Самолёты споворотным крылом
Но, все началось значительно раньше — с сумрачного тевтонского гения Рихарда Фогта, главного конструктора легендарной компании Blohm & Voss. Фогт, узнаваемый нетипичным подходом к проектированию авиатехники, уже строил асимметричные самолеты и знал, что подобная схема не мешает летательному аппарату быть устойчивым в воздухе. И в 1944-м на свет показался проект Blohm & Voss and P.202.
Главной идеей Фогта была возможность существенно снизить лобовое сопротивление при полетах на высоких скоростях. Самолет взлетал с простым симметричным крылом (потому, что крыло малой стреловидности имеет большой коэффициент подъемной силы), а в полете оно поворачивалось в плоскости, параллельной оси фюзеляжа, тем самым уменьшая сопротивление. Фактически, это было одно из ответов по реализации изменяемой стреловидности крыла — в один момент немцы отрабатывали и хорошую симметричную стреловидность на самолете Messerschmitt Р.1101.
Blohm & Voss and P.202 казался через чур сумасшедшим, чтобы пойти в серию. Его крыло размахом 11,98 м имело возможность поворачиваться на центральном шарнире на угол до 35° — при большом угле размах изменялся до 10,06 м. Главными недочётами были громоздкий и тяжелый (согласно расчетам) механизм поворота, занимавший через чур много места в фюзеляжа, и невозможность применять крыло для навески дополнительного оборудования. Проект остался лишь на бумаге.
В то же самое время над похожим проектом трудились и эксперты компании Messerschmitt. Их машина Me P.1109 взяла прозвище «крыло-ножницы». У автомобили было два крыла, причем снаружи свободных: одно размешалось над фюзеляжем, второе — под ним.
При повороте верхнего крыла по часовой стрелке нижнее подобным образом поворачивалось против — такая конструкция разрешала как следует компенсировать перекос самолета при асимметричном трансформации стреловидности.
Крылья имели возможность поворачиваться на угол до 60°, а при их положении, перпендикулярном оси фюзеляжа, самолет смотрелся как простой биплан.
Трудности у Messerschmitt были такие же, как у Blohm & Voss: сложный механизм к тому же — неприятности с конструкцией шасси. В итоге в серию не отправился кроме того выстроенный в железе самолет с симметрично изменяемой стреловидностью — Messerschmitt Р.1101, что уж сказать об асимметричных конструкциях, оставшихся только проектами. Немцы через чур очень сильно опередили собственный время.
потери и Выгоды
Преимущества у асимметрично изменяемой стреловидности те же, что и у симметричной. В то время, когда самолет взлетает, требуется высокая подъемная сила, в то время, когда же летит на высокой скорости (особенно выше скорости звука), подъемная сила уже не столь актуальна, а вот высокое лобовое сопротивление начинает мешать. Авиаинженерам приходится искать компромисс.
Изменяя же стреловидность, самолет приспосабливается к режиму полета. Расчеты говорят о том, что размещение крыла под углом 60° к фюзеляжу существенно снизит аэродинамическое сопротивление, увеличивая большую крейсерскую скорость и снижая расход горючего.
Но при таких условиях появляется второй вопрос: для чего необходимо асимметричное изменение стреловидности, в случае если симметричное значительно эргономичнее для пилота и не требует компенсации? Дело в том, что основной недочёт симметричной стреловидности — это техническая сложность механизма трансформации, его солидные стоимость и масса. При асимметричном трансформации устройство намного проще — по сути, ось с твёрдым креплением крыла и поворачивающий ее механизм.
Такая схема в среднем на 14% легче и минимизирует волновое сопротивление при полете на скоростях, превышающих скорость звука (другими словами преимущества проявляются и в летных показателях). Последнее вызывается ударной волной, появляющейся, в то время, когда часть обтекающего самолет потока воздуха получает сверхзвуковую скорость. Наконец, это самый «бюджетный» вариант изменяемой стреловидности.
- OWRA RPW Беспилотный аппарат NASA, выстроенный в первой половине семидесятых годов прошлого века для умелого изучения полетных особенностей асимметричной стреловидности. Аппарат умел поворачивать крыло на 45° по часовой стрелке и существовал в двух конфигурациях — короткохвостой и длиннохвостой.
Исходя из этого с развитием разработок человечество не имело возможности не возвратиться к увлекательному концепту. В начале 1970-х по заказу NASA был изготовлен беспилотный аппарат OWRA RPW (Oblique Wing Research Aircraft) — для изучений полетных особенностей аналогичной схемы. Консультантом при разработке был сам Фогт, по окончании войны эмигрировавший в Соединенных Штатах, в то время уже очень пожилой человек, а главным идеологом и конструктором восстановления идеи — инженер NASA Ричард Томас Джонс.
Джонс «болел» за эту идею еще с 1945 года, в то время, когда был сотрудником NACA (предшественницы NASA, National Advisory Committee for Aeronautics), и к моменту строительства примера все теоретические выкладки были отработаны и шепетильно проверены.
Крыло OWRA RPW имело возможность поворачиваться на угол до 45°, у беспилотника имелся хвост и рудиментарный фюзеляж — по сути, это был летающий макет, центральным и единственно занимательным элементом которого было крыло. Главную часть изучений проводили в аэродинамическом тоннеле, часть — в настоящем полете. Крыло продемонстрировало себя хорошо, и в NASA решили о постройке полноценного самолета.
А сейчас — в полет!
Само собой разумеется, у асимметричного трансформации стреловидности имеется и недочёты — в частности, асимметрия лобового сопротивления, паразитные поворачивающие моменты, ведущие к рысканию и избыточному крену. Но все это уже в 1970-х годах возможно было победить частичной автоматизацией органов управления.
- Самолет NASA AD-1 Поднимался в атмосферу 79 раз. В каждом полете испытатели ставили крыло в новую позицию, а полученные эти разбирали и сравнивали между собой.
Самолет AD-1 (Ames Dryden-1) стал совместным детищем многих организаций. Выстроила его в железе компания Ames Industrial Co., неспециализированный дизайн создали на «Боинге», технологические изучения проводила компания Берта Рутана Scaled Composites, а летные опробования велись в исследовательском центре Драйдена в Ланкастере, Калифорния. Крыло AD-1 имело возможность поворачиваться на центральной оси на 60°, причем лишь против часовой стрелки (это существенно упрощало конструкцию без утраты преимуществ).
Привод крыла осуществлялся от компактного электродвигателя, расположенного в фюзеляжа перед двигателями (в качестве последних употреблялись хорошие французские ТРД Microturbo TRS18). Размах трапециевидного крыла в перпендикулярной позиции составлял 9,85 м, а в развёрнутой — всего 4,93, что разрешало достигнуть большой скорости в 322 км/ч.
21 декабря AD-1 в первый раз поднялся в воздух, и в течение следующих 18 месяцев при каждом новом полете крыло поворачивали на 1 градус, фиксируя все показатели самолета. В середине 1981 года самолет «достиг» большого угла в 60 градусов. Полеты длились до августа 1982-го, всего AD-1 поднимался в атмосферу 79 раз.
- NASA AD-1 (1979) Единственный самолет с асимметричной стреловидностью крыла, поднимавшийся в атмосферу. Крыло поворачивалось на угол до 60 градусов против часовой стрелки.
Главной идеей Джонса было применение асимметричного трансформации стреловидности в самолетах для межконтинентальных рейсов — экономия и скорость горючего оптимальнее окупали себя именно на очень больших расстояниях. Самолет AD-1 вправду взял хорошие оценки и специалистов, и пилотов, но, как ни необычно, никакого продолжения история не взяла. Неприятность пребывала в том, что вся программа была прежде всего исследовательской.
Взяв все нужные эти, NASA послало самолет в ангар; 15 лет назад он перебрался на вечное хранение в летный музей Хиллера в Сан-Карлосе.
NASA, будучи исследовательской организацией, авиастроением не занималось, а никто из больших авиапроизводителей не заинтересовался концепцией Джонса. Межконтинентальные лайнеры по умолчанию существенно больше и сложнее «игрушки» AD-1, и компании не решились вкладывать огромные деньги в разработку и исследования перспективной, но весьма уж странной конструкции. Классика победила инновации.
- Ричард Грей, пилот-испытатель NASA AD-1 Удачно отлетав собственную программу на асимметричном крыле, погиб в первой половине 80-ых годов XX века в трагедии рядового тренировочного самолета Cessna T-37 Tweet.
Потом NASA возвратилось к теме «косого крыла», выстроив в первой половине 90-ых годов двадцатого века маленькой беспилотник с размахом крыла 6,1 м и возможностью поменять угол стреловидности от 35 до 50 градусов. Он строился в рамках создания 500-местного трансконтинентального самолета. Но в итоге работы над проектом были свернуты по все тем же денежным обстоятельствам.
Еще не финиш
Однако «косое крыло» взяло третью жизнь, и в этом случае благодаря вмешательству прекрасно известного агентства DARPA, которое в 2006 году предложило компании Northrop Grumman десятимиллионный договор на разработку беспилотного аппарата с асимметричным трансформацией стреловидности.
Но корпорация Northrop вошла в историю авиации прежде всего благодаря своим разработкам самолетов типа «летающее крыло»: основатель компании Джон Нортроп был энтузиастом таковой схемы, сначала задав направление изучений на много лет вперед (он основал компанию в конце 1930-х, а погиб в первой половине 80-ых годов XX века).
В итоге эксперты Northrop решили неожиданным образом скрестить технологии летающего крыла и асимметричной стреловидности. Итогом стал беспилотник Northrop Grumman Switchblade (не путать с другой их же концептуальной разработкой — истребителем Northrop Switchblade).
Конструкция беспилотника достаточно несложна. К 61-метровому крылу прикрепляется навесной модуль с двумя реактивными двигателями, камерами, навеской и электроникой управления, нужной для миссии (к примеру, ракетами либо бомбами). У модуля нет ничего лишнего — фюзеляжа, оперения, хвоста, он напоминает гондолу воздушного шара, разве что с силовыми агрегатами.
Угол поворота крыла относительно модуля — все те же совершенные 60 градусов, вычисленные еще в 1940-х годах: при таком угле нивелируются появляющиеся при перемещении со сверхзвуковой скоростью ударные волны. С развёрнутым крылом беспилотник способен пролететь 2500 миль со скоростью 2,0 M.
Концепт летательного аппарата готовься к 2007 году, а к 2010-м годам компания давала слово совершить первые опробования макета с размахом крыла 12,2 м — как в аэродинамической трубе, так и в настоящем полете. Эксперты Northrop Grumman планировали, что первый полет полноразмерного беспилотника случится приблизительно в первой половине 20-ых годов XXI века.
Но уже в 2008 году агентство DARPA охладело к проекту. Предварительные расчеты не давали рассчетных результатов, и DARPA отозвало договор, закрыв программу на стадии компьютерной модели. Так, идее асимметричной стреловидности опять не повезло.
Будет либо не будет?
В действительности единственный фактор, что «убил» занимательную концепцию, — это экономика. Наличие трудящихся и проверенных схем делает невыгодной разработку сложной и непроверенной совокупности. Областей применения у нее две — трансконтинентальные перелеты тяжелых лайнеров (основная мысль Джонса) и армейские беспилотники, талантливые двигаться со скоростью, превышающей скорость звука (первостепенная задача компании Northrop Grumman).
В первом случае в плюсах — повышение скорости и экономия топлива при других равных показателях с простыми самолётами. Во втором громаднейшее значение имеет минимизация волнового сопротивления в момент, в то время, когда самолет достигает критического числа Маха.
Будет ли серийный летательный аппарат с аналогичной конфигурацией, зависит только от воли авиастроителей. В случае если кто-то из них решится инвестировать в постройку и исследования, а позже докажет на практике, что концепция не только функциональна (это уже доказано), но к тому же и самоокупаема, тогда асимметричное изменение стреловидности имеет шансы на успех. В случае если же в рамках глобального экономического кризиса таких смельчаков не найдется, «косое крыло» останется еще одной частью богатой на диковинки истории авиации.
Характеристики самолета NASA AD-1
Экипаж: 1 человек
Протяженность: 11,83 м
Размах крыла: 9,85 м в перпендикулярной позиции, 4,93 м в косой позиции
Угол поворота крыла: до 60°
Площадь крыла: 8,6 2
Высота: 2,06 м
Масса безлюдного самолета: 658 кг
Макс. взлетная масса: 973 кг
Силовой агрегат: 2 реактивных двигателя Microturbo TRS-18
Тяга: по 100 кгс на двигатель
Запас горючего: 300 л Большая скорость: 322 км/ч
Практический потолок: 3658 м
Подлинные пионеры
Мало кто знает, что первый самолет с изменяемой геометрией крыла был выстроен вовсе не немцами на протяжении Второй мировой войны (как утверждает большая часть источников), а французскими пионерами авиации бароном Эдмоном де Маркаем и Эмилем Моненом в далеком 1911 году. Моноплан Маркая-Монена был представлен публике в Париже 9 декабря 1911 года, а полугодом позднее совершил собственный первый успешный полет.
Фактически, де Маркай и Монен придумали хорошую схему симметрично изменяемой геометрии — две отдельные плоскости крыла неспециализированным большим размахом 13,7 м крепились на шарнирах, и летчик имел возможность прямо в полете поменять угол их размещения относительно фюзеляжа. На земле для транспортировки крылья возможно было сложить, как складываются крылья у насекомых, «за пояснице». необходимость перехода и Сложность конструкции к более функциональным самолетам (из-за начала войны) заставила конструкторов отказаться от предстоящей работы над проектом.
Статья «С крылом наперевес» размещена в издании «Популярная механика» (№136, февраль 2014).
<
h4>