Версия для печати

Подушка для скептиков

Кривая Кармана-Габриэлли может завести в тупик
Яцков Владимир
Почти век назад в Германии был построен гидросамолет «Дорнье До X» с 12 авиадвигателями, имевший энерговооруженность всего 0,128. Фото: google.com

Существует определенная зависимость между энерговооруженностью любого вида транспортного средства и его скоростью, ограниченная так называемой предельной кривой Кармана-Габриэлли. Поле экранопланов в ней от 14 до 60 киловатт мощности на тонну веса при скорости от 150 до 500 километров в час. И чем больше водоизмещение или масса любого вида транспорта, тем зависимость оптимальнее.

Отклик на статьи «Внимание на экран» и «Пятнадцать мегаватт на сундук мертвеца»

Возьмем, к примеру, СВП – у них эффективность, выражаемая отношением произведения массы аппарата на его скорость к суммарной мощности двигателей до достижения скоростей 60–100 узлов, примерно одинакова. СВП «Сормович»: вес – 28 тонн, энерговооруженность – 0,107. СВП SRN4: 185 тонн, 0,092. СВП «Зубр»: 555 тонн, 0,09 (при этом энерговооруженность на создание воздушной подушки – 0,036, запомним эту цифру). СВП «Бора»: 1050 тонн, 0,0596. Энерговооруженность везде рассчитана в лошадиных силах на тонну веса. «Бора», конечно, не совсем СВП, это скорее скеговое (с боковыми стенками-корпусами) судно с использованием воздушной подушки. Примерно такой «ляйнер», только без нее, построили когда-то японцы – «Хисе». Кстати, наши главные «партнеры» еще 50 лет назад просчитали для экраноплана весом тысяча тонн мощность двигательно-движительной установки (ДДУ) 63 500 лошадиных сил. У «Боры» она 62,5 тысячи. Вставь вместо верхней палубы с надстройками крыло, и «Бора» полетит.

Надо довести до ума НК-93 и на его базе создать более мощный двигатель

Примерно такой принцип стартового устройства предлагается для ЭНБС. Но с некоторыми отличиями. Фактически плоский водоизмещающий корпус – гидролыжа со вставленными в транец водометными движителями, позволяющими разгонять ЭНБС до скорости 30–35 узлов. Это в начале так называемого горба сопротивления при старте. Потребная энерговооруженность на водоизмещающем этапе – в пределах 0,005–0,01, то есть в нашем случае 80 мегаватт на 16 тысяч тонн. Далее – да здравствует новейшее чудо американской техники, F-35 в варианте вертикально взлетающего аппарата с вентилятором-компрессором диаметром около двух метров с подачей 190 килограммов сжатого воздуха в секунду под днище. Американцы (наверное, впервые в истории) разработали то, что нам нужно гораздо больше, чем им самим: регулируемый отбор мощности от турбореактивного двигателя на воздушный компрессор, который способен встроиться в крыло ЭНБС. Теперь посчитаем, хотя бы на уровне ученика 3-го класса общеобразовательной школы, как вывести наш пока не взлетевший в воздух корабль на режим глиссирования и далее воздушной подушки в скеговом варианте. По самой примитивной формуле для плоской доски, без уточнения ее длины и ширины, площади смоченной поверхности, считаем скорость в зависимости от водоизмещения по формуле V=34 корня в шестой степени из водоизмещения D. Получается 117 километров в час, примерно 60 узлов. При этом потребляемая мощность для выхода на глиссирование из расчета 34 килограмма веса судна на 1 киловатт будет 470 мегаватт (справочник Д. А. Курбатова «15 проектов судов», стр. 38). Это как у двух авианосцев «Карл Винсон». Не пойдет – винты утопят водоизмещающий корпус. Посчитаем воздушную подушку по аналогии с типичным СВП «Зубр». Ранее мы зафиксировали соответствующий показатель. Энерговооруженность дает нам для выхода на режим СВП потребную мощность 430 мегаватт. Расчеты по «Боре» еще более оптимальны, но тут получается не сопловая схема СВП, поэтому примем за аналог именно «Зубра» в плане стартовых характеристик экраноплана на воздушной подушке, так как на СВП «Бора» два его корпуса даже при максимальных 55 узлах полностью из воды не выходят. Вывод: для старта и разгона ЭНБС взлетным весом 16 000 тонн до момента отрыва от поверхности необходимая мощность силовой установки 400–450 мегаватт. Пороговая цифра – 500 мегаватт. Согласно диаграмме Кармана-Габриэлли энерговооруженность экраноплана при 400–450 километров в час должна быть порядка 50 киловатт на 1 тонну, то есть потребная мощность – 800 мегаватт. Но мы берем скорость 600 километров в час – предельно оптимальную для движителей – воздушных винтов, и энерговооруженность будет выше. С другой стороны, применение отбора значительной части мощности маршевых ДДУ для старта с использованием воздушной подушки позволяет сгладить «горб сопротивления». По моему мнению, оптимальная ДДУ ЭНБС весом 16 000 тонн должна проектироваться в расчете на 650–850 мегаватт. С точки зрения расхода топлива самые экономичные на сегодня – ТВВД (турбо-винто-вентиляторные двигатели), такие как Д-27 «Мотор Сича», устанавливаемые на Ан-70, и наши НК-93, если последние довести до ума.

Перейдем к расчету потребного количества двигателей, необходимых для ЭНБС взлетным весом 16 000 тонн при общей мощности силовой установки 850 мегаватт. В предлагаемом нами варианте 8 тандемных двухдвигательных блоков капотированных ТВВД индивидуальной мощностью по 55–60 мегаватт, которые пока не созданы и даже вроде бы не проектируются. Имеется, если не принимать во внимание зарубежные аналоги, два типа рабочих ТВВД: НК-93 тягой 18 000 килограммов на старте и Д-27 в 14 000 лошадиных сил. Можно ли создать ТВВД большей мощности? Или необходимо использовать давно имеющиеся ТРД типа американского GE90-110 B1 тягой 57 тонн? Конечно же, нам надо попытаться довести до ума НК-93 и на его базе создать более мощный двигатель. Если экстраполировать характеристики Д-27 на, можно сказать, однотипный НК-93 по весовым показателям, последний способен выдавать примерно 23 мегаватта (полемики о пересчете мощности на тягу очень много, но, например, для поршневых Як-52 отношение схожее: 0,61 против 0,78 в нашем случае с ТВВД). Уже даже в этом случае количество двигателей будет не 300, а 36, что вполне размещается на крыльях ЭНБС. Движков же с американского Dream team достаточно поставить с десяток, только они нам, думается, не понадобятся – для экранопланов с дальностью полета минимум 10 тысяч километров они не так экономичны как ТВВД.

Мне понятен ход рассуждений оппонента, сравнивающего стартовую энерговооруженность гидросамолетов (0,25–0,35) с экранопланными, хотя и здесь не все так однозначно. Почти век назад в Германии построили гидросамолет «Дорнье До X» (Dornier Do X) с 12 авиадвигателями, который имел энерговооруженность всего 0,128. Кажется, он в то время (1928 год) был самым грузоподъемным в мире – 46,5 тонны и как раз в режиме экрана. Но в нашем случае на старте используются сначала водяные движители, затем воздушная подушка с отбором мощности от маршевых двигателей и лишь под конец эти последние на всю катушку.

Возьмем СВП «Зубр» – самый большое в мире. У него 20 тысяч лошадей используется только на создание воздушной подушки, а 30 – на движение. Но наши главные «партнеры», или, как говаривал Михаил Задорнов, «главнюки», облегчили нам задачу уменьшения энерговооруженности экранопланов движками с «Дрим Тим».

По поводу определенного оппонентом числа самолетов внутри центроплана, как говорит один пользователь сети: «Я плакаль». Не разместить в ЭНБС в 16 тысяч тонн 18–20 машин общим весом не более 400–500 тонн – нонсенс. Смотрите мой рисунок ЭНБС в «Военно-промышленном курьере» («Сухогруз «Прощай, Монтана» возвращается»).

Владимир Яцков,
инженер-кораблестроитель

#Karman–Gabrielli diagram

Опубликовано в выпуске № 1 (714) за 10 января 2018 года

Loading...
Загрузка...
Новости

 

 

  • Past:
  • 3 дня
  • Неделя
  • Месяц