Российская наука и техника

Начавшийся в последние годы передел мировогоавиационного рынка складывается отнюдь не в пользу российской авиации, прежде всего гражданской.И все же имеется область, где наш приоритет неоспорим.Это ≈ гидроавиация. Разработка и создание морских летательных аппаратов - обширная рыночная ниша,которую иностранные конкуренты не смогут быстро занять даже при значительных усилиях.В отличие от большинства стран, где после второй мировой войны интерес к гидроавиации резко упал, наша страна не прекращала усилий в деле развития морских и амфибийных ЛА, поэтому объективно занимает сегодня в этой сфере лидирующие позиции. В СССР еще в 30-е годы сложилась научная школа гидродинамики, опиравшаяся на развитую систему теоретических и экспериментальных методов. Систематические фундаментальные и поисковые исследования вопросов базирования ЛА на воде связаны с построенным в Центральном аэрогидродинамическом институте имени проф.Н.Е.Жуковского гидроканалом и деятельностью гидродинамического отделения ЦАГИ.Благодаря фундаментальным исследованиям явления глиссирования и теоретическим разработкам ученых и специалистов ЦАГИ еще в предвоенные годы были созданы передовые для своего времени конструкции гидросамолетов. В послевоенное время работы ЦАГИ легли в основу создания первых реактивных гидросамолетов Р-1 и М-10.Глиссирующие летательные аппараты имеют две доминирующие реализации - летающие лодки (гидросамолеты и самолеты-амфибии) и поплавковые самолеты. Как по мореходным, так и по летным характеристикам поплавковые самолеты заметно уступают летающим лодкам. Поэтому последние сегодня - наиболее эффективный тип летательного аппарата водного базирования.Типичный современный представитель класса летающих лодок - самолет-амфибия А-40 Таганрогского авиационно-технического комплекса имени Г.М.Бериева, который возглавляет ныне Генеральный конструктор Г.С Панатов. В нем реализованы самые передовые достижения в области отечественной аэродинамики и гидродинамики. За счет большого удлинения и малой высоты лодка амфибии имеет очень малую относительную площадь миделя (5,5% площади крыла, равной 200 м2), что в сочетании с большим удлинением крыла (8,66) обеспечивает высокое аэродинамическое качество (до 16,4 на крейсерских режимах полета). Крыло имеет двухщелевые закрылки и предкрылки, благодаря чему при взлете и посадке достигаются высокие значения коэффициента подъемной силы: Сувзл.-пос.=1,93-2,20.Днище носовой части лодки имеет переменную поперечную килеватость, что способствует снижению перегрузок при движении по волне. За счет высокой удельной нагрузки на редан на переходном режиме от плавания к чистому глиссированию движение самолета по воде сопровождается интенсивным образованием брызг. Проблема защиты от них решается несколькими способами. Во-первых, установкой на А-40 автоматической системы довыпуска закрылков. Она выдвигает закрылки во взлетное положение только после достижения на разбеге скорости 31 м/с, когда горб сопротивления уже пройден и высота брызговых струй заметно снижается. На режиме посадки система начинает уборку закрылков после касания самолетом-амфибией воды, так что к моменту снижения скорости глиссирования до критической закрылки находятся в безопасном положении. Уборка закрылков сразу после касания самолетом воды снижает также вероятность рикошета при посадке ЛА на воду с повышенной вертикальной скоростью. Во-вторых, на днище носовой части лодки по линиям излома поперечной килеватости установлены брызгоподавляющие гребни высотой 40 мм. В-третьих, на редане лодки впервые в практике гидроавиастроения применены поперечные гидродинамические интерцепторы высотой24 мм.Интерцепторы выполняют целый ряд функций. За счет перераспределения нагрузки и повышения несущей способности днища они уменьшают площадь смоченной поверхности днища и уменьшают углы дифферента на критической скорости глиссирования. В результате возрастает минимальное гидродинамическое качество, приближаясь к Кгmin=5, и уменьшается интенсивность брызгообразования. При этом перегрузки, испытываемые самолетом при движении по волне, не увеличиваются.Создатели самолета-амфибии А-40 особое внимание уделяли его мореходности. Впервые в мировой практике аэродинамический демпфер тангажа был использован в качестве успокоителя качки. Оценки показывают, что на предвзлетных режимах, когда угловые и вертикальные колебания максимальны, поглощение их энергии почти на 2/3 обеспечивается аэродинамическими силами. Применение аэродинамического демпфера повысило мореходность самолета на 20-25%, так что он может эксплуатироваться, даже если высота волн выше 2 м.В ходе научно-исследовательских работ, сопровождавших создание Альбатроса, получили развитие новые методы теоретических и экспериментальных исследований. Так, разработана математическая модель продольного движения самолета на реальном морском волнении. Она позволяет на основе статистических расчетов точно предсказать мореходность и выявить особенности динамики на волнении. Далее при испытаниях моделей самолета А-40 в гидроканале впервые была применена установка, обеспечивающая автоматическую компенсацию всех несоответствий между натурными и модельными значениями коэффициентов аэродинамических сил и моментов, вызванных отличием между натурным и модельным значениями числа Re. Интегральная проверка основных компоновочных решений осуществлена на самоходных автоматически управляемых моделях.Следует заметить, что использованные при создании А-40 результаты исследований далеко не исчерпывают возможности всего созданного в 70-80-е годы научного задела. Дальнейшее развитие глиссирующих летательных аппаратов будет, видимо, идти по пути создания принципиально новых компоновок, таких, как низко опущенное крыло, глиссирующее на сходящих с носовой части лодки брызговых струях (самолеты-амфибии Р-50 и Бе-103). Оно обеспечивает высокую степень интегрированности компоновки и улучшает аэро- и гидродинамические характеристики. В качестве другого примера можно привести самолеты с двумя несимметричными носовыми поплавками - Приз и Пони.В течение многих лет ученые и авиационные конструкторы пытались в качестве альтернативы глиссированию использовать подводные крылья. Благодаря работам Н.Е.Жуковского, С.А.Чаплыгина, Н.Е.Кочина, М.В.Келдыша, Л.И.Седова возможность создания шасси самолета в виде подводного крыла получила ясное научное обоснование. С 40-х годов в гидроканале ЦАГИ начались систематические экспериментальные исследования подводных крыльев.Для движения с высокими скоростями, характерными для взлетающего самолета, были разработаны специальные профили для суперкавитирующего крыла. В наиболее полном виде теория и особенности таких крыльев изложены в работах Г.В.Логвиновича. В результате этих исследований к концу 40-х годов наметился переход от научных исследований подводных крыльев к их внедрению в практику морского самолетостроения. В гидродинамическом отделении ЦАГИ под руководством Л.А.Эпштейна была разработана компоновка подводных крыльев для самолета-амфибии Бе-8 (ОКБ Г.М.Бериева). Самолет имел два передних V-образных подводных крыла и Т-образное кормовое, те и другое - с суперкавитирующим профилем КС.Испытания самолета на подводных крыльях прошли успешно: снизилась взлетная дистанция, существенно уменьшились перегрузки и колебания при движении по волне. Несколько позднее результаты систематических исследований ЦАГИ по подводным крыльям были использованы главным конструктором ЦКБ по судам на подводных крыльях Р.Е.Алексеевым в конструкции первых отечественных серийных судов на подводных крыльях Ракета и Метеор.Несмотря на значительные преимущества подводного крыла при обеспечении мореходности и гидродинамических характеристик морских самолетов, оно так и не нашло серийного применения ни в России, ни за рубежом из-за увеличения массы конструкции, ухудшения аэродинамики и снижения ряда экономических показателей.Из всех типов шасси, когда-либо применявшихся в авиации, наиболее универсально шасси на воздушной подушке (ШВП), которое, впрочем, правильнее рассматривать как средство, обеспечивающее самолету всеаэродромность, а не амфибийность. Взлет и посадка самолета с ШВП на воде всего лишь частные случаи этой всеаэродромности.Тогда, когда предусматривается использование самолета с ШВП на воде, форма и конструкция шасси должны обеспечивать гармоничное сочетание энергетических, ходовых и мореходных качеств. Однако из-за сложности увязки конструкции самолета и шасси добиться этой гармоничности чрезвычайно трудно. Поэтому сравнение самолета с шасси на воздушной подушке с летающими лодками при базировании на воде оказывается не в его пользу. Причины: относительная сложность конструкции, увеличенная масса и повышенная потребная энерговооруженность. Едва ли, на наш взгляд, будут создаваться самолеты с ШВП, ориентированные преимущественно на эксплуатацию в акваториях.Еще на заре развития авиации пилоты заметили,что самолеты с низкорасположенными широкими крыльями малого удлинения при приближении к земле или воде приобретают дополнительную летучесть и неохотно выполняют посадку. Аэродинамики достаточно быстро разобрались в сути явления и присвоили ему специальное название - экранный эффект.Практическая реализация концепции экранного полета в нашей стране связана главным образом с деятельностью нижегородского ЦКБ по судам на подводных крыльях. Под руководством главного конструктора Р.Е.Алексеева была разработана и построена серия самоходных пилотируемых моделей экранопланов, на которых отрабатывались новые научно-технические решения и перспективные компоновки, построен крупнейший в мире летательный аппарат - 540-тонный экраноплан КМ, созданы по заказу ВМФ экранопланы Орленок и Лунь со взлетной массой до 140 и 370 т соответственно. Характерно, что в ЦКБ по СПК помимо собственно конструкторских работ на всех стадиях разработки и создания экранопланов велись научно-исследовательские работы.Что же может дать гидроавиация России? Научно-технический потенциал в этой области достиг сегодня уровня, который позволяет создавать летательные аппараты водного базирования, практически не уступающие сухопутным ЛА по летно-техническим характеристикам и превосходящие их по эксплуатационным характеристикам за счет расширения условий применения. В нашей стране эти разработки весьма актуальны. Тому есть по крайней мере две объективные причины. В военной сфере амфибийные МЛА могут обеспечить эффективную и достаточно дешевую систему противолодочной обороны, а также использоваться для охраны государственных границ, связи, оказания помощи в экстремальных ситуациях, в разведывательных целях, для перевозки пассажиров и грузов, проведения спасательных операций. Тяжелые морские ЛА взлетной массой более 300 т могут решать задачи по вытеснению чужих подводных лодок из районов патрулирования, военно-транспортные операции и др. Эти аппараты способны совершать взлеты с воды и посадки на воду практически в любой точке Мирового океана в течение года.Наибольшие преимущества амфибийных ЛА заключаются в высокой мобильности, исключительно высокой поисковой эффективности при применении спускаемых гидроакустических антенн, достаточно высокой живучести (вероятность неуничтожения такого ЛА, выполняющего задачи ПЛО и оснащенного зенитным комплексом самообороны, может достигать 0,7), неуничтожимостью водных ВПП в боевых действиях и вообще отсутствием необходимости создания высококлассных аэродромов.В сфере народного хозяйства гидроавиация представляет, пожалуй, единственное реальное средство быстро и не слишком дорого улучшить транспортное обеспечение в труднодоступных районах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Сейчас в России разрабатывается около шести десятков различных амфибийных ЛА: лодочных, поплавковых, с ШВП, экранопланов и экранолетов. Большая часть из них имеет взлетную массу до 3 т. Многие из отечественных амфибийных аппаратов отличаются оригинальными техническими решениями и потенциально вполне конкурентоспособны.Коротко перечислим круг задач, которые могли бы решать амфибийные летательные аппараты, и их возможные характеристики:- взлетная масса до 2700-3000 кг. Это самолеты местных авиалиний, а также туристические, мониторинговые, санитарные, патрульные, почтовые. Они могут обслуживать зоны радиусом 500- 600 км вокруг крупных аэропортов. Для них характерны: умеренные скорости (до 250-270 км/ч), возможность эксплуатации на небольших водоемах (длиной до 600-700 м, глубиной - до 1,5 м), простота обслуживания и эксплуатации. Наиболее вероятный тип в этом классе - амфибия-лодка;- взлетная масса 3-5 т. В числе ЛА с такой характеристикой должны оказаться грузо-пассажирские, пограничные, а также более комфортные машины бизнес-класса. Радиус их действия может достигать1000 - 1200 км, крейсерская скорость - 350 км/ч. Наилучшая компоновочная схема - лодочная амфибия или самолет с ШВП при ориентировании на безаэродромное базирование. Потенциально это самый работающий подкласс самолетов, способный заменить Ан-2. По данным ГосНИИ ГА, именно поплавковые Ан-2В в 60 - 80-е годы стабильно имели годовой налет на 20% выше, чем их колесные собратья, что однозначно показывает полезность ЛА водного базирования;- взлетная масса до 10 т. Это в основном грузо-пассажирские машины для районов с чрезвычайно низко развитой аэродромной инфраструктурой. Они должны проектироваться с учетом возможности эксплуатации на морских акваториях;- взлетная масса 20-30 т. Видимо, это оптимальный размер для противопожарных самолетов: он обеспечивает сочетание эксплуатации как на внутренних, так и на морских акваториях и в то же время дает возможность разовой доставки достаточно больших количеств воды или пламеподавляющих реагентов. По компоновке это скорее всего летающая лодка и этому типоразмеру соответствует строящаяся амфибия ТАНТК Бе-200;- взлетная масса свыше 100 т. Этой характеристике соответствуют перспективые трансокеанские ЛА, возможно, использующие экранный эффект, по крайней мере на отдельных режимах полета.