Экранопланы. Часть 1

Стороннему наблюдателю этот покачивающийся на ленивой каспийской волне корабль покажется диковинкой. Или плодом воображения конструктора. Длинный, стремительный корпус, смахивающий на фюзеляж авиалайнера, переходящий в «дельфиний нос» кабины, ветровые стекла которой пугающе походят на раскосые глаза. Турбореактивные двигатели. Самолетный киль — хвост. Когда эту непонятную махину отбуксируют на чистую воду, оглушительно взревут моторы и узкое хищное тулово рванется вперед в туче брызг. Набрав скорость, машина выскользнет из воды и со скоростью истребителя помчится на высоте нескольких метров над морской зыбью.

«Наш баркас был уже недалеко от берега, когда со стороны моря стал нарастать рев моторов. Мы увидели, что к нам быстро приближается непонятное железное чудовище — то ли самолет, то ли корабль. Его размеры все более увеличивались, и мы поняли, что это все-таки огромный самолет, мчавшийся прямо на нас в нескольких метрах над водой. Мы растерялись и оцепенели. Когда до нас осталось метров сто, он, заложив вираж, стал поворачивать в сторону острова. Казалось, концом крыла он вот-вот врежется в волны. Но нет — вода под крылом будто прогнулась, чудовище выровнялось и продолжило свой ход к суше. Мы видели, как оно чуть приподнялось над холмиком, потом снизилось за ним и, следуя рельефу острова, скрылось за горизонтом...». Об этой встрече рыбаков с русским экранопланом написала в 1992 году «Техника — молодежи».

А мы рассмотрим, что вообще представляют из себя экранопланы, какие они бывают и где могут применяться. Экранопланы — что Это такое? Сначала разберемся, что такое экраноплан. Как утверждает военно-энциклопедический словарь, это транспортно- — боевое средство, способное летать на высотах, равных 0.05 — 0.2 ширины крыла вблизи поверхности воды, льда или ровных участков суши с использованием т.н. «эффекта экрана», заключающегося в образовании «воздушной подушки», повышающей подъемную силу его крыла.

В журнале «Авиация и Время» («АэроХобби») можно прочитать, что экранопланом является ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, предназначенный для скоростного движения вблизи линии раздела двух сред, например воздуха и воды. В книге «Ударные корабли» известный военно-морской эксперт Ю.В. Апальков пишет, что экраноплан является КОРАБЛЕМ, использующим экранный эффект (резкое возрастание несущих свойств крыла на малых высотах полета).

По конструктивно-технологическому устройству (металл, оборудование, двигатели) и условиям эксплуатации (базирование, взлет-посадка, полет) экраноплан практически ничем не отличается от гидросамолета. Его специфика заключается в способности к устойчивому приэкранному режиму крейсерского полета на высотах порядка 0-5 м. Полет в таком режиме позволяет создавать в 1,5-3 раза более тяжелые аппараты при той же площади крыла и мощности двигателя. Экраноплан обладает возможностью самостабилизации по высоте, крену и тангажу (дифференту), что обеспечивает безопасность полета на предельно малых высотах над гребнями волн. Основным режимом движения является установившийся горизонтальный полет, в котором управляющие воздействия пилота невелики и связаны в основном с поддержанием наивыгоднейших режимов полета на минимально возможной высоте над поверхностью.

Так все-таки, экранопланы — это корабли или самолеты?

Во-первых, обычно экраноплан, как было сказано выше, ЛЕТИТ на малой высоте, до 10-15 метров. Исходя из этого он все-таки является ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ, естественно, отдельного типа, а не КОРАБЛЕМ. Хотя у морских ученых есть другое мнение — экраноплан является последней ступенью развития идеи о подъеме корпуса скоростного судна из воды (глиссер, судно на подводных крыльях, судно на воздушной подушке, экраноплан).

Во-вторых, полет на малой высоте с использованием экранного эффекта позволяет добиться большей грузоподъемности и экономии топлива по сравнению с обычными летательными аппаратами и большей скорости по сравнению с кораблями, в том числе кораблями на воздушной подушке и подводных крыльях. Следовательно, в различных ситуациях экраноплан может рассматриваться и как конкурент кораблей, и как конкурент самолетов и вертолетов.

В-третьих, экраноплан находится на воде при взлете, посадке, для выполнения необходимых действий (например, спасения людей) и в случае возможных непредвиденных ситуаций. Поэтому использование экранопланов предполагается с обычных аэродромов, как наземных, так и водных (гидроаэродромов), а также, возможно, с кораблей (малые экранопланы).

Совместным решением морской и авиационной международных организаций экранопланы все же считаются кораблями (это было вызвано сугубо причинами организации движения) и делятся на три типа:

• тип А — судно, которое сертифицировано для эксплуатации только внутри зоны действия «экранного эффекта». Такие суда во всех режимах эксплуатации подчиняются морским требованиям;
• 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 морским требованиям. Максимальная высота такого «перелета» должна быть меньше, чем минимальная безопасная высота полета воздушного судна по требованиям авиаторов (над морем — 150 м);
• тип С — судно, сертифицированное для эксплуатации вне зоны действия «экранного эффекта» при высоте, превосходящей 150 м. Подчиняется морским требованиям во всех режимах эксплуатации, кроме «самолетного». В «самолетном» режиме безопасность обеспечивается только авиационными требованиями, с учетом особенностей экранопланов.

Для примера, типу А соответствуют экранопланы Г. Йорга — TAF-VIII и др.; типу В — экранопланы КМ, «Орленок», «Лунь», экранопланы А. Липпиша Х-112 — Х114, т.д.; типу С — проект экраноплана «Пеликан».

История экранопланостроения

Экранный эффект был открыт авиаторами. Они столкнулись с необычным поведением самолетов на взлетно-посадочных режимах еще в 20-х годах — у самой земли самолет неожиданно обретал дополнительную подъемную силу и, вместо того, чтобы лететь горизонтально, норовил «лезть вверх» или, игнорируя управление, не желал приземляться. К началу 1930-х гг. эту загадку удалось раскрыть — на малой высоте поток воздуха как бы зажимается между крылом и землей и, уплотняясь, создает динамическую воздушную подушку, резко увеличивающую подъемную силу крыла. Явление назвали «эффектом влияния земли», а позже — «экранным эффектом».

Одной из первых отечественных работ, посвященных влиянию земли на аэродинамические свойства крыла, была экспериментальная работа Б.Н. Юрьева. 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; также уменьшается сопротивление и изменяется продольный момент.

Примеры экранопланов: «Орленок» (вверху) и «Лунь» (внизу)

Что же касается судостроения, то до начала ХХ века единственным средством водного транспорта оставалось водоизмещающее судно, скорость которого редко превышала 20-40 км/ч из-за резкого роста волнового сопротивления — волновой барьер. В начале ХХ века были изобретены суда с динамическим принципом поддержания — глиссеры и суда на подводных крыльях (СПК), когда водоизмещающий корпус, полностью или частично, поддерживается над поверхностью воды за счет гидродинамических сил.

Первое в мире судно на подводных крыльях 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 США катер, развивший скорость 40 узлов. д’Аламбер построил также первый самоходный глиссер, показавший на испытаниях скорость около 20 узлов. В 1935 г. под руководством профессора Московского авиационного института (МАИ) 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.

Как вы уже поняли, для авиации экранный эффект является «вредным». Но то, что не подошло авиаторам, решили использовать судостроители. По-видимому, первый экраноплан был создан финским инженером Т. Карио. Зимой 1932 г. над замерзшей поверхностью озера он испытал экраноплан, буксируемый аэросанями. 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 получены 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. За рубежом активное внимание к экранопланам связано с публикацией результатов испытаний экраноплана Х-112 известного немецкого аэродинамика А. Липпиша. Схема Липпиша известна как схема с шатрообразным крылом, хорошо удерживающим давление воздуха между крылом и экраном и обладающим наименьшим индуктивным сопротивлением. Оперение расположено высоко над крылом по Т-образной схеме. Для старта с воды использованы поплавки на концах крыла и глиссирующий корпус-лодка.

Позднее, в 70-х годах Г. Йоргом (ФРГ) предложен еще один вариант устойчивой в приэкранном полете схемы — схема «тандем». Она представляет собой еще один вариант базовой схемы экраноплана, в которой два примерно одинаковых крыла расположены друг за другом («тандем»). Схема также обладает продольной устойчивостью, но в ограниченном диапазоне углов тангажа и высот полета. За период с 60-х годов в различных странах создано и испытано несколько десятков опытных экранопланов с самыми различными вариантами аэродинамических схем и стартово-посадочных устройств.

Работа в этом направлении успешно продвигалась в СССР, создавшем к 1980-м гг. львиную долю из созданных к тому времени 25 образцов экранопланов. Лидером разработок стало горьковское Центральное конструкторское бюро судов на подводных крыльях, руководимое Р.Е. Алексеевым (ЦКБ по СПК), которое строило по госзаказу для ВМФ СССР ракетоносные, десантно-транспортные и противолодочные экранопланы. Базовая схема экранопланов Р.Е. Алексеева характеризуется как «нормальная самолетная схема» с низкорасположенным крылом малого удлинения, оборудованным концевыми шайбами, и высокорасположенным Т-образным оперением, максимально вынесенным из зоны скосов потока за крылом. В качестве шасси для старта с воды и выхода на берег использовалась воздушная подушка проточной схемы (система отклонения струй двигателей под крыло — поддув).

После 1991 г. экранопланы переживают фактически свое «второе рождение». Это связано с тем, что создание таких больших экранопланов, как «Орленок» и «Лунь», показало возможность успешно решить такую сложную техническую задачу и обеспечить разработку скоростных и экономичных машин. Проанализировав перспективность этого вида техники, конгресс США создал специальную комиссию, призванную разработать план действия по ликвидации «русского прорыва». Члены комиссии предложили обратиться за помощью… к самим русским — и вышли напрямую к горьковским конструкторам.

Руководство КБ поставило в известность Москву и получило разрешение на проведение переговоров с американцами. Российская сторона любезно согласилась организовать посещение американскими исследователями базы в Каспийске, всего за 200 тысяч долларов, где они смогли без ограничений детально отснять на фото и видеопленку подготовленный к вылету специально для этого визита «Орленок». После этого визита американцы, сэкономив несколько миллиардов долларов, начали разработку своих собственных экранолетов. В частности, с течением времени фирма «Boeing» создала проект тяжелого транспортного экраноплана «Пеликан».

Транспортный экраноплан «Pelican» фирмы «Boeing»

Накопленный опыт работ по экранопланам позволил в 1998 г. ввести «Правила классификации и постройки легких экранопланов типа А» Российского Морского Регистра Судоходства, на основе этих Правил в конце 2002 г. — «Временное руководство по безопасности экранопланов» Международной морской организации, а также «Правила классификации и постройки экранопланов» Российского Речного Регистра. В настоящее время строится довольно большое количество самых разнообразных экранопланов, как силами энтузиастов-любителей, так и на соответствующих предприятиях. Некоторые из них (например, экранопланы «Акваглайд») уже выпускаются малыми сериями и имеют хорошую коммерческую перспективу. В России проектированием, серийным производством и продвижением экранопланов на мировой рынок занимаются конструкторские бюро и предприятия, входящие в финансово-промышленную группу «Скоростной флот».

Боевые экранопланы

Теперь перейдем к вопросу боевого применения экранопланов. Бесспорным приоритетом в этой области обладает СССР, в котором были созданы два типа боевых экранопланов. Была разработана концепция их боевого применения, в которой учитывались все достоинства данного класса ЛА. К достоинствам экранопланов можно отнести их высокую по сравнению с судами скорость, неуязвимость для минноторпедного оружия, высокую по сравнению с самолетами массу (а, следовательно, дальность, боевую нагрузку, мореходность, огневую мощь и живучесть), низкую радиолокационную заметность и малую уязвимость от средств противовоздушной обороны.

Трудности радиолокационного обнаружения данного класса ЛА обусловлены тем, что весь полет проходит на высоте в несколько метров над поверхностью воды, а малая уязвимость от ракет класса «земля-воздух» и «воздух-воздух» связана с трудностью захвата целей данного класса как тепловыми, так и радиолокационными головками самонаведения.

Концепция боевого применения экранопланов предполагала четыре основных направления:

• транспортно-десантное — учитывая их высокую мобильность и амфибийность, предполагалось использовать десантные экранопланы для захвата плацдармов, на которые дальнейшая высадка войск должна была производиться с обыкновенных десантных кораблей;
• поисково-спасательное — для спасения в океане терпящих бедствие судов. В этом случае благодаря своей скорости и дальности экранопланы могут придти в заданный район практически в любой точке мирового океана гораздо быстрее спасательных кораблей. Высокая мореходность и полезная нагрузка позволит им осуществлять спасение и оказание необходимой помощи прямо в открытом море при большем волнении, чем это могут делать гидросамолеты;
• ударное — предполагалось использовать экранопланы для борьбы с авианосными соединениями вероятного противника. При этом учитывалась их высокая скорость, дальность, огневая мощь, малая заметность и трудность поражения экранопланов средствами ПВО;
• патрульно-противолодочное — слежение и борьба с подводными лодками противника, а также перехват базирующихся на них баллистических ракет на разгонном участке траектории;

Уникальный многолетний опыт использования экранопланов подтвердил основные положения этой концепции. В ходе эксплуатации была подтверждена высокая эффективность использования аппаратов данного класса.

Продолжение следует…

/Ефименко Я.В., Скулин А.В., naukatehnika.com/