Рассмотрена возможность модернизации экраноплана. выполненного по фюзеляжной схеме, с целью повышения его аэродинамического качества. Приведена принципиальная схема газотурбинного подъемно - маршевого двигателя с поворотным соплом и компрессором на основе поперечно поточного нагнетателя.
Проект ударного экраноплана-ракетоносца проекта 903 "Лунь" разрабатывался в середине 70-х годов на основе опыта создания экспериментального КМ. "Лунь" выполнен по традиционной самолетной схеме моноплана с крылом трапециевидной в плане формы и Т-образным хвостовым оперением. Центроплан крыла размещен в средней части корпуса, под днищем - гидролыжное устройство, используемое при посадке для снижения перегрузки.
Оснащен шестью противокорабельными крылатыми сверхзвуковыми самонаводящимися ракетами "Москит" Длина «Луня» –74 м, высота – 19,2 м. При полной заправке экраноплан мог преодолеть расстояние в 2000 км. При размахе крыла 44 м экраноплан может перемещаться над поверхностью на высоте 1-5 м со скоростью до 500 км/ч. Его мореходность оценивается в 5-6 баллов. Движение обеспечивают 8 турбореактивных двигателей. Их вполне достаточно, чтобы обеспечить экраноплану весом в 380 тс отрыв от поверхности воды и полет над ней.
Несмотря на успешное решение основных научно-технических проблем связанных с обеспечением устойчивости полета (Р.Д. Иродов Критерии продольной устойчивости экраноплана. // Ученые записки ЦАГИ 1970 М. т.1. № 4) экранопланы не показали заметного преимущества перед самолетами в области транспортных перевозок. Пока, теоретически более высокое аэродинамическое качество экраноплана (30-40) не реализовано. Причина - недостаточный размах крыла, который обусловлен желанием снизить гидродинамическое сопротивление на взлете. Считается, что аэродинамическое качество экраноплана никогда не будет выше достигнутого для многоместных пассажирских самолетов вследствие контактов элементов конструкции с взволнованной поверхностью воды при взлете и посадке (Э.А. Афрамеев. Перспективы экранопланостроения. // Судостроение №1 2000). В связи с этим предлагается использовать экраноплан как двухрежимное средство совмещающее перевозку груза как в водоизмещающем режиме, так и в режиме полета. С большой вероятностью такой экраноплан будет плохим судном и плохим летатательным аппаратом (ЛА) одновременно. Имеется непонимание очевидного обстоятельства – экраноплан это в первую очередь ЛА, а водоизмещающий режим для него это аварийный режим и режим взлета- посадки.
Существующие в авиации силовые установки (СУ) не могут в полной мере реализовать потенциальные возможности экраноплана. СУ экраноплана должна не только создать определенную тягу, но и существенно понизить гидродинамическое сопротивление на взлете. Путь к снижению был определен в конструкциях Р.А. Алексеева. Это поворот выхлопа двигателей под крыло на взлете. Для проекта 903 поддув крыла осуществляли 8 двигателей НК-87 размещенных в ряд по четыре слева и справа от корпуса. Соответственно размах крыла ограничивался их количеством. Отсюда и недостаточное аэродинамическое качество. Дальнейшее простое наращивание количества двигателей, с целью увеличить размах крыла, невозможно по весовым ограничениям. Выход в значительном сокращении удельного веса двигателя и изменении его геометрии, с целью придания выхлопу формы плоской струи. Если развернуть все восемь кольцевых камер сгорания двигателей НК-87, то появляется возможность значительного увеличения размаха крыла, что обеспечит экраноплану больший радиус действия, а также новый режим движения – свободный полет.
Использование для экроноплана специализированного турбопоршневого двигателя было предложено в работе (Подъемно – маршевый двигатель для экраноплана. // Судостроение № 5 2000. Ю.С. Подзирей). Однако эта конструкция не может быть признана удачной по ряду причин.
 |
| Рис.1. Сопла силовой установки экраноплана: слева) на основе двигателя НК-87; справа) на основе линейного ГТД (проект). |
Устранить её недостатки позволяет топливный цикл с сгоранием при постоянном давлении, который используется в газотурбинном двигателе (ГТД). Однако, раздача газа в виде плоской струи с обычного ГТД имеющим круглое сопло требует специального направляющего аппарата и ведет к существенной потере давления на выхлопе. Отсюда возникает очевидное требование к специализированному ГТД – он должен создавать плоскую струю непосредственно на выходе. Для создания плоской газовой струи на выхлопе двигателя, надо иметь плоскую камеру сгорания, вместо обычно используемой кольцевой; многоступенчатый компрессор, подающий в камеру плоскую струю сжатого воздуха и газовую турбину полуоткрытого типа, которая способна снять часть энергии рабочего газа по всей длине камеры сгорания. Соответственно, воздухозаборник должен быть выполнен в виде щели расположенной горизонтально и недоступной для попадания забортной воды на взлете и посадке, а турбина и компрессор соединены мощной трансмиссией для передачи значительного крутящего момента.
Плоскую струю воздуха создает поперечно поточный нагнетатель, который принадлежит к классу лопаточных турбомашин с вращающимся ротором. Специфической особенностью ППН является сдвиг центра образующегося в корпусе вихря относительно оси ротора. Достигается это соответствующей формой корпуса или установкой внутри ротора неподвижных направляющих, закрепленных на торцах корпуса. Воздушный поток при таких условиях дважды пересекает вращающуюся решетку профилей. Воздух на входе сжимается под действием центростремительной силы, а на выходе - центробежной. Таким образом, одна ступень ППН работает как две ступени осевого или центробежного нагнетателя.
Первая ступень компрессора должна обеспечить максимальный коэффициент производительности (φ), а последующие максимальный коэффициент давления (ψ). Поворот воздуха после каждой ступени на угол более 90 градусов и его полное торможение позволяет отказаться от статорных лопаток, сократить габарит по высоте, вес и стоимость двигателя. Трансмиссия в виде шестеренчатой передачи позволяет вращать каждый ротор с заданной скоростью и ,таким образом, оптимизировать процесс сжатия воздуха. Подобные особенности ППН позволяют получить мощный компрессор на основе шести ступеней (рис.2), который по своим параметрам сопоставим с обычным двенадцатиступенчатым осевым компрессором. Суммарная степень сжатия может быть доведена до 35-40 ед. Следует обратить особое внимание на простоту формы и технологичность изготовления лопаток на основе метода обычной и низкотемпературной экструзии
 |
| Рис.2. Схема ГТД с шестиступенчатым компрессором на основе ППН: 1- поворотное сопло, 2- турбина полуоткрытого типа, 3- камера сгорания , 4,6 – роторы ППН , 5- расходный топливный бак, 7- щелевой воздухозаборник, 8- предкрылок, 9- шестеренчатая трансмиссия, 10- вал отбора мощности для электрогенератора. |
По предварительным оценкам удельный вес такого двигателя на треть меньше чем вес НК-87. Обусловлено это не только двухкратным использованием каждой лопатки и отсутствием тормозных спрямляющих лопаток, но и включением лопаток в кинематическую схему трансмиссии двигателя. Расположение роторов (в два этажа) позволяет сократить длину двигателя и выполнить ограждающую конструкцию в виде крыльевого профиля с предкрылками 8. Смещение воздухозаборника 7 в сторону кормы снижает вероятность попадания забортной воды в двигатель на взлетном режиме, а откачка пограничного слоя воздуха с верхней поверхности профиля ламинизирует обтекающий его поток, что увеличивает подъемную силу. Блоки трансмиссии 10 и ступенчатый воздуховод вместе создают жесткую конструкцию корпуса профиля. Расположение топлива в баке 5 позволяет использовать его для охлаждения сжимаемого воздуха, что дополнительно повышает эффективность работы компрессора.
Особенностями использования газотурбинного подъемно-маршевого двигателя является: возможность последовательного соединения нескольких секций через упругие самодействующие муфты, позволяющие отключать аварийную секцию силовой установки. На рис 3 справа) представлен общий вид экраноплана проекта 903 «Лунь». с увеличенным размахом основного крыла и дополнительным крылом с встроенными двигателями .
 |
| Рис 3. Интеграция СУ с корпусом экраноплана: слева) известная на основе 8 НК- 87; справа) предлагаемая на основе 6 секций двигателя с плоским выхлопом. |
Преобразование связки двигателей, выполненных как консоль, в дополнительное крыло- означает переход к схеме «утка». Подобная схема обеспечивает экраноплану дополнительную продольную статическую устойчивость. (В.И. Королев. К рациональному выбору параметров несущих элементов экраноплана. //Прикладная гидромеханика 2002 Том 4 №3 с 22-30.).
Возможности использования экраноплана в военных целях рассматривается во многих работах в том числе в работе (Морской комплекс дальней надводной пассивной радиотехнической разведки и гидроакустического противодействия на базе экранопланов. Петр Хомутовский) Замысел заключается в установке на борту экраноплана Лунь:
- станции дальней пассивной радиотехнической разведки типа «Кольчугa»
зенитно-ракетной установки типа «Тор-1М»
установки на борту экраноплана гидроакустического комплекса
установки станции режимов и трактов обработки подводных сигналов
установки векторно-фазового гидрофона (ВФГ)
установки глубинных бомб
Такой транспортный комплекс будет обладать огромной скоростью перемещения над водными акваториями, не сравнимой со скоростью обычных кораблей и подводных лодок. Также, он практически сведет к нулю все преимущества ударных средств, выполненных на основе «стелс-технологий» и позволит поднять потенциал обнаружения подводных лодок. Повышенное аэродинамическое качество позволит перебрасывать модернизированный экраноплан «Лунь» в любой район мирового океана практически с одной дозаправкой с корабля или самолета – танкера. Экранопланы будут исключительно полезны при проведении спасательных операций на воде - обычные корабли не обладают достаточно высокой скоростью, самолеты способны лишь доставить и сбросить на место ЧП средства первой помощи, а у вертолетов и скорость, и дальность полета невелики. Экраноплан подобных недостатков лишен. Широкое применение летающие суда могут получить в северных районах РФ - эти аппараты позволят организовать круглогодичные грузоперевозки.
Подзирей Ю.С Институт ядерных исследований НАН Украины, отдел физики плазмы
Справка об авторе
Подзирей Юрий Степанович, кандидат физ-мат. наук, ст.н. сотрудник отдела физики плазмы Института ядерных исследований НАН Украины. Контактные данные: телефон 037 (044) 525-38-68 . e-mail: peter.podzirey97rainbow@ukr.net
