8.5. Летно-технические характеристики базовой модели экраноплана.

    Пример типового расчета летно-технических характеристик показан на проектах легких экранопланов типа МТ1-Х с двигателями, взлетной мощностью 550-800 лс., рис.8.11 -  8.16, см. ниже.

    Для расчетной оценки летно-технических характеристик экраноплана, с конкретным типом двигателя, на основе аэро-гидродинамических характеристик аэротрубной и буксируемой моделей, а также тяговых характеристик двигателя, формируется комплексная математическая модель в виде диаграммы потребных и располагаемых тяг одновременно на режимах старта и крейсерского полета – P,Q = f (Vx). , рис. 8.11.

Рис. 8.11. Диаграмма потребных и располагаемых тяг,   P,Q = f (Vx).

     Объединение в одной диаграмме сил сопротивления по скоростям старта и полета, с наложением на них тяговых характеристик двигателя, позволяет оптимизировать конструктивные параметры и летно-технические характеристики экраноплана на всем диапазоне режимов движения. По диаграмме производится взаимное согласование характеристик двигателя и движителя (винта) с параметрами гидродинамических устройств и максимальным взлетным весом аппарата, уточняются режимы работы двигателя, определяется диапазон эксплуатационных скоростей (скорость горба сопротивления, взлетная, крейсерская, максимальная), рассчитывается дистанция старта-торможения. 

   Летные характеристики экраноплана включают показатели технической дальности полета, минимальной и максимальной скорости движения, показатели динамического подлета от экрана (горка), радиусов разворота (циркуляции) в режиме полета и при глиссировании. 

Техническая дальность полета (Lтех) для каждой высоты над экраном рассчитываются по значениям характерных параметров для данного аппарата и по запасам топлива (Gт) на полет (затраты топлива на старт-посадку и на маневры не учитываются):

 

                           Kкр * η            d Gi                       Kкр * η                  Go

Lтех  =  270 *   ---------  *   ò --------  =  270  *   -----------   *   Ln  --------- ,   km  

                               Ce                   Go                           Ce                      Gкон

В уравнении принято:

Режим - полет на постоянной высоте над экраном, с постоянным углом тангажа и с постоянным удельным расходом топлива у двигателя ( т.е. Сe = const );

Ккр     - аэродинамическое качество на  крейсерской  скорости;

η = (ηp * ηov)  - полный КПД  движителя в полете (ηov = ~0,92 – механический КПЛ ) ;

Се       - удельный расход топлива  двигателя,  кг топл./ лс*час;

Go, G кон  - начальный  и  конечный (без топлива) вес экраноплана в полете, кг.

 

При расходе топлива на полет менее Gт <= 0,1Go, значения скорости (Vкр), значения километрового расхода (q)  и часового расхода топлива (Gч) на постоянной высоте полета, допустимо считать постоянными.

Lтех = Gт  / q , км ;   

 

                                        q =  Gч кг/ч  /  Vкр км/ч  ,  кг топлива / км .

 

Диаграмма потребных и располагаемых тяг  P,Q = f (Vx).по высотам над экраном

   Минимальная скорость полета ограничена возможностью изменять подъемную силу за счет аэродинамической механизации крыла (закрылки) или путем изменения угла тангажа аппарата (до 6-10 град.). Для экранопланов, оборудованных гидродинамической механизацией (гидролыжи, подводные крылья), минимальная скорость может быть дополнительно снижена до скоростей режима глиссирования, за счет суммарного действия аэро- и гидродинамических сил, т.е. примерно до100 км/ч. Аналогичные возможности реализуются и у экранопланов со стартовым устройством в виде поддува, в режиме движения на воздушной подушке.

   Максимальная скорость вблизи экрана ограничена не тягой двигателя, как у самолета, а продольной устойчивостью на минимальных углах тангажа (дифферента), когда пропадает стабилизирующее влияние эффекта экрана. При этом начинают развиваться энергичные колебания по тангажу и по высоте над экраном.  

   По физическим признакам диапазон эксплуатационных скоростей ограничен с одной стороны - минимальной скоростью устойчивого глиссирования (за «горбом сопротивления»), с другой стороны – максимально допустимой скоростью по условиям продольной устойчивости. Например, для легкого экраноплана с двигателем на 550 лс этот диапазон  при полете у экрана с учетом выпущенной гидролыжи составляет примерно (см. диаграммы):

Vэкспл.  =  (0,7 - 1,2) Vкрейс. = 100 – 190 км/ч .

 

Диаграммы режимов старта и полета ЭП с гидролыжей

 

Диапазон скоростей ЭП при полете с убранной гидролыжей

 

Диапазон скоростей ЭП при полете с выпущенной гидролыжей

     Для сравнения, у самолета этот диапазон в 2-3 раз выше, за счет возможности летать на больших высотах, в разреженной атмосфере.

     Динамический потолок (подлет) экраноплана. В горизонтальном полете экраноплан обладает кинетической энергией (кинетической высотой), используя которую он может набрать дополнительную высоту с помощью восходящего маневра - горки. Подобный маневр называется динамическим, а высота подъема - динамическим потолком, при этом высота подлета зависит от величины падения скорости и не зависит от веса аппарата, рис 8.12.

Рис. 8.12  Режим динамического подлета (горка).

   Выполняется режим подлета без изменения режима работы двигателя, за счет увеличения подъемной силы на крыле, путем отклонения закрылков или увеличения угла тангажа при отклонении руля высоты. При увеличении тяги двигателя, полет на высоте подлета может продолжаться до ограничений по режиму работы двигателя.

   Динамический потолок, достигаемый за счет потери части скорости до минимальной эволютивной, примерно можно оценить из уравнения равенства кинетической (скорость) и потенциальной (высота) энергии в одном аппарате:

                                                                             1

                    Н дин = ( Кп / Кэ  ) * (  Н н.г. +  ----- * ( V 2 кр – V 2 мин )  ),

                                                                             2g

где:

Кп /Кэ – отношение качества в свободном полете и у экрана;

Н н.г   .- высота начала горки, м;

Vмакс  - крейсерская скорость перед началом горки, м/сек;

Vмин   - минимальная скорость в  конце  горки, м/сек (ограничивается эффективностью рулей и допустимой скоростью сваливания).

   Для экраноплана МТ1-ВК800 динамический подлет, в крейсерском полете без изменения режима работы двигателя, может составить примерно :

                                                                    1  

                   Н дин =  ( 0,6 ) *  ( 1,0 . +  --------- * ( 60 2  – 50 2  ) )  =  ~ 34 м ;

                                                                 2 * 9,8  

   На устойчивом и сбалансированном экраноплане режим подлета и возвращение к исходному приэкранному полету, после импульса, например, рулем высоты, может осуществляться без вмешательства пилота. Подобный режим отрабатывался на экраноплане КМ.

   Радиусы разворота экраноплана. При движении по маршруту экраноплан может совершать развороты по курсу в 2-х режимах : а) - без контакта с поверхностью с креном или со скольжением; б) - в контакте с поверхностью при совместном действии аэро- и гидро-динамических сил.

    Установившийся правильный вираж (циркуляция) экраноплана в полете выполняется с углом крена, без скольжения, с постоянным радиусом и скоростью на развороте. Центростремительная сила для разворота создается за счет наклона подъемной силы на крыле экраноплана (рис. 8.13). Радиус разворота зависит только от скорости и угла крена, и не зависит от веса аппарата.

                    

Рис. 8.13 . Схема сил при развороте с креном.

    Чтобы выполнить правильный разворот, необходимо повысить скорость полета и для этого увеличить тягу двигателя. Практически выполнять развороты с креном до 10 градусов можно не изменяя режима работы двигателя. По опыту испытаний экранопланов ЦКБ по СПК при разворотах допускаются касания шайбой крыла поверхности воды.

  Радиус виража – R,  время – t и перегрузка – n  при угле крена - ¡, определяются из выражений:

Вертикальная перегрузка при вираже :

                                                                 Y вир          1

                                                n вир =   --------  =  ---------  .

                                                                 Go              cos g

Скорость при развороте :

                                                             ______                      ______

                                  V вир = Vгп * Ö  n вир    =   Vгп  /  Ö  cos g   .

Увеличение тяга двигателя (Р вир) в долях тяги горизонтального полета (Ргп):

Рвир / Р г.п.   =   n вир ;

Радиус разворота :

                                                                                                     ________

                       R вир  =  V2 вир / g * tg g   =    V2 вир /  9,8 * Ö n2 вир –1   ;

    Плоский разворот на режиме глиссирования производится в диапазоне  скоростей Vx= (0,6-1,0) от скорости отрыва (рис. 52). Центростремительная сила для разворота создается на гидродинамическом элементе (редан, гидролыжа, водяной киль, т.д.) при повороте ЭП по курсу. Кренящий момент, от боковой силы на расположенном под корпусом гидродинамическом элементе, парируется элеронами крыла ( рис 8.14).

Рис.8.14  Схема сил при плоском развороте на глиссировании.

    Боковая перегрузка для разворота обеспечивается подбором угла поворота ЭП по курсу (до 10 град.), угла отклонения элеронов и соответствующего режима тяги двигателя. По опыту эксплуатации судов на подводных крыльях (СПК) и судов на воздушной подушке (СВП) перегрузка не должна превышать значений:  n бок <= 0,3 .

Боковая перегрузка при развороте :

                                                               n бок =  F бок   /  Go   <=. 0,3  .

Радиус разворота :

                                                              Go* V2 вир             V2 вир            

                                         R вир  > =  ---------------   =  -----------------  ;

                                                                g * F бок               9,8 * n бок

   Плоский разворот в полете со скольжением осуществляется аналогично режиму глиссирования. В этом случае угол скольжения, как правило, не превышает 10 градусов.

Сравнительные радиусы циркуляции на режиме глиссирования и в околоэкранном полете для экраноплана типа МТ1-ВК800 приведены на рис. 8.15.

 ПОЛИГОН.

       

Рис. 8.15. Виражи в полете и при глиссировании, скольжение –10 град. Клетка – 1 км. -*-

 Основные летно-технические данные экраноплана МТ1-ВК800 (М-601)

Размах крыла …...……. 12,2 м  

Длина .........….……..….15,8 м  

Вес полный .…....……..   5,2 т  

Вес порожнем …...……   3,1 т  

Двигатель:                                   

  - тип......………..…1 х ВК-800

 - мощность ….…….1 х 800 лс 

Пассажиры ..…..… …16     чел

Экипаж .........….……. 2      чел

Скорость крейс….…  216  км/ч

Высота полета……....0,5 - 5  м

Расход топлива ……. 102  кг/ч

Мореходность старта,

высота волны, до…... 1,25     м

Экраноплан типа МТ1-ВК800 с лыжно-колесным шасси.

Вариант с убирающимися подводными крыльями

Рис. 8.16. Общий вид и характеристики экраноплана типа МТ1-ВК800 (М-601)

    Легкие экранопланы типа МТ1-Х и РТ1-Х, с автомобильными или газотурбинными двигателями, удобны для проведения опытной эксплуатации и оценки технико-эксплуатационных показателей этого нового вида транспорта. Могут служить масштабной моделью в проектах более крупных морских и океанских экранопланов различных типоразмеров и назначений.

 

 Примеры проектов транспортных экранопланов концепции ЭКСПО

· MT1-BMW  · MТ1-D27 ·  MТ2-D27 · Морские паромы  · 

 

___________________________________________________________________________