Некоторые технико-экономические характеристики экранопланов, СВП и самолетов

Для глубокой оценки транспортной эффективности экранопла­нов представляет интерес сравнительный анализ различных ти­пов аппаратов, использующих благоприятное влияние близости земли. Такой анализ должен позволить установить в первом приближении место экранопланов среди этих новых видов транс­портных средств, а также наметить ориентировочные границы их применения.

В последнее время зарубежные специалисты уделяют боль­шое внимание изучению экономической эффективности всех но­вых транспортных средств, в частности, судов на статической и динамической воздушной подушке различных типов. Попытки приближенно определить ожидаемые технико-экономические и эксплуатационные характеристики подобных транспортных средств предпринимаются уже в самой начальной стадии их со­здания, на основе грубых проектно конструкторских прорабо­ток.

В последнее время в США с помощью специально разрабо­танных алгоритмов и программ были произведены иа ЭЦВМ большие теоретические исследования экономической эффектив­ности СВП разных типов и экранопланов в различных условиях эксплуатации. Авторы исследования отмечают, что большая часть основных исходных данных для расчетов базировалась в основном на опыте, накопленном в авиации. В работе рас­сматривались:

суда с «воздушной смазкой»;

скеговые СВП;

СВП по сопловой схеме;

экранопланы, построенные по схеме «летающее крыло»;

экранопланы с крыльями тандем, расположенными между двумя корпусами.

Указанные суда и аппараты имели размеры, меняющиеся в широком диапазоне (полная масса изменялась от 100 до 1000 т). Потребная мощность энергетической установки для обеспечения движения на расчетном режиме составляла для

СВП соответственно 35 и 214 тыс. л. с., а для экраиопланов — 16.9 и 63,5 тыс. л. с., т. е. преимущество экраиопланов в энерго­вооруженности было очевидно.

В качестве эксплуатационных в этом анализе принимались осредиенные исходные данные по эксплуатации судов на основе статистики судоходных компаний (число эксплуатирующихся на линии судов, длина рейса, время стоянки и т. п.). В результате расчетов получен материал, обработанный в виде графиков.

На рис. 133 показана зависимость массы порожнего судна Gпор от его полной массы G„. При одной и той же полной массе

наименьшей массой обладают порожние СВП. Так, если при полной массе 1000 т масса по­рожнего снегового СВП со*

И’Ю3,лс

ставляет около 30% от Gn, то масса подобного порожнего экра — ноплана достигает 40% от Gn. Однако приведенная характери­стика не является решающей для общей оценки экономической эффективности, поскольку ие учитывается ряд других показате­лей, например скорость движения.

Аналогично выглядит и зависимость относительной массы конструкции корпуса различных типов судов и аппаратов от их полной массы. В этом отношении существенные преимуще­ства имеют также СВП. Так, относительная масса корпуса у СВП составляет около 17,5%, в то время как у экраиопланов она достигает 33—35%, т. е. практически вдвое больше.

Зависимость потребной мощности энергетической установки судиа или аппарата от его полной массы (рис. 134) показывает,

что необходимая для движения судна мощность сильно зависит от принципа его движения. Наименьшая энерговооруженность присуща сксговым СВП, судам с «воздушной смазкой» и экра-

нопланам. Например, мощ­ность, потребная для движения СВП массой 100 т со ско­ростью 185 км/ч, на высоте h = = 1,2 м, составляет 28 тыс. л. с., в то время как для экраио — плана ее значение равно 5000—9300 л. с. (в зависимо­сти от аэрогидродинамическон компоиовки), т. е. меньше в 3—5 раз. При других исход­ных данных (и и h) указанное соотиошенне в значениях по­требной мощности этих типов аппаратов приблизительно со­храняется.

На рис. 135 показана зави­симость относительной массы энергетической установки рассматриваемых аппаратов от их полной массы. Как и следовало ожидать, экранопланы и суда с боковыми стенками имеют заметиое преимущество перед про­чими аппаратами. На рисунке видно, что, например, для аппа­ратов с массой Сп = 200-г500 т масса энергетической установки

о юоо 2000 то kooo то еооо 7ооо

L, km

Рис ] 36 Массовая отдача по полезной нагрузке аппаратов
массой ЮОО т различного типа в зависимости от дальности
рейса.

/—СВП со снегами, 2 — экраноплан с крыльями тандем, 3— экрамо-
план типа «летающее крыло»; 4 —СВП по сопловой схеме, 5 — судно
с «воздушной смазкой»

экраноплана в 2—3 раза меньше, чем у СВП. Очевидно, в этом нашло своеобразное выражение более высокое ходовое качество данных аппаратов.

Зависимость полезной нагрузки аппаратов Спи различного типа от дальности их рейса (рис. 136) изменяется в широких пределах. Так, полезная нагрузка экраноплана при длине рейса в 1850 км вдвое больше, чем у СВП или судов с «воздушной смазкой». В случае увеличения длины рейса до 3700 км СВП всю свою грузоподъемность должно бу­дет использовать только для при­ема необходимых запасов топлива, в то время как экраиоплаи сможет принять еще около 500 т груза, т. е. его массовая отдача составит примерно 50%. Такой результат в значительной мере обусловлен влиянием скорости движения раз­личных аппаратов (экранопланы вследствие более высокой скорости имеют относительно меньшие, чем другие аппараты, запасы топлива прн той же дальности полета).

Важная обобщающая характе­ристика экономической эффектив­ности сравниваемых судов и аппа­ратов приведена на рис. 137, где показана зависимость удельной стоимости перевозки груза от пол­ной массы судна или аппарата.

Значение этого показателя для экраиопланов и скеговых СВП в 1,5—2 раза ниже, чем у СВП с сопловой схемой и судов с «воз­душной смазкой». Удельная стои­мость перевозки на судах и аппа­ратах всех типов довольно интен­сивно падает с ростом их массы (особенно до 500—600 т). Возмож­ность дальнейшего снижения стоимости перевозки в результате увеличения размерений СВП с сопловой схемой и судов с «воз­душной смазкой» меньше, чем у экраиопланов.

Зависимость удельной стоимости транспортировки грузов экранопланамн и СВП от их полной массы и протяженности рейса показана на рис. 138. Помимо уже упомянутых выводов о более высокой экономической эффективности экраиопланов, на основании данного графика можно отметить, что с увеличе-
ниєм протяженности рейса преимущества экранопланов будут сказываться все в большей степени. Протяженность рейсов СВП должна быть, по-видимому, ограничена 550—900 км.

1000 ZOOO 3000 WOO WOO 6000 7000 L, km

Рис. 138. Удельная стоимость Cy транспортировки грузов экранопланами и СВП в зависимости от их полной массы и протяженности рейса. — — экранопланы;———————- СВП.

Приведенная зависимость напоминает соответствующие зави­симости, свойственные самолетам и вертолетам.

Основной отличительной особенностью СВП П. Мантля (см. рис. 84) является одновременное использование принципов СВП по снеговой схеме и эраноплана (когда скеги установлены в на­клонное или горизонталь­ное положение). Автор проекта дал технико-эко­номическую оценку сво­его решения н сопоставил свой проект с СВП по снеговой схеме и с пол­ным отрывом от воды. Основные результаты этого анализа приведены на рис. 139, где представ­лена зависимость транс­портной эффективности сравниваемых аппаратов от скорости движения. В качестве критерия оценки выбрано отноше­ние

где W — масса аппарата; v — скорость движения; Р — суммар­ная мощность двигателей.

Как видно из графика, транспортная эффективность скего — вого СВП растет только до момента достижения им скорости, при которой скеги перестают удерживать воздушную подушку (точка б). СВП с полным отрывом от воды также выгодно лишь до скорости, соответствующей критической точке в, когда оно идет с полным отрывом от воды на расчетном режиме. В отличие от них транспортная эффективность экраноплана Мантля, снабжеииого пово­ротными скегами-крыльями, повышается до значительно более высокой скорости, со­ответствующей околоэкран — ному полету со скегами, от­клоненными примерно иа 45°, и убранным гибким ог­раждением. Огибающая сплошная линия на графике должиа, по мнению автора анализа, иллюстрировать сделанный им вывод об ус­пешном объединении в ап­парате основных достоинств как СВП различного типа, так и экранопланов.

Определенный иитерес представляют результаты сопоставительного анализа технико-экономической эф­фективности СВП, транс­портного самолета фирмы «Локхнд» С-5А и экраио — плаиа (точнее, семейства этих аппаратов полной мас­сой от 200 до 2000 т), вы­полненного в 1973 г. Д. Мак — Мастерзом и Р. Грииром— учеными американской фирмы «Вота Рисерч Компани».

Технические характеристики СВП приняты близкими к ха­рактеристикам крупных английских аппаратов, в частности, полная масса 300 т и крейсерская скорость 111 —148 км/ч.

Из летно-технических характеристик самолета С-5А в ана­лизе использованы: полная масса 382 т; крейсерская скорость 845 км/ч; полезная нагрузка 222 т; суммарная тяга двигате­лей 74,5 тс.

Для экраноплаиа выбрана схема «летающего крыла», как имеющая, по мнению авторов исследования, неоспоримые пре­имущества перед самолетной применительно к тяжелым аппа­ратам. Принятые схемы общего вида экраноплана и самолета
показаны на рнс. 140. Одной из особенностей конструктивной компоновки экраноплаиа являются выдвижные крылья. Они предназначены для увеличения размаха экраноплаиа, а следо­вательно, и повышения его аэродинамического качества По рас­четам авторов исследования, улучшение аэродинамических ха­рактеристик крыла в данном случае значительно превышает потери от увеличения массы конструкции планера экраноплаиа, вызванные его усложнением. Удлинение крыла в зависимости от массы аппарата колеблется от 1,38 до 0,77 для экраноплаиа соответственно массой 200 и 2000 т. Консоли крыла предпола­галось оборудовать не жесткими, как обычно, а эластичными концевыми шайбами. Конструкцию подобных шайб недавно запатентовала фирма, в которой работают авторы исследования.

Для повышения несущих возможностей крыла, особенно в момент старта, на нем предусмотрена мощная механизация, включающая закрылок, предкрылок и систему управления по­граничным слоем. Применение этой механизации должно суще­ственно повысить значение аэрогидродинамического качества в момент старта экраноплаиа. В этих условиях, по мнеиию ав­торов, оправдано принятое в исследовании высокое значение коэффициента подъемной силы (Су = 2,0).

Большое внимание в проработке экраиоплаиа уделено вы­бору оптимального варианта двигательно-движительного ком­плекса. В качестве энергетической установки приняты судовые газотурбинные двигатели, имеющие более высокие характери­стики надежности и экономичности по сравнению с авиацион­ными. Турбины приводят в движение вентиляторы в насадках, значение пропульсивиого к. п. д. которых принято равным г| = 0,85. Расчет нагрузки, впрочем, как и вся схема опреде­ления основных летно-технических характеристик экраноплаиа, выполнен по методике, принятой в самолетостроении.

Определенные значения основных характеристик аппарата приведены в табл. 4. Протяженность рейса равна 1850 и 5550 км.

Основной критерий оценки технико-экономической эффек­тивности сравниваемых транспортных средств где и — масса полезной нагрузки; W — полная масса.

По мнению авторов анализа, этот показатель правомерно использовать при сравнении транспортных средств с близкими скоростями движения и примерно одинаковой дальностью дей­ствия.

Широко применяется зарубежными специалистами, в част­ности, в приведенных выше исследованиях Габриэлла и КаР’

Таблица 4 Технические характеристики сравниваемых вариантов экраноплана Экранопланы (тип) Наименование характеристики А В с D Полная масса, т 200 500 1000 2000 Скорость полета, км/ч: у экрана 370 360 398 427 вдали от экрана 427 436 463 482 Мощность энергетической установ­ки, тыс. л.с.: у экрана 18 42,5 100 240 вдали от экрана 30 80 180 400 Полезная нагрузка, т; при дальности рейса 1850 км 100 240 400 720 » » » 5550 км 65 150 220 320 Аэродинамическое качество: у экрана 16 16,5 15,5 14,0 вдали от экрана 10 9,5 9,0 8,4 мана, критерий, иногда называемый общей транспортной эф­фективностью,

О

‘ ^2 — р »

где v — скорость движения; Р—мощность энергетической уста­новки.

Разновидностью данного критерия является так называемая коммерческая эффективность

<&=f-

Широко применяется также в зарубежных исследованиях критерий, называемый иногда «производительностью» транс­портного средства. Он выражается следующей зависимостью:

Q3 = —.

Результаты расчетов всех этих показателей для СВП, са­молета и экранопланов приведены в табл. 5. Изменение полез­ной нагрузки в зависимости от полной массы экраноплана н дальности рейса показано на рис. 141. Интересно сопоставить этот график с результатами исследования транспортной эффек­тивности экранопланов, выполненного американскими специа­листами около 10 лет назад н представленными на рис. 136. Из сравнения графиков видно, что последнее исследование зна­чительно более скромно оценивает эффективность экранопла­нов по их полезной нагрузке. Так, для аппарата с полной массой 1000 т при дальности рейса 5550 км определенная ранее по­лезная нагрузка составляла 400 т, а по последним данным — всего 200 т.

Авторы исследования делают следующие основные выводы: эффективность экраноплана по критерию Q3, т е. его «про­изводительности», приблизительно вдвое ниже, чем самолета С-5А, главным образом вследствие вдвое меньшей крейсерской скорости полета. Однако она в 3—5 раза выше, чем у СВП;

эффективность экраноплана по критерию Q2, т. е. по мощ­ности, затрачиваемой на пройденный тонно-кнлометр, примерно в 2 раза превышает эффектив­ность самолета и в 2—4,5 раза — СВП;

массовая отдача экраноплана Qі аналогична отдаче самолета и заметно выше, чем у СВП.

Представляют интерес также результаты оценки транспортной эффективности экраноплана, вы­полненные в 1973 г. француз­скими специалистами М. Ебер — сольтом и Л. П. Унтерштеллером в процессе проектно-исследова­тельской проработки аппарата, изображенного на рнс. 49. Ос­новные элементы этого экрано­плана, результаты модельных ис­пытаний и расчетов летных ха­рактеристик были приведены в §7.

В качестве критерия оценки эффективности экраноплана ав­торы работы используют зависи­мости Q2 и Q/, уже рассмотрен­ные нами прн ознакомлении с ис­следованиями Д. Мак-Мастерза и Р. Гриира. Сопоставлена эф­фективность проектов СВП № 300 массой 27 т н № 500 массой около 200 т. Результаты этой оценки приведены в табл. 6.

Из таблицы видно, что как общая Q2, так и коммерческая Qz транспортная эффективность экраноплана в 1,5—3 раза выше, чем у СВП такой же массы (около 30 т). По сравне­нию с более крупным СВП (около 200 т) общая транспортная эффективность экраноплана также выше почти в 2 раза при несколько меньшей коммерческой эффективности.

Интересно сравнить результаты оценки транспортной эф­фективности экранопланов и СВП, полученные приблизительно в одно и то же время американскими и французскими специа­листами. Из табл. 5 и 6 видно, что общая эффективность Qz экранопланов, по оценке Д. Мак-Мастерза и Р. Гриира, М. Еберсольта и Л. П. Унтерштеллера, приблизительно в 2—3

Технико-экономические характеристики сравниваемых
транспортных средств

Наименование характе­ристики	СВП		Экранолланы (тип)
C-5A	A	B	C	D
0 _ Va Ql~ Р	5—7	9,1	16	16,5	15,5	14,0
При дальности рейса 1850 км:
Qi = —— W	0,3-0,4	0,45	0,51	0,49	0,41	0,37
о’_	1,5-3	4,1	8,2	8,1	6,4	5,2
Q3 = — W При дальности рейса 5550 км:	20-30	205	102	96	87	85
‘Q = _Jf_ w	—	0,36	0,35	0,33	0,24	0,19
o’ — uv	—	3,3	5,6	5,5	3,7	2,7
w	—	164	70	65	52	44

раза выше эффективности СВП. Коммерческая же эффектив­ность Q2′ экранопланов, по данным американских специали­стов, при дальности рейса 1850 км в 2—5 раз больше, чем У СВП, а у французских специалистов она близка к СВП.

Транспортная эффективность экраноплана и СВП

Таблица 6 Наименование характеристики Экраноплан свп № 300 № 500 Полная масса, т 33 27 -200 Полезная нагрузка, т 8 13 -100 Скорость движения, км/ч 185 по 130 Мощность двигателей, л. с. Транспортная эффективность: 2700 4100 19 000 общая Q2 12,9 3,7 6,9 коммерческая Q2 3,1 1,8 3,4

Несмотря на то, что в проведенных исследованиях ряд ис­ходных данных, в том числе и весьма важных, принят подчас сугубо ориентировочно, полученные результаты, по мнению зарубежных специалистов, правильно отражают сравнитель­ною экономическую эффективность СВП различных типов, эк — ранопланов и самолетов. Эти данные позволяют достаточно обоснованно выбирать оптимальный тип судна или аппарата в зависимости от конкретных условий эксплуатации.