Самолет с кривым крылом

Вы думаете — это процесс складывания или раскладывания крыльев самолета? Нет, он летает вот именно с таким крылом.

Давайте узнаем, зачем придумали такое техническое "извращение" …

Известный американский авиаконструктор Берт Рутан (Elbert Leander «Burt» Rutan), признанный ещё при жизни гений (ему всего 69 лет сейчас). Он создал без КБ со штатом в тысячи человек и без гигантского финансирования 367 концептов летательных аппаратов, и 45 из них поднялись в небо. Одним из его творений является уникальный самолет Ames-Dryden AD1.

Конструкция изменяемой стреловидность крыла позволяет самолетам совершать полеты на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, пусть даже за счет меньшей эффективности полетов на низких скоростях. Использование изменяемой стреловидности позволило создать ряд революционных самолетов, таких как Grumman F-111, F-14, Rockwell B-1, Panavia Tornado, МиГ-23 и Ту-160, но все они страдают от сложности конструкции крыла и веса механизма поворота крыла.

Инженер NASA Роберт Т. Джонс (Robert T. Jones) в 1945-ом году предложил идею поворачивать все крыло на одном шарнирном пальце, что должно обеспечить гораздо более легкие и прочные конструкции. Предполагалось поворачивать крыло против часовой стрелки (если смотреть сверху), то есть правое крыло разворачиваться к носу самолета, а левое к хвосту. Крыло асимметрично изменяемой стреловидности или поворотное, косое крыло (Oblique Wing) в народе получило название крыло-ножницы. Планы по созданию больших сверхзвуковых транспортных самолетов казалось вот вот осуществится. На самом деле он не был первооткрывателем идеи поворотного крыла.

В 1944-ом году несколько немецких компаний занимались разработкой таких самолетов для достижения более высоких скоростей. Первой из них была Blohm und Voss с BV P 202, ставшим впоследствии Messerschmitt Me P 1109 с двумя поворотными крыльями, верхним и нижним.

По расчетам Джонса, самолет с косым крылом должен был позволить увеличить взлетный вес самолета на 17 процентов либо увеличить дальность полета на 29 процентов при сохранении веса самолета. Испытания модели самолета в аэродинамической трубе, проведенные в Ames Research Center в Моффетт Филд ( Moffett Field) штат Калифорния показали, что самолет с подобной схемой крыла позволит на сверхзвуковой скорости привести к двукратной экономии топлива по сравнению с самолетами с обычными крыльями, будет гораздо менее шумным при взлете и при переходе сверхзвукового барьера.

Помимо этого, прогонки в аэродинамической трубе показали, что самолет с крылом «ножницами» на скоростях до 1.4 Маха (в 1.4 раза быстрее скорости звука) будет обладать существенно лучшими аэродинамическими характеристиками, чем самолеты с обычными крыльями. Основываясь на этих обнадеживающих результатах, было решено построить опытный образец.

Многие авиастроительные компании желали заняться разработкой подобного самолета, но как это водится ни у кого не было денег на этот проект. Не было на него денег и у NASA. Тем не менее, в 1975-ом году два однокурсника Рутана, один работающий на авиабазе Edwards другой в NASA пришли к нему с предложением: «Мы слышали, что ты сделал самолет VariEze за 3 месяца. Почему бы тебе не спроектировать самолет с поворотным крылом?» Вскоре был заключен контракт с фирмой Rutan Aircraft Factory на разработку конструкции низкоскоростного самолета для проведения ряда испытательных полетов и изучения этого уникального режима полета за пределами аэродинамической трубы.

Создание AD-1 началось в инициативном порядке компанией Rutan Aircraft Factory для удовлетворения требований НАСА в декабре 1975-го года. В декабре 1976 года Rutan Aircraft Factory сообщила о том, что они «завершили рабочее проектирование исследовательского самолета для NASA с использованием технологии VariEze. Самолет NASA получился малоразмерным, однопилотным, предназначенным для проверки характеристик управляемости будущего (в 1990-ых годах) самолета с поворотным крылом». NASA выбрало конструкцию основанную на геометрической конфигурации, предоставленной компанией Boeing. Самолет был выполнен в масштабе 15% от запланированного Боингом транспортного самолета. Косое крыло оставалось перпендикулярным к осевой линии фюзеляжа во время полета на малой скорости и поворачивалось на углы до 60 градусов при увеличении скорости самолета.

Конструкция AD-1 позволила проекту достичь всех основных технических задач. Как и ожидалось, самолет продемонстрировал аэроупругие явления, а также связь движений тангажа и крена, которые способствовали плохой управляемости на углах стреловидности выше 45 градусов. Структура стекловолокна ограничила жесткость крыла, которая могла бы значительно улучшить управляемость самолетом. Таким образом, после завершения проекта AD-1 по-прежнему оставалось необходимо исследовать косое крыло на сверхзвуковых скоростях для оценки эффекта сжимаемости, структурной прочности и анализа летных характеристик на сверхзвуковых скоростях.

Рутан произвел детальное проектирование AD-1 в период с мая 1976-го по февраль 1977-го в рамках контракта всего на $12,000. Корпорация Ames Industrial Corp Лонг-Айленд (Нью-Йорк) выиграла контракт на производство и приступила к строительству самолета в декабре 1977-го года в рамках фиксированного контракта в $240,000. AD-1 оказался первым не самодельным самолетом, изготовленным с использованием структурных методов, разработанных для VariEze. На самом деле вся его конструкция была в основном похожа на VariEze, примерно такого же диаметра, но составила 12 метров в длину, 2 метра в высоту и размахом крыльев в 9.8 метров.

Он был изготовлен из пластика армированного стекловолокном и весил 658 кг пустой. Самолет был оснащен двумя микро турбореактивными двигателями, каждый из которых развивал тягу в 1.8 кН на уровне моря. Крыло поворачивалось электромеханическим приводом, расположенным внутри фюзеляжа впереди двигателей. Крыло было способно вращаться на 60 градусов по горизонтали. Облегченная конструкция не смогла обеспечить необходимую жесткость, чтобы исключить плохую управляемость. Из-за соображений безопасности и пары слабых турбореактивных двигателей самолет был ограничен скоростью в 274 км/ч.

Корпорация Ames при строительстве AD-1 уложилась в смету и график, окончательная стоимость контракта составила лишь $239,000. В то время авиационная промышленность не верила, что было возможно спроектировать и построить пилотируемый, двух двигательный опытный самолет с поворотным крылом менее чем за несколько миллионов долларов. «Интересно отметить, что работа, проделанная Rutan Aircraft Factoryи Ames Industrial Corp была осуществлена с прибылью и при гораздо меньшей стоимости для налогоплательщиков, чем NASA расходует на надзор за подрядчиками и проведение моделирования!»- прокомментировал Рутан в 1979-ом году.

Самолет был доставлен в Летно-исследовательский центр Драйден в Эдвардс, штат Калифорния в феврале 1979-го года и сразу же подвергся испытаниям включавшим пробежки и статическое испытание нагрузкой. Первый полет был совершен 21-го декабря 1979-го года, а крайний 7-го августа 1982-го года. Оба эти полета были осуществлены летчиком-испытателем NASA Томасом Макмурти (Thomas C. McMurtry). В общей сложности AD-1 79 вылетов в течение программы исспытаний.

NASA отнесла проект крыла-ножниц к проектам с высоким риском. Их наиболее интересовало поведение самолета с таким крылом на малых скоростях. Испытания продолжались в течение 18-и месяцев постепенно увеличивая угол поворота крыла. К середине 1981-го года был достигнут угол поворота в 60 градусов. Крайние полеты самолета были осуществлены на ежегодной выставке Experimental Aircraft Association в Ошкоше, штат Висконсин, произведя там восемь вылетов в целях демонстрации концепции крыла. На испытаниях самолет достиг высоты в 3800 метров.

Уникальный экземпляр AD-1 был недавно помещен Музее Авиации Хиллер штат Калифорния.

У самолетов с изменяемой стреловидностью крыла имеется несколько недостатков, основные из которых:

— при изменении стреловидности смещается аэродинамический фокус, что становится причиной увеличения балансировочного сопротивления;

— увеличение массы конструкции в связи с наличием силовой балки и поворотных шарниров консолей, закрепляемых на ней, а также уплотнителей убранного положения крыла.

В конечном итоге, оба этих недостатка приводят к уменьшению дальности полета или к снижению массы перевозимой полезной нагрузки.

Специалисты NASA считают, что указанные недостатки отсутствуют у самолетов с КАИС (крыло асимметрично изменяемой стреловидности). Крыло в данной схеме к фюзеляжу крепится при помощи одного поворотного шарнира, а при повороте крыла изменение стреловидности консолей происходит одновременно, имея противоположный характер. Специалисты NASA провели сравнительный анализ самолетов, которые выполнены по схеме со стандартной изменяемой стреловидностью и с крылом асимметрично изменяемой стреловидности. В результате выяснилось, что лобовое сопротивление для схемы с КАИС уменьшится на 11-20 процентов, масса конструкции — на 14 процентов, волновое сопротивление во время полетов на сверхзвуковых скоростях — на 26 процентов.

Однако использование крыла асимметрично изменяемой стреловидности приводит к появлению рядя недостатков. Во-первых, консоль с прямой стреловидностью при большом угле стреловидности имеет больший эффективный угол атаки, по сравнению с консолью, имеющей обратную стреловидность. Это становится причиной асимметрии лобового сопротивления, вследствие чего возникают паразитные разворачивающие моменты по крену, рыскание и тангаж. Во-вторых, для крыла асимметрично изменяемой стреловидности характерно увеличение вдвое толщины пограничного слоя вдоль размаха, и в случае любого несимметричного срыв потока возникают интенсивные возмущения. При этом, по мнению авиационных специалистов, негативные эффекты можно устранить за счет использования цифровой системы электродистанционного управления, которая автоматически воздействует на органы аэродинамического управления при различных скоростях полета, углах атаки и углах стреловидности крыла, а также применением системы сдува (отсоса) с крыла пограничного слоя, управляемой от ЭСДУ.

Летно технические характеристики:

Модификация: AD-1

Модель номер: 35

Тип: реактивный, двух двигательный, опытный, с крылом асимметрично изменяемой стреловидности

Бортовой номер: N805NA

Заказчик: NASA

Изготовитель: Ames Industrial Corporation

Первый полет: 21 Декабрь 1979

Размах крыла: 9.84 м

Длина: 10 м

Высота: 2.05 м

Площадь крыла: 8.64 м2

Масса пустого самолета 658 кг

Масса максимальная взлетная 973 кг

Тип двигателя: 2 ТРД Microturbo TRS18-046

Тяга: 2х 1.8 кН

Максимальная скорость: 274 км/ч

Объем топливного бака: 320 литров

Практический потолок: 3800 м

Экипаж: 1

А вот какая штука была у немцев:

1/72 Me.P.1109