ДИЗАЙН ЭКРАНОПЛАНА: КУРСОВОЙ ПРОЕКТ В ВЕРСИИ САМОГО ПРЕПОДАВАТЕЛЯ

Экраноплан как тема курсового дизайн-проектирования в предпоследнем семестре. Вариант решения планировки, компоновки, конструкции и художественной формы экраноплана речного на 480 пассажиров (грузового на 60 тонн); технические характеристики. Даны примечания об учебных эффектах. Автор имеет опыт художественного конструирования с 1976 года и преподавания дизайна с 1998.

1 Предисловие

Дореволюционная традиция академического художественного образования России имела практику выполнения учебного задания ассистентом преподавателя или самим преподавателем на глазах учащихся: «… ученики видели, как должен протекать процесс ... и какого качества нужно добиваться. Это был прекрасный метод работы с учениками, и очень жаль, что в дальнейшем он не получил своего развития». [1].  Будучи студентом САИ, автор такого не видел, учился у старших одноклассников. За 15 лет преподавания индустриального дизайн-проектирования автор опробовал все четыре типовых способа работы со студентами: 1) критические просмотры [2, сс. 120-152]; 2) конструктивное консультирование (деликатные подсказки о неочевидных возможностях технологии, техники [2, сс. 355, 360, 361 — консультации с преподавателями-дизайнерами как с инженерами и технологами] и художественной композиции); 3) параллельное конструирование («глянь, как можно было сделать» или «а мастер сделал вот как»); 4) совместное конструирование по реальному заказу (самый действенный способ!). Третий способ применён в описываемом проекте.

Предпоследний курсовой дизайн-проект в Пермском Политехе много лет посвящался «транспортному средству со сложными процессами, в увязке экстерьера и интерьера». Тема «Экраноплан» стала выглядеть совсем органично, когда кафедру дизайна перевели на Аэрокосмический факультет. Студенты-дизайнеры узнавали азы аэродинамики и теории жесткости, запускали с катапульты вдоль по коридору свои небольшие модели из реек и ватмана (у кого дальше?), считали технические характеристики, тренировались рационально компоновать никак не вмещающееся… Это комплексное задание затрагивало параллельные дисциплины: Эргономика, Технические основы дизайна, Теория и методология дизайна. К сожалению, ничего этого больше не будет. «Дизайн — это искусство, а не техника», — решили доктора технических наук и в 2012 году объявили о ликвидации специальности Промышленный дизайн. Автор напоследок (в марте-мае 2018) разработал образцовый дизайн-проект и применил его как учебно-методическое пособие типа «Сделай лучше». Проект представлен в пояснительной записке (тексты, чертежи А4 М1:200 и М1:20, две цветные визуализации), без планшетной подачи. Плагиата из студенческих проектов прошлых лет нет. Проект приводится весьма фрагментарно.

Курсивом прописаны замечания об учебных эффектах.

2 Введение в проект

Огромные территории России заставляют думать о транспорте будущего страны. Прогрессивным видом речного и морского транспорта специалисты называют экраноплан —летящее низко над водой и отмелями судно. В настоящее время активно ведутся работы по созданию экранопланов как в России, так и в Австралии, Великобритании, США, Иране и Китае [6]. Целью настоящего учебно-методического проекта является исследование возможности создания большого (500 мест) и скоростного (500 км/ч) экраноплана для развития Сибири. В качестве ситуации выбрана река Енисей: от Красноярска до Дудинки 2000 км …

3 Исследование проектной ситуации

История экранопланов

…, пока за дело не принялся … Ростислав Алексеев в городе Горьком …

Удачные решения Ростислава Алексеева

… В реальных и успешных военных экранопланах Алексеева применён поддув под крылья при разгоне, взлёте и разворотах на суше; отдельный маршевый двигатель — толкающий (сзади), с номинальной тягой вчетверо меньше, чем у самолёта равной массы в горизонтальном полёте. …

Выводы последователей Алексеева

… «В диапазоне скоростей 200-500 км/ч эффективность экраноплана как транспортного средства, определяемая произведением скорости транспортирования на массу груза по отношению к затратам энергии, значительно выше, чем у других современных транспортных средств» [4].

«Тактико-технические данные проектов экранопланов, разработанных нами (авторами [4]), обеспечивают при скоростях движения до 400 км/ч дальность хода до 6000 км, амфибийность, мореходность до 5-и баллов и расход топлива 30-40 г на перевозку одного пассажира на один километр». [4]. (То есть, 3–4 кг на 100 км). «Экранопланы способны не только в любое время года обеспечивать полёт на весьма низких высотах над водой, снегом, льдом, землёй на высоких скоростях, но и двигаться в амфибийном режиме по снегу, льду, земле, преодолевая препятствия высотой до 1,5 м» [4].

Актуальность разработки экраноплана для Севера России

«Северные регионы России занимают почти 70% её территории. Здесь в настоящее время добывается более 90% природного газа, меди и никеля, 80% золота и алмазов … Большие трудности с доставкой грузов живущим и работающим на Севере. Северный Морской Путь уже не обеспечивает современные потребности Севера России … » [4]. …

Целеполагание

Главная цель проекта — обеспечение … (см. ТЗ ниже).

Научно-методические задачи: проверка …; гармония … (см. ТЗ).

В учебном дизайн-проекте решено игнорировать сомнения относительно шумности экранопланов на реке, плохой горизонтальной управляемости в пределах долины, опасности полётов на скорости 500 км/ч (140 м/с) при наличии на пути других судов и мостов с высотой пролёта 20–30 м, птиц, тумана. Прогресс в области средств навигации и компьютерных средств пилотирования позволяет надеяться, что эти проблемы разрешимы.

В связи с климатическими особенностями Сибири решено не предусматривать средств спасения на воде ни индивидуальных, ни коллективных, а уповать на непотопляемость судна на поплавках, заполненных невпитывающим воду пенопластом. (Этот вопрос прорабатывался в учебных проектах прошлых лет и давал со шлюпками и ковчегами весьма неуклюжие результаты).

Требования к дизайну исходя из ситуации использования экраноплана

… (выявленные в предпроектном исследовании требования вошли в ТЗ)

Данные для технических расчётов

В литературе по экранопланам и авиации [3; 4; 5; другие] найдены полезные для эскизного проекта расчётные данные и зависимости, а также рекомендации. …

Техническое задание

Техническое задание (ТЗ) разрабатывает дизайнер совместно с заказчиком (преподавателем) на основе знаний, добытых в предпроектном исследовании, и утверждает заказчик-преподаватель. Добытые данные унифицировались, цели проекта и задачи дизайна у разных студентов могли отличаться.

Структура ТЗ, приведённого ниже, является плодом многолетней отработки автором, она универсальна для любого проекта, легко усваивается. (Есть вариация для системного объекта, например, «фирменного стиля»).

Утверждаю — заказчик (за него преподаватель А.Ю.Н., подпись)

Техническое задание на художественно-конструкторскую разработку экраноплана пассажирского речного

1) Объект разработки: речной пассажирский экраноплан на 360–500 пасс.

2) Особенности проектной ситуации, объекта

Инициативная разработка. Экономичное и неприхотливое к инфраструктуре новое средство … Взлёт и посадка на воду и лёд-снег, маневрирование на ровной площадке суши для загрузки-высадки пассажиров.

3) Цель проекта

Обеспечение экономичных пассажирских перевозок на пространствах Сибири с почти авиационной скоростью 500 км/ч. (Это формулировка автора; студенты же поначалу, как правило, необдуманно пишут: спроектировать или создать экраноплан такой-то).

Главная задача проекта: гармония технических, функциональных и эстетических качеств машины.

Научно-методические задачи: проверить выполнимость всех требований ТЗ; дать образец выполнения курсового проекта.

4) Требования и ограничения к объекту

4.1) Функциональные требования

Дизайнерское решение экраноплана должно обеспечивать выполнение следующих функций:

- посадка и высадка … - досуг, питание, прогулки и туалет в полёте; …

4.2) Технические требования

Планер экраноплана должен быть рационально составлен из следующих обязательных частей: - салон с … туалетами (1 на 50 пассажиров [5, с.248]); пандусы до 15° … - кабина пилотов … площадь остекления не более 2 м² на обоих пилотов  (это требование оказалось чрезмерно трудным для многих студентов-формотворцев: огромные окна нарисовать легче); - отсек для стюардов «буфет» … (в первые годы разработки темы летающих кораблей некоторые студенты рисовали бары с фужерами и залы с винтовыми лестницами); …

4.3) Аэродинамические требования

Площадь крыльев сделать исходя из нагрузки 0,7 Т на 1 м² крыла для скорости 500 км/ч. Толщину крыла взять не более 0,16 хорды. Угол атаки 2°.

Номинальную высоту полёта над экраном принять 1 метр, высоту крыла над экраном в полёте принять 2,5 м, хорду 12,5 м, аэродинамическое качество — 40.

Стремиться к минимальному общему объёму планера, минимальной площади поперечного сечения и плавному нарастанию её спереди и уменьшению кзади, к минимальной площади внешних поверхностей планера, порождающих трение и, значит, расход топлива. … Центр тяжести … расположить …

4.4) Технологические требования

Конструкция и формы должны соответствовать технологическим возможностям современного авиастроительного производства.

Поверхности планера в основном выполнить одинарной кривизны для экономичности производства. …

4.5) Эстетические требования

Дизайнерское решение экраноплана должно обладать функциональ­ной выразительностью, гармоничным единством всех частей внешнего вида и стилевым соответствием современности, порождать ощущения надёжности, силы, способности хорошо летать вдоль большой реки.

4.6) Эргономические требования

- обеспечить пространство и досягаемость для 96% пассажиров-россиян;

- обеспечить удобство работы пилотов и стюардов.

4.7) Требования безопасности

- обеспечить безопасность посадки и высадки, пребывания на борту.

Экономические требования конкретно не ставились, но учитывались.

5) Требования к проектной документации

- соматографические схемы компоновки мест деятельности М1:10 или М1:20; - чертёж компоновки с показом каркаса …; - ортогонали внешнего вида …; - технический рисунок (визуализация) внешнего вида …; - расчёты площадей …; объёмов …; взлётного веса …

Разработал дизайнер /подпись/ А.Ю.Н...

4 Эскизный поиск

Поиск шёл по принципу «изнутри–наружу–опять внутрь–опять наружу». Сразу же решались вопросы оптимизации. … За основу общей морфологии взят «Орлёнок» Алексеева. Трудно далась передняя зона фюзеляжа с кабиной пилотов …

Объёмная композиция корабля моделировалась средствами пропорций, пластики, повторов, осей, линий обводов. …

5 Описание и обоснование проектных решений

… Все требования и ограничения ТЗ выполнены. … Компоновка фюзеляжа и решение его каркаса предусматривают возможность грузовой (неф шириной 3,3 м, въезд высотой 3,3 м), грузопассажирской, спасательной и научно-исследовательской модификаций. … Двухпалубная планировка … Обеспечены … Всего поверхностей двоякой кривизны 6,5%. … Давление лыж на снег получилось 0,12 кГ/см² (снегоход «Буран» в 3 раза меньше давит). …

6 Основные рассчитанные технические характеристики спроектированного экраноплана

Примечание: «На стадии технического предложения достаточной точностью расчёта массы самолёта считается 6–10%» [3, с. 153]. …

Площадь внешних поверхностей планера, м²:

…         Всего внешних поверхностей ==2333 (4,9 м²/пасс.)

Площадь внутренних несущих диафрагм м²:

…         Всего внутренних диафрагм ==1130

            Всего несущих оболочек внешних и внутренних ==3463 м²

Вес планера из площади несущих оболочек 3463*0,014=48,5 Т (0,014Т/м² получено студентами семь лет назад из анализа широкофюзеляжных самолётов Boeing и Airbus, выполненного по заданию автора)

Вес пассажиров и экипажа =48,9 Т … двигателей 4*3=12 Т … шасси, бортовой техники =5,6 Т … топлива в начале +запас 5 Т =29 Т (1,62л/пасс на 100км)

Взлётный вес в начале ==144 Т (0,3 Т/пасс.)

Площадь всех помещений для пассажиров =490 м² (1,02 м²/пасс.)

Объём помещений для пассажиров (h2,2м) =1078 м³ (2,25 м³/пасс.)

7 Примечания

Ещё лучше характеристики обещает однопалубный вариант «летающее крыло» с активной стабилизацией маршевым двигателем (вес фюзеляжа 22Т, взлётный вес 110Т, поверхность трения 1600 м²), но это уже будет другой проект.

Уральская школа дизайна (САИ–УралГАХА–УралГАХУ) знаменита высоким уровнем инженерной подготовки художников-конструкторов для промышленности, так что у автора, выпускника 1974 года, никогда не было страха перед техническими сложностями любого проекта, квадратным уравнением, логарифмической линейкой. И в годы 2003–2013 «бюджетный» костяк студенческой группы обычно показывал энтузиазм, изобретательность, смелость. А вот нынешние студенты, пришедшие учиться «дизайну» за деньги, почему-то робеют перед механикой и формулами, будто в школе обожглись о них. Наверно, ещё в детстве решили быть не «технарём», а «гуманитарием». Или так называемым «потребителем».

8 Заключение

Автор посвятил свой проект завершению подготовки промышленных дизайнеров в государственном политехническом вузе промышленного города-миллионника Перми, известного своими авиадвигателями, ракетами, пушками, приборами электроники и гироскопами, а с недавних пор и развлекательными роботами.

Автор надеется, что найденная им совокупность дизайнерских решений пригодится строителям экранопланов.

Или лучше не шуметь в Сибири?

Список литературы

Рисунки к докладу

Хейфец Александр Львович (1 марта 2019 г. 23:57)	Алексей Юрьевич, проект впечатляет, но не специалист, профессионально оценить не смогу. Вопрос - осталась ли Ваша кафедра графики ПГУ выпускающей дизайнеров. Прошел слух, что прикрыли выпуск. Если сохранился, то в каком объеме, какого уровня - баклавры - магистры, спецы. Если прикрыли - почему. С уважением. А.Л. Хейфец.
Головнин Алексей Алексеевич (2 марта 2019 г. 14:35)	Здравствуйте Юрий Алексеевич! Очень жаль, если у такого учителя как вы больше не будет учеников в вашем вузе.  Трудно судить будучи не специалистом, но впечатление такое, что Ваш подход к работе (последовательность и обоснование технических решений) мог бы быть применен не только по промышленному дизайну, но и по конструкторскому направлению. Вопросы: 1. Всё ли из того, что вы представили, удаётся получить от студентов? Если нет, то в каких местах у студентов возникают трудности. 2. Оформили ли вы защиту художественных, а возможно и технических решений? Ведь есть пример, когда лучший реактивный бомбардировщик первого поколения Ил-28 был разработан в инициативном порядке. С уважением Головнин Алексей Алексеевич
Наместников Алексей Юрьевич (3 марта 2019 г. 20:19)	Александр Львович, наша кафедра Дизайна, графики и НГ (Пермский НИ политехнический университет) в этом семестре ещё выпустит последних 5 очных и 9 очно-заочных (вечерних) дизайнеров-бакалавров — и всё. Почему в 2012 году решили закрыть? Наверно, перестали приносить сверхприбыль, когда выпускали по 40 специалистов в 2005–2011 годах, перед демографическим провалом. Забрали бюджетные места в 2012 на другие профессии (наверно, на нефтедобычу). Капитанам с мостика виднее, они ведь отвечают за свои решения, нам же в трюме многое не понятно. Пермские талантливые 11-классники теперь едут учиться дизайну в Екатеринбург, Москву, Петербург, Милан. Думаете, вернутся в Пермь? С уважением А.Ю. Наместников. Алексей Алексеевич, меня уже вовсю загрузили в Художественном училище города Перми (Шрифты, История дизайна, Проектирование в графическом дизайне, Дизайн рекламы). Жаль, что в Политехе за 16 лет не смог завести сотрудничество с инженерами как дизайнер: индустриальный дизайн в действительности никому не нужен, вкладывать деньги в дизайн никто не хочет или не может. А ведь в советское время без дизайна, одобренного строгими экспертами ВНИИ технической эстетики, конструкцию в производство не брали. Дизайн нужен только богатым для пышных апартаментов (как в Италии при Муссолини). По Вашим вопросам: 1. От студенток всё столь же тщательно не получается: незамужние ленятся, у замужних нет времени; мой наглядный образец некоторых побудил сделать больше, чем в прошлые годы (приём дидактически хорош!); 2. Защиту художественно-конструкторского решения оформляю; технических решений на уровне изобретения не вижу. С уважением Наместников Алексей.
Хейфец Александр Львович (4 марта 2019 г. 9:13)	Алексей Юрьевич, утром увидел представленное Вами фото о весне из Перми. Настроение испортилось: сугробы, грязь, домишки... грустно. А ведь это "весенний" привет от Вас в Софию. Конечно, как есть, но все-таки больше радости.  Все будет хорошо. Мы еще "им всем покажем" .  С уважением. А.Л. Хейфец.
Дударь Елена Сергеевна (7 марта 2019 г. 9:02)	Добрый день, Алексей Юрьевич! С большим удовольствием читала Ваш доклад. Какая красивая идея и мощное дизайнерское исполнение. Наверно, так и должны выглядеть предпроектные решения, в строительстве это -  "проектные решения". Кстати, перед механикой и формулами робеют не только дизайнеры, но и практически все первокурсники инженерных специальностей. Вы как то очень деликатно решаете эту проблему: от конструктивных замечаний до совместного творчества, до воплощения идеи "делай, как я". Видимо, так в наставничестве и должны рождаться сильные специалисты, мастера своего дела. Инженеров для массового производства мы все-таки учим (в современных реалиях плюс самообразование), а вот для появления творца, личности необходима индивидуальная работа педагога. К сожалению, именно это уходит.  Удачи Вам и новых творческих успехов. Ел. Дударь