Эффективность реальных экранопланов – миф?

...Из статистики видно, например, что относительные массы снаряженных экранопланов и их километровые расходы топлива в 1,5-2 раза превышают соответствующие параметры самолетов.
Анализируя причины этого, можно, в частности, отметить влияние, такого параметра, как удельная нагрузка на крыло...

 

Направления улучшения характеристик экранопланов

Сравнение с самолетами позволяет выявить направления улучшения характеристик экранопланов, в числе которых можно назвать следующие:

1. Увеличение аэродинамического качества в крейсерском полете,
2. Увеличение гидродинамического качества на старте,
3. Увеличение крейсерской скорости экраноплана,
4. Снижение взлетно-посадочных скоростей,
5. Снижение массы конструкции взлетно-посадочного комплекса, как то:
стартовая силовая установка, щитки-закрылки, предкрылки, концевые шайбы крыла, реданы, гидролыжное устройство;
6. Снижение массы конструкции планера,
7. Снижение массы оборудования и систем,
8. Оптимизация режимов работы маршевых двигателей и снижение их массы.

Улучшение указанных характеристик потенциально возможно, как путем «малых приращений» - постепенного совершенствования конструкции экранопланов, так и методом «сильных проектных решений», радикально изменяющих не только конструкцию отдельных систем, но и схему экраноплана в целом.
Перечислим поочередно, по каждому вышеуказанному пункту 1-8, возможные пути улучшения каждой характеристики экраноплана «методом малых приращений».

1. Увеличение аэродинамического качества может быть достигнуто:
- за счет увеличения удлинения крыла, в том числе составного, т.е. за счет снижения индуктивного сопротивления;
- за счет снижения вредного сопротивления агрегатов экраноплана: крыла, корпуса, оперения, силовой установки.

Сопротивление корпуса может быть уменьшено, например, при замене килевого реданированного днища на круглое и гладкое.
- сопротивление оперения может быть уменьшено, в основном, за счет уменьшения его площади;
- сопротивление силовой установки может быть уменьшено за счет уборки из по¬тока в корпус стартовых двигателей или за счет замены маршевых двигателей с большим «лбом» на двигатели меньшего диаметра.

9. Увеличение гидродинамического качества на разбеге может быть достигнуто:
- за счет совершенствования обводов корпуса и концевых шайб крыла,
- за счет совершенствования системы поддува под крыло,
- за счет увеличения тяговооруженности поддува,
- за счет уменьшения высоты расположения крыла от основной плоскости,
- за счет оптимизации удлинения части крыла, под которую производится поддув,
- за счет снижения удельной нагрузки на крыло.

10. Увеличение крейсерской скорости экраноплана может быть достигнуто за счет:
- выбора более скоростных маршевых двигателей,
- уменьшения площади крыла (увеличения удельной нагрузки),
- уменьшения углов установки крыла,
- выбора соответствующего профиля крыла,
- комплексного применения вышеназванных мер.

11. Снижение взлетно-посадочных скоростей экраноплана может быть получено за счет:
- применения высокомеханизированных, достаточно высокорасположенных, консолей составного крыла,
на которые не действуют гидродинамические нагрузки;
- увеличения площади крыла (снижение удельной нагрузки на крыло),
- увеличения углов установки центроплана и консолей,
- совершенствования системы поддува под крыло,
- применения гидролыжных и крыльевых (подводных крыльев) устройств.

12. Снижение массы конструкции корпуса (планера) может быть достигнуто за счет:
- совершенствования конструктивно-силовой схемы планера,
- снижения внешних нагрузок, в том числе и за счет оптимального расположения | масс
экраноплана,
- применения высокопрочных материалов,
- совершенствования методик определения внешних нагрузок,
- совершенствования методов расчета прочности и статиспытаний,
- совершенствования технологии постройки корпуса.

13. Снижение массы взлетно-посадочного комплекса, включающего стартовую силовую установку,
гидролыжное устройство и т.п., может быть достигнуто за счет:
- участия маршевых двигателей в поддуве под крыло,
- применения в качестве стартовых двигателей малогабаритных двигателей большой удельной тяги,
- снижения внешних нагрузок на взлетно-посадочный комплекс за счет совершен¬ствования его
конструкции и повышения эффективности,
- правильного выбора относительной массы гидролыжного устройства (задача мо¬жет быть
сформулирована так: всю массу корпуса вложить в гидролыжу, воспринимаю¬щую удары, или
наоборот, массу гидролыжй сделать минимальной?).
Можно, например, для увеличения массы гидролыжи разместить в ней топливо и за¬ставить его
вращаться относительно жесткой оболочки при колебаниях лыжи, подобно содержимому сырого
куриного яйца.

14. Снижение массы оборудования и систем может быть достигнуто за счет:
- совершенствования конструкции систем и оборудования,
- использования авиационного оборудования и систем вместо судовых,
- собственной разработки и изготовления части оборудования и систем, вместо при¬менения
тяжелого стандартного судового оборудования.

15. Оптимизация режимов работы маршевых двигателей может быть достиг¬нута за счет:
- увеличения скоростей крейсерского полета,
- исключения «подработки» на марше стартовыми двигателями, работающими при этом на
неэкономичном режиме, путем правильного подбора маршевых двигателей,
- снижение массы маршевых двигателей при максимально низких километровых расходах топлива может
быть достигнуто за счет применения более скоростных и более легких двигателей, например,
двигателей ПС—90А вместо двигателей НК-92.

Необходимо подчеркнуть определенную противоречивость некоторых выше пере¬численных способов улучшения характеристик друг другу.
Например, увеличение гидродинамического качества на старте путем снижения удельной нагрузки на крыло приводит, во-первых, к увеличению массы крыла, а во-вторых, к снижению крейсерской скорости полета.
Очевидно, что задачу создать экономичный экранолпан нельзя решить, свалив все названные меры в один мешок и хорошо их там перемешав.
Гармонизация параметров за счет конструктивных решений их обеспечивающих,
до сих пор остается искусством, требующим особого таланта, несмотря на применение компьютерных методов оптимизации.
Например, характеристики серийных судов на подводных крыльях начала 60-х годов 20 века и экранопланов, созданных под непосредственным руководством Ростислава Ев¬геньевича Алексеева до сих пор не превзойдены его последователями.
Перечисленные выше способы улучшения характеристик экраноплана показывают ограниченность способа «малых приращений» и, в определенной степени, его тупиковость.
Здесь уместна такая аналогия: можно настойчиво совершенствовать паровоз и добиться повышения его кпд с 5 до 7%, а можно создать электровоз, кпд которого на порядок выше.