En jorden effekt fly er en LuftfartØj designet til at flyve ved meget lav højde over en flad overflade (over havet, flod, sne eller is).
Grundeffektfly er udviklet for deres evne til at transportere belastninger med større hastighed og med bedre brændstofeffektivitet end hurtige skibe. Normalt fungerer de på vand, de kan være baseret i havne, nær bycentre og undlade at bruge specifikke faciliteter såsom svæveflyramper eller lufthavnsbaner.
På engelsk GEV ( Ground Effect Vehicle ) eller WIG (wing In Ground effect) eller Wingship på tysk Bodeneffektfahrzeug (Sol-effect-vehicle) på russisk Ekranoplan . Den franske administration bruger udtrykket navion (sammentrækning af Navire-avion).
Fly med jordeffekt (eller havfly) er kendetegnet ved deres løftemåde:
Dette er det grundlæggende koncept med en jordeffektfløj uden ekstra lift, velegnet til mindre maskiner, langsommere (V < 150 km / t ) og mindre belastet.
Koncept Lippisch, trekantet fløjFra 1961 udviklede den tyske aerodynamiske ingeniør Alexander Lippisch konceptet flyvning i jordeffekt , et koncept testet og verificeret ved test af en prototype, X-112 omkring 1963. Han foreslog derefter sine ideer til den vestlige regering. Prototyperne af "Flugflächen-Boot" -jordflyvemaskiner (overfladebåd) ( RFB X-113 i 1970, RFB X-114 i 1977) blev derefter bygget af Rhein-Flugzeubau under kontrakt med det tyske forsvarsministerium. Konfigurationen udviklet af Lippisch, en omvendt deltavinge, er blevet standard.
De russiske Eska-1 og T-501 prototyper er to-pers. Stammer fra X-113, som blev testet i 1973.
AN-2E-modellen, der blev bygget i 1973, er designet af EP Grunin og har en Lippisch-fløj monteret på en Antonov AN-2V (vandflyvemaskine) skrog. Med en 1000 hk motor kan den transportere 12 personer. I 1998 præsenterede Moskva Aviation Institute en landversion (uden flyder) med en anden fløj, som ville være udstyret med en 580 hk dieselmotor , der var i stand til at transportere 20 personer ved 200 km / t med et forbrug beregnet til kun 48 L / t (dvs. 1,2 l / 100 km / passager).
Den Flarecraft L-325 er en amerikansk 5-sæders, 235 hk prototype , produceret i 1991. Den er udstyret med en hjælpemotor (47 kW , Vanddysevæve) til havnemanøvrer.
Den Navion er en fransk eksperimentel ensædede prototype testet i 1996.
Lippisch-konfigurationen blev overtaget af Hanno Fischer med Airfish-serien (Airfish 1, 2 og 3) i 1988-1990. FS8 Flightship Dragon, fra den samme designer, er en 8-personers WIG-komposit udstyret med en GM V-8- motor, der kører to bageste propeller, som foretog sine første tests i 2001. Modellen blev erhvervet af Wigetworks (Singapore) i 2005 og omdøbt til Airfish-8
Iran har taget i brug Bavar-2-serien siden 2006 svarende til konfigurationen til X-113.
Rektangulær vingeDen mu-Sky 1 er en forskningsmodel bygget af Mitsubishi fra 1988. fløj er næsten kvadratisk (4,40 m x 3,50 m ) . En større to-sæders mu-Sky 2-model blev produceret.
Techno Trans designede og byggede en to-sæders Hydrowing VT01 , testet i 1997. En større Hydrowing 06-model (planlagt i 2006) indeholdt en vinge af Lippisch-type og en ekstra hydrofoil til start.
De SE-6 Sea Eagle 6 steder har den almene konfiguration af Lippisch typen, undtagen den fløj, som er rektangulær.
Dette er fly med jordeffekt, der drager fordel af ekstra løft for at reducere starthastigheden og den krævede effekt,
Chinea producerede et par Lippisch-afledte prototyper, med løft steget med propellernes eksplosion (PARWIG) fra 1979: modeller XTW-1, XTW-2 12 steder (i 1990), XTW-3 med 12 personer på 145 km / h med 2 x 300 hk (i 1997), XTW-4 med 20 pladser drevet af turbopropmotorer (test i 2000), XTW-5 (patruljebåd).
EkranoplaneOrdet ekranoplane , der kommer fra det russiske экраноплан (ekranoplan), opfundet af den sovjetiske designer Rostislav Alekseev , er et generisk udtryk ("ekran betyder skærm eller jord"), der betegner en linje med russiske jordeffektplaner. De bedst kendte, store modeller med øget lift (PAR eller Power Augmented Ram) blev designet i 1960'erne af Rostislav Alekseïev efter anmodning fra den sovjetiske flåde. Det førte til konstruktionen af forskellige prototyper, SM-1 i 1960 (uden PAR), SM-2 i 1962 (med PAR), op til den meget store KM-model (550 t ), bygget i 1966.
The A-90 Orlyonok model er mindre, 120 t , 58 m lang; fire enheder blev bygget mellem 1973 og 1980. Lun (1987) er et anti-skib missilbærer . Fra 1975 studerede Alekseev WIG'er med vingeudvidelser.
PARWIG + vinger (Composite Wing Configuration)Dette koncept, præsenteret af russerne som "anden generation Ekranoplane", adskiller en central fløj med stort område optimeret til løft ved lav hastighed (luftpude blæst til start) og vingeforlængelser med det formål at opnå bedre finesse under krydstogt. Kinesiske projekter følger denne model.
Den russiske ti-sæders model Ivolga , der blev studeret i 1999, præsenterer denne konfiguration med foldevinger og avancerede propeller, der blæser under skroget ( katamarankonfiguration ) for at lette start. Finesse 25, 300 hk motor , forbrug 25 til 30 l / t ved 180 km / t i jordeffekt. De russiske projekter Kulik 5 steder, Baklan 10 steder eller Bekas til 12 til 16 passagerer præsenterer også vingeforlængelser. Firmaet Aerohod præsenterer demonstranten (i mindre skala) af en A-18 "Tungus" -model, der er i stand til at transportere 18 passagerer.
Kina arbejder også på dette PARWIG + vinger-koncept med 6-sæders Nanjing Angel AD606 eller MARIC-projekter som Svanen med 100 passagerer .
Meget store transportørerStore projekter blev foreslået af Ando (Japan) i 1988, af Robert Bartini (USSR) og af den russiske flyproducent Sukhoi (Sukhoi S-90), 132 t ) i 1993.
Samt de russiske ekranoplaner var designet til militær brug har den amerikanske hær udtrykt interesse for dette koncept til transport af tungt militært udstyr over lange afstande over havet.
I 1975 præsenterede NASA en undersøgelse af store fly omfattende et ekranoplan-type jordeffektfly. En undersøgelse af Douglas om samme tema blev offentliggjort i 1976.
Rapporten " Wingship Investigation " , der blev oprettet af ARPA (Advanced Research Projects Agency) i 1994, præsenterede forskellige projekter af Lockheed (620 t ), Northrop (800 t ) med en blæst fløj som den af Orlyonok, Douglas (910 t ) , Aerocon (5.000 t ) .
I 2003 præsenterede den amerikanske flyproducent Boeing et projekt for et meget stort luftfartsselskab (2.700 t ) med jordeffekt, Boeing Pelican , hvis vinger blev sprængt af propellerne til motorerne monteret på flyets forkant. . I modsætning til de fleste WIG'er er dette et landplan og ikke et vandfly.
Den Hoverwing Hanno Fischer er en variant hybrid bærende have begge vinger (aerodynamiske løft typen TIG) og en luftpude under skroget (efter princippet af katamaran typen NES ), der bærer op til 80% af vægten af maskinen under start . En demonstrant ved navn HW-2VT på 90 hk blev testet i 1997 i afventning af større projekter (20 og 50 pladser). Det koreanske firma Wingship Technology Corporation overtog konceptet og byggede en 50-sæders WSH-500 prototype ; test fandt sted i december 2011 .
WIG + høj vingeBurevestnik-24- prototypen, der er under udvikling siden 2004, har foruden sin lavfladevirkningsfløj en ekstra fløj placeret i høj position (biplan-konfiguration). Motorerne er anbragt på den høje vinge og kørekanal-propeller placeret bag vingen.
Disse køretøjer med dynamisk luftpude (Dynamic Air Cushion), ikke blæst ( Tandem ramvinge ) eller blæst (russiske og kinesiske modeller), er designet til at navigere i beskyttet farvand, der flyver meget tæt på overfladen.
Tandem ramvingeSM-1, den første ekranoplan, der blev testet i 1960, er en tandemvinget maskine uden en bageste stabilisator.
Den Flairboat og Flairship på den TAF eller Tandem Airfoil Flairboats typen, er lav aspektratio tandem vingede køretøjer uden agterste stabilisator plan, designet til lav-niveau flyvning i beskyttede farvande. de blev udviklet i Tyskland af Günther Jörg fra 1974. Koblingen mellem maskinens naturlige pitchingperiode og bølgemødeperioden kan føre til tonestabilitet.
De nylige russiske jordeffektkøretøjer er mellemkonfigurationer mellem køretøjets luftpude og ekranoplan, der bærer forlængelse af stort og lille område, designet til at fungere i beskyttet farvande, såsom Volga-2 til 8 sæder (1986) ; køretøjet med navnet Amphistar 5 steder (1997) ; 5-sæders Aquaglide-5 enhed (udvikling af Volga-2); den Strizh , en to-personers tandem træning prototype (1991) eller passagertransport i Raketa 2 projekt .
Kinesiske modeller: (Marine Design and Research Institute of China) MARIC 750 i 1985 og Swan Mk2 (med tre motorer og vingeforlængere) i 1998. CASTD (China Academy of Science and Technology Development) producerede TY-1 (15 sæder, 2 motorer på 300 hk ) i 1998.
Flyver disse søvogne i kraft på jordbådene eller flyene?
IMO International Maritime Organization skelner mellem tre klasser af jordeffektudstyr:
De franske fritidsbådsbestemmelser, Division 245 (2015), definerer en bestemt kategori kaldet "Løfteskib":
” Hovercraft : svævefly , navion eller ethvert andet fartøj, der er designet til at operere tæt på vandoverfladen uden kontakt med sidstnævnte og i en lavere højde end fartøjets skrog. "
Med forbehold af dette forbehold for højdebegrænsning betragtes en jordeffektanordning (lystfartøj) på mindre end 24 meter som et skib.
Løft, stabilitet og kontrol af fly med jordeffekt opnås på bestemte måder.
Flyet drager fordel af jordeffekten og de særlige arrangementer for at øge dens lift .
Jordeffekt Et fly med jordeffekt er en flyvemaskine med et lavt billedformat, der er specielt designet til at drage fordel af en aerodynamisk luftpude. Tæt på jorden skaber indespærring af luftmassen, der passerer under vingen, overtryk, hvilket øger løft. Løftet af en vinge, der flyver "ud af jordeffekten" , produceres hovedsageligt af den øvre overflade; i tilfælde af et fly med jordeffekt er løftedelen af den nedre overflade større, og den af den øvre overflade lavere. Skalaeffekt Når du øger størrelsen på et fly, øges dets masse hurtigere end overfladen. På grund af denne skalaeffekt skal det større fly og derfor mere belastet pr. Kvadratmeter vingeareal flyve hurtigere. Starthastigheden øges også, hvilket fører til betydelige stød mod bølgerne i hårdt hav. For at reducere denne hastighed søger designere at øge løft på forskellige måder. Øget løft Der er særlige bestemmelser for at øge løft ved lav hastighed:Flyet i jordeffekt skal være stabilt i stigning , højde og rulle .
Pladsstabilitet
Nærhed til overfladen gør flyvning farlig, hvis flyet er ustabilt i tonehøjde (tendens til at næse op eller næse ned). Et fly med jordeffekt skal have mindst to tydeligt differentierede flyveblade. Den finder sin stigningsstabilitet og regulering af flyvehøjde i forskellen i lifthældninger (variation i lift med forekomst) af disse to overflader.
Forfløjen, der bærer det meste af vægten, flugter med vandet i jordeffekt. Dens lifthældning falder kraftigt, hvis flyet klatrer, ved at reducere det effektive billedformat. Bagvingen er mindre belastet og med større billedformat; det skal placeres meget højere, næsten uden for jordeffekten. Dens lifthældning er så mere konstant, mindre afhængig af højden.
Hvis flyet klatrer, mister frontfløjen noget af sit løft mere end bagvingen. Flyet næsede lidt ned og sænkede sig ned til dets oprindelige højde. Hvis flyet falder ned, øges jordeffekten, den forreste vinge bærer mere, men den bageste vinge bærer ikke mere. Flyet slog sig lidt op og genoptog sin oprindelige højde.
Vedligeholdelse af højden
Hvis flyet flyver lavt over vand eller jord, øges elevatoren med jordeffekt. Hvis flyet klatrer, falder jordeffekten, liften falder og kan ikke længere kompensere for vægten, medmindre holdningen (angrebsvinklen) øges, hvilket øger den inducerede træk, den krævede effekt og brændstofforbruget.
På en kort sø er frekvensen af bølgemøder høj, og maskinens inerti får det til at gennemsnitliggøre (eller filtrere) havets profil uden variation i højden. På længere sø, når bølgelængden af bølgerne (f.eks. 40 m ) nærmer sig mødehastigheden (for eksempel 40 m / s eller 144 km / t ), følger bølgeprofilen lodrette accelerationer ca. en frekvens, der fremmer søsyge. I dette tilfælde kan højden styres ved automatisk pilotstyring.
Rullestabilitet
Hvis flyet vipper sidelæns, kommer den lave fløj tættere på overfladen og bærer mere, den høje fløj bærer mindre. Jordeffekten bringer et stabiliserende rullemoment. Bortset fra jordeffekten falder rullestabiliteten og kan blive neutral (ligeglad) og oftest lidt negativ.
Jordeffekt, holdning og højde er næsten konstant, manøvredygtighed vedrører hovedsagelig retningsbestemt kontrol; det afhænger delvist af maskinens masse.
Skalaeffekt
Fra omkring hundrede ton reagerer WIG'er langsommere på kommandoer, hvilket gør dem sværere at styre og kræver brug af en autopilot.
Retningsbestemt
drejningsradius afhænger af maskinens hastighed (kvadrat) og hældning.
En hurtig, moderat sving ved banken kræver meget plads til at dreje; De mindste maskiner har en svingradius i størrelsesordenen 300 til 500 m ; den FS8 skråtstillet 10 grader har en venderadius på 700 m ; det kan lave en U-drejning på et minut (dvs. 3 ° / s). De største ekranoplaner har en svingradius, der overstiger to kilometer.
Et kendetegn ved jordeffektfly (faktisk havfly) er den stærke variation i deres træk (modstand mod fremskridt), der passerer gennem et maksimum (en top) under start (hydrodynamisk træk af skroget og flyder.), Derefter falder meget, så snart maskinen starter og når sin koncepthastighed.
Når maskinen skal flyve lidt højere for at flyve over bølgerne, øges dens inducerede træk (ved liften); dens finhed falder, det kan f.eks. gå fra 20 til 15.
Startkraft kan være 2-3 gange stærkere end krydstogtskibe. Denne stærke variation gør det nødvendigt at installere en drivkraft, der er meget højere end den, der anvendes under flyvning; nogle modeller har en ekstra motor til start (A-90 Orlyonok).
Et andet kendetegn er havmiljøet og de dermed forbundne korrosionsproblemer.
Thrustere (propeller eller reaktorer) skal installeres for ikke at modtage spray under startrullen. Propellerne og motorerne er generelt placeret højt over skroget (Airfish) på pyloner (X-113, KM), på en høj fløj (Boeing Pelican) eller øverst på finnen (A-90 Orlyonok).
Selvom de er studeret og bygget i mere end 50 år, fra den store militære maskine til det lille hobbyfartøj, har WIG'er ikke resulteret i vedvarende produktion. Dette kan forklares, fordi en WIG kombinerer begrænsningerne i en hurtig båd OG et fly:
Kompleksitet Konstruktionskompleksiteten (specifik aerodynamisk stabilisering, forskellig fra flyvemaskiner og meget lidt dokumenteret) er på et højt niveau og kræver investeringer i forskning og udvikling. Teknologi, korrosion Produktionsteknologien til disse enheder tættere på luftfart end skibene (lethed, respekt for centrering, kraftig og let motorisering) er på et højt niveau og derfor dyrt. Det maritime miljø kræver korrosionsbeskyttelse, især motoren. Motorisering Søtransport tillader ikke benzin som brændstof, hvilket begrænser valget til gasturbiner , lette men støjende og meget dyre (køb og forbrug). Og ”marine” dieselmotorer er alt for tunge. Finhed, motoreffektivitet Selvom det er fremragende under flyvning, overstiger startfinheden ikke 5 eller 6, træk er derefter mindst 17 til 20 % af flyets vægt. Da finheden kan overstige 15 ved krydstogt, bruges motorerne med en lav procentdel af effekten, hvilket kan øge motorernes specifikke forbrug (især i tilfælde af turbiner, hvis effektivitet, optimal ved maksimal effekt, falder meget under belastning. delvis). Havneadgang, kaj Propellfremdrivning kan forhindre adgang til havnen til store WIG'er (eksplosionseffekter), medmindre der er installeret yderligere fremdrift med nedsænket propel. Konfigurationer med vingeudvidelser har ikke adgang til dokker, såsom både. Havtilstand, komfort Realiseringen af flyvningen kan udsættes for havets tilstand (bølgens højde) i henhold til maskinens dimensioner. Henvisningen giver en havtilstand grænse på 0,50 m for en maskine af 1 ton, 1 m til 10 t og 2 m for 100 tons. Jordeffekt, der flyver over ru hav, kan føre til ustabilitet eller ubehag. Blind navigation Høj risiko for kollision i nedsat sigtbarhed på grund af den høje hastighed, hvilket skulle indebære oprettelse af reserverede navigationsbaner, en bestemmelse i strid med søfartsloven. Våg turbulens Som et stort luftfartsselskab ville et meget stort jordeffektfly efterlade et aerodynamisk kølvand (hvirvler), der kunne vælte en lille båd. Kompromis med hastighedsøkonomi En WIG har hverken hastigheden på et fly (transport af mennesker) eller økonomien i et fragtskib som et containerskib (godstransport).Et jordeffektfly kunne finde sin plads i fritiden, i nærskibsfart eller i områder, der ikke betjenes af lufthavne eller ikke er tilgængelige for skibe (på lavt vand) som i Sydøstasien (Indonesien). Forskning har henvendt sig til civile applikationer, især inden for fritid (Airfish). Den seneste udvikling vedrørende ret små maskiner, der transporterer fra 2 til 16 personer, har fundet sted i Tyskland, Rusland, Kina, USA og Australien. Der er også projekter og prototyper af større køretøjer til transport af mennesker (Hoverwing, Raketa-2, Swan, WSH-500) eller endda til langdistancefragt (Boeing, Beriev).