Место экранопланов в системе транспорта. Области эффективного применения
(А. И. Маскалик, Р. А. Нагапетян, А. И. Лукьянов. Экранопланы-транспортные суда будущего. Изд. Судостроение. С-Петербург, 2013)
Экранопланы (ЭП) обеспечивают скорости движения на порядок и выше, чем традиционные суда, обладают более высоким аэродинамическим качеством и мореходностью, чем гидросамолеты [5, 7]. Кроме того, ЭП обладают и таким уникальным качеством, как амфибийность. Все эти качества объединить каким-либо одним обобщенным показателем проблематично. Поэтому приближенную сравнительную оценку ЭП с другими видами транспортных
средств производят по диаграмме, предложенной Карманом и Габриелли [5, 6].(диагр. прилагается) По оси ординат этой диаграммы нанесено значение совершенства транспортного средства (Т.С.) в виде ходового качества К (отношение массы Т.С. к силе сопротивления его движению), которое для судов эквивалентно гидродинамическому или гидроаэродинамическому качеству; для самолетов, вертолетов и ЭП – аэродинамическому качеству. По оси абсцисс этой диаграммы нанесена скорость движения.
Приведена диаграмма Кармана - Габриэлли для сравнительной оценки эффективности различных транспортных средств, в том числе ЭП. Видно, что в диапазоне скоростей 200-500 км/ч аэродинамическая эффективность ЭП, определяемая произведением КV, значительно выше, чем у других Т.С. С точки зрения перспектив развития ЭП представляет интерес оценка значений величины их КV, которая широко используется при прогнозировании развития летательных аппаратов, а также при сравнительном анализе достигнутого уровня в области аэродинамики и проектирования. В основе этой оценки лежит известная гипотеза Кармана, согласно которой широкий класс транспортных аппаратов, включающий водоизмещающие суда и корабли, подводные лодки, самолеты на данном техническом уровне характеризуется одинаковой величиной =const. Эта величина определяется наклоном огибающей линии соответствующих зависимостей . Универсальность предельной линии подтверждается практически и служит основанием для прогнозирования развития, а также открывает возможность даже по единичным экспериментальным точкам для построенных Т.С. судить о принципиально достижимом уровне аэродинамики широкого класса летательных аппаратов и наряду с этим оценить степень их аэродинамического совершенства.
Каждому уровню технического развития какого-либо транспортного средства соответствуют свои значения КV=const. Оценка предельных значений аэродинамической эффективности ЭП и сопоставление ее с аналогичной оценкой для самолетов показывает, что на одном и том же техническом уровне предельные значения КV ЭП и самолетов близки.
Главными преимуществами ЭП перед надводными судами являются практически на порядок большая скорость хода и амфибийность. Последняя обеспечивает ЭП способность самостоятельного выхода на относительно
ровный необорудованный берег, в том числе и при наличии ледового припая, и базирования на берегу. Способность ЭП двигаться над заснеженными и ледовыми поверхностями, а также над землей делает их все сезонным видом водного транспорта.
Имея высокие мореходные качества, ЭП значительно превосходят гидросамолёты при использовании в морских и океанских условиях.
Эффективность использования ЭП для пассажирских и грузовых перевозок очевидна [5, 7, 15, 16, 22].
Спасательные ЭП позволят эффективно решать задачи по спасению людей с терпящих бедствие судов, кораблей, подводных лодок, летательных апп-
аратов и приводнившихся космических объектов, а также оказывать им первую медицинскую помощь. Как по скоростным возможностям, так и мореходным качествам, автономности и большой грузоподъемности ЭП будут незаменимы при ведении спасательных операций.
Важное место отводится ЭП в военно – морском флоте.
Касаясь военного применения ЭП, отметим, что первые в истории мировой техники практические образцы этих высокоскоростных кораблей, транспортно-десантный «Орленок» и ракетный «Лунь», были созданы под руководством Р. Е. Алексеева для отечественного военно-морского флота и были приняты им на вооружение в 80-х годах прошлого века.
По мнению военных специалистов, корабли – экранопланы способны значительно повысить боевую эффективность военно-морского флота.
Как отмечено в [4]: «Основным преимуществом экранопланов перед надводными кораблями и катерами является значительно (в 5-10 раз) большая скорость хода, которая обеспечивает экранопланам малое время решения задач, высокие поисковые скорости в противолодочных операциях, свободу маневрирования в бою с надводными кораблями, возможность быстрой передислокации с целью наращивания сил в угрожаемом районе, практическую неуязвимость от минно-торпедного оружия. Приближаясь по скоростным показателям к самолетам, экранопланы имеют перед ними ряд значительных преимуществ: повышенную скрытность от радиолокационного обнаружения за счет весьма малых высот полета, возможность, для амфибийных экранопланов, самостоятельного выхода на необорудованный берег, в том числе и при наличии ледового припая, возможность совершать
посадку на взволнованную поверхность моря (значительно более высокую волну, чем гидросамолеты) и находиться на плаву в районе действий, сохраняя боевые возможности.
Экранопланы могут быть использованы для создания принципиально новых боевых кораблей ВМФ, предназначенных для борьбы с надводными и подводными силами противника, перевозки и выгрузки десантных сил и различных военных грузов, спасения экипажей терпящих бедствие на море объектов.
Ракетные экранопланы, как составная часть ударных сил флота, способны успешно решать задачи по нанесению ракетных ударов по надводным кораблям. Значительное превосходство в скорости над другими типами надводных кораблей, в том числе и с динамическими принципами поддержания, позволит в короткие сроки развертывать ракетные экранопланы для усиления группировок надводных сил и создания превосходства ударных сил на заданном (угрожаемом) направлении. Имея малое время решения задачи и быстроту маневра, ракетные экранопланы будут меньше подвержены воздействию со стороны противника в сравнении с надводными кораблями других типов как на переходе морем, так и в районе решения задачи при нанесении ракетных ударов.
Преимущество ракетных экранопланов, в сравнении с ракетоносной авиацией, будет состоять в возможности их рассредоточенного базирования, не требующего взлетно-посадочных полос и дорогостоящего стационарного аэродромного оборудования. Это позволит заблаговременно рассредоточивать ракетные экранопланы в морских районах, непосредственно прилегающих к районам боевых действий.
Противолодочные экранопланы могут иметь качественные преимущества над другими типами противолодочных надводных кораблей и самолетов по поисковым возможностям, что позволит расширить круг решаемых задач в борьбе со скоростными многоцелевыми подводными лодками. Большая дальность хода обеспечит противолодочным экранопланам решение задач поиска подводных целей на сравнительно значительных удалениях от наших военно-морских баз.
Десантные экранопланы могут успешно решать задачи высадки небольших передовых тактических групп десанта для захвата побережья и обеспечения высадки основных сил, наращивания десантных сил, доставки боевой техники и военных грузов, а также эвакуации раненых. Большая скорость хода, скрытность и внезапность действий, возможность высадки десантных сил непосредственно на берег (свойство амфибийности) дают основание считать десантные экранопланы весьма перспективными для десантных операций.
Спасательные экранопланы позволят решать задачи по спасению экипажей с терпящих бедствие кораблей, подводных лодок, транспортов, летательных аппаратов и приводнившихся космических объектов, а также оказывать им первую медицинскую помощь. По скоростным возможностям они будут уступать спасательным самолетам, однако их мореходные качества, автономность и большая грузоподъемность являются неоспоримыми преимуществами при ведении спасательной операции.
Представляет интерес экраноплан и как авианосное транспортное средство. Имея скорость, соответствующую взлетно-посадочным скоростям самолетов (200-300 км/ч), экраноплан способен обеспечить взлетно-посадочные режимы современных палубных самолетов без специальных дорогостоящих устройств (катапульты, тормозные устройства и т.д.), а также обеспечить использование самолетов в условиях интенсивного волнения.
Все это в перспективе позволяет рассматривать экранопланы как эффективные боевые средства Военно-Морского Флота».
Не меньше перспектив внедрения ЭП в различные области пассажирского и транспортного судоходства.
С 90-х годов ХХ века российскими конструкторами проводятся активные работы по созданию транспортных ЭП, которые ныне представлены первым морским прогулочным ЭП «Акваглайд» и проектами перспективных транспортных ЭП различных назначений [6, 7, 8, 22, 23].
Таким образом, уже в начале ХХI века человечество получило реальную возможность реализовать новый вид высокоскоростного всесезонного транспортного средства - ЭП, позволяющие высокоэффективно, со скоростями, приближающимися к авиационным, и безопасно обеспечить перевозку пассажиров и грузов на скоростях до 500 и выше км/ч на малых экранных высотах в условиях водной (высота волны до 3,5 м), земной, ледовой и заснеженной поверхности, обладающие амфибийными качествами, возможностью самостоятельного выхода на берег, движения и базирования.
Особое внимание уделено разработке ЭП для освоения и обеспечения жизнедеятельности Севера и Арктики. Широкомасштабная конструкторская разработка в РФ перспективных ЭП, в том числе для Севера и Арктики, создали тот научно-технический задел, который может быть востребован и реализован в ближайшие годы [6,7,8,22].
Этому способствует созданная к настоящему времени правовая база для создания ЭП на уровне Международной Морской Организации ИМО и РФ [7,8].
В наибольшей мере недостаток транспорта ощущается на Севере с его богатейшими природными ресурсами. Так северные регионы России занимают почти 70% её территории. Здесь в настоящее время добывается более 90% природного газа, меди и никеля, 80% золота и алмазов, 75% нефти, производится 25% лесной продукции и 18% электроэнергии.
Уникальные природные условия, сложная ледовая обстановка, мелководье шельфа затрудняют или делают невозможным использование в этом регионе традиционных водного и др. видов транспорта [7,8].
Большие трудности с доставкой грузов живущим и работающим на Севере. Северный Морской Путь (СМП) уже не обеспечивает современные потребности Севера России не только в вывозе добываемых там природных ресурсов, но и в завозе необходимых Северу товаров. Поэтому проект создания Арктической Комплексной Производственно-Транспортной Системы (АКТПС), [7,8,22], опирается на использовании для Российского Севера перспективных для этих условий нетрадиционных видов транспорта. Одним из этих видов транспорта, несомненно, являются новые высокоскоростные суда - ЭП, обладающие не только высокой скоростью, мореходностью, амфибийностью и экономичностью, но и возможностью их всесезонного использования, важнейшими для Севера и Арктики качествами.
В частности, тактико-технические данные проектов ЭП, разработанных нами обеспечивают им при скоростях движения до 400 км/ч дальность хода до 6000 км, мореходность до 5-и баллов, амфибийность и расход топлива 30-40 г на перевозку одного пассажира на один км. [6,7,22].
Экранопланы способны не только в любое время года обеспечивать полёт на весьма низких высотах над водой, снегом, льдом, землёй на высоких скоростях, но и двигаться в амфибийном режиме по снегу, льду, земле, преодолевая препятствия высотой до 1,5 м.
Одно из важнейших направлений работ - расширение области использования ЭП. В настоящее время уже развернуты работы по подготовке к серийному строительству ЭП для прогулок и туризма. ЭП весьма эффективны, а значит и перспективны, как транспортные средства скорой медицинской помощи в труднодоступных и отдалённых районах, особенно в северных районах, а также для оперативного решения неотложных задач в рамках МЧС РФ. На ЭП возлагаются огромные надежды в решении проблем северного завоза и вывоза продуктов переработки природных ресурсов Севера.
К Арктическим морям, омывающим РФ, относятся Баренцево, Карское моря, море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря. Этот регион щедро
насыщен месторождениями полезных ископаемых. Российский Арктический шельф является крупнейшим нефтегазоносным бассейном мира, который содержит не менее 100 млрд. т. условного топлива в нефтяном эквиваленте [8]. Роль освоения арктических недр РФ со временем несомненно будет всё
более возрастать. В Арктике сосредоточены огромные и уникальные месторождения платиновых минералов, нефти, газа, меди, никеля, олова, алмазов, апатитов, золота, ртути, редких металлов, а также других видов минерального сырья [20].
Для решения перечисленных транспортных задач Севера и Арктики нами предложены ЭП различных водоизмещений и назначений для перевозки грузов, в том числе по руслам крупных и средних рек, а также по тундре.
Это должно обеспечить решение ряда актуальных проблем, в первую очередь, круглогодичное транспортное обеспечение задач освоения Севера и Арктики.
Эффективное применение ЭП в условиях Севера и Арктики зависит не только от их тактико-технических, экономических и др. важных характеристик, но и от безопасности их эксплуатации. Вопросы безопасности эксплуатации ЭП к настоящему времени решены в значительно большей степени, чем, например, для самолётов, которые применяются на Севере и в Арктике.
Так на крейсерском режиме движения ЭП, с одной стороны, жёстко привязаны к экрану экранным эффектом), с другой - в случае чрезвычайной ситуации способны в любое время осуществить посадку, т.к. «аэродром» всегда под ними. Даже возникновение на трассе полёта ЭП высокого не спецификационного волнения моря не является угрозой для безопасности ЭП. И в этих условиях у него есть выбор безопасного продолжения движения: или увеличение высоты и продолжение полёта, или посадка на воду и движение ( или плавание) в водоизмещающем режиме.
Высокие амфибийные качества ЭП позволяют ему уверенно двигаться по поверхности земли, льда, снега с разными скоростями, преодолевая существенные неровности поверхности (выступы, впадины, торосы), уклоны поверхности; обеспечивать ему способность выхода на
относительно ровный берег или специально оборудованную площадку для погрузочно-разгрузочной операции, базирования, ремонта, заправки и т. д.
Успешным разработке и внедрению ЭП способствует не только то, что к настоящему времени в РФ создан необходимый для этого научно-технический и эксплуатационный задел, в том числе для решения актуальных вопросов проектирования ЭП различных назначений [7], но для этого создана уже необходимая международная и российская правовая база. Международной Морской Организацией (ИМО) в 2002 году утверждено «Временное руководство по безопасности ЭП», а Российским Морским Регистром Судоходством в 1998 г – «Правила классификации и постройки малых ЭП типа А» [8].
Экранопланостроение в других странах в настоящее время также переживает подъем. В частности, работы германских конструкторов в области создания
ЭП А. Липпиша, Г. Йорга и Х. Фишера доведены до создания малых экспериментальных образцов ЭП различных аэрогидродинамических компоновок [7,27]. Активно работают в направлении создания ЭП ученые и конструкторы Австралии, Китая, Великобритании, Кореи и др. стран [7,26, 27].
Особо высокая степень активности в области создания ЭП различных назначений наблюдается с 90-х годов ХХ века в Китае, где тема ЭП поставлена среди первоочередных задач в программах развития науки и техники, известных как «Национальная программа исследований и разработок ключевых технологий» и «Программа развития высоких технологий «Факел» [25]. В этой связи представляет интерес современная китайская концепция о наиболее актуальных направлениях применения ЭП. Как следует из [26], китайские ученые и конструкторы ЭП выделяют три основных направления применения ЭП: военное, гражданское и в силовых структурах.
Военный аспект применения ЭП характеризуется ими с позиций того, «что ЭП – идеальное высокоскоростное средство, которое трудно обнаружимо как средствами ПВО, так и навигационными радарами береговых служб…, что это идеальная силовая платформа для ракетных средств поражения кораблей и береговых объектов и превосходное десантное средство». Упоминаются планы разработки в Китае ЭП этого направления на 500 человек и 250 человек, а также ЭП специального назначения на 400 тонн.
Второе, гражданское направление применения ЭП, характеризуется ими с позиций того, «что ЭП как нельзя лучше подходят для транспортных перевозок пассажиров и грузов на внутренних каботажных линиях в Южно - Китайском море и международных перевозок в сложном сплетении проливов и фарватеров Юго – Восточной Азии. ЭП большой грузоподъемности могут составить мощную конкуренцию развитым в этом регионе паромным перевозкам, сокращая время нахождения в пути» Кроме того, подчеркивается необходимость в ЭП, как «средствах системы береговой спасательной службы, рыбоохраны…оказания срочной медицинской помощи населению, проживающему на островах, персоналу нефтедобывающих платформ, передовых геологоразведывательных платформ в районах спорных островов и т.д.».
Третье направление, использование ЭП силовыми структурами страны, предполагает использование их таможней в борьбе с контрабандой для снижения объема нелегального товара на рынках страны. Аналогичные надежды возлагаются на ЭП полицией, миграционной и карантинной службами. Появление маневренных, высокоскоростных ЭП окажет, по мнению китайских специалистов, значительное влияние на ситуацию при охране прибрежных рыбных районов силами морской пограничной охраны.
Высоко оценивается значение использования ЭП при борьбе с пиратством на транспортных путях, т. к. «На начало 21 века проблема пиратства стало одной из важнейших проблем в Южно – Китайском море и проливах Юго–Восточной Азии».
И хотя в настоящее время российское экранопланостроение по общему признанию [8,24] опережает зарубежное, в ближайшие годы и в других странах, таких как Китай, Германия, Австралия, Корея реально ожидать практических результатов в создании ЭП различных назначений.
В заключении отметим, что большой вклад в создание экранопланов в нашей стране внесли ведущие авиационные ученые и конструкторы: генеральные конструкторы А. Н. Туполев, В. М. Мясищев, А. И. Микоян, О. К. Антонов, В. М. Симонов, ученые ЦАГИ и ЛИИ и др., о чем можно ознакомиться в приведенной литературе. Работы по созданию российских экранопланов в 1984 г были удостоены высших наград-Ленинской и Государственной премий.
И, наконец, отметим высочайшую оценку созданных алексеевских экранопланов со стороны крупнейшего ученого США проф. Тулина на международной конференции по скоростным судам в Амстердаме в 1998 г:
«Успехи русских-это феномен Алексеева, который совершил две технических революции в судостроении (первая-суда на подводных крыльях)…Создание экранопланов-это выдающееся достижение русских.»
Так что нам есть чем гордиться, в том числе экранопланами, и никакие «моськи» не смогут нам в этом помешать.
А вот то, что после распада СССР Россия пока не в состоянии поддержать реализацию своего творческого потенциала - это наша беда, которую мы, надеемся со временем преодолеть.
ЛИТЕРАТУРА
4. Лайковский П. И. Экранопланы и взгляды на их боевое применение. Зарубежное военное обозрение. 1985. №4
5. А. И. Маскалик, Д. Н. Синицын и др. Экранопланы. Особенности теории и проектирования. СПб.; Судостроение, 2000.
6. А. И. Маскалик, Экранопланы – транспорт XXI века. СПб., Судостроение, №5, 2002.
7. А. И. Маскалик, Р. А. Нагапетян, А. И. Лукьянов и др. Экранопланы – транспортные суда ХХ1 века. С-Пб., Судостроение, 2005.
8. А. И. Маскалик, Р. А. Нагапетян и др. Крылатые суда России. С-Пб., Судостроение, 2006.
9. Остославский И. В. Аэродинамика самолета. М.: Оборонгиз, 1957.
10. Проектирование самолетов. Под редакцией С. М. Егера. М., Машиностроение, 1983.
11. Серебрийский Я. М. Влияние близости земли на аэродинамические характеристики самолета Труды ЦАГИ,1936. Вып. 267.
12. Стругов Л. В.. Экранопланам быть! Журнал «Арсенал 21 века» №2 (7),
2010
3. Юрьев Б. Н. Влияние земли на аэродинамические свойства крыла. Вестник воздушного флота, №1, 1923.
14. A. I. Maskalik "The Main Problems to be Solved During Design of Ekranoplans of the Second Generation" in Proceedings of the International Workshop Wise up to ekranoplan GEMS, The University of New South Wales, Sydney, Australia, 15-16 June 1998, p.p. 200-208.
15. A. I. Maskalik, K. V. Rozhdestvensky, D. N. Sinitsin "A View of the Present State of Research in Aero- and Hydrodynamics of Ekranoplans" in Proceedings of the Meeting Fluid Dynamics Problems of Vehicles Operating Near or in the Air-Sea Interface Amsterdam, 5-8 October 1998, p.p. 25/1-24/11.
16. Dr. A. I. Maskalik, D. N.Sinitsin, "The Ekranoplans in New Type of High Speed Water Transport which can be used in all Seasons", Workshop Proceedings of Ekranoplans & very fast craft, 5-6 December, 1996, Sydney, Australia, p.p. 152-162.
17. Dr. A. I. Maskalik, D. N. Sinitsin, "The First Commercial Ekranoplan "Amphistar" and Prospects ь for the Development of Passenger Ekranoplans" in Proceedings of the Meeting Fluid Dynamics Problems of Vehicles Operating Near or in the Air-Sea Interface Amsterdam, 58 October 1998, p.p. 24/1-24/18.
18. Maskalik A. I., Sinitsin D. N., Litinsky L. O., "The Present Day State and Prospect for the Development of Commercial Ekranoplans", in Proceeding Workshop EKRANOPLANS&VERY FAST CRAFT, The University of New South Wales, Sydney, Australia, 5-6 December, 1996, p.p. 163176.
19. Fisher H. and Matjasic K., Fisher Flugmechanik "From Airfisch to Hoverwing" in Proceedings of the International Workshop Wise up to ekranoplan GEMS, The University of New South Wales, Sydney, Australia, 15-16 June 1998, p.p. 69-89.
20. Maskalik A.I. The Main Research Problems Solved in Designing Russian Ekranoplans and which are Necessary to be Solved for Wide Practical Effect Simposium Toulouse, France, Iune 2001Realization of Ekranoplans. Prepared for the EAGES 2001 International Ground Effect Simposium Toulouse, France, Iune 2001.
21. Maskalik A.I. Problematic questions of aerohydrodinamics and dynamics of movement of transport ekranoplans. International Conference of Fast Sea Transportation. FAST-2005, St. Petersburg, Russia, 2005.
22. R.A. Nagapetyan, D.N. Sinitsjn. Сurrent status and Future trends of transport Grand – Effect machines (ekranoplanes). International Conference of Fast Sea Transportation. FAST-2005, St. Petersburg, Russia, 2005.
23. Maskalik A.I., Sinitsin D.N., "The Ekranoplans in New Type of High Speed Water Transport which can be used in all Seasons", Workshop Proceedings of Ekranoplans & very fast craft, 5-6 December, 1996, Sydney, Australia.
24. M. Tulin "A View of the Present State of Research in Aero- and Hydrodynamics of Ekranoplans" in Proceedings of the Meeting Fluid Dynamics Problems of Vehicles Operating Near or in the Air-Sea Interface Amsterdam, 5-8 Oktober 1998.
25. Экранопланы в Китае. Проект «Абирус». http://www.abirus.ru/o/d_eplan.htm, 16.05.2006.
26. R.A. Nagapetyan, A.I. Maskalik, A.I. Lukyanov
Marine passenger ekranoplan of the project K02 – the first in the world practice passenger ekranoplan, developed by CJSC “ATTK” in compliance with the international and Russia’s national juridical regulations for the purpose of carrying passengers in sea conditions.
International Conference on innovative approaches to further increase speed of fast marine v ehicles, moving above, under and in water surface.Super FAST2008, 2-4 July 2008, Saint-Petersburg, RUSSIA
27. Janes. High – Speed Marine Transportation. 2007 – 2008
Информация