Четверг, 24.08.2017, 06:10
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Девятая олимпиада (2011/12 уч.год)

"Забытые проекты ХХ века". Газутдинов Денис Инарович.

Историко-исследовательская работа
«Забытые проекты ХХ века»

Газутдинов Денис Инарович

 В работе рассказывается о чуде технической мысли - экранопланах.
  Основные разделы работы следующие:
- физические основы движения экраноплана;
- первые конструкторы экранопланов- Алексеев Р.Е., Бартини Р.Л., Липпиш А.;
- классификация и базовые конструкции экранопланов;
- разработки советских ученых- "Каспийский Монстр","Орленок","Лунь", ВВА;
- о достоинствах и перспективности экранопланов.

Содержание

Введение
1 Предпосылки к возникновению экранопланов
2 Физические основы движения экраноплана
3 Первые конструкторы экранопланов
3.1 Мировой опыт проектирования экранопланов
3.2 Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях
3.3 Авиационное конструкторское бюро имени Г.М.Бериева
3.4 Александр Липпиш
4 Базовые конструкции экранопланов
4.1 Конструкция Р.Е. Алексеева
4.2 Конструкция А.Липпиша
4.3 Конструкция Г. Йорга
5 Классификация экранопланов
6 Разработки советских ученых
6.1 Корабль-макет «Каспийский монстр»
6.2 Транспортно-десантный экраноплан «Орленок»
6.3 Ракетоносец «Лунь»
6.4 Вертикально-взлетающая амфибия
7 Перспективны ли экранопланы?
7.1 Достоинства экранопланов
7.2 Влияние на окружающую среду
7.3 Грузопассажирские перевозки
Заключение
Список источников информации

Введение

   Человечество всегда стремится к совершенствованию техники и в процессе своего стремления создает множество различных проектов во всех отраслях хозяйства. Давно перестал казаться чудом самолёт, освоивший стихию воздуха. Значительно раньше корабли покорили стихию воды. Различные конструкторские бюро и сегодня разрабатывают множество образцов различной техники. Какие-то их них применяются в хозяйстве и армиях многих стран, какие-то навсегда остаются экспериментальными образцами, или же вообще существуют только на бумаге. Можно выделить несколько основных причин того, почему разработки остаются лишь опытными образцами:
- слишком дорогие;
- не находят себе применения;
- показывают плохие характеристики. 
   Россия всегда славилась своими военными разработками в области авиа- и ракетостроения, и некоторые были хорошими образцами военной техники. Однако, они всё равно не перешли в разряд серийных машин.Но вновь появляющиеся современные технологии, материалы и конструкторские решения позволяют воссоздать и модернизировать проекты, относящиеся к категории забытых. В некоторых случаях применение новых технических решений к уже разработанным моделям может привести к революционному прорыву в той или иной области науки и техники.
   Целью данной работы является исследование одного из наиболее интересных забытых проектов двадцатого века – экранопланов. В середине двадцатого века экранопланы - транспортные средства, поддерживаемые над поверхностью с помощью динамической воздушной подушки - были одним из перспективных решений в попытке увеличения скорости. Но конструкторские коллективы столкнулись с необходимостью создания легкой и одновременно прочной конструкции, способной выдержать удар о гребни волн со скоростью 400 - 500 км/час и небольшой высоте полета. Нужно было разработать необходимые материалы, так как судостроительные были слишком тяжелыми, а авиационные не выдерживали соприкосновения с соленой водой и быстро коррозировали. Конечный результат был невозможен без надежных двигателей. В итоге работы по созданию экранопланов, активно начавшись, закончились лишь созданием опытных образцов.

1 Предпосылки к возникновению экранопланов


   Столь важное качество, как быстроходность, во все времена была объектом пристального внимания корабелов. Но увеличение скорости кораблей ограничивалось волновым сопротивлением корпуса и недостаточной мощностью парусного и весельного двигателей. С появлением механических двигателей во второй половине ХIХ в. ситуация сильно не изменилась: парусники до начала ХХ в. по скорости не уступали пароходам.
   В начале ХХ 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. Скорость коммерческих судов возросла до 60-90 км/ч, но ее дальнейшее увеличение ограничивалось ростом сил трения корпуса в плотной водной среде у глиссеров.
   Во второй половине ХХ века появились суда на воздушной подушке (СВП), у которых водоизмещающий корпус поддерживается над поверхностью воды за счет постоянных затрат мощности двигателей на образование под ним воздушной подушки. Ограждение подушки должно всегда находиться на уровне или ниже поверхности воды, иначе, с увеличением зазоров над поверхностью, резко возрастают затраты мощности двигателей на ее поддержание. Скорость СВП на тихой воде достигала 100-170 км/ч, а на волнении значительно ограничивалась «поршневым эффектом» при прохождении судном профиля волны. По этим причинам водоизмещение коммерческих СВП не превышало 200-300 т, а дальность экономически выгодных рейсов редко превышает 50–100 км.
   Несмотря на столь значительные научно-технические достижения водный транспорт практически утратил свое значение в пассажирских перевозках на дальность более 300-500 км, поскольку скорость пассажирского железнодорожного транспорта достигла 300-700 км/ч (Франция, Германия, Япония), а в авиации до 900 км/ч. Эффективность водного транспорта сохраняется только на грузовых перевозках, за счет большой единичной грузоподъемности судов, и как средство отдыха на воде. 
   Разработка экраноплана - судна с полным отрывом корпуса от воды и самолетными скоростями до 500-700 км/ч, является логическим продолжением поиска способов повышения скорости на водном транспорте. Резкое увеличение скорости транспортного средства связано с идеей поднять корпус судна из воды в воздух – в среду в 840 раз менее плотную. Опора на подушку из сжатого воздуха, делает экраноплан гораздо быстрее самых скоростных катеров и экономичнее самолёта.
   В России работы начаты в 60-х годах по инициативе и под руководством Р.Е. Алексеева, сразу же после создания им всемирно известных Ракет, Метеоров, Комет. В период с 1960-го по 1985-й годы было испытано около 10 самоходных моделей, созданы тяжелые экранопланы КМ (корабль-макет), Орленок, Лунь. За рубежом активное внимание к экранопланам связано с публикацией результатов испытаний экраноплана Х-112 известного немецкого аэродинамика А. Липпиша. За период с 60-х годов в различных странах создано и испытано несколько десятков опытных экранопланов с самыми различными вариантами аэродинамических схем. Однако, ни один из аппаратов не был запущен в серию, как это было, например, при появлении первых СПК в период 1950-70-х годов.
   Таким образом, появление экранопланов могло бы удовлетворить спрос на скоростные морские грузопассажирские перевозки, которые не могут быть обеспечены традиционными типами транспортных средств.
1) Глиссеры (V = 60-100 км/ч)
2)Катамараны (V = 40-100 км/ч)
3)Суда на подводных крыльях (V = 60-90 км/ч )
4) Скеговые суда на воздушной подушке (ССВП) ( V = 40 – 170 км/ч )
5) Амфибийные суда на воздушной подушке ( АСВП) ( V = 40 – 120 км/ч )
Рисунок 1.- Передовые рубежи техники скоростного транспортного флота

   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 Америке катер, развивший скорость 40 уз. Д'Аламбер построил также первый самоходный глиссер (1897 г.), показавший на испытаниях скорость около 20 уз.
   В 1935 г. под руководством профессора Московского авиационного института В.И.Левкова создается первое в мире судно на воздушной подушке 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.
   В 1959 г. под руководством Коккерена в Великобритании было построено СВП "Ховеркрафт" – первое, о котором узнала широкая общественность.
   Глиссер, СПК, СВП – ступени развития идеи о подъеме корпуса скоростного судна из воды в воздух, логическим завершением которой явились бы летящие над водой суда-экранопланы.
 

2 Физические основы движения экраноплана


   Экранный эффект – изменение несущих свойств крыла на малых высотах полета – открыт авиаторами. Экранный эффект возникает когда аппарат летит низко и расстояние от крыла до Земли или поверхности воды невелико. Набегающий поток, отражаясь, успевает дойти до поверхности и вернуться обратно. То есть крыло уплотняет под собой набегающий поток воздуха, превращая его в динамическую воздушную подушку. Таким образом, возникает дополнительная подъёмная сила.
   Впервые с экранным эффектом столкнулись летчики при взлетах и посадках самолетов еще в 20-х годах. Поскольку летные данные самолета, и в частности, его устойчивость, не были рассчитаны на этот эффект, он в ряде случаев приводил к авариям и катастрофам самолетов. С этой точки зрения этот эффект безусловно вреден, и нет ничего удивительного в том, что возможностью полезного использования данного явления заинтересовались создатели скоростных судов.
   По-видимому, одной из первых отечественных работ, посвященных влиянию земли на аэродинамические свойства крыла, была экспериментальная работа Б.Н.Юрьева (1923 г.).
   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.
   Полезное влияние экрана на аэродинамические характеристики крыла проявляется в двух факторах: во-первых, в снижении аэродинамического сопротивления, а во-вторых, в увеличении давления под крылом (росте подъемной силы). Подъемная сила крыла растет, причем тем больше, чем ближе крыло к земле; сопротивление воздушного потока уменьшается.
   Это позволило разработать соответствующие рекомендации для управления самолетом, у которого проявляется влияние экрана на аэродинамические характеристики на взлетно-посадочных режимах. Тем не менее, для авиации этот эффект продолжает оставаться "вредным".

Рисунок 2.- Возникновение экрана

   Отличие экранопланного крыла от самолетного заключается в способности запереть набегающий поток воздуха под крылом и ограничить его перетекание на верхнюю часть крыла.
   Влияние экрана на крыло – очень сложное физическое явление, и полной ясности в понимании механизма этого влияния еще нет. Например, могут существовать такие режимы движения крыла над экраном, когда при уменьшении высоты полета подъемная сила не увеличивается, а наоборот, уменьшается.

3 Первые конструкторы экранопланов

3.1 Мировой опыт проектирования экранопланов

   Первый экраноплан был создан финским инженером Т.Каарио. Зимой 1932 г. над замерзшей поверхностью озера он испытал экраноплан, буксируемый аэросанями. Позднее, в 1935 – 1936 гг. Каарио построил усовершенствованный аппарат, оборудованный двигателем с воздушным винтом.
   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 построены 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. 
   Интенсивные разработки проектов экранопланов для военных были развернуты в начале 60-х годов прошлого века в Советском Союзе. Головными предприятиями, создававшими новый вид техники, стали авиационное опытно-конструкторское бюро (ОКБ) имени Г. М. Бериева в Taганроге (известное своими гидросамолетами) и корабельное ЦКБ по СПК имени Р.Е.Алексеева в Нижнем Новгороде. Конечно, в то время были живы оба руководителя, и возглавляемые ими организации носили другие названия.
   Необходимо отметить, что попытки создания экранопланов в послевоенное время предпринимались не только в СССР, но и в других странах мира Финляндии, Швеции, Швейцарии и Германии, США.
   Например, в 60-е годы Александром Липпишем (США) были разработаны и испытаны экспериментальные образцы экранопланов, обладающие высоким аэродинамическим качеством и устойчивостью полета вблизи поверхности. Позднее, в 70-х годах Г. Йоргом (ФРГ) предложен еще один вариант устойчивой в приэкранном полете схемы – схема «тандем».

3.2 Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях

   ЦКБ Алексеева (полное современное название – Научно-производственное объединение "Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях" имени Р.Е.Алексеева, Генеральный директор В.В.Соколов) берет свое начало от организованной в 1943 г. на заводе "Красное Сормово" "Гидролаборатории". Она создавалась по инициативе талантливого инженера Ростислава Евгеньевича Алексеева (1916 – 1980), который и возглавил ее. Тематика работ – суда на подводных крыльях – была засекречена. Видимо, эта завеса секретности помешала сорок лет спустя включить в энциклопедию хотя бы несколько строк о Главном конструкторе, лауреате Государственной и Ленинской премий, Заслуженном изобретателе РСФСР, докторе технических наук Р.Е.Алексееве, результаты работ которого по СПК широко известны и используются не только у нас, но и на Западе.

   Краткая справка
   Ростислав Евгеньевич Алексеев родился 18 декабря 1916 в городе Новозыбков Брянской области. В военно-морской академии Ростислав Евгеньевич очень увлёкся темой создания кораблей на подводных крыльях.
   В 1935 году Алексеев поступает в Горьковский индустриальный институт на кораблестроительный факультет. В 1941 году защитил дипломную работу «Глиссер на подводных крыльях». Госкомиссией ему присвоили звание инженера-кораблестроителя.
   С 1941 по 1943 годы работал в должности контрольного мастера выпуска танков на заводе «Красное Сормово». В 1942 году Алексееву выделили помещение и коллектив для работы по созданию боевых катеров на подводных крыльях. 
   В 1951 году Алексеев и его помощники за разработку и создание судов на подводных крыльях были удостоены Сталинской премии второй степени.
Коллектив начинает работать над пассажирским судном на подводных крыльях. Летом 1957 года Алексеев привёл «Ракету» в Москву в дни Международного фестиваля молодёжи и студентов. После этого в мире начинается скоростное судостроение. Ростислав Евгеньевич создаёт всё новые и новые суда: «Метеор», «Комета», «Спутник», «Буревестник», «Восход».
   С начала 60-х годов Алексеев начинает проектировать и создавать экранопланы. Он является конструктором уникального, самого большого в мире летательного аппарата — экраноплана КМ, получившего у зарубежных спец-служб название «каспийский монстр». Так расшифровали американцы буквы КМ — корабль-макет — на борту экраноплана.
   В 1972 году - экраноплан Орлёнок. В начале 1980 года Алексеев берётся за проектирование малого экраноплана Волга-2.
   9 февраля 1980 года Ростислава Евгеньевича Алексеева не стало. Он надорвался при транспортировке очередного экраноплана и после двух операций скончался. 

  
Сейчас ЦКБ знают по гражданской продукции – СПК "Ракета", "Метеор", "Комета", "Колхида", "Буревестник", "Спутник", "Восход". Но мало кому известно, что, начиная с 50-х годов, в ЦКБ развернулись работы по созданию боевых экранопланов. Обстановка, царившая в те годы в СССР, когда под оборонные проекты деньги и ресурсы выделялись практически без ограничений, позволила осуществить то, что оказалось невозможным для западной экономики с ее строгим и трезвым расчетом: преодолеть огромный финансовый и технический риск и создать вполне боеспособные машины. 
 

3.3 Авиационное конструкторское бюро имени Г.М.Бериева

   В начале 60-х годов начались работы над экранопланами и в авиационном ОКБ имени Г М Бериева в Taганроге (известное своими гидросамолетами). В данном бюро группа конструкторов под руководством Р.Л.Бартини проектировала серию экранопланов с обозначением ВВА - вертикально взлетающая амфибия.
   Аппараты, созданные в Таганроге, строго говоря, экранопланами не являются. Коллектив Р.Л.Бартини, размещавшийся после переезда из Подмосковья на территории КБ Г.М.Бериева, предложил использовать экранный эффект для улучшения взлетно-посадочных характеристик самолетов. По словам Н.А.Погорелова, бывшего в то время первым заместителем Бартини, одним из основных направлений работ была реализация идеи бесконтактного взлета и посадки: самолет отрывается от земли или от воды вертикально на малую высоту, и затем выполняет разбег, "опираясь на экран".
   Реализация такого способа взлета и посадки привела бы к созданию самолета безаэродромного базирования со значительно лучшими характеристиками, чем у обычного вертикально взлетающего самолета.

   Краткая справка
 
   Роберт (Роберто) Людвигович Бартини (настоящее имя — Роберто Орос ди Бартини) - советский авиаконструктор, ученый, физик, создатель проектов аппаратов на новых принципах. Автор более 60 законченных проектов самолётов.
Родился 14 мая 1897 в Фиуме, Австро-Венгрия. В 1923 переехал из Италии в СССР. Помимо авиации и физики, Р. Л. Бартини занимался космогонией и философией. Им была создана уникальная теория шестимерного мира, где время, как и пространство, имеет три измерения. Эта теория получила название мир Бартини. Также им была разработана «Теория межконтинентального транспорта земли».
   В 1932 году начал проектные работы по самолету Сталь-6, на котором в 1933 г. был установлен мировой рекорд скорости — 420 км/ч. На базе этой машины был спроектирован истребитель «Сталь-8». В 1935 был создан 12-местный пассажирский самолет «Сталь-7».
   14 февраля 1938 г. Бартини был необоснованно репрессирован и осуж-дён на 10 лет. В 1946 г. был освобождён.
   С 1952 Бартини — главный инженер перспективных схем летательных аппаратов в Сибирском НИИ им. С. А. Чаплыгина. В 1955 году представил проект создания сверхзвуковой летающей лодки-бомбардировщика А-55.
   В 1972 был реализован проект Бартини противолодочной вертикально взлетающей амфибии ВВА-14. В 1976 г. аппарат был преобразован в экрано-план. Он получил обозначение 14М1П.
   В 1974 Роберт Людвигович Бартини умер.

   Через некоторое время после смерти Р.Л.Бартини работы над этими летатель-ными аппаратами были прекращены. Один из оставшихся аппаратов, ВВА-14 №10687, пострадавший после пожара, без хвостового оперения, двигателей и крыльев, представлен ныне в Монинском авиамузее.

3.4 Александр Липпиш

   Краткая справка
   Александр Липпиш родился в Мюнхене (Бавария) 2 ноября 1894 года. Позднее он вспоминал, что зарождение его интереса к авиации было связано с проведенной Орвиллом Райтом в сентябре 1909 года демонстрацией его летательного аппарата на Темпельхофском поле. Однако, не взирая на произведенное самолетом Райта впечатление, Липпиш был намерен следовать стопам отца и поступать в художественную школу. Но разразившаяся в то время Первая мировая война нарушила его планы.
   Во время службы в немецкой армии с 1915 по 1918 г. Липпишу предоставилась возможность полетать на самолетах в качестве воздушного фотографа и картографа. После войны Липпиш работал с компанией Люфтшиффбау Цеппелин ("Luftschiffbau Zeppelin GmbH"), которая на протяжении 20-го столетия являлась ведущим разработчиком жестких дирижаблей. Именно в это время Липпиш впервые заинтересовался "бесхвостыми" самолетами.
   В 1921 году первый разработанный им аппарат такого типа запущен в производство. Это было лишь началом исследований в области аэродинамики, которые впоследствии были воплощены в полусотне проектов в 1920-х и 1930-х годах. Благодаря растущей репутации Липпиш был назначен директором Rhön-Rossitten Gesellschaft (RRG), исследовательской группы, занимавшейся разработкой планеров.
   В начале 1939 года Reichsluftfahrtsministerium (RLM - "Министерство Авиации Рейха") направило команду Липпиша на работу на завод Мессершмитт для разработки высокоскоростных истребителей с ракетными двигателями, разработанными Гельмутом Вальтером.
   В 1943 году Липпиш был переведен в Вену в Luftfahrtforschungsanstalt Wien (LFW), чтобы сконцентрироваться на проблемах высокоскоростного полета. В том же году он был удостоен степени доктора технических наук в Гейдельбергском университете.
   Как и многие немецкие ученые, Липпиш был доставлен в Соединенные Штаты после войны в рамках операции "Скрепка" целью которой был поиск и перевозка в США германских военных специалистов и ученых. Достижения в области разработки воздушно-реактивных двигателей делали возможным применение идей Липпиша на практике.
   В 1966 году он основал свою собственную исследовательскую компанию, Lippisch Research Corporation, которая привлекла внимание Западно-германского правительства. Были построены прототипы как самолета с вертикальным взлетом "Aerodyne", так и нескольких экранопланов, один из которых был впоследствии принят на вооружение ВМС США. 
   Липпиш умер в Сидар-Рапидс в начале 1976 года.
 

4 Базовые конструкции экранопланов

   Опытные экранопланы создавались на основе ранее исследованных аэродинамических схем, подтвердивших возможность обеспечить устойчивость в приэкранном полете, и, соответственно, могут быть подразделены на три характерных типа :
 1) экранопланы по схеме Р.Е.Алексеева, типа экраноплана КМ, с системой поддува струй двигателей под крыло (Швеция, Китай). Проекты базируются на опыте испытаний экранопланов ЦКБ по СПК;
 2) экранопланы по схеме А. Липпиша с шатрообразным крылом и Т-образным оперением (ФРГ, США, Австралия, Тайвань, Китай, Россия);
 3) катера-экранопланы по крыльевой схеме типа «тандем» и глиссирующим корпусом катерного типа. Ведущий разработчик Г. Йорг (ФРГ).
   На опытных образцах исследовались проблемы продольной устойчивости и безопасности в приэкранном полете, маневренные характеристики, мореходные и амфибийные качества, вопросы базирования, а также требования к конструкционным материалам и оборудованию при эксплуатации на морских акваториях. То есть весь комплекс проблем, связанный с внедрением экранопланов в систему водного транспорта.
   Почти все типы испытанных аппаратов продемонстрировали устойчивость и безопасность полетов вблизи поверхности, а также высокую топливную экономичность в крейсерском режиме.
   Далее рассмотрим конструкции подробнее.

4.1 Конструкция Р.Е. Алексеева

   Базовая схема экранопланов Р.Е. Алексеева характеризуется как «нормальная самолетная схема» с низкорасположенным крылом малого удлинения, оборудованным концевыми шайбами, и высокорасположенным Т-образным оперением, макси-мально 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). Пример первоначальной конструкции приведен на рисунке 3.
Рисунок 3.- Самоходные модели Р.Е.Алексева СМ-5(1), СМ-8(2) и СМ-4 (3), 1961-67 гг.
Рисунок 4.- Экраноплан КМ – корабль-макет. Базовая схема Р.Е.Алексеева, 1966-80 гг 

1) Экраноплан типа Орленок
2)Тяжелый экраноплан Лунь
3) Последняя модель Р.Е. Алексеева – СМ-9, схема - «летающее крыло», 1978-80 г
Рисунок 5.- Экранопланы ЦКБ по СПК по конструкции Алексеева Р.Е.
   К началу 70-х годов в ЦКБ по СПК под руководством Алексеева Р. Е. по результатам испытаний ряда лабораторных и самоходных моделей, были разработаны расчетно-экспериментальные методы проектирования, обеспечивающие устойчивость в приэкранном полете, разработан новый тип амфибийного стартового устройства – поддув, созданы и испытаны три типа тяжелых экранопланов – КМ (540 т), Орленок (125 т), Лунь (350 т) (рисунки 4,5).

4.2 Конструкция А.Липпиша


   Схема А. 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.
Рисунок 6. - Первые экранопланы А. Липпиша – Х-113 и Х112, 1964-70 гг.


4.3 Конструкция Г. Йорга


   Схема тандем, предложенная в 70-х годах Г. Йоргом (ФРГ), представляет собой две пары крыльев, расположеных друг за другом («тандем»). Схема также обладает продольной устойчивостью, но в ограниченном диапазоне высот полета.
Разработанные Г.Йоргом экранопланы представлены на рисунке 7.
Рисунок 7. - Экранопланы по крыльевой схеме «тандем» Г. Йорга. 1975 г. ФРГ.
   Данные три варианта базовых аэродинамических схем, разработанные в период 1960-70-х годов и подтвердившие на испытаниях устойчивость в приэкранном полете, до настоящего времени служат основой в разработках проектов экранопланов различного назначения.
 

5 Классификация экранопланов

   Международная Морская Организация сформулировала определение и классифицировало типы экранопланов по способу их взаимодействия с экраном. Согласно определению во "Временном руководстве по безопасности экранопланов" (документ ИМО ДБ 40111/1), экраноплан - это многорежимное судно, которое в своём основном эксплуатационном режиме летит с использованием "экранного эффекта" над водной или иной поверхностью.
Классифицированы экранопланы по трем типам – А, В и С (рисунок 8).

Рисунок 8.- Классификация экранопланов
   Для примера, типу А соответствуют экранопланы Г. Йорга – TAF-VIII и др.; типу В – экранопланы КМ, Орленок, Лунь, экранопланы А. Липпиша Х-112 - Х114, т.д.; типу С – экранолет Л.Щукина ЭКИП (СССР), проект экраноплана Пеликан (США).

6 Разработки советских ученых

6.1 Корабль-макет «Каспийский монстр»

   После серии экспериментов с моделями, в ходе которых отрабатывалась принципиальная компоновочная схема, было последовательно построено десять опытных образцов с постепенным увеличением габаритов и взлетных весов. Вершиной найденного аэродинамического решения стал построенный в 1963 году КМ - Корабль-Макет колоссальных размеров длиной более 100 м, размахом крыла около 40 м и взлетным весом свыше 540 т. В конце 60-х годов его сфотографировали американские спутники, и на Западе КМ получил прозвище «Каспийский монстр» за свой необычный хищный вид. Экраноплан всесторонне испытывался свыше пятнадцати лет и доказал полную жизнеспособность данного вида техники. К сожалению, в 1980 году из-за ошибки пилотирования он потерпел аварию, приведшую к значительным повреждениям, и затонул.

Рисунок 9.- Полет «Каспийского монстра»

6.2 Транспортно-десантный экраноплан «Орленок»

   Продолжая линию развития, в 1972 году на ходовые (летные) испытания был выведен экранолет «Орленок», предназначенный для переброски морских десантов на дальность до 1500 км. «Орленок» способен принять на борт до 200 морских пехотинцев с полным вооружением или два плавающих танка (БТР, БМП) с экипажами, взлететь с волны до 2-х метров и со скоростью 400 - 500 км/час доставить десант к месту высадки. Для него не являются препятствием любые защитные заграждения - минные и сетевые - он просто перелетает над ними. После посадки на воду и выхода на относительно пологий берег, «Орленок» высаживает людей и технику через откидывающуюся вправо носовую часть. На испытаниях, в одном из испытательных полетов, экранолет показал удивительную живучесть, получив повреждения фатальные для корабля, а тем более для самолета. От удара о воду у «Орленка» оторвалась корма с килем, горизонтальным оперением и маршевым двигателем НК-12МК. Однако пилоты не растерялись, и, увеличив обороты носовых взлетно-посадочных двигателей, не дали экранолету погрузиться в воду и довели машину до берега. Причиной аварии, по-видимому, стали трещины в хвостовой части корпуса, полученные во время предыдущих полетов и своевременно незамеченные. На новых экземплярах хрупкий конструкционный материал К482Т1 был заменен на алюминиево-магниевый сплав АМГ61.
   Всего было построено пять экранолетов типа «Орленок»:
1) «Дубль» - для статических испытаний;
2) С-23 - первый летный прототип из сплава К482Т1 (разработан после аварии);
3) С-21, построенный в 1977 году;
4) С-25, собранный в 1980 году;
5) С-26, введенный 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. Один из них также был потерян в 1992 году в результате катастрофы, во время которой один член экипажа погиб.
   По некоторым данным, государственная программа предусматривала строительство 100 «Орлят». Наконец эта цифра была скорректирована до 24. Серийную сборку должны были осуществлять судостроительные заводы в Нижнем Новгороде и Феодосии. Однако этим планам не суждено было воплотиться. В 1985 году умер Дмитрий Устинов - министр обороны СССР и бывший народным комиссаром (министром) еще при Сталине. Во времена Устинова активно развивалось производство новейших видов оружия вообще и экранопланов в частности. Новый министр обороны Сергей Соколов закрыл программу строительства экранопланов, а выделенные на нее средства предпочел отдать на расширение флота атомных подводных лодок, после этого ВМФ потерял интерес к своему уникальному подразделению, и некогда совершенно секретная база в городе Каспийске, расположенном на берегу одноименного моря в нескольких километрах от столицы Дагестана - Махачкалы, постепенно разрушилась.

Рисунок 10.- Экраноплан «Орленок»

6.3 Ракетоносец «Лунь»

   "Монстр" стал родоначальником нескольких экранопланов. В 1987 г. на воду сошел "Лунь" первый корабль серии боевых ракетоносных экранопланов весом 400 т. Главным конструктором был В.Кирилловых.
   Ветвь ударных ракетоносцев «Лунь» занимает промежуточное положение по размерам и стартовой массе между КМ и «Орленком», «Лунь» также уникален в своем роде.
   По сути являясь быстроходной транспортно-пусковой платформой для сверх-звуковых противокорабельных крылатых ракет ЗМ80 комплекса «Москит», разрабо-танного МКБ «Радуга», он обладает мощью бортового залпа - 6 пусковых установок контейнерного типа - сопоставимой с залпом ракетного крейсера, превосходя его по скорости применен в 10 раз.
   О преимуществе в маневренности и малозаметности не приходится и говорить Немаловажно и то, что по стоимости постройки и эксплуатации «Лунь» намного дешевле. Конечно, экранопланы не способны заменить корабли-носители ракетного вооружения. Но для действия в относительно ограниченных акваториях, какими являются, к примеру, Балтийское, Черное или Средиземное моря, эскадры «Луней» могли бы эффектно дополнить боевые корабли. Сейчас один построенный ударный «Лунь» стоит на территории базы в Каспийске, представляя грустное зрелище, вызывающее ассоциации с чучелом динозавра, выставленным на обозрение в палеонтологическом музее. Второй, по некоторым сведениям, достраивается в поисково-спасательном варианте.

Рисунок 11.- Спасательный вариант «Луня»

6.4 Вертикально-взлетающая амфибия


   В результате многолетних исследований Р. Л. Бартини была разработана «Теория межконтинентального транспорта земли». По его мнению, таким транспортом должна быть амфибийная самоходная транспортная машина, способная взлетать и садиться по-вертолётному (или с использованием воздушной подушки) на любую более или менее плоскую площадку (суша, вода, лёд), имеющая грузоподъёмность, как у больших судов, а скорость и навигационное оборудование - как у самолётов.
   В соответствии с этой концепцией были построены два противолодочных самолета ВВА-14 (сокращение от полного названия – "Вертикально взлетающая амфибия"). За счет бесконтактного взлета и посадки достигалось улучшение мореходности, появлялась возможность взлетать и садиться в открытом море практически при любом волнении. Благодаря этому значительно возрастало время патрулирования и эффективность применения самолета. Вертикальный взлет обеспечивался при помощи газовой подушки, которая образовывалась под центропланом при помощи специальных поддувных двигателей. В 1976 г. один из этих аппаратов был преобразован в экраноплан. Он получил обозначение 14М1П. На носу, для поддува под крылья, были установлены два стартовых двигателя Д-30М, надувные понтоны были заменены жесткими поплавками.

Рисунок 12.- ВВА-14 на испытании воздушной подушки

7 Перспективны ли экранопланы?

   Рассмотрим перспективность применения экранопланов для перевозок раз-личных грузов с точки зрения их влияния на окружающую среду и транспортных перевозок.

7.1 Достоинства экранопланов


   В результате проведенного в процессе работы обзора литературы и анализа конструкций можно выделить следующие преимущества экранопланов:
1) у них высокая экономичность и более высокая грузоподъёмность по сравнению с самолётами, так как подъемная сила складывается с силой, образующейся от экранного эффекта
2) они по скоростным, боевым и грузоподъёмным характеристикам превосходят суда на воздушной подушке и суда на подводных крыльях
3) они малозаметны на радарах вследствие полёта на высоте несколько метров, быстроходны, невосприимчивы к противокорабельным минам - все это важно для военных.
4) для них не важен тип поверхности, создающей эффект экрана — они могут перемещаться над замёрзшей водной гладью, снежной равниной, над бездорожьем и т. д., как следствие, они могут перемещаться по "прямым" маршрутам, им не нужна наземная инфраструктура: мосты, дороги и т. п.
5) современные экранолёты гораздо безопаснее обычных самолётов: в случае обнаружения неисправности в полёте амфибия может сесть на воду даже при сильном волнении. Причём это не требует совершения каких-либо предпосадочных манёвров и может быть осуществлено посредством простого сброса газа (например, в случае неисправности двигателей).
6) экранолёты 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.
   Экранопланы могут заполнить важный участок в транспортных системах, являясь промежуточным звеном между обычным самолетом и кораблем. Интересные сравнительные данные экраноплана с другими видами транспорта представила фирма Локхид (США) (таблица 1). Для сравнения в качестве широкофюзеляжного самолета использован грузовой вариант самолета Боинг В 747–200F, в качестве корабля средних размеров выбран корабль США типа Manhattan.
Таблица 1

Параметр Самолет Экраноплан Корабль

Вес полный,т

387,5

900

153300

Вес груза,т

100

405

115000

Крейсерская скорость,км/ч

891

231,5

32,7

Расход топлива,кг/ч

11754

3143

9183

Качество

18

30

640

Топливная эффективность, т*км/кг топлива

7,57

29,7

411

 
   Из таблицы видно, что ни один летательный аппарат не может сравниться с кораблем по грузоподъемности и эффективности использования топлива. Вместе с тем, скорость экраноплана почти в 10 раз выше, и для доставки срочных грузов экраноплан выглядит более выгодным в сравнении с самолетом.

7.2 Влияние на окружающую среду

   Специалисты по климатической обстановке выступают с жесткими предупреждениями о вредном влиянии транспортных средств с реактивным двигателем на атмосферу земли. Особенно сильное воздействие оказывают выбросы водяного пара и углекислого газа при сгорании реактивного топлива.
   Институты Грасль и Клингхольц подсчитали, что ежегодный выброс углекислого газа от использования авиационного транспорта составляет около 30 млн. тонн только в Германии. Это составляет 2% от общего объема выброса углекислого газа. Цифры показывают, что требуется значительное снижение. К тому же за последние 20 лет объем авиационных пассажирских перевозок утроился, а объем грузовых перевозок вырос даже в четыре раза.
   Исходя из имеющихся прогнозов по транспортным перевозкам, предоставленных специалистами по статистике из организаций Greenpeace и WWF, доля воздушного транспорта в усилении парникового эффекта составит около 30% к 2020 году. Чрезмерно высокий рост ожидается в азиатском пространстве.
   Наиболее вредное воздействие, связанное с использованием самолетов, происходит из-за выброса водяного пара и оксидов азота на больших высотах в тропосфере. Там эти выбросы наиболее опасны и провоцируют парниковый эффект. Коэффициент опасности молекул воды на таких высотах составляет 10 по сравнению с молекулами углекислого газа вблизи поверхности земли.
   Перегрузка внутри европейского воздушного пространства ведет к тому, что приходится учитывать задержки для большого количества полетов. Эти неприятные для пассажиров явления оказывают определенное влияние и на климатическую ситуацию. Из-за ставших необходимыми циклов ожидания возникают ненужные нагрузки на окружающую среду. По этой причине экологи выступают за более широкое использование с их точки зрения безопасного судоходного транспорта.

7.3 Грузопассажирские перевозки

   Скоростное сообщение по морю составит в будущем конкуренцию самолетам (грузовым перевозкам) и обычным судам. Причиной этого являются общие транспортные проблемы, связанные с постоянным ростом транспортных потребностей.
   Единственными транспортными магистралями, которые не требуют больших затрат с точки зрения инвестиций в инфраструктуру, являются водные пути. Кроме того, речь идет о том, чтобы решение по использованию транспортных средств было «чистым» с экологической точки зрения. Недостатки морского транспорта на сегодняшний день в основном сводятся к тому, что он имеет небольшую скорость.
   Аппараты, использующие эффект экрана - экранопланы, предлагаются как скоростные транспортные средства, так как они могут перемещаться по воздуху. Для них допустимым является увеличение скорости в 6-8 раз по сравнению с обычными судами. Для других вышеназванных транспортных средств возможно увеличение скорости лишь в 2-3 раза. Кроме того, для экранопланов характерна значительно более высокая экономичность по сравнению с другими быстроходными судами и даже, что имеет особое значение, по сравнению с самолетами. Даже если величина расходов на топливо для экранопланов и обычных судов сравнима, то по скорости экранопланы имеют значительное преимущество.
   Экранопланы, обладающие высокими скоростями движения, соизмеримыми с самолетными, способны активно повлиять на перераспределение грузопассажирских потоков на морских трассах. Использование экранопланов во многих регионах является благоприятным в связи с тем, что районы с высокой плотностью населения в Европе, Америке и Азии расположены либо на побережье, либо имеют очень хорошо оборудованный доступ к воде.
   Следует особо отметить, что в ближайшее время в полной мере появится необходимость создания скоростных дорого на море из-за недостатка территорий на суше. Особенно это коснется стран Европы, островных стран, таких как Япония, Тайвань и др.

Заключение

   Для того, чтобы завоевать себе прочные позиции, пароходу потребовался почти век, судам на подводных крыльях – полвека, глиссерам – более четверти века. Недавно экраноплану исполнилось 60 лет – возраст солидный.
   Зная о результатах работ Р.Е.Алексеева и конструкторов ЦКБ, о размахе и интенсивности современных исследований и экспериментов, можно твердо надеяться, что для своего окончательного признания экраноплану не придется ждать столетнего юбилея. Ведь главный принцип Ростислав Алексеев нащупал верно: экраноплан должен "лежать" на экране, стремительно теряя подъёмную силу при малейшей попытке взмыть вверх. Уже смертельно больным он смог передать свое дело Дмитрию Синицыну, который сумел разработать машину с особой системой поддува, что не дает ей "улетать".
   А если это сделано, то может Россия скоро вновь обратит внимание на эти чудо-махины и у нас появятся грузовые, пассажирские и военные «экранокорабли». Они, не имея аналогов у других государств, позволят нам контролировать громадные океанские пространства и снежные просторы Арктики и чудо-технология, начав развиваться, трансформирует окружающий нас мир. 

Список источников информации

Литература

1) Белавин, Н. И . Экранопланы /Н. И . Белавин. Судостроение, 1977 - 232 с.
2) Василевский, И . М. Перспективные направления скоростного флота / И .М. Василевский, В.В. Шевелев, В. И . Любимов // Сб. ЦБНТИ речного транс-порта «Наука и техника на речном транспорте» Вып. 12. Изд. ЦБНТИ. М.: 1996. С. 2-14.
3) Калашников Максим «Сломанный меч Империи»– 3-е издание исправленное и дополненное – М.: АСТ: Астрель, 2007. – 512 с.: ил. – («Великие противо-стояния»)
4) Маскалик А.И., др. Экранопланы. Особенности теории и проектирования. С-П. Судостроение. 2000.
5) Маскалик , А . И . Экранопланы Транспортные суда XXI века / А . И . Маскалик .- СПб.: Судостроение, 2005. - 576 с.
6) Смердов В.Н., Любимов В.И. Технический прогресс на службу населению Крайнего Севера. // Речной транспорт. 1994. №3.

Ресурсы Интернет

1) www.airforce.ru – сайт об авиации
2) www.airwar.ru – Большая авиационная энциклопедия
3) www.students.uni-vologda.ac.ru – сайт Вологодского педагогического универ-ситета
4) www.zavtra.ru – Интернет-газета «Завтра» №45 (677) от 08 ноября 2006 г.

Категория: Девятая олимпиада (2011/12 уч.год) | Добавил: Service (16.01.2012) | Автор: Газутдинов Денис Инарович E W
Просмотров: 3636 | Комментарии: 5 | Рейтинг: 3.1/13
Всего комментариев: 3
3  
mechanik,LuckyLuke спасибо!
smile

2  
Неплохо

1  
Серьезно,точно, интересно.Удачи. happy

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Збарский Даниил Павлович (12325)
Щур Илья Андреевич (11674)
Кузьминова Анастасия Олеговна (9144)
Бадакова Анастасия (9102)
Чеховская Алена Алексеевна (5272)
Рафаэль (4849)
Иванов Семен Владимирович (4741)
Кошманов Илья Игоревич (4602)
Беляева Александра Сергеевна (4601)
Пушинская Кристина Валерьевна (4062)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017