Prstencový letún: lietadlo s uzavretou krídlovou slučkou

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Lietadlo s uzavretou krídlovou slučkou nemôže lietať - to overil čas. Prstencové lietadlá sa skúšali už od čias bratov Wrightovcov a žiadna takáto štruktúra nedokázala zostať vo vzduchu niekoľko minút. Ale ľudská myseľ sa nevzdáva. V roku 2007, po 100 rokoch a viac ako 20 pokusoch, vzlietol podobný prístroj. A ukázal sa ako ovládateľné, ľahké a odolné lietadlo.

Tento príbeh sa začal v roku 1988, keď už veci smerovali ku kolapsu Únie, no v srdciach lídrov obrovského štátu stále tlela nádej na stabilitu. Klub technickej tvorivosti v závode Minsk Gear Plant dostal od miestnej poľnohospodárskej štruktúry kreatívnu úlohu: navrhnúť manévrovateľné a ľahké lietadlo, ktoré odolá silnému bočnému vetru. Najpopulárnejším „farmárom“v tom čase bol AN-2: mohol si vziať na palubu veľa hnojív a postrekovacích zariadení. Ale vietor bol jeho strašným nepriateľom - v nekonečných poliach Kuban AN-2 z hľadiska ovládateľnosti pripomínal šialeného slona. Prípadu sa chopili letecký technik Arkady Alexandrovič Naruševič, pilot Anatolij Leonidovič Gušchin a niekoľko ďalších ľudí. Po dlhom výskume dospel Narushevich k neočakávanému záveru: je potrebné postaviť lietadlo s uzavretým obrysom krídla, ale nie s kruhovým, ale oválnym. Postavilo sa niekoľko modelov, ktoré celkom úspešne lietali (podotýkam, že počas nášho rozhovoru Narushevich vyrobil papierový model za 15 minút – a letel!). Nadšenci nakúpili materiál a skonštruovali oválne krídlo. A potom sa rok 1991 zrútil. ZSSR zostal v minulosti, financovanie sa skončilo v priebehu niekoľkých dní a zvyšné prostriedky boli stiahnuté. Krídlo bolo odoslané na dlhodobé skladovanie a projekt lietadla bol zabudnutý. To však nebol ani zďaleka koniec.

Od Bleriotu po Živodan

V lietadle s motorom sa 17. decembra 1903 prvýkrát vzniesol do vzduchu muž. Ten muž sa volal Orville Wright a lietadlo sa volalo Wright Flyer I.

Napriek pozoruhodnému úspechu bratov Wrightovcov mnohí vynálezcovia prišli s rôznymi konfiguráciami krídel podľa ich koncepcií, ktoré sú efektívnejšie ako bežné Wrightove lietadlá. Jedným z priekopníkov letectva bol francúzsky vynálezca Louis Bleriot, ktorý svoje prvé zariadenie Ornitopter zostrojil už v roku 1900. Je pravda, že iba 11. model vyrobený v roku 1909 sa stal prvým skutočne lietajúcim lietadlom Bleriot. Nás to vôbec nezaujíma, ale lietadlo Bleriot III, skonštruované v roku 1906 a nikdy nevzlietlo. Bolo to prvé lietadlo s uzavretou krídlovou slučkou v histórii konštrukcie lietadiel.

Bleriot len experimentoval – náhodne. Konce krídel konvenčného dvojplošníka spojil do polkruhov a nainštaloval rovnaký dizajn ako chvost. Je pravda, že výsledný hydroplán "Bleriot III" nikdy sám nevzlietol z vody. Očití svedkovia opísali niekoľko letov – keď bolo zariadenie ťahané ako šarkan, ale nič viac.

Dnes sú Blériotove chyby zrejmé: príliš ťažký chvost, vysoké straty vztlaku v dôsledku nesprávne zvoleného obrysu krídla. Faktom však zostáva - lietadlá s uzavretými krídlami začali svoju cestu v letectve.

Okrem Bleriota experimentovalo s uzavretým krídlom niekoľko ďalších dizajnérov zo začiatku storočia. Lietadlo francúzskeho inžiniera Živodana, ktoré postavil v továrni Velmorel v roku 1909, bolo svojho času slávne. Všetci a všetci, vrátane Scientific American a množstva uznávaných publikácií, písali o úžasnom stroji, ktorý otvára nový vek letectva. V Živodanovom lietadle plnili úlohu krídel dve prstencové figúrky, medzi ktorými sa nachádzalo sedadlo pilota. Motor vážil 80 kg a vyvinul 40 koní otáčaním 2,4-metrovej vrtule. Ako sa dalo očakávať, zvláštna štruktúra, pripomínajúca potrubie s vytrhnutým stredovým dielom, sa nevzniesla do vzduchu. Stojí za zmienku, že francúzsky konštruktér modelov lietadiel Emmanuel Fillon navrhol v 80. rokoch minulého storočia funkčný model Živodanovho lietadla. A model krásne lietal. To znamená, že jeho aerodynamické vlastnosti neboli také zlé. Nadmerná hmotnosť alebo nízky výkon motora mohli zabrániť originálu vzlietnuť.

Za zmienku stojí ešte jeden úžasný dizajn – takzvaný Gary-Plane od Američana Williama Pierce Garyho. Garyho lietadlo (1910) malo ploché krídlo prstencového tvaru s priemerom 8 m – viac ako štyri ľudské výšky! Je pravda, že Garyho lietadlo bolo pozoruhodné svojou hroznou nestabilitou: všetky pokusy letieť na ňom skončili prevrátením dopredu.

Koniec 90. rokov: druhý vietor

V roku 1998 Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants a množstvo ďalších pilotov presvedčili Narusheviča, aby pokračoval v práci na lietadle. O lietadlo sa začala zaujímať istá súkromná firma, peniaze sa našli, polozabudnuté krídlo sa obnovilo a tím začal s montážou trupu. Všetko sa robilo od začiatku. Ibaže by bol podvozok prevzatý z vrtuľníka Mi-1 a prístrojová doska z AN-2. Auto bolo navrhnuté pre potenciálneho spotrebiteľa: sedadlá pre jedného alebo dvoch pilotov a troch pasažierov v polkruhu. Namiesto cestujúcich bolo možné umiestniť kontajnery na skladovanie hnojív a postrekovacích zariadení …

Dôležitou vlastnosťou Narushevičovho lietadla bolo, že oválne krídlo nebolo pripevnené priamo k trupu. Bol umiestnený vo vnútri krídla na nosičoch a závesoch. Vztlak tak vznikol po celej ploche krídla.

Do roku 2004 sa uskutočnili prvé poľné testy prijatého stroja. Uskutočnila niekoľko letov v podmienkach bezvetria a bočného vetra. Vynálezcovia zistili, že zariadenie má veľmi neobvyklé aerodynamické vlastnosti. Po prvé, lietadlo s oválnym krídlom (nazveme ho ďalej SOC) vôbec nereagovalo na nárazy bočného vetra do 13 m/s. Po druhé, na vzlet stačilo 150 m (pre AN-2 - 180 m, pre iné lietadlá rovnakej triedy niekedy aj viac). Hlavným sa ale ukázal praktický pomer užitočného zaťaženia a celkovej pohotovostnej hmotnosti lietadla – 0,45! K takémuto koeficientu sa zatiaľ nikto nepriblížil. Lietadlo by sa mohlo bezpečne ukázať budúcim investorom.

Podivný „ovaloplán“od Louisa Bleriota dnes pôsobí absurdne: pri jeho stavbe urobil francúzsky dizajnér príliš veľa chýb. Bleriot však konal náhodne: v roku 1906 nikto nevedel, ktorá konfigurácia krídla vyhrá.

Vertikálne odoberacie krúžky

Spomedzi nemeckých projektov druhej svetovej vojny boli mnohé úplne úžasné svojou odvahou a originalitou. Stíhacia stíhačka „Lark“(Lerche) s vertikálnym vzletom a pristátím, ktorú navrhol Ernst Heinkel (1944), mala uzavreté deväťstranné krídlo a dva nezávislé motory Daimler-Benz 605D, z ktorých každý otáčal vlastnú vrtuľu. Obe vrtule boli umiestnené vo vnútri krídla. Na tú dobu bolo lietadlo nezvyčajné v tom, že znamenalo vertikálny štart a pristátie.

Ťažko povedať, čo by Heinkel urobil, keby bol Lark stelesnený v metale. V roku 1945 Heinkel vyvinul aj LercheII, na prvé nebolo dosť času a projekt zmizol. Každý má však možnosť zalietať si na Skylark – v počítačovej hre IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946“.

Ale Francúzi v roku 1959 našli príležitosť stelesniť svoje majstrovské dielo s prstencovými krídlami v kovu. Úžasné prúdové lietadlo SNECMA C-450 Coleoptere dokonca vzlietlo. Pravdaže, pristál dosť tvrdo, takmer pochoval pilota pod sebou. V skutočnosti SNECMA vyvinula bezpilotné lietadlo s kruhovým krídlom ešte skôr, v roku 1954. Dostalo lyrické meno Atar Volant C-400 P-1 (Lietajúca hviezda) a uskutočnilo viac ako 200 úspešných skúšobných letov. Podobne ako nemecký Lark to bolo lietadlo s kolmým vzletom a pristátím. Ďalším krokom bolo vytvorenie pilotovaného vozidla, ktorým sa stal C-450. Osemmetrová stíhačka bola úspešne vypustená, no pri prechode z vertikálneho letu na horizontálny let preukázala úplnú neschopnosť udržať výšku a vrhla sa ako kameň. Pilot sa katapultoval a drahý projekt bol okamžite uzavretý.

SNECMA C-450 (1959) Dokázal lietať iba vertikálne. Keď sa pilot pokúsil prepnúť na horizontálny let, experimentálna konštrukcia spadla ako kameň. Projekt lietadla s uzavretými krídlami bol okamžite uzavretý.

SNECMA C-450 (1959)

Mohol lietať iba vertikálne. Keď sa pilot pokúsil prepnúť na horizontálny let, experimentálna konštrukcia spadla ako kameň. Projekt lietadla s uzavretými krídlami bol okamžite uzavretý.

Posledným pokusom o vytvorenie vertikálneho vzletového prstenca bol americký projekt Convair Model 49 (1967). Convair je teraz dobre známy pre svoj dizajn ponorky a množstvo ďalších šialených dizajnov. Model 49 bol hybridom lietadla a vrtuľníka. Jeho krídlo v tvare prstenca ukrývalo arzenál, na ktorý by mohol byť hrdý celý delostrelecký pluk. Guľomety, granátomety, delá a raketomety – „49.“mohol samostatne bojovať s plnohodnotnou armádou. Ak bol vyrobený. Bláznivý projekt vláda USA múdro odmietla.

Uzavreté krídlo nový život

V roku 2006 sa odborníci opäť začali zaujímať o tému oválneho krídla. V jednom z minských podnikov boli zorganizované experimentálne dizajnérske práce (R&D) s cieľom obnoviť lietadlo s oválnym krídlom, otestovať ho a študovať jeho aerodynamické vlastnosti. Hlavným konštruktérom ROC bol Alexander Michajlovič Anokhin, bývalý vojenský pilot so solídnymi 35-ročnými skúsenosťami. Narushevich a Gushchin sa stali členmi dizajnérskej kancelárie. V roku 2008 sa na práci podieľal doktor fyzikálnych a matematických vied profesor Leonid Ivanovič Grechikhin. Pracoval na aerodynamických vlastnostiach rakiet so slávnym Korolevom a teraz konzultuje a prednáša na rôznych ústavoch SNŠ. Vďaka tomu sa vytvoril tím, ktorý sa tejto téme venuje aj teraz.

Problémom bolo, že lietadlo nevzlietlo na oblohu od roku 2004 a stalo sa prakticky nepoužiteľným. Ale práca bola v plnom prúde. Lietadlo bolo upravené, pripravené na lety a odstránené z hangáru. Začali sa testy. Konfigurácia vozidla zostala rovnaká, no jemné ladenie bolo vážne - až po zmenu profilu krídla. Značná práca (ktorá teraz pokračuje) prešla na Grechikhin: bolo postavené lietadlo s oválnym krídlom, ale nikto to predtým podrobne nevypočítal!

Technické vlastnosti

Čo je SOC dnes? Toto je určite lietadlo. Ale svojimi kvalitami vo vzduchu sa výrazne líši od bežných strojov s plochými alebo zaoblenými krídlami. Bežné ploché krídlo sa vyznačuje indukčným odporom: vzduch z vysokotlakovej zóny pod krídlom má tendenciu prúdiť do podtlakovej zóny na hornej ploche cez hroty krídel. V tomto prípade sa za lietadlom vytvárajú koncové víry, na vznik ktorých sa spotrebuje aj energia, ktorá je hodnotou indukčného odporu.

Pre oválne krídlo nie je problém indukčného odporu relevantný, pretože nemá hroty. Okrem toho je prúd vzduchu, ktorý prechádza uzavretou slučkou, nasmerovaný nadol, čím sa vytvára dodatočná zdvíhacia sila. Čím väčší je uhol nábehu krídla, tým silnejší je tento efekt. A uhol nábehu takéhoto dizajnu môže byť bezprecedentne veľký.

K zastaveniu prúdenia dochádza vtedy, keď prúd vzduchu so zväčšujúcim sa uhlom nábehu prestane plynulo obtekať horný povrch krídla a odtrhne sa od neho vytváraním vírov. V tomto prípade zdvih na krídle okamžite zmizne a prístroj stratí kontrolu. Oválne krídlo umožňuje uhol nábehu krídla až 50°, pričom jeho najbližší konkurenti dosahujú maximálne 20-22°. Vzduch vo vnútri uzavretého krídla sťažuje zastavenie prúdenia z hornej plochy spodnej časti krídla. A keď prúd opustí uzavretú slučku, v dôsledku vyhadzovania (proces miešania dvoch médií, kedy jedno médium strháva druhé) „nasáva“vzduch prechádzajúci po hornej ploche hornej časti krídla. Tieto údaje neboli získané empiricky - oválne krídlo bolo "rozsypané" vo vodnom kanáli.

Pred inkarnáciou do kovu a vzlietnutím do vzduchu prešlo bieloruské lietadlo s uzavretou krídlovou slučkou tromi „reinkarnáciami“- jeho konštrukcia sa začala v roku 1988.

Schopnosť lietať pri extrémne vysokých uhloch nábehu v spojení s efektom vychýlenia prúdenia umožňuje lietadlu letieť extrémne nízkou rýchlosťou bez použitia klapiek. Na SOK chýba krídelná mechanizácia, ktorá mu nebráni v spoľahlivom štarte a pristávaní. Bezprecedentný odpor proti pádu umožňuje lietadlu lietať stabilne a spoľahlivo v najširšom rozsahu rýchlostí.

Mnohé vlastnosti SOC sú prekvapujúce. Zvládne zrýchlenie, let a pristátie na nerovnej trávnatej trati dlhej len 400 m, s vypnutým motorom, dobre plánuje a celkovo sa vo vzduchu správa veľmi stabilne. Oválne krídlo robí lietadlo ovládateľnejším a úspornejším. Uzavretá slučka navyše dodáva krídlu extra pevnosť. Lietadlám s klasickými krídlami podľa Grechikhina čoskoro dôjde dych. Je to veľmi jednoduché: čím je lietadlo väčšie, čím je jeho krídlo ťažšie a mohutnejšie, tým ťažšie je udržať jeho tuhosť. Lietadlo v podstate nesie množstvo „zbytočných“nákladov – hmotnosť vlastných nosníkov. A oválne krídlo je dvakrát ľahšie pre rovnaký výťah.

Tradičné problémy

Hlavným problémom je, že bieloruské zákony o letectve vôbec neustanovujú vytváranie lietadiel na území krajiny a ich letovú prevádzku. Nedávno spoločnosť Midivisana vytvorila špecializovanú dizajnérsku kanceláriu na vývoj bezpilotných lietadiel pod vedením Anokhina. Medzi zamestnancami sú Narushevič aj Gushchin. Etablovaný tím nadšencov nestráca nádej, že aspoň v bezpilotnom lietadle budú môcť realizovať svoj vynález - uzavreté oválne krídlo.

Ringplan Suchanov

Pokusy o vytvorenie prstencového lietadla sa robili aj v ZSSR. V roku 1936 študent Moskovského leteckého inštitútu Sukhanov predložil ako diplomovú prácu projekt lietadla s prstencovým krídlom na obranu. Priemer krídla bol 3 m a konštrukčnú rýchlosť 600 km/h mal zabezpečiť motor Hispano-Suiza s výkonom 800 koní. Do roku 1940 sa diplom stal plnohodnotným projektom stíhacieho stíhača s krátkym vzletom a pristátím a bol zvážený vo vedeckej a technickej rade TsAGI. Lenže prišla vojna, na stavbu lietadla a ešte viac na jeho testovanie nebol čas a peniaze. V roku 1942 v Novosibirsku Sukhanov postavil funkčný model prstencového lietadla. Modelové testy ukázali, že lietadlo vydrží uhly nábehu až 43°, má vysoký pomer výkonu a hmotnosti, vlastnosti proti roztočeniu a výbornú manévrovateľnosť. Suchanov dostal autorské osvedčenie, vykonal všetky výpočty, ale kruhový plán kvôli vojne a devastácii krajiny nikdy neuzrel svetlo sveta.

Krídlo vykazuje svoje vlastnosti len pri určitom pomere osí elipsy k sebe, dĺžke tetivy krídla k vedľajšej osi elipsy a iných nuansách profilu krídla. Konštruktéri požiadali o patent a získali prioritné certifikáty pre tento tvar krídla v Bielorusku a Rusku. Teraz sa zdá, že ich úspech sa už nikomu nepodarí zopakovať, pretože všetky dostupné „chodby“výhodných parametrov krídla sú už vytýčené.

Na obdobie od začiatku vývoja po stavbu prvého sériového modelu lietadla s ľahkým motorom je potrebných asi 12 miliónov dolárov, hovorí Alexander Anokhin. „S takýmto krídlom vieme vyrobiť aj závesný klzák. Vieš si predstaviť? Závesný klzák, neboj sa bočného vetra! Hlavným problémom nie je ani financovanie: akonáhle sa SOK dostane napríklad do MAKSu, investori sa nájdu. Problém je v bieloruskej legislatíve, podľa ktorej je registrácia lietadla vytvorená na území krajiny mimoriadne náročná av tomto prípade je to jednoducho nemožné, pretože nepatrí do známych tried lietadiel. Už teraz však existuje dohoda s letiskom Voronež, ktoré sa plánuje použiť na ďalšie testovanie vozidla.

Čo bude ďalej? Pozrime sa. Faktom zostáva. Prvýkrát v histórii konštrukcie lietadiel vzlietlo lietadlo s uzavretými krídlami. Možno sme na pokraji nových objavov. Alebo možno je to len zvláštne lietadlo, izolovaný incident. Čas ukáže.