Экранопланы - транспортное средство, движущееся вдоль поверхности воды или ровного участка земли (экрана) с использованием экранного эффекта.

В нашей стране экранопланы отнесены к ведомству морской авиации. Их созданию предшествовала большая работа изобретателей, ученых, конструкторов и производственников. В этой главе кратко изложена история создания и развития экранопланов, в хронологическом порядке описаны конструкции экранопланов, созданных в нашей стране за рассматриваемый в этой книге временной интервал.

В начальный период создания экранопланов не существовало их точной классификации. А вопрос их сертификации не возникал вовсе. Лишь в 1990-х гг. появились международные нормативные документы, разработанные российской конструкторской школой экранопланостроения, которыми в наши дни пользуются во всем мире.

Согласно классификации, приведенной в этих документах, различают три типа экранопланов в зависимости от степени привязки ЛА к экрану, т.е. возможности изменять высоту полета:

• Тип "А" "чистый" экраноплан, не имеющий возможности отрыва от поверхности экрана, который сертифицируется только в рамках требований IMO.
• Тип "Б" - аппарат, способный совершать полет за пределами влияния экранного эффекта - кратковременный подлет на ограниченную высоту. Эти аппараты сертифицируются IMO с привлечением ИКАО. Они относятся к экранолетам.
• Тип "С" - экранолеты, аппараты, использующие экранный эффект для взлета и посадки и способные длительное время летать на высоте, контролируемой требованиями ИКАО. Они сертифицируются ИКАО с привлечением IMO.

Экранный эффект заключается в увеличении подъемной силы крыла, а также в снижении его аэродинамического сопротивления при полете над ровной поверхностью (экраном) на высотах, соизмеримых с хордой крыла, в результате чего значительно увеличивается аэродинамическое качество аппарата.

В середине 1920-х гг. авиаторы впервые столкнулись с экранным эффектом при взлете и особенно при посадке самолета с низкорасположенным крылом. Было замечено некоторое увеличение подъемной силы крыла - самолет продолжал лететь над полем, как бы не желая садиться. Кроме того, экранный эффект иногда приводил к неприятностям. При движении вблизи экрана центр давления крыла перемещается к его задней кромке, в случае недостаточной эффективности горизонтального оперения это приводит к аварии во время посадки самолета.

Известный авиационный инженер, изобретатель и авиаконструктор П.И. Гроховский в 1932 г. разработал проект экраноплана-амфибии (рис, 348) с двумя двигателями, аэродинамическую компоновку которого сохранили некоторые современные экранопланы.

Рис. 348. Проект экраноплана П.И. Гроховского

В 1935 г. финский инженер Т. Каарио построил первый экспериментальный экраноплан - буксируемый с помощью аэросаней аппарат. На нем Каарио изучал возможности использования экранного эффекта.

Одной из первых отечественных теоретических работ, которая относится к исследованиям экранного эффекта, является работа Б.Н. Юрьева "Влияние земли на аэродинамические свойства крыла".

В 1930-е гг. В.В. Голубевым, Я.М. Серебрийским, Ш.Я. Биячуевым и другими проводились теоретические исследования экранного эффекта.

Экранопланы конструкции Р.Е. Алексеева

Определяющая роль в разработке идеи и реализации проектов экранопланов принадлежит талантливому конструктору и изобретателю Р.Е. Алексееву, создавшему в 1955 г. в Горьком Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях (СПК).

В начале 1960-х гг. в ЦКБ по СПК начались исследования экранного эффекта в лабораторных условиях на малых буксируемых моделях и на самоходных пилотируемых аппаратах. Для работ по экранопланной тематике требовалась хорошо оснащенная научно-экспериментальная база, поэтому на Горьковском водохранилище построили испытательную станцию (базу) ИС-2 с комплексом уникальных сооружений, многие из которых специально создавались для исследований особенностей экранного эффекта. Первые самоходные модели экранопланов в ЦКБ по СПК были выполнены по схеме "тандем". Два крыла располагались на фюзеляже одно за другим для обеспечения продольной устойчивости (двухопорная схема).

Экраноплан СМ-1. В 1960 г. был разработан проект, а в 1961 г. экраноплан СМ-1 построили (рис. 349). 22 июля 1961 г. на испытательной станции ИС-2 был выполнен первый полет первого отечественного экраноплана. Его пилотировал Р.Е. Алексеев -главный конструктор аппарата. К осени 1961 г. техника пилотирования экраноплана была освоена. Р.Е. Алексеев был так уверен в надежности аппарата, что пригласил на демонстрационные полеты секретаря ЦК КПСС Д.Ф. Устинова, Председателя Госкомсудостроения Б.Е. Бутому и Главкома ВМФ С.Г. Горшкова. Демонстрация оказалась настолько убедительной, что высокие гости выразили желание прокатиться на экраноплане.

Рис. 349. Экраноплан СМ-1 (а) и его схема (б)

Аэродинамическая компоновка экраноплана СМ-1 появилась в результате анализа результатов многочисленных буксировочных испытаний и катапультирования модели на треке. У экраноплана СМ-1 (самоходная модель) были два тандемно расположенных крыла малого удлинения с концевыми шайбами. Переднее крыло прямоугольной формы в плане имело элероны-закрылки, а заднее - трапециевидное,- по прямой задней кромке которого установлен руль высоты, находилось практически на одинаковой высоте с передним крылом.

Турбореактивный двигатель установлен сверху фюзеляжа на ферменной мотораме перед килем за кабинами пилотов.

Экипаж состоял из трех человек. Отдельные открытые кабины экипажа располагались одна за другой по оси фюзеляжа. Было предусмотрено место и для четвертого члена экипажа. За первой кабиной экипажа установили переднее вертикальное оперение с рулем направления. Основной киль большой стреловидности, расположенный в хвостовой части фюзеляжа, имел руль поворота небольшой площади.

У двигателя не было гондолы, а только оформленный канал воздухозаборника. Успешные испытания экраноплана СМ-1, которые проводились летом и продолжались зимой над льдом и снегом, подтвердили основную идею - полет вблизи экрана. Максимальная скорость околоэкранного полета, достигнутая в процессе испытаний, около 200 км/ч. Испытания показали недостаточную мореходность и высокие взлетно-посадочные скорости.

Длина экраноплана 20 м, размах крыла 10,3 м, взлетная масса 2830 кг. Натурные испытания пилотируемого экраноплана СМ-1 позволили сформулировать важные достоинства, ожидаемые от этого типа кораблей: высокие скорость движения (близкая к авиационной) и экономические показатели, трудность радиолокационного обнаружения, прекрасную мореходность и амфибийность - способность самостоятельного выхода на пологий берег и базирование на нем. Эти сильные стороны заинтересовали Военно-Морской Флот, который с 1962 г. становится основным заказчиком экранопланов различных типов.

В одном из испытательных полетов в январе 1962 г. экраноплан СМ-1 самопроизвольно взмыл в небо, уйдя от поверхности экрана, а после выключения двигателей рухнул на лед. Аппарат получил повреждения, а три члена экипажа - небольшие травмы. На этом испытания СМ-1 были завершены, аппарат не восстанавливался.

Экраноплан СМ-2. В 1962 г. был спроектирован и построен экраноплан СМ-2 (рис. 350). По компоновке он в основном был идентичен СМ-1. На этом экраноплане Р.Е. Алексеевым была впервые реализована идея поддува газовой струи от газотурбинного двигателя, установленного в носовой части фюзеляжа, под переднее крыло с целью улучшения взлетно-посадочных характеристик аппарата.

Первый вариант СМ-2 выполнили по тандемной схеме. Но эта самоходная модель была повреждена во время пожара в ангаре. В процессе восстановления экраноплана тандемную компоновку заменили на самолетную с выносом горизонтального оперения из зоны влияния экранного эффекта. Стабилизатор установили сверху на киле. Трехместный экраноплан СМ-2 имел прямоугольное крыло с удлинением 1,2 и Т-образное хвостовое оперение. Эта аэродинамическая компоновка с поддувом газовой струи двигателей под крыло и Т-образным оперением в дальнейшем стала основной для экранопланов Р.Е. Алексеева.

Рис. 350. Экраноплан СМ-2 (а) и его схема (б)

Маршевый двигатель у СМ-2 расположили в хвостовой части фюзеляжа под килем. Его воздухозаборник выполнили в виде форкиля. Стартовый двигатель, установленный в носовой част] фюзеляжа, имел развитую сопловую систему в виде плоского сопла направляющего газовую струю под крыло экраноплана. Оба турбореактивных двигателя (РУ19-300) имели "морское" исполнение.

Длина экраноплана 20 м; размах крыла 11,5 м; взлетная масса 3200 кг; максимальная скорость 270 км/ч.

По предложению Д.Ф. Устинова в начале мая 1962 г. экраноплан СМ-2 продемонстрировали Н.С. Хрущеву и другим членам правительства на Химкинском водохранилище под Москвой. Из Горького СМ-2 доставили на вертолете Ми-10К (летающий кран). Хотя во время показательных проходов СМ-2 не вышел на расчетный режим, экраноплан все-таки произвел хорошее впечатление на Н.С. Хрущева.

В относительно короткий срок СМ-2 был модернизирован. Для улучшения поддува передние стреловидные кромки крыла заменили на прямые. Крыло экраноплана стало прямоугольным. Этот аппарат получил обозначение СМ-2П.

Экраноплан СМ-3. Одноместный экспериментальный СМ-3 (рис. 351) построили в 1962 г. Крыло этого экраноплана имело увеличенную примерно в два раза хорду и удлинение всего 0,48. Такие параметры крыла привели к тому, что на высоте полета более 1,5 м появилась боковая колебательная неустойчивость.

На СМ-3 применена новая схема поддува газовой струи под крыло. Выхлопные сопла стартового двигателя были расположены вдоль передней кромки на нижней поверхности крыла. Таким образом, стартовый двигатель, расположенный в носовой части фюзеляжа, обеспечивал поддув газовой струи под крыло и создание струйной завесы по передней кромке крыла.

Экраноплан СМ-4. Трехместный экраноплан СМ-4 (рис. 352) спроектировали и построили в 1963 г. Крыло с концевыми шайбами крепилось к фюзеляжу-лодке в средней части и имело прямоугольную форму и удлинение 2, закрылки крыла - двухсекционные с амортизацией для уменьшения нагрузок при контактах с водой.

Киль - уменьшенной площади с небольшим рулем направления. В носовой части лодки установили дополнительное цельно-поворотное вертикальное оперение.

Изолированные кабины экипажа расположены одна за другой в два яруса. Первые две кабины, закрытые фонарем, имели двойное управление. Третья, задняя, кабина исследователя, была открытая.

Стартовый двигатель, установленный в носовой части фюзеляжа, имел плоскую сопловую систему, разнесенную от бортов.

Воздухозаборник маршевого двигателя размещался за кабинами экипажа перед килем, а выхлопное сопло, расположенное в нижней части фюзеляжа, имело газовый руль для управления экранопланом на малой скорости, когда аэродинамические рули оказывались неэффективными.

Рис. 351. Экраноплан СМ-3 (а) и его схема (б)

Экраноплан СМ-5. Для экспериментального определения характеристик перспективного экраноплана большой взлетной массы и освоения техники его пилотирования было принято решение построить самоходную модель, уменьшенную в четыре раза, но геометрически подобную основному проекту.

Экраноплан СМ-5 (рис. 353) был построен в 1963 г. Он имел прямоугольное крыло в плане с концевыми шайбами и многосекционными подрессоренными закрылками. На днище фюзеляжа лодки установили реданы и обводы, повышающие мореходность экраноплана. В носовой части лодки разместили кабину экипажа, закрытую фонерам, а за ней - стартовый двигатель с разнесенными по бортам поворотными соплами, которые направляли газовую струю под крыло.

Рис. 352. Экраноплан СМ-4 (а) и его схема (б)

Маршевый двигатель установлен перед килем, его воздухозаборник - сверху фюзеляжа над средней частью крыла, выхлопные сопла - по бортам экраноплана у основания киля. Хвостовое оперение Т-образное. Руль поворота располагался по всей высоте хвостового оперения, и его нижняя часть, расположенная ниже ватерлинии, являлась водным рулем направления.

Рис. 353. Экраноплан СМ-5 (а) и его схема (б)

В августе 1965 г. в ходе летных испытаний экраноплан СМ-5 потерпел катастрофу. Машина попала в мощный встречный поток ветра, ее стало приподнимать над экраном. Пилоты вместо того, чтобы сбросить "газ" и уменьшить скорость, наоборот, увеличили тягу, стараясь набрать высоту. Оторвавшись от экрана, модель потеряла устойчивость, ее завалило на крыло и она врезалась в воду. Экипаж погиб.

Модель СМ-5 была спроектирована, построена и испытана для обеспечения создания экраноплана КМ.

Экраноплан "Каспийский монстр" (КМ). В начале 1960-х гг. была принята государственная программа по экранопланам, предусматривающая создание ряда новых пилотируемых самоходных моделей экранопланов, а также разработку проектов боевых экранопланов для ВМФ и других родов войск с созданием полноразмерного экспериментального экраноплана КМ. В 1964-1965 гг. в ЦКБ по СПК осуществлялось проектирование и создание уникального, самого большого в мире летательного аппарата - экраноплана КМ, получившего у зарубежных спецслужб названия: "Каспийский монстр", "Каспийское чудовище". Главным конструктором этого экраноплана был Р.Е. Алексеев, ведущим конструктором - В. П. Ефимов.

Экраноплан имел размах крыла 37,6 м; длину - около 100 м; максимальную взлетную массу - 544 000 кг. До появления самолета Ан-225 "Мрия" это был самый тяжелый летательный аппарат в мире.

В 1966 г. КМ вышел на испытания, которые проводились на специально созданной испытательно-сдаточной станции на Каспийском море в районе г. Каспийска (Дагестан). В первом испытательном полете экраноплан КМ пилотировали В.Ф. Логинов и Р.Е. Алексеев. Дальнейшие испытания проводили ведущие летчики-испытатели Д.Т. Гарбузов и В.Ф. Трошин.

Экраноплан СМ-2П7 (рис. 354). После перехода от тандемной схемы экранопланов (СМ-2) к однокрылой компоновочной схеме с хвостовым оперением (СМ-2П) носовой двигатель РУ19-300 заменили на КР-7-300. Экраноплан получил обозначение СМ-2П7.

Экраноплан СМ-2П7 был спроектирован и построен в 1964 г. Аппарат предназначался для исследования взлетно-посадочных характеристик, проблем устойчивости полета над экраном и возможности оптимизации аэродинамической компоновки экраноплана с одним двигателем.

Рис. 354. Экраноплан СМ-2П7 (а) и его схема (б)

СП-2П7 проходил испытания до 1967 г. в различных условиях: зимой и летом при высоте волны до 0,4 м. В процессе испытаний зафиксированы следующие характеристики экраноплана: скорость отрыва 150 км/ч, аэродинамическое качество в момент отрыва К= 10...11; длина разбега и пробега при посадке 600...800 м; время разбега 35...40 с, пробега - 40 с; посадочная скорость 140 км/ч.

Хотя самоходная модель СМ-2П7 и являлась развитием экраноплана СМ-2, практически это был новый аппарат на динамической воздушной подушке.

Прямоугольное в плане крыло СМ-2П7 имело удлинение больше 2,4 и многосекционный подрессоренный закрылок, а также концевые шайбы. Одноместная кабина пилота закрыта фонарем.

Экраноплан имел один двигатель, установленный в носовой части фюзеляжа. Воздухозаборник дугообразной формы размещался в носу фюзеляжа сверху. Тяга двигателя - до 2000 кгс.

Выходное устройство газовой струи двигателя выполнено в виде ряда сопел, размещенных параллельно передней кромке крыла примерно до середины размаха. Направляющие сопловые аппараты обеспечивали отклонение потока под крыло при разбеге в режиме поддува.

Экранопланы серии СМ не имели специальных взлетно-посадочных устройств.

Самоходные модели испытывались и в летний, и в зимний периоды. В ходе испытаний освоены методики старта (взлета) с воды и снега, полеты над водой, снегом, льдом и твердым фунтом (с травяным покровом). При амфибийных испытаниях самоходные модели осуществляли сход с пологого берега, самостоятельный выход на берег и двигались в режиме поддува газовой струи под крыло на малых скоростях над относительно ровными участками суши.

Работы ОКБ Г.М. Бериева

ОКБ морского самолетостроения им. Г.М. Бериева традиционно осуществляло научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы в области гидродинамики, аэродинамической компоновки и повышения мореходности гидросамолетов. Исследования влияния экранного эффекта на взлетно-посадочные характеристики самолетов-амфибий для ОКБ были близки их основной тематике. В порядке эксперимента на заводе ОКБ в 1963-1965 гг. был спроектирован, построен и испытан экранолет, получивший название "Гидролет" (рис. 355). По замыслу главного конструктора Г.М. Бериева он предназначался для исследования эффекта динамического поддува газовой струи реактивных двигателей под крыло с целью увеличения подъемной силы при взлете и посадке, а также изучения влияния экранного эффекта крыла при движении его над поверхностью воды.

Рис. 355. "Гидролет"

"Гидролет" имел подводные крылья для снижения скорости взлета и посадки, а также гидродинамического сопротивления. По концам центроплана установили два поплавка. К центроплану малого удлинения крепились консоли с элеронами и шайбами.

Над центропланом за одноместной кабиной пилота расположили турбореактивный двигатель. По кромкам центроплана в концевой части поплавков размещалось двухкилевое вертикальное оперение. Максимальная скорость "Гидролета" над водой -160 км/ч. Пилотировал "Гидролет" в процессе испытаний летчик-испытатель Ю.М. Куприянов. "Гидролет" намного опередил свое время. Даже в наши дни этот экранолет является вполне современным.

Экранопланы Одесского института инженеров морского флота (ОИИМФ)

В 1963 г. студенты-энтузиасты под руководством Ю.А. Будницкого разработали свой первый одноместный экраноплан ОИИМФ-1, испытанный весной-летом 1964 г. Экраноплан имел двигатель Иж-60К мощностью 18 л.с. (13,2 кВт). В процессе ходовых испытаний обнаружилось, что мощность двигателя мала, продольная устойчивость аппарата недостаточна. После проведения зимой 1964-1965 гг. доработок экраноплана и устранения этих недостатков конструкторы создали практически новый экраноплан ОИИМФ-2 (рис. 356). Удлинили поплавки экраноплана и хорду переднего крыла, стабилизатор с верхней части вертикального оперения сняли. На передней кромке основного (заднего) крыла установили два двигателя. За их воздушными винтами имелись заслонки, препятствующие вытеканию воздуха из-под крыла при движении на малой скорости. Они были установлены шарнирно и удерживались тросами и шнурами-амортизаторами.

Рис. 356. Экраноплан ОИИМФ-2

Экраноплан ОИИМФ-2 построен по схеме "летающее крыло" с двумя крыльями, разнесенными по высоте и по продольной оси аппарата. Они крепились на поплавках-скегах. Одноместная открытая кабина расположена сверху основного крыла. Переднее крыло имело хорду 1 м, а заднее - 3 м. Два двигателя Иж-60К с воздушными винтами диаметром 1,2 м развивали тягу на месте 70...80 кгс (700...800 Н).

При испытаниях величина подъемной силы статической воздушной подушки составляла 70 % массы аппарата при скорости 30...35 км/ч. За счет увеличения скоростного напора подъемная сила увеличивалась до 80 % от полетной массы экраноплана. В этом случае заслонки под действием набегающего потока воздуха автоматически складывались и ложились вдоль скегов и центральной стойки между крыльями. ОИИМФ-2 имел аэродинамическое качество около 8.

Для продольного управления аппаратом основное крыло оснастили закрылком. Экраноплан обладал хорошей маневренностью, но для достижения расчетной скорости полета (100... 200 км/ч) мощности двигателей оказалось недостаточно.

Диаметр циркуляции на скорости около 30 км/ч был равен 10 м. Испытания, проводившиеся в 1965 г., показали, что аппарат перетяжелен, а тяга винтов недостаточна для расчетных режимов работы.

Выполнив необходимые доработки, зимой 1965-1966 гг. студенты построили следующую модификацию экраноплана -ОИИМФ-3. Были установлены двигатели К-750 мощностью 26 л.с. (19 кВт) с новыми воздушными винтами. Корпус облегчили, на переднем крыле установили заслонки. Двигатели было решено разместить внутри основного крыла. По ряду технических причин испытания ОИИМФ-3, назначенные на лето 1967 г., провести не удалось.

Экранопланы А.Н. Панченкова

А.Н. Панченков, большой энтузиаст экранопланостроения, над проблемой создания экранопланов начал работать в 1962 г. Теоретически и экспериментально А.Н. Панченков показал, что необходимыми стабилизирующими свойствами при полете над экраном обладает экраноплан, выполненный по схеме "утка".

Под руководством А.Н. Панченкова была построена серия экранопланов АДП (аппарат на динамической воздушной подушке). Характерной особенностью АДП является удлиненный фюзеляж, в передней части которого расположен стабилизатор.

Летом 1963 г. на реке Десна прошли буксировочные испытания модели экраноплана АДП-1.

В 1965 г. был спроектирован и построен экраноплан АДП-1 с мотоциклетным двигателем К-750 (рис. 357). Толкающий воздушный винт был установлен за кабиной пилота, на основном крыле - элероны-закрылки и киль с рулем поворота в воздушном потоке от винта. По концам крыла размещались концевые шайбы.

Для уменьшения взлетно-посадочной скорости в носовой части фюзеляжа установлены подводные крылья. Скорость максимальная 110 км/ч. Высота полета 0,25 м. Стабилизация высоты полета обеспечивалась расположенным в передней части несущим стабилизатором. При увеличении угла атаки подъемная сила на стабилизаторе падала (на закритических углах наступал срыв потока) и аппарат опускал носовую часть до рабочих углов атаки стабилизатора.

Испытания проводились под Киевом на Днепре.

В 1965-1966 гг. экраноплан был доработан, поставлен на колесное трехопорное шасси с носовым колесом. Концевые шайбы несущего крыла сняли. Был сделан новый четырехлопастный несущий винт.

Фюзеляж выполнили обтекаемым, установили лобовое стекло. Масса аппарата возросла до 380 кг. Основные размеры остались те же. Аппарат получил новое название АДП-2 (рис. 358). Испытания проводились на аэродроме под Киевом. Расчетная высота полета экраноплана 0,25 м, максимальная скорость 150 км/ч.

Работы по экранопланам АДП-1 и АДП-2 проводились в Киеве в Институте гидромеханики АН УССР.

Рис. 357. Экраноплан АДП-1

Рис. 358. Экраноплан АДП-2

Таблицы к главе 14