Ringplane: самолет със затворен контур на крилото

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Самолет със затворена примка на крилото не може да лети - това е доказано от времето. От времето на братята Райт са правени опити за използване на пръстеновидни самолети и нито една такава структура не е успяла да остане във въздуха няколко минути. Но човешкият ум не се предава. През 2007 г., след 100 години и повече от 20 опита, подобно устройство излетя. И той се доказа като маневрен, лек и издръжлив самолет.

Тази история започна през 1988 г., когато нещата вече вървяха към разпадането на Съюза, но надеждата за стабилност все още тлееше в сърцата на лидерите на огромната държава. Клубът за техническо творчество в Минския завод за съоръжения получи творческа задача от местна селскостопанска структура: да проектира маневрен и лек самолет, който да издържа на силни странични ветрове. Най-популярният "фермер" по това време беше АН-2: той можеше да вземе на борда много торове и оборудване за пръскане. Но вятърът беше неговият ужасен враг - в безкрайните кубански полета АН-2 по отношение на управляемостта приличаше на луд слон. Авиационният техник Аркадий Александрович Нарушевич, пилотът Анатолий Леонидович Гущин и още няколко души се заеха със случая. След продължителни проучвания Нарушевич стигна до неочаквано заключение: необходимо е да се построи самолет със затворен контур на крилото, но не с кръгъл, а с овален. Бяха построени няколко модела, които летяха доста успешно (отбелязвам, че по време на нашия разговор Нарушевич направи хартиен модел за 15 минути - и той полетя!). Ентусиастите закупиха материали и построиха овално крило. И тогава 1991 г. катастрофира. СССР остана в миналото, финансирането приключи само за няколко дни, а останалите средства бяха изтеглени. Крилото беше изпратено за дългосрочно съхранение, а проектът на самолета беше забравен. Но това беше далеч от края.

От Блерио до Живодан

На 17 декември 1903 г. човек се издига за първи път във въздуха със самолет с двигател. Човекът се казваше Орвил Райт, а самолетът се казваше Райт Флайър I.

Въпреки забележителния успех на братята Райт, много изобретатели са измислили различни конфигурации на крилата, според техните концепции, по-ефективни от обикновените самолети Райт. Един от пионерите на авиацията е френският изобретател Луи Блерио, който построява първото си устройство Ornithopter през 1900 г. Вярно е, че само 11-ият модел, построен през 1909 г., стана първият наистина летящ самолет на Bleriot. Изобщо не се интересуваме от него, а от самолета Bleriot III, проектиран през 1906 г. и така и не излитащ. Това беше първият самолет със затворен контур на крилото в историята на самолетостроенето.

Блерио просто експериментираше - на случаен принцип. Той свърза краищата на крилата на конвенционален биплан в полукръгове и инсталира същия дизайн като опашката. Вярно е, че полученият хидроплан "Bleriot III" никога не е излитал от водата самостоятелно. Очевидци описват няколко полета – когато устройството е теглено като хвърчило, но нищо повече.

Днес грешките на Blériot са очевидни: твърде тежка опашка, големи загуби на повдигане поради неправилно избран контур на крилото. Но фактът остава - самолетите със затворено крило започнаха своя път в авиацията.

Освен Bleriot, няколко други дизайнери от началото на века експериментират със затвореното крило. Едно време е известен самолетът на френския инженер Живодан, построен от него във фабриката Velmorel през 1909 г. Всички и всеки, включително Scientific American и редица уважавани публикации, са писали за невероятната машина, която открива нова ера на авиацията. В самолета на Живодан ролята на крила играеха две пръстеновидни фигури, между които се намираше пилотското място. Двигателят тежеше 80 кг и развиваше 40 к.с. чрез въртене на 2,4-метров витло. Както може да се очаква, странната конструкция, напомняща тръба с изтръгната централна част, не се издигна във въздуха. Струва си да се отбележи, че френският дизайнер на самолетни модели Еманюел Фийон проектира работещ модел на самолета на Живодан през 80-те години на миналия век. И моделът летеше прекрасно. Тоест аеродинамичните му свойства не бяха толкова лоши. Прекомерната маса или ниската мощност на двигателя може да са попречили на оригинала да излети.

Струва си да се спомене още един невероятен дизайн - така нареченият Gary-Plane от американеца Уилям Пиърс Гари. Самолетът на Гари (1910 г.) имаше плоско, пръстеновидно крило с диаметър 8 м - повече от четири човешки ръста! Вярно е, че самолетът на Гари се отличаваше със своята ужасна нестабилност: всички опити да лети на него завършваха с преобръщане напред.

Края на 90-те години: втори дух

През 1998 г. Анатолий Гущин, Анри Наскидянц и редица други пилоти убеждават Нарушевич да продължи да работи в самолета. Към самолета се заинтересува частна фирма, парите бяха намерени, полузабравеното крило беше възстановено и екипът започна сглобяването на фюзелажа. Всичко беше направено от нулата. Освен ако колесникът не е взет от хеликоптера Ми-1, а арматурното табло е взето от АН-2. Автомобилът е проектиран за потенциален потребител: места за един или двама пилоти и трима пътници в полукръг. Вместо пътници беше възможно да се поставят контейнери за съхранение на торове и оборудване за пръскане …

Важна особеност на самолета на Нарушевич беше, че овалното крило не беше прикрепено директно към фюзелажа. Той беше разположен вътре в крилото на стелажи и окачвания. Така се създаде подемната сила по цялата повърхност на крилото.

До 2004 г. бяха проведени първите полеви изпитания на получената машина. Тя направи няколко полета при спокойствие и страничен вятър. Изобретателите открили, че устройството има много необичайни аеродинамични свойства. Първо, самолет с овално крило (ще го наричаме по-нататък SOC) изобщо не реагира на пориви на страничен вятър до 13 m / s. Второ, за излитане 150 м бяха достатъчни (за АН-2 - 180 м, за други самолети от същия клас понякога дори повече). Но основното се оказа практическото съотношение на полезния товар и общото собствено тегло на самолета - 0,45! Никой досега не се е доближил до такъв коефициент. Самолетът може безопасно да бъде показан на бъдещи инвеститори.

Днес странният "овалоплан" на Луи Блерио изглежда абсурден: твърде много грешки са допуснати от френския дизайнер при построяването му. Но Блерио действа произволно: през 1906 г. никой не знаеше коя конфигурация на крилото ще бъде печеливша.

Вертикални пръстени за излитане

Сред немските проекти от Втората световна война много от тях бяха абсолютно невероятни със своята смелост и оригиналност. По този начин изтребителят-прехващач с вертикално излитане и кацане „Чучулига“(Lerche), проектиран от Ернст Хайнкел (1944), имаше затворено деветстранно крило и два независими двигателя Daimler-Benz 605D, всеки от които въртеше собствено витло. И двете витла бяха разположени вътре в крилото. За това време самолетът беше необичаен с това, че означаваше вертикално излитане и кацане.

Трудно е да се каже какво би направил Хайнкел, ако Ларк беше въплътен в метал. През 1945 г. Heinkel разработва и LercheII, няма достатъчно време за първия и проектът изчезва в неизвестност. Всеки обаче има възможността да лети с чучулигата - в компютърната игра IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946 г."

Но французите през 1959 г. намериха възможността да въплъщат своя шедьовър с пръстенокрили в метал. Удивителният реактивен самолет SNECMA C-450 Coleoptere дори излетя. Вярно, той кацна доста трудно, почти погребвайки пилота под себе си. Всъщност SNECMA разработи безпилотния летателен апарат с пръстеновидно крило още по-рано, през 1954 г. Той получи лиричното име Atar Volant C-400 P-1 (летяща звезда) и направи повече от 200 успешни тестови полета. Подобно на German Lark, това беше самолет с вертикално излитане и кацане. Следващата стъпка беше създаването на пилотиран автомобил, който стана C-450. Осемметровият изтребител беше успешно изстрелян, но при прехода от вертикален полет към хоризонтален полет демонстрира пълна неспособност да поддържа височина и се хвърли като камък. Пилотът се катапултира и скъпият проект беше незабавно затворен.

SNECMA C-450 (1959) Той можеше да лети само вертикално. Когато пилотът се опита да премине към хоризонтален полет, експерименталната конструкция падна като камък. Проектът за самолети със затворено крило беше незабавно затворен.

SNECMA C-450 (1959)

Можеше да лети само вертикално. Когато пилотът се опита да премине към хоризонтален полет, експерименталната конструкция падна като камък. Проектът за самолети със затворено крило беше незабавно затворен.

Последният опит за създаване на самолет за вертикално излитане е американският проект Convair Model 49 (1967 г.). Convair вече е добре известен със своя дизайн на подводница и редица други безумни дизайни. Model49 беше хибрид на самолет и хеликоптер. Пръстеновидното му крило криеше арсенал, с който можеше да се гордее цял артилерийски полк. Картечници, гранатомети, оръдия и ракетни установки - "49-и" можеха сами да дадат битка на пълноценна армия. Ако е направено. Лудият проект беше мъдро отхвърлен от правителството на САЩ.

Затворено крило нов живот

През 2006 г. експертите отново се интересуват от темата за овалното крило. В едно от предприятията в Минск беше организирана експериментална проектна работа (R&D) за възстановяване на самолет с овално крило, тестване и изследване на неговите аеродинамични характеристики. Главен конструктор на ROC беше Александър Михайлович Анохин, бивш военен пилот със солиден 35-годишен опит. Нарушевич и Гущин станаха членове на конструкторското бюро. През 2008 г. в работата участва докторът на физико-математическите науки, професор Леонид Иванович Гречихин. Работил е върху аеродинамичните свойства на ракетите с известния Королев, а сега консултира и изнася лекции в различни институти на ОНД. В резултат се сформира екип, който продължава да работи по тази тема и сега.

Проблемът беше, че самолетът не е излитал в небето от 2004 г. и е станал практически неизползваем. Но работата беше в разгара си. Самолетът е модифициран, подготвен за полети и изваден от хангара. Тестовете започнаха. Конфигурацията на автомобила остана същата, но фината настройка беше сериозна - чак до промяната в профила на крилото. Значителна работа (която продължава и сега) отиде при Гречихин: беше построен самолет с овално крило, но никой преди това не го беше изчислил подробно!

Технически характеристики

Какво е SOC днес? Това определено е самолет. Но по отношение на качествата си във въздуха, той се различава значително от обикновените машини с плоски или заоблени крила. Обикновеното плоско крило се характеризира с индуктивно съпротивление: въздухът от зоната с високо налягане под крилото има тенденция да тече във вакуумната зона на горната повърхност през върховете на крилото. В този случай зад самолета се образуват крайни вихри, при чието образуване също се изразходва енергия, която е стойността на индуктивното съпротивление.

За овално крило проблемът с индуктивното съпротивление не е от значение, тъй като няма накрайници. В допълнение, входящият въздушен поток, преминаващ през затворен контур, е насочен надолу, създавайки допълнителна сила на повдигане. Колкото по-голям е ъгълът на атака на крилото, толкова по-силен е този ефект. И ъгълът на атака на такъв дизайн може да бъде безпрецедентно голям.

Спирането на потока възниква, когато въздушната струя с увеличаване на ъгъла на атака престане да тече плавно около горната повърхност на крилото и се откъсва от нея с образуването на вихри. В този случай повдигането на крилото незабавно изчезва и апаратът губи контрол. Овалното крило позволява ъгъл на атака на крилото до 50°, докато най-близките му конкуренти достигат максимум 20-22°. Въздухът вътре в затвореното крило затруднява спирането на потока от горната повърхност на долната част на крилото. И когато потокът напусне затворения контур, поради изхвърляне (процесът на смесване на две среди, когато едната среда увлича другата), той "изсмуква" въздуха, преминаващ по горната повърхност на горната част на крилото. Тези данни не са получени емпирично - овалното крило е "разлято" във водния канал.

Преди да се превъплъти в метал и да излети във въздуха, беларуският самолет със затворен контур на крилото премина през три „превъплъщения“- изграждането му започва през 1988 г.

Способността да лети при изключително високи ъгли на атака, съчетана с ефекта на отклонение на потока, позволява на самолета да лети с изключително ниски скорости без използване на клапи. На SOK липсва механизация на крилата, което не му пречи да излита и каца надеждно. Безпрецедентната устойчивост на сриване позволява на самолета да лети стабилно и надеждно в най-широкия диапазон на скоростта.

Много качества на SOC са изненадващи. Той успява да ускори, да лети нагоре и да кацне на неравна тревна писта дълга само 400 м, с изключен двигател, планира добре и като цяло се държи много стабилно във въздуха. Овалното крило прави самолета по-маневрен и икономичен. Освен това затвореният контур придава на крилото допълнителна здравина. Според Гречихин самолетите с класически крила скоро ще се изчерпят. Много е просто: колкото по-голям е самолетът, колкото по-тежко и по-мощно е крилото му, толкова по-трудно е да се поддържа неговата твърдост. По същество самолетът носи маса от "безполезен" товар - теглото на собствените си лонжерони. А овалното крило е два пъти по-леко за същия лифт.

Традиционни проблеми

Основният проблем е, че беларуските закони за авиацията изобщо не предвиждат създаването на самолети на територията на страната и тяхната летателна експлоатация. Наскоро Midivisana създаде специализирано конструкторско бюро за разработване на безпилотни летателни апарати под ръководството на Анохин. Сред служителите са и Нарушевич, и Гущин. Утвърденият екип от ентусиасти не губи надежда, че поне в безпилотен самолет ще успеят да реализират изобретението си – затворено овално крило.

Рингплан Суханов

В СССР бяха правени и опити за създаване на пръстен. През 1936 г. студент от Московския авиационен институт Суханов представя като дипломна работа проект на самолет с пръстеновидно крило за защита. Диаметърът на крилото беше 3 м, а проектната скорост от 600 км / ч трябваше да бъде осигурена от двигателя Hispano-Suiza с мощност 800 конски сили. До 1940 г. дипломата се превърна в пълноправен проект на изтребител-прехващач с кратко излитане и кацане и беше разгледан в научно-техническия съвет на ЦАГИ. Но войната дойде, нямаше време и пари за построяването на самолета и още повече за тестването му. През 1942 г. в Новосибирск Суханов построява работещ модел на пръстеновидния самолет. Тестовете на модела показват, че самолетът може да издържи на ъгли на атака до 43°, има високо съотношение мощност/тегло, свойства против завъртане и отлична маневреност. Суханов получи авторското свидетелство, извърши всички изчисления, но планът на пръстена, поради войната и опустошенията в страната, така и не видя бял свят.

Крилото показва своите свойства само при определено съотношение на осите на елипсата една към друга, дължината на хордата на крилото към малката ос на елипсата и други нюанси на профила на крилото. Дизайнерите кандидатстваха за патент и получиха приоритетни сертификати за тази форма на крило в Беларус и Русия. Сега, изглежда, никой няма да може да повтори успеха им, защото всички налични „коридори“на изгодни параметри на крилото вече са заложени.

За периода от началото на разработката до изграждането на първия сериен модел на лекодвигателен самолет са необходими около 12 милиона долара, казва Александър Анохин. „Можем дори да направим делтапланер с такова крило. Можеш ли да си представиш? Делтапланерист, не се страхува от страничния вятър! Основният проблем дори не е финансирането: веднага щом SOK стигне до МАКС, например, ще се намерят инвеститори. Проблемът е в беларуското законодателство, според което самолет, създаден на територията на страната, е изключително труден за регистрация, а в този случай е просто невъзможно, тъй като не принадлежи към известните класове самолети. Въпреки това вече има споразумение с летището във Воронеж, което се планира да се използва за по-нататъшни тестове на превозното средство.

Какво следва? Да видим. Фактът остава. За първи път в историята на самолетостроенето излита самолет със затворено крило. Може би сме на прага на нови открития. Или може би това е просто любопитен самолет, изолиран инцидент. Времето ще покаже.