научная статья по теме ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКРАНОПЛАНОСТРОЕНИЯ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКРАНОПЛАНОСТРОЕНИЯ»

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.

Показать целиком