Содержание
В трех метрах над уровнем моря. В Жуковском придумывают и испытывают тяжелый экранолет
В 20-х годах прошлого века конструкторы и испытатели самолетов столкнулись с неожиданным явлением: при посадке, на последних метрах, самолет как будто не желал садиться, продолжая некоторое время лететь, опираясь на невидимую подушку. Так был открыт экранный эффект — резкое увеличение подъемной силы крыла летательного аппарата при полете близко над землей, водой или другой поверхностью.
Воздушный экран
Экранный эффект возникает из-за того, что между крылом и поверхностью воздух сжимается и становится плотнее, поддерживая самолет в воздухе. Для обычных самолетов экранный эффект нежелателен, так как чреват авариями: точка приложения подъемной силы крыла в этом случае перемещается к его задней кромке и летчик может потерять управление самолетом. Но конструкторам это не помешало думать, как это явление могло бы принести пользу. Так появилась идея транспортного средства, которое летит за счет экранного эффекта, — экраноплана.
А еще его разновидности, способной летать и за пределами действия экрана, — экранолета. В исследованиях этой темы ведущую роль играли советские инженеры.
Можно сказать, что история исследований экранного эффекта началась в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). Одну из первых работ о нем — «Влияние земли на аэродинамические свойства крыла» — написал в 1922 году ученый и авиатор Борис Юрьев. Ему же принадлежит первое упоминание термина «аэробус», а еще патент на винт для вертолета оригинальной системы. Юрьев был учеником и зятем основоположника аэродинамики Николая Жуковского, в честь которого назван как центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), так и город в Подмосковье, выросший вокруг этого института.
Описание
Приказ о создании Центрального аэрогидродинамического института был подписан ровно столетие назад — 1 декабря 1918 года. Фото: Станислав Красильников / ТАСС
Исследования экранного эффекта продолжились в ЦАГИ в 1930-е годы, одновременно этой темой заинтересовались и финские конструкторы.
Экранопланы казались перспективным видом транспорта, ведь чем ниже к земле, тем выше несущая способность крыла, а значит, двигатель на довольно тяжелом летательном аппарате может быть в два-три раза менее мощным, чем у самолета той же грузоподъемности.
В 60-х годах экранопланами почти одновременно занялись в Центральном научно-исследовательском институте им. Крылова и Центральном конструкторском бюро судов на подводных крыльях в Нижнем Новгороде (тогда Горький). В последнем под руководством конструктора Ростислава Алексеева был создан самый большой в мире экраноплан КМ («Корабль-макет»), который американцы прозвали «Каспийский монстр» Свой первый экспериментальный полет над Каспийским морем он совершил в 1966 году. Он весил 540 тонн и мог развивать скорость в 500 км/ч. На тот момент это был самый тяжелый летательный аппарат на земле. К концу 1980-х были созданы первые советские фактически серийные экранопланы, поступившие на вооружение армии СССР, — «Орленок» и «Лунь», однако с распадом СССР все работы по экранопланам практичеси прекратились.
В то же время несколько легких экспериментальных экранопланов было построено в США, ФРГ, Японии, Швейцарии и Китае.
«Каспийский монстр» после 15 лет испытаний затонул в 1980 году — в год смерти своего создателя. Поднимать его со дна Каспийского моря не стали. Испытания других моделей экранопланов продолжались еще десять лет, пока не развалился Советский Союз и на подобные испытания не закончились деньги. В 90-е специалисты занимались в основном теоретическими выкладками. Но к началу нулевых все было готово к тому, чтобы пустить экранопланы в коммерческое использование, даже был принят регламент безопасности для этого типа транспорта.
В последнее время государство (главным образом военные) снова начало проявлять интерес к экранопланам и экранолетам, и их проектирование возобновилось. Сейчас в ЦАГИ, как и почти сто лет назад, продолжают создавать новые модели экранолетов. Одна из таких проходит начальный этап испытаний.
Сплошное крыло
В ЦАГИ над собственным оригинальным проектом тяжелого транспортного самолета интегральной схемы, а точнее экранолета, работает группа ученых, в которую входит Александр Крутов, младший научный сотрудник отделения аэродинамики самолетов и ракет.
Как планируется, будущий экранолет сможет летать над водой, но не будет с нее взлетать и садиться. Для этого ему понадобятся обычные аэродромы с шириной взлетно-посадочной полосы не менее 60 метров, объясняет Крутов. При этом экранолет сможет подниматься на высоту в несколько километров и лететь, как обычный самолет.
Экранолет будет иметь размах крыла порядка 96 метров, что не так уж и много, считает Крутов. Для сравнения: размах крыла крупнейшего серийного авиалайнера в мире A-380 Airbus — около 80 метров. При этом у модели довольно большая центральная часть крыла (центроплан), позволяющая создавать экранный эффект нужной силы. С помощью такого центроплана экранолет сможет летать на высоте 3—12 метров над поверхностью.
Отличительная особенность создаваемой модели — ее высокая грузоподъемность. Предполагается, что летательный аппарат сможет поднять до 500 тонн груза и пролететь с ним 6000 километров. Обычные самолеты летают и дальше, но перевезти столько груза за раз неспособны.
Поскольку фюзеляжа как такового у экранолета нет — только центроплан, который, по сути, тоже крыло, — именно в нем и разместятся 48 контейнеров с грузом.
По словам Крутова, эта модель экранолета оригинальная, созданная «с чистого листа». Хотя инженеры ЦАГИ, конечно, внимательно просмотрели все, что было разработано до них.
«Проектов больших, сверхтяжелых самолетов было множество, но компоновки, подобной нашей, я не встречал, — говорит Крутов, — хотя близкие проекты были, например, у американцев».
Метод шелковинок
Специалисты ЦАГИ работают над проектом экранолета с 2014 года, и только сейчас его модель добралась до испытаний. Александр ждет нас в зале с аэродинамической трубой, которая находится в одном из многочисленных корпусов института.
Описание
Александр Крутов, научный сотрудник отделения аэродинамики самолетов и ракет ЦАГИ, на испытаниях экраноплана. Фото: Станислав Красильников / ТАСС
Аэродинамическая труба — это прибор, которым можно исследовать, как потоки воздуха обтекают те или иные объекты, измерять силы и моменты, действующие на них, а также определять распределение давления на их поверхности.
Объект исследования не важен — можно проверять самолет, а можно исследовать аэродинамические характеристики спускающегося вниз по склону горы лыжника.
Конечно, сейчас испытывают не сам экраноплан, а только его модель в масштабе 1:46 и весом 150 килограммов. Она установлена на специальной платформе и обклеена пучками тонких ниток разной длины. Этот способ визуализации течений воздуха на поверхности летательного аппарата так и называется — «метод шелковинок». Во время испытания, когда модель обдувается потоком воздуха, нитки выстраиваются по направлению местных скоростей, то есть показывают, куда и как движется поток вдоль той или иной поверхности модели.
Особенно интересуют конструкторов места отрыва потока, в которых пограничный слой воздуха как бы «отрывается» от обтекаемой поверхности и образует завихрения. Это снижает подъемную силу, увеличивает сопротивление воздуха и ведет к непредсказуемым и опасным аэродинамическим эффектам, поэтому одна из целей конструирования любого транспортного средства, особенно летающего, — сделать его как можно более обтекаемым, чтобы свести места отрыва потока к минимуму.
Увидеть отрыв потока как раз позволяет метод шелковинок: в опасной зоне они начинают колыхаться и пульсировать.
«Визуализируя течения на поверхности модели, мы можем понять, когда, где и из-за чего начинаются отрывы потока, — объясняет Александр Крутов. — А сопоставляя с тем, что мы получили при испытаниях на аэродинамических весах, мы понимаем, какие модификации следует провести на самолете, чтобы улучшить аэродинамические характеристики».
Оператор, сидящий в специальной комнатке под потолком помещения, запускает трубу, и воздух в ней разгоняется до 40 метров в секунду. Под таким ветром лучше не стоять — сдует как пылинку. Самолет в этом потоке воздуха тестируют на трех разных углах атаки (углах между продольной осью самолета и вектором набегающего потока) — 2, 8 и 12 градусов. На последнем как раз происходит отрыв потока — шелковинки начинают трепыхаться. Но на таких углах исследуемый самолет в нормальной эксплуатации летать не будет.
Скошенные книзу, как бы «замятые» углы крыльев экранолета нужны для снижения сопротивления: чем ближе законцовка крыла к воде или земле, тем меньше перетекание воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю — уменьшаются вихри, сходящие с концов крыла.
Характеристики, измеряемые в аэродинамической трубе, не совсем соответствуют настоящему самолету, поэтому их с помощью специальных методик пересчитывают на «натурные» условия полета и затем уже используют при разработке конструкции и системы управления.
Пока экранолет проходит начальный этап исследований. Специалисты отрабатывают базовую компоновку, то есть смотрят, как взаимодействуют разные части самолета.
Данная модель создана только для испытаний в аэродинамической трубе. После этого, по словам Крутова, в ближайшем будущем необходимо будет подключить специалистов из отделения динамики полета, которые помогут с разработкой систем управления. Специалистам по прочности предстоит придумать, как сделать конструкцию легкой, но способной выдержать нагрузки, действующие на экранолет в воздухе.
«После испытаний надо будет сопоставить полученные результаты с расчетными оценками, — объясняет Крутов. — Полного согласования не будет. Редко расчетные методы хорошо согласуются с аэродинамическими испытаниями при создании новых аэродинамических компоновок, потому что они базируются на ряде упрощений — взять, к примеру, модель турбулентности, от выбора которой существенно изменяются получаемые результаты численного моделирования.
Нельзя также забывать о том, что и аэродинамическая труба имеет погрешности измерений. Таким образом, только данные летных испытаний можно считать «истиной в последней инстанции».
Начальный этап исследований по контракту с Минпромторгом заканчивается в 2019 году. По его итогам специалисты ЦАГИ должны разработать техническое задание на беспилотный демонстратор этого экранолета. В случае положительного решения правительства результаты исследований будут переданы в конструкторское бюро для создания летающей модели.
Описание
Способ визуализации течений воздуха на поверхности летательного аппарата так и называется — «метод шелковинок». Фото: Станислав Красильников / ТАСС
— Хорошо бы, чтобы она была размером метров пятнадцать-двадцать. Создание летающих моделей подобных габаритов для испытаний новых аэродинамических схем — общемировая практика. Крупные размеры позволят детально исследовать поведение дистанционно пилотируемой модели экранолета над водой.
Демонстратор надо будет оснастить «взрослыми» турбореактивными двигателями с возможностью использовать сжиженный природный газ. Летающая модель позволит отработать систему управления, конструктивно-силовую схему, посмотреть, как все будет работать в условиях, приближенных к натурным, — мечтает Крутов.
Оно вообще летать-то будет?
Превратится ли экспериментальная модель в настоящий экранолет, большой вопрос. Достаточно заметить, что некоторые технологии для его работы еще попросту не появились или находятся на самых ранних стадиях разработки. Например, экранолет будет работать на сжиженном природном газе, по сути на криогенном ракетном топливе. Для этого нужен специфический двигатель.
— Мы предполагаем, что это должны быть некие перспективные винтовентиляторные двигатели с тягой порядка 50 тонн, — объясняет Крутов. — В принципе турбовентиляторные двигатели с такой тягой уже существуют и используются, например на «Боинге 777-300ER». Они активно используются с 2000-х годов.
Осталось сделать так, чтобы такой двигатель работал именно на сжиженном природном газе.
Возможности применения криогенного топлива на дозвуковых пассажирских самолетах проверяли в СССР. В 1988 году летал ТУ-155 — экспериментальный аналог пассажирского самолета ТУ-154. Его переоборудовали специальным образом: убрали пассажирский салон, поставили бак с криогенным топливом, а один из двигателей приспособили для работы на жидком водороде и сжиженном природном газе. Обычные же самолеты летают на керосине.
— Это давняя мечта ученых всего мира — переходить на жидкий водород, так как это наиболее экологичный вид топлива, — объясняет Александр Крутов. — Да, при разливе он образует гремучий газ, взрывоопасность у него очень высокая по сравнению с керосином, но и испарение разлитого водорода происходит быстро. Но все же практическое использование этого топлива в авиации — дело далекой перспективы, не в последнюю очередь из-за экстремально низкой температуры его хранения и крайне низкой плотности.
Другое дело — сжиженный природный газ.
Сжиженный природный газ легкий и при этом более теплотворный, чем керосин, то есть выдает на единицу массы больше энергии. Кроме того, от него меньше выбросов. Правда, из-за низкой плотности и объем баков ему нужен больший, и эти баки должны иметь достаточную теплоизоляцию.
Кроме того, экранолеты сложны в управлении, так что выгоднее частично или полностью поручить его автоматике, которую еще нужно разработать.
Описание
Общий вид модели экраноплана. Фото: Станислав Красильников / ТАСС
По прикидкам инженеров ЦАГИ, с учетом перспективных и некоторых современных технологий и дальнейшего развития криогеники такой экранолет может появиться не ранее середины 2030-х годов. Для чего он будет нужен? Экранопланы уместны, когда надо перевозить грузы или пассажиров на большие расстояния по ровной поверхности, например перемещаться между населенными пунктами на огромных пустых пространствах Севера и Дальнего Востока России.
— Наш летательный аппарат — конкурент прежде всего судам-контейнеровозам, — объясняет Крутов. — Это возможность быстрой доставки сравнительно больших партий грузов. Для них скорее всего будут выбраны определенные маршруты над океанами и ненаселенной местностью. Он будет летать на высоте 3—12 метров над поверхностью воды с возможностью полета на высоте 3000 метров.
Проектируемый экраноплан может стать беспилотным и самоуправляемым, и, по мнению разработчиков, авиакомпании будут рады сэкономить на немаленьких зарплатах пилотов. Правда, пока интерес к экранопланам и экранолетам довольно смутный. По словам Крутова, он есть у Китая, который экспортирует большое количество товаров и очень заинтересован в грузоподъемных качествах экранопланов и экранолетов. Были у российских ученых попытки вести совместные исследования с европейскими коллегами, но не получилось сойтись в подходах к решению поставленных задач.
— Последняя крупная разработка такого рода, под названием Boeing Pelican, «засветилась» в 2003—2004 годах, — говорит Крутов.
— Предполагалось, что это тоже будет экранолет. Судя по опубликованным изображениям, это классический самолет с огромным фюзеляжем прямоугольного сечения, очень несуразная машина, на мой взгляд. Вряд ли она показала бы эффективность в таком облике. Предполагалось, что этот экранолет мог бы за один рейс переправить через океан до 17 танков. С тех пор информации о нем нет — то ли разработка засекречена, то ли это была дезинформация. Американцы любят попугать вероятного противника.
Евгения Щербина
На экране В России вновь появятся «Каспийские монстры»: Наука и техника: Lenta.ru
Российское ЦКБ имени Алексеева, получившее заявку правительства, в ближайшие несколько лет возобновит производство экранопланов, которое прекратилось в начале 1990-х годов. Возобновлять проектные и опытно-конструкторские работы планируется в два этапа, последний из которых начнется в 2012 году. Однако, когда именно в России появится новый «Каспийский монстр», специалисты пока не говорят.
По оценке Центрального конструкторского бюро имени Алексеева, в течение 2010-2011 годов будут проводиться проектные и исследовательские работы. С 2012 года начнется второй, более длительный этап, в ходе которого пройдут опытно-конструкторские работы и начнется создание прототипа крупного экраноплана. По словам начальника отдела качества ЦКБ Алексеева Евгения Мелешко, «большинство специалистов предприятия будут работать по этой теме».
О необходимости возрождать отрасль экранопланостроения еще в начале 2007 года заявил тогдашний министр обороны Сергей Иванов. При этом он объявил, что будет создана целевая госпрограмма, в рамках которой в Нижнем Новгороде будет развернуто производство судов, использующих эффект экрана. То есть речь шла как раз о ЦКБ «Алексеева», расположенном в Нижнем Новгороде. Какую сумму правительство намерено инвестировать в возрождение отрасли экранопланостроения, пока неизвестно. Впрочем, остается только радоваться, что в условиях финансово-экономического кризиса деньги на проведение работ все же нашлись.
Корабль-самолет
Экраноплан относится к классу морских судов, поскольку способен передвигаться в непосредственной близости от поверхности ─ до двух-трех десятков метров (эта величина во многом зависит от размеров корабля). Такой аппарат способен скользить над водной или земной поверхностью, используя экранный эффект, при котором подъемная сила обеспечивается набегаемым потоком воздуха, нагнетающим давление под кораблем. Чаще всего экранопланы используются над водной поверхностью, поскольку, в отличие от земной, она более равномерна по высоте.
Экранопланы выгодно отличаются от обычных кораблей тем, что способны развивать скорость до 250 узлов (460 километров в час), а их перемещение практически не ограничено ─ моря, реки, болотистая местность, снега, льды и даже суша способны служить для создания «экрана». Кроме того, в отличие от самолетов, экранопланы более живучи, экономичны и способны принимать на борт большие по массе грузы. При этом такие аппараты не нуждаются в береговой инфраструктуре ─ для посадки им достаточно иметь лишь подходящую по размерам акваторию или участок суши.
Экраноплан «Лунь» в Каспийске. Фото с сайта Google Maps
Lenta.ru
До определенного времени серьезным ограничением экранопланов была мореходность, которая как правило не превышала трех баллов (высота волн до 0,6 метра), однако с созданием ударного аппарата «Лунь» погодные границы использования кораблей раздвинулись. Экраноплан «Лунь» мог передвигаться на «экране» при волнении моря до шести баллов (при высоте волн до 4-6 метров).
Для военных такие суда представляют особый интерес, поскольку позволяют перебрасывать грузы и десант, причем быстрее, чем на кораблях. При этом, вследствие полета на малой высоте, экранопланы практически не заметны радарам, а также невосприимчивы к противокорабельным минам. Отдельным видом экранопланов являются экранолеты ─ такие же аппараты, но с более удлиненными крыльями, благодаря которым они могут «отрываться» от экрана и переходить в самолетный режим, поднимаясь на высоту до шести тысяч метров.
В СССР производство экранопланов началось в 1957 году и практически полностью прекратилось в начале 1990-х годов.
За это время было построено около 30 таких аппаратов, которые использовались в интересах Министерства обороны. Наиболее известными судами являются экранолеты «Орленок» и ударный экраноплан-ракетоносец «Лунь». Последний был построен в единичном экземпляре и зачислен в состав Черноморского флота (списан в 1990-х годах).
«Орлята», разработанные ЦКБ «Алексеева» в начале 1970-х годов, были способны развивать скорость до 500 километров в час и перевозить десант и грузы на расстояние до 1,5 тысячи километров. Аппарат предназначался в первую очередь для транспортировки 200 бойцов и двух бронемашин. Отличительной особенностью «Орленка» была способность переходить в самолетный режим, а также осуществлять посадку не только на воду, но и на сушу, что значительно облегчало проведение десантных операций.
В свою очередь «Лунь», также созданный ЦКБ «Алексеева», был способен перемещаться со скоростью до 500 километров в час на расстояние до двух тысяч километров. Аппарат был вооружен шестью сверхзвуковыми противокорабельными крылатыми ракетами ЗМ-80 «Москит».
«Каспийский монстр». Фото с сайта airwar.ru
Lenta.ru
В 1960-х годах ЦКБ «Алексеева» создало и испытало на Каспийском море экспериментальный экраноплан, окрещенный западными спецслужбами «Каспийским монстром» ─ так разведка расшифровала аббревиатуру «КМ» (Корабль-макет) на борту судна. Экраноплан имел размах крыла 37,6 метра, длину около ста метров, а максимальную взлетную массу 544 тонны. Испытания проводились в течение 15 лет. В 1980 году прототип корабля потерпел аварию и затонул, после чего проект был закрыт. По разным версиям, причиной этого стал конфликт между разработчиком ─ Ростиславом Алексеевым ─ и министром судостроительной промышленности СССР Борисом Бутомой.
Причиной катастрофы «Каспийского монстра» стала ошибка пилота, который при взлете слишком высоко поднял нос экраноплана, в результате чего машина почти вертикально пошла вверх. Для исправления ситуации летчик снизил тягу двигателей и ошибочно сработал рулем высоты, в результате чего «КМ» завалился на левое крыло, ударился о воду и утонул.
По утверждению конструкторов и испытателей, «Каспийский монстр» был очень живучим и «нужно было сделать нечто из ряда вон выходящее, чтобы угробить его».
В вооруженных силах СССР экранопланы планировалось использовать в десантных операциях, для доставки грузов, а также в противолодочных и противокорабельных целях. Известен также проект Роберта Бартини по созданию стратегического экранолета-бомбардировщика А-57. Существовали проекты экранопланов-авианосцев, а также кораблей, способных служить стартовой и посадочной площадкой для космических челноков типа «Буран».
«Иволга». Фото с сайта oriole.com.ru
Lenta.ru
В настоящее время разработки в области экранопланостроения в России ведутся частными компаниями на собственные средства. В 2000 году ОКБ «Сухого» представило экранолет С-90, способный перевозить до 4,5 тонн грузов на высоте от 0,5 до 4000 метров. Дальность полета аппарата составляет около трех тысяч километров. «Арктическая торгово-транспортная компания» занимается выпуском пассажирских пятиместных экранопланов Aquaglide-5, а московское НПК «Трэк» производит экранопланы «Иволга».
Последние уже принимаются на службу в МЧС. В самом ЦКБ «Алексеева» сегодня выпускаются экранопланы «Волга-2», «Ракета-2» и «Стриж».
Отдельного внимания заслуживает проект Бе-2500 «Нептун» Таганрогского авиационного научно-технического комплекса имени Бериева. В рамках проекта создается сверхтяжелый гидросамолет-экранолет грузоподъемностью до тысячи тонн. Размах крыла такого аппарата составит 125 метров, а длина фюзеляжа ─ 115 метров. В экранном режиме он сможет развивать скорость до 450 километров в час, а в самолетном ─ до 750 километров в час. Дальность полета аппарата составит около 16 тысяч километров.
За рубежом
Любопытно, что многие иностранные компании в настоящее время ведут собственные разработки в области экранопланов, используя советские наработки. Так, в 1990-х годах, с разрешения Государственного комитета по оборонной промышленности и Министерства обороны России, ЦКБ «Алексеева» организовало для американских специалистов экскурсию на базу в Каспийске, где был подготовлен к вылету экраноплан «Орленок».
Западным специалистам было разрешено вести фото- и видеосъемку. Стоимость такой экскурсии составила около двухсот тысяч долларов.
Помимо военного применения, экранопланы сегодня могут быть полезны и в гражданской области. В частности, международные маршруты таких аппаратов будут значительно короче используемых железными дорогами или кораблями. Экранопланы будут полезны и при проведении спасательных операций, поскольку обычные корабли не обладают достаточно высокой скоростью, а вертолеты ─ большой вместительностью. В северных районах страны экранопланы позволят организовать круглогодичные грузоперевозки.
В настоящее время созданием экранопланов в США занимаются несколько частных компаний, выпускающих двухместные пассажирские аппараты. В 2004 году концерн Boeing начал реализацию проекта Pelican, в рамках которого планируется построить крупнейший в мире экраноплан. Размах его крыльев составит 152 метра, а длина фюзеляжа ─ 122 метра. Аппарат сможет развивать скорость до 240 узлов (445 километров в час) и перевозить грузы массой до 1,2 тысячи тонн, например, 17 танков M1 Abrams и десант.
Дальность полета экраноплана составит около 16 тысяч километров.
На Тайване разработка экранопланов началась благодаря бывшему конструктору ЦКБ «Алексеева» Дмитрию Синицыну, который в 1992 году перешел на работу в тайваньскую компанию Amphistar. По условиям договора найма, Синицын получал финансирование, а в обмен передавал компании патенты и права на создаваемые транспортные средства. В случае прекращения финансирования все права и патенты возвращались конструктору. Выпускаемые в настоящее время аппараты Amphistar способны развивать скорость до 150 километров в час и перелетать на расстояние до 600 километров.
Собственные разработки также ведет Китай, уже создавший гражданский экраноплан Tianyi-1. Этот экраноплан совершил первый полет в 1998 году, а с 2000 года поступил в открытую продажу. Помимо него был создан также грузо-пассажирский аппарат Tianxiang-2 и создается 50-местный Tianxiang-5. Исследования в области экранопланостроения также ведут Япония, Южная Корея, Германия, Новая Зеландия и Австралия.
Как ожидается, первой собственный аппарат испытает Южная Корея ─ в 2012 году.
Возрождение экранопланостроения для России сегодня является вопросом престижа, если не принимать в расчет пользу, которую принесет использование экранопланов. СССР был единственным в мире государством, разработавшим и построившим экранопланы. Россия также пока занимает первое место по объему наработанных технологий в области «экранных» кораблей. Особенно, если говорить о крупных грузоподъемных судах. Но такое положение вещей без серьезного вмешательства в ближайшие годы может перемениться.
советских и российских экранопланов | Историческая авиация
37,50 долларов США
55,95 долларов США
org/Brand»>Издательство Креси
(пока отзывов нет)
Написать обзор
Crecy Publishing
Советские и российские экранопланы
- Артикул:
- 0049191
- Военный конфликт:
- Холодная война
Распродажа
Добавить в корзину
Опции
Детали
Артикул:0049191
Подробнее
- Артикул:
- 0049191
- Военный конфликт:
- Холодная война
Описание
Комиссаров и Гордон.
В этой богато иллюстрированной книге рассматриваются низколетящие экранопланы (которые достигают горизонтального полета за счет аэродинамического взаимодействия, известного как эффект земли), разработанные в Советском Союзе и России за последние 50 лет. Вы увидите массивный КМ-1 «Каспийское чудовище», «Орленок» и «Гагару» производства ОКБ Алексеева и многие другие. 336 страниц; 329 цветных и 239 черно-белых фотографий, 71 рисунок в трех проекциях и 2 цветных профиля; 8½ «х 11»; твердый переплет.
Какие к черту экранопланы и почему они так толком и не взлетели?
Экранопланы являются одними из самых необычных когда-либо созданных машин. Советский КМ оставался самым большим самолетом в мире за все время своего существования. Он был на 20 метров длиннее Boeing 747, весил более миллиона фунтов и летал быстрее, чем Spitfire прямо над поверхностью воды. Всегда, когда экранопланы или экранопланы не являются воинственными гигантами, они уникальны.
Вот объяснение того, как они работают, и, возможно, почему большого прорыва еще не произошло.
Джим Смит
Что такое экраноплан? Ну, Экраноплан — это русский термин для класса летательных аппаратов, иначе известных как экранопланы или экранопланы.
Наиболее известным примером экраноплана является «Каспийское морское чудовище», иначе более известное как Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях КМ, очень большой экраноплан весом 240 тонн в пустом состоянии и до 500 тонн при максимальном весе. КМ мог развивать скорость до 230 узлов и был рассчитан на работу на высоте около 10 м над поверхностью воды. Предполагаемая роль заключалась в том, чтобы выполнять функции высокоскоростного авианосца с большой полезной нагрузкой, перевозящего войска или оборудование, летящего над морем ниже уровня обнаружения радаров.
Итак, давайте распаковываем экранолеты, чтобы объяснить принципы их работы, а затем обсудить их потенциальное применение и некоторые проблемы, которые могут повлиять на их работу.
Подъемная сила крыла и поток вниз
Обычное подъемное крыло можно рассматривать как создающее подъемную силу за счет циркуляции вокруг крыла, при этом циркуляция сбрасывается на концах крыла в виде тянущихся вихрей. Это знакомые вихри, часто наблюдаемые за маневрирующими самолетами, но также видимые как вихри на части размаха, тянущиеся от закрылков, из-за изменения циркуляции в конце закрылка. Циркуляция создается за счет формы аэродинамического профиля, его изгиба и угла наклона к воздушному потоку.
Если мы хотим рассмотреть простое представление подъемного крыла, мы можем представить его как «связанный» вихрь, лежащий поперек размаха, с тянущимися вихрями на концах крыла (аэродинамики называют это представлением подъемной линии). В установившемся потоке это представление приведет к дополнительной локальной скорости воздуха над крылом и уменьшенной скорости ниже, а разница давлений между двумя поверхностями крыла создаст подъемную силу. Рассмотрев эту модель немного подробнее, мы можем увидеть, что подъемное крыло будет генерировать поток вверх перед передней кромкой и за законцовками крыла, а поток вниз за крылом и между задними вихрями.
Это упрощенное представление действительно для низкоскоростных потоков без учета вязкости воздуха. Однако, несмотря на это, модель на удивление хорошо работает при описании обтекания несущего крыла.
Между прочим, восходящий поток за пределами кончиков крыльев является причиной того, что мигрирующие гуси путешествуют большими V-образными формами — каждая птица использует восходящий поток за пределами кончика крыла соседней птицы впереди нее, уменьшая энергию, необходимую ей для полета.
Граунд Эффект
Пилоты и их пассажиры знакомы с эффектом земли как амортизирующим воздействием, которое ощущается, когда самолет вспыхивает перед приземлением. С точки зрения потока поверхность земли или моря действует как зеркало. Когда самолет приближается к земле, обтекающий его поток изменяется, потому что изменяется нисходящий поток, создаваемый самолетом.
Математически это можно представить, введя в поток зеркальное отражение самолета, в котором земная поверхность выступает в качестве зеркала.
Равное и противоположное влияние зеркального отражения самолета возрастает по мере приближения физического самолета и его виртуального зеркального отражения к земле. Самолет испытывает большую подъемную силу и меньшее сопротивление, чем в обычных условиях полета в свободном воздухе.
Это приводит к «плаванию», которое ощущает пилот, когда дрон приближается к земле. Обычно, по крайней мере, для пилотов легких самолетов, это не проблема и в целом повышает удовлетворенность пилота и пассажиров полетом. Но если у вас большой размах крыла, как у планера или U-2, эффект земли может стать реальной проблемой — отсюда и необходимость в спойлерах, тормозных желобах и так далее.
Для гражданского транспорта плавучесть также не годится, так как она увеличивает требуемую длину поля и может быть особенно опасной во влажных условиях. При очень плавном приземлении авиалайнера не только используется больше взлетно-посадочной полосы, чем необходимо, но и во влажных условиях это может привести к аквапланированию самолета, снижению тормозного действия и резкому увеличению посадочной дистанции.
Следовательно, желаемая посадка авиалайнера на самом деле является «жесткой», и за ней последует использование спойлеров, подъемных самосвалов и реверсивной тяги, которые уменьшают посадочную дистанцию и вероятность аквапланирования во влажных условиях..
Крыло в граунд-эффекте
Полет в граунд-эффекте кажется мне немного похожим на слипстрим грузовика, едущего в гору в моем комби. Вы получаете ускорение от аэродинамики грузовика или от полета в пределах размаха крыльев от поверхности. Уменьшение лобового сопротивления (и увеличение подъемной силы для экраноплана) реально и выгодно. Для подъема заданного груза или подъема в гору со скоростью грузовика требуется меньше энергии, а на экраноплане или экраноплане вы можете двигаться намного быстрее, чем на любой лодке.
Но геометрия является ограничением. Я действительно не рекомендую использовать грузовики в комби, потому что требуется большая осведомленность, а наказание за ошибки может быть суровым.
Для WIGE положительные эффекты сужаются почти до нуля примерно на одном размахе крыла над поверхностью. На такой малой высоте возможности для маневра ограничены, потому что любой значительный угол крена может привести к тому, что «опущенная» законцовка крыла окажется слишком близко к поверхности. Точно так же способность подниматься на высоту, превышающую размах крыла над поверхностью, может быть полезной при обходе препятствий на поверхности, маневрировании или прохождении береговых объектов, но это достигается за счет дополнительной мощности.
Что это означает для проекта WIGE? В настоящее время практические WIGE, кажется, делятся на две отдельные категории: относительно небольшие люди, перевозящие людей, и абсолютные бегемоты.
Небольшие корабли обычно вмещают от 2 до дюжины или около того человек. Большую часть этой группы представляет Sea Wolf Express, предлагаемый для использования в качестве балтийского парома, в то время как такие суда, как RFB X-114, представляют собой спортивную и служебную часть рынка.
Самый удачный экраноплан — 125-тонный А-90 Орлёнок, но он сам по себе затмился Каспийским морским чудовищем и был бы еще более затмлен концепцией Boeing Pelican Ultra, которая предназначалась для самолета с экранным эффектом с размахом крыла 500 футов и полезной нагрузкой 1270 тонн. «Пеликан» должен был взлетать и садиться с земли, но большую часть времени летал над морем.
Различное отношение к экранопланам
Одним из наиболее интересных аспектов экранопланов или экранопланов является то, что существует некоторая неопределенность в отношении того, являются ли они летающими лодками или летающими лодками, работающими только на малой высоте. Концептуальная разница может показаться тривиальной, но, похоже, она ведет к существенным различиям во взглядах на их привлекательность или полезность.
Международная морская организация (ИМО) определила три класса экранопланов, которые применяются для судов, перевозящих 12 или более пассажиров, в зависимости от высоты, на которой судно может работать.
Они определяются следующим образом:
Тип A : способный работать только в пределах действия эффекта земли, т.е. не более чем на 1 размах крыла над поверхностью;
Тип B: временно может летать вне зоны влияния земли, но на высоте не более 150 м над поверхностью;
Type C: способен летать без влияния земли на высоте более 150 м.
Если рассматривать эти транспортные средства как «корабль», а не как «самолет», мы можем увидеть некоторые достопримечательности. Например, такое транспортное средство, как Sea Wolf Express, могло бы стать очень впечатляющим скоростным пассажирским паромом, как это предусмотрено для этого судна, курсирующего между Эстонией и Финляндией.
Меньшая версия, возможно, двухместная, могла бы быть очень интересной в качестве своего рода «летающего водного мотоцикла» для несения над реками, озерами и спокойными морями.
А если вы занимаетесь вторжением или срочными грузами, российские Экранопланы или Боинг Пеликан с грузоподъемностью в сотни тонн и скоростью свыше 200 узлов выглядят довольно внушительно.
Поддержите Hush-Kit нашими высококачественными товарами на авиационную тематику здесь
Возможные проблемы
Итак, каковы недостатки? Почему не везде есть спортивные экранопланы, быстроходные паромы и грузовые экранопланы?
Если мы рассмотрим каждое из этих возможных применений по очереди, мы увидим некоторые потенциальные проблемы. Для всех этих кораблей способность подниматься в воздух потребует довольно много энергии, в основном для преодоления сопротивления воды до точки, когда корабль может достичь планирующей скорости по поверхности.
Это означает, что для спортивного сегмента рынка стоимость значительно выше по сравнению с гидроциклом. Кроме того, если подумать об альтернативном использовании спортивных лодок, нельзя будет ловить рыбу или буксировать воднолыжников за летательным аппаратом. Отлично подходит для малолитражки или для того, что австралийцы назвали бы «разгулом», но потенциально является дорогой альтернативой гидроциклу или скоростному катеру.
Экономика эксплуатации будет ключевым фактором для применения скоростного парома, а также соображения безопасности и защиты окружающей среды. Одна из ключевых проблем, с которой сталкиваются многие операторы таких судов, заключается в том, что, как правило, небольшие быстроходные паромы не могут перевозить автомобили, и это, вероятно, также верно для экранопланов класса Sea Wolf Express. В результате операции, как правило, ограничиваются пассажирскими перевозками, такими как маршруты, выполняемые в гавани Сиднея, вдоль реки Брисбен или Темзы в Лондоне. Комбинации факторов, таких как мосты, приливы и ограничения шума, вероятно, будут ограничивать практическое применение паромов WIGE вокруг городов. Это не означает, что короткие пассажирские перевозки с большим объемом, связывающие пункты назначения с хорошим общественным транспортом на каждом конце, например, предлагаемые через Балтийское море, не будут жизнеспособными. Но это предполагает, что это может быть скорее нишевый рынок.
А как насчет бегемотов? Что ж, российские гиганты, безусловно, продемонстрировали, что такие машины можно строить и летать, и доказывают, что для перевозки большой полезной нагрузки потребуются огромные размеры и большая мощность двигателя. Концепт Boeing Pelican Ultra представляет собой интересный пример: хотя это всего лишь концепт, окончательный проект был огромным, с размахом крыльев 500 футов и полезной нагрузкой, значительно превышающей 1000 тонн. Итак, это можно сделать — почему этого не происходит? Ну, во многом потому, что бизнес коммерческих грузоперевозок безумно конкурентоспособен. Затраты сведены к минимуму, и большое внимание уделяется операционной экономике. Если, например, вы массово отправляете автомобили в США, нет смысла рассматривать что-либо, кроме корабля (или, в первую очередь, производства автомобилей в США). Той степени срочности, которая потребовала бы прибытия такого груза за пару дней, просто нет. Гораздо лучше и дешевле использовать либо контейнеровоз для общих грузов, либо определенный тип судна для более специализированных нужд.
«Top Gear думающего человека… но для самолетов».
У кого есть возможность игнорировать эти коммерческие реалии? Ну и военные, у которых может возникнуть потребность в быстрой и относительно скрытной высадке танков, десанта, техники и артиллерии на берег какой-нибудь соседней страны. Отсюда и предлагаемые применения гигантских Экранопланов исключительно военные. Дополнительным фактором, по-видимому, является то, что для этих кораблей размер имеет значение, и, в общем, чем они крупнее и чем больше двигателей им требуется, тем дороже они обходятся не только в разработке, но и в приобретении и эксплуатации.
Другим распространенным вопросом, который, несомненно, потребует некоторых размышлений, является лицензирование операторов. Подход ИМО очень хорош, но если цель полета вне зоны влияния земли (классы B и C) состоит в том, чтобы пролететь над мостами, судами, потенциально перешейками и небольшими островами, то операция перемещается в зону, где летающие самолеты требования могут вступить в игру.
Экранопланы как самолеты
Что будет, если посмотреть на экранопланы и экранопланы не как на плавсредства, а как на новый класс летающих лодок? Сразу становятся очевидными несколько больших проблем.
Во-первых, если даже небольшому экраноплану для эксплуатации потребуется лицензия пилота, а также все процедуры отчетности и технического обслуживания, связанные с авиацией, то затраты как на коммерческую, так и на частную эксплуатацию заметно возрастут.
А во-вторых, сразу на ум приходят существующие бортовые альтернативы. Нужно только рассмотреть авиацию на Аляске, чтобы определить большой рынок небольших самолетов общего назначения, работающих как гидросамолеты. На уровне операций малого и среднего размера, безусловно, возникает правильный вопрос о том, не лучше ли Cessna 206 или 208, или гидросамолет класса Twin Otter, особенно когда что-то похожее на Cessna Grand Caravan можно было использовать на поплавках, что обеспечивало гибкость работы как на суше, так и на воде. Все по более высокой цене, чем обычный паром, конечно, но быстро и гибко.
Действительно, при таком масштабе экранопланы трудно рассматривать как нечто иное, чем неэффективную летающую лодку с малым размером крыла, ограничивающим операции до очень низкого уровня и увеличивающим мощность, необходимую для подъема в воздух и, следовательно, захвата Стоимость.
В настоящее время не существует военного эквивалента способности Экраноплана «доставить десант на берег», за исключением, возможно, большого корабля на воздушной подушке, используемого в небольшом количестве некоторыми странами. Но полезность использования 747 и подобных грузовых самолетов для доставки срочных авиаперевозок стала слишком очевидной в последние недели, когда средства индивидуальной защиты и другое оборудование перемещаются, в основном из Китая, в остальной мир. И трудно не учитывать флот военных грузовых самолетов как средство доставки срочных военных грузов туда, где этого требуют оперативные нужды.
Итак, скрепя сердце, я вынужден признать, что нынешние экранопланы и экранопланы являются нишевыми возможностями, ищущими жизнеспособный рынок. Я бы с удовольствием прокатился на небольшом летающем гидроцикле, рассчитанном на двоих человек, особенно если для этого не требуется специальной лицензии на эксплуатацию. Но даже при таком желании я не уверен, что смогу получить от такого устройства достаточную полезность, чтобы оправдать его покупку.
Балтийский скоростной паром Sea Wolf Express — это захватывающая возможность, и вполне могут быть другие маршруты, где подобные предприятия были бы привлекательными, например, из Ванкувера в Британскую Колумбию Виктория или даже из Саутгемптона на остров Уайт.
Однако любой эксплуатант тщательно изучит альтернативы – обычное судно, судно на подводных крыльях, судно на воздушной подушке или самолет.
Кто-нибудь хочет построить паром Экраноплан для поездки в Тасманию из Мельбурна?
The Hush-Kit Book of Warplanes — это прекрасно оформленная, очень наглядная коллекция лучших статей из увлекательного мира военной авиации, отобранных вручную из высоко оцененного онлайн-журнала Hush-kit (и смешанных с большим количеством новый эксклюзивный материал).