Транспортный экраноплан «Pelican» фирмы «Boeing»
Экранный эффект был открыт авиаторами. Они столкнулись с необычным поведением самолетов на взлетно-посадочных режимах еще в 20-х годах - у самой земли самолет неожиданно обретал дополнительную подъемную силу и, вместо того, чтобы лететь горизонтально, норовил «лезть вверх» или, игнорируя управление, не желал приземляться. К началу 1930-х гг. эту загадку удалось раскрыть - на малой высоте поток воздуха как бы зажимается между крылом и землей и, уплотняясь, создает динамическую воздушную подушку, резко увеличивающую подъемную силу крыла.
Явление назвали «эффектом влияния земли», а позже - «экранным эффектом». Одной из первых отечественных работ, посвященных влиянию земли на аэродинамические свойства крыла, была экспериментальная работа Б.Н. Юрьева. В период 1935-1937 гг. комплекс экспериментальных и теоретических исследований в этом направлении провели Я.М. Серебрийский и Ш.А. Биячуев в ЦАГИ. Примерно в этот же период проведен ряд теоретических исследований видными зарубежными учеными: А. Бетцем, К. Визельсбергом, С. Хаггетом, Д. Баглея, М. Финном. Результаты этих исследований позволили дать качественную оценку влияния экранного эффекта на аэродинамические характеристики низколетящего крыла. В частности, было показано, что подъемная сила крыла растет, причем тем больше, чем ближе крыло к земле; также уменьшается сопротивление и изменяется продольный момент.
Что же касается судостроения, то до начала XX века единственным средством водного транспорта оставалось водоизмещающее судно, скорость которого редко превышала 20-40 км/ч из-за резкого роста волнового сопротивления - волновой барьер. В начале XX века были изобретены суда с динамическим принципом поддержания - глиссеры и суда на подводных крыльях (СПК), когда водоизмещающий корпус, полностью или частично, поддерживается над поверхностью воды за счет гидродинамических сил. Первое в мире судно на подводных крыльях построил в 1894 г. французский инженер Шарль д`Аламбер. Катер оказался неудачным, устойчивого движения добиться не удалось, однако идея была воспринята с интересом: в 1906 г. Э. Форланини построил в США катер, развивший скорость 40 узлов. д`Аламбер построил также первый самоходный глиссер, показавший на испытаниях скорость около 20 узлов. В 1935 г. под руководством профессора Московского авиационного института (МАИ) В.И. Левкова создается первое в мире судно на воздушной подушке (СВП) Л-1. Сам факт существования этого и последующих судов, в том числе рекордного Л-5, был глубоко засекречен, и на Западе независимо от Левкова развивалась своя методика расчета СВП.
Как вы уже поняли, для авиации экранный эффект является «вредным». Но то, что не подошло авиаторам, решили использовать судостроители. По-видимому, первый экраноплан был создан финским инженером Т. Карио. Зимой 1932 г. над замерзшей поверхностью озера он испытал экраноплан, буксируемый аэросанями. В 1939 г. американский инженер Д. Уорнер, работая над быстроходными катерами, предложил проект судна с системой несущих воздушных крыльев. По заказу военного ведомства Швеции обширные работы выполнялись в 40-х годах И. Троенгом. Были получены два катера-экраноплана, но полученные результаты не удовлетворили заказчика, и работы свернули.
Опыт Второй мировой войны показал высокую эффективность скоростных кораблей, особенно при нанесении внезапных ударов по противнику и проведении десантных операций. После войны в различных странах мира по заказам ВМС или в инициативном порядке строились малые (весом до 5 т) экспериментальные экранопланы. За рубежом активное внимание к экранопланам связано с публикацией результатов испытаний экраноплана Х-112 известного немецкого аэродинамика А. Липпиша. Схема Липпиша известна как схема с шатрообразным крылом, хорошо удерживающим давление воздуха между крылом и экраном и обладающим наименьшим индуктивным сопротивлением. Оперение расположено высоко над крылом по Т-образной схеме. Для старта с воды использованы поплавки на концах крыла и глиссирующий корпус-лодка. Позднее, в 70-х годах Г. Йоргом (ФРГ) предложен еще один вариант устойчивой в приэкранном полете схемы — схема «тандем». Она представляет собой еще один вариант базовой схемы экраноплана, в которой два примерно одинаковых крыла расположены друг за другом («тандем»). Схема также обладает продольной устойчивостью, но в ограниченном диапазоне углов тангажа и высот полета. За период с 60-х годов в различных странах создано и испытано несколько десятков опытных экранопланов с самыми различными вариантами аэродинамических схем и стартово-посадочных устройств.
Работа в этом направлении успешно продвигалась в СССР, создавшем к 1980-м гг. львиную долю из созданных к тому времени 25 образцов экранопланов. Лидером разработок стало горьковское Центральное конструкторское бюро судов на подводных крыльях, руководимое Р.Е. Алексеевым (ЦКБ по СПК), которое строило по госзаказу для ВМФ СССР ракетоносные, десантно-транспортные и противолодочные экранопланы. Базовая схема экранопланов Р.Е. Алексеева характеризуется как «нормальная самолетная схема» с низкорасположенным крылом малого удлинения, оборудованным концевыми шайбами, и высокорасположенным Т-образным оперением, максимально вынесенным из зоны скосов потока за крылом. В качестве шасси для старта с воды и выхода на берег использовалась воздушная подушка проточной схемы (система отклонения струй двигателей под крыло - поддув).
После 1991 г. экранопланы переживают фактически свое «второе рождение». Это связано с тем, что создание таких больших экранопланов, как «Орленок» и «Лунь», показало возможность успешно решить такую сложную техническую задачу и обеспечить разработку скоростных и экономичных машин. Проанализировав перспективность этого вида техники, 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 к горьковским конструкторам. Руководство КБ поставило в известность Москву и получило разрешение на проведение переговоров с американцами. Российская сторона любезно согласилась организовать посещение американскими исследователями базы в Каспийске, всего за 200 тысяч долларов, где они смогли без ограничений детально отснять на фото- и видеопленку подготовленный к вылету специально для этого визита «Орленок». После этого визита американцы, сэкономив несколько миллиардов долларов, начали разработку своих собственных экранолетов. В частности, с течением времени фирма «Boeing» создала проект тяжелого транспортного экраноплана «Пеликан».
Накопленный опыт работ по экранопланам позволил в 1998 г. ввести «Правила классификации и постройки легких экранопланов типа А» Российского Морского Регистра Судоходства, на основе этих Правил в конце 2002 г. - «Временное руководство по безопасности экранопланов» Международной морской организации, а также «Правила классификации и постройки экранопланов» Российского Речного Регистра. В настоящее время строится довольно большое количество самых разнообразных экранопланов, как силами энтузиастов-любителей, так и на соответствующих предприятиях. Некоторые из них (например, экранопланы «Акваглайд») уже выпускаются малыми сериями и имеют хорошую коммерческую перспективу. В России проектированием, серийным производством и продвижением экранопланов на мировой рынок занимаются конструкторские бюро и предприятия, входящие в финансово-промышленную группу «Скоростной флот».
Источник: Журнал "Наука и техника", №7 (38), 2009
июль
стр. 41-49, авторы статьи Ефимов Я., Скулин А..
