Экраноплан

Orlenok-a-90.jpg Экранопла́н — высокоскоростное транспортное средство, летательный аппарат, подобный самолёту, но летающий в пределах действия аэродинамического экрана, то есть на относительно небольшой (до нескольких метров) высоте от поверхности воды, земли, снега или льда. По сравнению с «обычными» воздушными судами у экранопланов сильно уменьшена площадь крыльев.

Согласно определению, сформулированному во «Временном руководстве по безопасности экранопланов», принятом ИМО, экраноплан — это многорежимное судно, которое в своём основном эксплуатационном режиме летит с использованием «экранного эффекта» над водной или иной поверхностью, без постоянного контакта с ней, и поддерживается в воздухе, главным образом, аэродинамической подъёмной силой, генерируемой на воздушном крыле (крыльях), корпусе, или их частях, которые предназначены для использования действия «экранного эффекта».

Экранопланы способны эксплуатироваться на самых различных маршрутах, в том числе и тех, которые недоступны для обычных судов. Наряду с более высокими гидроаэродинамическим качеством и мореходностью, чем у других скоростных судов, экранопланы обладают амфибийными свойствами. Помимо водной глади они способны передвигаться над твёрдой поверхностью (земля, снег, лёд) и базироваться на ней. Экраноплан, таким образом, объединяет в себе лучшие качества судна и самолёта.

Экранопланы, способные на длительное время отрываться от экрана и переходить в «самолётный» режим полёта, называются экранолётами.

Ekranoplan volga-2.jpg

Эффект экрана

По сути, экранный эффект — это та же воздушная подушка, только образуемая путём нагнетания воздуха не специальными устройствами, а набегающим потоком. То есть «крыло» таких аппаратов создаёт подъёмную силу не за счёт разреженного давления над верхней плоскостью (как у «нормальных» самолётов), а за счёт повышенного давления под нижней плоскостью, создать которое возможно только на очень небольших высотах (1-1,5 метра).

Эффект экрана связан с тем, что возмущения (рост давления) от крыла достигают земли (воды), отражаются и успевают дойти до крыла. Таким образом, рост давления под крылом получается большим. Скорость распространения волны давления, конечно, равна скорости звука. Соответственно, проявление экранного эффекта начинается с

${\mathbf{l}\cdot\mathbf{V} \over 2\mathbf{h}\cdot\mathbf{v}}$ ,

где l — ширина крыла (хорда крыла), V — скорость звука, h — высота полёта, v — скорость полёта.

Чем шире крыло, ниже скорость полёта и высота — тем выше экранный эффект.

Например, максимальная дальность полёта экранолёта «Иволга» на высоте 0,8 м составляет 1150 км, а на высоте 0,3 метра с той же нагрузкой — уже 1480 км.

Традиционно на скоростях полётов у самой земли принято считать высотой действия экрана половину хорды крыла. Это даёт высоту порядка метра. Но у достаточно больших экранопланов высота полёта «на экране» может достигать 10 и более метров.

Центр давления (обшая точка приложения силы) экранного эффекта находится ближе к задней кромке, центр давления «обычной» подъёмной силы — ближе к передней кромке, поэтому чем больше вклад экрана в общую подъёмную силу, тем больше центр давления смещается назад. Это приводит к проблемам балансировки. Изменение высоты меняет балансировку, изменение скорости — тоже. Крен вызывает диагональное смещение центра давления. Поэтому управление экранопланом требует специфических навыков.

Достоинства экранопланов

высокая экономичность и более высокая грузоподъёмность по сравнению с самолётами
достаточно высокая скорость
экранолёты по скоростным, боевым и грузоподъёмным характеристикам в разы превосходят суда на воздушной подушке и суда на подводных крыльях
для военных немаловажна малозаметность экраноплана на радарах вследствии полёта на низких высотах, быстроходность, невосприимчивость к противокорабельным минам
экранопланы относятся к безаэродромной авиации — для взлёта и посадки им нужна не специально подготовленная взлётная полоса, а лишь достаточная по размерам акватория или ровный участок суши
для экранопланов не важен тип поверхности, создающей эффект экрана — они могут перемещаться над замёрзшей водной гладью, снежной равниной, над бездорожьем и т. д.
современные экранопланы-амфибии гораздо безопаснее обычных самолётов: в случае обнаружения неисправности в полёте амфибия может сесть на воду даже при сильных волнениях

Недостатки

одним из серьёзных препятствий регулярной эксплуатации экранопланов является то, что место их предполагаемых полётов (вдоль рек) очень точно совпадает с зонами максимальной концентрации птиц
управление экранопланом отличается от управления самолётом и требует специфических навыков
экраноплан «привязан» к поверхности и не может лететь над неровной поверхностью; этого недостатка лишён экранолёт

Конструкции экранопланов

В конструкциях экранопланов можно выделить две школы: советскую (Ростислав Алексеев) с прямым крылом и западную (Липпиш) с треугольным крылом (углом назад, то есть с обратной стреловидностью) с выраженным обратным поперечным V. Схема Р. Е. Алексеева требует большей работы по стабилизации, но позволяет двигаться с большими скоростями и в самолётном режиме.

Схема Липпиша включает средства снижения избыточной устойчивости (крыло с обратной стреловидностью и обратное поперечное V), что позволяет снизить недостатки балансировки экраноплана в условиях небольших размеров и скоростей.

История развития

Открытие эффекта экрана и начало использования

В середине 1920-х годов авиаторы впервые столкнулись с экранным эффектом при взлёте и особенно при посадке самолётов-низкопланов. Было замечено некоторое увеличение подъёмной силы крыла, когда самолёт продолжал лететь над полем, как бы не желая садиться. Кроме того, экранный эффект иногда приводил к неприятностям. При движении вблизи экрана центр давления крыла перемещается к его задней кромке, что в случае недостаточной эффективности горизонтального оперения становится причиной аварии во время посадки самолёта.

Во время экспериментальных полётов в 1932 году на небольшой высоте над Северным морем тяжёлого двенадцатимоторного самолёта «Дорнье ДО-Х», крыло которого имело значительную хорду, было замечено уменьшение аэродинамического сопротивления и расхода топлива. Известный авиационный инженер, изобретатель и авиаконструктор П. И. Гроховский в 1932 году разработал проект экраноплана-амфибии с двумя двигателями, аэродинамическая компоновка которого характерна для некоторых экранопланов наших дней.

В 1935 году финский инженер Т. Каарио построил первый экспериментальный буксируемый аппарат с целью использования и изучения экранного эффекта. Сани-экраноплан Каарио имели крыло размером 2х2,6 м, установленное на лыжи. Экраноплан буксировали с помощью аэросаней.

Одной из первых отечественных работ, которая относилась к исследованиям экранного эффекта, является работа Б. Н. Юрьева «Влияние земли на аэродинамические свойства крыла». Затем, уже в 1930-е годы, проводились теоретические исследования экранного эффекта В. В. Голубевым, Я. М. Серебрийским, Ш. Я. Биячуевым и другими.

При разработке экранопланов конструкторские фирмы многих государств столкнулись со множестом технических проблем, начиная от проблемы выбора антикоррозийных материалов и заканчивая проблемами устоячивости в полёте. Правительства этих стран отказались поддержать проекты, а разрабатывать «на свой страх и риск» фирмы не решились. Если конструкции и были разработаны, то так и остались в виде чертежей.

Советские разработки

Исключением является только одна страна — Советский Союз. С самого начала предполагалось военное использование экранопланов, а на военные цели деньги охотно выделялись.

Все советские разработки экранопланов можно разделить на три группы:

конструкции ЦКБ по СКП под руководством Ростислава Алексеева
конструкции авиационного КБ Г. М. Бериева в Таганроге под руководством Роберта Бартини
относительно небольшие экранопланы, в разработке которых принимали участие различные конструкторские бюро

Особняком стоят «любительские» конструкции, причём на этом уровне разработка экранопланов велась не только в СССР, но и в других государствах.

Работы ЦКБ по СПК

В начале 60-х годов в Центральном конструкторском бюро по судам на подводных крыльях (ЦКБ по СПК) в лабораторных условиях проводились исследования экранного эффекта на малых буксируемых моделях и самоходных пилотируемых аппаратах.

Для работ по экранной тематике требовалась оснащённая научно-экспериментальная база. Поэтому на Горьковском водохранилище была построена специальная испытательная станция (база) ИС-2 с комплексом уникальных сооружений, многие были специально созданы для исследований особенностей экранного эффекта.

Первые самоходные модели экранопланов в ЦКБ по СПК были выполнены по схеме «тандем», когда два крыла на фюзеляже располагались одно за другим с целью обеспечения продольной устойчивости применением двух разнесённых крыльев.

22 июля 1961 года на испытательной станции ИС-2 был выполнен первый полет первого отечественного экраноплана. Это был экранолёт СМ-1. В первом испытательном полете экраноплан СМ-1 пилотировал Р. Е. Алексеев, который был главным конструктором аппарата и начальником ЦКБ по СПК. К осени 1961 года техника пилотирования экраноплана была освоена до такой степени уверенности в надёжности аппарата, что Р. Е. Алексеев стал приглашать гостей из Москвы на демонстрационные полёты.

Полёты СМ-1 демонстрировались секретарю ЦК КПСС Д. Ф. Устинову, Председателю Госкомсудостроения Б. Е. Бутоме и Главкому ВМФ С. Г. Горшкову. Демонстрация оказалась убедительной настолько, что высокие гости выразили желание прокатиться на экраноплане, под личную ответственность Р. Е. Алексеева, и их желание исполнили.

По предложению Д. Ф. Устинова в начале мая 1962 года была организована демонстрация экраноплана СМ-2 Н. С. Хрущёву и другим членам правительства, которая проводилась на Химкинском водохранилище под Москвой, недалеко от дачи Н. С. Хрущёва (на берегу Икшинского водохранилища). Из Горького СМ-2 доставили на вертолёте Ми-10К («летающий кран»). Хотя во время показательных проходов СМ-2 не вышел на расчётный режим, экраноплан все-таки произвёл хорошее впечатление на Н. С. Хрущёва.

Возможно, благодаря этому вскоре была принята государственная программа, включающая разработку новых экранопланов, создание боевых экранопланов для ВМФ и других родов войск, а также строительство полноразмерного экспериментального экраноплана КМ.

Caspian seamonster.jpg В структуре ЦКБ по СПК была организована лётно-испытательная служба (ЛИС). В 1964—1965 годах осуществлялось проектирование и создание уникального, самого большого в мире летательного аппарата — экраноплана КМ, получившего название у зарубежных спецслужб «каспийский монстр», «Каспийское чудовище». Главным конструктором этого экраноплана был Р. Е. Алексеев, ведущим конструктором — В. П. Ефимов.

Экраноплан имел размах крыла 37,6 м, длину около 100 м, максимальную взлётную массу 544 тонны. До появления самолёта Ан-225 «Мрия» это был самый тяжёлый летательный аппарат в мире.

В 1966 г. КМ вышел на испытания, которые проводились на специально созданной испытательно-сдаточной станции на Каспийском море в районе г.Каспийска (Дагестан).

В первом испытательном полёте экраноплан КМ пилотировали В. Ф. Логинов и Р. Е. Алексеев. Дальнейшие испытания проводили ведущие лётчики-испытатели Д. Т. Гарбузов и В. Ф. Трошин. Все эти работы проводились в системе Министерства судостроительной промышленности.

В 1972 году был построен первый реально работающий военный экранолёт «Орлёнок», предназначенный для переброски морских десантов на дальность до 1500 км. Всего было построено пять экранолётов типа «Орлёнок»: «Дубль» — для статических испытаний, С-23 — первый летный прототип из сплава К482Т1 (разработан после аварии произошедшей 22 ноября 1974), С-21, построенный в 1977 году, С-25, собранный в 1980 году и С-26, введённый в строй в 1983 году. Все они вошли в состав авиации ВМФ, и на их базе была сформирована 11-я отдельная авиагруппа непосредственного подчинения Главному штабу морской авиации.

По некоторым данным, государственная программа предусматривала строительство 24 экранолётов типа «Орлёнок». Серийную сборку должны были осуществлять судостроительные заводы в Нижнем Новгороде и Феодосии. Однако этим планам не суждено было воплотиться. После смерти в 1984 году Министра обороны СССР Дмитрия Устинова, курировавшего наукоёмкое вооружение, все работы по развитию этого перспективного транспорта были свёрнуты.

В 1987 году первый полет совершил ударный экраноплан-ракетоносец "Лунь". Он был вооружен шестью управляемыми противокорабельными ракетами "Москит". После успешного окончания государственных испытаний "Лунь" был в 1990 году передан в опытную эксплуатацию. Однако развал Советского Союза привел к прекращению работ по этому направлению и расформированию 11-й авиагруппы экранопланов Черноморского флота.

Экранопланы и экранолёты сегодня

В 1990-е годы история с экранопланами получила совершенно неожиданный поворот. Проанализировав перспективность этого вида техники и придя к выводу о значительном отставании работ (за фактическим отсутствием таковых) в области экранопланостроения, конгресс США создал специальную комиссию, призванную разработать план действия по ликвидации «русского прорыва». Члены комиссии предложили обратиться за помощью… к самим русским и вышли напрямую в ЦКБ по СПК. Руководство последнего поставило в известность Москву и получило разрешение от Госкомоборонпрома и Министерства Обороны на проведение переговоров с американцами под патронажем Комиссии по экспортному контролю вооружения, военной техники и технологий МО РФ. Российская сторона любезно согласилась организовать посещение американскими исследователями базы в Каспийске, где они смогли без ограничений детально отснять на фото- и видеопленку подготовленный к вылету специально для этого визита «Орлёнок». После этого визита, американцы, сэкономив несколько миллиардов долларов, начали разработку своих собственных экранолётов.

США

Компания «Боинг» в настоящее время разрабатывает гигантский экранолёт с размахом крыльев почти 150 метров. Назначение будущей машины (кодовое название проекта Pelican) — переброска воинских контингентов и военной техники к местам конфликтов.

Ожидается, что экранолёт сможет брать на борт около 17 танков М-1, а перевозка на нём будет существенно дешевле, чем при использовании традиционыых летательных аппаратов.

Россия

На третьем международном гидроавиасалоне «Геленджик-2000», который проходил на Чёрном море с 6 по 10 сентября 2000, Авиационный военно-промышленный комплекс «Сухой» впервые продемонстрировал свою новую разработку — экранолёт С-90. Главный конструктор экранолёта Александр Поляков. Новый летательный аппарат предназначен для пассажирских и грузовых перевозок в интересах различных ведомств, в том числе силовых. Он может использоваться в трёх режимах — как самолёт, экраноплан и судно на воздушной подушке. Максимальный вес экранолёта в первом варианте 7900 кг, во втором — 9500 кг и в третьем — 10500 кг. Коммерческая нагрузка — 2500, 3100 и 4500 килограммов соответственно. Диапазон высот полёта — от 0,5 метра до 4000 метров. Дальность — свыше 3000 километров.

Перспективы

У экранопланов-амфибий большие перспективы в области спасения людей, потерпевщих бедствие на море. Единственное чем в данной ситуации может помочь самолёт — сбросить спасательный груз на воду, вертолёт обладает малой вместительностью, а водные суда обладают малой скоростью, а значит и придут на помощь не сразу. Спасательный экраноплан может приводняться, а на его борту может находиться целый медицинский центр для обеспечения помощи раненым. И такие проекты уже разрабатываются.

У экранопланов также большие перспективы в области пассажирских и грузовых перевозок, как международных, так и для внутренних нужд отдельных регионов и организаций.

Экранопланы могут быть использованы для переза грузов и участников научных экспедиций в Арктике и Антарктиде.

Интересен экраноплан и военным: для переброса десанта и военной техники, пуска крылатых ракет.

Экранопланы — международные аспекты

В 1992—2002 годы в ИМО (Международная морская организация) по инициативе российской «Арктической торгово-транспортной компании» была осуществлена работа по разработке, согласованию и введению в действие изменений в «Международные правила предупреждения столкновения судов в море» (МППСС-72), а также разработано первое международное «Временное руководство по безопасности экранопланов».

Тем самым было констатировано международное признание экранопланов как нового перспективного морского транспортного средства и создана юридическая основа для развития этого вида транспорта и его коммерческой эксплуатации на международных линиях.

В соответствии с классификацией ИMO, экранопланы подразделяются на три типа:

Тип А — экранопланы, которые способны эксплуатироваться только на высотах действия «эффекта экрана» (высота полета не более размера хорды крыла);
Тип В — экранопланы, способные кратковременно и на ограниченную величину увеличивать высоту полета над экраном;
Тип С — экранопланы, способные на длительное время отрываться от экрана на неограниченную высоту полета.

Для всех экранопланов основным режимом эксплуатации является полёт в непосредственной близости к поверхности с использованием «экранного эффекта» Это означает, что они постоянно находятся внутри сферы эксплуатации обычных судов и должны подчиняться «Международным правилам предупреждения столкновений судов на море». В связи с этим, совместным решением ИМО и Международной организации гражданской авиации (ИКАО) экраноплан рассматривается не как самолёт, который может плавать, а как судно, способное летать.

Поскольку некоторые экранопланы обладают способностью увеличивать высоту полёта за пределы действия «экранного эффекта» и даже летать на такой высоте, где действуют авиационные правила, то, для разделения сферы юрисдикции ИМО и ИКАО все экранопланы были разделены в «Руководстве» на три типа по их способности и наличию разрешения на эксплуатацию и за пределами высоты действия «экранного эффекта»:

Тип А — судно, которое сертифицировано для эксплуатации только внутри зоны действия «экранного эффекта». Такие суда во всех режимах эксплуатации подчиняются требованиям ИМО;
Тип В — судно, которое сертифицировано кратковременно и на ограниченную величину увеличивать высоту полёта за пределы действия «экранного эффекта», но на расстояние от поверхности, не превышающее 150 м (для перелёта через другое судно, препятствие или иных целей). Также подчиняется требованиям ИМО. Максимальная высота такого «перелёта» должна быть меньше, чем минимальная безопасная высота полёта воздушного судна по требованиям ИКАО (над морем — 150 м). Ограничение высоты в 150 м контролируется ИКАО;
Тип С — судно, сертифицированное для эксплуатации вне зоны действия «экранного эффекта» при высоте, превосходящей 150 м. Подчиняется требованиям ИМО во всех режимах эксплуатации, кроме «самолётного». В «самолётном» режиме безопасность обеспечивается только требованиями ИКАО, с учетом особенностей экранопланов.

Ссылки

Парящие над волнами

Транспортные средства | Авиация

Gourt Home::Gourt :: Экраноплан