Экранопланы. 
История развития российского оружия. 
Выдающиеся конструкторы

" Мне приходилось участвовать в испытаниях или быть пассажиром многих транспортных средств: наземных, воздушных, водных, но я никогда не ощущал такой восторженности как на экраноплане" .

Эти слова принадлежат известному конструктору самолетов М. П. Симонову и произнесены им сразу же после полета на одном из действующих экранопланов типа «Орленок». Они как нельзя лучше отражают общее восприятие этого нового транспортного средства, о чем свидетельствуют и многочисленные отзывы участников полетов на экранопланах.

И это не случайно, поскольку экранопланы соединяют в себе положительные качества самолетов и кораблей, когда большая (самолетная) скорость движения сочетается с удивительным, романтическим восприятием близости быстро меняющегося морского пейзажа. Неизгладимое впечатление от экранного полета придает особую привлекательность этому новому виду транспорта, особенно для туристов. В технике же, как правило, положительное эмоциональное восприятие соответствует ее высокому техническому уровню и большой экономической целесообразности.

Экранопланы — это корабли (суда), в основу конструкции которых положены динамические принципы поддержания. Своим рождением они были обязаны двум главным обстоятельствам. Во-первых, логике развития водных транспортных средств и, в связи с этим, настойчивой работе судостроителей (конструкторов и ученых) по повышению скорости движения. И, во-вторых, заинтересованности военных моряков в применении на морских и океанских просторах боевых и транспортных средств, обладающих максимально возможными скоростями движения, высокой мобильностью и скоростью.

Скорость, пространство и время всегда были главными факторами, определявшими на войне успех боевых операций, а в мирных условиях — эффективность решения различных хозяйственных задач, связанных с широким применением всевозможных транспортных средств. Поэтому появление новых транспортных средств, отличающихся более высокими скоростными характеристиками по сравнению со своими предшественниками, всегда сопровождалось революционным воздействием на соответствующие сферы деятельности людей.

Так, широкое внедрение судов на подводных крыльях (СПК) в 60-х годах коренным образом изменило пассажирские перевозки на водном транспорте, сделав их рентабельными для государства и привлекательными для пассажиров. В дальнейшем СПК нашли применение и в военном деле, в частности, они стали применяться в качестве малых противолодочных и патрульных катеров.

Их скорость в 2 — 3 раза выше по сравнению с обычными водоизмещающими судами. Но на этом возможности СПК были практически исчерпаны из-за физического явления кавитации (холодного кипения от разряжения) воды на верхней поверхности подводного крыла. Достигнуть скорости более 100 — 120 км/ч на СПК оказалось технически трудно выполнимым и экономически нецелесообразным.

Суда на статической воздушной подушке (ССВП) позволили несколько повысить верхний предел скорости по сравнению с СПК, но для них непреодолимым барьером стали ориентировочно 150 — 180 км/ч из-за потери устойчивости движения. При этом всякое повышение скорости сопровождалось ухудшением пропульсивных качеств таких судов, связанных с необходимостью повышения относительной мощности энергетических установок.

Экранопланы, в отличие от ССВП, поддерживаются над поверхностью воды при помощи не статической (искусственно создаваемой специальными нагнетателями с соответствующими затратами мощности), а естественной динамической воздушной подушки, возникающей от скоростного напора набегающего потока воздуха. При этом имеет место так называемый экранный эффект, заключающийся в повышении аэродинамического качества воздушного крыла при его движении вблизи экранирующей поверхности, а также в его самостабилизации по высоте движения относительно экрана.

Высота эффективного движения экраноплана над поверхностью соизмерима с геометрическими размерами воздушного крыла, при этом положительное влияние экранного эффекта усиливается с уменьшением высоты движения.

Экранный эффект известен давно. Сначала он был замечен в природе (на рыбах и птицах), а затем и в технике (на судах при больших скоростях движения и на самолетах при посадке и полетах на малой высоте). Естественно, в результате наблюдений и исследований, после того как была выявлена физическая сущность явления, специалисты разных стран стали изыскивать пути его использования.

Работу по практическому применению экранного эффекта вели параллельно как судостроители, так и авиастроители. Первым он был интересен как средство повышения скорости движения судов, а вторым — как средство для повышения экономичности гражданских самолетов и обеспечения полетов на малых высотах при решении тактических задач военного назначения.

Гораздо раньше начали изучать экранный эффект судостроители. Непосредственными прародителями экранопланов были суда с «воздушной смазкой» и на статической воздушной подушке (шведский ученый Э. Сведенберг более 250 лет назад впервые предложил идею использования воздуха для уменьшения сопротивления движению судов).

Первый экраноплан был построен в 1935 году финским инженером Т. Каарио, который разрабатывал идею экранопланов вплоть до 1964 года, создав ряд различных аппаратов и их усовершенствованных модификаций.

Известно, что к настоящему времени за рубежом на основе экспериментальных и теоретических исследований построено более пятидесяти экспериментальных образцов экранопланов, а также построены практические образцы, например, патрульный экраноплан А. Липпиша, и строятся пассажирские экранопланы Г. Йорга (ФРГ). Создателями этих экранопланов являются как отдельные исследователи, так и широко известные научно-исследовательские центры и фирмы многих стран мира.

Вместе с тем, есть основания заявить, что к настоящему времени более других в разработке экранопланов продвинулись в нашей стране.

Одной из первых отечественных работ, посвященных влиянию экранирующей поверхности на аэродинамические свойства крыла, была экспериментальная работа Б. Н. Юрьева [Вестник воздушного флота. № 1,1923].

В период 1935 — 39 годов комплекс экспериментальных и теоретических работ по исследованию экранного эффекта провели Я. М. Серебрийский и Ш. А. Биячуев [Труды ЦАГИ. 1936, Вып. 267; 1939, Вып. 437].

Первые практические разработки экранопланов в нашей стране были выполнены известным авиационным инженером и изобретателем П. И. Гроховским во второй половине 30-х годов.

Большой вклад в популяризацию идеи экранопланов, разработку схемных решений и проведение экспериментальных исследований моделей в аэродинамических трубах внес известный авиаконструктор Р. Л. Бартини, который настойчиво и плодотворно работал в этом направлении в последние годы своей жизни (70-е годы).

Однако, вне всякого сомнения, главная и определяющая роль в разработке и реализации экранопланов принадлежит Р. Е. Алексееву, выдающемуся ученому и конструктору, идеологу и основоположнику отечественного крылатого судостроения. Вместе с коллективом ЦКБ по СПК он в значительной мере способствовал ускорению научно-технического прогресса в области скоростного судостроения, сначала создав суда на подводных крыльях, а затем и экранопланы. Работа над экранопланами — самая значительная и яркая страница творческой биографии Р. Е. Алексеева и ЦКБ по СПК, которая приоткрывается только теперь.

Немало усилий для развития экранопланов приложили ученые многих организаций и институтов страны, и, в частности, ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова, ЦАГИ имени профессора Н. Е. Жуковского и летно-исследовательского института имени М. М. Громова.

Успехам отечественного экранопланостроения во многом способствовало удачное стечение обстоятельств. Р. Е. Алексеев, талантливый конструктор, изобретатель и архитектор, познавший водную стихию и законы гидродинамики на занятиях парусным спортом и проверивший свои знания гидродинамики в работах по созданию судов на подводных крыльях, возглавил коллектив ЦКБ по СПК. Одновременно многие самолетостроительные организации и авиационные институты внесли в работы по экранопланам достижения авиационных технологий. В стране имелось необходимое материально-техническое обеспечение — прежде всего, соответствующие конструкционные материалы и высоконадежные авиационные двигатели Генерального конструктора Кузнецова. И, наконец, все работы по экранопланам строго планировались и контролировались государственными органами.

Активная разработка экранопланов в ЦКБ по СПК ведется с начала 60-х годов, то есть с того времени, когда была создана серия СПК, определены границы их эффективного применения по скорости движения, и сформированы научно-технические предпосылки для разработки экранопланов.

На начальном этапе разработки экранопланов было закономерным использование идей, апробированных в работах по СПК на малопогруженных подводных крыльях. Первой была идея самостабилизации крыла относительно границы раздела двух сред — воздуха и воды. Происходящие физические процессы при обтекании воздушного крыла в условиях близости поверхности являются практически зеркальными по отношению к тем, которые имеют место при движении малопогруженного подводного крыла. Отличие состоит лишь в том, что, во-первых, подводное крыло движется в значительно более плотной (примерно в 800 раз) среде и за счет этого имеет значительно меньшую потребную площадь для создания необходимой подъемной силы, и, во-вторых, при приближении его к границе раздела сред подъемная сила снижается, а у воздушного крыла, наоборот, возрастает. Такая идея полностью себя оправдала и на данный момент является основной во всех разработках экранопланов.

Вторая идея — обеспечение продольной устойчивости за счет применения компоновки из двух крыльев, расположенных по схеме «тандем» (двухточечная схема).

На первых порах обе идеи казались безупречными, по ним были проведены широкие исследования на малых моделях, и созданы первые экспериментальные экранопланы, управляемые человеком, а также выполнены проектные разработки натурного экраноплана взлетной массой до 500 тонн. Однако более глубокие исследования показали, что схема «тандем» работоспособна только в узком диапазоне высот, то есть в непосредственной близости от поверхности, и не обеспечивает необходимой устойчивости и безопасности при удалении от нее. Эксперименты на одном из таких экранопланов закончились аварией, а проектные разработки такого натурного экраноплана были остановлены.

Дальнейший поиск компоновочного решения экраноплана привел к использованию классической самолетной схемы (одно несущее крыло — одноточечная схема и хвостовое оперение) с необходимой модернизацией ее для обеспечения устойчивости и управляемости при движении вблизи экранирующей поверхности.

Существо такой модернизации свелось, в основном, к двум аспектам:

• · выбор параметров основного несущего крыла и оптимизация его положения относительно других элементов компоновки;
• · применение развитого (увеличенного по размерам) горизонтального оперения и расположение его по высоте и длине относительно основного крыла на таком расстоянии, чтобы оно было наименее чувствительно к изменениям скосов воздушного потока, индуцируемых крылом в зависимости от высоты движения и угла тангажа.

Указанные аспекты составили основу концепции, определившей окончательный выбор принципиальной компоновки экранопланов, принятых к реализации в начале 70-х годов. По такой компоновке было создано десять экспериментальных экранопланов с постепенным увеличением их размеров и массы.

Самый большой экраноплан из этого ряда — экраноплан КМ был уникальным инженерным сооружением, дерзновенным творением Алексеева. Созданный в 60-х годах, он имел длину более 100 метров, размах крыла около 40 м, а в рекордном полете его масса достигала 540 тонн, что было в то время неофициальным мировым рекордом для летательных аппаратов. Он был побит лишь недавно самолетом Ан-225 «Мрия» .

Экраноплан КМ прошел всесторонние испытания на протяжении почти 15 лет и замкнул цикл работ, связанных с апробированием идеи экранопланов в целом, а также отработкой научных основ их проектирования, строительства и испытаний.

Результаты этих работ позволили создать теорию и методологию проектирования и строительства практических образцов экранопланов. Одним из них стал транспортный экраноплан «Орленок» с взлетной массой до 140 тонн, способный перевозить груз в 20 тонн со скоростью 400 км/ч на дальность до 1500 км. Такой экраноплан может взлетать и садиться на воду при волнении моря до 2 м. Он обладает амфибийностью, то есть способностью самостоятельно выходить на относительно ровный берег с естественным покрытием, а также на специальную мелкосидящую понтонную площадку или по гидроспуску на подготовленную береговую площадку, что необходимо для базирования экраноплана.

Экраноплан «Орленок» представляет собой свободнонесущий моноплан, включающий в себя фюзеляж обтекаемой формы с гидродинамическими и амфибийными элементами в нижней части и развитое (что отмечено выше) хвостовое оперение.

Фюзеляж экраноплана имеет простую балочно-стрингерную конструкцию. В нем размещаются кабина экипажа, помещение для отдыха экипажа, отсеки радиоэлектронного и радиосвязного оборудования, грузовой отсек, а также отдельный отсек вспомогательной силовой установки бортовых агрегатов, обеспечивающих запуск двигателей главной силовой установки, работу гидравлической и электрической систем экраноплана.

Грузовой отсек занимает основную часть фюзеляжа, имеет силовой пол, оборудованный швартовочными устройствами со специальными гнездами, которые позволяют выполнять несколько вариантов раскрепления грузов и колесной техники, а также блоков сидений для перевозки людей.

Для погрузки-выгрузки крупногабаритных грузов и колесной техники в носовой части экраноплана предусмотрен специальный грузовой разъем, представляющий собой уникальное устройство, не имеющее аналогов в отечественной и зарубежной практике.

Главная силовая установка состоит из одного маршевого турбовинтового двигателя типа НК-12 и двух стартовых турбовентиляторных двигателей типа НК-8 конструкции Генерального конструктора Кузнецова, доработанных применительно к морским условиям эксплуатации.

Турбовинтовой двигатель типа НК-12 обеспечивает экономичный крейсерский полет и размещается на вертикальном оперении экраноплана в районе установки стабилизатора. Такое относительно высокое расположение двигателя обусловлено необходимостью удаления его от брызг морской воды при старте, посадке и пробеге экраноплана, а также снижения возможного засоления двигателя в полете от аэрозолей морской атмосферы, насыщенность которой, как известно, зависит от высоты относительно поверхности моря.

Стартовые двигатели работают только при взлете экраноплана и оборудуются поворотными газовыхлопными насадками, предназначенными для изменения направления струй двигателей при разбеге — под крыло для создания воздушной подушки (режим поддува), и при переходе в крейсерский режим — на горизонтальную тягу, обеспечивающую разгон экраноплана до крейсерской скорости движения. Необходимость указанных режимов работы стартовых двигателей с изменением направления газовых струй обусловили размещение их в носовой части фюзеляжа с определенным углом расположения относительно продольной оси экраноплана.

Воздухозаборники стартовых двигателей так же, как и сами двигатели, вписаны в общий контур носовой части экраноплана с целью снижения аэродинамического сопротивления на крейсерском режиме движения.

Поддув газовых струй под крыло на разбеге обеспечивает снижение гидродинамического сопротивления и внешних гидродинамических нагрузок, что особенно важно при взлете экраноплана в условиях взволнованного моря. Для этих же целей поддув применяется и при посадке на режиме пробега. Кроме того, поддув при помощи специальных устройств, предусмотренных в нижней части фюзеляжа, обеспечивает амфибийные свойства экраноплана.

Основные системы управления, гидравлики, электроснабжения, жизнеобеспечения и др. выполнены на экраноплане, в основном, по типу авиационных.

Предусматривается соответствующее дублирование и резервирование систем и оборудования, что обеспечивает необходимую безопасность эксплуатации.

При создании экранопланов «Орленок» особое внимание было уделено работе конструкций и оборудования в морских условиях. Отработана технология изготовления деталей и тонкостенных сварных конструкций из коррозионно-стойких алюминиевых сплавов, создано специальное (или доработано серийное) оборудование, созданы системы и устройства, обеспечивающие необходимые характеристики надежности, соответствующие сроки службы и ресурса в относительно сложных морских условиях эксплуатации экранопланов.

Вместе с тем следует отметить, что по живучести и безопасности движения экранопланы имеют существенные преимущества по сравнению с самолетами — в аварийных ситуациях, в том числе при отказах материальной части, у экраноплана всегда остается возможность сесть на водную поверхность, которую можно рассматривать в этих случаях как постоянно присутствующий аэродром.

Это подтверждено практикой, в частности, при испытаниях в сложных метеорологических условиях экспериментального экраноплана КМ (корабль-макет) имела место вынужденная аварийная посадка во внештатной ситуации, в результате которой были получены критические повреждения конструкции, и экраноплан вышел из строя. Однако обошлось без человеческих жертв. Вынужденные посадки из-за отказов материальной части выполнялись также на экранопланах «Орленок», при этом в условиях волнения моря, не превышавших спецификационные, такие посадки происходили без повреждений конструкций.

Более того, на испытаниях одного из экранопланов «Орленок» была разрушена и потеряна хвостовая часть вместе с маршевым двигателем, однако экраноплан своим ходом на стартовых двигателях вернулся на базу.

Отмеченные выше преимущества экранопланов «Орленок»: высокие технико-экономические характеристики, относительно высокая надежность и безопасность эксплуатации, специфические качества, обусловливающие их привлекательность, позволяют говорить о целесообразности создания на их базе морских экранопланов различного назначения. Это могут быть пассажирские и грузопассажирские экранопланы для скоростной перевозки в различных вариантах компоновки пассажирских салонов на 150 — 300 пассажиров и перевозки грузов скорой доставки общей массой до 20 тонн по внутренним и окраинным морям с удалением от порта приписки до 2000 км.

Арктический геологоразведочный экраноплан позволит обеспечивать транспортом и вести геолого-геофизические работы на мелководном шельфе арктических морей.

Поисково-спасательный экраноплан предназначается для поисково-спасательного обеспечения сил морского флота, доставки аварийно-спасательных партий в места аварий и стихийных бедствий в районах морских буровых установок, плавучих платформ и населенных пунктов на побережье, шельфе и островных зонах, а также оказания помощи и эвакуации пострадавших из этих мест.

Специальный экраноплан для авиационно-морского поисково-спасательного комплекса с самолетом Ан-224 «Мрия» способен спасать людей с затонувших или аварийных судов за счет сочетания высокоскоростного самолета «Мрия» с большой дальностью поиска и доставки и спускаемого для посадки на воду спасательного экраноплана «Орленок» .

К настоящему времени на базе построенных образцов существуют проекты экранопланов различного назначения и значительно большей по сравнению с экранопланом «Орленок» взлетной массы, которые могут найти применение в открытом море и в отдельных океанских зонах для решения транспортных задач, обеспечения рыбопромыслового флота и т. д.

В отдельных модификациях морских экранопланов предусматривается возможность маневрирования по высоте движения, вплоть до чисто самолетных режимов, что часто бывает необходимо для обеспечения безопасности в случаях неожиданных препятствий на курсе движения, а также сокращения пути за счет перелета над естественными или искусственными преградами, разделяющими отдельные районы морских акваторий. Экранопланы таких модификаций называются экранолетами.

Наряду с этим созданы экранопланы упрощенных модификаций для применения на реках, водохранилищах и внутренних водоемах, а также на относительно ровных участках суши, например, на поймах рек или в тундре, причем эксплуатация таких экранопланов возможна не только летом, но и зимой, на ледово-заснеженных поверхностях.

Речные экранопланы упрощенных модификаций в наибольшей мере удовлетворяют условиям их применения, имеют значительно меньший по сравнению с морскими диапазон скоростей (120 — 200 км/ч вместо 320 — 500 км/ч) и высот движения (движение в основном осуществляется только в плоскости горизонта с минимальным диапазоном перемещения по высоте) и правомерно имеют параллельное название — суда на динамической воздушной подушке.

В отличие от нормальных экранопланов и экранолетов, для управления судном на динамической воздушной подушке (СПДВ) не требуется летной подготовки. Такие суда смогут эксплуатировать суда СПК, прошедшие специальную переподготовку. У СПДВ отсутствует руль высоты, основными органами управления так же, как и у СПК, являются ручки управления двигателями для управления скоростью движения и штурвал (или педали) для управления курсом.

К настоящему времени концепция судна на динамической воздушной подушке апробирована на первом практическом образце девятиместного катера «Волга-2», являющемся прототипом более крупных СВП.

Таким образом, можно констатировать, что к настоящему времени по отечественным разработкам экранопланов имеется научный и технический задел, построены и испытаны отдельные образцы экранопланов различных модификаций и назначений, а также накоплен опыт эксплуатации, достаточный для принятия решения о серийном строительстве гражданских экранопланов.

Исследования, проведенные специализированными институтами, показывают, что ожидаемая высокая производительность экранопланов, обусловливающая их рентабельность, в полной мере отвечает современным требованиям потенциальных заказчиков и тенденциям развития транспортных систем, поэтому коммерческие экранопланы могут быть реальностью уже в ближайшей перспективе.