Место экраиопланов в общей системе транспортных средств

Одна из характерных особенностей современного этапа разви­тия всех видов транспортных средств — стремление повысить скорость, в значительной мере определяющую их экономическую эффективность.

Известно, что последние типы пассажирских самолетов в ре­зультате повышения скорости (в 2,5—3 раза) обладают и соот­ветственно увеличенной производительностью (провозной способ­ностью) .

В последние годы образовался заметный разрыв между ско­ростями наземного и особенно водного транспорта, с одной сто-

П. И. Белавин

роны, и воздушного транспорта, с другой. Таким образом, поя­вилась громадная область неиспользуемых транспортом скоростей в 150—500 км/ч. Не исключено, что именно рассматри­ваемым здесь аппаратам суждено заполнить этот диапазон ско­ростей.

Оптимальная скорость вертолетов 200—220 км/ч. Однако в связи с ограниченным использованием их для пассажирских сообщений, особенно на дальних расстояниях, вряд лн можно считать вертолеты серьезным конкурентом экраиоплаиов.

Исследования зарубежных специалистов показывают, что именно экранопланы можно будет эффективно использовать в диапазоне еще не освоенных скоростей.

Одна из трудностей определения места экраиоплаиов в об­щей системе транспортных средств — выбор критерия, доста­точно полно охватывающего все многообразие технико-экономи­ческих н эксплуатационных особенностей столь различных транспортных средств, как, например, судно н самолет. В выборе такого критерия нет единообразия, поэтому ниже кратко рас­сматриваются критерии, которые считаются основными при эко­номико-эксплуатационной оценке различных видов транспортных средств. Ни один нз них, взятый отдельно, нельзя считать глав­ным н достаточно всесторонне характеризующим все транспорт­ные средства. Лишь комплекс рассматриваемых показателей может полно охарактеризовать то или иное средство.

В качестве критериев сравнения часто выбирают ходовое качество, удельную мощность, массовую отдачу и др. Рассмот­рим их подробнее.

Ходовое качество. Ходовое, гидро — или аэродинамическое ка­чество, как уже отмечалось, представляет отношение массы транспортного средства к силе сопротивления, возникающей при его движении.

Выше, при ознакомлении с проектом экраиоплаиа «Колум­бия», довольно подробно рассмотрено значение ходового каче­ства судов и некоторых летательных аппаратов. Для многих ви­дов транспортных средств (все суда, вертолеты и пр.) это каче­ство быстро падает с ростом скоростей и обусловливает медленный рост их скоростей передвижения. В этом отношении одним из преимуществ экраиоплаиов является сохранение высо­ких значений аэродинамического качества до высоких скоростей полета.

Посмотрим, какие же значения ходового качества харак­терны для других видов транспортных средств. На рис. 131 по­казаны зависимость ходового качества различных транспортных средств от скорости их движения, а также границы так называе­мого критического треугольника, ограничивающего значитель­ную область, в которой, по расчетам зарубежных специалистов, могут находиться лишь экранопланы и частично автомобили. Большая часть транспортных средств не может располагаться
в этой области вследствие низких значений качества и быстрого роста потребной мощности энергетической установки по мере увеличения скорости.

Показанная на рисунке наклонная прямая 10 является, по расчетам Кармана н Габрнэлла, пределом произведения ходо­вого качества на скорость движения (Rv = 6700) при современ­ных (и на ближайшую перспективу) технических средствах. Данные, приведенные на этом рисунке, свидетельствуют также о больших возможностях экранопланов по освоению большой

зоны скоростей движения, практически недоступной ни одному из других известных транспортных средств.

Таким образом, по несущей способности и сопротивлению движению, наиболее полно характеризуемым значением аэроги — дродннамнческого качества, явные преимущества при скорости движения 200—400 км/ч и более у экранопланов. Этот вывод подтверждается и данными табл. 3, в которой даны основные характеристики различных видов транспортных средств, наибо­лее близких к экрапоплапам.

Энерговооруженность. В качестве критерия для сравнения эффективности различных транспортных средств может

выбрана удельная мощность или так называемая энерговоору­женность, т. е. отношение суммарной мощности энергетической установки (в лошадиных силах) к полной массе рассматривае­мого транспортного средства (в тоннах).

Как известно, достижение высоких скоростей непременно со­провождается увеличением мощности, а следовательно, массы энергетической установки и запасов топлива. На рис. 132 пока-

Рис 132 Энерговооруженность различных транспортных
средств.

/— моторные яхты. 2— водоизмещающие суда. 3 — океанские пас сажпрские суда, 4 — паромы для каналов, 5 — железнодорожные поезда. ь— прсіоіьная кривая Кармана—Габриздла, 7—колесный транспорт. 6 —СПК. У — экранопланы будущего. 10 — СВП и экра — попланы, //— вертолеты. 12 — легкие самолеты. 13 — транспортные самолеты, 14 — реактивные самолеты. 15- самолеты с укороченным кілетом и посадкой, 16 — самолеты с вертикальным взлетом н по­садкой, 17 — сверхзвуковые самолеты.

заиа зависимость энерговооруженности различных транспорт­ных средств от скорости их движения. Все современные транс­портные средства по энерговооруженности довольно четко де­лятся на две группы: сравнительно тихоходные средства с не­большой энерговооруженностью (поезда, суда) и относительно быстроходные с высокой энерговооруженностью (вертолеты, самолеты). Между указанными двумя группами, в диапазоне скоростей движения 150—500 км/ч и энерговооруженности 15— 70 л. с./т, расположена обширная зона, не занятая ни одним ви­дом транспортных средств. Вместе с тем большая часть этой зоны (см. рис. 131) лежит в районе высоких значений ходового каче­ства (20—40), недоступных при упомянутых скоростях никаким современным транспортным средствам.

Самолеты нс находятся в дайной зоне, так как, с одной сто­роны, скорость их полета не может быть сколь угодно малой, а с другой — относительно малым их скоростям соответствуют большие значения удельной мощности.

Транспортные средства других видов (например, поезда, суда) не развивают столь высокие скорости, поскольку с ростом скорости резко падает ходовое качество и значительно увеличи­вается потребная мощность.

Как видно на рис. 132, удельная мощность перспективных эк- раиоплаиов, достаточная для того, чтобы эти аппараты «заняли» пока что недоступную зону, должна составлять 20—70 л. с./т при аэрогидродииамическом качестве 20—40 и скорости полета 150—500 км/ч.

Напомним, что построенные экспериментальные экраноплаиы имеют удельную мощность, колеблющуюся в широком диапа­зоне от 75 до 380 л. с./т; у СПК со скоростью 80—130 км/ч и у СВП со скоростью 100—180 км/ч довольно близкая энергово­оруженность (70—130 л. с./т), а вертолеты при скорости 200— 250 км/ч обладают энерговооруженностью 200—250 л. с./т.

Энерговооруженность современных самолетов, как известно, колеблется от 240 до 270 л. с./т, правда, при большей, чем у эк — раиопланов, скорости полета.

Таким образом, согласно расчетам зарубежных специали­стов (X. Вейлаида, К — Мака и др.), благодаря значительно бо­лее высоким значениям аэрогидродииамического качества пер­спективные экраноплаиы будут обладать в 2—3 раза меиьшей энерговооруженностью, чем близкие к ним по скорости полета вертолеты и самолеты. Следовательно, и по данному критерию оценки (см. табл. 3) преимущество их бесспорно.

Массовая нагрузка на единицу мощности у судов иа воздуш­ной подушке и экранопланов сравнительно невелика. Если у же­лезнодорожного поезда она составляет 500—600, у автомашины 135—140 кг/л. с., то у СВП она колеблется в пределах 5—20, а у опытных экранопланов 3—13 кг/л. с. (у «Колумбии», напри­мер, 7,3 кг/л. с.).

У транспортных средств, наиболее близко стоящих к экрано — планам по скорости движения (вертолеты и самолеты), значе­ние удельной нагрузки иа единицу мощности также невелико и равно примерно 3,5—4,5 кг/л. с. Это свидетельствует о недоста­точной эффективости построенных экранопланов по сравнению с наземными транспортными средствами. По мере увеличения размеров и снижения относительной высоты полета преимуще­ство экранопланов станет очевидным. Этому будет способство­вать и улучшение их аэродинамики.

Приведем некоторые выводы зарубежных специалистов о том, в каких пределах скорости рационально при наименьших затра­тах мощности использовать те или иные транспортные средства.

В диапазоне скорости от нуля до 40—50 км/ч наиболее ра­ционально создавать водоизмещающие суда. Применение вер­толетов и судов со статической воздушной подушкой в этом диапазоне невыгодно и может быть оправдано лишь спецификой их использования.

СПК наиболее свойствен диапазон скорости 50—150 км/ч. Энергетически наиболее выгодным транспортным средством прн скорости 100—300 км/ч считают дирижабли.

В широком диапазоне скорости можно применять СВП. При скорости 80—150 км/ч суда со статической воздушной подушкой выгоднее всех других видов транспорта, кроме дирижаблей и иаземных транспортных средств. Экранопланы при скорости 150—500 км/ч могут успешно конкурировать со всеми транс­портными средствами, включая дирижабли и самолеты.

Массовая отдача. Важной характеристикой любого транс­портного средства является его массовая отдача, или относи­тельная грузоподъемность, т. е. отношение полезной нагрузки к полной массе аппарата. В авиации чаще всего массовую от­дачу считают не по коммерческой нагрузке, а по полной, вклю­чающей массу топлива, экипажа и пр.

Грузовые (водоизмещающие) суда при малой скорости имеют весьма высокую массовую отдачу, измеряемую 60—70% и более от полной массы.

В табл. 3 приведены данные о полной массовой отдаче типо­вых транспортных средств, обладающих сравнительно высокими скоростями движения. Согласно этим данным полиая массовая отдача современных транспортных средств колеблется в широ­ких пределах (20—55%), причем наибольшей массовой отдачей обладают самолеты и СВП (40—55%). Для СПК и вертолетов характерны сравнительно невысокие значения данной характе­ристики (20—30%). Первые экспериментальные экраиоиланы (см. табл. 2) имеют довольно низкую массов>ю отдачу, кото­рая, одиако, у проекта «Колумбия» уже повышена до 40%, т. е. находится на уровне значений этой характеристики у та­ких современных транспортных средств, как СВП и само­леты.

Удельный расход топлива. При сравнении технико-экономи­ческих показателей различных транспортных средств суще­ственным параметром является расход топлива для перевозки 1 т груза на расстояние 1 км. Некоторые зарубежные специали­сты считают, что этот параметр может служить основным (с уче­том скоростей движения) для сравнения экономической эффек­тивности различных транспортных средств, так как он учиты­вает пропульсивные качества транспортного средства, уровень совершенства его энергетической установки и др.

СВП сравнительно много расходуют топлива (около 0,3 кг/т-км), но в будущем, с ростом скорости и размеров подоб­ных аппаратов, количество расходуемого топлива значительно уменьшится. У современных самолетов с турбовинтовыми дви­гателями и скоростью полета 600—700 км/ч значение данного параметра колеблется в пределах 0,4—0,5 кг/т-км; заметно выше он у самолетов с турбореактивными двигателями (0,4—0,55), скорость полета которых равна 750—900 км/ч.

Приближенные расчеты, выполненные авторами проекта «Колумбия», показывают, что у экранопланов расход топлива на 1 т-км меньше, чем у всех других транспортных средств с близкими скоростями движения.

В заключение приведем результаты исследования эконо­мических показателей сверхтяжелого гидросамолета. Это ис­следование, выполненное под руководством Г. М. Бериева, подобно расчетам X. Вейланда его проекта трансконтиненталь­ного экраноплана массой 1 000 т, рассчитанного на 3 000 пасса­жиров.

Исследуемый Г. М. Бериевым сверхтяжелый гидросамолет по компоновке напоминает летающие лодки с турбореактивными двигателями (например, типа «Си Мастер») и зарубежные про­екты перспективных экранопланов, выполненных по самолетной схеме (см. рис. 3). При полной массе 1 000 т ои может прини­мать 2 000 пассажиров, численность его экипажа 30 чел. Энерге­тическая установка лайнера, включающая 8 турбореактивных двигателей с крейсерской тягой по 8 тс каждый, обеспечивает ему скорость полета около 800 км/ч.

Транспортную экономичность этого воздушного лайнера рас­считывали в сопоставлении с известным французским океанским лайнером «Франс». Последний при массе 59 тыс. т и скорости 56 км/ч принимает на борт 2 000 пассажиров, однако числен­ность его команды (с обслуживающим пассажиров персоналом) 1080 чел. Расчеты показывают, что рассматриваемый самолет на трассе протяженностью 7—8 тыс. км может по производи­тельности заменить 6 лайнеров типа «Франс». Себестоимость перевозки одного пассажира будет равна 24 руб. вместо 256 руб. на судне. Стоимость самолета составит 21 млн. руб. вместо 900 млн. руб. для шести лайнеров. Столь же убедитель­ные результаты получаются и при сравнении транспортной эф-

фективности летающего лайнера с новейшими сухопутными са­молетами массой 120—150 т.

Аэрогидродинамическое качество воздушного гиганта прини­малось 15,6, а у перспективных тяжелых экранопланов, по оценке зарубежных специалистов, оно может быть равно 25—30, т. е. в 1,5—2 раза больше. Таким образом, несмотря на всю очевидную приближенность и условность указанных характери­стик, результаты сопоставления их позволяют достаточно опти­мистично высказываться о перспективности экранопланов.