Ringplane: avion sa zatvorenom petljom krila

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Avion sa zatvorenom petljom krila ne može letjeti - to je dokazano vremenom. Avioni prstena su pokušavani još od vremena braće Rajt, i nijedna takva struktura nije bila u stanju da ostane u vazduhu 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 avion.

Ova priča počela je 1988. godine, kada su stvari već krenule ka raspadu Unije, ali nada u stabilnost još je tinjala u srcima čelnika ogromne države. Klub tehničke kreativnosti u fabrici zupčanika u Minsku dobio je kreativni zadatak od lokalne poljoprivredne strukture: da dizajnira manevarski i laki avion koji može izdržati jake bočne vjetrove. Najpopularniji "farmer" u to vrijeme bio je AN-2: mogao je ponijeti mnogo gnojiva i opreme za prskanje. Ali vjetar je bio njegov strašni neprijatelj - na beskrajnim kubanskim poljima, AN-2 je, u smislu upravljivosti, podsjećao na ludog slona. Avijacijski 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 avion sa zatvorenom konturom krila, ali ne kružnom, već ovalnom. Napravljeno je nekoliko modela koji su prilično uspješno letjeli (napominjem da je tokom našeg razgovora Narushevich napravio papirni 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, finansiranje je završilo za samo nekoliko dana, a preostala sredstva su povučena. Krilo je poslano na dugotrajno skladištenje, a projekat aviona je zaboravljen. Ali to je bilo daleko od kraja.

Od Bleriota do Zhivodana

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

Uprkos zapaženom uspehu braće Rajt, brojni pronalazači su smislili različite konfiguracije krila, prema njihovim konceptima, efikasnije od običnih aviona Rajt. Jedan od pionira avijacije 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 zaista leteći avion. Nas to uopšte ne zanima, već avion Bleriot III, projektovan 1906. godine i nikada nije poleteo. Bio je to prvi avion sa zatvorenom petljom krila u istoriji proizvodnje aviona.

Bleriot je samo eksperimentirao - nasumično. 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 očigledne: pretežak rep, veliki gubici uzgona zbog pogrešno odabrane konture krila. Ali činjenica ostaje - avioni zatvorenog krila započeli su svoj put u avijaciji.

Pored Bleriota, nekoliko drugih dizajnera s početka stoljeća eksperimentiralo je sa zatvorenim krilom. Svojevremeno je bio poznat avion francuskog inženjera Živodana, koji je on napravio u fabrici Velmorel 1909. godine. Svi i svi, uključujući Scientific American i brojne ugledne publikacije, pisali su o nevjerovatnoj mašini koja otvara novo doba avijacije. U Živodanovom avionu ulogu krila imale su dvije prstenaste figure, između kojih se nalazilo pilotsko sjedište. Motor je bio težak 80 kg i razvijao je 40 KS rotirajući propeler od 2,4 metra. Kao što možete očekivati, čudna struktura, koja podsjeća na cijev sa istrgnutim središnjim dijelom, nije se podigla u zrak. Vrijedi napomenuti da je francuski dizajner modela aviona Emmanuel Fillon osmislio radni model Živodanovog aviona 1980-ih. I manekenka je divno letela. Odnosno, njegova aerodinamička svojstva nisu bila tako loša. Prekomjerna masa ili mala snaga motora su možda spriječili da original poleti.

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

Kasne 1990-te: drugi vjetar

1998. Anatolij Guščin, Anri Naskidjanc i brojni drugi piloti ubedili su Naruševića da nastavi da radi na avionu. Određena privatna kompanija se zainteresovala za avion, novac je pronađen, poluzaboravljeno krilo je restaurirano, a ekipa je pristupila montaži trupa. Sve je urađeno od nule. Osim ako je stajni trap uzet sa helikoptera Mi-1, a instrument tabla sa AN-2. Automobil je dizajniran za potencijalnog potrošača: sjedišta za jednog ili dva pilota i tri putnika u polukrugu. Umjesto putnika, bilo je moguće postaviti kontejnere za skladištenje đubriva i opreme za prskanje…

Važna karakteristika Naruševićevog aviona bila je to što ovalno krilo nije bilo direktno pričvršćeno za trup. Nalazio se unutar krila na nosačima i suspenzijama. Tako je stvoreno podizanje po cijeloj površini krila.

Do 2004. godine obavljena su prva terenska ispitivanja primljene mašine. 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 poletanje je bilo dovoljno 150 m (za AN-2 - 180 m, za druge avione iste klase ponekad i više). Ali glavna stvar se pokazala praktičnim omjerom nosivosti i ukupne težine praznog vozila - 0,45! Do sada se niko nije približio takvom koeficijentu. Avion bi se mogao bezbedno pokazati budućim investitorima.

Danas se čudni "ovaloplan" Louisa Bleriota čini apsurdnim: francuski dizajner je napravio previše grešaka tokom njegove izgradnje. Ali Bleriot je postupio nasumično: 1906. niko nije znao koja će konfiguracija krila biti pobjednička.

Prstenovi za vertikalno uzlijetanje

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

Teško je reći šta bi Heinkel uradio da je Lark otelotvoren u metalu. Godine 1945. Heinkel je razvio i LercheII, nije bilo dovoljno vremena za prvi i projekat je nestao u mraku. Međutim, svi imaju priliku letjeti Skylark-om - u kompjuterskoj igrici IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Ali Francuzi su 1959. našli priliku da svoje remek djelo s prstenastim krilima utjelovljuju u metalu. Neverovatni SNECMA C-450 Coleoptere mlaznjak je čak i poleteo. Istina, sletio je prilično teško, gotovo zatrpavši pilota pod sobom. U stvari, 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 izvršio više od 200 uspješnih probnih letova. Poput njemačkog Lark-a, bio je to avion s vertikalnim uzlijetanjem i slijetanjem. Sljedeći korak bilo je stvaranje vozila s ljudskom posadom, koje je postalo C-450. Osmometarski lovac je uspješno lansiran, ali je prilikom prelaska iz vertikalnog u horizontalni let pokazao potpunu nesposobnost održavanja visine i strmoglavio se kao kamen. Pilot se katapultirao, a skupi projekat je odmah zatvoren.

SNECMA C-450 (1959) Mogao je letjeti samo okomito. Kada je pilot pokušao da pređe na horizontalni let, eksperimentalna konstrukcija je pala kao kamen. Projekat aviona sa zatvorenim krilima odmah je zatvoren.

SNECMA C-450 (1959)

Mogao je letjeti samo okomito. Kada je pilot pokušao da pređe na horizontalni let, eksperimentalna konstrukcija je pala kao kamen. Projekat aviona sa zatvorenim krilima odmah je zatvoren.

Posljednji pokušaj stvaranja aviona za vertikalno uzlijetanje bio je američki projekat Convair Model 49 (1967.). Convair je sada dobro poznat po svom dizajnu podmornica i nizu drugih suludih dizajna. Model49 je bio hibrid aviona i helikoptera. Njegovo krilo u obliku prstena krilo je arsenal kojim bi se mogao ponositi čitav jedan artiljerijski puk. Puškomitraljezi, bacači granata, topovi i raketni bacači - "49." bi mogao sam dati bitku punopravnoj vojsci. Ako je napravljen. Ludi projekat je mudro odbacila američka vlada.

Zatvoreno krilo novi život

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

Problem je bio što avion nije poleteo u nebo od 2004. godine i što je postao praktično neupotrebljiv. Ali posao je bio u punom jeku. Avion je modifikovan, pripremljen za letove i uklonjen iz hangara. Testovi su počeli. Konfiguracija vozila je ostala ista, ali fino podešavanje je bilo ozbiljno - sve do promjene profila krila. Značajan posao (koji se sada nastavlja) otišao je u Grechikhin: napravljen je avion s ovalnim krilom, ali ga niko ranije nije detaljno izračunao!

Tehničke karakteristike

Šta je danas SPC? Ovo je definitivno avion. Ali po svojim kvalitetima u vazduhu, značajno se razlikuje od običnih mašina sa ravnim ili zaobljenim krilima. Obično ravno krilo karakteriše induktivni otpor: vazduh iz zone visokog pritiska ispod krila teži da struji u vakuumsku zonu na gornjoj površini kroz vrhove krila. U ovom slučaju iza letjelice se formiraju krajnji vrtlozi, za čije formiranje se također troši energija, što je vrijednost induktivnog otpora.

Za ovalno krilo problem induktivnog otpora nije relevantan, jer nema vrhove. Osim toga, dolazni tok zraka, prolazeći kroz zatvorenu petlju, usmjeren je prema dolje, stvarajući dodatnu silu podizanja. Što je veći napadni ugao krila, to je ovaj efekat jači. A ugao napada takvog dizajna može biti neviđeno velik.

Zastoj protoka nastaje kada zračni mlaz, s povećanjem napadnog ugla, 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 dozvoljava napadni ugao krila do 50°, dok njegovi najbliži konkurenti dostižu maksimalno 20-22°. Vazduh unutar zatvorenog krila otežava zaustavljanje strujanja sa gornje površine donjeg dela krila. A kada protok napusti zatvorenu petlju, usled izbacivanja (proces mešanja dva medija, kada jedan medij zahvati drugi), „usisava“vazduh koji prolazi duž gornje površine gornjeg dela krila. Ovi podaci nisu dobijeni empirijski - ovalno krilo se "prolilo" u vodeni kanal.

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

Sposobnost letenja pod ekstremno velikim napadnim uglovima, zajedno sa efektom skretanja strujanja, omogućava avionu da leti ekstremno malim brzinama bez upotrebe zakrilaca. ZSK-u nedostaje krilna mehanizacija, što ga ne sprečava da pouzdano poleti i sleti. Otpor bez presedana omogućava avionu da stabilno i pouzdano leti u najširem rasponu brzina.

Mnogi kvaliteti SPC-a su iznenađujući. Uspijeva da ubrza, poleti i sleti na neravnu travnatu stazu dugu svega 400 m, sa ugašenim motorom, dobro planira i općenito se ponaša vrlo stabilno u zraku. Ovalno krilo čini avion lakšim za manevrisanje i efikasnijim u potrošnji goriva. Osim toga, zatvorena petlja daje krilu dodatnu snagu. Prema Grečihinovim rečima, avioni sa klasičnim krilima će uskoro ostati bez para. Vrlo je jednostavno: što je veći avion, što je njegovo krilo teže i snažnije, to je teže održati njegovu krutost. U suštini, avion nosi masu "beskorisnog" tereta - težinu svojih vlastitih nosača. A ovalno krilo je dvostruko lakše za isti lift.

Tradicionalni problemi

Glavni problem je što bjeloruski zakoni o avijaciji uopće ne predviđaju stvaranje aviona na teritoriji zemlje i njihovo letenje. Nedavno je Midivisana stvorila specijalizirani dizajnerski biro za razvoj bespilotnih letjelica pod vodstvom Anokhina. Među zaposlenima su i Narušević i Guščin. Afirmisani tim entuzijasta ne gubi nadu da će bar u bespilotnoj letelici uspeti da realizuju svoj izum - zatvoreno ovalno krilo.

Ringplan Sukhanov

U SSSR-u su bili i pokušaji da se napravi prsten. Godine 1936. student Moskovskog vazduhoplovnog instituta Suhanov izložio je projekat aviona sa prstenastim krilom za odbranu kao tezu. 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 projekat lovca-presretača za kratko uzlijetanje i sletanje i razmatrana je na naučno-tehničkom vijeću TsAGI. Ali došao je rat, nije bilo vremena i novca za izgradnju aviona, a još više za njegovo testiranje. 1942. godine, u Novosibirsku, Sukhanov je napravio radni model aviona prstena. Testovi modela su pokazali da avion može izdržati napadne uglove do 43°, da ima visok omjer snage i težine, svojstva protiv okretanja i odličnu upravljivost. Sukhanov je dobio autorski sertifikat, izvršio sve proračune, ali plan prstena, zbog rata i razaranja u zemlji, nikada nije ugledao svjetlo dana.

Krilo pokazuje svoja svojstva samo pri određenom omjeru među osi elipse, dužini tetive krila prema maloj 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, niko neće moći da ponovi njihov uspeh, jer su svi raspoloživi "hodnici" povoljnih parametara krila već iskolčeni.

Za period od početka razvoja do izgradnje prvog serijskog modela lakomotornog aviona potrebno je oko 12 miliona dolara, kaže Aleksandar Anohin. „Možemo čak napraviti i zmaja s takvim krilom. Možete li zamisliti? Zmajar, ne boji se bočnog vjetra! Glavni problem nije čak ni finansiranje: čim SOK dođe u MAKS, na primer, naći će se investitori. Problem je u bjeloruskom zakonodavstvu, prema kojem je avion stvoren na teritoriji zemlje izuzetno teško registrovati, au ovom slučaju jednostavno nemoguće, jer ne pripada poznatim klasama aviona. Međutim, već postoji dogovor sa aerodromom Voronjež, koji se planira koristiti za dalja ispitivanja vozila.

Šta je sledeće? da vidimo. Činjenica ostaje. Prvi put u istoriji izgradnje aviona poleteo je avion zatvorenog krila. Možda smo na ivici novih otkrića. Ili je to možda samo neobična letjelica, izolovani incident. Vrijeme će pokazati.