СУДОСТРОЕНИЕ 1'2000
ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКРАНОПЛАНОСТРОЕНИЯ
Э. А. Афрамеев, канд. техн. наук (ГНЦ ЦНИИ им. академика
А. Н. КрЫЛОВа) УДК 629.57
Экранопланостроение имеет уже более чем полувековую историю, однако и сегодня реально эксплуатирующиеся образцы этого нового вида техники во всем мире немногочисленны. Столь медленное «внедрение» экранопланов в систему транспортных средств лишь частично можно объяснить трудностями технического характера, например, потребовавшим длительного времени решением задачи обеспечения устойчивости движения над экраном, необходимостью отработки вопросов конвертации и влагозащиты авиационных двигателей, потребностями создания специфической ави-оники, отсутствием эксплуатационной инфраструктуры и т. п. К тому же все основные научно-технические задачи в области гидроаэродинамики, прочности, энергетики, технологии строительства, специального оборудования для экранопланов, по существу, уже решены.
Основной причиной такого положения в экранопланостроении следует считать то, что экранопланы того типоразмера и технического облика, в котором они до сих пор создавались, не продемонстрировали на практике существенных преимуществ перед другими видами скоростного транспорта и, в первую очередь, самолетами и гидросамолетами. Многообещающая идея достижения более высокого аэродинамического качества и, следовательно, превосходства в транспортной эффективности по отношению к самолетам за счет движения крыла вблизи подстилающей поверхности, оказалась труднореализуемой для практических аппаратов и реальных условий эксплуатации.
И тем не менее, экранопланы имеют большое будущее. Альтернативы экрано-планам в области быстроходных морских средств для расширяющейся территориально эксплуатации морей и океанов нет. С общей точки зрения, не затрагивая частные причины интереса к экранопланам, появление в мире техники такого нового вида транспортных средств можно считать закономерным следствием интенсивного и все ускоряющегося освоения морских и океанских пространств.
Опыт создания и эксплуатации экранопланов, а также научно-исследовательские разработки на перспективу позволяют оценить достигнутый уровень технических характеристик экранопланов и возможные пределы их повышения. На основании указанных оценок можно обосновать и коррективы, которые необходимо внести в концептуальные основы экранопланостроения с тем, чтобы экранопланы заняли подобающее им место в мировой транспортной системе.
Аэрогидродинамическая эффективность экранопланов. На рис.1 показаны характерные значения аэродинамического качества экранопланов I поколения, имеющих так называемую «самолетную» аэродинамическую компоновку, для которых наибольшая достигнутая взлетная масса составила около 430 т ( на летающей лаборатории «КМ» ). Здесь же приведены значения качества современных тяжелых транспортных самолетов. Только при движении в условиях тихой воды и малых относительных высот полета над экраном аэродинамическая эффективность экранопланов соответствует достигнутой для современных самолетов. С увеличением высоты полета аэродинамическое качество экранопланов, естественно, снижается и уменьшается дальность полета.
Использование на отечественных экра-нопланах поддува струями от двигателей
0.1 0,25^,751,25 Р.О_3,5 _Г|
Рис. 1. Аэродинамическая эффективность экранопланов:
Ктах — максимальное полетное аэродинамическое качество; Н — высота полета; Ь — хорда крыла; Ьз% — высота волн 3%-й обеспеченности
под несущие поверхности позволяет обеспечить гидроаэродинамическое качество на взлете с тихой воды и волнения, не уступающее показателям современных гидросамолетов. Однако сам уровень мореходности, характеризуемый высотой волнения, на котором возможны взлет и посадка, практически соответствует мореходности современных гидросамолетов, использующих на взлете мощную механизацию крыла (рис. 2).
В целом, для экранопланов I поколения с «самолетной» компоновкой вынужденное, из-за использования поддува, малое удлинение крыла в значительной мере нивелирует эффект, достигаемый за счет влияния экрана. На снижение аэродинамического качества также влияют обводы корпуса, обеспечивающие повышение гидродинамического качества на взлете, но неоптимальные по аэродина-
О
Ч
я
О
ЫЕ
О
2 Судостроение № 1, 2000 г.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ
СУДОСТРОЕНИЕ 1'2000
Рис. 2. Минимальное гидродинамическое качество экранопланов при взлете с тихой воды К^ и соответствующего волнения
(М — взлетная масса экраноплана)
Рис. 3. Весовое совершенство экранопланов:
Рпн — масса полезной нагрузки, Рт — масса запасов топлива
мическому сопротивлению в полете, большие площади горизонтального оперения, наличие пилонов поддувных двигателей, а при взлете — и ограниченная эффективность применения механизации несущих поверхностей вблизи экрана. Все сказанное выше снижает конкурентоспособность экранопланов по сравнению с самолетами по аэродинамическому совершенству.
Переход к созданию экранопланов II поколения с перспективными аэродинамическими компоновками типа «составное крыло» позволит существенно повысить аэродинамическое качество в полете, доведя его при практических высотах полета до значений, имеющихся у современных самолетов. Для сверхтяжелых экранопланов с большими геометрическими размерами несущих поверхностей, за счет снижения относительных высот полета возможно было бы еще большее повышение качества. Однако, поскольку в обозримой перспективе создание сверхтяжелых экранопланов по причинам, о которых будет сказано ниже, представляется проблематичным, следует считать, что обеспечение значительного преимущества экранопланов над самолетами по аэродинамическому качеству пока недостижимо для реальных
конструкций и реальных условий эксплуатации экранопланов.
Весовое совершенство. Уровень весового совершенства экранопланов I поколения, определяемый полной весовой отдачей, т.е. долей возможной полезной нагрузки (суммы полезного груза и топлива ) в общей массе аппарата, в 2—3 раза ниже показателей тяжелых самолетов (рис. 3). При равных относительных значениях масс оперений экранопла-ны по сравнению с самолетами имеют существенно большие массы корпуса и крыльев. С другой стороны, сравнение по «весовому качеству» — удельному показателю веса единицы площади омываемой поверхности конструкции — свидетельствует, что конструкции экранопланов, в целом, находятся на уровне авиационных конструкций (рис. 4). Низкие характеристики весовой отдачи экранопланов при малых взлетных массах объясняются наличием контактов элементов их конструкции с водой при взлете и посадке на взволнованной поверхности моря, необходимостью использования амортизированных взлетно-посадочных устройств, относительно большими объемами корпусов, отчасти применением по условиям технологии завышенных толщин материалов и т. п., факторами, носящими объективный характер, но вли-
яние которых снижается по мере роста взлетной массы и геометрических размеров экранопланов. В связи с этим, показатели весовой отдачи для тяжелых экранопланов II поколения могут быть существенно улучшены. Кроме того, для существующих экранопланов характерны малые нагрузки на крыло, и это говорит о наличии некоторых резервов по весовому совершенству, т. е. увеличение нагрузки на крыло экранопланов I поколения ограничено трудностями механизации низкорасположенных крыльев.
В целом, несмотря на некоторые имеющиеся резервы весовой оптимизации, следует считать, что весовое совершенство экранопланов не будет выше достигнутого у самолетов вследствие контактов элементов их конструкции с взволнованной поверхностью воды при взлете и посадке.
Энергетическая и топливная эффективность. Энергетические установки экранопланов укомплектовываются, как правило, конвертированными авиационными двигателями, не оптимизированными для постоянной работы на малых высотах. Возможно, что при создании специальных двигателей для экранопланов и удастся несколько повысить характеристики их энергоустанов-
М-РПН-Р1-Р3Д, т/м2
100 2ТО 300
Рис. 4. Весовое качество экранопланов:
Рэ — масса энергетической установки; 5 — полная омываемая
2
поверхность экраноплана, м2
СУДОСТРОЕНИЕ 1'2000
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ
ки и условия поддува под несущие поверхности экранопланов при взлете, но вряд ли такие улучшения будут определяющими.
Полная тяговооруженность экранопланов, представляющая собой удельную величину необходимой установочной тяги двигателей, в связи с использованием способа взлета с поддувом, достаточно близка к имеющей место у тяжелых самолетов (рис. 5). Существенное снижение тя-говооруженности не представляется возможным, так как приводит к затягиванию процесса взлета и увеличению нагрузок на конструкцию.
Топливная эффективность, которая может быть охарактеризована затратами топлива на транспортировку единицы полезной нагрузки на единицу расстояния, у экранопланов I поколения значительно ниже эффективности самолетов (рис. 6). Она резко возрастает с ростом массы экранопланов, что связано с одновременным повышением весовой отдачи и более эффективным использованием влияния экрана на аэродинамические характеристики крыла.
Экономическая эффективность. Результаты экономических исследований, выполненных применительно к ряду конкретных трасс эксплуатации экранопланов различного типа и в широком диапазоне взлетных масс, свидетельствуют, что не удается обеспечить априорное их превосходство в стоимости перевозок перед авиационными средствами транспорта, а в ряде случаев — и по отношению к другим видам скоростного водного транспорта. С другой стороны, не следует ожидать и существенного превышения стоимости создания и эксплуатации экранопланов по сравнению с авиационными средствами.
В зависимости от конкретных условий эксплуатации, протяженности трасс, величины и постоянства пасса-жирогрузопотока, наличия других видов транспорта, возможности создания соответствующей инфраструктуры и обслуживания экранопланы могут оказаться рентабельными в использовании или неконкурентоспособными. Согласно сопоставительным оценкам экономической эффективности самолетов и экранопланов [1], последние могут иметь преиму
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.