vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
поперечной остойчивости может привести к заметной ошибке и расчет придется вести иным путем, например методом последовательных приближений.
Таким образом, обеспечение мореходности влияет на аэродинамическую компоновку, точнее аэрогидродинамическую компоновку — настолько сильно требования мореходности сказываются на выборе формы, размеров и взаимного расположения основных агрегатов гидросамолета.
Глава 22. Экранопланы
Впроцессе развития гидроавиации только в нашей стране было создано около 100 летательных аппаратов, способных использовать в качестве аэродрома водную поверхность.
Назовем еще одно транспортное средство, которое с полным правом можно рассматривать как летательный аппарат.
Экраноплан — крылатый летательный аппарат, совершающий крейсерский полет в непосредственной близости от поверхности экрана (земли или воды).
Вавиации с проявлением влияния экрана на самолет встретились в 1920-х годах: при взлете и посадке
внепосредственной близости от земли вопреки всем законам классической аэродинамики возникала до-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
полнительная подъемная сила, что резко увеличивало длину посадочной дистанции. Для устранения этого эффекта при посадке применяются интерцепторы (см. рис. 2.26), которые в таком качестве чаще называют спойлерами (от англ. spoil — портить).
ЭффектT экранаT
По сути, экранный эффект — это та же воздушная подушка, только образуемая путём нагнетания воздуха не специальными устройствами, а набегающим потоком. То есть «крыло» таких аппаратов создаёт подъёмную силу не только за счёт разреженного давления над верхней плоскостью (как у «нормальных» самолётов), а дополнительно за счёт повышенного давления под нижней плоскостью, создать которое возможно только на очень небольших высотах (от нескольких сантиметров до нескольких метров) Эта высота соизмерима с длиной средней аэродинамической хорды (САХ)крыла. Поэтому крыло у экраноплана стараются выполнить с небольшим удлинением.
Эффект экрана связан с тем, что возмущения (рост давления) от крыла достигают земли (воды), отражаются и успевают дойти до крыла. Таким образом, рост давления под крылом получается большим. Скорость распространения волны давления, конечно, равна скорости звука. Соответственно, проявление экранного эффекта начинается с
,
где l — ширина крыла (хорда крыла), V — HTскорость звука,TH h — высота полёта, v — скорость полёта.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
Чем больше САХ крыла, ниже скорость полёта и высота — тем выше экранный эффект.
Например, максимальная дальность полёта экранолёта «Иволга» на высоте 0,8 м составляет 1150 км, а на высоте 0,3 метра с той же нагрузкой — уже 1480 км.
Традиционно на скоростях полётов у самой земли принято считать высотой действия экрана половину хорды крыла. Это даёт высоту порядка метра. Но у достаточно больших экранопланов высота полёта «на экране» может достигать 10 и более метров.
Центр давления (общая точка приложения силы) экранного эффекта находится ближе к задней кромке, центр давления «обычной» подъёмной силы — ближе к передней кромке, поэтому, чем больше вклад экрана в общую подъёмную силу, тем больше центр давления смещается назад. Это приводит к проблемам балансировки. Изменение высоты меняет балансировку, изменение скорости — тоже. Крен вызывает диагональное смещение центра давления. Поэтому управление экранопланом требует специфических навыков.
Экранный эффект — увеличение аэродинамической подъемной силы и уменьшение силы лобового сопротивления крыла, движущегося над экраном. Прирост подъемной силы крыла вблизи экрана вызывается повышением давления на его нижней поверхности (динамическая воздушная подушка), а снижение со-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
противления обусловлено уменьшением индуктивных скосов потока за счет экрана. В полной мере экранный эффект проявляется на высоте от земли или воды, равной примерно 0,1…0,2 значения САХ крыла, хотя влияние экрана сказывается до высоты полета порядка 1,0 значения САХ крыла.
Аэродинамическое качество крыла вблизи экрана достигает значений (К=30…40), существенно превышающих те, которые достигнуты на крыле современных самолетов (К=18…20). Однако аэродинамическое качество аппарата в целом существенно ниже за счет сопротивления ненесущих частей и потерь качества на балансировку. Для построенных экранопланов К= 13…16.
В настоящее время известно более 70 реализованных проектов экранопланов и экранолетов — летательных аппаратов, движущихся как над опорной поверхностью на высотах, на которых реализуется экранный эффект, так и вдали от экрана (самолетный режим). Основную их массу составляют небольшие экспериментальные аппараты.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
Но первыми были финны. Во время экспериментальных полётов в 1932 году на небольшой высоте над Северным морем тяжёлого двенадцатимоторного самолёта «Дорнье ДО-Х», крыло которого имело значительную хорду, было замечено уменьшение аэродинамического сопротивления и расхода топлива.
Рис. 22.1. Гидросамолёт «Дорнье ДО-Х»
В 1935 г. финский инженер Т. Каарио построил первый экспериментальный экраноплан - буксируемый с помощью аэросаней аппарат. На нем Каарио изучал возможности использования экранного эффекта.
Одной из первых отечественных работ, которая относилась к исследованиям экранного эффекта, является работа Б. Н. Юрьева «Влияние земли на аэродинами-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
ческие свойства крыла». Затем, уже в 1930-е годы, проводились теоретические исследования экранного эффекта В. В. Голубевым, Я. М. Серебрийским, Ш. Я. Биячуевым и другими.
При разработке экранопланов конструкторские фирмы многих государств столкнулись со множеством технических проблем, начиная от проблемы выбора антикоррозийных материалов и заканчивая проблемами устойчивости в полёте. Правительства этих стран отказались поддержать проекты, а разрабатывать «на свой страх и риск» фирмы не решились. Если конструкции и были разработаны, то так и остались в виде чертежей.
Все отечественные разработки экранопланов можно разделить на три группы:
-конструкции ЦКБ по СПК под руководством
РостиславаHT Алексеева;TH
-конструкции РобертаHT БартиниTH в авиационном HTКБ имени Г. М. БериеваTH в HTТаганрогеTH (1968—1974)
-относительно небольшие экранопланы, в разработке которых принимали участие различные конструкторские бюро.
Особняком стоят «любительские» конструкции, причём на этом уровне разработка экранопланов велась не только в России, но и в других государствах.
К идее экраноплана РостиславHT АлексеевTH и РобертHT БартиниTH пришли, развивая свои проекты, подступив к ней с разных сторон.
Хотя созданием аппаратов такого типа серьезно занимается целый ряд фирм во всем мире, современный
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
уровень развития экранопланов всецело определяется обширной программой исследовательских, проектных работ и строительства крупных экранопланов, реализованной в нашей стране, начиная с пятидесятых годов, поскольку такую программу не выполнила ни одна страна в мире.
Инициатором и организатором этой программы был Р.Е. Алексеев, возглавлявший Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях в г. Горьком (сейчас — ЦКБ по СПК им. Р.Е Алексеева, возглавляемое Главным конструктором В.В. Соко-
ловым). |
В |
реализации |
программы |
активное |
участие |
приняли специалисты ЦНИИ |
им. академика А.Н. Крылова, ЦАГИ им. профессора Н.Е. Жуковского, ЛИИ им. М.М. Громова и других исследовательских и учебных институтов.
Экранопланы большой массы (более 100 т) были построены только в СССР под руководством Р.Е. Алексеева. Самый большой из них — «КМ» (ко- рабль-макет), или «Каспийский монстр» (рис. 22.2) — так назвали его иностранные специалисты.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
Рис. 22.2. Экраноплан «КМ»
Экраноплан «КМ», испытания и опытная эксплуатация которого проводилась на Каспийском море с 1966 по 1980 год, имел длину более 100 м, высоту — более 20 м, размах крыла — около 40 м. Взлетная масса в рекордном полете — 544000 кг, что было в то время для летательных аппаратов неофициальным мировым рекордом, который был побит только с созданием самолета Ан-225 «Мрия».
Полеты проводились на высотах от 3 до 14 м при скоростях 400-450 км/ч.
Из режима плавания на режим полета вблизи экрана «КМ» выходил за счет поддува воздуха под крыло от восьми турбореактивных двигателей, размещенных на переднем пилоне. Крейсерский режим полета обеспечивали два таких же двигателя, размещенные на киле.
Опыт, полученный при разработке и испытаниях «КМ», дал возможность создать теорию и методологию проектирования и строительства экранопланов, что позволило ЦКБ по СПК им. Р.Е. Алексеева создать впоследствии целую гамму различных экранопланов морского базирования.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
В
Рис. 22.3. Экраноплан А-90 «Орленок»
1972TH годуHT был построен первый реально работающий военный экранолёт «ОрлёнокTH HT» (рис. 22.3), предназначенный для переброски морских десантов на дальность до 1500 км. Всего было построено пять экранолётов типа «Орлёнок». Все они вошли в состав авиации ВМФ, и на их базе была сформирована 11-я отдельная авиагруппа непосредственного подчинения Главному штабу морской авиации («Орлята» могли подниматься в самолетном режиме на высоту до двух километров).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Основы аэродинамики и гидромеханики
Рис. 22.4. «Лунь» на взлете
Рис. 22.5. Экраноплан «Лунь»
В 1987TH годуHT первый полет совершил ударный экрано- план-ракетоносец «ЛуньTH »HT (рис. 22.4, 22.5).
Он был вооружен шестью управляемыми противокорабельными ракетами «3TH М-80 МоскитHT».
Первый полет экраноплана состоялся в 1985 году на Каспийском море. Мореходность "Луня" на взлетнопосадочном режиме была 5-6 баллов. В боевом варианте "Лунь" построен в единственном экземпляре,
