Среда, 23.08.2017, 07:05
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 » Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год)

Преимущества экранолетов и недостатки экранопланов. Создание собственного проекта экранолета

Автор: Сухарев Денис

Возраст: 18 лет (22 марта 1995г.р)
Место учебы: областное государственное казённое образовательное учреждение дополнительного образования детей "Костромской областной центр детского (юношеского) технического творчества 
Город, регион: Кострома
Руководитель: Смирнов Виктор Борисович

 

 
Историко-исследовательская работа "Преимущества экранолетов и недостатки экранопланов. Создание собственного проекта экранолета".
 

План:

 

Оглавление

 

Введение 3

 

Глава 1. История создания экранопланов 

 

Глава 2. Сравнение экраноплана и экранолета 

 

Глава 3. Возможные варианты транспортных систем на базе экранопланов 

 

Глава 4. Создание проекта экранолета «Морской змей» 

 

Заключение 

 

Список литературы 

 

Приложение

 

 
 
 Введение
      Обращения к теме «преимущества у экранолетов и недостатки экранопланов» продиктовано ее актуальностью. В современном мире остро встала проблема создания мобильного, независимого от наземной инфраструктуры, экономичного и скоростного транспортного средства. Углеводороды кончаются, население Земли неуклонно растет, мир стоит в огромных пробках, классическая транспортная система перегружена… Что же делать? По-нашему мнению, частично эту проблему сможет решить использование экранопланов и экранолетов. Аппараты, которые будут способны решать различные военные и гражданские задачи, перемещаясь над водной гладью, соединяя разные уголки нашей планеты. За счет эффекта экрана они смогут экономить больше топлива, нежели, самолеты с теми же грузами, но при этом будут гораздо безопасней и экономически выгодней, чем их небесные собратья. 
      Цель работы: выяснить преимущества у экранолетов и недостатки экранопланов, в процессе исследования темы создать проект экранолета «Морской Змей».
      Исходя из цели, был поставлен ряд задач:
      1. изучение мировой истории создания машин использующих для движения эффект экрана - истории экранопланов и экранолетов;
      2. проведение сравнительного анализа летных качеств экранопланами и экранолетами. 
      3. изучение технических характеристик не только существующих аппаратов, но и перспективных проектов, которые находятся на стадии разработки. 
      4. Создание экранолета «Морской змей».
      Новизна работы заключается в том, что в ходе исследования по изучению экранной техники, разработан и создан собственный проект экранолета (как будущей машины для военных и мирных целей) с проведением расчетных исследований и апробацией действующих прототипов. 
      Проект имеет научно-практическую значимость.  Результаты изучения экранной техники могут быть полезны для создания моделей в авиамодельных объединениях, а также для дальнейших научно-практических разработок этой темы.
 
 Глава 1. История создания экранопланов
       Корабли существуют уже тысячи лет, самолеты больше века. Каждый из них обладает своими плюсами и минусами. Но в середине 60-ых годов XX века на свет появилась принципиально новая машина именуемая экранопланом.  Её создатель гениальный советский конструктор-корабел Ростислав Евгеньевич Алексеев. Он всегда страстно любил скорость, но корабли ею не обладали, тогда в его светлой голове появилась фантастическая идея совместить лучшие качества самолета и корабля, скорость, экономичность и высокую грузоподъемность. И у него это получилось, мечта о новом виде транспорта сбылась! Конструктор  полностью поднял корабль из воды в гораздо менее потную среду, научил его летать. Машина способна перемещаться в пространстве с авиационными скоростями над любой более или менее ровной поверхностью используя динамическую воздушную подушку, которая создавалась под его крылом. Сказка о крылатом корабле стала былью. Полноценный экраноплан появился не сразу, этому предшествовали ряд неудач и разочарований многих ученых и инженеров пытавшихся «приручить» экранный эффект. 
      В любой сфере человеческой деятельности родившаяся в чьей-то светлой голое идея часто проходит длительный и тернистый путь до превращения во что-то жизнеспособное. Этот путь преодолевают не все. Слишком много препятствий ждет их создателей. И часто, помимо гениальных идей, требуется деловые качества и организаторские способности, которые могут сыграть большую роль в судьбе изобретения. А еще любому ученому нужны удача и немного везения. Удачливым человеком был французский инженер, специалист по строительству мостов, К. Адер. Но, построив несколько десятков мостов по всей Европе, он резко охладел к своей профессии, которая однажды показалась ему скучной и не интересной. Французу надоело связывать рукотворными сооружениями берега рек и озер, ему захотелось почувствовать радость движения: скорость, свободу, ощущение полета, покорить бескрайние  водные просторы! Именно Адеру впервые в мире пришла в голову идея использовать влияния экрана для движения с большими скоростями [1, с.342].
      Первый экраноплан К. Адера - катер «Еоль» был построен в 1880 году, он был оборудован крыльями и кормовым стабилизатором, которые должны были создать эффект «воздушной смазки» для снижения сопротивления во время скоростного движения. Для достижения подобного эффекта Адер установил на катере специальные трубопроводы, по которым встречный воздушный поток направлялся под крыло. Но первое испытание оказалось этого аппарата завершилось аварией - пройдя несколько десятков метров, катер сломался, на чем вообще-то все и закончилось. 
      Однако Адер не пал духом, и, используя давние связи в военном министерстве, добился официального государственного заказа на постройку, а главное денег на продолжение своей идеи. Это был первый его большой успех на новом поприще – получить внушительные средства на изобретение, которое потерпело аварию при первом же испытании! Вот где нужны деловые качества и организаторские способности. 
      Через два года конструктор, не достроив обещанный катер, взялся за новый проект «Авион-3» с двумя паровыми двигателями от трактора по 10 лошадиных сил каждый. Но, к сожалению, и эта машина не принесла желаемого результата, провалившись на показательном испытании перед государственными заказчиками из французского адмиралтейства. Все его проекты не реализовывались по одной маленькой причине - неумение доводить начатое до конца, он бросал на половине пути, так и не доведя до совершенства все свой машины [1, с.344].
      Но первая сравнительно удачная конструкция аппарата была реализована финским изобретателем Т. Каарио, который более тридцати лет проводил свои  эксперименты с «летающим крылом» надо льдом многочисленных рек и озер. Первые его аэросани-экраноплан  образца 1935 года, вернее, их модель размером 2 на 2,6 метра, не имели собственной силовой установки и буксировались за специально оборудованными аэросанями. В модели находился пилот, который размещался в лежачем положении.
      Каарио удалось создать первую в мире летающую модель экраноплана, построенную по схеме «летающее крыло». Испытания показали, что мини-экраноплан уверенно выходит на режим использования эффекта экрана, но при этом проявляет низкую продольную устойчивость [1, с.345].
      В дальнейшем изобретатель установил на свой аппарат двигатель мощностью 16 лошадиных сил, приводящий в движение воздушный винт находящийся за кабиной пилота. Оснащение экраноплана силовой установкой позволило развивать на нем скорость в 22 километра в час над обледеневшей или снежной поверхностью.
      На свой необычный проект Каарио получил патент, в котором тот именовался как «Крыло таран», что указывало на его предполагаемое военное применение. К сожалению, в сороковых годах двадцатого века началась война между СССР и Финляндией. В таких условиях работы ученого так и не вышли из рамки экспериментов. 
      Первое в мире судно на подводных крыльях (СПК) построил в 1894 г. французский инженер Шарль Д'Аламбер. Катер оказался неудачным, устойчивого движения добиться не удалось, однако идея была воспринята с интересом.
       В 1935 г. под руководством профессора Московского авиационного института В.И. Левкова создается первое в мире судно на воздушной подушке (СВП) Л-1. 
      После окончания  Второй мировой войны, в начале пятидесятых годов, интерес к экранопланам вновь проснулся на другом берегу Атлантического океана - в США. Здесь подобными конструкциями занимались уже не гении- одиночки, а крупные авиастроительные фирмы, вроде «Douglas» и «Lockheed». Мощная исследовательская и производственная база и финансирование этих гигантов авиастроения  позволило в значительной степени развить создание экранопланов.     
      Работы над этими машинами на Североамериканском континенте связаны с несколькими именами энтузиастов удивительных крылатых аппаратов. В первую очередь – это немец Александр Липпиш, У. Бертельсон и Н. Дискинон. 
      Последние два конструктора  были сторонниками строительства катеров использующих для движения эффект экрана над водной поверхностью.
      Иной схемы (самолетной) придерживался в своей инженерной деятельности Липпиш. К началу шестидесятых годов он занимался проблемами повышения скоростей катеров, будучи сотрудником американской фирмы  «Colins Radio & Co». В рамках программы исследования устойчивости глиссирующих катеров Липпиш построил экспериментальный экраноплан четко выраженной самолетной схемы «Aerofoil Boat» X-112.
      Внешне эта машина напоминала стандартный легкий гидросамолет. Взлетная масса – 330 кг, масса полезной нагрузки – 160 кг. Длинна корпуса составляла  7,6 метра, размах крыла 4,3 метра имевшее площадь несущей поверхности 10,22 метра.
      Крылу Липпиш придал обратную V-образную форму, причем концы крыла опирались на аэродинамические шайбы-поплавки препятствующие перетеканию воздуха с нижней поверхности на верхнюю. В фюзеляже был установлен 25-сильный двухцилиндровый двигатель воздушного охлаждения с винтом фиксированного шага. Летчик располагался в открытой кабине, поскольку максимальная расчетная скорость не должна была превышать 120 километров в час. Испытания, проведенные в 1964 году, полностью подтвердили предварительные математические расчеты талантливого конструктора. Машина устойчиво двигалась на режиме экрана, была проста в управлении. Затем на основе удачной конструкции Александр Липпиш разработал проект более совершенных и крупных летательных аппаратов той же аэродинамической компоновки: Х-113, а затем и Х-114. Эти машины прекрасно показали себя в качестве экранопланов, но, к сожалению, в серию они так и не пошли.
      Параллельно с Липпишем на американской земле трудился еще один гений энтузиаст, инженер Х. Вайланд, но и он не добился успеха в этой области.
      Можно выделить основные этапы создания экранопланов в России (СССР) [1, с.353]:
      В восьмидесятых годах двадцатого века практически никто не знал Ростислава Евгеньевича Алексеева как создателя уникальных крылатых кораблей-экранопланов. Больше он был известен как создатель кораблей на подводных крыльях: «Ракета», «Комета», «Метеор», а также боевые катера торпедоносцы и ракетоносцы.  Понятие «экраноплан» в обществе ассоциировалось с именами Каарио, Липпиша и Вейланда, но никак ни с фамилией никому не известного русского конструктора – корабела Ростислава Алексеева.
      А ведь именно этот гениальный человек смог создать то, над чем трудилась элита западного авиастроения, но так и не смогла добиться нужного результата! Когда Липпиш летал на четырехсот килограммовом экранопланчике в наше стране собирался гигантский пятисот тонный экраноплан, обладающий высочайшими летно-техническими характеристиками, которые могли перевозить с авиационными скоростями на  тысячи километров не только людей и грузы, но и оружие массового поражения! Подобные машины были приняты на вооружение  ВМФ СССР.
      Ростислав Алексеев начал свою карьеру в качестве конструктора кораблей на подводных крыльях. Но после достижения на них скоростей более 100 километров в час, конструкторы столкнулись с резко возрастающим сопротивлением – кавитацией. Это означает, что происходит низкотемпературное кипение воды на рабочих поверхностях приводящее к их немедленному разрушению.
      Оставалось одно - стряхнуть, наконец, с крыльев воду и подняться в воздух, в среду почтив 800 раз менее плотную. И хотя это соотношение было давно известно, первым из конструкторов подобной техники сделал решительный шаг из воды в небо Ростислав Евгеньевич Алексеев.
      В 1961 году, после теоретической проработки, в инициативном порядке на свет появился первый трехтонный экраноплан, спроектированный по схеме «тандем». Однако результаты не удовлетворили Алексеева, и он сделал выбор в пользу классической аэродинамической схемы с одним широким крылом малого удлинения и хвостовым стабилизатором.  Дабы форсировать работу ученый принял решение сразу, без промежуточных моделей, строить огромную летающую машину. Этот полукорабль-полусамолет именовался  в официальных бумагах как «корабль-макет», а среди создателей просто «пароход». Вскоре после выхода машины на испытания его сфотографировал американский спутник-шпион. Американские аналитики долго не могли понять, что же это за огромная машина и каким образом она летает с таким маленьким крылом. Тогда КМ (корабль макет) и получил свое знаменитое имя «Каспийский монстр», данное ему лучшими аналитиками Пентагона [1, с.357].
Построили «Монстра» в 1963 году по заказу Военно-Морского флота  на опытном заводе конструкторского бюро Алексеева «Волга». Подобного летательного аппарата еще нигде и никогда не создавали - тех, кто его впервые видел, прежде всего поражали его исполинские размеры: длина 100 метров, размах крыла 40 метров, высота 22 метра. Корпус экраноплана был выполнен по корабельной технологии, снабженный множеством реданов, и внешне очень напоминал фюзеляж самолета. В носовой части фюзеляжа размещалось восемь стартовых турбореактивных двигателей РД-7 тягой по 10000кгс. На вертикальном хвостовом оперении размещалось еще два таких же двигателя, только уже маршевой силовой установки.
      «Каспийский монстр» развивал в последующих испытательных полетах скорость до  500 километров час, что было абсолютным мировым рекордом для подобных летательных аппаратов. Машина имела отличную устойчивость: экраноплан самостоятельно шел по курсу, выдерживая высоту экрана, без вмешательства летчиков! Несмотря на солидные размеры - до 550 тонн, экраноплан обладал хорошей маневренностью, совершая развороты с большим креном и малым радиусом, вплоть до касания шайбами водной поверхности.
      Успешные полеты первого гигантского экраноплана КМ значительно облегчили дальнейшую работу Алексеева и его единомышленников над новыми перспективными моделями. Среди них были удачные и не очень, полеты, которые часто заканчивались чрезвычайными происшествиями. В том же, 1964 году разбился экспериментальный экраноплан СМ-5. Причиной его аварии стал, как ни странно, профессионализм пилотов и их отработанные до автоматизма навык пилотирования обычных самолетов. Алексеев поэтому и не доверял профессиональным летчикам, считая, что они в аварийной ситуации действуют по принципу «чем выше, тем лучше», а для экранопланов с точностью  наоборот.  Не случайно во время большинства испытательных полетов экранопланов за штурвалом сидел лично главный конструктор.
      В последующем, все силы были брошены на создание новой машины проекта 904 «Орленок».  Новый экраноплан по своим размерам уступал «Каспийскому монстру»: длина 60 метров, размах крыла 31метр, высота 16 метров. «Орленок» изначально проектировался как транспортно-десантное средство для ВМФ СССР. 
      Затем по заказу военных был создан экраноплан-ракетоносец «Лунь» «Убийца авианосцев» Он нес на своей спине шесть сверхзвуковых противокорабельных ракет 3М-80 «Москит». Летательный аппарат передвигался на малых высотах и был не виден для радаров, не боялся мин и торпед. На основе ракетного «Орленка» был разработан огромный, всепогодный  летающий госпиталь с медицинским модулем на 250 человек. К сожалению, он так и остался, в незавершенном стоянии, стоять на стапелях Нижегородского судостроительного завода. 
      В СССР, параллельно с Алексеевым работал по теме экранопланов еще один гениальный конструктор итальянского происхождения, Роберто Бартини, создавший первый в мире полноценный экранолет ВВА-14 «Змей Горыныч». К сожалению, уникальная вертикально взлетающая амфибия так и осталась в единственном экземпляре.
       До сих пор, подобных машин не имеет ни одна страна в мире. 
  1991 г. – 2010 гг. - прекращение работ по экранопланам для Военно-Морского Флота в связи с конверсией, проработка вопросов использования созданного задела в коммерческих целях для создания гражданских экранопланов.
       2010 – 2012 гг. – правительство РФ заявило о своем желании инвестировать возрождение строительства экранопланостроения.
      Таким образом, в данной главе мы рассмотрели историю создания экранопланов, и пришли к выводу, что полноценные экранопланы впервые были созданы в России, а что касается разработок данных моделей, то на сегодняшний день можно выделить 5 этапов.
 
 
Глава 2. Сравнение экраноплана и экранолета
      В современной России остро встает вопрос о том, что когда-то лидирующая страна в транспортной отрасли уступает место лидера другим странам. Чтобы сохранить лидирующие позиции в транспортной сфере предлагаем использование экранопланов и экранолетов в военных и мирных целях. Для этого рассмотрим определения экраноплана. Обратимся к справочной литературе.
      Экраноплан - удивительное транспортное средство, обладающее скоростью самолета и полезной нагрузкой корабля. 
      Экраноплан - это скоростное транспортное средство использующее для движения эффект экрана (динамическую воздушную подушку), которая образуется за счет набегающего потока воздуха под крыло.
      Полезное влияние экрана на аэродинамические характеристики крыла проявляется в двух факторах: во-первых, в ограничении мощности индуктивного вихря на концах крыла (снижении аэродинамического сопротивления), а во-вторых, в увеличении давления под крылом (росте подъемной силы). Отсюда, отличие экранопланного крыла от самолетного заключается в способности запереть набегающий поток воздуха под крылом и ограничить его перетекание на верхнюю дужку крыла. Эффект экрана проявляется тем больше, чем меньше, отнесенная к хорде крыла, высота ее задней кромки над экраном, поэтому при равной площади используют крылья малого удлинения (1-2,5), с большой хордой, и на концах устанавливают вертикальные пластины (шайбы), уменьшающие зазор между крылом и экраном. 
      За счет эффекта экрана крыло аппарата создает в 2-3 раза большую подъемную силу, чем у обычного самолета (но только на высоте примерно равной средней аэродинамической хорде), что дает очень высокое аэродинамическое качество крыла (у самолетов примерно 10-20, а у экранопланов может достигать 50 и более!). Это качество дает возможность передвижения на дальние расстояния, с большим количеством грузов, но при этом потребляется намного меньше энергии силовой установки, чем, например, самолетом  с таким же грузом.  
      Потребность в более слабой силовой установке сказывается на количестве и расходе топлива, многократно увеличивая экономичность, экологичность, сильно повышая КПД транспортного средства. 
      Экраноплан создается для движения вблизи воды, земли или любой более - менее ровной поверхности.  Но поскольку таких мест на земле очень мало, основным и самым главным его местом «жительства» является морская или океанская гладь. Экранопланы - амфибии гораздо безопаснее обычных самолётов: в случае обнаружения неисправности в полёте машина может сесть на воду даже при сильных волнениях.
      Он не требует огромных аэродромов, подготовленных причалов с мостиками, ему  достаточно  ровной  прибрежной  территории, на которую он может выйти, разгрузиться, загрузиться и снова сойти в воду, набрать скорость и взлететь.
      Отдельным видом экранопланов являются экранолеты (класс «Б и С») — аппараты, которые в силу своих аэродинамических отличий от экранопланов способны «отрываться» от экрана и переходить в самолетный режим, поднимаясь на высоту, что говорит о полной принадлежности к авиации, а экранный эффект является супер экономичный режим движения этих крылатых машин. 
      На данный момент является актуальным создание новых и модернизация существующих моделей экранопланов с целью адаптации их к современным мировым условиям (высокая экономичность, способность экспериментировать с новыми, в том числе и с электрическими источниками энергии и новыми материалами). Введение такой техники вызывает интерес в связи с ограниченностью существующих источников углеводородов, поиском альтернативных источников энергии и их использованием, а так же  возможность разгрузить воздушные и морские пути, модернизировать военно-космическую отрасль.

Теперь перейдем к сравнительной характеристике, ниже в таблице 1 приведено сравнение экранопланов и экранолетов по основным их характеристикам.

 

Экранолеты Экранопланы
Высокая скорость и мобильность Высокая скорость и мобильность
Низкая мореходность Высокая мореходность, амфибийность
Средняя экономичность из-за низкой мореходности Высокая экономичность, высокая мореходность
Независимость от наземной инфраструктуры Независимость от наземной инфраструктуры
В конструкции преобладает: короткое крыло большой площади и соразмерный хвостовой стабилизатор, вынесенный на большую высоту. Комбинированная конструкция может включать включающая в себя: секционное крыло состоящее из центроплана работающего на образование экранного эффекта, преимущественно на малых высотах,  и консоли работающие в совокупности с центропланом, при обычном полете.
Движение: плавание, полет на экране. Использует разные режимы движения: перемещение по грунту, плавание, скольжение, экранный эффект и полноценный полет.


Следовательно, можно выделить следующие плюсы их эксплуатации.          Экранопланы гораздо безопаснее обычных самолётов: в случае обнаружения неисправности в полёте машина может сесть на воду даже при сильных волнениях, что наглядно показывает нам случай с экранолетом «Орленок», у которого во время испытаний оторвало хвост с маршевым двигателем, но машин не упала. Экранолет прошел сорок километров по бушующему морю и самостоятельно вышел на берег, чем показал высочайшую надежность.

Теперь обобщим плюсы и минусы экранопланов и экранолетов, и представим их в таблице 2.

Таблица 2

Плюсы и минусы экранопланов и экранолетов

Экранолеты и экранопланы

Плюсы (положительные характеристики)

Минусы (недостатки данных моделей)

экранопланы

Высокая скорость движения

Движение только на экране и низкая мореходность (из-за малой высоты полета и отсутствия возможности оторваться от экрана и уйти на высоту.)

экранолеты

Высокая скорость движения, амфибийность (много режимность движения) и мобильность. Более высокие экономические показатели (отсутствует особая необходимость в развитой наземной инфраструктуре)

Сложность в производстве и обслуживании.

      Таким образом, проанализировав технические качества существующих экранопланов и экранолетов, мы пришли  к выводу, что данный вид транспорта перспективен в использовании. Учитывая  высокие амфибийные, летные и мореходные качества очень высока эффективность использования их в военной и гражданской сфере.
 
 
 Глава 3. Возможные варианты транспортных систем на базе экранопланов
      Скорость, комфортные условия полета и экономичность экранопланов привлекают интерес транспортных компаний возможностью качественно повысить эффективность транспортных операций на морских и океанских трассах. В ряде крупных фирм, параллельно с отработкой базовых схем, выполнялись проектные исследования коммерческих транспортных систем различного назначения на базе экранопланов и экранолетов. 
      Для рентабельной эксплуатации транспортных средств любого типа, помимо требований безопасности, необходимо выполнить два непременных условия: - регулярность рейсов по условиям внешней среды, и – эффектность технического обслуживания грузов и самого аппарата. Применительно к экранопланам эти условия технически обеспечиваются комплексом стартово-посадочных устройств, которые определяют мореходность аппарата (т.е. регулярность рейсов) и амфибийный выход на оборудованную береговую площадку (т.е. тех. обслуживание). 
      Поскольку в экономическом плане эффект экрана реализуется в основном за счет снижения расхода топлива в крейсерском полете над поверхностью, что непосредственно не связано с системой базирования, возможны два варианта концепций использования экранопланов и экранолетов в транспортных системах, соответственно, в структурах авиации и флота:
      1) концепция «аэропорт – акватория», когда экраноплан взлетает как самолет с аэропорта, совершает полет над акваторией в приэкранном режиме и осуществляет посадку в другом аэропорту [11, глава 7.2].
      2) концепция «гидропорт – акватория», когда экраноплан базируется на береговой площадке, стартует с воды, совершает полет в приэкранном режиме, включая промежуточные посадки на воду, и возвращается снова на береговую площадку[11, глава 7.3].
      Базовые схемы экранопланов для этих систем будут также существенно отличаться, то есть необходимо сформировать схему типа - "экраноплан-самолет" и схему типа "экраноплан-корабль". 
      Концепция «аэропорт-акватория» не требует создания новой структуры технического обслуживания, ориентирована на традиционную авиационную инфраструктуру и предполагает эксплуатацию в системе авиатранспорта. В конструкции экранопланов возможно полностью использовать аэродинамическое совершенство самолетов для снижения сопротивления в приэкранном полете, поскольку у них отсутствуют дополнительные устройства для старта-посадки с воды. Экранопланы подобного типа будут обладать наибольшей экономичностью и дальностью в крейсерском полете. Районы их эксплуатации – магистральные трассы над морскими и океанскими акваториями. 
      Режим приэкранного полета, с целью экономии топлива и повышения безопасности, может использоваться и обычными самолетами при некоторой корректировке техники пилотирования. Подобный режим может быть экономически выгодным при времени полета более 5-7-ми часов над акваторией, чтобы компенсировать затраты топлива на режимы подлетов для взлета-посадки в аэропорту. Ранее, в 30-х годах, такой полет использовался известным гидросамолетом Дорнье-Х на атлантических трассах, а также военными гидросамолетами, в том числе для повышения скрытности. Высота полета должна быть не менее 2-5 метров под корпусом, поскольку у самолета нет гидродинамических устройств безопасного касания воды. 
      На сколько изменяются аэродинамические характеристики обычного самолета у экрана видно на примере самолета типа Ан-24. Так аэродинамическое качество (в посадочной конфигурации) возросло с Ка= 13 до Ка= 21 у экрана (уменьшились концевые вихри крыла). Коэффициент подъемной силы Су увеличился незначительно (несколько возросло давление под крылом).
      Транспортные системы типа «аэропорт-акватория» на морских трассах могут формироваться на базе транспортных самолетов типа семейства  «Ан», с экономией топлива за рейс до 30%, или с таким же увеличением дальности, например, на трассах Севморпути от Архангельска до Владивостока (10 600 км).
      Транспортные самолеты семейства Ан-140, Ан-70, Ан-225. 
      В США практически все крупные авиационные фирмы выполняли проектные исследования экранопланов в период 60-80-х годов. Но неудачи в решении проблем продольной устойчивости и в разработке мореходных стартово-посадочных устройств не привели к созданию эффективных транспортных экранопланов. Характерными этапами исследований можно назвать катастрофу экраноплана Х. Вейланда (фирма «West Coast», 1964 г.), недостроенный проект 100-тонного экраноплана Колумбия (1961-64 г.) и, наконец, успешные летные испытания экраноплана Х-112 А. Липпиша (фирма "Colins Radio & Co», 1964 г.). В этом проекте удовлетворительно решена проблема продольной устойчивости, но нерешенной осталась проблема мореходности, что косвенно подтверждает катастрофа прототипа Х-114 в 1977 г, (ФРГ). 
      Подробные исследования сверхтяжелых транспортных экранопланов, в рамках программы оценки концепций перспективных морских транспортных средств, провела в 80-е годы фирма Локхид совместно с НИЦ имени Тейлора. В исследованиях проведено сравнение технико-экономических характеристик экранопланов различных компоновочных схем с гидросамолетом и транспортным самолетам, при одинаковой платной нагрузке и дальности полета. В проектах экранопланов приняты перспективные двухконтурные двигатели, компоновочная схема типа «спенлоудер» выполнена по схеме поддува и с размещением грузов в крыле и корпусе. Мореходные качества экранопланов соответствовали III-IV баллам волнения. 
      Концепция «гидропорт-акватория» предполагает эксплуатацию экранопланов в системе водного транспорта, соответственно, транспортные операции должны осуществляться непосредственно на акватории. Для данной концепции характерен широкий спектр вариантов применения: от межконтинентальных контейнеровозов, круизных лайнеров, до служебных и прогулочных катеров. Все созданные до настоящего времени экранопланы ориентированы на этот вариант транспортных систем.
      Для эксплуатации в системе водного транспорта экраноплан должен обладать достаточной мореходностью и автономностью плавания, должен быть оборудован необходимыми судовыми устройствами, типа: - палубы, привального бруса, швартовных устройств, т.д., - только в этом случае экраноплан будет обладать потребительскими свойствами и судна и самолета.
      По своему конструктивному устройству и условиям эксплуатации экраноплан одновременно относится к двум видам транспорта - авиации и флоту, системы технического обслуживания которых никак не связаны между собой. При регулярной эксплуатации парка экранопланов (с любым типом СПУ) необходима собственная эксплуатационная инфраструктура: - специальный гидропорт, для постоянного базирования, и - система причалов, для остановок в промежуточных пунктах по трассе маршрутов.
      Типовая структура гидропорта должна включать
      - береговую площадку (с рулежной дорожкой) для стоянки ЭП;
      - инфраструктуру управления полетами и технического обслуживания ЭП, включая обработку грузов и пассажиров (по типу аэропорта);
      - спуск в воду с уклоном 5-7 градусов и твердым покрытием дорожки для самостоятельного выхода ЭП на берег;
      - навигационно оборудованную трассу на прибрежной акватории для 
взлета-посадки и выхода на маршрут полета. 
      Все иллюстрации идут в приложение под определенным номером
       Гидропорт и береговая площадка ЭП. 
      При наличии колесного шасси экраноплан сможет перебазироваться на ближайший аэропорт в самолетном режиме для межсезонных регламентов и капитального ремонта.
      Правовое регулирование эксплуатации экранопланов определяется Международным Кодексом безопасности высокоскоростных судов (HSC Code), который принят Ассамблеей Международной Морской Организации (ИМО) и ее Комитетом по безопасности на море (MSC, резолюция 36).
      Основные технические требования к экранопланам в системе водного транспорта можно сформулировать в следующем виде:
      - летные характеристики ЭП: - по классам Авиарегистра;
      - мореходные качества ЭП:  по классам Речного или Морского Регистров;
      - базирование: - на оборудованных береговых площадках;
      - амфибийность: - выход на береговую площадку, старт-посадка с 
      воды (для легких ЭП - со льда-снега); 
      - погрузка-выгрузка: - с носа, с кормы и с бортов (крыльев);
      - швартовка на воде: - носом, бортом, кормой - к причалу, борту судна;
      - транспортировка: - перебазирование с завода-строителя к месту
      эксплуатации в "самолетном" режиме;
      - конструкция ЭП: - двигатели, системы и оборудование
      комплектуются с серийных самолетов-прототипов;
      - экипаж ЭП: - переобучение капитан-механиков судов.
      Для рентабельной эксплуатации транспортных экранопланов на выбранной акватории регулярность рейсов по условиям мореходности должна составлять, как и у обычных судов, порядка 80-90 %. 
       Таким образом, будем уверены, что жизнь экранопланов и экранолетов только начинается и они будут строиться в нашей стране с таким же энтузиазмом, как в шестидесятые годы двадцатого века. И быть может, на свет появятся самые необыкновенные летающие машины, настоящие «крылатые корабли» для военных и мирных целей…  
      В данной главе, мы рассмотрели два варианта возможных транспортных систем на базе экранопланов: это концепция «аэропорт-акватория», концепция «гидропорт-акватория» и пришли к выводу, что перспективы развития экранолетов и экранопланов есть, но для этого необходимо государственная поддержка и финансирование, так как такие проекты являются очень трудоемкими.
 
Глава 4. Создание проекта экранолета «Морской змей»
      Человек всегда мечтал покорить небо и воду, видимо это стремление и стало для нас решающим, когда мы увлеклись экранопланами. Во время изучения истории этих крылатых кораблей, у нас появилось огромное желание построить подобную машину, попытаться внести что-то новое, совершить какой-нибудь научный прорыв! Желание переросло в действие - разработку и создание действующей модели экраноплана класса «С» «Морской Змей» как скоростного, экономичного, надежного и практически не зависящего от наземной инфраструктуры средства передвижения, обладающего высокой грузоподъемностью, пассажировместимостью, для использования его в военных и мирных целях.
      Рассмотрев выше в сравнительном аспекте экранолеты и экранопланы, выявив их основные достоинства и недостатки, мы пришли к решению создания проекта экранолета «Морской Змей». Проект является долгосрочным, включает в себя целый ряд моделей экранолетов.
      В ходе реализации проекта была изучена специальная литература об истории создания экранопланов, а так же литература по аэродинамике и космонавтике. Отражена краткая история создания экранопланов. Рассмотрены плюсы и минусы  существующих экранопланов и их условия эксплуатации. Были проведены расчеты удельной нагрузки на крыло, расчеты средней аэродинамической хорды крыла (САХ), расчет аэродинамического качества, подъемной силы и удлинения крыла модели экранолета, рассчитана скорость и потребная мощность силовой установки.  В рамках данного проекта, за летние каникулы 2011 года, был построен опытный экраноплан, корабль-макет Nika 001, который создавался для экспериментов со скоростным движением по воде, частичным и полным выходом из нее, а также отработка управления на разных режимах движения. Первый спуск на воду был произведен 30 августа 2011 года, для испытаний на плавучесть. Испытания проходили на реке Волга  в местечке Козловы горы (см. приложение №1). Все полученные данные были  использованы  для создания новых аппаратов семейства,  «Морской Змей». 
       В рамках реализации проекта созданы чертежи транспортно – пассажирского экранолета «Морской Змей» и переведены в электронный вариант  в чертежной программе  КОМПАС 3D V12 (см. приложение №2). Созданы ряд моделей экранопланов и экранолетов семейства «Морской Змей». Проведены апробации  модели.
      Для строительства экраноплана использовались новые материалы, электрические источники энергии, возможность экспериментировать с новыми видами топлива и роботизированными системами управления полетом. Что позволит сделать его одним из самых мобильных, скоростных, безопасных, экономичных и экологичных видов транспорта, который не нуждается в мощной наземной инфраструктуре.
   На примере модели осуществляется отработка новых конструктивных решений, приемов пилотирования и работы с материалами. 
    На данный момент, проект включает в себя 12 действующих прототипов экранопланов и экранолетов, в том числе и один пилотируемый Nika 001, метательные свободнолетающие экранопланы и полностью радиоуправляемые экранолеты. Последняя и самая совершенная модель считается экранолет «Морской Змей IX» (см. приложение №2). Он снабжен автономной, автоматической системой управления полетом (3-х осевой гироскоп), дифференцируемо отклоняемыми рулями управления, высокоскоростным электрическим двигателем и имеет механический реверс тяги. Аппарат включает ряд новшеств, для данных моделей (в том числе и велосипедное шасси). Эта модель разрабатывалась для испытаний автоматической системы управления, проверки нового профиля крыла NASA 60, и использования реверса тяги во время движения на экране.
      Таким образом, наш проект является долгосрочным. Постоянно строятся новые модели, проверяются различные конструктивные элементы, выявляются новые для нас особенности движения на экране, постоянно пересматривается конечный облик «большой машины», ее технические характеристики и возможные варианты использования.
      Каждая модель-это новый шажок на пути к своей мечте, новая информация  и бесценный опыт, который мы нарабатывает путем проб и ошибок. Мы обращаемся к опыту великих ученых: Р.Е. Алексеева, Р. Бартини, А. Липпиша и многим другим, чтобы совершить новый рывок вперед, усовершенствовать и довести до ума идеи, которые они придумали и над, которыми так упорно работали. Любая неудача, все равно успех,  рано или поздно приведший нас к созданию прекрасной машины, в которой так нуждается современный мир.
 
Заключение
      В ходе исследования была выполнена основная задача по изучению экранной техники, проведение сравнительного анализа между экранопланами и экранолетами, а также разработка и создание собственного проекта экранолета с проведением расчетных исследований и апробацией действующих прототипов. Проект имеет научно-практическую значимость.  
      В своей работе, согласно поставленной цели, мы разрабатываем и собираем действующие модели-прототипы экранолета класса «Б и С» «Морской Змей» как скоростного, экономичного, надежного и практически не зависящего от наземной инфраструктуры средства передвижения, обладающего высокой грузоподъемностью, пассажировместимостью для использования его в различных сферах.
       Как мы видим, на сегодняшний день, интерес к экранопланам не пропал. Даже такие фирмы, как «Boing», готовы участвовать в создании подобных машин. 
      Так что, время экранопланов и экранолетов еще только начинается, а мы, молодое поколение, приложим все свои силы и знания, чтобы эти машины снова поднялись в небо, пересекали все мировые океаны, доставляли людей и грузы, приносили только пользу человечеству! 
 
 
 Список литературы
1. Дроговоз. И.Г.  Странные летательные объекты. – Мн.: Харвест, 2003 – 384 с.+24 с. Ил. – (Серия «Профессионал»).
2. Енохович А.С. Справочник по физике и технике, Москва, Просвещение, 1989 г. – 223 с.
3. Мерзликин. В.Е.  Радиоуправляемые модели планеров.  – М.: ДОСААФ, 1982.  – 160с.
4. Петров. Г.Ф.  Гидросамолеты и Экранопланы России 1910-1999 г.г. (электронная версия  http://airspot.ru/library/book/gidrosamolety-i-ekranoplany-rossii-1910-1999-petrov-g-f).
5. Белавин Н.И. Экранопланы. Л. Судостроение, 1977 г
6. Тюшин В.А. Парапланы: Первый шаг в Большое Небо. – М.: АСТ: Транзиткнига, 2005. – 319с. (Мир увлечений).
7. Шмитц. Ф.В. Аэродинамика малых скоростей. Перевод с немецкого Болонкина А.А.  Кохно В.Ю.  Издательство ДОСААФ, Москва, 1963 г – 58 с.
8. http://path-2.narod.ru/vp/akt_pr.pdf. Актуальные проблемы российской космонавтики. Моисеев И.М.
9. http://topwar.ru/21233-ekranoplan-morskoe-oruzhie-xxi-veka.html
10. Жуков В.И. Особенности аэродинамики, устойчивости и управляемости экраноплана. М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1997
11.    Васильев Э. В. Транспортные суда – экранопланы. Концепция транспортных систем на базе экранопланов. Нижний Новгород,- 2008. 
 

 

Категория: Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год) | Добавил: Service (26.12.2013) | Автор: Сухарев Денис E W
Просмотров: 3226 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 2
2  
Хочется посмотреть на "Морского змея"

1  
Виктор, а где прикрепленный файл?

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 (12321)
Щур Илья Андреевич (11652)
Кузьминова Анастасия Олеговна (9113)
Бадакова Анастасия (9073)
Чеховская Алена Алексеевна (5266)
Рафаэль (4824)
Иванов Семен Владимирович (4734)
Кошманов Илья Игоревич (4599)
Беляева Александра Сергеевна (4594)
Пушинская Кристина Валерьевна (4060)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017