CC BY
26УДК 629.124.9.039
В.И. Любимов, д.т.н, проф. ФБОУВПО «ВГАВТ». 603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А. Ю.Г. Варакосов, к.в.н., директор ассоциации «Экраноплан». В.И. Барышев, ведущий конструктор ООО «ЭО Орион». 119048, Москва, ул. Усачева 62, офис 8.
СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СФЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ЭКРАНОПЛАНОВ
Рассмотрены современные концепции использования экранопланов в транспортных системах, технико-эксплуатационные требования к новым судам. Приведены примеры перспективных сфер использования экранопланов.
Более чем полувековой опыт исследования эффекта опорной поверхности (экрана) и проблемы создания экранопланов (ЭП) привели к чрезвычайно большим объемам теоретических и экспериментальных знаний. Значительная активизация исследований по экранопланной практике произошла в начале 60-х годов XX века, когда стали реализовываться крупномасштабные проекты фундаментальных научных исследований и разработки опытных образцов ЭП. Почти одновременно комплексные исследования по проблеме ЭП стали выполняться в СССР (Р. Алексеев, А. Панченков, Р. Бартини), США (А. Липпиш), ФРГ (Х. Фишер, Г. Иорг) и Китае. В XX веке отдельными конструкторами и научно-исследовательскими центрами разных стран было построено более полусотни экспериментальных ЭП различного назначения. В настоящее время известно более 70 различных проектов ЭП, основную массу которых составляют небольшие экспериментальные аппараты. Однако лишь единицы из разработанных ЭП были запущены в коммерческую эксплуатацию. Одной из причин подобного состояния является сложность рассматриваемой проблемы и недостаточное выполнение фундаментальных и прикладных исследований в создании конкретных типов ЭП.
Известно, что генеральная стратегия создания ЭП опирается на два фундаментальных факта. Первый - существует положительный эффект экрана, при котором при движении крыла вблизи твердой границы существенно возрастает подъемная сила и снижается индуктивное сопротивление, так что аэродинамическое качество резко возрастает по сравнению с крылом самолета. Второй - спокойная поверхность воды является идеальным видом экрана, однако при появлении волн высотой 3 м и более на ней значительно усложняются взлет и посадка ЭП и появляются жесткие требования к мореходности новых транспортных средств. Эта стратегия выдвигает на передний план задачу поиска в концепции создания того или иного типа ЭП компромисса между антагонистическими качествами: положительным (эффект экрана) и отрицательным (трудности взлета и посадки с воды). Уже на начальной стадии проектирования ЭП экспертиза должна дать ответ, насколько эффективно решена задача упомянутого компромисса, насколько необходимо осуществлять взлет и посадку ЭП с водной поверхности. Подробно эти актуальные вопросы рассмотрены в монографии «Экспертиза экранопланов» [1].
Высокая скорость, амфибийность, комфортные условия полета и экономичность ЭП привлекают интерес транспортных компаний возможностью качественно повысить эффективность перевозок на речных, морских и океанских трассах. Закономерно, что в крупных фирмах, занимающихся созданием новых транспортных средств, наряду с отработкой базовых схем ЭП, выполняются исследования по формированию на их основе транспортных систем различного назначения.
Для рентабельной работы ЭП, помимо требований безопасности движения, необходимо обеспечить регулярность рейсов по внешним условиям и эффективность обслуживания как пассажиров или грузов, так и самого транспортного средства. Применительно к ЭП эти условия обеспечиваются комплексом стартово-посадочных устройств, которые гарантируют мореходность судов и их выход на береговую площадку для технического обслуживания и ремонта. В экономическом отношении эффект экрана реализуется в основном за счет снижения расхода топлива при движении ЭП в крейсерском режиме, что непосредственно не связано с условиями базирования судна.
Выделяют две концепции использования ЭП в транспортных системах. Первая концепция «аэропорт - акватория», при которой ЭП, как самолет, взлетает с аэропорта, совершает полет над акваторией в приэкранном режиме, а затем совершает посадку в аэропорту назначения. Вторая концепция «гидропорт - акватория», при которой ЭП базируется на береговой площадке, стартует с водной поверхности, выполняет полет над акваторией в приэкранном режиме и возвращается на берег. У каждой из упомянутых концепций использования ЭП имеются определенные преимущества и недостатки, которые влияют на аэрогидродинамическую схему и конструкцию транспортного средства [2].
Концепция «аэропорт - акватория» ориентирована на традиционную авиационную инфраструктуру и не требует создания новой системы технического обслуживания ЭП. В конструкции ЭП, предназначенных для такой системы, можно использовать аэродинамическое совершенство самолетов для снижения сопротивления в экранном полете, поскольку нет необходимости в дополнительных устройствах для старта и посадки с водной поверхности. ЭП подобного типа будут обладать наибольшей экономичностью и дальностью полета в крейсерском режиме. Потенциальными районами эксплуатации таких ЭП могут рассматриваться морские и даже океанские трассы. Приведем пример. После многолетних исследований по концепции «аэропорт- акватория», как наиболее простой и не требующей разработки мореходных стартово-посадочных устройств ЭП, американская фирма «Боинг» заявила о намерении приступить к созданию коммерческой транспортной системы на базе сверхтяжелого самолета - экраноплана типа «Пеликан». В проекте используется эффект ЭП для повышения аэродинамического качества и передовые авиационные технологии [4].
Концепция «гидропорт - акватория» предполагает эксплуатацию ЭП в системе водного транспорта, в которой все транспортные операции осуществляются на воде. Для этой концепции характерен широкий спектр использования ЭП в различных вариантах: от прогулочных и служебных катеров до межконтинентальных контейнеровозов. Все созданные к настоящему времени ЭП ориентированы на подобный вариант транспортных систем.
По конструктивному устройству и условиям эксплуатации ЭП можно отнести и к водному, и к авиационному транспорту, системы технического обслуживания которых не связаны между собой. В этом варианте для регулярной эксплуатации ЭП требуется создание собственной инфраструктуры, включающей специальный порт, систему причалов для остановок в промежуточных пунктах на трассе.
При формировании транспортных систем на базе ЭП их основными пунктами базирования можно считать речные и морские порты. И это объяснимо: с одной стороны они являются местами отправки пассажиров и грузов, а с другой, как правило, имеют в своей структуре ремонтные базы. Основные требования к оборудованию трасс для движения ЭП и пунктам их базирования приведены в работах [2, 6].
При организации скоростных транспортных систем на базе ЭП необходимо использовать накопленный отечественный и зарубежный опыт эксплуатации СПК и СВП различного назначения [2, 3, 8]. Анализ опыта эксплуатации скоростных судов позволял сформулировать следующие технико-эксплуатационные требования к ЭП: лётные характеристики разрабатываются по классам Российского Речного Регистра
или Российского морского Регистра судоходства; базирование осуществляется на специальных береговых площадках; амфибийность предусматривает выход на береговую площадку, старт-посадку с воды, грунта, снега и льда; погрузка-выгрузка осуществляется с носа, кормы и с бортов (крыльев); швартовка на воде - носом, бортом или кормой к причалу или борту судна; транспортировка к месту эксплуатации - железнодорожным или автомобильным транспортом, или при возможности, в «самолетном» режиме. Требования к силовым установкам ЭП подробно изложены в монографии [7]. Упомянутые технико-эксплуатационные требования должны учитываться при разработке проектов перспективных типов ЭП [2].
Анализ современного состояния и тенденции развития скоростных транспортных судов показывает на необходимость создания, прежде всего, новых типов пассажирских ЭП. Сравнение их технико-эксплуатационных характеристик с другими типами скоростных судов показывает, что ЭП имеют ряд неоспоримых преимуществ и позволяют значительно расширить сферы действия водного транспорта.
В целом масштабный ряд типоразмеров перспективных транспортных ЭП можно разделить на три группы. Первая - речные такси и экспрессы пассажировместимостью 10-30 человек (грузоподъемность 1-3 т). Вторая - речные и морские экспрессы пасса-жировместимостью 40-150 человек (грузоподъемность 4-20 т). Третья - морские паромы пассажировместимостью 200-500 человек (грузоподъемность 20-60 т) [4].
Область использования ЭП должна формироваться исходя из их скоростных и мореходных качеств. Новые высокоскоростные средства могут эффективно использоваться в качестве пассажирских судов на магистральных реках Сибири и Дальнего Востока и на трассах Балтийского, Черного, Японского и других морей. Примеры таких проектов известны. Для повышения эффективности работы скоростного флота по заданию Ленского объединенного речного пароходства в 1993 году АО «ЦКБ по СПК имени Р.Е. Алексеева» разработало эскизные проекты ЭП класса «О» -«Вилюй» (пассажировместимость 80 чел.), «Алдан» (50 чел.) и «Витим» (30 чел.). Упомянутые суда имели эксплуатационную скорость 240-300 км/ч. Дальность плавания по запасам топлива - от 500 до 1500 км. Анализ показал, что ЭП с упомянутыми характеристиками позволяют увеличить протяженность линий в течение светового дня в 2-3 раза и, главное, при необходимости организовать зимнюю эксплуатацию этих судов [1].
Ещё один пример использования транспортных ЭП. На берегах Балтийского моря расположены десятки портов многих государств. С помощью ЭП они могут быть соединены напрямую, без пересечения многочисленных сухопутных границ. В качестве перспективных могут рассматриваться линии: Санкт - Петербург - Хельсинки (протяженность 304 км), Санкт - Петербург - Стокгольм (800 км), Санкт - Петербург -Калининград (1100 км). В принципе, использование ЭП позволяет превратить трассы Балтийского моря в своеобразные улицы большого города, на которых работают морские «маршрутные такси». По аналогии с СПК «Ракета» и «Метеор» пассажировместимость ЭП может быть кратной 20.. .40 мест. Для смешанных скоростных перевозок пассажиров на автобусах и ЭП, пассажировместимость новых судов должна учитывать типы автобусов, используемых на линии [4].
В качестве реального шага в решении задачи по использованию ЭП на Балтике Ассоциацией разработчиков, производителей и потребителей экранопланов выполнены проектные проработки речных и морских ЭП типа «Орион» пассажировместимо-стью 12-150 чел. Выполненные расчеты показывают, что использование ЭП типа «Орион-40» (рис.1) позволит доставлять пассажиров из Санкт - Петербурга в Хельсинки за 1,5 часа, в Стокгольм - за 3,5 часа, в Калининград - за 4,5 часа. ЭП типа «Орион-40» может обеспечить мореходность до 3 -х баллов (высота волны 1,25 м) и регулярность рейсов до 80% в течение года [5].
Рис. 1. Морской пассажирский экраноплан «0рион-40» на посадочном понтон-причале.
Список литературы
[1] Панченков А.Н., Драчев П.Т., Любимов В.И. Экспертиза экранопланов. - Н. Новгород: Поволжье, 2006. - 656 с.
[2] Клементьев А.Н., Любимов В.И., Васильев Э.В. Экранопланы. Часть 2. Особенности аэродинамики. Технико-эксплуатационные характеристики. Современные концепции использования: учеб. пособие. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2005. - 42 с.
[3] Любимов В.И., Васильев Э.В. Транспортные экранопланы внутреннего плавания и особенности их технического обслуживания // Сб. науч. ст. «Проектирование транспортных судов внутреннего плавания» / Труды ВГАВТ. Вып. 300. Н. Новгород, 2001. - С. 47-61.
[4] Любимов В.И., Гаккель А.А., Барышев В.И. Мы не плаваем, а летаем! - девиз компании «Элиен». - Н. Новгород: Поволжье, 2007. - 68 с.
[5] Любимов В.И., Гаккель А.А., Барышев В.И. Методологические основы комплексного обоснования характеристик пассажирских экранопланов // Вестник ВГАВТ. Вып.22. Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2007. - С. 51-54.
[6] Антипович А.А., Святенко А.В. Грузопассажирские трассы для экранопланов и безопасность их эксплуатации // Сб. науч. ст. «Авиационная техника». Вып.2. Казань, 2001. - С. 20-23.
[7] Химич В.Л., Чернигин Ю.П. Проектирование силовых установок экранопланов. - СПб.: Судостроение, 2011. - 496 с.
[8] Маскалик А.И., Нагапетян Р.А. и др. Экранопланы - транспортные суда XXI века. - СПб.: Судостроение, 2005. - 547 с.
MODERN CONCEPTS AND PROSPECTIVE AREAS OF USING TRANSPORT AIRFOIL BOATS
V.I. Lubimov, U. G. Varakosov, V.I. Baryshev
Modern concepts of using airfoil boats in transport .systems as well as technical and operational requirements for new vessels are considered. Examples of prospective areas of using airfoil boats are presented.
