Экспериментальный экраноплан ЭСКА-1. СССР

В зарубежных и отечественных научно-популярных журналах множество раз появлялись сообщения о низколетящих аппаратах-экранолетах, среди которых был и советский экспериментальный спасательный катер-амфибия ЭСКА-1. Данная машина любительской постройки, успешно прошедшая цикл летных испытаний, была сконструирована в инициативном порядке Груниным Евгением Петровичем в студенческом конструкторском бюро МИИГА (Московский институт инженеров гражданской авиации). Также в разработке принимали участие московские инженеры Гремяцкий А., Чернявский С., Горбенко Ю. и Иванов Н. Летные испытания проводил инженер Гремяцкий А., а затем летчик Балуев А. ЭСКА-1 был выставлен на одной из центральных выставок НТТМ, был отмечен бронзовой медалью ВДНХ СССР, его создатели – знаками лауреатов НТТМ.

О теоретической основе околоэкранного полета и о конструкции ЭСКА-1 рассказывает Грунин Е., один из ее создателей.

История экранолетов началась еще в середине 1930-х гг., когда создали гибрид аппарата на воздушной подушке, быстроходного катера и самолета. Финского инженера Томаса Каарио, создателя данной машины, принято считать пионером экранолетостроения.

Конструкции первых экранолетов, несмотря на внешнюю экзотичность и все разнообразие форм, утонченностью проработки не отличались. В то время еще не существовало теории экранного полета. Подавляющее большинство проектов создавалось на основе экспериментальных данных и, естественно, аппараты получались несовершенными. В этот период (а также в конце пятидесятых годов) камнем преткновения была проблема продольной устойчивости.

Первому данную проблему удалось решить авиаконструктору Липпишу А. В 1964 году им был построен и успешно испытан экранолет Х-112. Затем в 1972 г. свет увидел еще один аппарат – Х-113А. Данная машина, изготовленная из стеклопластика, показала отличные летные свойства, а аэродинамическое качество составило 30!

Исходя из теоретических расчетов экранолетов, создаваемая машина должна быть легкой, но при этом прочной, технологичной в изготовлении, надежной в эксплуатации. Наконец, она должна быть дешевой.

Задавшись этими, в некоторых случаях взаимоисключающими требованиями, нами было проанализировано несколько возможных конструкций. В результате был сделан вывод, что самым простым станет деревянный аппарат, в котором будут широко применяться авиационная фанера, а также стеклоткань, пенопласт и другие материалы.

Для крыла экранолета ЭСКА-1 подошел модифицированный профиль центрального аэрогидродинамического института Р-11-КЛАРК-У, имеющий плоский нижний обвод. На исследованных моделях профиль хорошо себя зарекомендовал. Крыло имеет геометрическую и аэродинамическую крутку: в корне крыла относительная толщина профиля составляет 10 процентов, на конце 12,5 процентов, а угол отклонения профиля к концу консоли от строительной горизонтали экранолета от корня уменьшается до 2,5 градусов с 4,5.

В плане крыло имеет треугольную форму. При изменении расстояния до экрана и на различных углах атаки положение центра тяжести изменяется незначительно. Для обеспечения поперечной устойчивости и улучшения управляемости на консолях установлены так называемые отъемные части – аэродинамические поверхности, которые оснащены элеронами.

Интересный факт: большое количество экранолетов имеет прямоугольное крыло малого удлинения. Несмотря на то, что оно является простым в изготовлении, данное крыло имеет два существенных недостатка: центр давления зависит от расстояния до воды и угла атаки и колеблется в пределах от 15 до 65 процентов средней аэродинамической хорды; при обтекании подобного крыла с вертикальными концевыми плоскостями-шайбами образуются воздушные вихри, которые увеличивают сопротивление движению и снижают аэродинамическое качество. В связи с этим при проектировании ЭСКА-1 отказались от прямого крыла.

При проектировании горизонтального оперения учитывалось следующее: установленное за крылом малого удлинения оперение малоэффективно после выхода аппарата из зоны влияния экрана – при увеличении скоса потока за крылом экранолет балансируется на значительных углах атаки, а оперение находится в невыгодных условиях обтекания. На ЭСКА-1 горизонтальное оперение установили на конце киля – самое отдаленное место от крыла, где можно не опасаться скоса потока. Размеры оперения были выбраны исходя из того что запаса продольной статической устойчивости хватит для полетов экранолета не только у экрана, но и на высоте.

Поскольку ЭСКА-1 осуществляет старт с воды, его необходимо оснастить поплавками, а корпус-лодка должна иметь глиссирующую поверхность. Это является важнейшей частью любого экранолета, при их помощи он развивает скорость, которая необходима для отрыва от воды.

Аэродинамическое сопротивление при разбеге быстро растет, подъемная сила крыла становится равной массе аппарата, его сопротивление уменьшается, и аппарат отрывается от воды. Максимальное сопротивление, составляющее 70 кгс, у ЭСКА-1 отмечалось на скоростях 20–25 км/ч.

Гидродинамическая компоновка ЭСКА-1 имеет еще одну особенность – вся задняя кромка крыла на плаву неглубоко погружена в воду, а на скоростях 40–50 километров в час действует как реданная поверхность. При этом не создается большого волнового сопротивления, ход аппарата остается ровным, поскольку крыло опирается на большое количество гребешков волн. Экранолет при скорости отрыва водной поверхности касается только реданом корпуса, и крыло ЭСКА-1 ударных нагрузок не испытывает…

Вот так, путем конструкторских ухищрений и компромиссов, проектировалась эта машина. Однако данный подход к проектированию себя полностью оправдал: четыре года эксплуатации подтверждают разумное сочетание идей, которые были заложенных в ее конструкции.

Конструкция ЭСКА-1

Фюзеляж экранолета ЭСКА-1 – лодка, в которой размещены: кабина экипажа, оборудование, приборы и топливо. Снаружи крепятся консоли крыла, киль с горизонтальным оперением и двигатель с воздушным винтом.

Каркас, собранный из стрингеров и шпангоутов, является основным в лодке. Всего имелось 15 шпангоутов, сделанных из сосновых реек, соединенных кницами из фанеры и бобышками из липы. Силовые шпангоуты – №№ 4, 7, 9, 12, 15. Пожалуй, самым нагруженным является девятый шпангоут: к нему были пристыкованы консоли крыла, а его нижняя часть служит уступом редана.

Сечение сосновых стрингеров составляло 20×20 мм (4 шт.) 16×10 мм (12 шт.). Снизу фюзеляжа, где стыкуются днище и борта, проходят два скуловых стрингера с сечением 20×20 мм, изготовленных из бука.

Важным элементом силового набора является коробчатый кильсон, расположенный вдоль оси симметрии на днище лодки. Кильсон образован верхней и нижней полками, соединенными стенками из 2 миллиметровой фанеры. Ширина полок 28 миллиметров, толщина – переменная: 12 мм – в носовой части лодки, 20 мм – в зоне редана. Фанерные стенки по всей длине кильсона подкреплялись распорками.

Корпус обшивался авиационной фанерой различной толщины: 2 мм – в носу, далее толщина постепенно увеличивалась и достигала 7 мм в зоне редана. В целесообразности подобного усиления убедились после того, как машина столкнулась с плавающей корягой. Обшивка меньшей прочности не выдержала бы столкновения.

На бортах установлена 2-миллиметровая фанера, на гаргроте – миллиметровая. Вся лодка снаружи оклеивалась слоем стеклоткани АСТТ(б)С1 на эпоксидной смоле. Для придания лодке чистой гладкой поверхности и чтобы она не набирала воду, обшивка зачищалась, обрабатывалась эпоксидной шпаклевкой и окрашивалась синтетической эмалью, после чего покрывалась слоем паркетного лака.

Большая часть приборов и оборудования экранолета была размещена в носу лодки: приемник воздушного давления (ПВД) ТП-156, используемый для замера высоты и скорости полета, аккумулятор, буксирный крюк, штырь антенны радиостанции.

В середине лодки находилась пилотская кабина, в которой друг за другом устанавливались два самолетных кресла, оснащенные привязными ремнями. Также в них имелись ниши для парашютов. Заднее кресло располагалось вблизи центра тяжести машины, для уменьшения зависимости центровки экранолета от пассажира. Пол кабины выполнялся из листового полиэтилена. Под полом размещается проводка управления элеронами, рулями поворота и высоты. На панели слева от кресла пилота расположена ручка управления двигателем и блок электротумблеров. На шпангоуте №4 в кабине крепится щиток приборов, на котором размещены указатели скорости, высоты, скольжения и поворота, а также вариометр, компас, авиагоризонт, тахометр, амперметр, вольтметр и индикаторы температуры головок цилиндров двигателя. Кабину закрывает прозрачный фонарь. Передняя часть фонаря на фюзеляже закреплялась неподвижно, задняя была съемной. Замки фонаря дают возможность легко открыть кабину. Экранолет в аварийной ситуации можно покинуть, сбросив фонарь.

Топливный бак подвешен на специальном ложементе к шпангоуту №10. К ложементу он притянут металлическими лентами, которые обшиты войлоком. На шпангоуте №15 смонтированы узлы крепления вспомогательного лонжерона крыла и киля.

Для облегчения ремонта и транспортировки экранолета его крыло выполнялось в виде двух консолей, которые к лодке присоединялись с помощью болтов М10. Стыковочные узлы (передние и задние) – кронштейны, выполненные из стали 30ХГСА. С полками лонжеронов они связаны болтами М5 и, как крыло, рассчитаны на четырехкратную перегрузку, при этом коэффициент безопасности составляет 1,5. Таким образом, общий запас прочности равняется 6. Данного запаса достаточно для эксплуатации ЭСКА-1.

Консоль – однолонжеронная конструкция с задней вспомогательной стенкой, девятью нервюрами и четырьмя стрингерами.

Основной лонжерон собирается из двух полок, диафрагмы и стенок. Толщина верхней полки у корня составляет 34 мм и у конца лонжерона 18 мм, нижней – 25 и 18 мм соответственно. Ширина полок по всему размаху – 38 мм. Полки склеены в специальном зажимном стапеле эпоксидной смолой из набора сосновых реек. Стенки лонжерона изготовлены из 1,5-миллиметровой фанеры БС-1. Причем волокна наружных слоев фанеры для равной прочности сориентированы к оси лонжерона под углом 45 градусов. Диафрагма делалась из сосновых планок (сечение 34×8 миллиметров), которые к полкам приклеены с помощью липовых уголков. По размаху строительная высота лонжерона определяется толщиной профиля крыла.

Нервюры №№ 1-5 – ферменно-балочной и ферменной конструкции из полок и раскосов (использована сосна), связанных между собой с помощью фанерных косынок. Нервюра №1 – силовая, сплошная, служит для размещения узлов крепления консоли крыла. Нервюры №№ 6-9 имеют балочную конструкцию, с сосновыми полками и 1,5-миллиметровыми фанерными стенками.

Задний вспомогательный лонжерон подобен основному. Его полки имеют постоянную ширину – 32 миллиметра. У корня лонжерона толщина верхней полки составляла 20 мм и 12 мм – на конце; толщина нижней – 15 и 10 мм соответственно. Лонжерон с обеих сторон обшивается авиационной фанерой толщиной 1 миллиметр.

Отъемная часть крыла расположена под углом к консоли на ее конце. Под фанерной обшивкой находится два лонжерона, шесть нервюр и носовой стрингер. Передний лонжерон имеет коробчатое сечение с полками 25×12 мм и стенками из миллиметровой фанеры. Задний лонжерон-швеллер имеет такие же полки и стенку.

Элерон щелевого типа состоит из лонжерона, пяти балочных нервюр, переднего и заднего стрингеров. Лонжерон-швеллер имеет полки 15×10 мм и стенку из миллиметровой фанеры. К лонжерону приклеиваются сосновые бобышки, служащие для установки узлов подвески элерона.

Внутренние полости крыла покрыты олифой в два слоя. Снаружи элероны и крыло ОЧК обтянуты полотном АСТ-100, покрываются лаком НЦ-551 в четыре слоя и окрашены алкидной краской белого цвета.

На воде устойчивость экранолету придают поплавки, выполненные из пенопласта ПХВ-1. Поплавки оклеены стеклотканью ACTT(6)C1 и прикреплены к консоли крыла через четыре ушка из стали 30ХГСА болтами М5.

Хвостовое оперение – стабилизатор с рулем высоты и киль с водяным рулем и рулем поворота. Киль обшит фанерой толщиной 1 мм и представляет собой обычную конструкцию, состоящую из носка, восьми нервюр и двух лонжеронов. Задний лонжерон – швеллер с полками 28×14 миллиметров из сосны и 1,5-миллиметровой фанерной стенкой. Передний лонжерон такой же, как и задний, но имеет полки 14×14 миллиметров. Носки килевых нервюр для уменьшения малковки изломаны и с передней кромкой киля образуют угол почти 90 градусов.

Руль поворота состоит из носка, обшитого фанерой, лонжерона, тринадцати нервюр и хвостового стрингера. Руль обшивается тканью АСТ-100 и подвешивается к килю в паре точках.

В плане стабилизатор имеет трапециевидную форму. Его профиль НАСА-0009 симметричный, угол установки +5 градусов от горизонтали экранолета. Каркас стабилизатора собирался из лонжерона, переднего стрингера, вспомогательной статей и 13 нервюр. Крепится стабилизатор на четырех ушках киля болтами. Носик стабилизатора зашивался миллиметровой фанерой БС-1.

Лонжерон стабилизатора имел коробчатое сечение с полками 20×12 мм из сосны и стенками из фанеры толщиной 1 мм. На лонжероне имеется два ушка для крепления подкосов, изготовленных из алюминиевых труб. Трубы придают комбинации "киль-стабилизатор" жесткость.

Руль высоты имеет конструкцию аналогичную рулю поворотов; к стабилизатору подвешивается в трех точках. Стабилизатор и руль обтягиваются тканью АСТ-100 и покрываются аэролаком и краской.

Винтомоторная установка состоит из двухцилиндрового четырехтактного карбюраторного мотоциклетного 32-сильного двигателя М-63, специального понижающего зубчатого редуктора (передаточное отношение 1:2,3), деревянного воздушного винта СДВ-2 фиксированного шага (диаметр 1,6 м) и моторной рамы из стальных труб диаметром 26 мм.

К мотораме двигатель крепится через резиновые амортизаторы болтами М8 и устанавливался на узлах силовых шпангоутов №№ 9, 12 за кабиной экипажа. Двигатель в режиме максимальной мощности развивает 4700 оборотов в минуту. Воздушный винт от редуктора получает 1900–2100 оборотов в минуту, что соответствует приблизительно 95–100 кгс тяги.

Это модифицированный ЭСКА-1 конструкции Грунина Евгения Петровича

Запуск винтомоторной установки производится электростартером СТ-4, установленным на двигателе и вращает его распределительный вал через шестерни. Источник питания электростартера – 12-вольтовый аккумулятор САМ-28. Для надежной работы системы зажигания, двигатель оборудован магнето "Катэк".

Стандартные карбюраторы из-за несогласованной работы при резких изменениях режимов двигателя не удовлетворяли, поэтому были заменены одним карбюратором "Вебер-32 ДСР".

Как видно из описания, конструкция экранолета ЭСКА-1 несложная. В его конструкции преобладают фанера, дерево, ткань. Количество металлических деталей минимальное и для их изготовления использованы недефицитные марки сплавов и сталей. Внешне ЭСКА-1 тоже довольно прост, криволинейных сложных поверхностей мало.

Летно-технические характеристики:

Модификация – ЭСКА-1;
Размах крыла – 6,90 м;
Длина – 7,80 м;
Высота – 2,20 м;
Площадь крыла – 13,85 м²;
Масса пустого снаряженного – 234 кг;
Полетная масса – 450 кг;
Тип двигателя – поршневой М-63;
Мощность – 32 л.с.;
Максимальная скорость – 140 км/ч;
Крейсерская скорость – 100 км/ч;
Практическая дальность – 350 км;
Высота полета на экране – 300–1500 мм;
Экипаж – 2 человека.

источник: https://topwar.ru/22683-eksperimentalny-ekranoplan-eska-1.html