О перспективах развития экраноплаиов

Достигнутый уровень развития экраноплаиов пока еще ие по­зволяет сделать окончательных выводов о дальнейших путях развития этого нового вида транспортных средств. Трудно го­ворить о достоверных зависимостях, характеризующих транс­портную эффективность экраноплаиов. Тем ие меиее рассмот­рим некоторые из иих.

Как зависит массовая отдача экраиоплана от его тоннажа и основных параметров? Выше было показано, что массовая отдача экраиоплана, а следовательно, и его транспортная эф­фективность существенно повышаются с ростом полной массы. X. Вейланд, А. Липпиш также считают, что будущее принадле­жит крупным аппаратам. По их миеиню, только на таких ап­паратах удается достаточно полно реализовать все возможно­сти повышения аэродинамического качества крыла за счет эф­фекта близости экрана.

Интересные данные {рис. 142) получеиы В. Б. Корягиным. Согласно его расчетам полезная нагрузка аппаратов, а сле­довательно, и их массовая отдача неуклонно повышаются по мере увеличения полетной массы вплоть до больших значе­ний (1000 т и более).

Напомним, что с увеличением главных размерений аппа­рата, в том числе и хорды его крыла, при одной и той же аб­солютной высоте полета иад экраном относительная высота его полета падает. Значение же последней определяет аэро­динамическое качество аппарата и его экономическую эффек­тивность как транспортного средства.

Возникает вопрос, что же тогда лнмнтирует рост тоннажа и главных размерений подобных аппаратов. Этот вопрос в 1966 г. был в первом приближении рассмотрен В. М. Па­шиным. В силу ряда принятых упрощающих допущений вы­воды работы следует рассматривать как ориентировочные. Ха­рактеристики изменения экономической эффективности экра — иоплаиов в зависимости от их главных размерений рассмотрены иа ряде конкретных примеров (вариантов) аппарата одной и той же компоновки. Элементы экраиоплана рассчитаны для хорды несущего крыла при значительном изменении ее значе­ний.

В качестве исходных данных расчета приняты, в частно­сти, протяженность рейса 2800 км и предельно допустимое для эксплуатации волнение 5 баллов. Зазор между корпусом эк — раноплана и гребнем волны с обеспеченностью 0,1% также условно равен 0,5 м.

Очевидно, при меньшем волнении экраноплан сможет ле­тать на меньшей высоте и наиболее полно реализовать эффект экрана для повышения аэродинамического качества аппарата.

Рис 142 Зависимость составляющих нагрузки экрано — плана от его полной массы I — полезная нагрузка; 2 — масса порожнего экраноплана; 3 — ма<Ха энергетической установки, экипажа и пр ; 4—масса корпуса с оборудованием, 5 — масса хвостового оперения, оборудования и Др, 6— масса корпуса, 7 — масса несущего крыла

Поэтому в работе рассчитана некоторая средневзвешенная вы­сота полета

h = 2 РД,

1=0

где Р,— средняя повторяемость волнения 1-й балльности за лет­ный навигационный период; ht — высота волнения с обеспе­ченностью 0,1 %.

Массовая нагрузка различных вариантов экраноплана оп­ределялась по исходным данным и методике, принятым в гидро — самолетостроенин. Для расчета несущей способности и потреб­ной мощности приняты следующие значения коэффициента подъемной силы и аэродинамического качества аппарата в за­висимости от относительной высоты его полета:

h…………….		0,05	0,1	0,2	0,3	0,4
С» …	…………… 1,7	1,5	1,3	1,15	1,1	1,07
к… .		40	28	19	17	16

В качестве основного критерия для оценки экономической эффективности взяты приведенные затраты

Зпр = С + ЕК,

где С — себестоимость перевозок; Е — нормативный коэффици­ент эффективности (в судостроении обычно равен 0,1); К — удельные капиталовложения.

Использование указанного критерия в стоимостной форме для экраиоплаиов практически пока невозможно из-за отсут­ствия ряда параметров, необходимых для расчета строитель­ной стоимости и эксплуатационных расходов. В связи с этим автор исследования преобразовал выражение критерия эконо­мической эффективности к виду, позволяющему при некоторых допущениях в сопоставимых расчетах обойтись без определе­ния таких параметров. Кроме того, было принято, что ва­рианты экраноплаиа отличаются только основными элемен­тами и характеристиками при одинаковых аэрогидродииами — ческой и конструктивной компоновках, конструкции корпуса; все варианты имеют однотипные двигатели с одинаковым сро­ком службы и т. д. Эти допущення с учетом широкого диапа­зона изменения главных размерений аппарата (в 15—20 раз) условны и довольно грубы. Одиако для качественной оценки влияния последних иа эксплуатационные характеристики ап­парата оии, по-видимому, допустимы.

Таким образом, расчет составляющих приведенных затрат (С+ЕК) был заменен расчетом упрощенного критерия F, за| висящего от массы аппарата, его коммерческой нагрузки, мощ] ности энергетической установки и скорости полета. Относи] тельные затраты (на единицу провозной способности)

р___ г w пор

где (Р& — мощность двигателей сравниваемого варнаитаї

аппарата; S меняется от 1 до 1; I — количество сравниваемы?! вариантов аппарата; Р/— мощность двигателей некоторого ба

зисиого варианта аппарата); W„op = W„opSIWao^l — масса по­рожних аппаратов без энергетической установки; v = vs/v — ско­рость аппаратов; Wrp = Wrp sfWrp (— коммерческие нагрузки ап­паратов.

В результате исследования сделаны следующие основные выводы.

С увеличением размеров экраноплаиа, в случае постоянной абсолютной высоты полета, полезная нагрузка его сущест­венно возрастает, а потребная энерговооруженность резко сни­жается вследствие повышения реализуемого аэродииамиче-

ского качества при снижении относительной высоты полета (рис. 143). Таким образом, и результаты данного анализа пол­ностью подтверждают рассмотренные ранее зависимости.

В то же время по мере дальнейшего увеличения размерений аппарата масса его конструкций (корпуса, крыльев и т. д.), рассчитанная по самолетной методике, довольно быстро воз­растает. В случае значения хорды несущего крыла более 90— 100 м наблюдается снижение массовой отдачи.

В рассмотренном примере при хорде несущего крыла около 200 м полезная нагрузка равна нулю (см. рис. 142).

Рис. 143. зависимость основных характеристик экраноплана от длины хорды несущего крыла. I — грузоподъемность; 2 — массоная отдача по коммерческой нагрузке q, 3 — сдельная мощность, Р, л с /т ————— скорость полета 740 км/ч; ————— скорость полета 370 км/ч;————— скорость полета 185 км/ч.

С ростом главных размерений экраиоплаиа существенно повышается его экономическая эффективность, что соответст­вует снижению значения критерия F (рис. 144).

Наименьшее значение критерия F достигается при разме­рениях экраноплана, соответствующих значениям хорды несу­щего крыла 30—40 м (в зависимости от скорости полета). Дальнейшее увеличение размерений аппарата из-за упомяну­того резкого повышения относительной массы конструкции свя­зано с ухудшением экономической эффективности экраноплана.

Для принятых исходных данных и допущений экономиче­ская эффективность экраиоплаиа приближается к нулю при хорде, равной около 200 м (F-*-оо).

С повышением скорости движения экраиоплаиа массовая отдача его по коммерческой нагрузке несколько падает при од­новременном росте энерговооруженности аппарата. Однако наблюдается значительное повышение экономической эффек­
тивности, обусловленное соответствующим ростом производи­тельности экраноплана.

Для принятых в исследовании исходных данных скорость по­лета экранопланов около 550—650 км/ч является оптимальной в соответствии с принятым Критерием экономической эффектив­ности (рис. 145).

Таким образом, стремление к увеличению размеров экрано­планов хорды b несущего крыла свыше 30—40 м не оправдано с экономической точки зрения. Попытки реализовать значения аэродинамического качества порядка 45—50 связаны при за­данной высоте полета (мореходности) с необходимостью со­ответствующего увеличения хорды крыла до 60—80 м, что при­вело бы к ухудшению экономической эффективности аппарата.

Ь, м

Результаты рассмотренного исследования в известной мере подтверждаются и опытом транспортной авиации.

Экономическая эффективность пассажирских самолетов обычно оценивается стоимостью тонно-километра, или пасса — жиро-километра, вычисляемой в результате определения пря­мых и косвенных эксплуатационных расходов.

Уровень совершенства самолетов в значительной степени характеризуется их массовой отдачей. Влияние этой характе­ристики иа экономику самолета можно показать следующим примером. Уменьшение массы порожнего самолета иа 1 % при­водит к снижению себестоимости перевозок или к увеличению прибыли иа 4—6%.

На массовую отдачу самолета, а также экраноплана боль­шое влияние оказывают его полная масса и основные харак-‘ теристики.

В авиации увеличение тоннажа самолета — одно из самых эффективных средств достижения высокой массовой отдачи. Так, для самолетов при полной массе около 20 т полная мас­совая отдача (с учетом массы топлива) составляет примерно

40%, а для самолетов массой 60—80 т она уже повышается до 50% и более.

Массовая отдача самолетов при их массе 20—50 т растет быстрее, чем при массе 50—80 т. Затем зависимость дости­гает максимума, за которым значение массовой отдачи с ро­стом полной массы самолета начинает снижаться аналогично тому, как это наблюдалось у экранопланов.

Интересные данные, касающиеся зависимости экономиче­ских показателей от полной массы самолета (по опыту зарубеж­ных авиалиний), приводит Г. М. Бернев. Если себестоимость одного тонно-километра в случае перевозки груза на расстоя­ние 8000 км при полной массе самолета 100 т составляет 0,22 руб., а при массе 200 т — 0,16 руб., то с ростом тоннажа самолета до 500 т она падает до 0,08 руб., т. е. в 2—3 раза. Снижение себестоимости перевозки грузов наблюдается и при дальнейшем росте тоннажа самолетов.

Для экранопланов увеличение их тоннажа, а следовательно, и размеров хорды несущего крыла имеет особое значение: по­мимо улучшения экономики можно увеличить абсолютную вы­соту полета, повысив тем самым мореходность.

Несмотря на очевидную экономическую целесообразность создания тяжелых крупных экранопланов, строительство их свя­зано с известными трудностями. Одна из них— необходи­мость устанавливать на аппарате установку мощностью 200— 300 тыс. л. с. н более. Так, в проекте экраноплана X. Вейланда предусматривалась энергетическая установка, состоящая из де­сяти газотурбинных двигателей суммарной мощностью 200 тыс. л. с. Подобная многоагрегатная установка усложняет эксплуа­тацию аппарата. Из истории авиации известно прекращение строительства сверхтяжелых летающих лодок типа «Дориье До-Х», «Дорнье До-ХХ», энергетические установки которых со­стояли из шести, восьми н даже двенадцати двигателей.