О ТЯЖЕЛЫХ ЛЕТАЮЩИХ ЛОДКАХ 1. О тяжелых летающих лодках

Название	О тяжелых летающих лодках
Анкор	О ТЯЖЕЛЫХ ЛЕТАЮЩИХ ЛОДКАХ 1
Дата	21.02.2023
Размер	4.95 Mb.
Формат файла
Имя файла	О ТЯЖЕЛЫХ ЛЕТАЮЩИХ ЛОДКАХ 1.docx
Тип	Документы #949208
страница	2 из 2

1 2

О мореходности летающих лодок
Гидросамолеты и самолеты-амфибии обладают неоспоримым преимуществом перед другими ЛА, в решении целого ряда задач, за счет своей способности при заданном морском волнении и ветре к безопасному нахождению на плаву, маневрированию на воде, взлету с воды и посадке на воду, т.е. их мореходности. Для обеспечения данной характеристики к ним предъявляют целый ряд дополнительных требований, а в конструкции ГС применяются специальные решения, которые обеспечивают возможность его эксплуатации на воде.

Требования к мореходным характеристикам ГС и СА рассмотрим применительно к тем режимам, на которых эксплуатируется ЛА, отдельно для штилевых условий и условий волнения и ветра до предельных:

режимы плавания ГС, т.е. маневрирование; буксировка; дрейф; стоянка на бочке, якоре (движение самолета на воде на малых скоростях, приблизительно до 20% от скорости отрыва (посадки), при которых его вес уравновешивается гидростатической силой поддержания);
переходный режим, соответствующий начальной стадии разбега или завершающей стадии пробега ГС, приблизительно от 20% до 50% скорости отрыва (посадки);
движение на режиме глиссирования, приблизительно от 50% до скорости отрыва на взлете, и от посадочной скорости до приблизительно 50% V пос. на посадке.
1. Режимы плавания ГС, т.е. маневрирование; буксировка; дрейф; стоянка на бочке, якоре в штилевых условиях:

ГС должен обладать: плавучестью, непотопляемостью, остойчивостью.
При рулении ГС должен быть устойчив по курсу.
ГС должен обладать курсовой устойчивостью при буксировке его как в направлении носа, так и в направлении кормы.
ГС должен быть маневренным на воде, иметь возможность выполнять правые и левые циркуляции, при этом радиус циркуляции не должен превышать 3-х характерных размеров ГС.

Режимы плавания ГС, т.е. маневрирование; буксировка; дрейф; стоянка на бочке, якоре в гидрометеоусловиях (ГМУ) до предельных:

ГС должен обладать остойчивостью за счет применения подкрыльных поплавков, законцовок крыла или жабер (спонсонов), исключающей их зарывание в воду, при наиболее неблагоприятном сочетании внешних моментов от волнения, ветра, реактивного момента от работающей силовой установки с учетом качки.
При рулении характеристики устойчивости и управляемости ГС должны давать летчику возможность выдерживания курса, при любом направлении движения, относительно фронта волн и ветра.
При буксировке ГС, при любом направлении движения относительно фронта волн и ветра, должна быть обеспечена приемлемая, с точки зрения безопасности, курсовая устойчивость.
ГС должен иметь возможность выполнять правые и левые циркуляции.
ГС с 2 и более двигателями, при отказе всех двигателей с одной стороны, должен иметь возможность безопасно маневрировать на воде.

Переходный режим при движении в штилевых условиях и в ГМУ до предельных:

ГС должен иметь достаточную тяговооруженность, для преодоления «горба» сопротивления.
ГС должен обладать устойчивостью и управляемостью, при движении на переходном режиме.
Должно исключаться зарывание в воду подкрыльных поплавков, законцовок крыла или жабер.

Движение на режиме глиссирования в штилевых условиях:

ГС должен быть устойчив в продольном канале, при этом ширина зоны устойчивого глиссирования должна быть достаточно большой, а конструкция лодки и управляемость ГС должны обеспечивать возможность выдерживания углов дифферента, соответствующих зоне устойчивого глиссирования.
У ГС должны исключаться явления «барса» и «рикошета», а ошибки экипажа, приводящие к колебаниям ГС и выбросам из воды, должны легко исправляться и колебания иметь затухающий характер.
На ГС должна быть обеспечена поперечная и курсовая устойчивость, а его управляемость обеспечивать парирование возмущений, возникающих вследствие ошибок экипажа.

Движение на режиме глиссирования в ГМУ до предельных:

ГС должен быть устойчив и управляем по углам дифферента, крена, рысканья, для выдерживания заданных углов в допустимых диапазонах;
«Барсы» и «рикошеты», не должны приводить к увеличению угла атаки больше допустимого.
ГС должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие при движении по взволнованной поверхности воды.

К вышеназванным требованиям следует добавить следующее:

Для ГС должно быть установлено наиболее неблагоприятное состояние водной поверхности, при котором обеспечивается безопасность во время взлета, руления и посадки.
Требования должны удовлетворяться при всех весах и центровках, соответствующих предусмотренным условиям эксплуатации и загрузки ГС.
На всех режимах ГС должен иметь приемлемые характеристики брызгообразования и заливаемости, исключающие повреждение конструкции, нарушение работы силовой установки и ухудшение обзора экипажу, и исключающие попадание воды внутрь конструкции.
Выполнение требований должно обеспечивать экипажу возможность выполнять свои функциональные обязанности на всех режимах в ГМУ до предельных.
Возмущения, возникающие при движении ГС, возникающие вследствие воздействия волнения и ветра, ошибок экипажа и пр., должны парироваться летчиком средней квалификации в ГМУ до предельных.
Если выдвигается требование, что ГС должен иметь возможность выполнять взлеты и посадки на необорудованную акваторию днем и ночью, тогда он должен быть оснащен соответствующей аппаратурой, а также устройствами измерения параметров ГМУ с воздуха.
ГС должен обладать приемлемыми взлетно-посадочными характеристиками (ВПХ) на воде.

Для обеспечения данных требований в конструкции ГС и СА применяются специальные решения, которые обеспечивают возможность его эксплуатации на воде.

Фюзеляж самолета заменен лодкой.
Самолет должен иметь достаточно большую тяговооруженность, для преодоления «горба» гидродинамического (ГД) сопротивления.
Лодка самолета выполняют специально спрофилированной для обеспечения высокого ГД качества и снижения нагрузок, возникающих при взлете и посадке на взволнованную поверхность воды.
Двигатели располагают в месте, исключающем попадание на лопасти винтов или в воздухозаборник водяных струй.
Для недопущении попадания водяных струй на элементы планера самолета применяют брызгоотражательные щитки, или выпускают элементы механизации крыла во взлетное положение на таких скоростях, когда водяные струи не попадают на эти элементы.
ГС и СА должны быть более прочными, по сравнению с сухопутными самолетами подобного класса, чтобы выдержать нагрузки, возникающие при взлете и посадке на взволнованную поверхность воды.
Стремятся уменьшить взлетные и посадочные скорости самолета, для повышения безопасности полетов и снижения нагрузок на лодку при движении по воде, особенно при наличии волн. Для этого используют мощную механизацию крыла, энергетическую механизацию крыла, или устройства, создающие вертикальную тягу на режимах взлета и посадки.
Используют методику пилотирования, отличную от методики пилотирования сухопутного самолета.

К основным возмущающим факторам, действующим на ГС, находящийся на воде относятся ветровое (морское) волнение и ветер. Ветровое волнение обычно разделяют на три типа: ветровые волны, которые находятся под непосредственным воздействием ветра, волны зыби, которые наблюдаются после прекращения ветра или после выхода волн из зоны действия ветра, и смешанное волнение, когда ветровые волны накладываются на волны зыби. В общем случае морское волнение представляют как случайный процесс в виде суперпозиции синусоидальных волн различной амплитуды и периода, распространяющихся в различных направлениях. При этом волновой процесс, в промежутках времени и на дистанциях, соответствующим режимам взлета, посадки и маневрирования ГС на воде, полагают квазистационарным и квазиэргодическим случайным процессом. В качестве характеристик волнения применяют высоту волны 3% обеспеченности (h_в3%), длину волны 25% обеспеченности (λ_25%) и направление бега волн. Ветровые волны сравнительно короткие, отношение λ_25%/h_в3% не более 25. Волны зыби длинные, отношение λ_25%/h_в3%более 30. В силу того, что энергия волн пропорциональна длине волны и квадрату амплитуды (высоте) волны, при одной и той же h_в3% волны зыби всегда несут большую энергию, по сравнению с ветровыми волнами.

Для более полного описания волнения применяется его двумерный частотно-направленный энергетический спектр, характеризующий распределения суммарной энергии волн по частотам и направлениям распространения. Иногда морское волнение оценивают в балах. В этом случае, по принятой у нас шкале, 1 балу соответствует высота волны 3% обеспеченности в 0,25 м, 2 балам – 0,75 м, 3 балам – 1,25 м, 4 балам – 2 м, 5 балам – 3,5 м. За рубежом в качестве характеристики высоты волны используется «значительная высота волн» т.е. среднее значение из 1/3 наибольших высот волн (h _1/3), при этом h _3% = 1,32 h _1/3. Этот факт следует учитывать при сравнении мореходности отечественных и зарубежных летающих лодок. Экспериментально установлено, что визуальная оценка высоты волны в диапазоне от 0 до 4 м, хорошо согласуется с инструментальной оценкой высотой волны 3% обеспеченности h _3%.

В руководствах по летной эксплуатации отечественных ГС и СА в качестве ограничения по мореходности помещается значение предельной высоты волны 3% обеспеченности h _3% , отдельно для ветровых волн и волн зыби. При этом практически всегда ограничение по волнам зыби в два раза меньше, чем по ветровым волнам. Как правило, при движении по короткой ветровой волне ГС пересекает одновременно две и более волн и его угловые и вертикальные колебания, возникающие перегрузки и заливаемость незначительны. При движении по длинным волнам зыби, когда длина лодки ГС менее длины волны, самолет начинает огибать профиль волны, что приводит к значительным колебаниям по углу дифферента, возрастанию заливаемости и нагрузок на днище лодки. Все вышесказанное относится к случаю движения ГС навстречу фронту волн и ветру. Если же длина волны зыби существенно более длины лодки, взлет или посадку рекомендуется выполнять вдоль фронта волн, с некоторым упреждением и при этом теоретически предельная высота волны зыби не ограничена. Наиболее сложным, с точки зрения обеспечения безопасности на взлете и посадке, является наличие смешанного волнения, когда одновременно присутствует несколько систем волн с различными амплитудами и частотами. В этом случае летчик должен принять решение о методике выполнения взлета или посадки, учитывая все факторы. Вместе с тем, в условиях смешанного волнения, которое представляет собой суперпозицию отдельных систем волн различной амплитуды, периода и направления, на отдельных участках появляются как группы волн большой высоты – «девятый вал», так и сравнительно невысоких волн. Этим обстоятельством пользуются пилоты легких самолетов, с малыми взлетно-посадочными скоростями, выполняя взлет или посадку после прохода группы высоких волн. Этим же пользовались пилоты летающей лодки PBY Catalina, выполняя перед приводнением проход на очень малой высоте с работающими на повышенном режиме двигателями, и после обнаружения участка, с невысокими волнами осуществляя касание воды.

Оценку мореходности ГС и СА на этапе предварительного проектирования можно выполнить по полуэмпирической формуле В.П. Соколянского, в соответствии с которой максимальная высота ветровой волны, на которой может эксплуатироваться самолет, определяется по формуле:

где:

– допустимая избыточная перегрузка в центре тяжести;

– гидродинамическое удлинение лодки;

β – эффективный угол поперечной килеватости на первом редане;

– взлетный или посадочный вес самолета (т);

– взлетная или посадочная скорость самолета (км/ч).

Результаты расчетов по данной формуле хорошо совпадают с материалами мореходных испытаний отечественных ГС и СА. Видно, что максимальный вклад в повышение мореходности дает уменьшение взлетных и посадочных скоростей самолета, что подтверждает опыт создания Shin Meiwa PS-1 / US-1A. Окончательное заключение о мореходности ГС и СА делают по результатам мореходных испытаний.

Далее приведено описание наиболее мореходных ГС и СА.

…………
Литература

Авиационные правила. Часть 23. – М. Авиаиздат, 1993.
Авиационные правила. Часть 25. - М. Авиаиздат, 2004.
ГОСТ 24999-81. Гидромеханика летательных аппаратов. Термины, определения и обозначения. - М.Издательство стандартов,1982.
Соболев Д.А. К.Ф. под редакцией. История отечественной авиапромышленности. Серийное самолетостроение 1910-2010. - М. Русавиа.2011.
Соболев Д.А. Истрия самолетов мира. - М. Русавиа.2001.
Крылья Родины 12.1997 г. Сергей Колов. Спасение с небес. Гидросамолет SA-16 «Альбатрос».
Крылья Родины 12. 2002 г. Сергей Колов. Недолгий век "Пассата". Летающая лодка XPSW-1 «Трэйдуинд».
Крылья Родины 03.2000 г. Михаил Никольский. Наследник "Чистого неба". О гидросамолете «Шин Мейва» SS-2.
Брофи А. Военно-воздушные силы США. — М.: Воениздат, 1957.
Харук. А. Авиа Парк 2010 № 03. Лучший в своем классе. Летающая лодка Мартин «Маринер».
"Крылья Люфтваффе". Перевод книги У. Грина "Боевые самолеты Третьего Рейха" © Перевод Андрея Фирсова, 1993. Отделение НТИ ЦАГИ, мемориальный музей Н.Е. Жуковского.
Вуд К. Проектирование самолетов. – М.: ГИОП. 1940.
Состояние и тенденции развития гидросамолетов. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1991.
Хохлов А.А. Некоторые вопросы разработки типовой методики проведения мореходных испытаний гидросамолетов и самолетов-амфибий // Сб. докладов IX международной научной конференции по гидроавиации «Гидроавиасалон-2012». – М.: Изд. ЦАГИ, – 2012, – Т. 2. – С. 22-27.
Louis S Casey, John Batcheler. The illustrated history of seaplanes and flying boats: New York : Exeter Books, 1980. – 128 p.
Tim Mason. The Seaplane years : - Manchester. – United Kingdom: Hikoki publications. 2010. – 240 p.
Bill Yenne. Seaplanes & Flying Boats : A timeless Collection from Aviation`s Golden Age : BCL Press New York, 2003. – 176 p.
David Oliver. Wings Over Water: A Chronicle Of The Flying Boats And Amphibians Of The Twentieth Century : - New Jersey. – USA : Chartwell Books, 1999. – 128 p.
Maurice Allward. An Illustrated History of Seaplanes and Flying Boats: New York: Dorset press, 1981. – 160 p.
Stephane Nicolaou. Flying boats & seaplanes : A history from 1905 : - Osceola USA : MBI Publishing company, 1998. – 192 p.
Michael Shapre. Biplanes Triplanes & Seaplanes: London UK: Grange Books, 2002. - 162 p.
Seaplane, Skiplane, and Float/Ski Equipped Helicopter Operations Handbook. – US. Department of Transportation FAA, 2004.
Kenneth Munson. Flying Boats and Seaplanes since 1910 : Blandford Colour Series : London. Blandford press, 1971. – 85 p.
The Consolidated PBY Catalina : Profile publications : Number 183 : Surrey. England: Profile Publicftions Ltd. – 16 p.
Pilot`s Handbook of Flight Operating Instructions NAVY model PBY-6A Airplane : This Publication supercedes AN 01-5MC-1 : Dated 1 december 1944. – 99 p.
PBY Catalina In Action : Aircraft Namber 62 : Squadron/Signal publications, ISBN 0-89747-149-0, – 52 p.
Pilots notes. The Sunderland I & II aeroplanes : UK : Air Publication IS66 A, 1938. – 15 p.
Grumman HU-16 Albatross : Naval fighters number eleven : By Steve Ginter, (NF11_HU-16 Albatross), - 76 p.
Tullio Marcon. C.R.D.A. Cant Z.501 : La Bancarella Aeronautica - Torino, 2001. – 58 p.
Convair XP5Y-1 & R3Y-1/-2 Tradewind : Naval fighters number thirty-four : Steve Ginter, Ginter BooksI SBN: 0942612345, 1996, -124 p.
Popular science. Mechanics and Handicraft. World’s First Turboprop Flying Boat. p.150 – 151. July 1950. Vol. 157: No. 1, New York . Popular science Publishing.

Электронные источники

http://www.airpages.ru/us/pbn.shtml
http://crimso.msk.ru/Site/Crafts/Craft26194.htm

1 2