Pat visneparastākās lidmašīnas tika uzbūvētas pēc simetrijas principiem lidmašīnu rūpniecības sākumā. Jebkurai lidmašīnai bija parastā fizelāža, kurai parastie spārni tika piestiprināti perpendikulāri. Tomēr pamazām, attīstoties aerodinamikai, dizaineri sāka pārdomāt lidmašīnas ar asimetrisku spārnu izveidi. Pirmie to sasniedza drūmā vācu ģēnija pārstāvji: 1944. gadā līdzīgu projektu ierosināja Blohm & Voss galvenais dizaineris Ričards Vogs. Tomēr viņa projekts nebija iemiesots metālā; amerikāņu NASA AD-1 patiešām bija pirmā lidmašīna ar rotējošu spārnu.
NASA AD-1 (Ames Dryden-1) ir eksperimentāls lidaparāts, kas paredzēts asimetriski mainīga rotējoša spārna koncepcijas izpētei. Kļuva par pasaulē pirmo slīpo lidmašīnu. Neparastā lidmašīna tika uzbūvēta ASV 1979. gadā un pirmo lidojumu veica tā paša gada 21. decembrī. Lidaparāta ar rotējošo spārnu testi turpinājās līdz 1982. gada augustam, un šajā laikā 17 pilotiem izdevās apgūt AD-1. Pēc programmas slēgšanas lidmašīna tika nosūtīta uz Sankarlosas pilsētas muzeju, kur tā joprojām ir pieejama visiem apmeklētājiem un ir viens no vissvarīgākajiem eksponātiem.
Vācu eksperimenti
Vācijā Otrā pasaules kara laikā viņi diezgan nopietni strādāja pie lidmašīnu ar asimetrisku spārnu radīšanas. Dizaineris Ričards Vogs bija slavens ar netipisku pieeju aviācijas tehnoloģiju radīšanai, viņš saprata, ka jaunā shēma netraucēs lidmašīnai būt stabilai gaisā. 1944. gadā viņš izveidoja lidmašīnu projektu Blohm & Voss un P.202. Vācu dizainera galvenā ideja bija iespēja ievērojami samazināt pretestību, lidojot lielā ātrumā. Lidmašīna pacēlās ar parastu simetrisku spārnu, jo mazam slaucītam spārnam bija augsts pacelšanās koeficients, bet jau lidojuma laikā spārns pagriezās plaknē, kas bija paralēla fizelāžas asij, samazinot pretestības līmeni. Tajā pašā laikā Vācijā tika veikts darbs ar klasisko simetrisko spārna slaucīšanu uz iznīcinātāja Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss un P.202
Bet pat Vācijā pēdējos kara gados Blohm & Voss un P.202 lidmašīnu projekts šķita ārprātīgs, tas nekad netika iemiesots metālā, uz visiem laikiem paliekot tikai rasējumu veidā. Vogta projektētajai lidmašīnai vajadzēja saņemt 11,98 metru spārnu platumu, kas pagriezās uz centrālās eņģes līdz 35 grādu leņķī - ar maksimālo novirzi spārnu platums mainījās uz 10,06 metriem. Projekta galvenais trūkums tika uzskatīts par smagu un apgrūtinošu (pēc aprēķiniem) spārna pagriešanas mehānismu, kas aizņēma daudz vietas lidmašīnas korpusa iekšpusē, un nespēju izmantot spārnu papildu ieroču un aprīkojuma pakarināšanai. bija arī nopietns trūkums.
Pārsteidzoši, ka Vogs nebija vienīgais vācu dizaineris, kurš domāja par šūpošanās spārnu. Līdzīgu projektu sagatavoja Messerschmitt inženieri. Viņu prezentētais projekts Me P.1109 saņēma pat segvārdu "šķērveida spārns". Viņu izveidotajam projektam bija divi spārni vienlaikus. Turklāt viņi bija neatkarīgi viens no otra. Viens spārns atradās virs lidmašīnas fizelāžas, otrs - zem tā. Griežot augšējo spārnu pulksteņrādītāja virzienā, apakšējais spārns griežas tāpat, bet pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Šis dizains ļāva kvalitatīvi kompensēt lidmašīnas šķībumu ar asimetriskām svīšanas izmaiņām. Tajā pašā laikā spārni varēja griezties līdz 60 grādu leņķī, savukārt, kad tie atradās perpendikulāri lidmašīnas fizelāžai, tas neatšķīrās no klasiskās divplāksnes. To darot, Messerschmitt saskārās ar tādām pašām problēmām kā Blohm & Voss: ļoti sarežģīts pagrieziena mehānisms. Neskatoties uz to, ka neviena no vācu asimetriskajām lidmašīnām netika tālāk par papīra projektiem, jāatzīst, ka vācieši savā attīstībā bija nopietni apsteiguši savu laiku. Amerikāņi savu plānu varēja realizēt tikai septiņdesmito gadu beigās.
NASA AD -1 - lidojošā asimetrija
Vācu dizaineru idejas metālā īstenoja amerikāņu kolēģi. Viņi pievērsās jautājumam pēc iespējas rūpīgāk. Neatkarīgi no vāciešiem 1945. gadā amerikāņu inženieris Roberts Tomass Džonsons izvirzīja savu ideju par sava veida "šķērveida spārnu", saskaņā ar viņa ideju šādam spārnam bija jāieslēdz īpaša eņģe. Tomēr tajos gados viņš savu ideju nevarēja realizēt, tehniskās iespējas neļāva. Tas mainījās septiņdesmitajos gados, kad tehnoloģijas ļāva izveidot asimetriskas lidmašīnas. Tajā pašā laikā par projektu konsultantu tika uzaicināts tas pats Ričards Vogs, kurš pēc Otrā pasaules kara beigām emigrēja uz ASV.
Līdz tam laikam dizaineri jau zināja, ka lidmašīnām ar mainīgiem spārniem ir vairāki trūkumi. Šīs konstrukcijas galvenie trūkumi bija šādi: aerodinamiskā fokusa maiņa, mainot slaucīšanu, kā rezultātā palielinājās līdzsvarošanas pretestība; konstrukcijas masas palielināšanās, pateicoties spēka stara un tam pievienoto konsoļu pagriežamo eņģu klātbūtnei, kā arī gaisa kuģa spārna ievilktā stāvokļa blīvējumiem. Abi šie trūkumi galu galā bija iemesls lidojuma diapazona samazināšanai vai lietderīgās kravas masas samazināšanai.
Tajā pašā laikā NASA darbinieki bija pārliecināti, ka lidmašīnai ar asimetriski mainīgu slaucīšanas spārnu (KAIS) netiks liegti uzskaitītie trūkumi. Izmantojot šādu shēmu, spārns tiktu piestiprināts lidmašīnas fizelāžai, izmantojot vienu pagriežamu eņģi, un konsoļu slaucīšanas izmaiņas, kad spārns tika pagriezts, tiktu veiktas vienlaicīgi, bet tām būtu pretējs raksturs. NASA speciālistu veiktā gaisa kuģu ar standarta shēmas spārniem un KAIS salīdzinošā analīze parādīja, ka otrā shēma parāda pretestības samazināšanos par 11-20 procentiem, konstrukcijas masa samazinās par 14 procentiem un viļņu pretestību lidojot ar virsskaņas ātrumu, vajadzētu samazināties par 26 procentiem. …
Tajā pašā laikā lidmašīnai ar asimetrisku spārnu bija trūkumi. Pirmkārt, ar lielu slīpuma leņķi, taisni notriektai konsolei ir lielāks efektīvais uzbrukuma leņķis nekā atpakaļgaitas konsolei, kas noved pie pretestības asimetrijas un līdz ar to parazītu pagrieziena momentu parādīšanās piķī, ripot un raustīties. Otra problēma bija tā, ka KAIS raksturo divreiz lielāks robežslāņa biezuma pieaugums gar spārnu laidumu, un jebkura asimetriska plūsmas apstāšanās izraisa intensīvus traucējumus. Bet, neskatoties uz to, tika uzskatīts, ka negatīvo ietekmi var novērst, ieviešot vadu vadu sistēmu, kas automātiski ietekmēs lidmašīnas aerodinamisko vadību atkarībā no dažādiem parametriem: uzbrukuma leņķa, lidojuma ātruma, spārnu slaucīšanas leņķis. Jebkurā gadījumā, lai pārbaudītu visus aprēķinus, bija nepieciešams izveidot lidojošu modeli.
KAIS koncepcija tika veiksmīgi pārbaudīta uz bezpilota modeļa, pēc tam bija nepieciešams pāriet uz pilnvērtīgas lidmašīnas izveidi. Eksperimentālais projekts tika nosaukts par NASA AD-1 vai Ames Dryden-1. Lidmašīna tika nosaukta pēc pētniecības centriem, kas strādāja pie projekta - NASA Ames un NASA Dryden. Tajā pašā laikā Boeing speciālisti bija atbildīgi par lidmašīnas vispārējo dizainu. Saskaņā ar NASA inženieru aprēķiniem un pieejamo darba uzdevumu amerikāņu kompānija Rutan Aircraft Factory samontēja vajadzīgo lidmašīnu. Tajā pašā laikā viena no projekta prasībām bija saglabāt budžetu 250 tūkstošu dolāru robežās. Šim nolūkam eksperimentālais lidaparāts tika padarīts pēc iespējas vienkāršāks tehnoloģiju ziņā un lēts; lidmašīnā tika uzstādīti diezgan vāji dzinēji. Jaunā lidmašīna bija gatava 1979. gada februārī, pēc tam tā tika nogādāta Kalifornijā NASA Dryden lidlaukā.
Eksperimentālās lidmašīnas AD-1 spārns varēja pagriezties pa centrālo asi par 60 grādiem, bet tikai pretēji pulksteņrādītāja virzienam (šis risinājums ievērojami vienkāršoja dizainu, nezaudējot savas priekšrocības). Spārnu pagriezienu ar ātrumu 3 grādi sekundē nodrošināja kompakts elektromotors, kas tika uzstādīts lidmašīnas fizelāžas iekšpusē tieši galveno dzinēju priekšā. Kā pēdējais tika izmantoti divi klasiski Francijā ražoti Microturbo TRS18 turboreaktīvie dzinēji ar vilces spēku 100 kgf katrā. Trapecveida spārna laidums, novietojot perpendikulāri fizelāžai, bija 9, 85 metri, bet pie maksimālā pagrieziena - tikai 4, 93 metri. Tajā pašā laikā maksimālais lidojuma ātrums nepārsniedza 400 km / h.
Lidmašīna pirmo reizi pacēlās debesīs 1979. gada 21. decembrī. Pirmajā lidojumā to lidoja NASA izmēģinājuma pilots Tomass Makmērfijs. Lidmašīnas pacelšanās tika veikta ar perpendikulāri fiksētu spārnu, spārna griešanās leņķis mainījās jau lidojumā pēc vajadzīgā ātruma un augstuma sasniegšanas. Nākamo 18 mēnešu laikā ar katru jaunu testa lidojumu lidmašīnas AD-1 spārns tika pagriezts par 1 grādu, vienlaikus reģistrējot visus lidojuma rādītājus. Tā rezultātā 1980. gada vidū eksperimentālā lidmašīna sasniedza maksimālo spārnu leņķi-60 grādus. Testa lidojumi turpinājās līdz 1982. gada augustam, kopā veicot 79 lidmašīnas lidojumus. Tā nu notika, ka pēdējā lidojumā 1982. gada 7. augustā lidmašīnu pacēla Tomass Makmērfijs, savukārt visā testa laikā uz tās lidoja 17 dažādi piloti.
Pārbaudes programmā tika pieņemts, ka iegūtie rezultāti, veicot garus starpkontinentālus lidojumus, palīdzēs izmantot asimetriskās izmaiņas spārna kustībā - ātrumam un degvielas ekonomijai vajadzēja atmaksāties vislabākajā veidā ļoti lielos attālumos. Eksperimentālā NASA AD-1 lidmašīna saņēma pozitīvas atsauksmes no pilotiem un speciālistiem, taču projekts netika tālāk attīstīts. Problēma bija tā, ka programma sākotnēji tika uzskatīta par pētniecības programmu. Saņēmusi visus nepieciešamos datus, NASA vienkārši nosūtīja unikālu lidaparātu uz angāru, no kurienes vēlāk tika pārvests uz aviācijas muzeju. NASA vienmēr ir bijusi pētniecības organizācija, kas nav nodarbojusies ar lidmašīnu konstrukciju, un neviens no lielākajiem lidmašīnu ražotājiem nebija ieinteresēts rotējošā spārna koncepcijā. Pēc noklusējuma jebkurš starpkontinentālais pasažieru laineris bija sarežģītāks un lielāks par "rotaļlietu" AD-1 lidmašīnu, tāpēc uzņēmumi neriskēja. Viņi nevēlējās ieguldīt pētniecībā un attīstībā, lai gan daudzsološs, bet tomēr aizdomīgs dizains. Inovāciju laiks šajā jomā, viņuprāt, vēl nav pienācis.
NASA AD-1 lidojuma veiktspēja:
Kopējie izmēri: garums - 11, 8 m, augstums - 2, 06 m, spārnu platums - 9, 85 m, spārnu laukums - 8, 6 m2.
Tukšs svars - 658 kg.
Maksimālais pacelšanās svars - 973 kg.
Spēkstacija ir 2 turboreaktīvie dzinēji Microturbo TRS18-046 ar vilces spēku 2x100 kgf.
Kreisēšanas ātrums - 274 km / h.
Maksimālais ātrums ir līdz 400 km / h.
Apkalpe - 1 persona.
