Всё началось с моделей
Зарубежный опыт создания экранопланов, накопленный к началу 1960-х, практически невозможно было обобщить, а свой — отсутствовал. Коллективу Алексеева пришлось всё начинать с исследования моделей в гидроканале, испытательных треков, буксировки за катерами и в аэродинамических трубах.
Но однозначный ответ мог дать лишь натурный эксперимент. Поэтому в ЦКБ по СПК (ныне АО «Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях имени RE. Алексеева») работу по экранопланам начали с самоходных моделей «СМ» массой до пяти тонн.
Первым из них стал трёхместный экспериментальный экраноплан СМ-1 с открытыми кабинами и турбореактивным двигателем (ТРД) РУ19-300, установленным на его корпусе.
Сначала ставку сделали на биплан с тандемным расположением (друг за другом) несущих плоскостей. Эта схема к тому времени продемонстрировала свою полную несостоятельность в самолётостроении, но к ней почему-то иногда обращаются — видимо, исходя из авторских предчувствий. Причина негативного отношения к схеме «тандем» заключается прежде всего в крайне невыгодных условиях работы заднего крыла, угол атаки которого сильно зависит от скоса потока от передней несущей поверхности.
Правда, испытания СМ-1, начатые 22 июля 1961 года, вначале шли успешно, его скорость достигала 270 км/ч.
В том же году Алексеев пригласил в ЦКБ заместителя председателя Военно-промышленной комиссии (ВПК) Д.Ф. Устинова, председателя госкомитета по судостроению Б.Е. Бутому и главкома ВМФ адмирала СП Горшкова. Показ новинки судпрома сопровождался прогулками на СМ-1. Первым отправился в рейс Устинов, — экраноплан произвёл на него хорошее впечатление. Но когда аппарат ушёл в полёт с Бутомой, случился казус — на полпути кончилось топливо... Эта «прогулка» явно не прибавила положительных эмоций продрогшему от холода председателю ГКС.
СМ-1 просуществовала около полугода. Во время одного из полётов, в январе 1962 года, аппарат неожиданного перешёл на кабрирование (задрал нос) и после отключения двигателя рухнул на лёд Горьковского водохранилища.
Какие сделали выводы специалисты в области аэродинамики КБ Алексеева после этого случая, неизвестно, хотя весь опыт самолётостроения показывает, что нет ничего проще и надёжнее классической схемы летательного аппарата. Экзотика всегда опасна, поскольку требует не только более объёмных исследований, но и применения порой автоматических средств обеспечения устойчивости и управляемости.
В итоге, вернулись к схеме экраноплана, больше похожей на классическую, удалив из зоны влияния переднего крыла и экрана заднюю несущую поверхность. Поскольку площадь её по сравнению с основным крылом значительно уменьшилась, то и классифицироваться она стала как горизонтальное оперение.
Самоходная модель СМ-2, по большому счёту, ничего общего с предшественницей не имела, разве что, как и раньше, оставалась трёхместной. Её отличия от СМ-1 заключались не только в ином расположении аэродинамических поверхностей, но и в применении устройства для облегчения взлёта экраноплана. Давно известно, что для преодоления возникающего гидродинамического сопротивления в процессе разбега самолётов морского базирования делают редан - выступ на днище его корпуса, облегчающий выход на режим глиссирования.
Но это устройство, с одной стороны, играет положительную роль, а с другой - усложняет и утяжеляет корпус, создавая в крейсерском полёте дополнительное сопротивление.
Альтернативой редану могла стать воздушная подушка. Но устройство для создания статической подушки существенно усложнило и утяжелило бы аппарат. Оставался один путь -создать под днищем корпуса динамическую воздушную подушку путём поддува газа, используя маршевую силовую установку.
Поскольку, как и на предшественнике, использовался тот же турбореактивный двигатель (РУ19-300, на этот раз их стало два), то истекавшие из переднего ТРД газы направлялись по трубопроводу к соплам, размещённым на пилоне перед крылом. Стартовый двигатель, «вытащив» машину из воды, выключался. Крейсерский же полёт осуществлялся с помощью маршевой силовой установки, располагавшейся в кормовой части корпуса.
В 1962 году от СМ-2 перешли к следующей машине — СМ-3, отличавшейся от предшествующей значительно меньшим удлинением крыла.
Затем построили модель СМ-4, сопла поддува воздуха под крыло которой могли поворачиваться в вертикальной плоскости.
Эту схему приняли при разработке сначала экраноплана ПЛО (противолодочной обороны), а затем и будущего корабля-макета. Несмотря на это, поиски оптимального технического решения для создания воздушной подушки под крылом продолжились и привели к постройке в 1964 году самоходной модели СМ-2П7, в которой сопла поддува расположили вдоль передней кромки крыла. Но испытания не выявили преимуществ по сравнению с предшественником.
Основываясь на результатах испытаний моделей экранопланов, коллектив Р.Е. Алексеева остановил свой выбор на классической самолётной схеме с крылом большого (для экраноплана) удлинения (отношение размаха несущей поверхности к её хорде), составляющим около трёх единиц, что позволяло аппарату иметь в крейсерском режиме аэрдинамическое качество около 17, как у лучших дальнемагистральных самолётов.
Для обеспечения требуемых запасов устойчивости и управляемости пришлось установить увеличенное (по самолётным меркам) горизонтальное оперение, площадь которого составляла около 50% от площади крыла. Самолётостроители такую схему классифицировали бы как полутораплан-тандем.