IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЭКРАНОПЛАНЫ – ТРАНСПОРТНЫЕ СУДА БУДУЩЕГО?
Лысенко М.С.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


     

Введение

Этим летом, находясь в гостях у бабушки с дедушкой, мне на глаза попались старые советские журналы «Техника молодежи». Пролистывая один из них, я наткнулся на статью с интригующим названием «Каспийский монстр», в которой шла речь о летательных аппаратах странного вида, называемых экранопланами. Мне захотелось выяснить, что же это за техника и почему я до сих пор ничего не слышал о ней, несмотря на то, что интересовался авиацией и прочитал несколько тематических книг. Однако, в них не было информации о экранопланах. Я стал собирать дополнительные материалы по данной тематике и выяснил, что Советский Союз создал целую серию удивительных транспортных средств, способных на уничтожение авианосцев неприятеля, но, к сожалению, в 90-е годы все эти наработки были уничтожены. Меня так захватила эта тема, что я решил выяснить: ведутся ли разработки экранопланов в современной России и способны ли еще подняться в воздух эти монстры?

Я поставил перед собой цель:

  • изучить историю создания экранопланов, а так же узнать их возможности и технические характеристики

Задачи работы:

  • выяснить, имеет ли этот вид техники право на существование и дальнейшее развитие.

  • провести сравнительный анализ экранопланов с другими транспортными средствами и определить: есть ли преимущества у экранопланов

Объект исследования: история создания и развития экранопланов.

Предмет исследования: экранопланы, созданные в СССР («Каспийский монстр», «Лунь», «Орленок») и перспективные («Чайка»)

В работе использовались следующие методы: поиск информации по данной теме, систематизация, сравнительный анализ.

Глава 1. Экраноплан – что это?
  1.  
    1. Определение экраноплана

Экраноплан - высокоскоростное транспортное средство, движущееся в пределах действия аэродинамического экрана, то есть на относительно небольшой (до нескольких метров) высоте от поверхности воды, земли, снега или льда. Эффект экрана заключается в создании "воздушной подушки" между корпусом/крыльями машины и поверхностью воды за счет набегающего потока. Приподнимаясь над морем, аппарат приобретает устойчивость и способность "скользить" с минимальным расходом топлива. По своим возможностям экраноплан находится между кораблями и самолетами, объединяя в себе их лучшие качества. По международной классификации (ИМО) относятся к морским судам.

По экономичности и грузоподъемности экранопланы выигрывают у самолетов и вертолетов, а по скорости — у судов на подводных крыльях. С военной точки зрения эти машины хороши своей незаметностью для радаров. Летящий на малой высоте аппарат невидим для радиолокаторов противника, одновременно отсутствие контакта с водой исключает обнаружение гидролокаторами и вероятность напороться на мину.

1.2 Экранный эффект

Для полета экранопланы используют, так называемый, экранный эффект, т.е. они поддерживаются в воздухе за счет воздушной подушки, но она не нагнетается специальными двигателями, а возникает за счет набегающего потока.

Обычный самолет взлетает и летит, потому что форма и профиль его крыла создает над его плоскостью давление ниже, чем под ней. У экраноплана все не так. За счет воздушных возмущений под его крылом создается область повышенного давления, которая достигает поверхности и отражает обратно. Это, так называемый, экранный эффект. Создать его можно только на очень небольших высотах. Он зависит от формы крыла и его удлинения, поэтому крыло самолета и экраноплана сильно отличаются

Экранный эффект мешает пилотам самолетов проводить маневры на низких высотах, но именно он формирует воздушную подушку, которая удерживает экранопланы в воздухе. Различают три типа экранопланов в зависимости от степени привязки летательного аппарата к экрану, т.е. возможности изменять высоту полета:

  • Тип "А": "чистый" экраноплан, не имеющий возможности отрыва от поверхности экрана

  • Тип "Б": аппарат, способный совершать полет за пределами влияния экранного эффекта - кратковременный подлет на ограниченную высоту. Они относятся к экранолетам.

  • Тип "С": экранолеты, аппараты, использующие экранный эффект для взлета и посадки и способные длительное время летать на высоте

  1.  
    1. Конструкция экранопланов

В конструкциях экранопланов можно выделить две школы: советскую, созданную Ростиславом Алексеевым и западную, первенство в которой принадлежит немецкому, а затем и американскому конструктору Александру Липпишу.

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

Третьей предложенной схемой стала тандемная схема Г. Йорга (ФРГ), однако несмотря на ряд преимуществ (автоматическая стабилизация) последователей пока не имеет.

Глава 2. История развития экранопланов

В 1920-х годах был открыт физический эффект экрана – явление, которому суждено было изменить представления человечества о движении. Это важное открытие сделало возможным создание аппаратов, скользящих над поверхностью с «самолетными» скоростями при заметной экономии топлива по сравнению с самолетами.

Советский Союз стал родиной первого теоретического обобщения по этой тематике: в 1923 году увидела свет революционная работа Б.Н. Юрьева «Влияние земли на аэродинамические свойства крыла».

С практическим же применением экранного эффекта работали уже в 30-е годы – в Финляндии, где пытались создать буксируемые аэросани, и в СССР. Все эти опыты выявили отсутствие нужной технической базы (не существовало достаточно прочных и легких конструкционных материалов), и работы были остановлены.

Положение изменилось лишь в 50-е годы, когда за дело взялся пионер теоретического исследования и практического применения кораблей на подводных крыльях Ростислав Евгеньевич Алексеев. В 1960 году его КБ по СПК (конструкторское бюро по судам на подводных крыльях) начало работы по исследованию эффекта экрана, приведшие к созданию первого в мире экраноплана.

2.1. О создателе экранопланов

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.

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.

2.2 «Каспийский монстр»

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, которая была оснащена 10-турбовинтовыми двигателями: восемь из них располагались на крыльях и два - на хвосте самолета. Вес машины составлял 544 тонны, длина – 92 метра, высота – 22 метра, размах крыла – 37 метров. На тот момент это был самый крупный летательный аппарат в мире. Впрочем, по документам КМ числился не самолетом, а кораблем и относился к ведению ВМФ, поскольку экранный эффект действовал лишь на высоте нескольких метров. Внешне он напоминал подводную лодку-амфибию. Управляли им, однако, не морские капитаны, а летчики-испытатели. Вся информация о КМ держалась в секрете. 22 июня 1966 года перед рассветом аппарат спустили на воду с волжского причала. Затем в течение почти месяца его под маскировочной сеткой и в полупритопленном состоянии буксировали по Волге из Горького в Каспийск, где была построена специальная испытательная станция. Буксировка из соображений секретности происходила только по ночам. Испытания показали, что для взлета с воды необходимо разогнать экраноплан до скорости 350 километров в час.. Дальность полета достигала полутора тысяч километров. И при этом экраноплан мог запросто взять на борт, например, десантный батальон с бронетехникой. Первый полет состоялся над Каспийским морем на высоте четырех метров. Он продолжался 50 минут. Именно его и зафиксировал американский спутник-шпион. Рассматривая снимки гигантского летательного аппарата, американцы прозвали его «Каспийским монстром» (Приложение 1). Так они расшифровали буквы КМ на борту экраноплана. В будущем это название закрепилось за всеми советскими аппаратами подобного типа.

Что же так удивило американских специалистов на снимках? Они увидели настоящего гиганта, самолет длиною в сто метров с непропорционально маленькими крыльями – всего лишь сорок метров. При этом «Каспийский монстр» мог развивать скорость до 500 км/ч и передвигался на высоте неконтролируемой ПВО противника. Естественно, что все это сильно озадачило экспертов Пентагона.

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.

«Каспийский монстр» поразил не только американцев, но и меня. Мне захотелось срочно сделать модель этого чуда техники. Я попросил своего деда Володю помочь мне в этом деле. Мы смастерили с ним модель монстра из пенопласта в масштабе 1:143, стараясь сохранить все пропорции. Каспийский монстр удался на славу, я был счастлив. (Приложение 1) К сожалению, я не привез его в Калугу, оставил на сохранение деду.

2.3. «Орленок»

В начале 70-х годов конструкторское бюро Алексеева получает заказ на создание военного экраноплана. В 1972 году начались лётные испытания «Орлёнка», в ходе которых он продемонстрировал свою живучесть. В одном из полётов от удара о воду у экраноплана оторвалась корма с килем, горизонтальным оперением и маршевым двигателем. Однако пилоты вовремя среагировали, увеличив обороты носовых взлётно-посадочных двигателей, и смогли довести машину до берега. После этой аварии хрупкий конструкционный материал К482Т1 был заменён на алюминиево-магниевый сплав АМГ61. И 3 ноября 1979 года первый в мире десантный корабль-экранолёт "Орлёнок" был принят как боевая единица в состав военно-морского флота (Приложение 1). 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, или две бронированные машины (танк, БТР, БМП). Благодаря конструктивной схеме, экраноплан может свободно преодолевать минные и сетевые защитные заграждения просто перелетев над ними. 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. Один из наиболее сохранившихся экземпляров в настоящее время находится в Москве на экспозиции в музее ВМФ на Тушинском водохранилище, и мы с родителями планируем в ближайшее время съездить туда и посмотреть на это чудо вживую. (Приложение 1). Уже здесь, в Калуге, мы с папой склеили модель Орленка масштабом 1:144(Приложение 1)

2.4. «Лунь»

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.(Приложение 1)

По сути, "Лунь" — это охотник на авианосцы, способный с огромной скоростью подойти к противнику 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. Единственный экраноплан проекта 903 «Лунь» сегодня находится на консервации в сухом доке на территории завода «Дагдизель» (г. Каспийск). С него демонтирована вся электроника. 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.).(Приложение1 ).

2.5. Экранопланы на службе народного хозяйства

Столкнувшись с трудностями серийной реализации своих проектов, Алексеев предложил гражданские конверсии экранопланов или же сугубо гражданские модели. Так на базе «Луня» был создан проект «Спасатель». Кроме того, проектировались легкие экранопланы и даже экранолеты, способные переходить в «нормальный» самолетный режим с отрывом от аэродинамической подушки. Эти работы послужили основой для целого поколения машин, разрабатываемых и создаваемых по сей день. В этой связи необходимо вспомнить винтомоторный аппарат «Волга-2» 1986 года, его продолжение – экраноплан «Иволга» 1998 года и потрясающе эстетичный «Акваглайд-2» современной разработки. Все эти машины относятся к классу малых кораблей, перевозят 10-16 пассажиров и отличаются чрезвычайной экономичностью.

Глава 3. Экранопланы – транспорт будущего?

3.1. Современные разработки

Основным разработчиком подобной техники в России традиционно является нижегородское Центральное конструкторское бюро имени Алексеева — ведущее советское и российское предприятие по проектированию экранопланов, судов на подводных крыльях, судов на воздушной подушке, катеров. Бюро занимается целой линейкой "крылатых кораблей", среди которых есть тяжелый океанский А-050 "Чайка-2", способный развивать скорость до 450 километров в час и преодолевать расстояние до пяти тысяч километров. (Приложение1 )

Взлетная масса аппарата составит 54 тонны, а грузоподъемность — девять тонн, или 100 пассажиров, которых при необходимости всегда можно заменить на морских пехотинцев или спецназовцев По данным разработчиков, "Чайка-2" взлетит уже к 2022 году — эскизный проект успешно завершен и сейчас идет работа над техническим обликом. Машину оснастят российской авионикой и современным навигационно-пилотажным комплексом, она сможет самостоятельно выходить на необорудованное побережье с уклоном в пять градусов, базироваться на воде и аэродромах. По заявленным характеристикам экраноплан идеально подходит для Федеральной погранслужбы, МЧС, ФСО, патрулирования ближней прибрежной зоны в составе ВМФ России.

Кроме того, КБ имени Алексеева работает над созданием еще более тяжелой машины — многоцелевого транспортного экраноплана А-080 "Чайка-3" со взлетной массой в 100 тонн. (Приложение 1)

3.2. Преимущества и недостатки экранопланов

Экранопланы имеют как ряд преимуществ, так и некоторые недостатки, по сравнению с другими транспортными средствами. Являясь неким гибридом самолета с кораблем, экранопланы обладают следующими достоивами:

  • К несомненным достоинствам экранопланов следует отнести превосходное сочетание скорости и грузоподъемности. Они могут перемещаться со скоростью самолета (до 600 км/ч), при этом их грузоподъемность сравнима с небольшим кораблем.

  • Экранопланы очень живучи, в случае аварии они могут просто совершить посадку на воду даже при сравнительно большом волнении.

  • Подобные аппараты способны летать не только над водной гладью, им подходит любая ровная поверхность: пустыня, тундра, лед.

  • Экранопланы очень экономичны: во время полета на экране они тратят на 30% меньше топлива, чем традиционные самолеты.

  • Этим аппаратам не нужен аэродром, достаточно небольшой акватории или ровного участка суши.

  • Еще одним преимуществом экраноплана является его малозаметность для радаров в результате полета на высоте нескольких метров.

Однако у этого типа летательных аппаратов есть и серьезные недостатки, которые значительно осложняют их эксплуатацию.

  • Главным из них является то, что экранопланы не могут летать над неровной поверхностью, в этом случае невозможно создание экрана. Но, правда, подобного недостатка лишены экранолёты (типа «Орленок»), которые могут летать по-самолетному.

  • Экранопланы имеют очень низкую маневренность, у них большой радиус разворота.

  • Несмотря на большую по сравнению с самолетами экономичность, для взлета экраноплан должен обладать весьма высокой тяговооруженностью, что требует установки на него взлетных двигателей, которые не работают во время полета.

  • Управление экранопланом требует особых навыков и сильно отличается от пилотирования самолета.

3.3. Право на существование и дальнейшее развитие.

Но несмотря на целый ряд недостатков, схема полета с использованием экранного эффекта выглядит очень заманчиво. Впечатляющая грузоподъемность экранопланов делает из этих аппаратов идеальный транспортный корабль, способный перевозить людей и грузы над океанскими просторами. Создание экранопланов укладывается в концепцию «транспортной доступности», активно продвигаемой правительством несколько последних лет. Ее суть в создание возможности беспрепятственного перемещения населения страны в самые ее труднодоступные регионы. Возможности экраноплана позволяют связать Санкт-Петербург и Калининград, отрезанный от «континентальной» России двумя границами, Камчатку, Сахалин, Курильские острова с Владивостоком.

Особое значение этот проект имеет для развития Сибири, Дальнего Востока и северных районов страны. В частности, на сибирских реках, в прибрежных районах Северного морского пути. Именно поэтому экранопланы видятся сегодня конструкторам, прежде всего, как пассажирский транспорт. Самые перспективные проекты этих самолетов-кораблей могут перевозить от 40 до 200 пассажиров, или от 50 до 600 тонн, летать со скоростью 500 км в час и не бояться 3-метровой волны. К слову, на Западе нет аналогичных кораблей водоизмещением более 5 тонн.

Также экранопланы могут стать незаменимыми помошниками в освоения Арктики — так как эти машины способны преодолевать большие расстояния, не обращая внимания на то, лёд или вода находятся у них под крылом. . Несмотря на то что двойное назначение подобной техники не афишируется, очевидно, что Минобороны не оставит ее без внимания. 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. В частности, пункт "Развитие экранопланов" будет включен в программу кораблестроения до 2050 года.

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.

Заключение

Экранопланы – транспортные суда будущего. Так считал их создатель, выдающийся конструктор Советского Союза Ростислав Евгеньевич Алексеев. Он говорил о них: «Это удивительные летающие суда, низко парящие над любой относительно ровной поверхностью, способны развивать скорость выше любого судна, даже на подводных крыльях». И действительно, эта тема не потеряла актуальности и в наше время. XXI век – это век коммуникаций, и транспорту с каждым днем все теснее и в небесах, и на земле, и на море, а значит богатый практический опыт Ростислава Алексеева буден востребован и воплощенный в жизнь, будет оценен по достоинству. Ведь экранопланы :

  1. перемещаются со скоростью самолета, а по грузоподъемности сопоставимы с небольшим кораблем;

  2. они экономичнее по расходу топлива, чем обычные самолеты;

  3. экранопланам не нужны аэродромы, а достаточно небольшой акватории или ровного участка суши или льда;

  4. с военной точки зрения у них есть преимущества, так как экранопланы почти не заметны для радаров.

Последователи Ростислава Алексеева продолжают работу в этом направлении. В конструкторском бюро имени Алексеева ведутся разработки современных, перспективных экранопланов будущего, в которых будут воплощены все лучшие идеи и учтены все ошибки прошлого, и Россия может стать мировым лидером в их производстве.

Таким образом, проведенное исследование показало, что действительно, экранопланы имеют право на существование и дальнейшее развитие. Они могут называться транспортом будущего, так как экранопланы обладают преимуществом по сравнению с другими транспортными средствами.

Поэтому, изучив историю создания экранопланов и проведя сравнительный анализ с другими транспортными средствами, считаю, что цели и задачи исследовательской работы выполнены.

Список литературы

  1. Техника молодёжи – «Каспийский монстр» ,1992-01-02, страница 38
  2. Самолеты- детская энциклопедия техники, В.А. Бакурский, 2013, изд. ЭКСМО

  3. Независимое военное обозрение-«Экранопланы- история создания и перспективы», № 48 (931), 2016

  4. «Звезда» - «Каспийский монстр»: гроза американского флота возвращается на службу в ВМФ России, автор статьи- Дмитрий Литовкин, 28.10.2014
  5. «Life»- Морские монстры: экранопланы СССР и России, автор статьи-Михаил Котов, 16.04.2017
  6. Military Arms.ru - Советский ударный экраноплан «Лунь»: история создания, описание и технические характеристики, автор статьи- Егоров Дмитрий, 26.02.2017
  7. «РИА Новости» -Призрак "Каспийского монстра": Россия возрождает тяжелые экранопланы, 18.09.2017

Приложение 1. Фото экранопланов

 

КМ - «Каспийский монстр»

Моя модель «Каспийского монстра»

1:143

 

 

МДЭ – 160 «Орленок»

 

 

«Орленок» в музее ВМФ на Тушинском водохранилище, Москва

 

 

Моя модель «Орленка»

1:144

 

 

«Лунь»

«Лунь» в г. Каспийск

вид с космоса Google карты

 

 

Перспективный экраноплан

«Чайка 2»

Перспективный экраноплан

«Чайка 3»