Немного истории
Пожалуй, первые известные исследования по влиянию эффекта подстилающей поверхности на летательный аппарат были проведены практически одновременно (1935 год) Я.М. Серебрийским и Ш.А. Бичуевыйм у нас в стране и рядом известных аэродинамиков за рубежом. Хотя, надо сказать, что еще в 1923 году Б.Н. Юрьев проводил эксперименты с крылом вблизи экрана. В тот предвоенный период были найдены основные качественные и количественные зависимости, описывающие влияние близости земли на поведение ЛА и на его аэродинамику. Тогда же было выяснено, что в непосредственной близости от экрана растет подьемная сила и уменьшается аэродинамическое сопротивление.
После второй мировой войны наиболее полное изучение "экранного" эффекта провел Р.Л. Бартини. В то время, когда из-за неудач в проектировании и испытаниях, закономерных при слабом понимании сути происходящего с ЛА в таких сложных условиях, привели к закрытию работ по экранопланам за рубежом, в СССР благодаря теоретическим и экспериментальным наработкам группы Бартини тема получила развитие.
Немного теории
Экраноплан представляет из себя особый тип ЛА с аэродинамическим принципом поддержания в полете, использующий эффект воздушной подушки, возникающей при движении между аэродинамическими плоскостями ЛА и экраном (т.е., поверхностью земли, воды или льда). Все экранопланы делятся на три типа, в зависимости от своего поведения вне экрана. Машины первого типа способны совершать полет только в присутствии подстилающей поверхности. Второй тип машин может совершать непродолжительные "подскоки" над поверхностью экрана, например для преодоления препятствий. И, наконец, экранопланы третьего типа способны уходить от экрана на любое время (ограниченное только запасом топлива на борту) и совершать полет "по самолетному". Казалось бы, третий тип представляет наибольший интерес для практического исследования, так как позволяет сделать универсальный ЛА, способный совершать взлет и посадку хоть с высокогорного аэродрома. Однако не все так просто. Дело в том, что деление Э. на три типа происходит в первую очередь потому, что аэродинамика экраноплана существенно отличается от аэродинамики самолета. Вызвано это так называемой интерференцией между Э. и экраном. В частности, распределение давления (эпюра давления) на профиле крыла вблизи экрана совершенно другая, нежели для того-же профиля в свободном потоке. В свободном потоке для "классического" профиля с закругленной передней кромкой максимум разрежения на верхней поверхности располагается примерно на 17-20 процентах хорды, и аэродинамический фокус такого крыла будет, соответственно расположен приблизительно на 25 процентах Всах. У профиля, расположенного вблизи экрана, большую роль в создании подьемной силы играет не разрежение на верхней поверхности, а распределение давления по нижней. Кроме того, особенность перетекания потока вблизи экрана такова, что максимум разрежения на верхней поверхности профиля смещается почти на 40 процентов хорды. Это приводит к тому, что для рассмотренного выше крыла аэродинамический фокус будет смещен почти на 50 процентов Всах. Что это значит? Это значит, что без применения дополнительных мер, аппарат, сбалансированный с расчетом движения только над экраном, при отрыве от него получит существенный дефицит поперечной устойчивости и сорвется в неуправляемое кабрирование со всемы вытекающими. Однако, нет худа без добра. Как показывает практика, экранопланы первого типа являются
самостабилизирующимися. Как это происходит, можете даже и не спрашивать. Эксперментальных мощностей, коими я располагал в свое время, не хватило для тго, чтобы понять суть этого эффекта. На фирме Алексеева, наверняка, знают ответ, но...У них это НоуХау. Во всяком случае, феноменальная живучесть их машин (как раз первого типа) была блестяще подтверждена благополучным возвращением на базу экраноплана "Орденок С-23" с оторванным при ударе об волну хвостом.
С другой стороны, машины третьего типа вынуждены "таскать" с собой практически бесполезные в экранном режиме крылья большого удлинения, которые позволяют им совершать полет "по самолетному". Машины второго типа имеют мало преимуществ перед машинами первого типа, и не имеют их вообще перед машинами третьего типа, поэтому данное направление малоперспективно. Каковы же примерные численные значения для основных ЛТХ экраноплана? Наиболее оптимальным с точки зрения создания эффекта является полет на высоте, соответствующей примерно 0.5 средней аэродинамической хорды крыла. Подьемная сила при этом режиме полета увеличивается примерно в 1.5-2 раза по отношению к полету в свободном потоке. Аэродинамическое качество экраноплана выше, чем у самолета в 2-2.5 раза. Причем, качество может быть на некоторых режимах и еще повышено. Оптимальным типом крыла для создания экранного эффекта является крыло малого и сверхмалого улинения (порядка 1-3), с прямой передней кромкой или очень малой стреловидностью. Очевидно, перспективны экранопланы с крыльями, имеющими "оживальную" переднюю кромку, но данных по их преимуществам перед "класическими" пока очень мало.
Перспективы применения
Исторически сложилось так, что экранопланы у нас в стране, да и во всем мире изначально создавались для военных целей, и только теперь у нас в стране ведутся разработки гражданских экранопланов. Какие могут быть варианты применения этих замечательных аппаратов?
Во-первых, следует учитывать, что экранопланы Алексеева, построенный по классической самолетной схеме, и не предлагают всех тех преимуществ, которые может дать использование режима экранного полета. Тем не менее, эти аппараты показывают практически недостижимые для обычной авиации способности. Например, знаменитый Ан-225 "Мрия", по все видимости, представляет собой венец развития тяжелой транспортной авиации, создаваемой по классической схеме. Для превышения ее показателей надо, чтобы произошел качественный скачок или в двигателестроении, или в материаловедении. Или необходимо менять саму схему. Это прямое следствие известного закона "куба-квадрата", по которому масса ЛА растет при увеличении линейных размеров пропорционально кубу их изменения, а площадь аэродинамических поверхносей - всего лишь пропорционально квадрату. А, следовательно,соотношение полного веса ЛА и веса полезной нагрузки при увеличении размеров ЛА меняется не в пользу последней. Путем аппроксимации можно вычислить тот размер, при котором ЛА сможет поднять в воздух только себя самого, но еще раньше (и намного) эффективность его использования станет ужасающе мала. Кстати, это же закон дает парадоксальное, но тем не менее абсолютно верное положение, согласно которому начиная с некоторого размера ЛА при его дальнейшем увеличении абсолютная масса ПН будет не расти, а снижаться.
Существенно отодвинуть эту планку (пропорционально разности аэродинамического качества) позволяют именно экранопланы. А использование в проектировании экранопланов схем, типа "летающее крыло" или дискообразных компоновок позволит еще превысить эту планку. Во всяком случае, создание экраноплана с полезной коммерческой нагрузкой более 1000 тонн не представляется чем-то невозможным. Причем благодаря существенно более высокой скорости движения коммерческая эффективность от использования такого транспортного ЛА будет на уровне обычного сухогруза (а, как известно, водный транспорт на настоящий момент является самым дешевым видом транспорта). У нас в стране постройка флота из пары десятков экранопланов позволили бы полностью решить проблему "северного завоза", практически устранив влияние ледовой обстановки. Постройка же и содержание такого флота составила бы, по приблизительным оценкам, примерно одну треть от стоимости постройки содержания нынешнего ледокольного флота. Причем мы получили бы коммерчески эффективную транзитную транспортную систему "восток-запад" с всего двумя точками загрузки, в конечных пунктах.
С военной точки зрения экранопланы являются весьма эффективными десантными судами. Кроме того, будучи вооружены ПКР, экранопланы идеально подходят для быстрой концентрации противокорабельных сил в каком-либо районе акватории.
В настоящее время, в различных организациях, отпочковавшихся от КБ Алексеева создаются проекты пассажирских экранопланов. На мой взгляд, это одно из очень эффективных приложений данного транспортного средства. Дело в том, что в нашей разветвленной речной сети использование Э. позволяет реализовать круглогодичную(!) навигацию и снизить нагрузку на экологию рек (в свое время скоростную "Зарю" сняли именно из-за этого). Еще более перспективным представляется использование Э. по схеме, предложенной в свое время Р.Л.Бартини. Дело в том, что любые высокоскоростные магистрали представляют из себя сложные и дорогостоящие сооружения, с минимальными допусками на точность изготовления полотна. О днако можно спроектировать экраноплан по двухфюзеляжной схеме, с крылом, расположенным между корпусами и пустить его по транспортной эстакаде, представяющей из себя железобетонные замкнутые профили прямоугольного сечения, уложенные на элементарную песчаную подушку. Поскольку движение осуществляется без контакта с поверхностью, допуски на точность установки элементов эстакады могут составлять десятки миллиметров, до полуметра. Формовать их можно непосредственно на месте. Фантастически дешевый путь, дешевле рельсов для пригородной электрички. И со средней скоростью движения не менее 300 кмч. Причем безопасность такой транспортной системы будет намного выше, чем у ВСМ, так как отсутствует основной источник опасности: колеса и рельсы. При аварии же аппарат просто плавно опустится на эстакаду, на обычные шасси типа самолетных.
Ну вот, собственно и статья.