Kā jūs zināt, centrālā daļa ir pati lidmašīnas spārna daļa, kas savieno kreiso un labo plakni un faktiski kalpo spārna piestiprināšanai pie fizelāžas. Saskaņā ar loģiku centrālajai daļai jābūt stingrai konstrukcijai. Bet 1979. gada 21. decembrī pacēlās lidmašīna NASA AD-1, kuras spārns bija piestiprināts pie fizelāžas … uz eņģes un varēja griezties, piešķirot lidmašīnai asimetrisku formu.
Tomēr viss sākās daudz agrāk - ar drūmo teitoņu ģēniju Ričardu Vogu, leģendārās kompānijas Blohm & Voss galveno dizaineru. Vogs, kurš bija pazīstams ar netipisku pieeju lidmašīnu projektēšanā, jau bija uzbūvējis asimetriskas lidmašīnas un zināja, ka šāda shēma neliedz lidmašīnai būt stabilai gaisā. Un 1944. gadā dzimis projekts Blohm & Voss un P.202.
Vogta galvenā ideja bija spēja ievērojami samazināt pretestību, lidojot lielā ātrumā. Lidmašīna pacēlās ar parastu simetrisku spārnu (jo mazam slaucīšanas spārnam ir augsts pacelšanās koeficients), un lidojuma laikā tas pagriezās plaknē, kas ir paralēla fizelāžas asij, tādējādi samazinot pretestību. Faktiski tas bija viens no risinājumiem mainīga spārna slaucīšanas īstenošanai - tajā pašā laikā vācieši izstrādāja klasisko simetrisko slaucīšanu lidmašīnā Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss un P.202 šķita pārāk traki, lai iedziļinātos sērijā. Tās spārns ar laidumu 11, 98 m varēja ieslēgt centrālo eņģi līdz 35 ° leņķī - maksimālajā leņķī laidums mainījās uz 10, 06 m. Nespēja izmantot spārnu papildu aprīkojuma uzstādīšanai. Projekts palika tikai uz papīra.
Tajā pašā laikā Messerschmitt speciālisti strādāja pie līdzīga projekta. Viņu transportlīdzeklis Me P.1109 saņēma segvārdu "šķērveida spārns". Automašīnai bija divi spārni un ārēji neatkarīgi: viens atradās virs fizelāžas, otrais - zem tā. Kad augšējais spārns tika pagriezts pulksteņrādītāja virzienā, apakšējais spārns tika līdzīgi pagriezts pretēji pulksteņrādītāja virzienam - šī konstrukcija ļāva kvalitatīvi kompensēt lidmašīnas šķībumu ar asimetriskām svīšanas izmaiņām.
Spārni varēja griezties līdz 60 °, un, kad tie bija perpendikulāri fizelāžas asij, lidmašīna izskatījās kā parasta divplāksne.
Messerschmitt grūtības bija tādas pašas kā Blohm & Voss: sarežģīts mehānisms un turklāt problēmas ar šasijas dizainu. Rezultātā pat dzelzs ceļā iebūvēts lidaparāts ar simetriski mainīgu slaucīšanu - Messerschmitt Р.1101 - netika uzsākts ražošanā, nemaz nerunājot par asimetriskām konstrukcijām, kas palika tikai projekti. Vācieši bija pārāk tālu priekšā savam laikam.
Ieguvumi un zaudējumi
Asimetriski mainīga slaucīšanas priekšrocības ir tādas pašas kā simetriskai slaucīšanai. Lidmašīnai paceļoties ir nepieciešams augsts pacēlums, bet, kad tā lido lielā ātrumā (īpaši virs skaņas ātruma), pacēlājs vairs nav tik aktuāls, bet lielā pretestība sāk traucēt. Aviācijas inženieriem ir jāatrod kompromiss. Mainot slaucīšanu, lidmašīna pielāgojas lidojuma režīmam. Aprēķini rāda, ka spārna novietošana 60 ° leņķī pret fizelāžu ievērojami samazinās aerodinamisko pretestību, palielinot maksimālo kreisēšanas ātrumu un samazinot degvielas patēriņu.
Bet šajā gadījumā rodas otrs jautājums: kāpēc mums ir nepieciešama asimetriska slaucīšanas maiņa, ja simetriska ir daudz ērtāka pilotam un neprasa kompensāciju? Fakts ir tāds, ka simetriskās slaucīšanas galvenais trūkums ir izmaiņu mehānisma tehniskā sarežģītība, tā cietā masa un izmaksas. Ar asimetriskām izmaiņām ierīce ir daudz vienkāršāka - patiesībā ass ar stingru spārna stiprinājumu un tā pagrieziena mehānismu.
Šāda shēma ir vidēji par 14% vieglāka un samazina raksturīgo pretestību, lidojot ar ātrumu, kas pārsniedz skaņas ātrumu (tas ir, priekšrocības izpaužas arī lidojuma izpildē). Pēdējo izraisa triecienvilnis, kas rodas, kad daļa gaisa plūsmas ap lidmašīnu iegūst virsskaņas ātrumu. Visbeidzot, šis ir visizdevīgākais mainīgā slaucīšanas variants.
OWRA RPW
NASA bezpilota lidaparāts, kas uzbūvēts 1970. gadu sākumā, lai eksperimentāli izpētītu asimetriskās slaucīšanas lidojuma īpašības. Ierīce spēja pagriezt spārnu par 45 ° pulksteņrādītāja virzienā un pastāvēja divās konfigurācijās-īsās un garās astes.
Tāpēc, attīstoties tehnoloģijām, cilvēce nevarēja neatgriezties pie interesantas koncepcijas. Septiņdesmito gadu sākumā pēc NASA pasūtījuma tika ražots bezpilota lidaparāts OWRA RPW (Oblique Wing Research Aircraft), lai izpētītu šādas shēmas lidojuma īpašības. Attīstības konsultants bija pats Vogs, kurš pēc kara emigrēja uz ASV, tolaik jau bija ļoti vecs vīrietis, un idejas atdzimšanas galvenais dizaineris un ideologs bija NASA inženieris Ričards Tomass Džonss. Džonss šīs idejas pamatā bija kopš 1945. gada, kad viņš bija NACA (NASA priekšteča, Nacionālās aeronautikas padomdevējas komitejas) darbinieks, un līdz parauga izveidošanai absolūti visi teorētiskie aprēķini bija izstrādāti un rūpīgi pārbaudīts.
OWRA RPW spārns varēja griezties līdz 45 °, bezpilota lidaparātam bija rudimentāra fizelāža un aste - patiesībā tas bija lidojošs izkārtojums, kura centrālais un vienīgais interesantais elements bija spārns. Lielākā daļa pētījumu tika veikti aerodinamiskā tunelī, daži reālā lidojumā. Spārns darbojās labi, un NASA nolēma uzbūvēt pilnvērtīgu lidmašīnu.
Un tagad - lidojiet
Protams, asimetriskajai slaucīšanas maiņai ir arī trūkumi - jo īpaši frontālās pretestības asimetrija, parazitārie pagrieziena momenti, kas noved pie pārmērīga ripošanās un pagriešanās. Bet to visu jau septiņdesmitajos gados varēja uzvarēt, daļēji automatizējot vadības ierīces.
Lidmašīna NASA AD-1
Viņš lidoja 79 reizes. Katrā lidojumā testētāji nolika spārnu jaunā stāvoklī, un iegūtie dati tika analizēti un salīdzināti viens ar otru.
Lidmašīna AD-1 (Ames Dryden-1) ir kļuvusi par vairāku organizāciju kopīgu ideju. To uzcēla dzelzs uzņēmums Ames Industrial Co., vispārējais dizains tika veikts Boeing, tehnoloģiju pētījumus veica Bertas Rutanas skalas kompozīti, un lidojuma testi tika veikti Dryden pētniecības centrā Lankasterā, Kalifornijā. AD-1 spārns varēja pagriezties uz centrālās ass par 60 ° un tikai pretēji pulksteņrādītāja virzienam (tas ievērojami vienkāršoja dizainu, nezaudējot priekšrocības).
Spārnu vadīja kompakts elektromotors, kas atradās fizelāžas iekšpusē tieši motoru priekšā (pēdējie izmantoja klasiskos franču turboreaktīvos dzinējus Microturbo TRS18). Trapecveida spārna laidums perpendikulārā stāvoklī bija 9, 85 m, bet pagrieztā stāvoklī - tikai 4, 93, kas ļāva sasniegt maksimālo ātrumu 322 km / h.
21. decembrī AD-1 pirmo reizi pacēlās gaisā, un nākamo 18 mēnešu laikā ar katru jaunu lidojumu spārns tika pagriezts par 1 grādu, ierakstot visus lidmašīnas rādītājus. 1981. gada vidū lidmašīna "sasniedza" maksimālo 60 grādu leņķi. Lidojumi turpinājās līdz 1982. gada augustam, kopumā AD-1 pacēlās 79 reizes.
NASA AD-1 (1979)
Vienīgā lidmašīna ar asimetrisku slaucīšanas spārnu, kas pacēlās gaisā. Spārns pagriezās līdz 60 grādiem pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
Džounsa galvenā ideja bija izmantot asimetriskas izmaiņas lidmašīnās starpkontinentālajiem lidojumiem - ātrums un degvielas ekonomija vislabāk atmaksājās īpaši lielos attālumos. Lidmašīna AD-1 patiešām saņēma pozitīvas atsauksmes gan no ekspertiem, gan no pilotiem, taču, dīvainā kārtā, stāsts nesaņēma nekādu turpinājumu. Problēma bija tā, ka visa programma galvenokārt bija pētniecība. Saņēmusi visus nepieciešamos datus, NASA nosūtīja lidmašīnu uz angāru; Pirms 15 gadiem viņš pārcēlās uz mūžīgo glabātuvi Hillier aviācijas muzejā San Carlos.
NASA kā pētniecības organizācija nebija iesaistīta lidmašīnu būvē, un neviens no lielākajiem lidmašīnu ražotājiem nebija ieinteresēts Džounsa koncepcijā. Starpkontinentālie laineri pēc noklusējuma ir daudz lielāki un sarežģītāki nekā "rotaļlieta" AD-1, un uzņēmumi neuzdrošinājās ieguldīt milzīgas naudas summas daudzsološa, bet ļoti aizdomīga dizaina pētniecībā un izstrādē. Klasika uzvarēja pār inovācijām.
Ričards Grejs, NASA AD-1 izmēģinājuma pilots
Veiksmīgi izlidojis no savas programmas ar asimetrisku spārnu, viņš nomira 1982. gadā privātā trenera lidmašīnas Cessna T-37 Tweet katastrofā.
Pēc tam NASA atgriezās pie "slīpā spārna" tēmas, 1994. gadā uzbūvējot nelielu bezpilota lidaparātu ar spārnu platumu 6, 1 m un spēju mainīt slaucīšanas leņķi no 35 līdz 50 grādiem. Tas tika uzbūvēts kā daļa no 500 sēdvietu starpkontinentālās lidmašīnas izveides. Bet galu galā darbs pie projekta tika atcelts tādu pašu finansiālu iemeslu dēļ.
Tas vēl nav beidzies
Neskatoties uz to, "slīpais spārns" saņēma trešo dzīvību, un šoreiz pateicoties pazīstamās aģentūras DARPA iejaukšanās, kas 2006. gadā piedāvāja Northrop Grumman 10 miljonu līgumu par bezpilota lidaparāta izstrādi ar asimetrisku slaucīšanas maiņu.
Bet korporācija Northrop iegāja aviācijas vēsturē, galvenokārt pateicoties "lidojošo spārnu" tipa lidmašīnu attīstībai: uzņēmuma dibinātājs Džons Nortrops bija šādas shēmas entuziasts, jau no paša sākuma viņš noteica virzienu. daudzu gadu pētījumiem (viņš nodibināja uzņēmumu 30. gadu beigās un nomira 1981. gadā).
Tā rezultātā Northrop speciālisti nolēma negaidītā veidā šķērsot lidojošā spārna un asimetriskās slaucīšanas tehnoloģiju. Rezultāts bija bezpilota lidaparāts Northrop Grumman Switchblade (nejaukt ar citu konceptuālo attīstību - iznīcinātāju Northrop Switchblade).
Drona dizains ir diezgan vienkāršs. Pie 61 metru spārna ir pievienots eņģu modulis ar diviem reaktīvajiem dzinējiem, kamerām, vadības elektroniku un misijai nepieciešamajiem stiprinājumiem (piemēram, raķetēm vai bumbām). Modulim nav nekā lieka - fizelāža, apspalvojums, aste, tas atgādina gaisa balonu gondolu, izņemot varbūt ar spēka agregātiem.
Spārna griešanās leņķis attiecībā pret moduli joprojām ir tas pats ideālais 60 grādu leņķis, kas tika aprēķināts jau pagājušā gadsimta 40. gados: šajā leņķī izlīdzinās triecienviļņi, kas rodas, pārvietojoties ar virsskaņas ātrumu. Pagriežot spārnu, drons spēj lidot 2500 jūdzes ar ātrumu 2,0 M.
Lidaparāta koncepcija bija gatava līdz 2007. gadam, un līdz 2010. gadiem uzņēmums solīja veikt pirmos izkārtojuma testus ar spārnu platumu 12,2 m - gan vēja tunelī, gan reālā lidojumā. Northrop Grumman bija plānojis, ka pilna izmēra drona pirmais lidojums notiks ap 2020.
Bet jau 2008. gadā aģentūra DARPA zaudēja interesi par projektu. Sākotnējie aprēķini nedeva plānotos rezultātus, un DARPA atsauca līgumu, slēdzot programmu datora modeļa stadijā. Tātad asimetriskās slaucīšanas idejai atkal nepaveicās.
Būs vai nebūs?
Faktiski vienīgais faktors, kas nogalināja interesantu koncepciju, bija ekonomika. Ja darbojas un ir pārbaudītas shēmas, ir nerentabli izstrādāt sarežģītu un nepārbaudītu sistēmu. Tam ir divas pielietošanas jomas - starpkontinentālie smago laineru lidojumi (Džounsa galvenā ideja) un militārie bezpilota lidaparāti, kas spēj pārvietoties ar ātrumu, kas pārsniedz skaņas ātrumu (Northrop Grumman primārais uzdevums).
Pirmajā gadījumā priekšrocības ir degvielas ekonomija un ātruma palielināšanās, turklāt citas lietas ir līdzvērtīgas parastajām lidmašīnām. Otrajā gadījumā vislielākā nozīme ir viļņu pretestības samazināšanai brīdī, kad lidmašīna sasniedz kritisko Maha skaitli.
Tas, vai parādīsies sērijveida lidmašīna ar līdzīgu konfigurāciju, ir atkarīgs tikai no lidmašīnu ražotāju gribas. Ja kāds no viņiem nolemj ieguldīt naudu pētniecībā un būvniecībā un pēc tam praksē pierāda, ka koncepcija ir ne tikai funkcionāla (tas jau ir pierādīts), bet arī pašpietiekama, tad asimetriskām izmaiņām slaucīšanā ir izredzes gūt panākumus. Ja globālās finanšu krīzes apstākļos šādi pārdrošie netiks atrasti, "slīpais spārns" paliks vēl viena daļa no ziņkārībām bagātas aviācijas vēstures.
NASA AD-1 lidmašīnas raksturojums
Apkalpe: 1 persona
Garums: 11, 83 m
Spārnu platums: 9,85 m perpendikulāri, 4,93 m slīpi
Spārnu leņķis: līdz 60 °
Spārnu laukums: 8, 6 2
Augstums: 2, 06 m
Tukša lidmašīnas svars: 658 kg
Maks. pacelšanās svars: 973 kg
Spēka piedziņa: 2 x Microturbo TRS-18 reaktīvie dzinēji
Vilces spēks: 100 kgf vienam dzinējam
Degvielas ietilpība: 300 litri Maksimālais ātrums: 322 km / h
Pakalpojuma griesti: 3658 m
Īsti pionieri
Tikai daži cilvēki zina, ka pirmo lidmašīnu ar mainīgu spārnu ģeometriju uzbūvēja nevis vācieši Otrā pasaules kara laikā (kā apgalvo lielākā daļa avotu), bet gan franču aviācijas pionieri barons Edmonds de Markajs un Emīls Monins tālajā 1911. gadā. Monoplāns Markay-Monin tika parādīts sabiedrībai Parīzē 1911. gada 9. decembrī, un sešus mēnešus vēlāk veica savu pirmo veiksmīgo lidojumu.
Faktiski de Mārkajs un Monins nāca klajā ar klasisku simetriski mainīgas ģeometrijas shēmu - pie eņģēm tika piestiprinātas divas atsevišķas spārnu plaknes ar kopējo maksimālo attālumu 13,7 m, un pilots varēja mainīt to atrašanās vietas leņķi attiecībā pret fizelāžas labo pusi lidojumā. Uz zemes transportēšanai spārnus varēja salocīt, tāpat kā kukaiņu spārnus, "aiz muguras". Dizaina sarežģītība un nepieciešamība pāriet uz funkcionālākām lidmašīnām (kara uzliesmojuma dēļ) piespieda dizainerus atteikties no turpmākā darba pie projekta.
