Зачем экраноплану «Лунь» установили сразу восемь реактивных двигателей

Над носовой частью экраноплана «Лунь» выстроены восемь огромных воздухозаборников — по четыре с каждого борта. Даже для машины длиной почти 74 метра такая силовая установка выглядит чрезмерной. Большинство тяжёлых пассажирских самолётов обходятся двумя или четырьмя двигателями, тогда как советскому аппарату, летавшему всего в нескольких метрах над водой, понадобилось сразу восемь.

Причина заключалась не только в массе и не только в стремлении разогнать экраноплан до высокой скорости. Самым сложным этапом для «Луня» был выход из воды. Пока экранный эффект ещё не возник, многотонная машина должна была преодолеть огромное сопротивление воды и разогнаться до скорости, при которой крыло начинало уверенно поддерживать её над поверхностью. Восемь двигателей одновременно создавали тягу и помогали приподнимать корпус, направляя поток воздуха под крыло.

Ракетный корабль, способный летать

Проект 903 «Лунь» разрабатывался в ЦКБ по судам на подводных крыльях имени Р. Е. Алексеева как ударный ракетоносец. Он должен был перемещаться значительно быстрее обычных кораблей и подходить к цели на высоте нескольких метров, где дальность его обнаружения корабельными радиолокаторами ограничивалась радиогоризонтом и помехами от поверхности моря.

На верхней части корпуса разместили шесть пусковых контейнеров противокорабельных ракет «Москит». Вместе с вооружением, топливом, оборудованием и экипажем максимальная взлётная масса экраноплана достигала примерно 380 тонн. При этом аппарат мог развивать скорость около 500 километров в час.

Внешне «Лунь» напоминал самолёт с непропорционально коротким и широким крылом. Однако его корпус имел обводы лодки, водонепроницаемые отсеки и днище, рассчитанное на движение по воде. По существу, конструкторам требовалось соединить в одной машине качества быстроходного судна и тяжёлого летательного аппарата.

Самая большая нагрузка возникала до полёта

Самолёт разгоняется по твёрдой взлётно-посадочной полосе на колёсах, создающих сравнительно небольшое сопротивление. «Лунь» начинал движение, находясь в воде. С ростом скорости его корпус сталкивался с гидродинамическим сопротивлением, которое намного превосходило сопротивление воздуха.

Сначала аппарат двигался как тяжёлая моторная лодка. Затем корпус переходил в режим глиссирования и постепенно поднимался над водой. Только после достаточного разгона крыло начинало создавать подъёмную силу, необходимую для устойчивого движения на экране.

Возникала сложная инженерная задача. Чтобы уменьшить сопротивление воды, экраноплан следовало как можно раньше приподнять. Но для появления аэродинамической подъёмной силы ему уже требовалась высокая скорость. Обычного горизонтального разгона было недостаточно: значительная часть тяги расходовалась бы на преодоление сопротивления корпуса, а не на дальнейшее увеличение скорости.

Именно этот переходный режим во многом определил размеры силовой установки «Луня».

Реактивные струи направлялись под крыло

Восемь двухконтурных турбореактивных двигателей НК-87 разместили на пилоне в передней части корпуса. Каждый из них развивал тягу около 13 тонн-сил, поэтому суммарная тяга установки превышала 100 тонн-сил.

На взлёте сопла отклонялись вниз, направляя реактивные струи под переднюю часть крыла. Одновременно выпускались крупные закрылки. Вместе с концевыми шайбами крыла они ограничивали растекание воздуха в стороны, благодаря чему под крылом повышалось давление.

Такой поддув создавал дополнительную подъёмную силу ещё до полноценного появления экранного эффекта. Корпус частично разгружался, уменьшалась площадь его соприкосновения с водой, а вместе с ней снижалось гидродинамическое сопротивление. Установленное под днищем гидролыжное устройство также помогало выдерживать нагрузки при разгоне и контакте с волнами.

«Лунь» не превращался при этом в судно на обычной воздушной подушке. Двигатели не удерживали всю массу аппарата неподвижно над поверхностью. Их поток лишь помогал экраноплану перейти из водоизмещающего положения к глиссированию, набрать скорость и выйти на расчётный режим.

Экран начинал работать только после разгона

Экранный эффект возникает, когда крыло движется на небольшой высоте над землёй или водой. Поверхность ограничивает движение воздушного потока вниз, давление под крылом возрастает, а образование концевых вихрей ослабевает. В результате увеличивается подъёмная сила и уменьшается индуктивное сопротивление.

Чем ближе крыло находится к поверхности, тем заметнее этот эффект. «Лунь» летал преимущественно на высоте от одного до нескольких метров. В таком положении его широкое крыло работало эффективнее, чем на большой высоте, а для поддержания полёта требовалось меньше энергии.

Но воспользоваться этим преимуществом можно было только после разгона. Пока аппарат медленно двигался по воде, набегающий поток оставался слишком слабым. Поэтому силовую установку рассчитывали прежде всего на короткий, но исключительно тяжёлый переход от плавания к полёту.

После выхода на экран сопла двигателей переводились в горизонтальное положение. Теперь реактивная струя уже не нагнеталась под крыло, а толкала аппарат вперёд. Необходимая тяга уменьшалась, поскольку корпус больше не соприкасался с водой, а крыло работало в благоприятном режиме.

Почему двигателей было именно восемь

Большое количество НК-87 обеспечивало не только требуемую суммарную тягу. Восемь сопел позволяли распределить поток по значительной ширине крыла. Если бы мощная струя поступала лишь из одной или двух точек, давление под крылом распределялось бы менее равномерно, а эффективность поддува снижалась.

По четыре двигателя находились с каждой стороны от продольной оси. Такая компоновка позволяла создавать относительно симметричный поток и управлять тягой по бортам. При отказе одного двигателя общая тяга уменьшалась не столь резко, как при отказе одной из двух или четырёх более мощных установок, хотя нарушение симметрии всё равно требовало немедленной компенсации.

НК-87 был создан на основе семейства двигателей, применявшегося на тяжёлых пассажирских самолётах. Использование нескольких уже освоенных по конструкции агрегатов было практичнее разработки принципиально нового двигателя с вдвое большей тягой. Для экраноплана двигатель адаптировали к специфическим условиям эксплуатации и снабдили системой отклонения выходящего потока.

Таким образом, число восемь определялось сочетанием необходимой тяги, доступных характеристик двигателя и потребности равномерно подавать воздух под широкое крыло.

«Лунь» часто путают с другим экранопланом

Распространено утверждение, что после взлёта шесть или даже все восемь двигателей «Луня» выключались, а движение продолжалось благодаря отдельной маршевой установке на хвосте. Такая схема действительно применялась на экраноплане А-90 «Орлёнок». У него два носовых реактивных двигателя помогали при взлёте, а в полёте основную работу выполнял кормовой турбовинтовой двигатель.

«Лунь» был устроен иначе. Отдельного маршевого двигателя на хвостовом оперении у него не существовало. Передняя группа НК-87 являлась общей силовой установкой для всех этапов движения. На старте двигатели работали с отклонёнными соплами и создавали поддув, а после выхода на экран их поток направлялся назад.

На установившемся режиме максимальная взлётная тяга уже не требовалась. Обороты можно было уменьшать, а режим отдельных двигателей — менять в зависимости от скорости и условий движения. Однако восемь НК-87 не были одноразовым стартовым комплектом: те же двигатели обеспечивали и разгон, и дальнейший полёт.

Воздухозаборники пришлось поднять над водой

Переднее расположение двигателей позволяло направлять струи под крыло до того, как воздух успевал рассеяться. Однако близость к поверхности моря создавала другую проблему — брызги.

Попадание большого количества воды в воздухозаборник нарушает работу компрессора и может вызвать помпаж или повреждение двигателя. Соль после испарения воды оседает на деталях, ускоряя коррозию и загрязняя проточную часть. Особенно опасным был момент разгона, когда корпус поднимал перед собой и по сторонам мощные водяные шлейфы.

Поэтому воздухозаборники установили высоко над корпусом. Носовые обводы отбрасывали основную массу воды в стороны, а поднятая группа двигателей оставалась выше наиболее плотного облака брызг. Полностью устранить воздействие солёной воды было невозможно, поэтому силовая установка всё равно требовала регулярных осмотров, промывки и защиты от коррозии.

Необычный «гребень» из восьми мотогондол оказался результатом сразу нескольких требований: двигатели должны были находиться перед крылом, обеспечивать равномерный поддув и одновременно оставаться как можно дальше от воды.

За огромную тягу приходилось платить

Восемь двигателей увеличивали массу конструкции, расход топлива и объём обслуживания. Каждому агрегату требовались отдельные топливные магистрали, системы управления, крепления и средства контроля. Необходимо было следить за синхронностью работы двигателей и учитывать влияние отказа на устойчивость многотонной машины, летящей в нескольких метрах от волн.

Сама зависимость от экранного эффекта также накладывала ограничения. Высота полёта была сопоставима с высотой морских волн, поэтому состояние поверхности непосредственно влияло на безопасность. Экипаж должен был быстро реагировать на изменение рельефа воды и удерживать аппарат в узком диапазоне высот. Подняться над зоной сильного волнения подобно обычному самолёту «Лунь» не мог: его короткое крыло рассчитывалось именно на полёт у поверхности.

До полноценной серии проект не дошёл. Был построен один законченный ракетный экраноплан, а второй корпус позднее попытались переоборудовать в спасательный аппарат. Прекращение программы объяснялось не одной причиной: сказались высокая стоимость, сложность эксплуатации, ограниченная область применения и сокращение финансирования после распада СССР.

Восемь двигателей не были случайным проявлением инженерного гигантизма. Они позволяли тяжёлому ракетному кораблю решить самую трудную задачу — вырваться из воды и перейти в режим, где поверхность моря уже не мешала движению, а помогала крылу. Необычная силовая установка стала одновременно главным условием полёта «Луня» и наглядным свидетельством сложности всей концепции экраноплана.