Над водой парящий. Экранолет ЭСКА-1

Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.

Если вы наблюдали, как взлетает самолет, наверняка заметили: оторвавшись, он не сразу идет ввысь, а некоторое время разгоняется в горизонтальном полете, как бы накапливает силы для набора высоты. В общем, так оно и есть. Пока земля рядом, сказывается замечательное свойство крыла, движущегося в непосредственной близости от любой поверхности, нести машину с меньшими затратами мощности, чем вдали от нее, в свободном полете. Совсем не обязательно, чтобы роль экрана – так аэродинамики называют поверхность – играла земная твердь. Им может быть и вода – ведь и ее плотность намного превышает плотность воздуха. Помогая взлететь, влияние экрана нередко мешает посадке. Летчики-испытатели опытного Ту-144 отмечали: машина «не хотела» приземляться даже при минимальной скорости полета над полосой. Казалось, что машина, двигатели которой работают на холостых оборотах, может пронестись над всей ВПП, не потеряв и сантиметра высоты. Своим «норовом» самолет обязан особой форме крыла – вытянутого вдоль почти всего фюзеляжа, небольшого по размаху… И все-таки, как ни полезен (или вреден) самолетам эффект близости экрана, особого практического значения для авиации он не имеет. Ее стихия – высота. Взлет и посадка – режимы кратковременные, на них не сэкономишь!

А всегда ли нужно стремиться к заоблачным высям? Зачем, к примеру, транспортному аппарату небольшой, местной дальности так уж удаляться от земли, коль она помогает лететь? Разве не соблазнительно использовать в качестве экрана идеально ровную водную гладь или равнинную земную поверхность? Кустарник или отдельные деревья не в счет – через них нетрудно перемахнуть по инерции.

Обычный самолет, скажем, легкий Як-12, не очень приспособлен для такого режима. Длинное неширокое крыло почти не почувствует поддержки экрана. Тут нужен аппарат особый – что-то среднее между самолетом и катером – экранолет. Именно так называется машина, первые полеты которой состоялись летом 1973 года над Клязьминским водохранилищем.

Оснащенный 30-сильным мотоциклетным двигателем, с пилотом, пассажиром и дополнительным грузом на борту аппарат разгонялся до 120 км/ч. Стремительно пробежав по воде 80-100 м, машина взлетала, могла энергично развернуться на высоте 20-30 м и, снова снизившись, вихрем пройти над песчаной косой или отмелью. Немногочисленные зрители с удивлением наблюдали, как на лету аппарат буквально продирался сквозь заросли попавшегося на пути островка.

Легкое движение ручки – и машина взмывала над встречными катером или яхтой. После полетов аппарат сам выползал на пологий берег.

Экранолет ЭСКА-1 (экранолетный спасательный катер-амфибия) создан в Центральной лаборатории новых видов спасательной техники при ЦС ОСВОД РСФСР группой молодых инженеров, ядром которой были А. Гремяцкий, Н. Иванов, С. Чернявский, Ю. Горбенко и автор статьи. Понадобилось два года, чтобы изучить мировой опыт экранолетостроения, а затем построить и испытать пять различных конструкций машин и целую серию маломасштабных моделей.

Представьте половину воронки, обращенную выпуклостью вверх. Это и есть одна из испытанных нами моделей крыла. Продувки показали высокое аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к сопротивлению) такой несущей поверхности – 35-40. Приближаясь к экрану, «полуворонка» как бы собирает набегающий воздух под собой, в пазухе. Поток под крылом резко затормаживается, давление растет. В результате увеличивается подъемная сила. Аэродинамическое сопротивление, напротив, падает – из-за уменьшения так называемых индуктивных потерь. Набегая на крыло под некоторым углом атаки, поток изменяет направление и отклоняется вниз. Именно на этот скос потока и расходуется энергия двигателя аппарата – тем больше, чем меньше скорость полета: при постоянной подъемной силе недостаток скорости компенсируется увеличением угла атаки. Экранолету и не нужен большой скос потока – при рабочих углах атаки 2–8°, вблизи земли, его подъемная сила на 40-45% больше, чем на высоте. К тому же экран мешает вихреобразному перетеканию воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю, что также уменьшает индуктивное сопротивление.

Однако далеко не все изменения в аэродинамике крыла, когда оно приближается к экрану, оказались на руку создателям экранолетов. Чем меньше расстояние до поверхности, тем дальше смещается назад центр давления крыла. Это не так страшно, если аппарат все время стелется над землей или водой – его можно отбалансировать. А как восстановить равновесие при подлете, когда влияние экрана резко падает? Вот она, главная проблема наших предшественников – малая продольная устойчивость.

Первому с этим досадным и, как казалось, принципиальным пороком экранолета пришлось повозиться финскому инженеру Т. Каарио. Его бесхвостые машины неплохо вели себя вблизи земли, но обнаруживали опасную неустойчивость при удалении от экрана. Как говорят в авиации, не хватало устойчивости по тангажу – без всяких видимых причин аппарат норовил спикировать или, наоборот, задрать нос.

Точно так же спустя тридцатилетие, в начале 60-х годов, вели себя экранолеты японской фирмы «Кавасаки». Не очень помогли эксперименты с различными вариантами хвостового оперения. Японцы так и не рискнули эксплуатировать опытные образцы на действительно экранолетном режиме и полностью отделять их от воды. Перестав быть судами, аппараты так и не превратились в летательные машины. Судя по всему, наших предшественников подвела схема «летающее крыло», по которой построено большинство зарубежных экранолетов: несущее крыло и две концевые шайбы, играющие роль поплавков. Куда успешнее прошли эксперименты известного аэродинамика и конструктора Александра Липпиша. Его Х-112 и Х-113 Ам продемонстрировали отличные летные свойства и сносную устойчивость. Отмечая, что

«создание экранолетов типа «летающее крыло» без специального, отдельно расположенного стабилизатора обречено на неудачу»,

Липпиш выбрал самолетную (фюзеляжную) схему. И в самом деле естественней приблизить к экрану легкий гидросамолет, чем заставить летать судно-катамаран!

Очень пригодился нам и отечественный опыт – еще в 1948 году летчик и изобретатель М. Кузаков разработал проект аппарата, предназначенного для движения в режиме экрана, и построил модель. Материалы по продувке планера МАК-15 конструкции Кузакова, проведенные в 1951 году, в большой степени повлияли на выбор аэродинамической компоновки крыла нашего экранолета. МАК-15 обладал замечательными летными качествами. Интересная аэродинамическая схема и удачный подбор профилей позволили резко улучшить срывные характеристики аппарата. Высокий коэффициент подъемной силы крыла сохранялся до весьма больших углов атаки. Именно поэтому для экранолета мы применили тот же набор аэродинамических профилей, что и в планере МАК-15.

Вспомните, как выглядит хвостовое оперение многих современных самолетов – оно Т-образное: стабилизатор расположен на конце киля. Сделано это и для того, чтобы вывести горизонтальное оперение – оно «заведует» продольной устойчивостью машины – из потока, возмущенного при обтекании крыла.

Такую схему оперения выбрали и мы. Оказалось совсем непростым делом, как спроектировать стабилизатор, чтобы рулей высоты хватало на всех режимах экранного и свободного полета машины. Горизонтальное оперение пришлось сделать достаточно большой площади, длинным.

Не обошлось, конечно, и без гидродинамических расчетов аппарата. Справиться с трудной задачей нам помог известный конструктор и историк авиации В. Б. Шавров. Его советы и рекомендации помогли избежать досадных ошибок.

Расчеты, конструирование и изготовление экранолета заняли восемь месяцев напряженной работы. Мало кто верил, что можно подняться в воздух с маломощным 30-сильным двигателем. Слышали мы и «прогнозы» вроде: «Куда там летать, хорошо, если не потонет».

Между тем «наводные» испытания шли полным ходом. Определили истинную центровку аппарата, измерили углы дифферента, произвели нивелировку. Винтомоторная установка сдала последний 10-часовой экзамен по надежности.

29 августа экранолет ЭСКА-1-0673 совершил свой первый полет. В ходе дальнейших испытаний, которые провел летчик, мастер спорта СССР А. Балуев, удалось выяснить, что весовая отдача (отношение полезной нагрузки к полетному весу) аппарата составляет около 50%, что он обладает достаточным запасом устойчивости и хорошо управляем на различных высотах. Полеты доказали правильность основных идей и концепций, положенных в основу конструкции.

Пока наш экранолет – опытная машина. Именно на малых, сравнительно недорогих аппаратах удобно проводить эксперименты. Высокие скорости даются при умеренной мощности силовой установки. И хотя построенный нами экранолет еще далек от совершенства, полученные результаты обнадеживают. Очередь за новыми серьезными экспериментами, которые увенчаются созданием практически пригодных экранолетов. В них нуждаются полярники и геологи, связисты и строители – все, кто сегодня осваивает богатства Сибири и Дальнего Востока, Крайнего Севера и Целинного края.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Из истории экранолетов

Один из первых в мире экранолетов испытан зимой 1932 года финским инженером Т. Каарио. Аппарат буксировался аэросанями.

В начале 30-х годов известный советский инженер и изобретатель П. Гроховский разработал проект транспортного экранолета-амфибии по схеме «летающее крыло».

В 1935 – 1936 годах Т. Каарио продолжил свою работу и построил аппарат, оборудованный двигателем с воздушным винтом. В течение последующих тридцати лет финский инженер построил ряд экранолетов, выполненных с различными аэродинамическими н конструктивными компоновками. Последний аппарат, «Аэросани. № 8», Т. Каарио испытал в начале 60-х годов.

В 40-х годах эксперименты с экранолетами проводились в Швеции, под руководством Н. Троенга. Первый экранолет весил 3 т и был оборудован двумя авиационными двигателями. Затем по схеме «летающее крыло» был построен одноместный аппарат «Аэробот».

В послевоенные годы широкие работы по созданию экранолетов проводились в США.

Инженер Н. Дискинсон в 1962 году построил и успешно испытал двухместный экранолет, выполненный по схеме «летающее крыло».

Известный американский авиаконструктор самолетов с вертикальным взлетом У. Бертельсон построил и испытал три аппарата «Аркоптер»: GEM-1, GEM-2, GEM-3 – весом от 0,4 до 1,1 т.

В фирме «Локхид» с 1960 года разработкой и постройкой опытных экранолетов руководил В. Корягин.

В эти же годы экспериментами с моделями экранолетов занимался швейцарский конструктор X. Вейланд, работавший в США. Под его руководством была построена большая пилотируемая модель «Малый Вейланд-крафт весом 4,3 т – копия спроектированного тысячетонного экранолета «Большой Вейландкрафт». Оба аппарата представляли собой катамараны с двумя крыльями большого удлинения, расположенными тандем.

В 1964 году известный немецкий авиаконструктор А. Липпиш, работая в США, на фирме «Коллннз рэдно корпорейшн», построил экранолет «Аэрофойлбоут» Х-112, выполненный по «самолетной» схеме. Позднее, в 1971 году, уже в ФРГ Лнппиш создал очередной аппарат Х-113 Ам. Испытательные и показательные полеты экранолета Х-113 Ам производились на Боденском озере и на озере Констанца (ФРГ).

С начала 60-х годов работы в области экранолетостроения начала японская фирма «Кавасаки». Три построенных аппарата представляли собой катамараны с несущим крылом малого удлинения и мощным подвесным мотором.

В Одесском институте инженеров морского флота (ОНИМФ) с 1963 года ведутся работы по созданию небольших одноместных экранолетов. Группа конструкторов под руководством Ю. Будницкого создала три модификации экранолетов. Все они выполнены по схеме «летающее крыло».

источник:  http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/1974-12—num32