Александр Липпиш «Между небом и водой»
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Александр Липпиш – один из немногих ученых-аэродинамиков, интересующихся так называемыми экранопланами не только с позиций «чистой» науки. Доброе десятилетие назад на одном из американских озер появился необычный аппарат – нечто среднее между моторной лодкой и самолетом. Нет, не летающая лодка или глиссер с воздушным винтом. Оторвавшись от водной глади, машина не взмывала в небо, а неслась над поверхностью, едва не касаясь волн корпусом и поплавками. Скорость самолета и экономичность моторной лодки – в погоне за этими двумя качествами Липпиш придал своему изобретению свойства судна и летательного аппарата. Осенью 1971 года на озере Бодензее (ФРГ) стартовал следующий экраноплан Александра Липпиша – Х-113. Оснащенная всего-навсего 40-сильным двигателем, машина развила скорость 140 км/ч. Вскоре после этого события Липпиш дал интервью корреспонденту журнала «Флюг ревю интернациональ» (ФРГ), одного из крупнейших в Западной Европе авиационных изданий. Мы предлагаем нашим читателям сокращенный перевод этого материала.
– С чего началось Ваше увлечение экранопланами?
– В 1959 году мой шеф – владелец и руководитель известной фирмы «Коллинз» – попросил меня построить большую лодку, на которой можно было бы испытать радиоэлектронную аппаратуру для флота США. Коллинз хотел, чтобы все детали судна были из искусственных материалов – металл создает помехи для радиооборудования.
Вот так и пришлось на старости лет изучить и лодки, и посвященные им исследования.
Для экспериментов мы построили прекрасный гидроканал длиной в 30 м, оснастили его окнами для фото- и киносъемки. Модели помогли изучить все мыслимые формы лодок, даже планирующие поверхности с обратной стреловидностью. После многих опытов и размышлений я «вылепил» нижнюю поверхность лодки – это и были обводы будущего экраноплана. Лодку изготовили, и мы с Коллинзом прошлись на ней по одному из наших озер. Суденышко отлично набирало скорость, мы начали было восторгаться его резвостью, как вдруг носовая часть отделилась от воды и угрожающе задралась кверху. Что скрывать, мы испугались – центр тяжести лодки находился в задней ее части, так недолго и до акробатического кульбита… Теперь я знал все, что хотел узнать. Сдав электронщикам другую, совершенно нормальную лодку, продолжил работу над своей – строптивой. Если оставить днище таким, какое оно есть, поставить на лодку изогнутое крыло, рассуждал я, все будет в порядке. Но ведь надо как-то сохранять устойчивость, когда судно поднимется над водой. Значит, не обойтись без хвостового оперения, наподобие самолетного. Вместе с сыновьями я смастерил несколько бальзовых моделей с микромоторчиками. Их мы гоняли по снежному покрову, а потом – в гидроканале. Аэродинамическое качество моделей (отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления) достигало 40 – характеристика хорошего планера!
Позднее мы построили первую лодку – экраноплан Х-112.
– Исследовался ли до Вас эффект экрана и проводил ли кто-нибудь опыты с экранопланами?
– И да и нет! С 1921 года известна теория Визельсбергера, который был в те времена ассистентом профессора Прандтля в Геттингене. Ви-зельсбергер первым разработал теорию влияния экрана. Оно рассчитывалось по теории биплана. Правда, считалось, что крылья находятся на довольно большом расстоянии от поверхности. Ведь ученого интересовало в первую очередь поведение самолета при взлете и посадке. Экраноплан летит гораздо ниже – в каких-нибудь 20–40 см от воды. В этом случае масса воздуха, поддерживающего лодку-экраноплан, состоит как бы из двух частей: одна – заторможенный поток под крылом; другая – довольно незначительная – выходит из-под крыла в районе задней кромки и постоянно пополняется воздухом, поступающим сверху, от носка крыла.
Однако главная масса воздуха остается под несущей поверхностью и создает там давление, равное почти скоростному напору. Она играет роль своеобразного воздушного катка, по которому лодка-экраноплан «катится» как по маслу. В 30-х годах финский инженер Каарио разработал простое прямоугольное крыло-сани, скользящее над снегом с помощью экрана. Изобретатель получил патент, который, кажется, не прочитал ни один человек, – многие ли из нас знают финский язык?
Исследователи убедились, что теория Визельсбергера верна только для крыла, находящегося довольно далеко от экрана. Она подходит больше к самолетам, нежели к экранопланам. Влияние экрана на взлет и посадку летательных аппаратов изучали также в Японии и России. После доклада Каарио в США в 1959 году опыты с лодками провели фирмы «Локхид» и «Боинг». Правда, не очень удачные – лодки теряли устойчивость и опрокидывались – с ними происходило то же самое, что и с нашей первой лодкой. Фирмы струсили, а мы пошли дальше. Самой большой проблемой оказался… двигатель. На новый попросту не хватало денег, а старый, купленный по случаю, оказался слишком слабым.
Мы решили на первых порах обойтись без мотора. Взяли быстроходный катер – он и буксировал наш Х-112. Лодка-экраноплан благополучно оторвалась от воды и заскользила на воздушной подушке.
По натяжению каната можно было определить силу лобового сопротивления аппарата. Аэродинамическое качество оказалось неожиданно высоким – 20–25. С мотором экраноплан запросто возил двоих. Я сидел обычно позади летчика.
– Чем же Вы занялись после успешных полетов Х-112?
– Построил Х-113. Только уже на средства других организаций. Фирме «Коллинз», занимавшейся радиоэлектроникой, наши эксперименты были ни к чему. Работой заинтересовались в ФРГ, где я в 1965 году сделал доклад об опытах с лодкой-экранопланом. Х-113 построила фирма «Рейн-Флюгцейгбау». Для силовой установки мы выбрали американский «Нельсон» в 40 л. с..
Испытывали машину тоже в ФРГ, на озере Бодензее. Х-113 очень устойчив в полете. Можно смело бросить ручку. Управление настолько простое, что доступно любому летчику после некоторых указаний чисто теоретического характера.
Оказалось, Х-113 может летать и повыше, вне влияния экрана. Летчик поднимался до 800 м. И хотя экраноплан нельзя назвать самолетом, он обладает многими достоинствами этой машины. Ведь на нем можно перелетать с одного озера на другое, преодолевать препятствия и участки суши в озерных районах. И все-таки главный режим для экраноплана – полет в зоне влияния экрана. В этом случае он превращается в высокоэкономичный скоростной аппарат, обходящийся маломощным двигателем.
– Каким Вы видите будущее лодки-экраноплана?
– При конструировании Х-112 и Х-113 я меньше всего думал о рекордных скоростях. Но коль мы их достигли – почти с «голыми руками», с двигателем всего в 40 л. с., – выводы о будущем применении экранопланов напрашиваются сами собой. Потребная для их движения мощность на 30% меньше, чем у всех других видов водного транспорта. Уступают экранопланам и аппараты на воздушной подушке, и суда с подводными крыльями. К тому же скорость этих судов ограничена 60, а в лучшем случае – 80 км/ч из-за кавитации и высокого сопротивления воды.
Думаю, что средние и большие пассажирские экранопланы смогут ходить с крейсерской скоростью в 200–300 км/ч. За большую скорость, по-видимому, придется расплачиваться экономичностью. Бессмысленно конкурировать с самолетом. Мы к этому и не стремимся. Разработан проект большого экраноплана весом в 500 т, способного перевозить 240 т груза со скоростью 200 км/ч. Удобства океанского лайнера класса «Европа» – полное отсутствие какой-либо качки.
Аппарат перевезет пассажиров через Атлантику вчетверо-впятеро быстрее и в два раза дешевле, чем самый скоростной теплоход. Ему не нужны специальные приспособления для швартовки в портах. Маневрировать в гавани он способен с помощью обычного гребного винта.
На долю экранопланов придутся местные и не очень срочные перевозки, которые в наши дни выполняет авиация. Кроме того, остается прибрежное сообщение, переправы, рейсы по каналам и рекам в районах с большим количеством озер. Для военных лодка-экраноплан – скоростное транспортное средство, торпедный катер, охотник за подлодками…
Перевел с немецкого В. ГОЛОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОТ РЕДАКЦИИ:
В своем интервью А. Липпиш, видный аэродинамик, внесший серьезный вклад в изучение летательных аппаратов-бесхвосток и сверхзвуковых воздушных течений, лишь бегло останавливается на основных принципах влияния экрана на поведение крыла. Нет и сколь-нибудь последовательного обзора теоретических работ в этой области, практических экспериментов с экранопланами.
Взгляните на рисунок I центрального разворота. Схемы иллюстрируют обтекание крыла у экрана и вне его. Как видите, характер потока различен. Воздух, «продирающийся» сквозь узкое пространство между крылом и экраном, интенсивно тормозится. В полном соответствии с законом Бернулли в этой зоне увеличивается давление на нижнюю поверхность крыла. При очень малой высоте полета (Ħ = 0,1–0,2; Ħ = H/B, где Н – высота задней кромки крыла над экраном, В – хорда профиля, крыла) повышение давления весьма велико и теоретически может достичь величины скоростного напора.
Резкое перераспределение давлений на верхней и нижней поверхностях крыла приводит к перемещению центра давления и аэродинамического фокуса.
Если вдали от экрана подъемная сила на крыле возникает из-за разности разрежения на нижней и верхней поверхностях (внизу разрежение меньше, чем вверху), то экранолет поддерживается именно повышенным давлением под крылом.
Низкое сопротивление крыла вблизи экрана зависит главным образом от уменьшения индуктивного сопротивления. Оно вызвано перетеканием масс воздуха с нижней поверхности на верхнюю на концах крыла и, как следствие, некоторым выравниванием разности давлений в этих зонах. Экран препятствует такому перераспределению воздуха и соответственно уменьшает индуктивные потери (см. рис. III).
Первые эксперименты с несущими поверхностями вблизи экрана провел французский инженер Клеман Адер, оставивший заметный след в истории авиации. Именно ему французы обязаны нынешним названием самолета – «авион». Так назывался один из нелетавших самолетов Адера дорайтовского периода.
В 1890 году Адер построил катер, оснащенный крылом и кормовым горизонтальным стабилизатором. Правда, судно так и не вышло на режим «воздушной смазки».
Первый аппарат, действительно использовавший эффект экрана, – аэросани финна Т. Каарио (1935 г.). На замерзшем озере инженер разогнал машину до 22 км/ч. Ее недостаток – продольная неустойчивость.
Интересны исследования советского инженера П. Гроховского, который независимо от Каарио в начале 30-х годов провел ряд экспериментов с моделями экранопланов и разработал несколько проектов.
После войны исследования проводили несколько фирм, в том числе «Дуглас» и «Локхид», известная японская компания «Кавасаки».
В нашей стране экранопланами занимались студенты Одесского института инженеров морского флота (ОИИМФ). Группа разработала и построила ряд машин, показавших хорошие летные свойства. Первый одноместный экраноплан студенты испытали в 1964 году. Через год стартовала модификация машины, а в 1966 году будущие инженеры «облетали» третью модель аппарата. Работы ведутся и по сей день.
источник: Александр Липпиш «Между небом и водой» «Техника-молодежи» 08/1972
