Экранопланы, или экранолеты, - летательные аппараты, высота полета которых лежит в пределах ширины (хорды) крыла.
Можно предложить такое упрощенное объяснение принципа полета экраноплана. При полете на малой высоте возмущение воздушного потока, распространяющееся от поверхности крыла, достигает поверхности воды или земли. Далее происходит отражение и обратное движение. Если отраженная волна возмущения достигнет крыла, то давление в этой области возрастет, что приведет к увеличению подъемной силы. Под крылом создается как бы «динамическая» воздушная подушка. Так как скорость передачи возмущения в воздухе равна скорости звука, то «эффект экрана» будет проявляться на высотах H = ba /2V , где Н - высота полета, b - хорда крыла, a - скорость звука, V - скорость движения аппарата.
Можно утверждать, что идея создания экраноплана была заимствована у природы. Наблюдения позволили установить, что летучие рыбы при своем полете используют экранный эффект.
Испытатели столкнулись с эффектом влияния подстилающей поверхности «экрана» в начале XX века. Малые скорости движения первых самолетов требовали значительной площади крыла. При расположении крыла в нижней части фюзеляжа пролет над полем при посадке получался очень долгим. Первый экраноплан был построен Т. Кларио (Финляндия) в 1935 году. С 1940-го по 1960 год А. Липишем (Австрия), Х. Вейландом (Швейцария), В. Б. Корягиным (США) были предложены разнообразные конструкции экранопланов. Несмотря на многочисленные проекты, до сих пор широкого распространения экранопланы не получили, главным образом из-за трудностей обеспечения безопасного полета в условиях существования на пути следования препятствий. Важной проблемой остается обеспечение устойчивости полета. Многочисленные аварии опытных экранопланов происходили при полете в условиях встречного или бокового ветра.
Исследование влияния подстилающей поверхности на характеристики крыла позволили подобрать алгоритм обеспечения безопасного полета. Наиболее удачные летательные аппараты на экранном эффекте были построены Р. Е. Алексеевым (СССР) в 60-е годы прошлого века. Наиболее известные - экранопланы Алексеева «Орленок», «Лунь» и КМ - «Корабль-макет» («Каспийский монстр»). Последний имел максимальный взлетный вес 544 тонны при полезной нагрузке 300 тонн и максимальной скорости движения 500 км/ч.
Алексеев Ростислав Евгеньевич - кораблестроитель, создатель судов на подводных крыльях и экранопланов. Дважды совершил революцию в мировом судо- и авиастроении.
(от французского «ecran » — экран, щит и «planer » — парить, планировать) – транспортное (боевое) средство, способное летать на высотах, равных 0.05 – 0.2 ширины крыла, над поверхностью воды, льда или ровных участков суши. Основной особенностью экраноплана, отличающей его от самолёта, является то, что аэродинамическая и конструктивная компоновки обеспечивают ему возможность движения на относительно малой высоте за счёт сочетания поддува под крыло и влияния так называемого эффекта экрана – созданной воздушной подушки. При этом происходит повышение давления на нижней поверхности крыла за счёт скоростного напора, созданного двигателями и встречным потоком воздуха, и разряжением воздуха над верхней поверхностью крыла. В результате этого увеличивается подъёмная сила крыла на низких скоростях, то есть при взлёте и посадке.О признанном российском приоритете в экранопланостроении свидетельствует тот факт, что в Вашингтоне, в Галерее выдающихся личностей XX века, помещен портрет Ростислава Евгеньевича Алексеева. Именно ему принадлежит пальма первенства в создании нового вида транспортного средства – с использованием эффекта экрана.
Создать экраноплан, который мог бы летать над пустыней и водой, снегами и льдами, мечтал еще известный авиаконструктор и изобретатель П.И. Гроховский. В 1932 году он разработал проект двухмоторного экраноплана-амфибии.
Нельзя не отметить, что экранопланами занимались также многие иностранные инженеры-энтузиасты. В Финляндии это был Т. Каарио, в Америке – Д. Уорнер, в Германии – А. Липпиш, в Швеции – И. Троенг. Однако сам эффект динамической воздушной подушки, образующейся между крылом и поверхностью, был обнаружен Игорем Ивановичем Сикорским .
И самолёт, и корабль
Согласно определению, сформулированному Международной морской организацией (ИМО) во «Временном руководстве по безопасности экранопланов», – это многорежимное судно, которое в своем основном эксплуатационном режиме летит с использованием «экранного эффекта» над водной или иной поверхностью, без постоянного контакта с ней, и поддерживается в воздухе главным образом аэродинамической подъемной силой, генерируемой на воздушном крыле (крыльях), корпусе или их частях, которые предназначены для использования действия «экранного эффекта». По классификации ИМО, экранопланы относятся к морским судам.
Сам эффект экрана связан с тем, что возмущения (рост давления) от крыла достигают земли (воды), отражаются и успевают дойти до крыла. По сути, экранный эффект – это та же воздушная подушка, только образуемая путем нагнетания воздуха не специальными устройствами, а набегающим потоком, что ведет к большому росту давления под крылом. Скорость распространения волны давления равна скорости звука.
«Крыло» таких аппаратов создает подъемную силу за счет разреженного давления над верхней плоскостью (как у обычных самолетов) и дополнительно за счет повышенного давления под нижней плоскостью, что возможно только на очень небольших высотах (от нескольких сантиметров до нескольких метров). Эта высота соизмерима с длиной средней аэродинамической хорды (САХ) крыла.
Чем больше САХ крыла, ниже скорость полета и высота – тем выше экранный эффект.
Как показал отечественный опыт эксплуатации экранопланов, они объединяют в себе лучшие качества судна и самолета. Экранопланы могут эксплуатироваться в различных физико-географических условиях, в том числе и тех, которые недоступны для обычных судов. Наряду с более высокими гидроаэродинамическим качеством и мореходностью, чем у других скоростных судов, экранопланы всегда обладают и амфибийными свойствами. Помимо водной глади они способны передвигаться над твердой поверхностью (земля, снег, лед) и базироваться на ней. Экранопланы специальной конструкции, способные на длительное время отрываться от экрана и переходить в «самолетный» режим полета, называются экранолетами.
Эффект экрана
Для всех экранопланов основным режимом эксплуатации является полет в непосредственной близости к поверхности с использованием «экранного эффекта». Учитывая, что условия эксплуатации экранопланов близки к условиям эксплуатации судов, совместным решением ИМО и Международной организации гражданской авиации (ИКАО) экраноплан рассматривается не как самолет, который может плавать, а как судно, способное летать. В данном случае эксплуатация экранопланов регламентируется в основном «Международными правилами предупреждения столкновений судов на море».
Так как экранопланы обладают способностью увеличивать высоту полета за пределы действия «экранного эффекта», а также летать на высотах, где действуют авиационные правила, то для разделения сферы юрисдикции ИМО и ИКАО все экранопланы по их способности и наличию разрешения на эксплуатацию за пределами высоты действия «экранного эффекта» разделены в Руководстве на три типа:
– Тип А – судно, которое сертифицировано для эксплуатации только внутри зоны действия «экранного эффекта». Такие суда во всех режимах эксплуатации подчиняются требованиям ИМО;
– Тип В – судно, которое сертифицировано кратковременно и на ограниченную величину увеличивать высоту полета за пределы действия «экранного эффекта», но на расстояние от поверхности, не превышающее 150 м (для перелета через другое судно, препятствие или иных целей). Также подчиняется требованиям ИМО. Максимальная высота такого «перелета» должна быть меньше, чем минимальная безопасная высота полета воздушного судна по требованиям ИКАО (над морем – 150 м). Ограничение высоты в 150 м контролируется ИКАО;
– Тип С – судно, сертифицированное для эксплуатации вне зоны действия «экранного эффекта» при высоте, превосходящей 150 м. Подчиняется требованиям ИМО во всех режимах эксплуатации, кроме «самолетного». В «самолетном» режиме безопасность обеспечивается только требованиями ИКАО, с учетом особенностей экранопланов.
Достоинства и недостатки
Все экранопланы обладают рядом неоспоримых достоинств:
— высокая живучесть: современные экранопланы гораздо безопаснее обычных самолетов, так как в случае обнаружения неисправности в полете амфибия может сесть на воду даже при сильном волнении. Причем это не требует совершения каких-либо предпосадочных маневров и может быть осуществлено просто сбросом газа (например, в случае неисправности двигателей). Также и сама неисправность двигателя зачастую не столь опасна для крупных экранопланов ввиду того, что они имеют несколько двигателей, разделенных на стартовую и маршевую группу, и неисправность двигателя маршевой группы может быть компенсирована запуском одного из двигателей стартовой группы;
— достаточно высокая скорость – от 200 до 600 км/ч и более – экранопланы по скоростным, боевым и грузоподъемным характеристикам превосходят суда на воздушной подушке, суда на подводных крыльях;
— у экранопланов высокая экономичность и более высокая грузоподъемность по сравнению с самолетами и вертолетами, так как подъемная сила складывается с силой, образующейся от экранного эффекта;
— для использования в военных целях немаловажна малозаметность экраноплана на радарах вследствие полета на высоте нескольких метров, быстроходность, низкую угрозу противокорабельных мин;
— для экранопланов не важен тип поверхности, создающей эффект экрана – они могут перемещаться над замерзшей 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.д.;
— экранолеты относятся к безаэродромной авиации – для взлета и посадки им нужна не специально подготовленная взлетная полоса, а лишь достаточная по размерам акватория или ровный участок суши.
Вместе с тем экранопланам, как и всем техническим аппаратам, присущи и недостатки.
Это прежде всего недостаточная маневренность, невозможность полета над неровной поверхностью (этого недостатка лишен экранолет). Управление экранопланом более сложное, чем обычным самолетом, что требует специальной подготовки и специфических навыков пилотов. Кроме того, процедура старта требует наличие дополнительных стартовых двигателей либо особые стартовые режимы для основных двигателей, что ведет к дополнительному расходу топлива.
Теоретическими разработками, проектированием, созданием и эксплуатацией экранопланов отечественные ученые, конструкторы и испытатели занимаются уже более 70 лет.
Среди разработок экранопланов советского периода можно выделить две доминирующие группы
— конструкции Центрального конструкторского бюро по судам на подводных крыльях (ЦКБ по СПК) под руководством Ростислава Алексеева;
— конструкции Роберта Бартини в авиационном КБ им. Г.М. Бериева в Таганроге (1968–1974).
Работы ЦКБ Ростислава Алексеева
В 1941 году Ростислав Алексеев защитил дипломную работу «Глиссер на подводных крыльях», а в 1951 году за разработку и создание судов на подводных крыльях он был удостоен Сталинской премии. От идеи судов на подводных крыльях Алексеев продвинулся вплотную к разработке аппарата, способного передвигаться по воде на скоростях, намного превышающих скорости обычных судов.
В начале 60-х годов в Центральном конструкторском бюро по судам на подводных крыльях (ЦКБ по СПК) в лабораторных условиях проводились исследования экранного эффекта на малых буксируемых моделях и самоходных пилотируемых аппаратах.
Для работ по экранной тематике требовалась оснащенная научно-экспериментальная база, и на Горьковском водохранилище была построена специальная испытательная станция (база) ИС-2 с комплексом уникальных сооружений, многие были специально созданы для исследований особенностей экранного эффекта.
22 июля 1961 года на испытательной станции ИС-2 был выполнен первый полет первого отечественного экраноплана (экранолета) СМ-1. В первом испытательном полете СМ-1 пилотировал сам главный конструктор аппарата и начальник ЦКБ по СПК Р.Е. Алексеев. К осени 1961 года техника пилотирования экраноплана была освоена до высокой степени уверенности в надежности аппарата. Алексеев пригласил заместителя председателя Совета министров СССР, председателя Комиссии президиума Совета министров СССР по военно-промышленным вопросам Д. Ф. Устинова, председателя Госкомсудостроения Б.Е. Бутому и Главкома ВМФ С.Г. Горшкова на демонстрационные полеты СМ-1.
Демонстрация оказалась настолько убедительной, что высокие гости выразили желание прокатиться на экраноплане, под личную ответственность Р.Е. Алексеева.
По предложению Д.Ф. Устинова, в начале мая 1962 года была организована демонстрация экраноплана СМ-2 Н.С. Хрущеву и другим членам правительства, которая проводилась на Химкинском водохранилище под Москвой. Успешная демонстрация СМ-2 повлияла на принятие государственной программы, включающей разработку новых экранопланов, создание боевых экранопланов для ВМФ и других родов войск.
В структуре ЦКБ по СПК была организована летно-испытательная служба (ЛИС). В 1962–1965 годах осуществлялось проектирование и создание уникального, самого большого на то время в мире летательного аппарата – экраноплана КМ, получившего у американцев название «Каспийский монстр». Главным конструктором экраноплана был Р.Е. Алексеев, ведущим конструктором – В.П. Ефимов. Экраноплан имел размах крыла 37,6 м, длину около 100 м, взлетную массу 544 тонны. Это было рекордом для любого существующего летательного аппарата.
Экраноплан «КМ»
В 1972 году был построен первый реально работающий военный экранолет «Орленок», предназначенный для переброски морских десантов на дальность до 1500 км. Испытания данного экранолета проводил летчик Военно-морского флота В.Г. Ярмош. Всего в период 1977–1983 годов было построено пять экранолетов типа «Орленок»: «Дубль» – для статических испытаний, С-23, С-21, С-25, С-26. Все они вошли в состав авиации ВМФ, и на их базе была сформирована 11-я отдельная авиагруппа.
Государственная программа предусматривала строительство до 24 экранолетов типа «Орленок». Серийную сборку должны были осуществлять судостроительные заводы в Нижнем Новгороде и Феодосии. Однако этим планам не суждено было воплотиться. После ухода из жизни в 1984 году министра обороны СССР Дмитрия Устинова, курировавшего наукоемкое вооружение, все работы по выпуску и развитию этого перспективного аппарата были свернуты. Четыре изготовленных экземпляра «Орленка» до 2007 года находились в разной степени разукомплектованности на базе ВМФ в городе Каспийске. В июне 2007 года наиболее сохранившийся экземпляр был отбуксирован по Волге в Москву и установлен в музее на Химкинском водохранилище.
Экраноплан «Орлёнок»
В 1987 году первый полет совершил ударный экраноплан-ракетоносец «Лунь». Он был вооружен шестью управляемыми противокорабельными ракетами «Москит». После успешного окончания государственных испытаний «Лунь» был в 1990 году передан в опытную эксплуатацию. Распад Советского Союза привел к прекращению работ по этому направлению.
Экраноплан «Лунь»
Большой вклад в популяризацию идеи экранопланов, разработку схемных решений и проведение экспериментальных исследований моделей в аэродинамических трубах также внес известный авиаконструктор Р.Л. Бартини, который настойчиво и плодотворно работал в этом направлении в 70-е годы. В это время по проекту Р.Л. Бартини был построен и испытан противолодочный самолет-амфибия ВВА-14.
Экранопланы в России
Работы по созданию экранопланов в постсоветской России продолжились в основном небольшими частными предприятиями и длительное время без доминирующей поддержки государства. Практическая реализация различных проектов ограничилась строительством главным образом единичных или малых серий образцов легких, с взлетным весом до 10 т, экранопланов. Они вмещают 10–30 человек, имеют максимальную скорость около 200 км/ч и дальность до 1500 км. Среди них – «Акваглайд» и «Орион» нескольких модификаций, «Буревестник-24», «Волга-2», «Иволга» ЭК-12.
Экраноплан «Волга-2»
КБ «Небо плюс море» при техническом центре, руководимом летчиком-космонавтом Юрием Викторовичем Романенко, создало 24-местный экранолет «Буревестник-24» с полезной нагрузкой 3,5 т, который проходил испытания на территории Якутии.
Экраноплан «Буревестник-24»
ООО «Экранопланостроительное объединение «Орион» разработало модель экраноплана «Орион-12», и уже несколько судов заказано зарубежными партнерами.
В настоящее время проводятся всепогодные заводские испытания экраноплана «Орион-14» в различных условиях. Создававшийся первоначально в качестве патрульного экраноплана для силовых структур «Орион-14» рассматривается и как транспортное средство для гражданского применения. На «Орион-14» в отличие от «Ориона-12» изменена трансмиссия двигателей, улучшена система их охлаждения, установлены новые воздушные винты, двигатель малого хода лодочного типа, а также выполнен ряд других доработок. В конструкции «Орион-14» применяются композиционные материалы нового поколения. В составе бортового оборудования «Орион-14» увеличена доля отечественных комплектующих. «Орион-14» может работать зимой, спланированы его испытания в ледовой обстановке с торосами до 50 см, а также по ледяной шуге. По результатам испытаний экраноплана рассматривается вопрос о возможности его применения в труднодоступных районах Крайнего Севера и Дальнего Востока.
Экраноплан «Орион-14»
Кроме того, в рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники» на 2009–2016 годы разработан экраноплан «Орион-20». Длина аппарата – около 19,128 м, ширина – около 20 м, осадка при полной нагрузке – не более 0,7 м, максимальный взлетный вес – 10 т. Экипаж состоит из двух человек. Экраноплан способен перевозить 21 пассажира со скоростями 220–250 км/ч в режиме экраноплана и в самолетном режиме на дальность до 1600 км. «Орион-20» может использоваться для оказания срочной медицинской помощи, для переброски аварийных служб, поисковых и изыскательских партий, для патрульной службы и выполнения других задач силовых ведомств.
Экраноплан «Орион-20»
Российские регионы выражают серьезную заинтересованность в пассажирских экранопланах. Это приморские и северные регионы: Приморский край, Карелия, Якутия, Архангельская область, Камчатский край, Ненецкий АО. Потребность использования экранопланов в этих регионах определяется тем, что экраноплан – судно круглогодичной навигации. Он может пройти там, где не смогут пройти суда традиционной компоновки. По льду и снегу он перемещается как аэросани, на мелководье по желанию пилота экраноплан может взлететь до 5 м. Скорость движения при этом сопоставима со скоростью воздушных судов для местных авиалиний – до 250 км/ч.
Учитывая потребности приморских и северных российских регионов в пассажирских экранопланах, а также потребности мирового рынка, государство усилило внимание и меры государственной поддержки развитию экранопланостроения. Работы по созданию экранопланов нового поколения для внутреннего и мирового рынка вошли в федеральную целевую программу «Развитие гражданской морской техники» на 2009–2016 годы. В рамках программы, в частности, разработан проект высокоскоростного экраноплана на основе композитов, построен и испытан легкий экраноплан «Стерх-10». В ЦКБ СПК им. Р.Е. Алексеева ведется работа по созданию двух тяжелых пассажирских экранопланов А-050 и А-080 со взлетным весом 54 и 100 т, крейсерской скоростью 350–450 км/ч.
Вне программы, в инициативном порядке, различными организациями продолжают проводиться теоретические исследования, разрабатываются концепции и проекты различных аппаратов, в том числе, например, экранолета Бе-2500 со взлетным весом 2500 т и полезной нагрузкой до 1000 т.
Зарубежный подход
С началом ХХI века работы по экранопланной тематике за рубежом заметно оживились, сегодня их проводят более 10 высокоразвитых стран, в том числе Китай, США, Южная Корея, Германия, Канада, Иран, Новая Зеландия, Австралия, Сингапур. Существенная государственная поддержка оказывается этим работам в Китае, Южной Корее, Иране, Германии, Сингапуре.
К настоящему времени за рубежом построено более 50 экспериментальных, а также практических образцов экранопланов. Создателями этих экранопланов являются как отдельные исследователи, так и широко известные научно-исследовательские центры и фирмы ряда стран мира.
Иранский экраноплан «Bavar-2»
В целом в настоящее время за рубежом строят легкие экранопланы, но отчетливо проявляется тенденция к росту их размеров и грузоподъемности.
В США в начале 1990-х годов специалисты, изучив опыт СССР, пришли к выводу о значительном отставании США в области создания экранопланов. Конгресс США создал специальную комиссию для выработки концепции и рекомендаций по разработке экранопланов. В дальнейшем компания «Боинг» разработала концепцию экранолета (проект «Пеликан») для стратегических перебросок воинских контингентов и военной техники к местам конфликтов. Проект американского экранолета предусматривал длину 152 м и размах крыла 106 м. При движении на высоте 6 м над поверхностью океана (имея возможность подниматься на высоту 6000 м) «Пеликан» должен был перевозить до 1400 т груза на расстояние более 12 тыс. км.
В Китае, по данным СМИ, ведутся наиболее интенсивные работы с государственной поддержкой. Так, еще в 1995 году правительственным распоряжением создан Центр развития экранопланов. К разработке экранопланов привлекаются крупные научные и научно-технические центры и частные компании в Пекине, Гуанджоу, Гонконге, Нанкине. Производство экранопланов организовано на авиационных и судостроительных заводах в городах Чанчжоу, Цзинмэн, Шанхай и др. Завод по производству экранопланов построен на китайском острове Хайнань.
Активное участие в разработке экранопланов принимает и частный капитал. Так, акционерная компания «Гуанчжоу Тяньсян Экраноплан Компани Лимитед» с уставным фондом в 100 млн долл. в качестве одной из своих главных целей провозгласила свое будущее лидерство на мировом рынке экранопланов. Китай, с опорой во многом на базовые российские разработки, планирует в ближайшие годы построить значительное количество экранопланов, в том числе и двойного назначения. На предприятиях организуется опытное производство аппаратов грузоподъемностью от 10 до 200 т, а в перспективе после 2017 года планируется построить более 200 экранопланов. Подобные суда станут незаменимым средством для скоростного пассажирского и грузового сообщения между островами Юго-Восточной Азии. В целом, по оценке специалистов, потребности КНР могут составить более 1000 экранопланов различного назначения.
В Республике Корея по немецкой лицензии построен для коммерческой эксплуатации 50-местный экраноплан WSH-500. Правительство страны планирует инвестировать около 100 млн долл. в создание к 2019 году экраноплана коммерческого назначения грузоподъемностью 100 т и скоростью 250–300 км/ч.
Иран в отличие от других стран сосредоточился на производстве экранопланов военного назначения. В 2010 году его вооруженные силы получили первые три эскадрильи одноместных аппаратов Bavar-2. Иранский экраноплан оснащен пулеметом, прибором ночного видения, а также оборудованием для разведки местности. С борта экраноплана можно в режиме онлайн пересылать в штаб ВМС снимки местности и другие данные разведки.
Как показывает опыт отечественного и зарубежного экранопланостроения, у экранопланов большие перспективы в области пассажирских и грузовых перевозок, как международных, так и для внутренних нужд. Международные «трассы» экранопланов будут в разы короче, чем используемые сегодня железнодорожные, автомобильные или морские маршруты.
Разработаны проекты экранопланов для пассажирских грузоперевозок над акваториями и льдами Арктики. Это позволит выполнять грузоперевозки в северных портах круглогодично, независимо от сезона. В перспективе возможности экранопланов могут быть широко использованы для перевозки грузов и участников научных экспедиций в Арктике и Антарктиде.
Экранопланы имеют большие перспективы для использования в военных и других целях силовых структур, в том числе для переброски десанта и военной техники в кризисные районы, в борьбе с контрабандой и браконьерством при охране прибрежных рыбных районов силами морской пограничной охраны. Эксперты также серьезно оценивают значение использования экранопланов при борьбе с пиратством на транспортных путях.
Таким образом, можно констатировать, что к настоящему времени по отечественным разработкам экранопланов имеется научный и технический задел, построены и испытаны отдельные образцы экранопланов различных модификаций и назначений, а также накоплен опыт эксплуатации, необходимый для серийного строительства экранопланов.
Исследования, проведенные специализированными институтами, показывают, что ожидаемая высокая производительность экранопланов, обусловливающая их рентабельность, отвечает современным требованиям потенциальных заказчиков и тенденциям развития транспортных систем, поэтому коммерческие экранопланы могут быть реальностью уже в ближайшей перспективе.
Учитывая огромный опыт в проектировании и создании серии экранопланов, Россия может и должна стать мировым лидером в их производстве. Научно-технический потенциал России позволяет строить эти летательные аппараты в массовом количестве, в том числе и для продажи за рубеж. Однако чтобы развивать экранопланостроение в равных условиях с иностранными конкурентами, требуется в необходимой мере финансировать эти работы с использованием госзаказа. Иначе Россия может утратить приоритет на эти уникальные летательные аппараты и технологии.
В целом ожидается, что в ближайшей и среднесрочной перспективе наступит прорыв в области экранопланостроения. Весьма вероятно, что эти машины станут важной частью мировой транспортной системы, а в вооруженных силах ряда государств, прежде всего Юго-Восточной Азии, могут появиться оснащенные экранопланами штатные подразделения.
Все знают, что такое самолет, и что такое корабль. Но что получится, если объединить эти два объекта? Летучий корабль, или плавучий самолёт? Оказывается, учёные уже давно изобрели такой "гибрид", и имя ему - экраноплан.
Экраноплан - что это?
Википедия в своём строгом стиле даёт определение экраноплана: это скоростное транспортное средство, летающее на небольшой высоте и способное приземлиться на поверхность воды. От самолёта его отличает необходимость оставаться над гладкой поверхностью, в качестве которой подходит вода, снег, лёд, или, на худой конец, земля. От корабля - способность летать. Тем не менее, примечательно, что относится это чудо техники именно к морским судам.
Физика полёта экраноплана
Для удержания транспорта в воздухе необходима подъемная сила. В случае с экранопланом, её генерирует так называемый экранный эффект. По сути он является воздушной подушкой, которая образуется благодаря набегающему на крыло потоку воздуха, а не механическими устройствами, как например в . Крыло экраноплана создаёт подъёмную силу не только за счёт разрежения воздуха сверху, как у самолёта, но и за счёт его уплотнения снизу. Беда в том, что создать повышенное давление под плоскостью крыла получается только на небольших высотах. В этом и есть ограничение использования экранопланов.
Достоинства и недостатки экранопланов
К достоинствам этого вида транспорта можно отнести:
- безопасность: малая высота полёта и возможность сесть на поверхность, над которой осуществляется полёт, сводит на нет возможные авиакатастрофы из-за поломок,
- высокая скорость - до 600 км/ч. что значительно быстрее любых судов,
- высокие экономичность и грузоподъёмность, значительно выше чем у самолётов,
- для взлёта и посадки экранопланам не нужна взлётная полоса.
При всех имеющихся достоинствах, экранопланы не лишены некоторых недостатков:
- территория их полётов вдоль рек совпадает с зонами обитания птиц,
- низкая маневренность,
- необходимость летать невысоко над относительно гладкой поверхностью,
- процедура старта требует больших затрат энергии.
Использование экранопланов в современном мире
Разные страны мира ведут исследования и опытные разработки по усовершенствованию конструкции экранопланов и избавлению их от недостатков. Так, например, США в 2003 году представило проект военного экранолёта Pelican, способный перевозить до 1400 тонн груза на расстояние в 16 тысяч километров. Китайская компания Hainan Yingge Wing провела на побережье острова Хайнань лётные испытания аппаратов CYG-11, собранных по российским чертежам (проект "Иволга"). Южная Корея в сентябре 2007 года объявила о строительнстве крупного коммерческого экраноплана, который должен быть способер перевозить 100 тонн груза со скоростью до 300 км/ч. К сожалению, новостей об этой разработке более не поступало.
В России КБ "Сухой" в 2000 году продемонстрировал небольшой коммерческий экранолёт С-90, способный переносить 4 тонны груза более чем на 3 километра. Кроме того, существует несколько проектов экранопланов, разрабатываемых российскими организациями для гражданского и военного применения.
Где можно увидеть экраноплан вживую?
В 2012 году в Москве, у берега водохранилища близ парка "Северное Тушино" можно было обнаружить экраноплан "Орлёнок" проекта А-90. Стоит ли он там до сих пор - не известно.
Советский Союз создал целую серию удивительных транспортных средств — экранопланов, — способных на уничтожение авианосцев неприятеля. К сожалению, в 90-е годы почти все наработки были уничтожены. Способны ли ещё подняться в воздух эти монстры — разбирался журналист Лайфа Михаил Котов.
Говорят, что в этот день в ЦРУ все общались исключительно самыми грязными ругательствами. Во время проявки кадров, снятых самолётом-разведчиком U-2, в акватории Каспийского моря было замечено нечто невероятное. Судя по фотографиям, над поверхностью моря летел гигантский самолёт со скоростью около 500 километров в час. Тогда это чудо техники и получило прозвище "Каспийский монстр", а американские разведчики начали разработку по советским экранопланам, едва ли не самым удивительным военным машинам того времени.
Как летит экраноплан
Обычный самолёт для полёта использует подъёмную силу, возникающую за счёт разницы давления над и под плоскостью крыла. По верхней кромке крыльев (в зависимости от угла атаки) воздушный поток проходит быстрее, а под нижней — медленней. Из-за этого сверху от крыльев давление меньше, чем под ними, что и выталкивает летательный аппарат вверх. При этом при снижении самолёта, почти у самой земли, может возникнуть интересный эффект. Его называют экранным, так как поверхность (взлётная полоса или водная гладь) также могут замедлять поток движения воздуха под крылом — из зоны высокого давления он смещается в зону низкого, но тормозится теперь не только плоскостью крыла, но и приближающейся землёй.
В итоге самолёт словно садится на "воздушную подушку", что приводит к ещё большему нарастанию давления и смещению его от передней части крыльев, как бывает при обычном полёте, к задней. В полётах ранней эпохи воздухоплавания это приводило к тому, что самолёт "клевал носом" при посадке, а то и вовсе совершал сальто. Проблему решили, разместив крылья над кабиной и поставив самолёт на шасси. Но впоследствии инженеры подумали: "А почему бы не применить экранный эффект для движения самого летательного аппарата?"
И создали экранопланы. Мы не случайно упомянули воздушную подушку. Экранопланы ближе всего именно к морским судам, использующим этот принцип. Только воздушная подушка экраноплана создаётся не путём нагнетания воздуха специальными устройствами, а набегающим потоком. Давление под нижней плоскостью крыла повышается, что удерживает технику в полёте над поверхностью воды.
Создаются такие условия только на очень небольших высотах (от нескольких сантиметров до нескольких метров), именно поэтому экранопланы используются преимущественно над водой. Они могут летать и над обычной поверхностью, только она должна быть ровной, без деревьев и сильных искривлений рельефа. Например, над поверхностью высохшего солёного озера экраноплан будет летать без проблем.
Из-за специфики полёта управлять экранопланом сложно. Обычному пилоту, пересевшему в кабину такой машины, будет крайне непривычно. Здесь всё иначе: изменение высоты меняет балансировку летательного аппарата, изменение скорости — тоже. Крен вызывает диагональное смещение центра давления. Однако у экраноплана есть множество плюсов по сравнению с современными самолётами и судами, так как они сочетают в себе качества как тех, так и других:
экранолёты гораздо безопаснее обычных самолётов, так как в случае обнаружения неисправности в полёте амфибия может сесть на воду даже при сильном волнении;
экранопланы быстрее судов на воздушной подушке, так как достигают скорости в 500 километров в час;
экранопланы экономичнее, чем самолёты, из-за специфики полёта;
экранопланам не нужен аэродром.
Наша школа
Экранолет "Ракета-2". Конструктор - лауреат Ленинской и Государственной премий, доктор технических наук Ростислав Алексеевич Алексеев.
В конструкциях экранопланов выделяют две основные школы — советскую, созданную Ростиславом Алексеевым, и западную, первенство в которой принадлежит немецкому, а затем и американскому (после Второй мировой он был перевезён в США, где и трудился до самой смерти) конструктору Александру Липпишу (Alexander Lippisch).
Немецкие экранопланы всегда делались как треугольные летающие крылья, чаще всего без хвостового оперения, устойчивые, но неспособные развить высокую скорость. Советские, а потом и российские разработки, напротив, опирались на прямое крыло. Такая схема требует дополнительных усилий по стабилизации конструкции, но позволяет двигаться с большими скоростями и в самолётном режиме. Есть ещё и тандемная схема, но она пока почти не вышла за рамки теоретической авиации.
Ростислав Алексеев, главный конструктор экранопланов в мире, был кораблестроителем, мечтавшим о настоящем полёте и воплотившим свои мечты в реальность. В 1935 году он поступил в Горьковский индустриальный институт имени Жданова, а в октябре 1941 года (в связи с началом войны экзамены отложили) защитил дипломную работу по теме "Глиссер на подводных крыльях".
Во время войны он работал в должности контрольного мастера выпуска танков на заводе "Красное Сормово". В 1942 году было принято решение о выделении Алексееву помещения и людей для работы по созданию боевых катеров на подводных крыльях. Вчерашний выпускник, он смог заразить своей идеей всех, убедить в возможности заставить катер "летать". В проект Алексеева поверило и управление кораблестроения ВМФ, ему были выделены средства.
"Меня так вдохновила забота о моём проекте, это был такой могучий заряд уверенности в необходимости задуманного, что его хватило на десятилетия. Ведь подумать только, ещё в разгаре война, всё подчинено лозунгу "Всё для фронта!", каждая пара рук на счету, а люди думают о завтрашнем мирном дне"
Разработка затянулась на долгие годы, уже после войны в 1957 году Алексеев представил судно на подводных крыльях "Ракета" на суд мировой общественности, приведя корабль в Москву в дни Международного фестиваля молодёжи и студентов. С этого момента в мире началось скоростное судостроение. Все советские суда на подводных крыльях — "Метеоры", "Буревестники", "Кометы" — построены Ростиславом Алексеевым.
Рождение монстра
Авиационно-морской поисково-спасательный комплекс самолет "Мрия" - экраноплан "Орленок". Разработан в ЦКБ по судам на подводных крыльях имени Р.Я. Алексеева. Репродукция.
Алексеев начал создавать экранопланы в 1962 году. При этом он видел своей задачей совмещение в экраноплане возможностей обычного самолёта и, собственно, экранолёта. По его задумке, использовать эту технику предполагалось как над поверхностью воды, так и на высоте до 7500 метров. Для проверки возможностей экранопланов им была создана экспериментальная модель КМ "Корабль-макет". Однако зарубежные специалисты расшифровали эти буквы по-своему "Каспийский монстр" (Kaspian Monster).
Экраноплан имел размах крыла почти 38 метров, длину 92 метра, максимальную взлётную массу 544 тонны. До появления самолёта Ан-225 "Мрия" это был самый тяжёлый летательный аппарат в мире. 22 июня 1966 года, перед рассветом, с волжского причала спустили на воду самый крупный на то время летательный аппарат на планете.
Сразу после выпуска с завода встала проблема перемещения экраноплана к месту испытаний. Почти месяц полупритопленный, с отстыкованным крылом, накрытый маскировочной сеткой экраноплан буксировали по Волге из Горького на полигон в Каспийск. По соображениям секретности шли только ночью, днём "монстр" отдыхал в тени маскировочной сетки.
В 1966 году "Каспийский монстр" наконец вышел на испытания, которые проводились на специально созданной испытательно-сдаточной станции на Каспийском море в районе города Каспийска (Дагестан). Долгих 15 лет шли тесты этого чуда техники, пока не случилась авария в 1980 году из-за ошибки пилотирования. Обошлось без жертв, более того, экраноплан ещё неделю оставался на плаву, однако попыток спасти его предпринято не было. Он так и затонул в Каспийском море.
Первый полет "Орлёнка"
В начале 70-х годов конструкторское бюро Алексеева получает заказ на создание военного экраноплана, и 3 ноября 1979 года первый в мире десантный корабль-экранолёт "Орлёнок" был принят как боевая единица в состав военно-морского флота. Он получил штатный номер МДЭ-160 (малый десантный экраноплан).
"Орлёнок" имел вовсе не маленькое полное водоизмещение в 122 тонны, развивал скорость в 216 узлов и мог перевозить 200 десантников в полной боевой выкладке или 28 тонн груза. Малый десантный экраноплан предназначался для переброски морских десантов на дальность до 1500 километров, с возможностью взлёта при высоте волн до двух метров. Погрузка и выгрузка людей и техники осуществлялись через откидывающуюся вправо носовую часть.
Всего было создано пять таких уникальных для своего времени машин. К сожалению, в 1984 году умер министр обороны Дмитрий Устинов, который поддерживал идею строительства флота десантных экранопланов. Новый министр обороны Сергей Соколов закрыл программу, пустив высвободившиеся деньги на строительство атомных подводных лодок. Но даже это не остановило процесс создания одного из самых уникальных военных транспортных средств в мире — экраноплана "Лунь".
"Лунь" — птица гордая
Ростислав Алексеев уже не увидел полёта этого экраноплана, ставшего выражением всех его идей и мыслей. 14 января 1980 года, находясь на испытаниях модели нового пассажирского экранолёта, во время спуска на воду он получил травмы. Две операции не помогли, и самый главный творец экранопланов в мире скончался 8 февраля 1980 года. В это время конструкторские работы по проекту "Лунь" уже были завершены, оставалось дождаться начала строительства.
В 1983 году был заложен первый и, как потом окажется, последний тяжёлый ударный экраноплан-ракетоносец проекта 903. В 1986 году эта поражавшая воображение махина была готова. Ставший продолжением идей "Каспийского монстра" экраноплан был предназначен для борьбы с надводными кораблями путём нанесения ракетного удара в условиях слабого противодействия со стороны средств воздушного нападения врага.
По сути, "Лунь" — это охотник на авианосцы, способный с огромной скоростью подойти к ордеру противника и отстреляться ракетами, оставаясь в зоне недосягаемости. Вооружённый шестью пусковыми установками с противокорабельными ракетами "Москит", "Лунь" мог нанести свой удар с расстояния в 120 километров, при этом пролетев над водой до 2000 километров, оставаясь практически невидимым для радаров противника.
Размах крыла этой птицы 44 метра, а площадь — 550 квадратных метров. Внутри крыла находятся четыре отсека с топливом для восьми двигателей НК-87. Длина этого экраноплана 73 метра, а высота сравнима с пятиэтажным домом — 19 метров.
Изначально планировалось создать восемь ракетных экранопланов типа "Лунь", однако из-за финансовых проблем и военной нецелесообразности эти планы реализовать не удалось. В настоящее время "Лунь" списан и законсервирован в сухом доке на территории завода "Дагдизель" в Каспийске. Вся секретная электроника пылится на секретных складах, откуда, наверное, больше никогда не будет возвращена. Можно посмотреть на это чудо советской инженерной мысли из космоса, пройдя по ссылке в Google-карты и вбив следующие координаты (42°52′54″ с.ш. 47°39′24″ в.д.).
За рубежом
Самым громким зарубежным проектом стал Boeing Pelican — военный экраноплан с возможностью переброски 1200 тонн за раз. Дальше разработок он не пошёл, концепция оказалась слишком огромной и малореализуемой даже по меркам не особо считающих деньги американских военных.
Аппарат должен был совершать полёт на высоте около десяти метров над морем, имея возможность подниматься на высоту в 6000 метров для полётов над сушей или обхода штормов. За один раз Pelican смог бы поднять до 17 танков M1 Abrams или почти 200 морских 20-футовых контейнеров. Однако с 2013 года об этом проекте ничего не слышно.
Была информация о постройке крупного экраноплана Южной Кореей, однако и этот проект в настоящее время заморожен.
Современное состояние
В настоящее время серьёзного производства экранопланов в России нет. Есть разрозненные компании, занимающиеся созданием небольших экранолётов. Время от времени возникают идеи о возрождении советской школы, однако они так и остаются не более чем прожектами. Более того, в России полностью отсутствует нормативно-правовая база, регламентирующая эксплуатацию экранопланов. Производители этого вида техники столкнулись с трудностями: им не удаётся собрать полный комплект разрешений на использование такого вида транспорта. Причём ни по одному из трёх назначений экранопланов: военному, спасательному и гражданскому. Огромное количество различных бюрократических организаций и отсутствие чёткой правовой базы превращают рядовую ситуацию по сертификации воздушного судна в неразрешимую проблему.
В России до сих пор даже не смогли решить проблему перевозки "Луня" и организации музея. Так до сих пор он и ржавеет потихоньку, начиная разваливаться на куски. У огромной страны не нашлось возможностей ни на сохранение советских технологий, ни на их перевод на гражданские коммерческие рельсы.
Однако вполне возможно, что сейчас экранопланы могут получить новое развитие. Дело в том, что для освоения Арктики они станут одним из наиболее удобных вариантов — способные преодолевать большие расстояния, не обращая внимания на то, лёд или вода находятся у них под крылом. Посмотрим, может быть, уже скоро мы вновь увидим низкий полёт этих удивительных аппаратов.
