3.1. Продольная устойчивость экраноплана.

   Полет в непосредственной близости от поверхности накладывает повышенные требования к обеспечению устойчивости экраноплана, в первую очередь в продольной плоскости. Поперечная устойчивость, как правило, проблем не вызывает.

   Как отмечено выше, с приближением аппарата к экрану угол отклонения потока вниз за крылом уменьшаются, а перед хвостовым горизонтальным оперением увеличивается, в то же время воздух под крылом как бы запирается, давление под ним распределяется более равномерно и центр этого давления смещается назад, примерно на ¼ ходы крыла. Все  вместе это приводит к появлению значительного пикирующего (в сторону экрана) момента на аппарате. При отходе от экрана все повторяется в обратном порядке и аппарат уходит в набор высоты, со все увеличивающимся углом тангажа (дифферента). То есть, такой аппарат неустойчив у экрана, при малейших возмущениях либо ударяется об экран, либо уходит в высоту. В этом вся суть проблемы продольной устойчивости экраноплана нормальной «самолетной» схемы. 

    Еще о горизонтальном оперении, его роль определяющая в продольной устойчивости экраноплана. У обычного самолета балансировка и устойчивость в свободном полете обеспечивается горизонтальным оперением небольшого размера (10-20% площади крыла), расположенным в хвостовой части корпуса в плоскости крыла или несколько выше. Размещение оперения, в зоне интенсивного изменения скосов потока за крылом при изменении высоты над экраном, приводит к возникновению на оперении дополнительных моментов в том же направлении, что и на крыле, и к еще большему смещению центра давления всего аппарата (назад или вперед, при подходе или отходе от экрана). При отходе от экрана аппарат будет с нарастанием увеличивать угол тангажа, вплоть до опрокидывания, то есть обычный самолет будет неустойчив в околоэкранном полете. 

     Такой характер поведения многократно подтверждался при аэробаллистических испытаниях моделей на треке, этим же объясняются катастрофы экраноплана Вейланда в первом же полете (США, март 1964 г), экраноплана Амфистар (Технология-транспорт, Россия, 1997 г.), рис 3.7.

Подобное возможно у экранопланов с недостаточно развитым оперением.

    Рис. 3.7. Катастрофа аэроглиссера.  Резкий подлет и опрокидывание .

    Значительные перемещения центра давления при изменении высоты полета ( до ¼ САХ) требуют для экраноплана более мощного горизонтального оперения (до 40% площади крыла), чем у самолета, а также максимального вынесения его вверх из зоны интенсивных изменений скосов потока за крылом. Подобные схемы оперений характерны для большинства созданных экранопланов. 

   Однако этого оказалось недостаточно, поскольку характер перемещения общего центра давления на крыле, при изменении высоты полета, остается тем же самым. Аппарат все равно будет совершать колебания по тангажу при изменении высоты полета, даже если эти колебания будут затухающими. 

   По опыту испытаний катапультируемых моделей и натурных экранопланов наиболее рациональным считается переходный процесс, когда экраноплан отходит от экрана с плавным уменьшением угла тангажа, а приближается к экрану с увеличением угла тангажа. Такой переходный процесс невозможен, если оперение находится внутри П-образных концевых вихрей крыла, так как дисбалансирующий момент от перемещений центра давления на крыле и момент от изменения скосов потока перед оперением, будут складываться, а не вычитаться, то есть усиливают дисбаланс.

    Полной естественной балансировки экраноплана при изменении высоты над экраном можно достигнуть, если часть, или все оперение разместить с внешней стороны крыла, в зоне восходящей ветви его концевых вихрей (рис. 3.2, 3.3). В этом случае, при изменении высоты полета, дисбалансирующие моменты от крыла и от горизонтального оперения будут вычитаться, то есть будут компенсировать друг друга. Пример аэро-гидродинамической схемы с горизонтальным оперением, вынесенным за размах крыла, показан на рис. 3.8 (схема заимствована со ската манта).

Рис. 3.8. Аэро-гидродинамическая схема экраноплана с горизонтальным оперением, вынесенным за размах крыла, схема «манта» (а. с. № 17997230 от 8.10.1992 г, СССР.)

   Подобное решение предложено в последнем патенте А. Липпиша (№ 3830448, США, 1974г). В частности, у экранопланов типа КМ, Орленок, Лунь, обладающих удовлетворительным качеством переходных процессов, из этих же соображений размах горизонтального оперения равен и даже превосходит размах крыла, рис. 2.1-2.2. Крейсерский полет экраноплана типа КМ проходит практически без вмешательства пилота.

   Количественные значения параметров крыла, горизонтального оперения и положение ЦТ аппарата определяются путем расчетно-экспериментальной оптимизации, добиваясь желательного качества переходных процессов при действии возмущений.

___________________________________________________________________________