП бесперспективно даже при решении узкого круга задач, традиционно упоминаемых фанатами этого вида техники. Если бы всерьез захотели создать средство для оказания экстренной помощи экипажам терпящих бедствие кораблей, выбор пал на вертикально взлетающие самолеты-амфибии (такие, как советский проект противолодочного самолета ВВА-14). Вдвое большая скорость, вдвое меньшее время реакции, чем у экраноплана. При этом за счет вертикального взлета и посадки такая амфибия могла применяться в открытом океане, при волнении 4-5 баллов. Вот вам и весь “Спасатель”.

Как показала практика, даже такое средство посчитали избыточным. В реальности проще отправить к месту крушения проходящие вблизи суда и произвести разведку квадрата с помощью самолетов и вертолетов береговой охраны. Несмотря на относительно низкую скорость (~200 км/ч), вертолеты могут с высоты внимательно рассмотреть поверхность, обнаружив и сняв людей с дрейфующего спасательного плота.

Те, кто ратует за строительство этих убоищ, просто стараются не замечать в упор реальные факты об эксплуатации экранопланов. После сравнения параметров “Луней” и “Орлят” с обычными самолетами не остается никаких сомнений в бесполезности этого вида техники. Многократное отставание по всем летно-техническим характеристикам, экономичности и полезной нагрузки, усугубленное сложностью эксплуатации и отсутствием всякой необходимости в 500-тонных машинах, летающих над самой водой при помощи “гирлянд” из десяти авиационных двигателей.

Все знают, что такое самолет, и что такое корабль. Но что получится, если объединить эти два объекта? Летучий корабль, или плавучий самолёт? Оказывается, учёные уже давно изобрели такой "гибрид", и имя ему - экраноплан.

Экраноплан - что это?

Википедия в своём строгом стиле даёт определение экраноплана: это скоростное транспортное средство, летающее на небольшой высоте и способное приземлиться на поверхность воды. От самолёта его отличает необходимость оставаться над гладкой поверхностью, в качестве которой подходит вода, снег, лёд, или, на худой конец, земля. От корабля - способность летать. Тем не менее, примечательно, что относится это чудо техники именно к морским судам.

Физика полёта экраноплана

Для удержания транспорта в воздухе необходима подъемная сила. В случае с экранопланом, её генерирует так называемый экранный эффект. По сути он является воздушной подушкой, которая образуется благодаря набегающему на крыло потоку воздуха, а не механическими устройствами, как например в . Крыло экраноплана создаёт подъёмную силу не только за счёт разрежения воздуха сверху, как у самолёта, но и за счёт его уплотнения снизу. Беда в том, что создать повышенное давление под плоскостью крыла получается только на небольших высотах. В этом и есть ограничение использования экранопланов.

Достоинства и недостатки экранопланов

К достоинствам этого вида транспорта можно отнести:

• безопасность: малая высота полёта и возможность сесть на поверхность, над которой осуществляется полёт, сводит на нет возможные авиакатастрофы из-за поломок,
• высокая скорость - до 600 км/ч. что значительно быстрее любых судов,
• высокие экономичность и грузоподъёмность, значительно выше чем у самолётов,
• для взлёта и посадки экранопланам не нужна взлётная полоса.

При всех имеющихся достоинствах, экранопланы не лишены некоторых недостатков:

• территория их полётов вдоль рек совпадает с зонами обитания птиц,
• низкая маневренность,
• необходимость летать невысоко над относительно гладкой поверхностью,
• процедура старта требует больших затрат энергии.

Использование экранопланов в современном мире

Разные страны мира ведут исследования и опытные разработки по усовершенствованию конструкции экранопланов и избавлению их от недостатков. Так, например, США в 2003 году представило проект военного экранолёта Pelican, способный перевозить до 1400 тонн груза на расстояние в 16 тысяч километров. Китайская компания Hainan Yingge Wing провела на побережье острова Хайнань лётные испытания аппаратов CYG-11, собранных по российским чертежам (проект "Иволга"). Южная Корея в сентябре 2007 года объявила о строительнстве крупного коммерческого экраноплана, который должен быть способер перевозить 100 тонн груза со скоростью до 300 км/ч. К сожалению, новостей об этой разработке более не поступало.

В России КБ "Сухой" в 2000 году продемонстрировал небольшой коммерческий экранолёт С-90, способный переносить 4 тонны груза более чем на 3 километра. Кроме того, существует несколько проектов экранопланов, разрабатываемых российскими организациями для гражданского и военного применения.

Где можно увидеть экраноплан вживую?

В 2012 году в Москве, у берега водохранилища близ парка "Северное Тушино" можно было обнаружить экраноплан "Орлёнок" проекта А-90. Стоит ли он там до сих пор - не известно.

Не случайно создание принципиально новых типов судов почти всегда связывают с малым судостроением. Именно на небольших, сравнительно недорогих лодках и катерах удобно проводить эксперименты, причем высокие скорости достигаются при умеренной мощности механической установки. Глиссирующие катера, катамараны, суда на подводных крыльях и воздушной подушке, - все они начинались с малых судов.

Примечательно, что достигнутые успехи получали затем быстрейшее развитие на более крупных судах, дающих больший экономический эффект. Возможно, так будет и с парящими судами - экранопланами, хотя в настоящее время (в стадии экспериментов) их размеры и грузоподъемность невелики. Сейчас трудно говорить о перспективах внедрения экранопланов, но вероятные области их применения можно связать с высокими скоростями и. проходимостью этих аппаратов. Вероятно, будут созданы быстроходные патрульные экранопланы для обширных заболоченных или заросших тростником устьев рек, возможно ими заинтересуются и спортсмены.

С основными принципами конструкции и движения экранопланов, их достоинствами и недостатками, по сравнению с судами других типов, знакомит читателей статья кандидата технических наук Н. И. Белавина.

Уже более ста лет инженеры-кораблестроители, борясь за скорость, стремятся «вытащить судно из воды», поднять его в воздух - среду в 840 раз менее плотную, чем вода. Глиссирование, подводные крылья, воздушная подушка, - таковы ступени развития этой идеи, последнюю из которых занимают экранопланы, т. е. аппараты, использующие при движении эффект повышения давления воздуха под крылом вблизи водной поверхности - экрана. Кстати, экранирующей. поверхностью может быть и земля, поэтому экранопланы, как и суда на воздушной подушке, являются амфибиями: они способны выходить на сушу, преодолевать заболоченные участки, парить над замерзшими водоемами и т. д.

Построенные в настоящее время экранопланы (табл. 1) еще далеки от совершенства. Их сравнительно низкие энерговооруженность и аэродинамические характеристики обеспечивают скорость в пределах 80-150 км/час. Однако специалисты пришли к выводу, что технически вполне осуществимо повышение скорости экранопланов до 350 и более км/час.

Для сравнения возможностей экранопланов и скоростных аппаратов уже привычных нам типов используется такой наглядный показатель как аэрогидродинамическое качество K, представляющее собой отношение подъемной (полезной) силы аппарата к величине сопротивления среды (воды, воздуха) его движению. Напомнйм, что от величины К зависит необходимая для движения с заданной скоростью мощность, а следовательно, и вес энергетической установки и, что еще более важно, расход топлива .

Для глиссеров со скоростями движения 60-80 км/час гидродинамическое качество К=6÷8, для судов на подводных коыльях с близкими скоростями К=10÷12, для судов на воздушной подушке К=12÷16 (с учетом поддува 4-5), а для самолетов аэродинамическое качество K=16÷17. Для существующих экранопланов значения А составляют 19-25, а это значит, например, что для движения с одинаковой скоростью экраноплаиу требуется втрое меньшая мощность, чем глиссеру.

Дело теперь за тем, чтобы практически реализовать это теоретически бесспорное преимущество. Вероятно, пройдет еще немного времени и над нашими реками и озерами появятся летающие катера - экранопланы. И мы не будем удивляться им, как не удивляет нас вид проносящихся мимо судов на крыльях или, тем более, пролетающих самолетов.

Из истории экранопланов

По-видимому, первый из них был создан финским инженером Т. Каарио. Зимой 1932 г. над замерзшей поверхностью озера он испытал экраноплан, буксируемый аэросанями. Позднее, в 1935-1936 гг. Каарио построил усовершенствованный аппарат, уже оборудованный двигателем с воздушным винтом, а в дальнейшем постоянно совершенствовал конструкцию своих экранопланов; последнюю модификацию - «Аэросани № 8» - он испытывал в 1960-1962 гг. (рис. 1).

В 1939 г. американец Д. Уорнер, занимавшийся экспериментами по снижению сопротивления быстроходных катеров, разработал проект катера, оборудованного системой несущих крыльев (рис. 2). Для облегчения выхода на расчетный режим околоэкранного полета предполагалось оборудовать этот аппарат системой поддува с двумя мощными вентиляторами.

В 40-х годах обширные эксперименты выполнялись в Швеции под руководством И. Троенга. Были построены два экраноплана по схеме «летающее крыло» (рис. 3), т. е. катамараны с несущим крылом.

В послевоенные годы работы по созданию экранопланов развернулись в США. Начиная с 1958 г. известным авиаконструктором У. Бертельсоном были построены и испытаны три аппарата. Это «Аркоптеры» «GEM-1» (рис. 4), «GEM-2», «GEM-З», выполненные примерно по одной и той же схеме, но имеющие разную величину. Двухместный экраноплан - «летающее крыло» (рис. 5) с толкающим воздушным винтом построил Н. Дискинсон. Американская фирма «Локхид» провела испытания трех аппаратов, последний из которых («летающая лодка») показан на рис. 6.

Самоходная пилотируемая модель 1000-тонного трансконтинентального пассажирского экранопла-на «Большой Вейландкрафт» была построена по проекту X. Вейланда (рис. 7). Это - четырехтонный катамаран с двумя несущими крыльями, расположенными одно за другим (типа тандем). Во время первых летных испытаний модель разбилась.

Экраноплан «Аэрофойлбот Х-112», спроектированный А. Липпишем, построен по чисто самолетной схеме и напоминает гидросамолет (рис. 8).

В Японии созданием экранопланов успешно занимается фирма «Кавасаки». Построенный ею аппарат «KAG-З» (рис. 9) представляет собой катамаран с несущим крылом и мощным подвесным мотором. Более подробное его описание приведено в следующей статье.

В нашей стране еще в начале 30-х годов очень интересный проект двухмоторного транспортного экраноплана был разработан авиаконструктором П. И. Гроховским. В 1963 г. студентами ОИИМФ под руководством Ю. А. Будницкого построен выполненный по схеме «летающее крыло» одноместный экраноплан с двумя мотоциклетными двигателями (рис. 10).

Аэродинамика экраноплана

Положение крыла над экраном характеризуется относительной высотой:

где h - высота задней кромки крыла над экраном, а b - хорда крыла. Установлено, что влияние экрана на работу крыла начинает сказываться при h
Благодаря близости экрана уменьшается и лобовое сопротивление крыла, главным образом, за счет снижения его индуктивного сопротивления (рис. 13). Напомним, что причиной индуктивного сопротивления являются вихри, возникающие на концах крыла вследствие перетекания воздуха из-под нижней плоскости (зона повышенного давления) на верхнюю (зона разрежения). Сопротивление профиля, обусловленное силами давления и трения, с приближением крыла к экрану изменяется сравнительно мало.

С приближением крыла к экрану качество К может увеличиться в 1,5-2 и более раз по сравнению с его значением для данного же крыла, но на большой высоте; одновременно можно заметить, что при этом максимальные значения К достигаются при меньших углах атаки. Естественно, что К вблизи экрана, как и на большой высоте, сильно зависит от характеристик самого крыла. Отметим, что применяющиеся на экранопланах профили крыла по своим основным характеристикам различаются мало. На эк-раноплане «ОИИМФ-2» применен профиль с относительной толщиной С=10÷12%.

При расчете площади крыла определяющей величиной является удельная нагрузка на единицу его площади. Для существующих экранопланов величина эта сравнительно невелика (35-50 кг/м 2), что объясняется стремлением ограничить мощность двигателя экспериментального аппарата.

Устройства для повышения качестве крыла

Для повышения летных и особенно взлетно-посадочных характеристик экранопланов их крылья оборудуют (рис. 14) щитками, закрылками, заслонками, концевыми шайбами. Применяются поворачивающиеся крылья.

Напомним, что отклонение щитков и закрылков обеспечивает увеличение подъемной силы крыла, главным образом, благодаря повышению вогнутости его Профиля. Концевые шайбы уменьшают перетекание воздуха через оконечности крыльев, а вблизи экрана обеспечивают образование под крылом полузамкнутого контура с зоной повышенного давления. На экранопланах обычно применяются односторонние шайбы, расположенные только с нижней стороны крыла.

Особенности аэрогидродинамической компоновки

Существуют две схемы компоновки экранопланов: «летающее крыло» и самолетная.

Первая характеризуется тем, что несущее крыло опирается концами на два поплавка, которые одновременно выполняют роль концевых шайб. Достоинствами этой схемы являются высокое аэродинамическое качество (благодаря отсутствию развитого корпуса и надстроек) и возможность использования объемов самого крыла для размещения грузов, основным недостатком - сложность решения проблемы устойчивости и мореходности (особенно для малых аппаратов).

В самолетной схеме из-за малого удлинения крыла λ сравнительно сильно сказывается влияние корпуса (фюзеляжа) аппарата, снижающее качество. Тем не менее, крылья малого удлинения установлены на большинстве современных экранопланов (исключение представляет модель X. Вейланда), так как с увеличением λ=l/b существенно ухудшаются мореходные и эксплуатационные качества аппарата, например, появляется опасность касания концом крыла гребня волны. При заданной площади крыла необходимое значение К можно обеспечить за счет уменьшения h, что требует, как известно, при заданной высоте полета увеличения хорды крыла, т. е. соответствующего уменьшения λ.

Устойчивость

Экраноплан, как и самолет, должен обладать способностью сохранять заданный режим полета и самостоятельно (без вмешательства пилота) возвращаться к нему после, например, порыва ветра. При движении аппарата продольная устойчивость в значительной степени обусловлена взаимным расположением его центра тяжести ЦТ и аэродинамического фокуса F (рис. 15), т. е. точки, относительно которой момент полной аэродинамической силы крыла не зависит от угла атаки при постоянной скорости полета. Если ЦТ самолета расположен впереди фокуса, аппарат обладает статической продольной устойчивостью (по перегрузке). Для экранопланов проблема устойчивости значительно сложнее, так как положение фокуса крыла экраноплана зависит не только от угла атаки, но и от h.

Продувками моделей установлено, что обычно применяемые крылья не обладают продольной устойчивостью, поэтому все современные экранопланы (как и самолеты) приходится оборудовать стабилизаторами или другими устройствами, смещающими их F в хвост аппарата (тем самым увеличивается расстояние между ЦТ и F). Наиболее успешно проблема продольной устойчивости решена на аппарате «Х-112», на котором она обеспечивается, главным образом, высоко установленным на вертикальном оперении, за пределами влияния экрана, развитым стабилизатором.

Что же касается поперечной устойчивости экранопланов, то она практически всегда будет обеспечена: в случае накренения аппарата на консоли крыла, приближающегося к экрану, возрастает подъемная сила и появляется восстанавливающий момент.

Путевая (курсовая) устойчивость обеспечивается примерно теми же способами, которые приняты в авиации, т. е. соответствующим выбором площади вертикального оперения (воздушного киля) и его положения относительно ЦТ экраноплана. При этом, естественно, существенную роль играет общая компоновка аппарата, в частности, положение точки приложения тяги винта.

Управляемость

Для управления по курсу чаще всего ставят один или два воздушных руля, для повышения эффективности обычно располагаемых в струе воздушного винта. В случае применения гребного винта используется обычный водяной руль либо подвесной мотор.

Известную сложность представляет свойственный экранопланам сильный дрейф на циркуляции; ведь у них нет ни погруженной в воду части корпуса, ни стоек подводных крыльев. Возможности выполнения крутых виражей со скольжением несущего крыла ограничены опасной близостью поверхности воды или Земли.

Для управляемости в продольной плоскости практически все экранопланы, включая и аппараты с гребным винтом, оборудуются рулем высоты или закрылком. Эти же устройства используются при старте экраноплана и для балансировки его на выбранном режиме полета.

Управляемость аппаратов в поперечной плоскости, т. е. по крену, необходимая для противодействия кренящим моментам и выполнения виражей, осуществляется при помощи элеронов, элевонов (т, е. тех же элеронов, но выполняющих одновременно и функции рулей высоты) или зависающих элеронов (т. е. элеронов, могущих работать и в режиме закрылков). Площадь этих дополнительных плоскостей довольно велика, так как скорость движения экраноплана все же значительно меньше, чем скорость самолета. Так, суммарная площадь V-образного хвостового оперения на «KAG-З» составляет 3,2 м 2 или около 35% площади несущего крыла.

Двигатели и движители

Мощность двигателей экранопланов, как правило, сравнительно невелика: отнесенная к полному весу экраноплана она колеблется от 80 до 160 л. с./т.

Большинство современных экранопланов приводится в движение воздушным винтом. Достоинства его очевидны: это возможность достижения больших скоростей и обеспечения амфибийных качеств аппарата.

Реже используется гребной винт, работающий в воде. Его положительными сторонами являются сравнительно небольшие размеры и незначительная шумность, а самое главное - более высокий к. п. д. на скоростях до 100-120 км/час. Так, на швартовах удельный упор, развиваемый воздушными винтами, колеблется в пределах 2-3 кг/л. с., а у гребных достигает 4-5 кг/л. с.

Стартовые устройства

Для выхода на основной режим движения экраноплану, как и гидросамолету или судну на подводных крыльях, необходимо развить скорость, при которой подъемная сила крыльев станет равной весу аппарата и оторвет его от воды. Испытаниями моделей установлено, что максимальное сопротивление движению («горб» на кривой сопротивления) возникает на скоростях, составляющих 40-60% от скорости отрыва.

Из рис. 16 видно, что горб полного сопротивления R возникает вследствие роста его гидродинамической составляющей W при повышении скорости на режиме плавания. Именно горбу сопротивления при критической скорости υ кр и соответствует минимальное значение аэрогидродинамического качества К экраноплана. Если максимальная тяга движителя недостаточна (кривая 1), экраноплан не сможет преодолеть горб сопротивления и будет продолжать глиссировать со скоростью, соответствующей точке α.

Насколько резко меняется сопротивление при разбеге видно, например, из кривой сопротивления экраноплана «Х-112» (рис. 17). При выходе на расчетный режим R упало с 25-35 до 10 кг, а гидродинамическое качество К (при весе D=231 кг) увеличилось с 7,7 до 23.

Для преодоления горба сопротивления при разбеге и выходе на расчетный режим было бы необходимо кратковременно повышать мощность двигателя в 2,5-3,5 раза по сравнению с той, которая необходима для полета. На практике повышения подъемной силы, выталкивающей корпус из воды в момент разгона, достигают применением каких-либо стартовых устройств: закрылков, предкрылков, поворотных крыльев, гидролыж, систем поддува.

На «Аэросанях № 8», например, это - два небольших поворотных крыла, установленных между боковыми шайбами в струе воздушного винта. В момент разбега среднее крыло при помощи ручного привода устанавливается так, что отбрасываемая винтом воздушная струя направляется под основное несущее крыло. В результате в полузамкнутом объеме под несущим крылом, огражденном с боков поплавками-шайбами, а в хвостовой части опущенными закрылками, образуется воздушная подушка с повышенным давлением. Таким образом, даже при отсутствии поступательного движения на крыле развивается значительная подъемная сила, приподнимающая аппарат из воды.

Стартовое устройство в виде гидролыж, т. е. подводных крыльев Еесьма малого удлинения (λ=0,1÷0,2 и менее), до настоящего времени было применено лишь на экраноплане X. Вейланда. Считается, что их достоинствами являются довольно высокое гидродинамическое качество (К=5÷6), возможность снижения перегрузок аппарата при движении на волнении и простота.

Стартовое устройство в виде специальной системы поддува, состоящей из двух вентиляторов с газотурбинным приводом, предусмотрено лишь на экраноплане «Коламбиа».

Стартовые устройства могут применяться также и для снижения перегрузок при посадке, особенно в сложных гидрометеорологических условиях.

Конструкция корпуса

По конструкции корпуса, поплавков, крыльев и других элементов современные экранопланы во многом напоминают самолет. Большинство аппаратов выполнено из легких, главным образом алюминиевых, сплавов, причем толщины обшивки и профилей набора (например, у экраноплана ОИИМФ) находятся в пределах 0,5-2,0 мм.

Несколько отличаются от других аппараты У. Бертельсона, на которых применена ферменная конструкция из легких стальных труб с дюралевой обшивкой. Оригинальна конструкция экраноплана Н. Дискинсона: несущее крыло и поплавки выполнены из сплошных брусков пенопласта, стянутых тонким стальным тросом.

Все в больших масштабах применяются и новые конструкционные материалы. Например, часть обшивки «KAG-З» изготовлена из стеклопластика.

1. Основы теории крыла читатель найдет в статье Э. А. Афрамеева и В. В. Вейнберга, помещенной . Здесь напомним выражение, связывающее мощность N p и основные расчетные характеристики аппарата:

где G - его вес, υ - заданная скорость.

2. При повышении скоростей до 140-150 км/час значение К из-за кавитации крыльев падает до 5-6, в то время как для экранопланов оно сохраняется без изменений. Это делает вывод в пользу экранопланов еще более очевидным.

Экранопланы, или экранолеты, - летательные аппараты, высота полета которых лежит в пределах ширины (хорды) крыла.

Можно предложить такое упрощенное объяснение принципа полета экраноплана. При полете на малой высоте возмущение воздушного потока, распространяющееся от поверхности крыла, достигает поверхности воды или земли. Далее происходит отражение и обратное движение. Если отраженная волна возмущения достигнет крыла, то давление в этой области возрастет, что приведет к увеличению подъемной силы. Под крылом создается как бы «динамическая» воздушная подушка. Так как скорость передачи возмущения в воздухе равна скорости звука, то «эффект экрана» будет проявляться на высотах H = ba /2V , где Н - высота полета, b - хорда крыла, a - скорость звука, V - скорость движения аппарата.

Можно утверждать, что идея создания экраноплана была заимствована у природы. Наблюдения позволили установить, что летучие рыбы при своем полете используют экранный эффект.

Испытатели столкнулись с эффектом влияния подстилающей поверхности «экрана» в начале XX века. Малые скорости движения первых самолетов требовали значительной площади крыла. При расположении крыла в нижней части фюзеляжа пролет над полем при посадке получался очень долгим. Первый экраноплан был построен Т. Кларио (Финляндия) в 1935 году. С 1940-го по 1960 год А. Липишем (Австрия), Х. Вейландом (Швейцария), В. Б. Корягиным (США) были предложены разнообразные конструкции экранопланов. Несмотря на многочисленные проекты, до сих пор широкого распространения экранопланы не получили, главным образом из-за трудностей обеспечения безопасного полета в условиях существования на пути следования препятствий. Важной проблемой остается обеспечение устойчивости полета. Многочисленные аварии опытных экранопланов происходили при полете в условиях встречного или бокового ветра.

Исследование влияния подстилающей поверхности на характеристики крыла позволили подобрать алгоритм обеспечения безопасного полета. Наиболее удачные летательные аппараты на экранном эффекте были построены Р. Е. Алексеевым (СССР) в 60-е годы прошлого века. Наиболее известные - экранопланы Алексеева «Орленок», «Лунь» и КМ - «Корабль-макет» («Каспийский монстр»). Последний имел максимальный взлетный вес 544 тонны при полезной нагрузке 300 тонн и максимальной скорости движения 500 км/ч.

Алексеев Ростислав Евгеньевич - кораблестроитель, создатель судов на подводных крыльях и экранопланов. Дважды совершил революцию в мировом судо- и авиастроении.

Практическая разработка технологий на основе физического «принципа экрана» привела к созданию гибридов самолета и корабля – уникальных аппаратов («экранопланов» или «экранолетов»), способных двигаться как по воде, так и в воздухе . Нововведение имело закономерный результат – началось применение новых машин для военных и гражданских нужд. Рассмотрим основные вехи истории становления замечательной технологии, сделавшей реальностью летающие крейсеры.

Эффект экрана

В 1920-х годах был открыт физический эффект экрана – явление, которому суждено было изменить представления человечества о движении. Эффект экрана заключается в нарастании подъемной силы летательного аппарата посредством экранирующей способности ровных поверхностей – воды, земли, льда. Набегающий поток воздуха создает подушку за счет повышенного давления под несущей плоскостью, аэродинамическая хорда которой должна быть меньше высоты движения. Проще говоря, экран представляет собой воздушную подушку без гибких ограждений и нагнетателей. Это важное открытие сделало возможным создание аппаратов, скользящих над поверхностью с «самолетными» скоростями при заметной экономии топлива по сравнению с самолетами.

Советский Союз стал родиной первого теоретического обобщения по этой тематике: в 1923 году увидела свет революционная работа Б.Н. Юрьева «Влияние земли на аэродинамические свойства крыла». С практическим же применением экранного эффекта работали уже в 30-е годы – в Финляндии, где пытались создать буксируемые аэросани, и в СССР. Все эти опыты выявили отсутствие нужной технической базы (не существовало достаточно прочных и легких конструкционных материалов), и работы были остановлены.

Положение изменилось лишь в 50-е годы, когда за дело взялся пионер теоретического исследования и практического применения кораблей на подводных крыльях Ростислав Евгеньевич Алексеев. В 1960 году его КБ по СПК (конструкторское бюро по судам на подводных крыльях) начало работы по исследованию эффекта экрана, приведшие к созданию первого в мире экраноплана.

60-е – годы великих свершений

1961 год стал годом первого полета экраноплана. Экспериментальная машина СМ-1 превратилась в самоходную лабораторию по отработке техники пилотажа, сбору эксплуатационной статистики и исследованию конструкционных материалов. Полеты проводились на испытательной станции №1 на Каспии, а для сборочных работ были выделены мощности завода «Красное Сормово» в Горьком (ныне – Нижний Новгород). Испытания серии СМ привели к положительным результатам, и в 1964-65 годах на «Красном Сормове» под руководством генерального конструктора Алексеева и ведущего конструктора Ефимова был построен экраноплан КМ («корабль-макет»). Интересно, что кодовое обозначение этого экраноплана в отчетах НАТО – «Каспийский Монстр» – в точности совпало с официальной советской аббревиатурой.

Корабль и в самом деле был монстром. Его длина достигала почти 100 метров, размах крыла – более 37 метров, взлетная масса – 544 тонны. До выпуска самолета-гиганта Ан-225 «Мрия» КМ оставался самым крупным летательным аппаратом тяжелее воздуха.

Технические характеристики аппарата КМ

Размах крыла	37,60 м	Размах хвостового оперения	37 м	Высота полета на экране	4-14 м
Длина	92 м	Высота	21,80 м	Размах крыла	37,60 м
Площадь крыла	662,50 м²	Масса пустого экраноплана	240 000 кг	Размах хвостового оперения	37 м
Максимальная взлетная масса	544 000 кг	Тип двигателя (10 шт.)	ТРД ВД-7	Длина	92 м
Тяга	10 х 13000 кгс	Максимальная скорость	500 км/ч	Высота	21,80 м
Крейсерская скорость	430 км/ч	Практическая дальность	1500 км	Площадь крыла	662,50 м²
		Мореходность	3 балла	Максимальная взлетная масса	544 000 кг

Первый полет корабля состоялся в 1966 году. КМ проходил испытания и длительное всестороннее изучение до 1980 года, пока не разбился вследствие ошибки пилота. «Потомков» КМ планировалось использовать в военных целях. Высокая скорость (более 400 км\ч), гарантированное прохождение «ниже радара», возможность лететь над водой и сушей, а также грузоподъемность, позволявшая нести несколько ракетных ПУ, делали эти экранопланы грозным оружием – по крайней мере, в перспективе. Однако проект столкнулся с серьезным противодействием на уровне ведомств, а точнее, с конфликтом между генеральным конструктором Ростиславом Алексеевым и министром судостроительной промышленности Борисом Бутомой. Помимо межличностных отношений, в дело вплеталась конкуренция между флотом, для которого проектировались экранопланы, и ВВС, включая авиационную промышленность.

О сути этих разногласий догадаться легко – экраноплан базировался на море и должен был действовать в составе флота. При этом он являлся летающим аппаратом, и его производство требовало авиационных технологий, ресурсов и мощностей, на которые вполне закономерно претендовали профильные авиационные ведомства. Помимо бюрократической волокиты, проект экраноплана столкнулся с серьезными возражениями практического характера. Основная проблема состояла в том, что высокая скорость аппарата была колоссальной только в сравнении с водными боевыми средствами – любой дозвуковой самолет и любая ракета без проблем догоняли экраноплан. Отсутствие бронирования, серьезных средств ПВО и относительно низкая маневренность превращали его в невероятно дорогую мишень. Тем не менее, экономичность хода, хорошая грузоподъемность и скорость оказались весомой «гирей» на весах в пользу проекта. «Потомки» «Каспийского Монстра» получили путевку в жизнь, а несколько позже аналогичные работы начались и на Западе.

КМ – «Каспийский Монстр»
www.navy.su

Скромные результаты наследников Мессершмитта

Еще в 1961 году в США начались работы над аналогами советского экраноплана. Был разработал ряд проектов, которые так и не вышли на практическую стадию. Разработка этих аппаратов велась и в ФРГ – конструктор и специалист по аэродинамике Александр Липпиш (автор проекта «Мессершмитт-334») разработал ряд экранопланов и, в отличие от американских коллег, сумел создать действующий прототип Х-114 на фирме «Райн Флюгцойгбау».

Аппарат Х-114 был рассчитан на размещение 460 кг полезного груза или пяти пассажиров. Машина отличалась классической самолётной компоновкой – треугольное крыло с вершиной, обращенной к хвостовому оперению. Х-114 стартовал с воды, а значительный угол поперечной несущей поверхности создавал динамическую воздушную подушку во время стартового разбега. Размах крыла экраноплана составлял всего 9 метров – при столь малой грузоподъемности больше не требовалось. Движение аппарата обеспечивал поршневой мотор с винтовым движителем, размещавшийся в кольцевом гнезде. Скорость машины достигала 200 км/ч, автономность при полной загрузке топливом должна была составлять 1000 км, а взлетная масса – 1,35 тонны. Первый полет экраноплана Х-114 состоялся в 1976 году – испытания на Балтике выявили крейсерскую скорость в 150 км\ч. Всего было изготовлено три таких аппарата, переданных в ведение пограничной службы ФРГ. Западные коллеги отстали от Ростислава Алексеева не только хронологически (на 10 лет), но и качественно – советские машины были в 10 раз больше, а значит, имели куда большую боевую ценность.

Экраноплан Х-114
topwar.ru

Тяжелая судьба «Орлёнка»

Развивая идею кораблей КМ, КБ Алексеева разработало и построило десантный экраноплан серии «С», получивший название «Орлёнок». Машина была несколько меньше «Каспийского Монстра», а её корпус выполнялся из аллюминий-магниевого сплава. «Орлёнок» должен был перемещать десант на расстояние до 1500 км со скоростью до 500 км\ч и мог принять 200 морских пехотинцев со всем снаряжением, а также 2 единицы БМП или БТР либо один танк. Для самообороны машина несла спаренную установку пулемета НСВТ «Утес» (калибра 12,7 мм) или КПВ (калибра 14,5 мм).

Испытания «Орлёнка» проходили не вполне гладко. Типичная «болезнь» любого экраноплана – опасность встречи с волной на скорости – сыграла и в этот раз. Первый прототип на полной скорости налетел на волну, которая оторвала кормовое оперение и киль с маршевым двигателем. Несмотря на тяжелые повреждения, машина выдержала и смогла дотянуть до базы за счет увеличенной тяги носовых взлетно-посадочных моторов. Ситуация, идентичная реальному боевому повреждению, подтвердила живучесть и надежность экранопланов.

Всего было изготовлено 5 аппаратов – все они, за исключением разбитого прототипа, были переданы 11-й отдельной авиагруппе. Всего планировалось построить 120 «Орлят», однако в 1984 году умер Д.Ф. Устинов – министр обороны СССР и покровитель проекта. После смерти Устинова производство заморозили, передав сэкономленные средства на нужды флота.

Технические характеристики аппарата «Орлёнок»

Размах крыла, м	31,50	Тяга
Длина, м	58,11	стартовые, кгс	2 х 10500
Высота, м	16,30	маршевый, э. л. с.	1 х 15000
Площадь крыла, м²	304,60	Максимальная скорость,	400
Масса, кг		Крейсерская скорость,	350
пустого снаряженного	120000	Практическая дальность, км	1500
максимальная взлетная	140000	Высота полета на экране, м	2-10
Тип двигателя		Практический потолок, м	3000
стартовые	2 ТРД НК-8-4К	Экипаж, чел	6-8
маршевый	1 ТВД НК-12МК	до 2000 кг
		Вооружение	спаренный НСВТ 12.7 или КПВ 14.5

Экраноплан «Орлёнок»
Фото из коллекции автора

Ракетный экраноплан – гроза вражеских флотов

Прямым следствием развития экраноплана КМ стал проект 903 «Лунь». Создание десантного экраноплана не раскрывало всех возможностей корабля данного типа, поэтому военные заказчики желали получить ударную модификацию машины, способную нести ракетные ПУ. КБ Алексеева начало работы еще в 70-е годы, и к 1983 году на воду сошел первый прототип ракетного экраноплана.

В отличие от «Орлёнка», аппарат «Лунь» куда больше походил на своего предшественника. Его длина составляла 73 метра, восемь реактивных маршевых двигателей размещались на пилонах в носовой части, машина имела мощное хвостовое оперение с рулями. На «спине» аппарата в аэродинамических наплывах поместились шесть пусковых установок «Москит», и по сей день считающихся самыми эффективными противокорабельными ракетами. Скорость в 500 км\ч позволяла «Луню» атаковать любые корабли противника, и даже авианосные соединения, почти гарантированно уходя из-под ответного удара.

В 1986 году революционная машина начала прохождение испытаний, а в 1990 году ее передали для опытной эксплуатации в 236-й дивизион Каспийской флотилии. К 1991 году флотские испытания триумфально завершились – аппарат показал себя с наилучшей стороны. Но горбачевская перестройка, поставившая крест на другом проекте – Советском Союзе – похоронила массу замечательных разработок, среди которых оказалась и «Лунь».

Экранопланы на службе народного хозяйства

Столкнувшись с трудностями серийной реализации своих проектов, Алексеев предложил гражданские конверсии экранопланов или же сугубо гражданские модели. Так на базе «Луня» был создан проект «Спасатель». Кроме того, проектировались легкие экранопланы и даже экранолеты, способные переходить в «нормальный» самолетный режим с отрывом от аэродинамической подушки. Эти работы послужили основой для целого поколения машин, разрабатываемых и создаваемых по сей день. В этой связи необходимо вспомнить винтомоторный аппарат «Волга-2» 1986 года, его продолжение – экраноплан «Иволга» 1998 года и потрясающе эстетичный «Акваглайд-2» современной разработки. Все эти машины относятся к классу малых кораблей, перевозят 10-16 пассажиров и отличаются чрезвычайной экономичностью.

Экраноплан «Волга-2»
wikipedia.org

Экраноплан «Иволга»
wikipedia.org

Экраноплан «Акваглайд-2»
wikipedia.org

Идеи красного графа

Великий «русский итальянец» Роберто Орос ди Бартини, аристократ с коммунистическими убеждениями, бежавший из Италии с приходом к власти фашистов, в СССР стал одним из ведущих авиаконструкторов, оказавшим влияние на С.П. Королева (который считал его своим учителем) и других великих авиаконструкторов – Яковлева, Мясищева, Ильюшина . В 1960 году Бартини работал над созданием гидросамолета с вертикальным взлетом, и в рамках этого проекта на базе ОКБ имени Г.М. Бериева была разработана модель ВВА-14 – экранолет-торпедоносец. Опытный образец проходил испытания на Азовском море в 1972-76 годах, но со смертью конструктора работы прекратились. В настоящий момент корпус аппарата находится в музее ВВС в Монино.

Технические характеристики аппарата ВВА-14

Размах крыла, м		Тяга, кгс
Длина, м		маршевые
Высота, м		подъёмные
Площадь крыла, м²		Максимальная скорость,
Масса самолёта, кг		Крейсерская скорость, км/ч
пустого		Скорость барражирования, км/ч
максимальная		Практическая дальность, км
Тип двигателя		Практический потолок, м
маршевые	2 ДТРД Д-30М	Экипаж, чел
подъёмные	12 ДТРД РД36-35ПР	Вооружение	2 авиационные торпеды, или 8 авиационных мин ИГМД-500, или 16 авиационных бомб ПЛАБ-250 (максимальная боевая нагрузка – 4 000 кг)

Экранолет-торпедоносец ВВА-14
wikipedia.org

«Нептун» в небе

На основе работ Роберто Бартини в ОКБ имени Бериева был создан проект сверхтяжелого транспортного самолета-амфибии. Самый крупный из проектируемых самолетов такого типа Бе-2500 «Нептун» задумывался как экранолет, то есть, должен был иметь возможность отрыва от аэродинамической подушки с переходом в самолетный режим. Способность использовать эффект экрана делает его универсальной транспортной машиной, не требующей сложного аэродромного оборудования – аппарат способен приводняться у любого берега и действовать с привязкой к инфраструктуре уже имеющихся портов. Мощность, экономичность и грузоподъемность делают «Нептун» великолепным средством для грузоперевозок – точнее, сделали ли бы, так как в настоящий момент работы по его созданию заморожены по причине отсутствия финансирования.

Экранолет Бе-2500 «Нептун» (рисунок проекта)
wikipedia.org

Экология и прогресс Льва Щукина

В 80-е годы советский конструктор Лев Николаевич Щукин создал проект дисковидного безаэродромного аппарата на экранном принципе, получивший название ЭКИП – «Экология и Прогресс». Разработка полностью соответствовала своему громкому имени. Дисковидный фюзеляж машины выполняет функции летающего крыла (а потому чрезвычайно вместителен при сравнительно небольших размерах) а уникальная система управления граничным слоем (обтекание воздухом фюзеляжа) уменьшает сопротивление среды и экономит топливо. Двигатели аппарата (возможна установка двух и более) работают на водно-эмульсионном топливе – смеси низкооктанового бензина, специального эмульгатора и воды (от 10 до 58%), что дает уникальную экономию и экологичность. Скорость машины должна была составлять от 100 до 700 км/ч при высотах от 3 до 11 000 метров.

К 1993 году на базе Саратовского авиационного завода шло строительство двух действующих образцов. Однако, невзирая на официальную поддержку проекта правительством, финансирование было прекращено. В настоящий момент проект передан в ведение международного фонда, что означает увод российских разработок заграницу, наносящий огромный ущерб отечественной авиационной науке.

Экранолет ЭКИП
wikipedia.org