Размещено на http: //www. allbest. ru/
Оглавление
Введение
1. Суда на подводных крыльях и на статической воздушной подушке
2. История создания экранопланов
2.1 Первые экранопланы
2.2 Р.Е. Алексеев - основоположник отечественного крылатого судостроения
3. Физические обоснования полетов самолетов и экранопланов
3.1 Подъемная сила самолетов
3.2 Принцип действия экранного эффекта
3.3 Поиск оптимальной конструкции экранопланов
4. Экранопланы
4.1 Корабль-макет (КМ)
4.2 Десантный экраноплан «Орленок»
4.3 Экраноплан ракетоносец «Лунь»
5. Возможные области применения экранопланов
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Экранопланы - это малоизвестный вид транспорта. Актуальность темы определяется тем, что в последние время внимание различных транспортных компаний привлекают альтернативные виды транспорта. Одним из них и является экраноплан. Все большее внимание привлекают работы Алексеева и других конструкторов. Например, компания «Боинг» планирует создать транспортный экраноплан «Пеликан». Но найти полную информацию об экранопланах очень непросто. Именно поэтому я поставил целью своего реферата рассказать об экранопланах. Чтобы осуществить поставленную цель я поставил перед собой следующие задачи:
Рассказать об истории создания экранопланов.
Описать причины возникновения экранного эффекта.
Привести примеры существующих экранопланов.
Показать преимущества экранопланов над другими видами транспорта.
При написании реферата, мною было использовано большое количество различных источников.
Данная проблема не достаточно хорошо освещена в литературе. В основном сведения по экранопланам можно найти в периодических изданиях или же в интернет-ресурсах. Моя работа является попыткой обобщить найденный материал по данному вопросу и попытаться разобраться в таком сложном явлении, как экранный эффект.
Экранопланы - новое поколение судов, отвечающих современным требованиям транспортных систем с широким профилем применения. Своим рождением они обязаны двум главным обстоятельствам. Во-первых, настойчивой работе судостроителей, конструкторов и ученых по повышению скорости движения водных транспортных средств. И, во-вторых, заинтересованности военных моряков в применении на морских и океанских просторах боевых судов, обладающих максимально возможными скоростями движения, высокой мобильностью.
Скорость, пространство и время всегда были главными факторами на войне, определявшими успех боевых операций. В мирных же условиях - это быстрое и эффективное решение хозяйственных задач. Поэтому появление новых транспортных средств, отличающихся более высокими скоростными характеристиками по сравнению со своими предшественниками, всегда вызывало большой интерес во всем мире.
1. Суда на подводных крыльях и на статической воздушной подушке
экраноплан крылатый судостроение самолет
Так, широкое внедрение судов на подводных крыльях (СПК) в 60-х годах коренным образом изменило пассажирские перевозки на водном транспорте, сделав их рентабельными для государства и привлекательными для пассажиров. В дальнейшем СПК нашли применение и в военном деле, в частности в качестве малых противолодочных и патрульных катеров. Их скорость в 2-3 раза выше по сравнению с обычными водоизмещающими судами. Но на этом возможности СПК были практически исчерпаны. Достигнуть скорости более 100 - 120 км/ч на СПК оказалось технически трудно выполнимым и экономически нецелесообразным.
Затем появились суда на статической воздушной подушке (ССВП).Подушка создавалась искусственно с соответствующими затратами мощности. ССВП позволили несколько повысить верхний предел скорости по сравнению с СПК, но для них непреодолимым барьером стало ориентировочно 150 - 180 км/ч из-за потери устойчивости движения.
2. История создания экранопланов
2.1 Первые экранопланы
Экранопланы, в отличие от ССВП, поддерживаются над поверхностью при помощи не статической (искусственно создаваемой специальными нагнетателями), а естественной динамической воздушной подушки, возникающей от скоростного напора набегающего потока воздуха. Здесь и возникает так называемый экранный эффект.
Работу по практическому применению экранного эффекта вели параллельно как судостроители, так и авиастроители. Судостроителям он был интересен как средство для повышения скорости движения судов, а авиастроителям - как средство для повышения экономичности гражданских самолетов и обеспечения полетов на малых высотах при решении тактических задач военного назначения.
Гораздо раньше начали изучать экранный эффект судостроители. Непосредственными прародителями экранопланов были суда с « воздушной смазкой» и на статической воздушной подушке ( шведский ученый Э. Сведенберг более 250 лет назад впервые предложил идею использования воздуха для уменьшения сопротивления движению судов). Первый экраноплан был построен в 1935 году финским инженером Т. Каарио, который разрабатывал идею экранопланов вплоть до 1964 года, создав ряд различных аппаратов и их усовершенствованных модификаций. Известно, что к настоящему времени за рубежом на основе экспериментальных и теоретических исследований построено более пятидесяти экспериментальных образцов экранопланов. Построены практические образцы, например, патрульный экраноплан А.Липпиша и строятся пассажирские экранопланы Г.Йорга ( ФРГ ). Создателями этих экранопланов являются как отдельные исследователи, так и широко известные научно-исследовательские центры и фирмы многих стран мира.
Вместе с тем, есть основания заявить, что к настоящему времени дальше других в разработке экранопланов продвинулись в нашей стране. Одной из первых отечественных работ, посвященных влиянию экранирующей поверхности на аэродинамические свойства крыла, была экспериментальная работа Б.Н. Юрьева. В период 1935-39 годов комплекс экспериментальных и теоретических работ по исследованию экранного эффекта провели Я.М. Серебрийский и Ш.А. Биячуев. Первые практические разработки экранопланов в нашей стране были выполнены известным авиационным инженером и изобретателем П.И. Гроховским во второй половине 30-х годов. Большой вклад в идеи экранопланов, разработку схемных решений и проведение экспериментальных исследований моделей в аэродинамических трубах внес известный авиаконструктор Р.Л. Бартини который настойчиво и плодотворно работал в этом направлении в 70-е годы прошлого века.
2.2 Р.Е. Алексеев - основоположник отечественного крылатого судостроения
Однако, вне всякого сомнения, главная и определяющая роль в разработке и реализации экранопланов принадлежит Р.Е. Алексееву - выдающемуся ученому и конструктору, идеологу и основоположнику отечественного крылатого судостроения.
Ростислав Евгеньевич Алексеев родился 18 декабря 1916 года в Брянской области, в семье учительницы и агронома. В 1933 году семья переезжает в город Горький (ныне Нижний Новгород).В 1935 году поступил в Горьковский индустриальный институт имени Жданова (ныне Нижегородский государственный технический университет) на кораблестроительный факультет(ныне Факультет Морской и Авиационной Техники). 1 октября 1941 года защитил дипломную работу «Глиссер на подводных крыльях» и госкомиссией ему было присвоено звание инженера-кораблестроителя. После защиты молодой инженер был направлен на завод «Красное Сормово», где с 1941 по 1943 годы работал в должности контрольного мастера выпуска танков.
В 1942 году принимается решение о выделении ему помещения и людей для работы по созданию боевых катеров на подводных крыльях. В идею Алексеева поверило управление кораблестроения ВМФ и ему были выделены средства. Катера Алексеева не успели принять участия в боевых действиях, но созданные им модели убеждали в возможности успешной реализации идеи.
В 1951 году Алексеев и его помощники за разработку и создание судов на подводных крыльях были удостоены Сталинской премии. Коллектив начинает работать над невиданным до тех пор пассажирским судном на подводных крыльях (СПК), получившем символическое имя «Ракета». Летом 1957 года Алексеев представил её на суд мировой общественности, приведя её в Москву в дни Международного фестиваля молодёжи и студентов. С этого впервые в мире началось скоростное судостроение. Катера «Волга», «Метеор», «Комета», «Спутник», «Буревестник», «Восход» -- ежегодно новый проект и каждый лучший. В 1961 году десять сотрудников во главе с Алексеевым получают Ленинскую премию за создание нового транспортного средства.
В 1962 году в ЦКБ началась работа по созданию экраноплана КМ для ВМФ, а в 1964 году -- над проектом экраноплана Т-1 для воздушно-десантных войск. 22 июня 1966 года экраноплан КМ, самый крупноразмерный для своего времени летательный аппарат на земле, был спущен на воду. В начале 70-х годов ЦКБ по СПК был дан заказ на постройку десантного катера «Орлёнок». 3 ноября 1979 года первый в мире десантный корабль-экраноплан был принят как боевая единица в состав ВМФ. Он получил штатный номер МДЭ-160 (младший десантный экраноплан).К тому времени Ростислав Алексеев был тяжело болен и после двух операций скончался 9 февраля 1980 года.
Вместе с коллективом ЦКБ по СПК Р.Е. Алексеев в значительной мере способствовал ускорению научно - технического прогресса в области скоростного судостроения, сначала создав суда на подводных крыльях, а затем и экранопланы. Работа над экранопланами - самая значительная и яркая страница творческой биографии Р.Е. Алексеева.
Немало усилий для развития экранопланов приложили ученые многих организаций и институтов страны, и в частности ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова, ЦАГИ имени профессора Н.Е. Жуковского и летно-исследовательского института имени М.М. Громова.
Успехам отечественного экранопланостроения во многом способствовало удачное стечение обстоятельств. Р.Е. Алексеев - талантливый конструктор, изобретатель и архитектор. Он познал водную стихию и законы гидродинамики на занятиях парусным спортом. Свои знания гидродинамики он апробировал в работах по созданию судов на подводных крыльях.
В стране имелось необходимое материально-техническое обеспечение, прежде всего, соответствующие конструкционные материалы и высоко надежные авиационные двигатели Генерального конструктора Кузнецова и, наконец, все работы по экранопланам строго планировались и контролировались государственными органами.
Активная разработка экранопланов в ЦКБ по СПК ведется с начала 60-х годов, то есть с того времени, когда была создана серия СПК, определены границы их эффективного применения по скорости движения и сформированы научно-технические предпосылки для разработки экранопланов.
3. Физические обоснования полетов самолетов и экранопланов
3.1 Подъемная сила самолетов
Экранный эффект известен давно. Сначала он был замечен в природе (на рыбах и птицах), а затем и в технике (на судах при больших скоростях движения и на самолетах при посадке и полетах на малой высоте). Поскольку летные данные самолета, в частности, его устойчивость, не были рассчитаны на этот эффект, он в ряде случаев приводил к авариям и катастрофам самолетов на взлетно-посадочных режимах движения. У каждого самолета профиль сечения крыла строго рассчитан. Верхняя поверхность крыла выпуклая. Это делается для того, чтобы встречный воздушный поток, обтекая ее, повышал свою скорость, подобно тому, как ускоряется поток воды в узком сечении трубы. Поэтому давление над крылом самолета падает очень значительно и возникает разность давлений между верхней и нижней поверхностями крыла самолета. Образующееся над крылом разрежение и поднимает самолет в воздух.
Связь между скоростью и давлением в потоке маловязкой среды впервые установил Даниил Бернулли. Это соотношение было названо в его честь уравнением Бернулли. Это уравнение выражает закон сохранения энергии для текучей среды.
с -- плотность жидкости,
v -- скорость потока,
h -- высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,
p -- давление.
Константа в правой части обычно называется напором или полным давлением. Однако на подъемную силу самолета влияет не только разность давлений, но и другие факторы. Поэтому набегающий воздушный поток воздействует (давит) на крыло с силой, которая называется полная аэродинамическая сила. Она определяется по формуле:
где:
L - подъёмная сила (Н)
Cl - коэффициент подъёмной силы
p - плотность воздуха (кг/м3)
V - скорость движения крыла относительно воздуха (м/с)
S - площадь крыла (м2)
Коэффициент подъёмной силы - безразмерная величина, характеризующая подъемную силу крыла определённого профиля при известном угле атаки. Коэффициент определяется экспериментальным путём в аэродинамической трубе, либо по теореме Жуковского.
Но при взлетно-посадочных режимах на самолет действует не только обычная подъемная сила, но и экранный эффект. Это и приводило к проблемам балансировки и авариям.
3.2 Принцип действия экранного эффекта
По сути, экранный эффект -- это та же воздушная подушка, только образуемая путём нагнетания воздуха не специальными устройствами, а набегающим потоком. То есть «крыло» таких аппаратов создаёт подъёмную силу не за счёт разреженного давления над верхней плоскостью (как у «нормальных» самолётов), а за счёт повышенного давления под нижней плоскостью, создать которое возможно только на очень небольших высотах (от нескольких сантиметров до нескольких метров -- в зависимости от размеров экраноплана).
Эффект экрана связан с тем, что возмущения (рост давления) от крыла достигают земли (воды), отражаются и успевают дойти до крыла. Таким образом, рост давления под крылом получается большим. Скорость распространения волны давления равна скорости звука. Чем шире крыло, ниже скорость полёта и высота -- тем выше экранный эффект.
Например, максимальная дальность полёта экранолёта «Иволга» на высоте 0,8 м составляет 1150 км, а на высоте 0,3 метра с той же нагрузкой уже 1480 км.
Традиционно на скоростях полётов у самой земли принято считать высотой действия экрана половину хорды крыла. Это даёт высоту порядка метра. Но у достаточно больших экранопланов высота полёта «на экране» может достигать 10 и более метров. В частности, было доказано, что подъемная сила крыла растет, причем тем больше, чем ближе крыло к земле; сопротивление уменьшается. Увеличение подъемной силы может достигать 50%, рост аэродинамического качества (отношения подъемной силы к силе сопротивления) - в 1,5...2,5 и более раз.