Ekranoplany w ZSRR – cz. I
Dariusz Paduch
Ekranoplan, chociaż przypomina z wyglądu łódź latającą, jest szybką jednostką morską, a nie nisko latającym – w przedziale efektu przypowierzchniowego – samolotem. Ten specyficzny rodzaj statku (okrętu) był w latach 1945-1975 bardzo intensywnie rozwijany w ZSRR, w którym wiele pomysłów dotyczących nowych środków rażenia, zarzuconych na Zachodzie, trafiło na podatny grunt.
Ekranoplan (ekranolot, ang. screen plane, Wing-In-Ground) to rodzaj pojazdu poruszającego się na niewielkiej wysokości nad wodą lub inną gładką powierzchnią (śnieg, lód, ziemia), stanowiącą ekran. Ekranoplan wykorzystuje efekt przypowierzchniowy polegający na tym, że skrzydła i kadłub pojazdu lecącego nad ekranem, na wysokości równej w przybliżeniu połowie rozpiętości, wytwarzają większą siłę nośną niż podczas lotu na większej wysokości. Zasada lotu ekranoplanu znacznie różni się od zasady lotu samolotu czy poduszkowca. Ekranoplan również wykorzystuje poduszkę powietrzną do utrzymania się w powietrzu, jednak jest ona wytwarzana pod skrzydłem przez nabiegający strumień powietrza, a nie specjalne sprężarki i wentylatory. Samolot może wystartować i lecieć dzięki temu, że kształt i profil jego skrzydła wytwarzają nad jego powierzchnią niższe ciśnienie niż pod nim, generując tym samym siłę nośną. W przypadku ekranoplanu wskutek zaburzeń strumienia powietrza pod jego skrzydłami powstaje strefa podwyższonego ciśnienia, która odbija się od powierzchni (ekranu), nad którą maszyna leci. Zjawisko to nazywane jest efektem ekranu i jest możliwe do uzyskania tylko podczas lotu na bardzo niewielkiej wysokości. Zależy ono od formy skrzydła i jego wydłużenia, dlatego skrzydła samolotu i ekranoplanu istotnie się różnią.
Rozwój technologii
Burzliwy rozwój tego typu konstrukcji nastąpił po drugiej wojnie światowej, głównie w ZSRR, gdzie ich projektowaniem zajmował się Rościsław J. Aleksiejew. Efekt WIG wykorzystali również inni konstruktorzy, tacy jak Roberto Bartini i Paweł O. Suchoj.
Ekranoplan, chociaż przypomina z wyglądu łódź latającą, to szybka jednostka morska, a nie nisko latający – w przedziale efektu przypowierzchniowego – samolot. Fakt ten jest uzasadniony historycznie, ponieważ pierwsze aparaty latające tego typu zostały wymyślone, zaprojektowane i zbudowane przez konstruktorów statków, dążących do zwiększenia prędkości jednostek pływających. Z efektem przypowierzchniowym powodującym zmianę właściwości nośnych skrzydła lotnicy zetknęli się już w latach 20. ubiegłego wieku, jednak parametry lotne ówczesnych samolotów, a w szczególności stabilność, nie były obliczone na ten efekt i w wielu przypadkach był on przyczyną wypadków podczas startu i lądowania.
Rozwój budowy szybkich jednostek pływających ograniczał opór falowy, który wzrasta powyżej prędkości 15-20 w. dla jednostek rzecznych i 25-30 w. dla jednostek morskich. Wykorzystanie podwodnych skrzydeł i zjawiska ślizgania się w celu zmniejszenia oporu falowego pozwoliło na zwiększenie prędkości do 50‑60 w. Niska dzielność morska ślizgaczy nie pozwoliła na ich szerokie, praktyczne zastosowanie i wykorzystywane są one właściwie tylko w roli jednostek sportowych i rekreacyjnych. Jednostki pływające na podwodnych skrzydłach znalazły natomiast stosunkowo szerokie zastosowanie. Decydujący wkład w tej dziedzinie wniósł w ZSRR wspomniany R.J. Aleksiejew, który zaprojektował jednostki pływające na skrzydłach podwodnych dla radzieckiej floty pasażerskiej, zarówno rzecznej, jak i morskiej, a opracowane przez niego rozwiązania są wykorzystywane do dziś.
Aleksiejew zaczynał od projektowania kutrów torpedowych wyposażonych w podwodne skrzydła i wtedy natknął się na zjawisko kawitacji, która ogranicza prędkość poruszania się jednostek wyposażonych w te urządzenia do około 50 w. Okazało się, że dalsze zwiększenie prędkości tych konstrukcji jest utrudnione z uwagi na efekty kawitacji. Ten fakt stał się jednym z podstawowych bodźców do poszukiwania nowego sposobu poruszania się jednostek pływających, pozbawionego dotychczasowych, zasadniczych niedostatków – bariery falowej i kawitacyjnej. Okazało się, że uniknięcie oddziaływania tych czynników jest możliwe tylko poprzez wykluczenie kontaktu elementów jednostki pływającej z wodą.
Prace nad jednostkami pływającymi takiego typu rozpoczęto w latach 30. XX w. Pojawiły się wówczas wstępne propozycje opracowania statków wykorzystujących podtrzymujące siły aerodynamiczne, a pierwsze radzieckie propozycje w zakresie wykorzystania sił aerodynamicznych podczas poruszania się statków zostały przedłożone przez Aleksiejewa w 1947 r. Próby niewielkich modeli ekranoplanów, które prowadzono w latach 30., okazały się jednak nieudane. Krótko po starcie zadzierały one nos i po wejściu na krytyczny kąt natarcia zwalały się na skrzydło. Przyczyny wielu niepowodzeń stały się jasne po opublikowaniu wyników badań przez Romana I. Irodowa, pracownika Centralnego Instytutu Aerohydrodynamicznego CAGI (ros. Centralnyj Aerogidrodinamiczeskij Institut). Rozdzielił on łączną siłę podtrzymującą aparat na dwie części składowe: dynamiczną poduszkę powietrzną powstającą na skutek hamowania strumienia powietrza pod dolną powierzchnią skrzydła i siłę nośną wytwarzaną przez skrzydło w większej odległości od ekranu. Irodow doszedł do wniosku, że jedna z tych sił nie zależy od wysokości, a druga – od kąta natarcia, natomiast ich współzależność względem środka ciężkości określa, na ile stabilny w locie będzie aparat. Wydawało się, że droga do opracowania ekranoplanu jest otwarta, tym bardziej że i wojskowi szybko zauważyli zalety aparatów latających nowej klasy.
Kierownictwo radzieckiego przemysłu lotniczego było zdecydowanie przeciwne ekranoplanom i zadało projektowi cios poniżej pasa, twierdząc, że ponieważ one pływają, ich budową powinien zająć się przemysł stoczniowy. Spośród konstruktorów lotniczych zainteresowanych nową ideą jedynie Bartiniemu udało się wytrzymać ten „atak”. Opracował amfibię WWA-14, zdolną do pionowego startu, która ostatecznie przekształciła się w ekranoplan.
Inną drogą poszedł Aleksiejew, który w 1943 r. został głównym konstruktorem oddziału „Gidrołaboratoria” w zakładach Krasnoje Sormowo w mieście Gorki (obecnie Niżnyj Nowgorod), a w 1951 r. – szefem Centralnego Biura Konstrukcyjnego Statków na Podwodnych Skrzydłach (CKB SPK, ros. Centralnoje Konstrukcyjnoje Biuro po Sudam na Podwodnych Kryłach). Biuro w szczytowym okresie zatrudniało 5000 ludzi. W ten sposób całą tematykę ekranoplanów skupiono w Ministerstwie Przemysłu Stoczniowego, chociaż jego szef, przewodniczący Państwowego Komitetu ds. Przemysłu Stoczniowego Borys J. Butoma, nie był z tego zadowolony. Rozwój prac nad ekranoplanami przyniósł podniesienie stopnia tajności i cenzury. Już w latach 40. XX w. słowo „ekranoplan” stało się w ZSRR zakazane. Co prawda różni „miłośnicy” próbowali swoich sił w tej dziedzinie, jednak owoce ich pracy niezmiennie klasyfikowano jako kutry. Przed Aleksiejewem stało trudne zadanie. Nie mógł on wykorzystać zagranicznych doświadczeń, a własnych nie było.
Pełna wersja artykułu w magazynie MSiO 1-2/2020