Соперник экраноплана?

Если у вас есть статья, заметка или обзор, которыми вы хотите поделиться с аудиторией нашего сайта, присылайте информацию на: aleksandr.belozerov@gmail.com. За статьи платим деньги!

Благодаря достижениям выдающегося инженера и организатора Р. Алексеева, сегодня единственным средством достижения сверхвысоких скоростей на воде считается экраноплан.

Экраноплан – это техническая реализация давно известного принципа: при движении крыла вблизи плоской поверхности (экрана) заметно возрастает подъёмная сила – при минимальном росте сопротивления. Это увеличение подъёмной силы называют «экранным эффектом». Он позволяет увеличить грузоподъемность летательного аппарата  по сравнению с объектом, двигающимся вдали от  поверхности, но сильно зависит от (относительного) расстояния от крыла до экрана и быстро падает при увеличении этого расстояния.

К сожалению, при движении крыла у взволнованной, «неспокойной» поверхности возникает существенная проблема устойчивости этого движения. Неустойчивость заставляет выдерживать достаточно большую высоту полёта над экраном – вследствие чего снижается экранный эффект.

Этот эффект зависит от отношения высоты полёта к хорде крыла (его размера вдоль направления движения). Поэтому проектировщики стараются увеличить хорду, что при заданной площади неизбежно приводит к снижению размаха крыльев (их размера поперёк направления движения).

Это легко заметить, например,  на фото модели новейшего экраноплана,  недавно показанной в печати. Фактически ради увеличения  высоты полёта — с минимальной потерей экранного эффекта — приходится уменьшать относительное удлинение крыла, которое является основным фактором, определяющим аэродинамическое качество (соотношение подъёмной силы и сопротивления). Как показывает то же фото, у нового экраноплана соотношение хорды и размаха примерно равно 1, что совершенно неприемлемо, например,  для самолётов.

(Интересно, что напрашивающийся для невысоких скоростей вариант биплана впервые реализуется в недавно созданном экраноплане «Чайка»).

Неустойчивость движения у взволнованной поверхности  является основным недостатком экраноплана при его использовании в море. Именно этот недостаток, по мнению автора, является решающим в отношении использования таких аппаратов в морских условиях. Практика показала, что даже одно касание волны на полном ходу приводит к значительному повреждению и может стать причиной аварии. Так, при испытаниях опытного экраноплана «Орлёнок» потеряли часть кормы, и только личный опыт и интуиция Р. Алексеева, взявшего пилотирование на себя, предотвратили полное разрушение экраноплана.

Использование средства, столь ненадёжного в морских условиях, недопустимо.

Альтернатива

В 80-е годы в результате исследований ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова был предложен новый тип сверхскоростного судна, хотя и менее быстроходного, чем экраноплан, но обеспечивающего намного большую надёжность.

Для скоростей, примерно в 2 раза больших, чем начало глиссирования, был предложен «рассекающий волны» супер-глиссирующий тримаран (РВТ) с аэродинамической разгрузкой.

Вид РВТ с носа
Рис. 1. Вид РВТ с носа

Гидродинамический комплекс этого судна включает три корпуса малого удлинения с ломаными обводами, с минимальным надводным бортом и большой обратной седловатостью носовой части палубы каждого корпуса. Корпуса расположены треугольником в плане и соединены с надводным обитаемым крылом стойками с шириной, меньшей ширины корпуса.  В качестве движителей предлагаются  пересекающие поверхность гребные винты, например, движители Арнесона. Для управления динамическим дифферентом и умерения качки предлагается использование кормовых интерцепторов на каждом корпусе.

Аэродинамический комплекс представляет собой обитаемое крыло с кормовым интерцептором, размещённое над кормовыми корпусами, что обеспечивает судну самостабилизацию при порывах встречного ветра. Крыло связано со стойкой носового корпуса обтекаемой надстройкой.

Предполагается размещение двух главных силовых агрегатов в кормовых корпусах и судовой электростанции – в носовом корпусе. Полезная нагрузка размещается в крыле и носовой надстройке.

На рис. 2 показан вариант РВТ водоизмещением 300 т со скоростью 100 узлов.

Автомобильно-пассажирский паром
Рис. 2. Автомобильно-пассажирский паром (24 автомашины, 100 человек) со скоростью 100 узлов, концептуальный проект

Основные результаты испытаний

Буксировочные испытания показали, что при числе Фруда по водоизмещению более 5 наблюдается небольшое положительное гидродинамическое взаимодействие корпусов, а испытания выполнены были до числа Фруда 7.5.  Поэтому в качестве расчётного диапазона скоростей приняты относительные скорости, в 2-2.5 раза превышающие скорости начала глиссирования, т.е. 6.0 – 7.5.

Обычные глиссеры при этих относительных скоростях теряют устойчивость продольного движения: на тихой воде начинается самопроизвольная килевая качка, так называемое «дельфинирование».  Однако оно не наблюдалось на модели РВТ. Вероятно, крыло-надстройка служит достаточным демпфером.

Главным результатом мореходных испытаний было отсутствие слеминга во всём диапазоне длины волн и при скоростях до 55% полной. Это означает существенное, до 7 – 10 раз, снижение вертикальных ускорений натурных объектов на волнении. Вероятно, слеминга нет потому, что корпуса принимают верхушки волн на палубы с обратной седловатостью, что и снижает килевую качку.

Испытания в аэродинамической трубе позволили оценить аэродинамическое качество РВТ с рассмотренной первоначально формой крыла как равное 5 (см. ниже).

Эскизное конструирование легкосплавных корпусных конструкций позволило оценить их массу, составляющую около 30-35% полного водоизмещения.

Варианты использования

Предложенная архитектурно-конструктивная схема может быть применена в очень широком диапазоне водоизмещений и скоростей. Например, на рис. 3 показан рекордный катер (с необитаемым крылом) для скорости порядка 150 узлов.

РВТ как гоночный катер
Рис. 3. РВТ как гоночный самостабилизированный катер

Преимущество такой компоновки заключается в том, что катер не перевернётся при порыве встречного ветра, как это происходит с существующими гоночными катамаранами.

Мини-паром на 20 человек со скоростью 50 узлов, также с необитаемым крылом,  показан на рис. 4.

Паром на 20 человек
Рис. 4. Паром на 20 человек

Первоначально рассмотренная форма обитаемого крыла позволяет создать патрульный катер, несущий вертолёт, рис. 5.

Патрульный катер
Рис. 5. Патрульный катер (150 т, 70 узлов)

На другом конце линейки рассмотренных водоизмещений – трансатлантический РВТ со скоростью 130 узлов и расчётной интенсивностью волнения 6 баллов, рис. 6.

Пассажирское судно
Рис. 6. Пассажирское судно на 250 человек. 130 узлов, частично обитаемое крыло

Преимущества и недостатки РВТ сведены ниже в таблицу

В сравнении с:ПреимуществаНедостатки.
ЭкранопланомПовышенная управляемость и безопасность, повышенный пропульсивный КПДМеньшие достижимые скорости
Судном на воздушной подушкеДешевле, нет шума, больше мореходность.Больше буксировочное сопротивление на тихой воде
Однокорпусным судном на подводных автоматически

управляемых крыльях

Большие скорость, меньше вибрация, дешевле, больше площадь палубНемного хуже мореходность
Однокорпусным глиссеромНет слеминга, нет дельфинирования, больше площадь палубБольше вес корпусных

конструкций

Глиссирующим катамараномБольше достижимые скорости, нет слеминга, самостабилизацияМенее изучен

Вывод (рекомендация)

Представляется очевидным, что постоянный контакт с водой обеспечит предложенному сверхскоростному «рассекающему волны» судну высокую безопасность как в отношении качки, так и управляемости.

Рекомендуется рассмотрение вариантов такой компоновки при проектировании «сверхскоростных» судов различных назначений.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них