Десять двигателей, чтобы поднять гиганта с воды

Экраноплан КМ во время испытаний на Каспии

Десять двигателей для КМ: как экраноплан преодолевал сопротивление воды#

18 октября 1966 года над Каспием впервые поднялся экраноплан КМ — экспериментальный корабль-макет, разработанный под руководством Ростислава Алексеева. Машиной управляли лётчик-испытатель Владимир Логинов и сам генеральный конструктор. При длине почти сто метров КМ получил десять реактивных двигателей: восемь расположили в носовой части, ещё два — в кормовой.

На первый взгляд такая схема выглядит избыточной. Экранный эффект позволял рассчитывать на уменьшение сопротивления крыла при полёте у самой поверхности, но для тяжёлого аппарата потребовалась целая группа моторов. Причина заключалась в том, что сначала КМ нужно было разогнать по воде и поднять над ней. Лишь после этого он мог воспользоваться преимуществами полёта вблизи поверхности.

КМ создавали как опытную машину. Флот интересовала возможность быстро перевозить крупные грузы над морем, не используя аэродромную полосу. Позднее на других аппаратах семейства — десантном «Орлёнке» и ракетном «Луне» — инженерам предстояло по-разному распределить задачи между двигателями для старта и для движения на маршруте.

Как экранный эффект помогал в полёте#

При движении самолётное крыло создаёт подъёмную силу. Если крыло находится близко к земле или воде, меняется характер воздушного потока вокруг него и ослабевает воздействие концевых вихрей. В результате уменьшается индуктивное сопротивление — сопротивление, связанное с созданием подъёмной силы. В подходящих условиях для удержания той же массы требуется меньше тяги, а аэродинамическое качество аппарата возрастает. Под этим показателем понимают отношение подъёмной силы к сопротивлению.

Для тяжёлой машины это давало заметный потенциал: на небольшой высоте можно было перевозить большой груз и двигаться с высокой скоростью. Но при старте экраноплан сталкивался с иной проблемой. Пока аппарат ещё покоился на воде, крыло почти не помогало поднимать его, а корпус при разгоне испытывал значительное гидродинамическое сопротивление.

Решением стал стартовый поддув. Двигательные струи направляли под крыло, где возникала зона повышенного давления. Она частично снимала нагрузку с корпуса, облегчала переход к глиссированию и помогала машине оторваться от воды. Воздушная подушка при этом не была герметичной: воздух постоянно выходил наружу, и его приходилось непрерывно восполнять. Кроме того, при направлении струй вниз на разгон вперёд оставалась меньшая доля тяги.

На КМ эту задачу выполняли восемь двигателей семейства ВД-7 в носовой части. Два кормовых мотора предназначались в основном для маршевого полёта. Такое распределение соответствовало двум этапам работы: тяжёлому движению по воде при разгоне и быстрому полёту над её поверхностью.

КМ в трёх проекциях: восемь двигателей установлены в носу, два — на киле

Главной целью проекта было проверить, сможет ли крупный экраноплан работать в заданном режиме, и получить опыт, недоступный при испытаниях небольших моделей. Поэтому высокая суммарная мощность двигателей была частью экспериментальной программы: она помогала надёжно вывести машину на необходимые режимы.

Масштабный аппарат и испытания#

Согласно статье А. Матвеева «Экранопланы конструктора Алексеева», опубликованной в журнале «Катера и яхты» в № 1 за 2009 год, в 1973 году КМ испытывали при взлётной массе 544 тонны и скорости около 500 км/ч. В эту массу входили сам корпус, оборудование, двигатели и запас топлива. С берега аппарат мог выглядеть как почти стометровый корабль, стремительно проходящий над водой с небольшим просветом между днищем и поверхностью.

КМ на воде. Люди на крыле и корпусе показывают масштаб машины. Источник: Old Machine Press

КМ показал, что огромная машина способна выйти на экранный режим и развить скорость, недоступную обычным надводным кораблям. Однако одной тяги для этого было недостаточно. Высота над водой влияла и на подъёмную силу, и на аэродинамические моменты экраноплана. При изменении высоты менялось взаимодействие крыла с поверхностью, поэтому было важно сохранить продольную устойчивость. Если начинались колебания по тангажу — движения носовой части вверх и вниз, — они не должны были нарастать.

На ранних экспериментальных аппаратах, включая СМ-2П, проверяли различные варианты поддува и компоновки. В итоге выбрали схему с низко расположенным основным крылом и хвостовым оперением, поднятым выше. На уменьшенном экраноплане СМ-8 отдельно исследовали автоматическую стабилизацию по тангажу. Эти работы описаны Николаем Якубовичем в книге «Корабли, умеющие летать. Экранопланы советского ВМФ», вышедшей в серии «Морская коллекция», № 8 за 2010 год.

Испытания выявили и конструктивные ограничения. Как отмечает Якубович, первый полёт КМ обнаружил недостаточную жёсткость корпуса-лодки, который пришлось усиливать. Он должен был выдерживать одновременно аэродинамические нагрузки и удары о воду. Позднее выяснилось, что вода проникает в воздухозаборники кормовых двигателей. С этим обстоятельством Якубович связывает переделку аппарата в 1978 году.

В 1980 году КМ потеряли в аварии. К тому времени принцип стартового поддува, отработанный на корабле-макете, уже применялся на десантном «Орлёнке».

«Орлёнок»: отдельные моторы для старта и маршрута#

Десантный экраноплан проекта 904 предназначался для конкретной задачи: оперативно доставлять к берегу морскую пехоту и технику, а затем обеспечивать их выгрузку. Для него выбрали силовую установку, отличавшуюся от схемы КМ.

В носу «Орлёнка» установили два турбореактивных двигателя НК-8-4К, обеспечивавших стартовый поддув. За движение на маршруте отвечал турбовинтовой НК-12МК. После выхода на экранный режим аппарат мог продолжать полёт на одном маршевом двигателе с воздушными винтами, а стартовые моторы отключались.

«Орлёнок» в полёте. Видны воздухозаборники носовых двигателей и хвостовая винтомоторная установка. Источник: Old Machine Press

Для работы у берега корпус оборудовали гидролыжами и колёсными опорами. Носовую часть сделали откидной, чтобы облегчить погрузку техники. Стартовые НК-8-4К могли быть полезны не только при взлёте с воды: по данным Якубовича, их применяли и при выходе на сушу на воздушной подушке.

В ноябре 1974 года испытания опытного «Орлёнка» завершились серьёзным повреждением. После удара о волну разрушилась кормовая часть, включая оперение и маршевый двигатель. Матвеев описывает, как Ростислав Алексеев использовал оставшиеся носовые моторы: на них он вывел повреждённый экраноплан на глиссирование и вернул его к берегу.

После аварии конструкцию изменили. В частности, вместо сплава К48-2Т1 применили более пластичный АМг61. В дальнейшем флот получил три серийных «Орлёнка».

«Лунь»: восемь двигателей в носовой части#

Ударный экраноплан проекта 903 «Лунь» снова получил восемь турбореактивных двигателей в носу. Это были НК-87: они обеспечивали стартовый поддув и создавали тягу для дальнейшего движения. В отличие от КМ, отдельной пары маршевых двигателей в корме у «Луня» не было.

Взлётная масса «Луня» составляла примерно 380 тонн, тогда как у «Орлёнка» она достигала 140 тонн. Различалось и назначение аппаратов. «Лунь» должен был быстро выходить в район применения противокорабельного оружия. На его корпусе разместили шесть пусковых контейнеров для ракет «Москит», а также оборудование и системы управления, необходимые для их применения.

Ракетный экраноплан «Лунь»: двигатели находятся в носовой части, пусковые контейнеры установлены над корпусом

К обычным испытаниям добавились ракетные стрельбы. Требовалось проверить, выдержит ли корпус пуск и не повлияет ли ракетная струя на работу самого экраноплана. По описанию Якубовича, после неудачного одиночного пуска в 1989 году провели успешный залп двумя ракетами «Москит».

В ударном исполнении построили только один «Лунь», хотя второй корпус также заложили. Возможности ракетного экраноплана стали предметом отдельной дискуссии на «Военном обозрении».

Цена высокой мощности#

Стартовые моторы КМ были особенно нужны при выходе из воды, однако их массу приходилось перевозить и после завершения разгона. Схема «Орлёнка» позволяла использовать на маршруте экономичный турбовинтовой двигатель, но обслуживание требовало работы сразу с двумя типами моторов — реактивными и турбовинтовым.

Эксплуатацию осложняло и состояние моря. Во время полёта корпус проходил над волнами, а на разгоне и при посадке непосредственно встречался с ними. Поэтому допустимое волнение нельзя определить лишь по высоте полёта: важны условия и при взлёте, и при возвращении на воду.

Оценка экономичности требует сравнить расход топлива на взлёт и полёт, массу перевозимого груза, дальность и затраты на обслуживание. Пока нет сопоставимых ведомостей по топливу и эксплуатации, точный экономический вывод сделать нельзя. Критический разбор положения экраноплана между самолётом и кораблём приводился в отдельной публикации «Между самолётом и кораблём — и позади обоих».

На КМ проверили, что реактивный поддув позволяет поднять с воды аппарат массой в сотни тонн. Этот принцип использовали и на «Орлёнке», и на «Луне», хотя стартовую и маршевую работу там распределили иначе. Для флота оставался главный практический вопрос: какая регулярная задача оправдает массу, сложность и затраты на такую машину. Выход на экранный режим удалось доказать; обеспечить экраноплану постоянное место на службе оказалось труднее.