Экранный эффект

Экранный эффект — это та же воздушная подушка, только образуемая путём нагнетания воздуха не специальными устройствами, а динамически набегающим потоком воздуха^[2]. Таким образом, крыло аппаратов с экранным эффектом создаёт подъёмную силу не только за счёт уменьшения давления над верхней плоскостью (как у классических самолётов), но и за счёт повышенного давления под нижней плоскостью, создать которое возможно только на очень небольших высотах, то есть высотах численно меньших аэродинамической хорды крыла.

Эффект экрана связан с тем, что возмущения воздуха, распространяемые от крыла, достигают поверхности Земли, отражаются и успевают достичь крыла. Следовательно, растёт давление под крылом за счёт отражённой воздушной массы.

Чем шире крыло, меньше 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 самолётов у самой земли принято считать высотой действия экрана половину хорды крыла. Наиболее сильно экранный эффект проявляется у дельтапланов из-за малой полётной скорости (порядка 10 м/сек) и большой хорды крыла, а у достаточно больших экранопланов высота полёта с использованием экранного эффекта может достигать 10 и более метров.

Центр давления экранного эффекта (точка приложения подъёмной силы от экранного эффекта) находится ближе к задней кромке, центр давления подъёмной силы, возникающей из-за несимметричности тела, обтекаемого потоком воздуха, — ближе к передней кромке. Поэтому, чем больше вклад экрана в общую подъёмную силу, тем больше центр давления смещается назад. Изменение только высоты либо только скорости приводит к проблемам балансировки. Крен вызывает диагональное смещение центра давления. Учитывая вышеизложенное, становится ясно, что управление экранопланом требует специфических навыков.

В середине 1920-х годов авиаторы впервые столкнулись с экранным эффектом при взлёте и особенно при посадке самолётов-низкопланов. Было замечено некоторое увеличение подъёмной силы крыла, когда самолёт продолжал лететь над полем, как бы не желая садиться. Кроме того, экранный эффект иногда приводил к неприятностям. При движении вблизи экрана центр давления крыла перемещается к его задней кромке, что в случае недостаточной эффективности горизонтального оперения становится причиной аварии во время посадки самолёта.

Во время экспериментальных полётов в 1932 году на небольшой высоте над Северным морем тяжёлого двенадцатимоторного самолёта «Dornier Do X», крыло которого имело значительную хорду, было замечено уменьшение аэродинамического сопротивления и расхода топлива.

В 1935 году финский инженер Тойво Каарио построил первый экспериментальный буксируемый аппарат с целью использования и изучения экранного эффекта. Сани-экраноплан Каарио имели крыло размером 2×2,6 м, установленное на лыжи. Экраноплан буксировали с помощью аэросаней.

Одной из первых отечественных работ, которая относилась к исследованиям экранного эффекта, является работа Б. Н. Юрьева «Влияние земли на аэродинамические свойства крыла».

Затем, уже в 1930-е годы, проводились теоретические исследования экранного эффекта В. В. Голубевым, Я. М. Серебрийским, Ш. Я. Биячуевым и другими.

В 1932 году авиационный инженер, изобретатель и авиаконструктор П. И. Гроховский разработал проект экраноплана-амфибии с двумя двигателями, аэродинамическая компоновка которого характерна для некоторых экранопланов наших дней.

Основные типы судов, использующих экранный эффект — экраноплан и экранолёт.

Экраноплан относится к морским судам, способным двигаться над поверхностью водной глади и не поднимающихся, как правило, высоко в воздух.

Экранолёт — воздушное судно, способное как лететь с использованием экранного эффекта вблизи от поверхности, так и без его использования на больших высотах.

Самым известным советским судном, перемещавшимся с использованием экранного эффекта, стал ударный экраноплан "Лунь.

Также известность получил экраноплан ЭКИП разработки Льва Щукина.

Примером таких судов в современности может служить представленный на третьем международном гидроавиасалоне «Геленджик-2000» аппарат разработки КБ «Сухой» — экранолёт С-90. Главный конструктор экранолёта Александр Поляков.

В конце 1990-х в России также разрабатывались экранопланы серии «Иволга», которые были представлены на ряде отраслевых выставок.

ЗАО «АТТ» и «Арктическая Торгово-Транспортная Компания» (АТТК) был создан вариант экраноплана с названием «Акваглайд» (главный конструктор — Лукьянов Анатолий Иванович)^[3]. Все работы велись под наблюдением Российского морского регистра судоходства и каждый аппарат имел выданный этим Регистром сертификат.

Были разработаны «Правила сертификации малых экранопланов типа А» (инициатор и координатор работ — Александр Маскалик), что узаконило экранопланы как средство передвижения на море^[4][5][6].

В 2010 году КБ «Небо плюс море» при техническом центре, руководимом лётчиком-космонавтом Юрием Романенко, создало 24-местный экранолёт «Буревестник-24» с полезной нагрузкой 3,5 тонн.

Ведутся подобные разработки и другими российскими компаниями.

В 2018 году в ходе «Гидроавиасалона-2018» министр промышленности и торговли Денис Мантуров объявил, что Россия ведёт разработку перспективного экраноплана с ракетным вооружением на борту^[7].

По данным на 2020-е годы, в России велась разработка экраноплана Чайка А-050.

В Китае велись работы по созданию экранопланов на основе российских разработок. Компания Hainan Yingge Wing провела лётные испытания аппаратов CYG-11 («Иволга») на побережье острова Хайнань неподалёку от города Хайкоу^[8].

В США в 1990-е годы была признана перспективность экранопланостроения и Конгресс США создал комиссию, призванную разработать план разработок экранопланов. Компания «Боинг» представила концепцию экранолёта для переброски воинских контингентов и военной техники к местам конфликтов (проект Pelican). Заявлялось, что он будет иметь длину 152 м и размах крыла 106 м. При движении на высоте 6 м над поверхностью океана (с возможностью подлётов да высоты 6000 м), Pelican сможет перевозить до 1400 т груза на расстояние 16 000 км. Экранолёт должен был брать на борт около 17 танков M1 Abrams. Последнее упоминание о проекте датируется 2003 годом и никаких сведений о продолжении работ над экранолётом более не публиковалось.

В сентябре 2007 года правительство Южной Кореи объявило о планах строительства к 2012 году предназначенного для коммерческих целей крупного экраноплана. Ожидалось, что аппарат будет способен перевозить до 100 тонн грузов со скоростью 250—300 км в час. На разработку экраноплана правительство выделяло на пять лет 91,7 млн долларов. К разработке такого летательного аппарата Южная Корея приступила ещё в 1995 году^[9].