О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря
Приведены результаты экспериментальных исследований движения моделей экранопланов над волновым экраном. Испытаны модели различных аэродинамических схем. Определены вертикальные и угловые колебания моделей при движении над волнами экрана различной длины и высоты. Установлены силы и моменты, которые в...
Gespeichert in:
Datum: | 2006 |
---|---|
1. Verfasser: | |
Format: | Artikel |
Sprache: | Russian |
Veröffentlicht: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2006
|
Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4759 |
Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
Zitieren: | O возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря / В.Г. Белинский // Прикладна гідромеханіка. — 2006. — Т. 8, № 3. — С. 3-15. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraineid |
irk-123456789-4759 |
---|---|
record_format |
dspace |
spelling |
irk-123456789-47592010-09-07T19:20:39Z О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря Белинский, В.Г. Приведены результаты экспериментальных исследований движения моделей экранопланов над волновым экраном. Испытаны модели различных аэродинамических схем. Определены вертикальные и угловые колебания моделей при движении над волнами экрана различной длины и высоты. Установлены силы и моменты, которые вызывают эти колебания. Установлена зависимость этих величин от чисел Струхаля. Определены диапазоны чисел Струхаля, в которых вертикальные и угловые колебания над волнами экрана возникают и в которых они отсутствуют. Произведена оценка вертикальных перегрузок применительно к экранопланам второго поколения при их движении в крейсерском режиме над взволнованной поверхностью моря. Наведенi результати експериментальних дослiджень руху моделей екранопланiв над хвильовим екраном. Дослiдженi моделi рiзних аеродинамiчних схем. Визначенi вертикальнi та кутовi коливання моделей, коли вони рухаються над хвилями екрана рiзної довжини та висоти. Встановленi сили та моменти, якi викликають цi коливання. Встановлена залежнiсть цих величин вiд чисел Струхаля. Визначенi дiапазони чисел Струхаля, в яких вертикальнi та кутовi коливання над хвилями екрана виникають i в яких вони вiдсутнi. Проведена оцiнка вертикальних перевантажень стосовно до екранопланiв другого поколiння, коли вони рухаються в крейсерському режимi над схвильованною поверхнею моря. The results of experimental researches of movement of models ekranoplans above the wave screen are given. The models of the various aerodynamic schemes are tested. The vertical and angular fluctuations of models are determined at movement above waves of the screen of various length and height. The forces and moments are determined which cause these oscillations. The dependence of these sizes on Struchal's numbers is determined. The ranges of Struchal's numbers are determined, in which the vertical and angular oscillations above waves of the screen arise, and in which they are absent. The estimation of vertical overloads with reference to ekranoplans of the second generation is made at their movement in cruising mode above the choppy surface of the sea. 2006 Article O возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря / В.Г. Белинский // Прикладна гідромеханіка. — 2006. — Т. 8, № 3. — С. 3-15. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 1561-9087 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4759 629.576; 533.69.048; 533.6.013.8 ru Інститут гідромеханіки НАН України |
institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
collection |
DSpace DC |
language |
Russian |
description |
Приведены результаты экспериментальных исследований движения моделей экранопланов над волновым экраном. Испытаны модели различных аэродинамических схем. Определены вертикальные и угловые колебания моделей при движении над волнами экрана различной длины и высоты. Установлены силы и моменты, которые вызывают эти колебания. Установлена зависимость этих величин от чисел Струхаля. Определены диапазоны чисел Струхаля, в которых вертикальные и угловые колебания над волнами экрана возникают и в которых они отсутствуют. Произведена оценка вертикальных перегрузок применительно к экранопланам второго поколения при их движении в крейсерском режиме над взволнованной поверхностью моря. |
format |
Article |
author |
Белинский, В.Г. |
spellingShingle |
Белинский, В.Г. О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря |
author_facet |
Белинский, В.Г. |
author_sort |
Белинский, В.Г. |
title |
О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря |
title_short |
О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря |
title_full |
О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря |
title_fullStr |
О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря |
title_full_unstemmed |
О возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря |
title_sort |
о возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря |
publisher |
Інститут гідромеханіки НАН України |
publishDate |
2006 |
url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4759 |
citation_txt |
O возмущенном движении экранопланов над взволнованной поверхностью моря / В.Г. Белинский // Прикладна гідромеханіка. — 2006. — Т. 8, № 3. — С. 3-15. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
work_keys_str_mv |
AT belinskijvg ovozmuŝennomdviženiiékranoplanovnadvzvolnovannojpoverhnostʹûmorâ |
first_indexed |
2025-07-02T07:58:14Z |
last_indexed |
2025-07-02T07:58:14Z |
_version_ |
1836521194535256064 |
fulltext |
НАУКОВI СТАТТI ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
УДК 629.576; 533.69.048; 533.6.013.8
О ВОЗМУЩЕННОМ ДВИЖЕНИИ ЭКРАНОПЛАНОВ
НАД ВЗВОЛНОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ МОРЯ
В. Г. Б ЕЛ И Н С К ИЙ
Институт гидромеханики НАН Украины, Киев
Получено 13.07.2005 � Пересмотрено 12.03.2006
Приведены результаты экспериментальных исследований движения моделей экранопланов над волновым экраном.
Испытаны модели различных аэродинамических схем. Определены вертикальные и угловые колебания моделей при
движении над волнами экрана различной длины и высоты. Установлены силы и моменты, которые вызывают эти
колебания. Установлена зависимость этих величин от чисел Струхаля. Определены диапазоны чисел Струхаля, в
которых вертикальные и угловые колебания над волнами экрана возникают и в которых они отсутствуют. Прои-
зведена оценка вертикальных перегрузок применительно к экранопланам второго поколения при их движении в
крейсерском режиме над взволнованной поверхностью моря.
Наведенi результати експериментальних дослiджень руху моделей екранопланiв над хвильовим екраном. Дослiдженi
моделi рiзних аеродинамiчних схем. Визначенi вертикальнi та кутовi коливання моделей, коли вони рухаються над
хвилями екрана рiзної довжини та висоти. Встановленi сили та моменти, якi викликають цi коливання. Встановлена
залежнiсть цих величин вiд чисел Струхаля. Визначенi дiапазони чисел Струхаля, в яких вертикальнi та кутовi
коливання над хвилями екрана виникають i в яких вони вiдсутнi. Проведена оцiнка вертикальних перевантажень
стосовно до екранопланiв другого поколiння, коли вони рухаються в крейсерському режимi над схвильованною
поверхнею моря.
The results of experimental researches of movement of models ekranoplans above the wave screen are given. The models of
the various aerodynamic schemes are tested. The vertical and angular fluctuations of models are determined at movement
above waves of the screen of various length and height. The forces and moments are determined which cause these
oscillations. The dependence of these sizes on Struchal’s numbers is determined. The ranges of Struchal’s numbers are
determined, in which the vertical and angular oscillations above waves of the screen arise, and in which they are absent.
The estimation of vertical overloads with reference to ekranoplans of the second generation is made at their movement in
cruising mode above the choppy surface of the sea.
ВВЕДЕНИЕ
Во второй половине ХХ века во многих странах
мира получили развитие работы по созданию но-
вых транспортных средств − экранопланов. Экра-
нопланы − это высокоскоростные крылатые суда,
движущиеся в режиме полета вблизи водной или
иной поверхности с использованием так называ-
емого экранного эффекта. Экранный эффект −
это явление увеличения подъемной силы и умень-
шения индуктивного сопротивления воздушного
крыла при его приближении к опорной поверх-
ности, в качестве которой в большинстве случаев
подразумевается водная поверхность морей и оке-
анов.
Благодаря этой особенности экранного эффек-
та появляется возможность реализовать на экра-
нопланах существенно более высокие значения ги-
дроаэродинамического качества по сравнению с
другими скоростными судами.
Наиболее впечатляющие результаты по разви-
тию экранопланостроения были достигнуты в
СССР, где в 50–60-е годы под руководством
Р. Е. Алексеева впервые разработаны и построе-
ны крупные экранопланы весом 140–400 т со ско-
ростью полета 400–500 км/час. Эти экранопланы
прошли испытания в условиях реальной морской
среды. Некоторые из них были включены в состав
ВМФ СССР [1 – 3].
Созданием этих экранопланов, а их теперь при-
нято называть экранопланами 1-го поколения,
была подтверждена принципиальная возможность
создания крупных экранопланов как нового вида
транспортных средств. Были подтверждены мно-
гие ожидаемые положительные качества экрано-
планов. Однако на первых реально построенных
экранопланах не были достигнуты, как ожида-
лось, достаточно высокие значения аэродинамиче-
ского качества, они имели значительные скорости
отрыва от воды, были проблемы с обеспечением
продольной устойчивости движения и др. [4, 5].
Дальнейший импульс работы по созданию экра-
нопланов получили в 80–90-х годах в России, ко-
гда последователи Р. Е. Алексеева, объединив-
шись под руководством Д. Н. Синицына, обра-
зовали в Нижнем Новгороде конструкторско-
производственную компанию [2]. Эта компания
в содружестве с учеными Москвы и Санкт-
Петербурга разработала концепцию экранопланов
2-го поколения, в частности, серия малых экра-
нопланов типа “А” весом до 100 т, со скоростью
c© В. Г. Белинский, 2006 3
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
движения до 200 км/час. Первый из этой серии
экраноплан “Акваглайд-5” построен под наблюде-
нием и сертифицирован Российским Морским Ре-
гистром Судоходства как пассажирское судно [6].
Этой же компанией разработана принципиальная
аэрогидродинамическая компоновка морских пас-
сажирских экранопланов (МПЭ), на основе ко-
торой создана сетка экранопланов типа “В” ве-
сом от 10 до 450 т со скоростью полета от 250
до 500 км/час [3, 7]. Известны также разработки
крупных экранопланов-спасателей, экранопланов-
разгонщиков космических аппаратов весом поряд-
ка 750 т со скоростями движения в полете 400-
600 км/час и другие [8, 9]. В Украине исследова-
ния по экранопланам развивались с начала 60-х
годов в Институте гидромеханики НАН Украи-
ны, где А. Н. Панченковым и его сотрудника-
ми был выполнен большой объем теоретических
исследований по аэрогидродинамике крыла вбли-
зи поверхности раздела вода−воздух, а также по
разработке аэродинамических схем экранопланов,
обладающих свойством самостабилизации в поле-
те вблизи экрана [19–21 и др.] В дальнейшем в
институте проводились экспериментальные и тео-
ретические исследования по движению крыльев и
моделей экранопланов вблизи плоского и волново-
го экрана [11–16, 23, 24 и др.]. В последнее время в
институте изучаются гидродинамические аспекты
создания экранопланов, связанные с проблемой их
взлета и посадки [25]. Известны также разработки
по созданию экранопланов, которые проводились
в Харькове, Одессе и Николаеве [26, 27] и др.
Проблеме создания экранопланов уделяется
внимание во многих странах мира, о чем свиде-
тельствует проведение в последнее время ряда ме-
ждународных конференций по этой теме [10].
Из приведенного, далеко не полного, перечня
работ по созданию экранопланов прослеживае-
тся тенденция на создание крупных, высокоско-
ростных, с большим радиусом действия экрано-
планов, способных функционировать на огромных
просторах морей и океанов. Однако взволнованная
поверхность моря ограничивает возможности пра-
ктического их использования. Поэтому одной из
главных задач, при создании экранопланов, явля-
ется обеспечение их мореходности. Для этого не-
обходимо знать, как влияет взволнованная поверх-
ность моря на аэродинамику экраноплана.
При устойчивом установившемся прямолиней-
ном движении экраноплана над невозмущенной
поверхностью моря на него действует подъемная
сила, равная его полетному весу, и сила сопротив-
ления, равная тяге его двигателей. Но при дви-
жении экраноплана над взволнованной поверхно-
стью моря на него будет действовать ряд допол-
нительных нестационарных периодических сил и
моментов. В общем случае будут действовать не-
стационарные добавки подъемной силы и силы со-
противления, а также возникнут нестационарные
сила дрейфа и моменты тангажа, дрейфа и рыска-
ния. Величина этих сил и моментов будет зави-
сеть, в основном, от высоты полета экраноплана
над уровнем моря, от направления полета относи-
тельно фронта волн, от размеров самого экрано-
плана и от параметров волн, над которыми осу-
ществляется полет.
При определенных условиях величина этих сил
и моментов может достигать существенных значе-
ний. Тогда под их воздействием на основное пря-
молинейное движение экраноплана будут накла-
дываться дополнительные линейные и угловые пе-
ремещения. В результате экраноплан будет совер-
шать сложное нестационарное движение, напоми-
нающее качку корабля при его движении по взвол-
нованной поверхности моря.
Проведенные нами ранее экспериментальные
исследования влияния формы волнового экрана
на гидродинамические характеристики движуще-
гося над ним крыла [11, 12] показали, в частности,
что при движении крыла над волновым экраном
его подъемная сила непрерывно изменяется по за-
кону, близкому к трохоидальному. При прохожде-
нии крыла над гребнями волн кривая подъемной
силы образует резкие всплески, а при прохожде-
нии над подошвами волн образует пологие впади-
ны. При этом размах (амплитуда) колебаний по-
дъемной силы за время прохождения крыла ме-
жду двумя гребнями волн соизмерим по величине
со средним за период значением подъемной силы
[11, 16]. Такие резкие и значительные по величине
колебания подъемной силы на несущих крыльях
экраноплана будут приводить его в колебательное
движение в вертикальной плоскости с частотой,
равной частоте его встречи с гребнями волн. Этим
колебаниям будет противодействовать демпфиру-
ющее действие среды, обеспечиваемое аэродина-
мической компоновкой экраноплана. Взаимодей-
ствие этих двух процессов мало изучено. Не ясно,
в какой мере возбуждаемые колебания будут гаси-
ться демпфирующим действием среды. Какие, при
этом, вертикальные перегрузки будет испытывать
экраноплан. Не окажутся ли эти перегрузки спосо-
бными повлиять на комфортность полета на экра-
ноплане для членов экипажа и пассажиров. На
выяснение некоторых аспектов этой проблемы на-
правлена настоящая работа, основанная на экспе-
риментальных результатах.
4 В. Г. Белинский
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В Институте гидромеханики НАН Украи-
ны проводились экспериментальные исследования
движения схематических моделей экранопланов
над волновым экраном. Ниже представлены неко-
торые результаты этих исследований, касающиеся
вертикальных и угловых колебаний экранопланов
над волновым экраном.
Схематические модели экранопланов испытыва-
лись в гидродинамическом канале длиной 140 м,
шириной 4.0 м и глубиной 1.2 м. Был применен ги-
дродинамический метод исследования задач аэро-
динамики [11, 17]. В данном случае он сводил-
ся к тому, что схематические модели экранопла-
нов приводились в движение в водной среде над
твердым неподвижным волновым экраном, устро-
енным на дне канала. Замена воздушной среды во-
дной средой в условиях данного исследования це-
лесообразна, посколько позволяет в эксперименте
получать относительно большие силы, подлежа-
щие измерению, что повышает точность измере-
ний, и достигать достаточно больших чисел Рей-
нольдса (порядка 106) при относительно малых
скоростях буксировки (порядка 4-5 м/с). В рабо-
те [19] теоретически показано, что при движении
крыла вблизи свободной поверхности жидкости с
большими числами Фруда последняя ведет себя
как твердый экран. В подтверждение этому на-
ми были проведены сравнительные эксперименты
с крылом, движущимся в водной среде над твер-
дым экраном и с подобным ему крылом, движу-
щимся в воздухе над свободной поверхностью во-
ды при числах Фруда порядка 8−10. И в том, и
в другом случае были получены практически оди-
наковые результаты [11, 14]. К таким же выводам
пришли авторы экспериментальной работы [22].
Учитывая это, замена водной поверхности твер-
дым экраном в данном исследовании может быть
признана допустимой. Схема экспериментальной
установки представлена на рис. 1.
Схематические модели экранопланов (6) букси-
ровались в гидроканале (1 ) буксировочной тележ-
кой (2) под свободной поверхностью воды (12 ) над
волновым экраном (11). Модели (6) соединялись с
буксировочной тележкой (2) посредством двух ги-
дродинамических ножей (3) и (4), соединенных ме-
жду собой шарнирным параллелограмом (5), ко-
торый обеспечивал для модели (6) свободу верти-
кальных перемещений. Нож (3) жестко крепился
к тележке (2). Нож (4) имел на своем нижнем кон-
це шарнир (7) для крепления модели (6). Шарнир
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
(7) мог быть присоединен к модели в любом ее
месте по длине и обеспечивал ей свободу угловых
колебаний по тангажу. Крылья большие (8) и ма-
лые (9) крепились к модели посредством обтекае-
мых переходников (10). Переходники также могли
быть присоединены к модели в любом ее месте по
длине, чем обеспечивалась возможность собрать
модель по одной из возможных аэродинамических
компоновок. Конструкция переходников позволя-
ла также регулировать углы атаки крыльев.
Установка имела две системы ограничителей (на
схеме не показаны), одна ограничивала переме-
щения ножа (4) по вертикали вверх и вниз отно-
сительно ножа (3), а другая ограничивала угло-
вые перемещения модели (6) относительно ножа
(4). Система ограничителей гарантировала во вре-
мя проведения эксперимента невозможность удара
модели о волновой экран, с одной стороны, и нево-
зможность чрезмерного удаления модели от экра-
на, с другой стороны. Установка имела также сис-
тему фиксаторов (на схеме не показано), которая
позволяла жестко фиксировать нож (4) по отно-
шению к ножу (3) и модель (6) по отношению к
ножу (4), что позволяло вести испытания модели
на заданном отстоянии от экрана и с заданным
углом тангажа.
На схеме также не показано, что шарнир (7) со-
единяется с ножом (4) посредством двухкомпонен-
тного тензодинамометра, который вмонтирован в
тело ножа (4) и позволяет измерять подъемную
силу и момент тангажа при жестком закреплении
В. Г. Белинский 5
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
модели.
Измерение вертикальных и угловых перемеще-
ний модели проводилось посредством электриче-
ских датчиков сопротивления реохордного типа.
Оба датчика располагались выше уровня воды, пе-
редача перемещений осуществлялась c помощью
стальных струн. Нож (4) в надводной части имел
приспособление для крепления грузов различной
величины для регулирования массы подвижной
части установки.
Крылья большие (8) и малые (9) имели пря-
моугольную форму в плане, удлинение, равное 3,
относительную толщину 6%, плоскую нижнюю по-
верхность и хорду соответственно 0.25 м и 0.16 м.
Устанавливая эти крылья на модели в той или
иной комбинации и меняя их расположение друг
относительно друга и относительно точки подвеса
в шарнире (7), формировались три условные схе-
мы аэродинамической компоновки экранопланов:
Схема “Самолет”. Большое крыло (несущее) и
малое крыло (стабилизатор) располагались в кор-
мe от точки подвеса. Стабилизатор располагался
как в одной плоскости с несущим крылом, так и
в приподнятом (на высоту, равную хорде) поло-
жении, чем выводился из зоны действия экрана.
Стабилизатор имел отрицательный угол атаки.
Схема “Утка”. Оба крыла несущие. Малое
крыло располагалось в носу, а большое – в кор-
ме. Точка подвеса располагалась между крыльями
ближе к большому крылу.
Схема “Тандем”. Оба крыла большие, несу-
щие, расположены по концам модели. Точка по-
двеса располагалась между крыльями.
Дополнительно, в рамках каждой схемы фор-
мировалось несколько (не менее 3) модификаций
путем варьирования расстояния между крыльями,
углов атаки крыльев, расположения точки подвеса
модели на шарнире (7) и др.
Эти схемы изображены в верхней части рис. 1.
При испытаниях длина моделей изменялась в
пределах (1.3–1.5) м, расстояние между передни-
ми кромками крыльев составляло (0.6–1.0) м, вес
моделей изменялся в пределах (50–65) кг, мо-
мент инерции моделей относительно оси вращения
изменялся в пределах (0.5–0.6) кг∗·м∗·с2. Скорость
буксировки моделей составляла (4.0–4.5) м/с. При
испытаниях достигались числа Рейнольдса поряд-
ка 106.
Волновой экран был устроен на дне канала и
состоял из 5 волновых участков, каждый из ко-
торых, в свою очередь, состоял из серии синусои-
дальных волн определенной длины. Наибольшие
волны имели длину 5.0 м, наименьшие – 0.25 м.
Высота всех волн составляла двадцатую часть их
длины. Гребни всех волн были расположены на
одном уровне по высоте и перпендикулярно к на-
правлению движения модели. К волновому экрану
в его начале и конце примыкали два плоских экра-
на: один на уровне средней линии примыкающей
группы волн, а другой – на уровне гребней волн.
Таким образом, экспериментальная установка
позволяла в течение одного пробега модели вдоль
канала исследовать ее характеристики при дви-
жении в безграничной жидкости (перед экраном),
при движении над двумя плоскими участками
экрана (расположенными на разных уровнях) и
при движении над пятью группами волн разной
длины. При этом, в случае свободной подвески мо-
дели, можно было измерить вертикальные и угло-
вые (по тангажу) колебания ее, а в случае жесткой
подвески – измерить подъемную силу и продоль-
ный момент, под действием которых эти колебания
совершались.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И
УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ МОДЕЛЕЙ ЭКРА-
НОПЛАНОВ НАД ВОЛНОВЫМ ЭКРАНОМ
Испытания по определению вертикальных и
угловых колебаний проводились при свободной по-
двеске моделей. Испытания начинались с того, что
для данной аэродинамической компоновки модели
методом подбора выбиралось положение шарни-
ра (7) на корпусе модели, расположение крыльев
относительно друг друга и относительно шарни-
ра, а также выбирались углы атаки крыльев, при
которых модель могла двигаться, не касаясь огра-
ничителей угла поворота. При этом равнодейству-
ющая гидродинамических сил проходит через ось
вращения шарнира (7). Затем подбирались такие
скорости буксировки и устанавливалась такая до-
грузка или разгрузка ножа (4), при которых при
буксировке модели нож не касался ограничителей
высоты. Если надлежащим образом выполнить все
эти условия, то модель будет двигаться устойчи-
во в заданном ограничителями диапазоне изме-
нения величины вертикальных и угловых колеба-
ний. После этого производятся измерения колеба-
ний модели. В результате проведенных испытаний
были неоднократно реализованы устойчивые ре-
жимы движения всех трех компоновок моделей и
их модификаций.
Ввиду значительной условности рассмотренных
компоновок моделей, о преимуществах и недоста-
тках каждой из них можно судить лишь прибли-
женно. В общем, можно сказать, что труднее всего
было привести в устойчивое движение модели, со-
6 В. Г. Белинский
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
бранные по схеме “Тандем”. Легче это достигалось
на моделях, собранных по схеме “Утка”. А из моде-
лей схемы “Самолет” более устойчивыми были схе-
мы со стабилизатором, выведенным из зоны дей-
ствия экрана.
Более важным, однако, в рамках данной рабо-
ты, было выявление и измерение вертикальных и
угловых колебаний моделей при их движении над
волновым экраном и оценка их величины. Резуль-
таты измерений вертикальных колебаний моделей
представлены следующим образом.
Амплитуда вертикальных колебаний модели за-
висит от
a = f(ν, D, ρ, bk, λb, ω, h0), (1)
где ν – скорость движения модели; D – вес модели;
ρ – плотность среды; bk – хорда несущего крыла;
λb – длина волны волнового экрана; ω – круговая
частота; h0 – отстояние задней кромки крыла от
гребней волн волнового экрана.
Анализ размерностей позволяет представить
эту зависимость в безразмерном виде:
A = f(Sh, h) (2)
где A – безразмерная амплитуда (полуразмах) вер-
тикальных колебаний,
A = aν
√
ρ
D
; (3)
Sh – число Струхаля,
Sh =
2πbk
λb
; (4)
h – относительное отстояние задней кромки крыла
от гребней волн,
h =
h0
bk
. (5)
Предварительно проведенные эксперименты по-
казали, что амплитуда вертикальных (как и угло-
вых) колебаний модели быстро убывает с увели-
чением высоты движения модели над экраном и
стремится к нулю при отстоянии несущего крыла
от гребней волн, соизмеримом с величиной хорды
крыла.
Поэтому в данной работе рассматривается зави-
симость
A = f(Sh) (6)
для одного заданного наперед значения h =
0.06, величина которого выбрана из соображений
возможности движения модели на минимальной
высоте над гребнями волн экрана без соударе-
ний с ними, что обеспечивалось соответствующим
Рис. 2. Зависимость амплитуды вертикальных
колебаний от числа Струхаля
расположением упомянутых выше ограничителей
вертикальных и угловых перемещений на экспери-
ментальной установке. График этой зависимости
представлен на рис. 2. Причем результаты при-
ведены не для каждой в отдельности из рассмо-
тренных схем моделей и их модификаций, а ввиду
отмеченной выше условности этих схем приведе-
ны все результаты измерений вертикальных коле-
баний для всех испытанных моделей для всего об-
следованного диапазона чисел Струхаля (от 0.314
до 6.28). Эти результаты на графике занимают за-
штрихованную область между верхней и нижней
граничными кривыми. Можно предположить, что
в эту область попадут аналогичные результаты
для экранопланов, чьи аэродинамические компо-
новки подобны рассмотренным здесь схемам.
Из анализа графика можно заключить, что вер-
тикальные колебания возникают на экранопла-
нах при их движении над взволнованной поверх-
ностью моря в направлении, перпендикулярном
фронту волн только при таких режимах, кото-
рые соответствуют числам Струхаля (4), пример-
но меньше единицы. При этом, с дальнейшим
уменьшением числа Струхаля амплитуда верти-
кальных колебаний увеличивается. При числах
Струхаля, больших единицы, вертикальные ко-
лебания экранопланов, вызванные взволнованной
поверхностью моря, отсутствуют.
Эти же результаты, для большей наглядности,
представлены на рис. 3 в зависимости от отноше-
ния длины волны волнового экрана к хорде не-
сущего крыла экраноплана. Видно, что при дви-
В. Г. Белинский 7
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
Рис. 3. Зависимость амплитуды вертикальных
колебаний от отношения длины волны экрана к хорде
крыла
жении экраноплана над относительно короткими
волнами, длина которых меньше пяти хорд несу-
щего крыла, вертикальные колебания отсутству-
ют. В этом случае экраноплан как бы перескаки-
вает от одного гребня волны до гребня другой без
изменения своей траектории. Но при преодолении
этого барьера в сторону увеличения длины волны
возникают вертикальные колебания и амплитуда
их в дальнейшем растет. По этим данным можно
оценить порядок амплитуды вертикальных коле-
баний экраноплана при его полете в крейсерском
режиме над взволнованной поверхностью моря.
Результаты измерений угловых колебаний моде-
лей над волновым экраном представлены в виде
зависимости амплитуды этих колебаний от числа
Струхаля на рис. 4, из которого следует, что для
угловых колебаний также существует барьер, ра-
зделяющий по числам Струхаля зоны наличия и
отсутствия угловых колебаний. Только, в отличие
от вертикальных колебаний, это явление наступа-
ет при больших числах Струхаля. В данном экспе-
рименте угловые колебания возникали при числах
Струхаля, примерно равных двум, и амплитуда их
увеличивалась с дальнейшим уменьшением чисел
Струхаля.
Как следует из графика на рис. 5, это явле-
ние наступает при отношении длины волны экрана
к хорде крыла примерно равном трем. Необходи-
мо отметить, что графики рис. 4 и 5, полученные
для моделей, могут быть применены к натурным
экранопланам в том случае, если распределение
Рис. 4. Зависимость амплитуды угловых колебаний
от числа Струхаля
Рис. 5. Зависимость амплитуды угловых колебаний
от отношения длины волны экрана к хорде крыла
масс по длине натуры будет подобно распределе-
нию масс по длине модели. Диапазон изменения
моментов инерции моделей указан выше.
Таким образом, из рассмотрения приведенных
результатов следует, что при движении экранопла-
на над волновым экраном существуют три зоны,
примерно характеризуемые числами Струхаля в
виде (4). В первой зоне (Sh ≥ 2) вертикальные
и угловые колебания отсутствуют. Во второй зо-
не (1 ≤ Sh ≤ 2) экранопланы испытывают только
угловые колебания. В третьей зоне (Sh ≤ 1) экра-
8 В. Г. Белинский
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
нопланы испытывают и вертикальные, и угловые
колебания.
Вертикальные и угловые колебания, когда они
действуют совместно, имеют одинаковую частоту,
равную частоте встречи с гребнями волн, но, в
общем случае, они не совпадают по фазе. Сдвиг
по фазе между этими колебаниями находится в
сложной зависимости от аэродинамической компо-
новки, от числа Струхаля и от других факторов
и систематизировать эти данные оказалось затру-
днительным.
Необходимо также отметить, что резонансные
явления при испытаниях моделей не наблюдались
и в настоящей работе не рассматривались.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМУЩАЮЩИХ СИЛ
И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ
НА МОДЕЛЬ ЭКРАНОПЛАНА
НАД ВОЛНОВЫМ ЭКРАНОМ
Испытания по определению возмущающих сил и
моментов проводились при жесткой подвеске мо-
делей. Испытания велись при тех зафиксирован-
ных положениях шарнира (7) (см. рис. 1) и пе-
реходников (10) и при тех значениях углов атаки
крыльев, отстояниях от экрана и скоростях букси-
ровки, при которых ранее эти же модели двига-
лись устойчиво, не касаясь ограничителей высоты
и углов тангажа, в случае их испытаний при свобо-
дной подвеске. Одновременно велось непрерывное
измерение мгновенных значений подъемной силы
и продольного момента, действующих на модели
при их движении над волновым экраном. Таким
образом устанавливалась связь между вертикаль-
ными и угловыми колебаниями моделей, движу-
щихся над волновым экраном, и силами и момен-
тами, которые эти колебания вызывают.
На рис. 6–8 представлены результаты измерения
возмущающей подъемной силы и момента тангажа
для трех наиболее характерных реализаций ком-
поновок моделей по схемам “Самолет”, “Утка” и
“Тандем”.
Коэффициент мгновенных значений возмущаю-
щей подъемной силы Cyb представлен в виде
Cyb =
Cy − Cycp
Cycp
, (7)
где Cy – коэффициент мгновенных значений по-
дъемной силы модели при прохождении передней
кромкой большого крыла над текущей ординатой
профиля волны; Cycp – коэффициент среднего за
период значения подъемной силы. Коэффициент
Cyb выражает, таким образом, текущую величину
возмущающей подъемной силы в долях средней за
период подъемной силы.
Коэффициент момента тангажа Cmz измерен
относительно центра тяжести модели.
В нижней части каждого рисунка представлен
профиль волны экрана (вертикальный масштаб
изменен) и схема расположения модели в момент,
когда производилось измерение мгновенных зна-
чений подъемной силы и момента тангажа над гре-
бнем волны.
На рис. 6 представлены кривые Cyb и Cmz для
компоновки типа “Самолет” для случая, когда ста-
билизатор (малое крыло) расположен вне зоны
действия экрана. Характер этих кривых соответ-
ствует, в общем, аналогичным кривым для изоли-
рованного крыла над волновым экраном [12, 14].
Кривые имеют экстремальные значения при про-
хождении модели над гребнями и впадинами волн.
Кривые несимметричны относительно вертикалей,
проходящих через экстемальные точки.
Амплитуда колебаний коэффициента возмуща-
ющей подъемной силы при движении модели от
одного гребня волны до другого с увеличением
числа Струхаля уменьшается. В соответствии с
этим, как видно из рис. 2, уменьшается и ам-
плитуда вертикальных колебаний модели. Одна-
ко, в силу инерционности модели и демпфирую-
щего действия среды, вертикальные колебания мо-
дели уменьшаются быстрее, чем колебания возму-
щающей подъемной силы, и при числах Струхаля
Sh ≈ 1 практически затухают.
Амплитуда колебаний коэффициента момента
тангажа, под действием которого возникают угло-
вые колебания модели, меньше зависит от чис-
ла Струхаля. Вследствие этого угловые колебания
модели (см.рис. 4) реализуются до более высоких
значений чисел Струхаля (примерно до Sh ≈ 2),
после чего также затухают.
Кривые Cyb и Cmz для компоновок типа “Утка”
(рис. 7) и типа “Тандем” (рис. 8) отличаются от
рассмотренных выше не только величиной самих
коэффициентов, но и формой над различными
участками профиля волны экрана. Ввиду того,
что в этих компоновках в зону действия экрана
введено еще одно крыло (в первом случае малое, а
во втором еще одно большое), форма кривых рас-
сматриваемых коэффициентов значительно усло-
жнилась. Появились дополнительные точки пере-
гиба, точки экстремумов, выпуклости и вогнуто-
сти. Все это является результатом сложного вза-
имодействия системы из двух крыльев с волнами
экрана различных параметров.
Различия трех рассмотреных компоновок мо-
делей можно в определенной мере характеризо-
В. Г. Белинский 9
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
Рис. 6. Изменения коэффициентов возмущающей
подъемной силы и момента тангажа над волновым
экраном для компоновки “Самолет”
вать графиком на рис. 9. на котором представле-
ны амплитуды колебаний значений коэффициен-
тов возмущающей подъемной силы и момента тан-
гажа для каждой компоновки при движении моде-
лей над волновым экраном при различных числах
Струхаля:
Ay = Cybmax − Cybmin, (8)
Am = Cmzmax − Cmzmin. (9)
Для каждой компоновки эти амплитуды умень-
шаются с ростом чисел Струхаля, что связано
с уменьшением длин волн экрана и увеличением
средней за период подъемной силы. Но при перехо-
де от схемы “Самолет” к схеме “Тандем” амплитуда
колебаний возмущающей подъемной силы умень-
шается, а амплитуда колебаний момента тангажа
увеличивается. Это связано с введением во второй
схеме в зону действия экрана второго большого
Рис. 7. Изменения коэффициентов возмущающей
подъемной силы и момента тангажа над волновым
экраном для компоновки “Утка”
крыла. Схема “Утка” в этом смысле занимает про-
межуточное положение, так как в зону действия
экрана вводится малое крыло.
В целом, сравнивая данные, представленные на
рис. 6–9, с данными на рис. 2 и 4, можно заклю-
чить следующее. Связь между колебаниями во-
змущающей подъемной силы и момента тангажа
моделей над волновым экраном, с одной стороны,
и вызванными ими вертикальными и угловыми ко-
лебаниями моделей, с другой стороны, выражае-
тся в уменьшении всех этих величин с увеличени-
ем числа Струхаля. Однако эта связь реализуется
практически до значения числа Струхаля Sh ≈ 1.0
для вертикальных колебаний и Sh ≈ 2.0 для угло-
вых колебаний. Выше этих предельных значений
числа Струхаля колебания возмущающей подъем-
ной силы и момента тангажа над волновым экра-
ном не вызывают соответствующих им вертикаль-
10 В. Г. Белинский
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
Рис. 8. Изменения коэффициентов возмущающей
подъемной силы и момента тангажа над волновым
экраном для компоновки типа “Тандем”
ных и угловых колебаний.
Необходимо также отметить, что рассматривае-
мые колебания подъемной силы и момента танга-
жа при полете экранопланов над волновым экра-
ном оказывают влияние не только на динамику
экранопланов, но и являются существенным фа-
ктором, влияющим на прочность их конструкции.
Рис. 9. Зависимости амплитуды значений Cyb и Cmz
для трех компоновок моделей от числа Струхаля
4. О ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕРЕГРУЗКАХ,
ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ЭКРАНОПЛАН,
НАД ВЗВОЛНОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
МОРЯ
Вопрос о перегрузках, возникающих на экра-
нопланах при их движении вблизи взволнован-
ной поверхности моря, как отмечалось выше, ма-
ло изучен, хотя имеет важное практическое значе-
ние. Величина и характер перегрузок определяют
комфортность полета на экраноплане для членов
экипажа и пассажиров.
Вертикальные перегрузки на экранопланах
можно приближенно оценить на основе использо-
вания полученных на моделях экранопланов дан-
ных о величинах вертикальных колебаний над
волновым экраном. Эти данные, выражающие за-
висимость безразмерной амплитуды вертикаль-
ных колебаний (3) от числа Струхаля (4), пред-
ставлены на рис. 2. На этом графике, как отмеча-
лось, в заштрихованную область внесены все ре-
зультаты измерений вертикальных колебаний над
волновым экраном для трех типов компоновок мо-
делей экранопланов и многих их модификаций.
Поскольку безразмерная амплитуда вертикаль-
ных колебаний (3) и число Струхаля (4) являются
критериями подобия, то можно рассмотреть некий
гипотетический натурный экраноплан, для кото-
рого зависимость (6) будет выражена кривой, ра-
сположенной внутри заштрихованной области на
графике рис. 2. Тогда по этой кривой для при-
нятых для этого экраноплана значений веса, ве-
личины хорды несущего крыла и скорости полета,
можно определить величину его вертикальных ко-
лебаний над волновым экраном в зависимости от
В. Г. Белинский 11
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
числа Струхаля.
В качестве такого гипотетического экраноплана
можно рассмотреть, для примера, морской пасса-
жирский экраноплан весом 200 т (МПЭ), основ-
ные характеристики которого, как и характери-
стики сетки подобных ему экранопланов, приведе-
ны в работах [3, 7, 18]. Эти экранопланы их разра-
ботчики относят к экранопланам 2-го поколения.
Все они имеют подобную аэрогидродинамическую
компоновку типа “Самолет” с одним несущим
крылом и высокорасположенным стабилизатором,
находящимся вне зоны влияния экрана. Схемати-
ческие модели такой компоновки испытывались
нами над волновым экраном и результаты этих
испытаний были использованы при построении
графиков на рис. 2–6 и 9. Данные о вертикальных
и угловых колебаниях, полученные при испытании
одной из конкретных моделей такой компоновки,
обозначены на графиках рис. 2 и 4 отдельными то-
чками и кривой 1 , а на графике рис. 6 представле-
ны для такой модели кривые коэффициентов во-
змущающей подъемной силы и момента тангажа.
Результаты пересчета амплитуд вертикальных
колебаний с модели на натурный гипотетиче-
ский экраноплан (весом 200 т, скоростью полета
400 км/ч, с хордой крыла 12.3 м), близкий к МПЭ-
200, представлены на рис. 10. Здесь же даны кри-
вые частоты этих колебаний. Эти результаты по-
лучены с учетом изменения кажущейся частоты
встречи с гребнями волн при движении экранопла-
на навстречу бегу волн или при движении вдоль
бега волн. В связи с этим при пользовании графи-
ком на рис. 2 число Струхаля корректировалось
[14] по формуле
Sh =
2πbk
λb
(ν ± c)
ν
, (10)
где c – скорость бега волн.
По заданным для рассматриваемого экранопла-
на величин хорды несущего крыла, скорости его
полета, длины волны экрана и скорости бега волн
по формуле (10) определяются значения чисел
Струхаля для случаев движения навстречу бегу
волн и вдоль бега волн. Для этих данных по гра-
фику на рис. 2 (в данном случае по кривой 1
на этом графике) определяются значения безра-
змерной амплитуды вертикальных колебаний А.
Затем для заданной величины веса экраноплана,
его скорости и найденных значений А, исходя из
формулы (3), определяется амплитуда вертикаль-
ных колебаний натурного экраноплана в размер-
Рис. 10. Зависимости амплитуды вертикальных
колебаний и частоты встречи с гребнями волн для
экраноплана весом 200 т от длины волны экрана:
1 – движение навстречу бегу волн; 2 – движение
вдоль бега волн
ном выражении:
a =
A
ν
√
D
√
ρ
. (11)
Круговая частота вертикальных колебаний при
полете вдоль и навстречу бегу волн будет
ω =
2π(ν ± c)
λb
. (12)
Как видно из графика на рис. 10, вертикальные
колебания на рассматриваемом экраноплане не во-
зникают при полете над волнами длиной меньше
70 м. Но над более длинными волнами они во-
зникают и их амплитуда увеличивается тем боль-
ше, чем длиннее волна. Интересно, что при поле-
те вдоль бега волн амплитуда вертикальных коле-
баний существенно увеличивается по сравнению с
полетом навстречу бегу волн, что объясняется уве-
личением кажущейся длины волны экрана (умень-
шением числа Струхаля). Естественным является
зафиксированное на графике уменьшение круго-
вой частоты с увеличением длины волн экрана.
Аналогичные данные пересчета были получены
также для ряда гипотетических экранопланов ве-
сом 10, 80 и 450 т, со скоростями полета соответ-
ственно 250, 320 и 500 км/ч, с площадью несущего
крыла 50, 200 и 624 м2, сходных с приведенными
в работах [3, 7, 18]. Поскольку эти экранопланы
(совместно с рассмотренным выше весом 200 т)
составляют ряд подобных экранопланов, то дан-
ные пересчета для них аналогичны представлен-
ным на рис. 10 и отличаются друг от друга только
12 В. Г. Белинский
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
количественно. Поэтому эти данные здесь не при-
водятся, но они используются далее при расчетах
вертикальных перегрузок экранопланов.
Имея данные по амплитудам вертикальных ко-
лебаний, по частотам встречи с гребнями волн, и
зная закон, по которому реализуются вертикаль-
ные колебания, можно приближенно определить
вертикальные ускорения, действующие на экрано-
план при его полете над волновым экраном.
Поскольку, как показали эксперименты, ампли-
туды вертикальных колебаний экранопланов во
много раз меньше (менее 0.5%) длины волн экра-
на, их порождающих, то уместно эти колебания
считать гармоническими. Тогда будем полагать,
что вертикальные колебания реализуются по за-
кону
y = a cosωt, (13)
а максимальные вертикальные ускорения будут
определяться по формуле
ÿmax = −ω2a, (14)
где y – текущая ордината колебаний; ÿ – вторая
производная по времени; a – максимальная ампли-
туда колебаний; ω – кажущаяся круговая частота.
Вертикальные перегрузки, таким образом, опре-
делятся как частное от деления максимальных
вертикальных ускорений на ускорение силы тяже-
сти:
n =
ÿmax
g
. (15)
По такой схеме были определены вертикальные
перегрузки для четырех упомянутых выше гипо-
тетических экранопланов весом от 10 до 450 т для
условий выполнения ими крейсерского полета над
волновым экраном. Результаты представлены на
рис. 11. Как видно из графика при длинах волн
экрана меньше шести хорд несущего крыла верти-
кальные перегрузки на этих экранопланах не во-
зникают. С увеличением длины волны экрана по
отношению к хорде крыла вертикальные перегруз-
ки возникают и растут по величине, но не беспре-
дельно. Они достигают наибольших значений по-
рядка 0.4 при длинах волн экрана, составляющих
10 ∼ 13 хорд крыла. При дальнейшем увеличении
длин волн экрана вертикальные перегрузки про-
являют тенденцию к снижению своей величины.
Важно отметить, что вертикальные перегруз-
ки при полете в направлении, совпадающем с на-
правлением бега волн, превышают свои значения
при полете против бега волн. Аналогичный эф-
фект уже отмечался ранее по отношению к вер-
тикальным колебаниям и связан он с изменением
Рис. 11. Зависимости вертикальных перегрузок
экранопланов весом 10 − 450 т от отношения длины
волны экрана к хорде крыла:
1 − движение навстречу бегу волн; 2 − движение
вдоль бега волн
кажущейся частоты встречи с гребнями волн экра-
на при переходе от одного направления движения
к другому.
Подчеркнем, что данные по всем рассмотрен-
ным экранопланам на графике представлены дву-
мя общими кривыми 1 и 2 для случаев полета
навстречу и вдоль бега волн. Это объясняется тем,
что, как следует из [7, 18], эти экранопланы являю-
тся масштабной серией однотипных экранопланов.
Поэтому амплитуды вертикальных колебаний для
них определялись по одной и той же кривой 1 на
графике рис. 2, что и служит причиной отмечен-
ной особенности. Для экранопланов с другой аэро-
динамической компоновкой и с другими характе-
ристиками вертикальные перегрузки будут отли-
чаться от представленных на рис. 11 в той мере, в
какой кривая, характеризующая зависимость вер-
тикальных колебаний от числа Струхаля для этих
экранопланов, будет отличаться от принятой на-
ми кривой 1 на графике рис. 2. Можно предпо-
ложить, однако, что эта новая кривая не выйдет
за пределы заштрихованной области (рис. 2) и ре-
зультаты не будут значительно отличаться от при-
веденных на рис. 11.
Те же данные по вертикальным перегрузкам
экранопланов, но в зависимости от высоты вол-
ны экрана, представлены на графике рис. 12. По
этому графику можно также оценить, какой высо-
ты волну может преодолеть в крейсерском полете
данный экраноплан при заданном значении верти-
кальных перегрузок. Например, в работе [7] приве-
дено, что экраноплан весом 450 т будет способен в
В. Г. Белинский 13
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
Рис. 12. Зависимости вертикальных перегрузок экранопланов весом 10-450 т от высоты волны экрана:
1 − движение навстречу бегу волн; 2 − движение вдоль бега волн
крейсерском полете преодолевать морские волны
высотой 6.0 м. Из графика рис. 12 следует, что та-
кой экраноплан при этом будет испытывать верти-
кальные перегрузки порядка 0.2 при полете вдоль
бега волн и порядка 0.1 при полете навстречу бегу
волн.
Для приближенной оценки на ранних стади-
ях проектирования величины амплитуды колеба-
ний и вызванных этими колебаниями вертикаль-
ных перегрузок экранопланов, компоновка ко-
торых близка к самолетной схеме, могут быть
предложены следующие эмпирические формулы,
основанные на результатах обработки описанных
выше экспериментов.
Для амплитуды вертикальных колебаний
a = 0.056
√
D
ν
√
ρ
(0.95Sh2 − 1.93Sh + 1). (16)
Для вертикальных перегрузок
n = 0.056
ν
√
D
gb2
k
√
ρ
Sh2.(0.95Sh2 − 1.93Sh + 1). (17)
Эти формулы применимы при числах Струхаля
Sh ≤ 1. Числа Струхаля должны быть опреде-
лены по формуле (10) с учетом направления дви-
жения экраноплана по отношению к направлению
бега волн (знак плюс при движении против бега
волн; знак минус при движении вдоль бега волн).
Здесь рассмотрены перегрузки от вертикальных
колебаний экранопланов. Угловые колебания, дан-
ные о которых представлены на рис. 4 и 5, также
будут вызывать определенного вида перегрузки на
экранопланах. Определить эти перегрузки мож-
но, если распределение масс по длине натурных
экранопланов будет подобно распределению масс
по длине модели. Этот вопрос в данной работе не
рассматривается.
Необходимо еще раз отметить, что все данные,
представленные в этой работе, относятся к высо-
те полета над гребнями волн экрана, которая, в
соответствии с выражением (5), равна 0.06.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В гидродинамическом канале Института ги-
дромеханики НАН Украины проводились экспе-
риментальные исследования движения моделей
экранопланов различных аэродинамических ком-
поновок над волновым экраном. Использовался
гидродинамический метод исследования аэроди-
намических величин. Испытания моделей прово-
дились в два этапа. На первом этапе исследовалось
устойчивое движение моделей над экраном в сво-
бодной подвеске с двумя степенями свободы: по
вертикали и вокруг поперечной оси, проходящей
через центр тяжести модели. При этом измерялись
вертикальные и угловые колебания моделей над
волнами экрана различной длины и высоты. Опре-
делена зависимость этих величин от числа Стру-
халя. Установлены диапазоны чисел Струхаля, в
которых реализуются вертикальные и угловые ко-
лебания, и в которых эти колебания не возникают.
На втором этапе исследовалось движение моде-
лей над волновым экраном в жесткой подвеске. В
14 В. Г. Белинский
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2006. Том 8, N 3. С. 3 – 15
этом случае измерялись нестационарные подъем-
ная сила и момент тангажа, под действием кото-
рых возникают вертикальные и угловые колеба-
ния моделей. Установлена связь между колебани-
ями моделей над волновым экраном и силами, их
вызывающими.
На основе пересчета результатов экспериментов
с модели на натуру произведена оценка величи-
ны вертикальных колебаний и вертикальных пе-
регрузок для ряда гипотетических экранопланов
второго поколения при их полете в крейсерском
режиме над взволнованной поверхностью моря. В
рамках принятых допущений показано, при ка-
ких реальных размерах экранопланов и параме-
трах волн экрана могут возникнуть существенныe
вертикальные перегрузки.
1. Маскалик А. И., Синицын Д. Н. Экранопла-
ны. Основы теории и проектирования // СПб.:
Судостроение.–2000.–C. 198.
2. Итоги работ в области внедрения отечественных
научно-технических разработок по высокоскоро-
стным судам-экранопланам в практику судоход-
ства //Судостроение.–2002.– Вып. 4.– C. 9-10.
3. Sinitsyn D. N., Maskalik A. I. The first
commercial ekranoplan ”Amphistar” and prospects
for the development of passenger ekranoplans// Fluid
Dynamics Problems of Vehicles Operating Near or
in Air-Sea Interface. The Research and Technology
Organization (RTO) of NATO. Meeting Proceedings
15.– Amsterdam.– 1988.– October 5-8.– p. 24.1-24.18.
4. Волков Л. Д., Русецкий А. А. Экранопланы: про-
блемы и перспективы // Судостроение.– 1995.– 1.–
С. 3-6.
5. Рождественский К. В. Особенности аэродинами-
ки экраноплана в зоне сильного экранного эффек-
та // Судостроение.– 1995.– 1.– С. 6-9.
6. Правила классификации и постройки малых экра-
нопланов типа А. .– РМРС. – 1998.
7. Маскалик А. И. Экранопланы - транспорт ХХI
века // Судостроение.– 2002.– 5.– С. 9-16.
8. Афрамеев Э. А. Глобальная международная сис-
тема морской безопасности на основе тяжелых
экранопланов // Судостроение.– 2001.– 4.– С. 9-
11.
9. Афрамеев Э. А., Небылов А. В., Савищенко Н. П.
Морской старт многоразовых космических аппа-
ратов с использованием тяжелых экранопланов //
Судостроение.– 2001.– 5.– С. 13-16.
10. Международные конференции по экранопланам:
Сидней, 1995, 1996, 1998; Лондон, 1997; Санкт-
Петербург, 1993, 2000; Амстердам, 1998, 2001.
11. Белинский В. Г., Зинчук П. И., Путилин С. И. и
др. Максимальные и средние значения гидроди-
намических характеристик крыла, движущегося
над неплоским экраном // Гидромеханика.– 1974.–
Вып. 29.– С. 43-45.
12. Белинский В. Г., Зинчук П. И., Путилин С. И. и
др. Влияние формы неплоского экрана на гидро-
динамические характеристики движущегося над
ним крыла // Гидромеханика.– 1975.– Вып. 31.–
С. 28-32.
13. Byelinskyy V. G. About Movement of a Wing Above
Wavy Sarface of Water // Workshop on High Speed
Body Motion in Water. AGARD Report 827.– Kyiv.–
1997, September 1-3.– P. 17.1-17.9.
14. Белинский В. Г., Зинчук П. И. Экспери-
ментальные исследования движения крыла вбли-
зи плоских и взволнованных границ раздела //
Гидромеханика.– 1998.– Вып. 72.– С. 30-45.
15. Byelinskyy V. G., Zinchuk P. I. Hydrodynamical
Characteristics of an Ekranoplane Wing Flying Near
the Wavy Sea Surface // Fluid Dynamics Problems
of Vehicles Operating Near or in Air-Sea Interface.
The Research and Technology Organization (RTO) of
NATO. Meeting Proceedings 15.– Amsterdam.– 1998,
October 5-8.– P. 18.1-18.12.
16. Белинский В. Г., Зинчук П. И. Влияние пара-
метров волнового экрана на мгновенные значения
подъемной силы движущегося над ним крыла //
Прикладная гидромеханика.– 2001.– Том 3(75), N
1.– С. 5-11.
17. Эпштейн Л. А. Гидродинамические методы ис-
следования задач аэродинамики // Труды ЦАГИ.–
1980.– Вып. 2035.– С. 1-28.
18. Maskalik A. I., Rozhdestvensky K. V., Sinitsyn
D. N. A View of the Present State of Research in
Aero-and Hydrodynamics of Ekranoplans // Fluid
Dynamics Problems of Vehicles Operating Near or
in Air-Sea Interface. The Research and Technology
Organization (RTO) of NATO. Meeting Proceedings
15.– Amsterdam.– 1998, October 5-8.– P. 25.1-25.11.
19. Панченков А. Н. Гидродинамика подводного
крыла.– Киев: Наукова думка, 1965.– 552 с.
20. Гидродинамика больших скоростей. //Сборник
Института гидромеханики АН УССР. – 1965 –
Вып. 1. – С. 174; 1966 – Вып. 2. – С. 170; 1967 –
Вып. 3. – С. 123; 1968 – Вып. 4. – С. 137; 1968 –
Вып. 5. – С. 176.
21. Под редакцией Ивченко В. М. и Панченкова
А. Н. Задачи и методы гидродинамики подводных
крыльев и винтов.– Киев: Наукова думка, 1966.–
160 с.
22. Гребешов Э. П. и др. Аэродинамические характе-
ристики профиля крыла вблизи плоского и волно-
вого экрана // Труды ЦАГИ.– 1976.– Вып. 1725.–
С. 31-58.
23. Горбань И. Н., Горбань В. А., Салтанов Н. В.
Гидродинамические характеристики тонкого про-
филя, движущегося вблизи неплоского экрана //
Докл. АН УССР, Сер.А.– 1987.– 4.– С. 37-40.
24. Королев В. И., Костин А. Г., Салтанов
Н. В. Некоторые современные тенденции и под-
ходы в решении научно-технических проблем со-
здания экранопланов // Гидромеханика.– 1998.–
Вып. 72.– С. 46-71.
25. Grinchenko V., Moroz V. Hydrodynamic Aspects
of Wing-in-Ground Crafts Designing // The 1-
st International Symposium on WIG Crafts. -
Conference Proceedings.– Seoul, Korea.– November
8, 2005.– P. 15-25.
26. Шувалов А. А., Зинченко А. Г., Удовенко В. А.
Решение проблемы устойчивости летательного ап-
парата над экраном как путь создания высоко-
эффективного транспортного средства // Техно-
логии в машиностроении: Вестник Харьковского
государственного политехнического yниверситета.
Сборник трудов.– 2000.– Вып. 95.– С. 117-123.
27. Макаров Ю. Экранопланы Украины // Авиация
общего назначения.– Харьков.– 2000.– 5.– С. 10-15.
В. Г. Белинский 15
|