Экранопланы.

 

Скорость, важное качество, быстроходность судна во все времена была объектом пристального внимания корабелов. Но увеличение скорости кораблей ограничивалось быстро растущим гидродинамическим сопротивлением корпуса и недостаточной мощностью парусного и весельного движителей.

Второе ограничение было снято с внедрением на кораблях механических двигателей в середине - конце ХIХ в., но ситуация кардинально не изменилась - парусники до начала ХХ в. по скорости если не превосходили, то, во всяком случае, не уступали пароходам. Рывок в скорости связан с идеей поднять корпус судна из воды в воздух, в среду, в 840 раз менее плотную. Главное препятствие - рост сопротивления воды - исчезало.

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 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 (СВП) Л-1. Сам факт существования этого и последующих судов, в том числе рекордного Л-5, был глубоко засекречен, и на Западе независимо от Левкова развивалась своя методика расчета СВП. 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 идеи, смысл которой приделать к судну крылья, являются летящие над водой суда - экранопланы.

 

Вкратце о физических основах движения этого скоростного судна у поверхности экрана (обычно это вода, но может быть также относительно ровная суша и лед).

 

Экранный эффект - изменение несущих свойств крыла на малых высотах полета - открыт авиаторами. С ним столкнулись впервые летчики на взлетно-посадочных режимах самолетов еще в 20-х годах. Поскольку летные данные самолета, и частности, его устойчивость, не были рассчитаны на этот эффект, он в ряде случаев приводил к авариям и катастрофам самолетов на взлстно-посадочных режимах движения. 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. В частности, было показано, что подъемная сила крыла растет, причем тем больше, чем ближе крыло к земле; сопротивление уменьшается, изменяется продольный момент.

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".

По-видимому, 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. После войны в различных странах мира по заказам ВМС или в инициативном порядке строились малые (весом до 5 т) экспериментальные экранопланы.

Однако большие аппараты (военные и гражданские) так и не вышли из стадии чертежей. Проектирование летательного аппарата, предназначенного для скоростного движения вблизи границы раздела двух сред - воздуха и морской воды, ставит множество задач, не встречающихся в других областях техники.

Среди них - обеспечение устойчивости движения аппарата на очень малых (0,5...2 м) высотах полета; прочность и одновременно малый вес конструкции, рассчитываемой на удар о гребень волны на высоких (200...400 км/ч) скоростях; выбор для корпуса материала, не разрушающегося в морской воде (судостроительные материалы слишком тяжелы, а авиационные быстро корродируют); создание мощных и легких двигателей для работы в морских условиях (не боящихся водяных брызг и соли) и множество других, не менее сложных проблем. Решение этих задач требует проведения огромного объема теоретических и экспериментальных исследований, проектных и опытно-конструкторских работ, натурных испытаний.

Видимо, по этой причине западные фирмы не решались заниматься экранопланами полностью на свой страх и риск и сворачивали работы, как только правительство отказывало в финансировании. Такая судьба постигла ракетоносец фирмы Грумман, противолодочный экраноплан RAM1, десантный RAM2 и многие другие проекты. Удачные экспериментальные аппараты использовались иногда как прототипы малых прогулочных экранопланов (например, серия экранопланов Г. Йорга, Швейцария - Германия).

Увеличение подъемной силы может достигать 50%, рост аэродинамического качества (отношения подъемной силы к силе сопротивления) - в 1,5...2,5 и более раз. 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 ...

Если верить сообщениям открытой печати 60-80-х годах, в СССР работы над экранопланами находились на той же стадии, что и за рубежом: на полулегальной основе энтузиасты кустарными методами создавали легкие экспериментальные машины, которые дальнейшего развития не получали. Однако именно в это время, по крайней мере, в двух конструкторских бюро (авиационном КБ Г.М.Бериева в Таганроге и судостроительном ЦКВ Р.Е.Алексеева в Горьком) разрабатывались, строились и испытывались прототипы (а не легкие экспериментальные машины!) советских боевых экранопланов.

Английский авиационный журнал Flight International недавно опубликовал генеалогическое дерево советских экранопланов. Схема, которая воспроизведена здесь полностью, показательна в двух отношениях. Во-первых, до сих пор (!) нет никакой открытой информации о результатах работ в Таганроге (эти аппараты обозначены как "Bartini", так как автором и руководителем работ был Р.Л.Бартини) - на схеме стоят знаки вопроса.

Также допущены ошибки в обозначениях и схемах экранопланов Алексеевского ЦКБ (верхнее семейство на схеме): ракетоносец имеет фирменное обозначение "Лунь", а не "Утка" ("Utka"); второй экземпляр "Луня" (на схеме "Lun") имеет 8 двигателей, а не 6. Во-вторых, линии развития трех семейств (верхнего - ЦКБ Алексеева, среднего - Бартини, нижнего - легкие машины) нигде не пересекаются. Эта схема косвенно показывает степень секретности работ над боевыми экранопланами в СССР - об этом не знали не только специалисты на Западе, даже сами разработчики не были осведомлены о делах своих коллег.

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, хотя прошло почти сорок лет с момента успешного испытания катера Форланини.

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. Сейчас ЦКБ знают по гражданской продукции - СПК "Ракета", "Метеор", "Комета", "Колхида", "Буревестник", "Спутник", "Восход".

Но мало кому известно, что, начиная с 50х 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, более того - строить их серийно.

ЦКБ работало в нескольких основных направлениях: создание ударного корабля, противолодочного экраноплана и транспортно-десантного средства. В результате работ по заказу ВМФ на заводе "Волга" при ЦКБ в 1963 г. был построен огромный (длиной 100 м, массой 544 т) экраноплан КМ ("корабль-макет"), получивший на Западе прозвище "Каспийский монстр". Это был самый крупный и тяжелый летательный аппарат в мире. Испытания, продолжавшиеся несколько лет, показали правильность основных инженерных решений. Первый экземпляр потерпел аварию в 1969 г., когда пилот из-за сильного тумана потерял визуальный горизонт и на большой скорости врезался в воду. Второй экземпляр, так же из-за ошибки пилота в 1980 г. потерпел аварию и затонул в Каспийском море (экипаж успел спастись).

 Для того, чтобы завоевать себе прочные позиции, пароходу потребовался почти век, судам на подводных крыльях - полвека, глиссерам - более четверти века. Недавно экраноплану исполнилось почти 80 лет - возраст солидный. Исследования по экономике транспорта, проведенные рядом организаций и у нас, и на Западе, выявили своеобразную нишу, которую могли бы заполнить летающие корабли. Это магистральные морские перевозки пассажиров и срочных грузов (причем для экраноплана полет над морем еще и гораздо безопаснее, чем для самолета), а также транспортное сообщение между островами в архипелагах и между материком и островами: для экраноплана не нужен ни причал, как для судна, ни аэродром, как для самолета, а строить морской или воздушный порт при небольшой интенсивности сообщения экономически невыгодно.

И, 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.