Ringplane: zrakoplov sa zatvorenom petljom krila

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Zrakoplov sa zatvorenom petljom krila ne može letjeti - to je dokazalo vrijeme. Ringplanovi su pokušavani još od vremena braće Wright, a nijedna takva struktura nije mogla ostati u zraku nekoliko minuta. Ali ljudski um ne odustaje. 2007. godine, nakon 100 godina i više od 20 pokušaja, sličan uređaj je poletio. I pokazao se kao manevarski, lagan i izdržljiv zrakoplov.

Ova priča započela je 1988., kada su stvari već krenule prema raspadu Unije, ali nada u stabilnost još je tinjala u srcima čelnika goleme države. Klub tehničke kreativnosti u tvornici zupčanika u Minsku dobio je kreativni zadatak od lokalne poljoprivredne strukture: dizajnirati manevarski i lagani zrakoplov koji može izdržati jake bočne vjetrove. Najpopularniji "farmer" u to vrijeme bio je AN-2: mogao je ponijeti puno gnojiva i opreme za prskanje. Ali vjetar je bio njegov strašni neprijatelj - u beskrajnim kubanskim poljima, AN-2 je, u smislu upravljivosti, podsjećao na ludog slona. Zrakoplovni tehničar Arkadij Aleksandrovič Naruševič, pilot Anatolij Leonidovič Guščin i nekoliko drugih ljudi preuzeli su slučaj. Nakon dugotrajnog istraživanja, Narushevich je došao do neočekivanog zaključka: potrebno je izgraditi zrakoplov sa zatvorenom konturom krila, ali ne s kružnom, već ovalnom. Izrađeno je nekoliko modela koji su prilično uspješno letjeli (napominjem da je tijekom našeg razgovora Narushevich napravio papirnati model za 15 minuta - i poletio je!). Entuzijasti su kupili materijale i napravili ovalno krilo. A onda je 1991. propala. SSSR je ostao u prošlosti, financiranje je završilo za samo nekoliko dana, a preostala sredstva su povučena. Krilo je poslano na dugotrajno skladištenje, a projekt zrakoplova je zaboravljen. Ali to je bilo daleko od kraja.

Od Bleriota do Zhivodana

17. prosinca 1903. čovjek se prvi put podigao u zrak u avionu s motorom. Čovjek se zvao Orville Wright, a avion se zvao Wright Flyer I.

Unatoč zapaženom uspjehu braće Wright, brojni izumitelji smislili su različite konfiguracije krila, prema njihovim konceptima, učinkovitije od običnih Wrightovih aviona. Jedan od pionira zrakoplovstva bio je francuski izumitelj Louis Bleriot, koji je napravio svoj prvi Ornithopter uređaj davne 1900. godine. Istina, tek 11. model, izgrađen 1909. godine, postao je prvi Bleriotov istinski leteći zrakoplov. Nas to uopće ne zanima, nego zrakoplov Bleriot III, projektiran 1906. godine i nikada nije poletio. Bio je to prvi zrakoplov sa zatvorenom petljom krila u povijesti zrakoplovne konstrukcije.

Bleriot je samo eksperimentirao - nasumce. Spojio je krajeve krila konvencionalnog dvokrilca u polukrugove i ugradio isti dizajn kao i rep. Istina, nastali hidroavion "Bleriot III" nikada nije samostalno poletio iz vode. Očevici su opisali nekoliko letova – kada je uređaj vučen kao zmaj, ali ništa više.

Danas su Blériotove greške očite: pretežak rep, veliki gubici uzgona zbog pogrešno odabrane konture krila. Ali činjenica ostaje - zrakoplovi zatvorenog krila započeli su svoj put u zrakoplovstvu.

Osim Bleriota, s zatvorenim krilom eksperimentiralo je još nekoliko dizajnera s početka stoljeća. Svojedobno je bio poznat avion francuskog inženjera Živodana, koji je on izgradio u tvornici Velmorel 1909. godine. Svi i svi, uključujući Scientific American i brojne ugledne publikacije, pisali su o nevjerojatnom stroju koji otvara novo doba zrakoplovstva. U Živodanovu avionu ulogu krila imale su dvije prstenaste figure, između kojih se nalazilo pilotsko sjedalo. Motor je bio težak 80 kg i razvijao je 40 KS rotirajući propeler od 2,4 metra. Kao što biste mogli očekivati, čudna struktura, koja podsjeća na cijev s istrgnutim središnjim dijelom, nije se podigla u zrak. Vrijedi napomenuti da je francuski dizajner modela zrakoplova Emmanuel Fillon osmislio radni model Živodanova zrakoplova 1980-ih. I manekenka je predivno letjela. Odnosno, njegova aerodinamička svojstva nisu bila tako loša. Prekomjerna masa ili mala snaga motora mogli su spriječiti originalno uzlijetanje.

Vrijedi spomenuti još jedan nevjerojatan dizajn - takozvani Gary-Plane Amerikanca Williama Piercea Garyja. Garyjev zrakoplov (1910.) imao je ravno, prstenasto krilo promjera 8 m - više od četiri ljudske visine! Istina, Garyjev zrakoplov bio je poznat po svojoj strašnoj nestabilnosti: svi pokušaji letenja na njemu završavali su prevrtanjem naprijed.

Kasne 1990-te: drugi vjetar

Godine 1998. Anatolij Gushchin, Anri Naskidyants i brojni drugi piloti uvjerili su Naruševiča da nastavi raditi na avionu. Za avion se zainteresirala određena privatna tvrtka, pronađen je novac, obnovljeno je poluzaboravljeno krilo, a ekipa je krenula u montažu trupa. Sve je napravljeno od nule. Osim ako je s helikoptera Mi-1 uzet stajni trap, a s AN-2 preuzeta instrumentna ploča. Automobil je dizajniran za potencijalnog potrošača: sjedala za jednog ili dva pilota i tri putnika u polukrugu. Umjesto putnika, bilo je moguće postaviti kontejnere za skladištenje gnojiva i opreme za prskanje…

Važna značajka Naruševičevog zrakoplova bila je to što ovalno krilo nije bilo pričvršćeno izravno na trup. Nalazio se unutar krila na nosačima i ovjesima. Tako je stvoreno podizanje po cijeloj površini krila.

Do 2004. godine obavljena su prva terenska ispitivanja primljenog stroja. Napravila je nekoliko letova u mirnom i bočnom vjetru. Izumitelji su otkrili da uređaj ima vrlo neobična aerodinamička svojstva. Prvo, avion s ovalnim krilom (nazvat ćemo ga dalje SOC) uopće nije reagirao na udare bočnog vjetra do 13 m / s. Drugo, za polijetanje je bilo dovoljno 150 m (za AN-2 - 180 m, za druge zrakoplove iste klase ponekad i više). Ali glavna stvar se pokazala praktičnim omjerom nosivosti i ukupne težine praznog vozila - 0,45! Takvom koeficijentu do sada se nitko nije približio. Zrakoplov bi se mogao sigurno pokazati budućim investitorima.

Danas se čudni "ovaloplan" Louisa Bleriota čini apsurdnim: francuski je dizajner napravio previše pogrešaka tijekom njegove izgradnje. Ali Bleriot je djelovao nasumce: 1906. nitko nije znao koja će konfiguracija krila biti pobjednička.

Vertikalni prstenovi za uzlijetanje

Među njemačkim projektima Drugog svjetskog rata mnogi su bili apsolutno nevjerojatni po svojoj hrabrosti i originalnosti. Tako je lovac-presretač za vertikalno polijetanje i slijetanje "Lark" (Lerche) koji je dizajnirao Ernst Heinkel (1944.) imao zatvoreno devetostrano krilo i dva neovisna motora Daimler-Benz 605D, od kojih je svaki rotirao svoj propeler. Oba su propelera bila smještena unutar krila. Za to vrijeme avion je bio neobičan po tome što je značio okomito polijetanje i slijetanje.

Teško je reći što bi Heinkel napravio da je Lark utjelovljen u metalu. Heinkel je 1945. razvio i LercheII, za prvi nije bilo dovoljno vremena, a projekt je nestao u mraku. Međutim, svatko ima priliku letjeti na Skylark-u - u računalnoj igrici IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

No, Francuzi su 1959. godine pronašli priliku utjeloviti svoje remek djelo s prstenastim krilima u metalu. Nevjerojatan mlaznjak SNECMA C-450 Coleoptere čak je i poletio. Istina, sletio je prilično teško, gotovo zatrpavši pilota pod sobom. Zapravo, SNECMA je razvila bespilotnu letjelicu s prstenastim krilima još ranije, 1954. godine. Dobio je lirski naziv Atar Volant C-400 P-1 (Leteća zvijezda) i napravio više od 200 uspješnih probnih letova. Kao i njemački Lark, bio je to zrakoplov s vertikalnim polijetanje i slijetanje. Sljedeći korak bilo je stvaranje vozila s ljudskom posadom, koje je postalo C-450. Osmometarski lovac uspješno je lansiran, ali je tijekom prijelaza iz vertikalnog u horizontalni let pokazao potpunu nesposobnost održavanja visine i strmoglavio se poput kamena. Pilot se katapultirao, a skupi projekt je odmah zatvoren.

SNECMA C-450 (1959.) Mogao je letjeti samo okomito. Kada je pilot pokušao prijeći na horizontalni let, eksperimentalna konstrukcija pala je poput kamena. Projekt zrakoplova sa zatvorenim krilima odmah je zatvoren.

SNECMA C-450 (1959.)

Mogao je letjeti samo okomito. Kada je pilot pokušao prijeći na horizontalni let, eksperimentalna konstrukcija pala je poput kamena. Projekt zrakoplova sa zatvorenim krilima odmah je zatvoren.

Posljednji pokušaj stvaranja aviona za okomito polijetanje bio je američki projekt Convair Model 49 (1967.). Convair je danas dobro poznat po svom dizajnu podmornica i nizu drugih suludih dizajna. Model49 je bio hibrid aviona i helikoptera. Njegovo krilo u obliku prstena skrivalo je arsenal kojim bi se mogao ponositi cijeli topnički puk. Mitraljezi, bacači granata, topovi i raketni bacači - "49." bi sam mogao dati bitku punopravnoj vojsci. Ako je napravljeno. Ludi projekt mudro je odbacila američka vlada.

Zatvoreno krilo novi život

2006. godine stručnjaci su se ponovno zainteresirali za temu ovalnog krila. U jednom od poduzeća u Minsku organizirani su eksperimentalni projektni radovi (R&D) kako bi se obnovio zrakoplov s ovalnim krilom, testirao i proučavao njegove aerodinamičke značajke. Glavni projektant ROC-a bio je Aleksandar Mihajlovič Anohin, bivši vojni pilot sa solidnim 35-godišnjim iskustvom. Narushevich i Gushchin postali su članovi projektnog biroa. Godine 2008. u rad je bio uključen doktor fizikalnih i matematičkih znanosti, profesor Leonid Ivanovič Grechikhin. Radio je na aerodinamičkim svojstvima raketa sa slavnim Koroljevom, a sada konzultira i predaje na raznim institutima ZND-a. Kao rezultat toga, formiran je tim koji i sada nastavlja raditi na ovoj temi.

Problem je bio što avion nije poletio u nebo od 2004. godine i postao je praktički neupotrebljiv. Ali posao je bio u punom jeku. Zrakoplov je modificiran, pripremljen za letove i uklonjen iz hangara. Počela su ispitivanja. Konfiguracija vozila ostala je ista, ali fino podešavanje je bilo ozbiljno - sve do promjene profila krila. Značajan posao (koji se sada nastavlja) otišao je u Grechikhin: izgrađen je avion s ovalnim krilom, ali ga nitko ranije nije detaljno izračunao!

Tehničke značajke

Što je danas SOC? Ovo je definitivno avion. Ali po svojim kvalitetama u zraku, značajno se razlikuje od običnih strojeva s ravnim ili zaobljenim krilima. Obično ravno krilo karakterizira induktivni otpor: zrak iz visokotlačne zone ispod krila teži struji u vakuumsku zonu na gornjoj površini kroz vrhove krila. U tom slučaju iza letjelice nastaju krajnji vrtlozi za čije se stvaranje također troši energija, što je vrijednost induktivnog otpora.

Za ovalno krilo problem induktivnog otpora nije relevantan, jer nema vrhova. Osim toga, dolazni protok zraka, koji prolazi kroz zatvorenu petlju, usmjeren je prema dolje, stvarajući dodatnu silu dizanja. Što je veći napadni kut krila, to je taj učinak jači. A kut napada takvog dizajna može biti neviđeno velik.

Zastoj protoka nastaje kada mlaz zraka, s povećanjem napadnog kuta, prestane glatko teći oko gornje površine krila i odvoji se od nje stvaranjem vrtloga. U tom slučaju, podizanje na krilu odmah nestaje i aparat gubi kontrolu. Ovalno krilo dopušta napadni kut krila do 50°, dok njegovi najbliži konkurenti dosežu maksimalno 20-22°. Zrak unutar zatvorenog krila otežava zaustavljanje strujanja s gornje površine donjeg dijela krila. A kad strujanje napusti zatvorenu petlju, uslijed izbacivanja (proces miješanja dvaju medija, kada jedan medij zahvati drugi), "usisava" zrak koji prolazi duž gornje površine gornjeg dijela krila. Ovi podaci nisu dobiveni empirijski - ovalno krilo je "proliveno" u vodeni kanal.

Prije nego što se utjelovio u metal i poletio u zrak, bjeloruski zrakoplov sa zatvorenom petljom krila prošao je tri "reinkarnacije" - njegova je izgradnja započela davne 1988. godine.

Sposobnost letenja pod ekstremno visokim kutovima napada, zajedno s učinkom skretanja strujanja, omogućuje letjenju izuzetno malim brzinama bez upotrebe zakrilaca. SOK-u nedostaje krilna mehanizacija, što ga ne sprječava da pouzdano uzlijeće i sleti. Otpor bez presedana omogućuje zrakoplovu da stabilno i pouzdano leti u najširem rasponu brzina.

Mnoge kvalitete SOC-a su iznenađujuće. Uspijeva ubrzati, poletjeti i sletjeti na neravnu travnatu stazu dugu samo 400 m, s ugašenim motorom, dobro planira i općenito se ponaša vrlo stabilno u zraku. Ovalno krilo čini zrakoplov upravljivijim i štedljivijim. Osim toga, zatvorena petlja daje krilu dodatnu snagu. Prema Grechikhinu, zrakoplovi s klasičnim krilima uskoro će ostati bez para. Vrlo je jednostavno: što je avion veći, što mu je krilo teže i snažnije, to je teže održati njegovu krutost. U suštini, avion nosi masu "beskorisnog" tereta - težinu vlastitih nosača. A ovalno krilo je dvostruko lakše za isto podizanje.

Tradicionalni problemi

Glavni problem je što bjeloruski zakoni o zrakoplovstvu uopće ne predviđaju stvaranje zrakoplova na teritoriju zemlje i njihovo letenje. Nedavno je Midivisana stvorila specijalizirani dizajnerski biro za razvoj bespilotnih letjelica pod vodstvom Anokhina. Među zaposlenicima su i Narushevich i Gushchin. Etablirani tim entuzijasta ne gubi nadu da će barem u bespilotnoj letjelici uspjeti realizirati svoj izum – zatvoreno ovalno krilo.

Plan prstena Sukhanov

U SSSR-u su se također pokušavali stvoriti prstenasti avion. Godine 1936. student Moskovskog zrakoplovnog instituta Sukhanov predstavio je projekt aviona s prstenastim krilom za obranu kao diplomski rad. Promjer krila bio je 3 m, a projektnu brzinu od 600 km/h trebao je osigurati motor Hispano-Suiza od 800 konjskih snaga. Do 1940. diploma je postala punopravni projekt lovca-presretača za kratko uzlijetanje i slijetanje i razmatrana je na znanstveno-tehničkom vijeću TsAGI-ja. Ali došao je rat, nije bilo vremena i novca za izgradnju zrakoplova, a još više za njegovo testiranje. Godine 1942., u Novosibirsku, Sukhanov je napravio radni model prstenastog aviona. Ispitivanja modela pokazala su da zrakoplov može izdržati napadne kutove do 43°, ima visok omjer snage i težine, svojstva protiv okretanja i izvrsnu upravljivost. Sukhanov je dobio autorski certifikat, izvršio sve izračune, ali plan prstena, zbog rata i razaranja u zemlji, nikada nije ugledao svjetlo dana.

Krilo pokazuje svoja svojstva samo pri određenom omjeru međusobnih osi elipse, duljini tetive krila prema sporednoj osi elipse i drugim nijansama profila krila. Dizajneri su podnijeli zahtjev za patent i dobili certifikate o prioritetu za ovaj oblik krila u Bjelorusiji i Rusiji. Sada, čini se, nitko neće moći ponoviti njihov uspjeh, jer su svi raspoloživi "hodnici" povoljnih parametara krila već zakoljeni.

Za razdoblje od početka razvoja do izgradnje prvog serijskog modela lakomotornog zrakoplova potrebno je oko 12 milijuna dolara, kaže Alexander Anokhin. “Možemo napraviti čak i zmaja s takvim krilom. Možeš li zamisliti? Zmajar, ne boji se bočnog vjetra! Glavni problem nije ni financiranje: čim SOK dođe, primjerice, do MAKS-a, naći će se investitori. Problem je u bjeloruskom zakonodavstvu, prema kojem je zrakoplov stvoren na teritoriju zemlje izuzetno teško registrirati, au ovom slučaju jednostavno nemoguće, jer ne pripada poznatim klasama zrakoplova. No, već postoji dogovor s aerodromom Voronjež, koji se planira koristiti za daljnja ispitivanja vozila.

Što je sljedeće? Da vidimo. Činjenica ostaje. Prvi put u povijesti izgradnje zrakoplova poletio je zrakoplov zatvorenog krila. Možda smo na rubu novih otkrića. Ili je to možda samo neobična letjelica, izolirani incident. Vrijeme će reći.