РАЗВИТИЕ ЭКРАНОПЛАННОГО ТРАНСПОРТА

Виктор Георгиевич Сергеев

Понятие "экраноплан" до сих пор воспринимается как какая-то экзотика. У многих экранопланы ассоциируется с огромными самолето-кораблями, некоторые вспоминают экранопланы "Орленок" и "Каспийский монстр", и немногие - легендарного Главного конструктора Р.Е. Алексеева. Для начала - упорядочим область обсуждения, введя классификацию.

Часть 1. Классификация транспортных средств, использующих экранный эффект

В настоящее время развитие экранопланов вышло на уровень начала серийного производства гражданских экранопланов, использующих в качестве опорной поверхности природную горизонтальную поверхность воды на морских и внутренних акваториях.
Накопленный опыт работ по экранопланам позволил в 1998 г. ввести "Правила классификации и постройки легких экранопланов типа А" Российского Морского Регистра Судоходства (РМРС), на основе этих Правил в конце 2002 г. - "Временные рекомендации по экранопланам" Международной морской организации а также "Правила классификации и постройки экранопланов" Российского Речного Регистра. Согласно этим Правилам экранопланы разделяются на 3 типа:

тип А - экранопланы, которые могут эксплуатироваться только в зоне действия экранного эффекта;

тип Б - экранопланы, предназначенные для эксплуатации в зоне действия экранного эффекта и при кратковременном выходе из зоны действия экранного эффекта, вплоть до высоты 150 м;

тип С - экранопланы, которым разрешена эксплуатация в самолетных режимах.

Данная классификация отражает достигнутый уровень развития и регламентирует требования к конструкции и системам экраноплана, обеспечивающие безопасность эксплуатации.

Появление экранопланов было предсказано в конце 40-х годов прошлого столетия при анализе универсальной транспортной диаграммы, на которой в логарифмических координатах скорости и качества (отношения веса к сопротивлению при движении) нанесены области, освоенные разными видами транспорта. Оказалось, что на диаграмме существует область с широким диапазоном скоростей и качества, не освоенные ни одним из существовавших в то время видов транспорта. В дальнейшем при работе над проектами экранопланов Р.Л. Бартини предложил разделять экранопланы на экраноходы, экраноплавы и экранопланы (статья "Транспорт будущего" в журнале "Советский Союз", 1970 г., вып.12, стр. 50, 51). Такая классификация отражает возможные условия эксплуатации, а именно, над твердой, водной поверхностью, а также в воздушном пространстве. Также естественно предположить, что "освоение" зоны экранопланов на универсальной транспортной диаграмме будет осуществляться развитием соответствующего вида наземного и водного транспорта в область увеличения скоростей, и воздушного транспорта - в область увеличения аэродинамического качества. В связи с этим, на мой взгляд, правомочно ввести термин "экранопланный транспорт".

Исходя из физики экранного эффекта очевидно, что высота над экраном является важнейшим для свойств и эффективности экранопланов фактором. Она определяется микрорельефом поверхности экрана, причем можно выделить ровный (твердая поверхность: лед, земля, специально созданный микрорельеф), периодически меняющийся (водная поверхность с волнами) и случайно меняющийся (резкие изменения высоты, вплоть до превышения высоты действия экранного эффекта, что характерно для тундры) микрорельеф. Микрорельеф характеризует не зависящие от экранопланов условия их эксплуатации, что позволяет принять его в качестве первого основания классификации транспортных средств, использующих экранный эффект.

Анализ научно-технической и патентной информации, концепций, проектов и опытных (а теперь и серийных) образцов экранопланов позволяет по условиям эксплуатации выделить следующие классы транспортных средств, использующих экранный эффект:

1 класс: транспортные средства, движущиеся над поверхностью с периодически меняющимся рельефом, примером которой является водная поверхность (экранопланы-суда или экраноплавы - по классификации Р. Бартини [Р.Л. Бартини "Транспорт будущего", журнал "Советский Союз", 1970 г., вып.12, стр. 50, 51]);

2 класс: транспортные средства, движущиеся над поверхностью со случайным микрорельефом, примером которой может служить тундра, пересеченная местность и т. п. (экранопланы-вездеходы);

3 класс: транспортные средства, движущиеся над поверхностью с неменяющимся или маломеняющимся (в том числе специально созданным) микрорельефом - экраноходы по классификации Бартини.

При сравнении классов экранопланного транспорта видно, что транспортные средства каждого из классов могут перемещаться над любой из рассматриваемых поверхностей: самыми универсальными по условиям эксплуатации будут транспортные средства, относящиеся к классу 2, а самыми зависимыми от микрорельефа опорной поверхности - отнесенные к классу 3. При этом наивысшую эффективность, например, по аэродинамическому качеству, можно достичь у аппаратов класса 3, так как можно обеспечить условия (специально подготовленную поверхность) для выполнения полетов на очень малых высотах, с максимально возможным аэродинамическим качеством (порядка 100…200 единиц), приближающимся к теоретическому пределу. Аппараты класса 2 будут обладать самым низким аэродинамическим качеством в связи с изменением высоты полета от минимально допустимой до внеэкранного полета, но их скорость будет многократно превосходить скорость существующих наземных вездеходов при существенно меньшем расходе топлива. Аэродинамическое качество аппаратов класса 1 будет средним по сравнению с аппаратами классов 2 и 3, однако у них есть явное преимущество эксплуатации над водной поверхностью. Экранопланы класса 1 в настоящее время серийно строятся и эксплуатируются.

Столь разнообразные условия эксплуатации представляют большие возможности по специализации транспортных средств для узкого диапазона условий эксплуатации. Разделение экранопланов класса 1 в зависимости от условий эксплуатации и взаимодействия с опорной поверхностью приведено в таблице.

Поскольку экранопланы класса 1 предназначены для эксплуатации в основном над водной поверхность (с периодически меняющимся микрорельефом), то и их характеристики в значительной мере определяются амплитудой микрорельефа. В связи с ветровым волнением на море относительная высота полета построенных экранопланов класса 1 составляет, как правило, не менее 0,1 хорды крыла. Выигрыш в аэродинамическом качестве по сравнению с самолетами достаточно умеренный. Для преодоления горба сопротивления при взлете с воды тяговооруженность экранопланов (отношение тяги к взлетному весу, или взлетного веса к аэродинамическому качеству) составляет, как правило, не меньше 0,3, в то время как при полете вблизи экрана потребная тяговооруженность составляет не более 0,1. Кроме того, в связи с низкой эффективностью традиционной самолетной механизации крыла вблизи экрана соотношение между крейсерской и взлетной скоростями невысокое, что ограничивает крейсерскую скорость из-за высоких гидродинамических нагрузок на взлете. Все вместе приводит к снижению относительной коммерческой нагрузки и экономичности экранопланов класса 1.
Транспортные средства класса 2, предназначенные для эксплуатации при больших амплитудах и случайно меняющемся микрорельефе, с применением известных компоновочных решений не могут быть созданы как из-за выхода на высоты неустойчивого полета, так и из-за сильной зависимости подъемной силы и сопротивления от высоты полета. Это подтверждает правильность выделения таких экранопланов-вездеходов в отдельный класс.

Не во всех рассмотренных группах классификации созданы образцы техники, и не все существующие транспортные средства, использующие экранный эффект, являются экранопланами в сложившемся понимании. Однако, в патентной и научно-технической информации представлен весь спектр транспортных средств по данной классификации. Экранопланы, отнесенные к классам 2 и 3, могут появиться в случае их существенно более высокой транспортной эффективности и удовлетворения потребностей общества (например, нанесение минимального ущерба окружающей среде), которые не могут быть в достаточной мере решены существующими видами транспорта.

Оценка транспортной эффективности экраноплана класса 3.2 показывает, что использование для движения специально спроектированных направляющих позволяет создать экранопланы-поезда с очень высокой эффективностью, не уступающей самым экономичным транспортным средствам.

В качестве следующих оснований классификации транспортных средств, использующих экранный эффект, можно принять проблемы, от решения которых в наибольшей степени зависит реализация экранного эффекта в транспортных средствах. Таким образом, основаниями полной классификации являются:

1 - условия эксплуатации (микрорельеф опорной поверхности);

2 - аэродинамическая компоновка;

3 - средства взлета и посадки;

4 - средства обеспечения устойчивости;

5 - конструктивная компоновка.

Полная классификация транспортных средств, использующих экранный эффект, приведена в отчете ВНИИГПЭ (шифр 1Б347, 1989 г.), и в узкотематической глубокоиндексированной базе данных "Экранопланы B60V".

Таким образом, экранный эффект может широко использоваться в транспортных средствах, и в настоящее время созданы экранопланы, относящиеся к 1-му классу (эксплуатирующиеся над водной поверхностью с периодически меняющимся микрорельефом). В будущем возможно создание экранопланов в классах 2 и 3, облик которых представлен, в патентной и научно-технической информации, а также в проектах.

(Продолжение в следующем номере).