Ringplane: letalo z zaprto zanko kril

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Letalo z zaprto zanko kril ne more leteti - to je dokazal čas. Ringplanes so poskušali že od časa bratov Wright in nobena taka struktura ni mogla ostati v zraku nekaj minut. Toda človeški um ne odneha. Leta 2007 je po 100 letih in več kot 20 poskusih podobna naprava vzletela. In izkazal se je kot vodljivo, lahko in vzdržljivo letalo.

Ta zgodba se je začela leta 1988, ko so stvari že šle proti razpadu Unije, a je upanje na stabilnost še tlelo v srcih voditeljev velike države. Klub tehnične ustvarjalnosti v Minsku Gear Plant je prejel ustvarjalno nalogo lokalne kmetijske strukture: zasnovati gibljivo in lahko letalo, ki bo zdržalo močan bočni veter. Najbolj priljubljen "kmet" je bil takrat AN-2: na krov je lahko vzel veliko gnojil in škropilne opreme. Toda veter je bil njegov strašni sovražnik - na neskončnih kubanskih poljih je AN-2 po vodljivosti spominjal na norega slona. Zadevo so prevzeli letalski tehnik Arkadij Aleksandrovič Naruševič, pilot Anatolij Leonidovič Guščin in več drugih ljudi. Po dolgotrajnih raziskavah je Narushevich prišel do nepričakovanega zaključka: treba je zgraditi letalo z zaprto konturo kril, vendar ne s krožno, ampak ovalno. Zgrajenih je bilo več modelov, ki so leteli dokaj uspešno (opomnim, da je med najinim pogovorom Narushevich naredil papirnati model v 15 minutah - in je letel!). Navdušenci so kupili material in zgradili ovalno krilo. In potem se je 1991 zrušilo. ZSSR je ostala v preteklosti, financiranje se je končalo v le nekaj dneh, preostala sredstva pa so bila umaknjena. Krilo je bilo poslano v dolgoročno skladiščenje, projekt letala pa je bil pozabljen. A to še zdaleč ni bilo konca.

Od Bleriota do Živodana

17. decembra 1903 se je človek z letalom z motorjem prvič dvignil v zrak. Moškega so imenovali Orville Wright, letalo pa Wright Flyer I.

Kljub opaznemu uspehu bratov Wright so številni izumitelji po svojih zamislih pripravili različne konfiguracije kril, učinkovitejše od običajnih letal Wright. Eden od pionirjev letalstva je bil francoski izumitelj Louis Bleriot, ki je leta 1900 izdelal svojo prvo napravo Ornithopter. Res je, šele 11. model, zgrajen leta 1909, je postal prvo resnično leteče letalo Bleriota. Nas sploh ne zanima, ampak leta 1906 zasnovano letalo Bleriot III, ki ni nikoli vzletelo. To je bilo prvo letalo z zaprto zanko kril v zgodovini letalske konstrukcije.

Bleriot je samo eksperimentiral - naključno. Konce kril običajnega dvokrilca je povezal v polkroge in namestil enako zasnovo kot rep. Res je, nastalo hidroplano "Bleriot III" ni nikoli samostojno vzletelo iz vode. Očividci so opisali več letov – ko so napravo vlekli kot zmaja, a nič več.

Danes so Blériotove napake očitne: pretežek rep, velike izgube vzgona zaradi napačno izbrane konture krila. A dejstvo ostaja - letala z zaprtim krilom so začela svojo pot v letalstvu.

Poleg Bleriota je z zaprtim krilom eksperimentiralo še nekaj drugih oblikovalcev z začetka stoletja. Nekoč je bilo znano letalo francoskega inženirja Živodana, ki ga je izdelal v tovarni Velmorel leta 1909. Vsi in vsi, vključno s Scientific American in številnimi uglednimi publikacijami, so pisali o neverjetnem stroju, ki odpira novo dobo letalstva. V Živodanovem letalu sta vlogo kril odigrali dve obročasti figuri, med katerima je bil pilotski sedež. Motor je tehtal 80 kg in je z vrtenjem 2,4-metrskega propelerja razvil 40 KM. Kot bi lahko pričakovali, se čudna struktura, ki spominja na cev z iztrganim osrednjim delom, ni dvignila v zrak. Omeniti velja, da je francoski oblikovalec letalskih modelov Emmanuel Fillon v osemdesetih letih prejšnjega stoletja zasnoval delujoč model Živodanovega letala. In model je lepo letel. Se pravi, njegove aerodinamične lastnosti niso bile tako slabe. Prekomerna masa ali nizka moč motorja je morda preprečila vzlet originala.

Omeniti velja še en neverjeten dizajn - tako imenovani Gary-Plane Američana Williama Piercea Garyja. Garyjevo letalo (1910) je imelo ravno, obročasto krilo s premerom 8 m - več kot štiri človeške višine! Res je, Garyjevo letalo je bilo opazno po svoji strašni nestabilnosti: vsi poskusi letenja na njem so se končali z prevrnitvijo naprej.

Konec 1990-ih: drugi veter

Leta 1998 so Anatolij Guščin, Anri Naskidjanc in številni drugi piloti prepričali Naruševiča, naj nadaljuje delo na letalu. Za letalo se je zanimalo neko zasebno podjetje, denar se je našel, napol pozabljeno krilo je bilo obnovljeno in ekipa se je lotila sestavljanja trupa. Vse je bilo narejeno iz nič. Razen če so podvozje vzeli iz helikopterja Mi-1, armaturno ploščo pa vzeli iz AN-2. Avto je bil zasnovan za potencialnega potrošnika: sedeži za enega ali dva pilota in tri potnike v polkrogu. Namesto potnikov je bilo mogoče postaviti zabojnike za shranjevanje gnojil in škropilne opreme …

Pomembna značilnost Naruševičevega letala je bila, da ovalno krilo ni bilo pritrjeno neposredno na trup. Nahajal se je znotraj krila na nosilcih in vzmetenjih. Tako je nastal dvig po celotni površini krila.

Do leta 2004 so bili izvedeni prvi terenski preizkusi prejetega stroja. Opravila je več letov v mirnem in bočnem vetru. Izumitelji so odkrili, da ima naprava zelo nenavadne aerodinamične lastnosti. Prvič, letalo z ovalnim krilom (v nadaljevanju ga bomo imenovali SOC) se sploh ni odzvalo na sunke bočnega vetra do 13 m / s. Drugič, za vzletno vožnjo je bilo dovolj 150 m (za AN-2 - 180 m, za druga letala istega razreda včasih celo več). Toda glavna stvar se je izkazala za praktično razmerje med nosilnostjo in skupno maso praznega letala - 0,45! Doslej se takšnemu koeficientu še nihče ni približal. Letalo bi lahko varno pokazali bodočim investitorjem.

Danes se zdi čudno "ovaloplane" Louisa Bleriota absurdno: francoski oblikovalec je med njegovo gradnjo naredil preveč napak. Toda Bleriot je deloval naključno: leta 1906 nihče ni vedel, katera konfiguracija kril bo zmagala.

Navpični vzletni obroči

Med nemškimi projekti druge svetovne vojne so bili mnogi popolnoma neverjetni po svojem pogumu in izvirnosti. Tako je imel navpični vzletno-pristajalni lovec-prestreznik "Lark" (Lerche), ki ga je zasnoval Ernst Heinkel (1944), zaprto devetstransko krilo in dva neodvisna motorja Daimler-Benz 605D, od katerih je vsak vrtel svoj propeler. Oba propelerja sta bila nameščena znotraj krila. Za tisti čas je bilo letalo nenavadno, saj je pomenilo navpično vzlet in pristanek.

Težko je reči, kaj bi Heinkel naredil, če bi bil Lark utelešen v kovini. Leta 1945 je Heinkel razvil tudi LercheII, za prvo ni bilo dovolj časa in projekt je izginil v neskončnost. Vendar pa ima vsakdo možnost leteti s škrjancem - v računalniški igri IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Toda Francozi so leta 1959 našli priložnost, da svojo obročasto mojstrovino utelesijo v kovini. Neverjetno letalo SNECMA C-450 Coleoptere je celo vzletelo. Res je, pristal je precej težko in skoraj pokopal pilota pod seboj. Pravzaprav je SNECMA razvila brezpilotno letalo z obročastimi krili še prej, leta 1954. Dobil je lirično ime Atar Volant C-400 P-1 (Leteča zvezda) in opravil več kot 200 uspešnih testnih letov. Tako kot nemški Lark je bilo to letalo z navpičnim vzletom in pristankom. Naslednji korak je bil ustvarjanje vozila s posadko, ki je postalo C-450. Osemmetrski lovec je bil uspešno izstreljen, vendar je med prehodom iz navpičnega leta v vodoravni pokazal popolno nezmožnost ohranjanja višine in je padel kot kamen. Pilot se je izstrelil, dragi projekt pa je bil takoj zaprt.

SNECMA C-450 (1959) Lahko je letel samo navpično. Ko je pilot poskušal preklopiti na vodoravni let, je eksperimentalna konstrukcija padla kot kamen. Projekt letala z zaprtim krilom je bil takoj zaprt.

SNECMA C-450 (1959)

Lahko je letel samo navpično. Ko je pilot poskušal preklopiti na vodoravni let, je eksperimentalna konstrukcija padla kot kamen. Projekt letala z zaprtim krilom je bil takoj zaprt.

Zadnji poskus izdelave navpičnega vzletnega letala je bil ameriški projekt Convair Model 49 (1967). Convair je zdaj dobro znan po dizajnu podmornice in številnih drugih norih dizajnih. Model 49 je bil hibrid letala in helikopterja. Njegovo obročasto krilo je skrivalo arzenal, na katerega bi lahko bil ponosen cel topniški polk. Mitraljezi, lanserji granat, topovi in raketni izstrelki - "49." bi lahko sam dal boj polnopravni vojski. Če je bilo narejeno. Nori projekt je ameriška vlada modro zavrnila.

Zaprto krilo novo življenje

Leta 2006 so se strokovnjaki spet zanimali za temo ovalnega krila. V enem od podjetij v Minsku so bila organizirana eksperimentalna konstrukcijska dela (R&R), da bi obnovili letalo z ovalnim krilom, ga preizkusili in preučili njegove aerodinamične lastnosti. Glavni oblikovalec ROC je bil Aleksander Mihajlovič Anohin, nekdanji vojaški pilot s solidnimi 35-letnimi izkušnjami. Narushevich in Gushchin sta postala člana oblikovalskega biroja. Leta 2008 je bil v delo vključen doktor fizikalnih in matematičnih znanosti, profesor Leonid Ivanovič Grechikhin. S slavnim Korolevom je delal na aerodinamičnih lastnostih raket, zdaj pa svetuje in predava na različnih inštitutih CIS. Posledično je nastala ekipa, ki se na to temo ukvarja še danes.

Težava je bila v tem, da letalo ni vzletelo v nebo že od leta 2004 in je postalo praktično neuporabno. A delo je bilo v polnem teku. Letalo je bilo modificirano, pripravljeno za polete in odstranjeno iz hangarja. Testi so se začeli. Konfiguracija vozila je ostala enaka, a fina nastavitev je bila resna - vse do spremembe profila krila. Pomembna dela (ki se nadaljujejo zdaj) so pripadla Grechikhinu: zgrajeno je bilo letalo z ovalnim krilom, vendar ga nihče prej ni natančno izračunal!

Tehnične lastnosti

Kaj je SOC danes? To je zagotovo letalo. Toda po svojih lastnostih v zraku se izrazito razlikuje od navadnih strojev z ravnimi ali zaobljenimi krili. Za navadno ravno krilo je značilna induktivna upornost: zrak iz visokotlačne cone pod krilom teži, da teče v vakuumsko cono na zgornji površini skozi konice kril. V tem primeru za letalom nastanejo končni vrtinci, katerih nastajanje tudi porabi energijo, kar je vrednost induktivnega upora.

Za ovalno krilo problem induktivnega upora ni pomemben, saj nima konic. Poleg tega je vhodni tok zraka, ki poteka skozi zaprto zanko, usmerjen navzdol, kar ustvarja dodatno dvižno silo. Večji kot je napadni kot krila, močnejši je ta učinek. In napadni kot takšne zasnove je lahko izjemno velik.

Zastoj pretoka nastane, ko zračni curek s povečanjem vpadnega kota preneha gladko teči okoli zgornje površine krila in se od njega odtrga s tvorbo vrtincev. V tem primeru dvig na krilu takoj izgine in aparat izgubi nadzor. Ovalno krilo omogoča napadni kot krila do 50 °, medtem ko njegovi najbližji konkurenti dosežejo največ 20-22 °. Zrak znotraj zaprtega krila otežuje zaustavitev toka z zgornje površine spodnjega dela krila. In ko tok zapusti zaprto zanko, zaradi izmeta (postopka mešanja dveh medijev, ko en medij zajame drugega), "posrka" zrak, ki poteka vzdolž zgornje površine zgornjega dela krila. Ti podatki niso bili pridobljeni empirično - ovalno krilo se je "razlilo" v vodni kanal.

Pred inkarniranjem v kovini in vzletom v zrak je belorusko letalo z zaprto zanko kril prešlo tri "reinkarnacije" - njegova gradnja se je začela leta 1988.

Sposobnost letenja pri izjemno velikih napadnih kotih skupaj z učinkom odklona toka omogoča letalu letenje pri izjemno nizkih hitrostih brez uporabe loput. SOK nima krilne mehanizacije, kar mu ne preprečuje zanesljivega vzleta in pristajanja. Odpornost proti zastoju brez primere omogoča letalu enakomerno in zanesljivo letenje v najširšem razponu hitrosti.

Številne lastnosti SOC so presenetljive. Uspe mu pospeševati, poleteti in pristati na neravni travnati stezi, dolgi le 400 m, z ugasnjenim motorjem dobro načrtuje in se nasploh v zraku obnaša zelo stabilno. Ovalno krilo naredi letalo bolj okretno in varčno. Poleg tega zaprta zanka daje krilu dodatno moč. Po besedah Grechikhina bo letalom s klasičnimi krili kmalu zmanjkalo pare. Zelo preprosto je: večje kot je letalo, težje in močnejše je njegovo krilo, težje je ohraniti njegovo togost. V bistvu letalo nosi maso "neuporabne" obremenitve - težo lastnih loput. In ovalno krilo je dvakrat lažje za isto dvigalo.

Tradicionalne težave

Glavna težava je, da beloruski zakoni o letalstvu sploh ne predvidevajo ustvarjanja letal na ozemlju države in njihovih letalskih operacij. Pred kratkim je Midivisana ustanovila specializiran oblikovalski biro za razvoj brezpilotnih letal pod vodstvom Anokhina. Med zaposlenimi sta tako Narushevich kot Gushchin. Uveljavljena ekipa navdušencev ne izgublja upanja, da jim bo vsaj v brezpilotnem letalu uspelo uresničiti svoj izum – zaprto ovalno krilo.

Ringplan Sukhanov

V ZSSR so bili narejeni tudi poskusi izdelave obročnega letala. Leta 1936 je študent Moskovskega letalskega inštituta Sukhanov za diplomsko nalogo predstavil projekt letala z obročastim krilom. Premer krila je bil 3 m, konstrukcijsko hitrost 600 km / h pa naj bi zagotavljal motor Hispano-Suiza z 800 konjskimi močmi. Do leta 1940 je diploma postala polnopraven projekt kratkega vzletno-pristajalnega lovca-prestreznika in je bila obravnavana na znanstvenem in tehničnem svetu TsAGI. A prišla je vojna, ni bilo časa in denarja za gradnjo letala, še bolj pa za njegovo testiranje. Leta 1942 je Sukhanov v Novosibirsku zgradil delujoč model obročnega letala. Testi modela so pokazali, da letalo zdrži napadne kote do 43 °, ima visoko razmerje med močjo in težo, lastnosti proti vrtenju in odlično manevriranje. Sukhanov je prejel avtorsko spričevalo, opravil vse izračune, vendar načrt obroča zaradi vojne in razdejanja v državi nikoli ni ugledal luči.

Krilo kaže svoje lastnosti le pri določenem razmerju med osi elipse med seboj, dolžino tetive krila do manjše osi elipse in drugih odtenkov profila krila. Oblikovalci so zaprosili za patent in prejeli prednostna potrdila za to obliko kril v Belorusiji in Rusiji. Zdaj, kot kaže, nihče ne bo mogel ponoviti njihovega uspeha, saj so vsi razpoložljivi "koridorji" ugodnih parametrov kril že založeni.

Za obdobje od začetka razvoja do izgradnje prvega serijskega modela lahkega letala je potrebnih približno 12 milijonov dolarjev, pravi Alexander Anokhin. »S takšnim krilom lahko naredimo celo zmajarno. Si lahko predstavljaš? Zmajalec, ne boji se bočnega vetra! Glavna težava ni niti financiranje: takoj ko bo SOK na primer prišel do MAKS, se bodo našli investitorji. Težava je v beloruski zakonodaji, po kateri je letalo, ustvarjeno na ozemlju države, izjemno težko registrirati, v tem primeru pa preprosto nemogoče, saj ne spada v znane razrede letal. Vendar že obstaja dogovor z letališčem Voronež, ki naj bi ga uporabili za nadaljnje testiranje vozila.

Kaj je naslednje? Pa poglejmo. Dejstvo ostaja. Prvič v zgodovini letalske konstrukcije je vzletelo zaprto letalo. Morda smo na pragu novih odkritij. Ali pa je to samo radovedno letalo, osamljen incident. Čas bo povedal.