Kuten tiedätte, keskiosa on lentokoneen siiven osa, joka yhdistää vasemman ja oikean tason ja palvelee itse asiassa siiven kiinnittämistä runkoon. Logiikan mukaisesti keskiosan tulee olla jäykkä rakenne. Mutta 21. joulukuuta 1979 nousi lentoon NASA AD-1 -lentokone, jonka siipi oli kiinnitetty runkoon … saranalle ja joka saattoi pyöriä, jolloin lentokone oli epäsymmetrinen.
Kaikki alkoi kuitenkin paljon aikaisemmin - synkkän saksalaisen neron Richard Vogtin, legendaarisen Blohm & Voss -yhtiön pääsuunnittelijan kanssa. Vogt, joka tunnetaan epätyypillisestä lähestymistavastaan lentokoneiden suunnitteluun, oli jo rakentanut epäsymmetrisiä lentokoneita ja tiesi, että tällainen järjestelmä ei estä koneita pysymästä vakaina ilmassa. Vuonna 1944 syntyi Blohm & Voss ja P.202 -projekti.
Vogtin pääidea oli kyky vähentää merkittävästi vastusta suurilla nopeuksilla lentäessä. Lentokone nousi perinteisellä symmetrisellä siivellä (koska pienellä pyyhkäisysiivellä on korkea nostokerroin), ja lennon aikana se kääntyi rungon akselin suuntaiseen tasoon, mikä vähentää vastusta. Itse asiassa tämä oli yksi ratkaisu siiven muuttuvan pyyhkäisyn toteuttamiseen - samaan aikaan saksalaiset tekivät klassisen symmetrisen pyyhkäisyn Messerschmitt P.1101 -lentokoneessa.
Blohm & Voss ja P.202 näyttivät liian hulluilta mennäkseen sarjaan. Sen siipi, jonka leveys on 11, 98 m, voi kääntää keskisaranan jopa 35 ° kulmassa - suurimmalla kulmalla väli muuttui 10, 06 m: ksi. Kyvyttömyys käyttää siipeä lisälaitteiden asentamiseen. Hanke jäi vain paperille.
Samaan aikaan Messerschmittin asiantuntijat työskentelivät samanlaisessa projektissa. Heidän ajoneuvonsa, Me P.1109, sai lempinimen "saksisivu". Autolla oli kaksi siipeä ja ulkoisesti riippumaton: toinen sijaitsi rungon yläpuolella, toinen sen alla. Kun ylempi siipi käännettiin myötäpäivään, alempi siipi käännettiin vastaavasti vastapäivään - tämä rakenne mahdollisti laadullisesti kompensoida lentokoneen vinoutumisen epäsymmetrisellä muutoksella pyyhkäisyllä.
Siivet pystyivät pyörimään jopa 60 °, ja kun ne olivat kohtisuorassa rungon akseliin nähden, lentokone näytti tavalliselta kaksitasolta.
Messerschmittin vaikeudet olivat samat kuin Blohm & Vossilla: monimutkainen mekanismi ja lisäksi rungon suunnittelun ongelmat. Tämän seurauksena jopa rautaan rakennettu lentokone, jolla oli symmetrisesti muuttuva pyyhkäisy - Messerschmitt Р.1101, ei lähtenyt tuotantoon, puhumattakaan epäsymmetrisistä rakenteista, jotka jäivät vain hankkeiksi. Saksalaiset olivat aikaansa edellä.
Hyödyt ja tappiot
Epäsymmetrisesti muuttuvan pyyhkäisyn edut ovat samat kuin symmetrisen pyyhkäisyn edut. Kun lentokone nousee, vaaditaan korkea hissi, mutta kun se lentää suurella nopeudella (etenkin äänen nopeuden yläpuolella), hissi ei ole enää niin tärkeä, mutta suuri vastus alkaa häiritä. Ilmailuinsinöörien on löydettävä kompromissi. Vaihtamalla pyyhkäisyä lentokone sopeutuu lentotilaan. Laskelmat osoittavat, että siiven sijoittaminen 60 ° kulmaan runkoon nähden vähentää merkittävästi aerodynaamista vastusta, lisää maksiminopeutta ja vähentää polttoaineen kulutusta.
Mutta tässä tapauksessa herää toinen kysymys: miksi tarvitsemme epäsymmetrisen pyyhkäisymuutoksen, jos symmetrinen muutos on paljon helpompi lentäjälle eikä vaadi korvausta? Tosiasia on, että symmetrisen pyyhkäisyn suurin haitta on muutosmekanismin tekninen monimutkaisuus, sen kiinteä massa ja kustannukset. Epäsymmetrisen muutoksen ansiosta laite on paljon yksinkertaisempi - itse asiassa akseli, jossa on jäykkä siiven kiinnitys ja sen kääntömekanismi.
Tällainen järjestelmä on keskimäärin 14% kevyempi ja minimoi ominaisimpedanssin lentäessään äänen nopeuden ylittävillä nopeuksilla (toisin sanoen edut ilmenevät myös lentotehokkuudessa). Jälkimmäisen aiheuttaa iskuaalto, joka syntyy, kun osa ilma -aluksen ympärillä olevasta ilmavirrasta saavuttaa yliäänenopeuden. Lopuksi tämä on muuttujan pyyhkäisyn "budjettivaihtoehto".
OWRA RPW
NASAn miehittämätön lentokone, joka rakennettiin 1970 -luvun alussa epäsymmetrisen pyyhkäisyn lento -ominaisuuksien kokeelliseen tutkimukseen. Laite pystyi kääntämään siipiä 45 ° myötäpäivään ja oli olemassa kahdessa kokoonpanossa-lyhyt- ja pitkähäntäinen.
Siksi teknologian kehittyessä ihmiskunta ei voinut muuta kuin palata mielenkiintoiseen käsitteeseen. 1970 -luvun alussa NASAn tilauksesta valmistettiin miehittämätön lentokone OWRA RPW (Oblique Wing Research Aircraft) tutkimaan tällaisen järjestelmän lento -ominaisuuksia. Kehityskonsultti oli itse Vogt, joka muutti sodan jälkeen Yhdysvaltoihin, tuolloin jo hyvin vanhus, ja idean elvyttämisen pääsuunnittelija ja ideologi oli NASA: n insinööri Richard Thomas Jones. Jones oli juurtunut tähän ajatukseen vuodesta 1945 lähtien, jolloin hän oli NACA: n (NASA: n edeltäjä, kansallinen ilmailukomitea) työntekijä, ja kun näyte rakennettiin, kaikki teoreettiset laskelmat oli laadittu ja perusteellisesti testattu.
OWRA RPW -siipi pystyi kääntymään jopa 45 °, dronella oli alkeellinen runko ja häntä - itse asiassa se oli lentävä asettelu, jonka keskeinen ja ainoa mielenkiintoinen elementti oli siipi. Suurin osa tutkimuksesta tehtiin aerodynaamisessa tunnelissa, osa todellisessa lennossa. Siipi toimi hyvin, ja NASA päätti rakentaa täysimittaisen lentokoneen.
Ja nyt - lentää
Epäsymmetrisellä pyyhkäisymuutoksella on tietysti myös haittoja - erityisesti etuvastuksen epäsymmetria, loiset kääntömomentit, jotka johtavat liialliseen kallistumiseen ja kääntymiseen. Mutta kaikki tämä jo 1970 -luvulla voitaisiin voittaa hallinnan osittaisella automatisoinnilla.
Lentokone NASA AD-1
Hän lensi 79 kertaa. Jokaisella lennolla testaajat asettivat siiven uuteen asentoon, ja saadut tiedot analysoitiin ja verrattiin toisiinsa.
AD-1 (Ames Dryden-1) -lentokoneesta on tullut useiden organisaatioiden yhteinen aivotyö. Sen rakensi rautaksi Ames Industrial Co. AD-1-siipi voi pyöriä keskiakselilla 60 ° ja vain vastapäivään (tämä yksinkertaisti suunnittelua huomattavasti menettämättä etuja).
Siipiä käytti kompakti sähkömoottori, joka sijaitsi rungon sisällä suoraan moottorien edessä (jälkimmäisessä käytettiin klassisia ranskalaisia turboreaktoreita Microturbo TRS18). Puolisuunnikkaan muotoinen siipi kohtisuorassa asennossa oli 9, 85 m ja käännetyssä asennossa vain 4, 93, mikä mahdollisti 322 km / h: n huippunopeuden saavuttamisen.
21. joulukuuta AD-1 lähti lentoon ensimmäistä kertaa, ja seuraavien 18 kuukauden aikana jokaisen uuden lennon aikana siipiä käännettiin yhden asteen verran, jolloin kaikki lentokoneen indikaattorit tallennettiin. Vuoden 1981 puolivälissä lentokone saavutti 60 asteen maksimikulman. Lennot jatkuivat elokuuhun 1982 asti, yhteensä AD-1 nousi 79 kertaa.
NASA AD-1 (1979)
Ainoa lentokone, jossa oli epäsymmetrinen pyyhkäisysiipi, joka nousi ilmaan. Siipi pyöri jopa 60 astetta vastapäivään.
Jonesin pääidea oli käyttää epäsymmetrisiä pyyhkäisymuutoksia lentokoneissa mannertenvälisissä lennoissa - nopeus ja polttoainetalous maksoivat parhaiten erittäin pitkillä matkoilla. AD-1-kone sai todella positiivisia arvosteluja sekä asiantuntijoilta että lentäjiltä, mutta kummallista kyllä, tarina ei saanut jatkoa. Ongelmana oli, että koko ohjelma oli ensisijaisesti tutkimusta. Saatuaan kaikki tarvittavat tiedot NASA lähetti koneen hallille; 15 vuotta sitten hän muutti ikuiseen varastoon Hillierin ilmailumuseossa San Carlosissa.
NASA tutkimusorganisaationa ei ollut mukana lentokoneiden rakentamisessa, eikä kukaan suurimmista lentokonevalmistajista ollut kiinnostunut Jonesin konseptista. Mannertenväliset linjat ovat oletuksena paljon suurempia ja monimutkaisempia kuin "lelu" AD-1, eivätkä yritykset uskaltaneet sijoittaa valtavia summia lupaavan mutta erittäin epäilyttävän mallin tutkimukseen ja kehittämiseen. Classic voitti innovaation.
Richard Gray, NASA AD-1 -koelentäjä
Lentäessään ohjelmansa epäsymmetrisellä siivellä hän kuoli vuonna 1982 yksityiskouluttajan Cessna T-37 Tweet lentokoneen onnettomuudessa.
Myöhemmin NASA palasi "viistot siipi" -teemaan, rakennettuaan vuonna 1994 pienen dronin, jonka siipiväli on 6, 1 m ja kyky muuttaa pyyhkäisykulmaa 35 asteesta 50 asteeseen. Se rakennettiin osana 500-paikkaisen mannertenvälisen matkustajakoneen luomista. Mutta lopulta projektin työ peruttiin samoista taloudellisista syistä.
Se ei ole vielä ohi
Siitä huolimatta "vino siipi" sai kolmannen elämän, ja tällä kertaa tunnetun viraston DARPA: n väliintulon ansiosta, joka tarjosi vuonna 2006 Northrop Grummanille 10 miljoonan sopimuksen miehittämättömän ilma-aluksen kehittämisestä epäsymmetrisen pyyhkäisymuutoksen avulla..
Mutta Northrop -yhtiö meni ilmailun historiaan pääasiassa sen vuoksi, että se kehitti "lentävän siiven" tyyppisiä lentokoneita: yrityksen perustaja John Northrop oli tällaisen suunnitelman harrastaja, alusta lähtien hän asetti suunnan monien vuosien ajan (hän perusti yrityksen 1930 -luvun lopulla ja kuoli vuonna 1981).
Tämän seurauksena Northropin asiantuntijat päättivät ylittää lentävän siiven ja epäsymmetrisen pyyhkäisyn tekniikan odottamattomalla tavalla. Tuloksena oli Northrop Grumman Switchblade -lennokki (ei pidä sekoittaa niiden muuhun käsitteelliseen kehitykseen - Northrop Switchblade -hävittäjään).
Dronen rakenne on melko yksinkertainen. 61 metrin siipiin on kiinnitetty saranoitu moduuli, jossa on kaksi suihkumoottoria, kamerat, ohjauselektroniikka ja tehtävään tarvittavat lisälaitteet (esimerkiksi ohjukset tai pommit). Moduulissa ei ole mitään tarpeetonta - runko, höyhenpeite, häntä, se muistuttaa ilmapallon gondolia, paitsi ehkä voimayksiköissä.
Siiven kiertokulma suhteessa moduuliin on edelleen sama ihanteellinen 60 astetta, laskettuna jo 1940 -luvulla: tässä kulmassa tasoitetaan yliäänenopeudella liikkuessa syntyvät iskuaallot. Kun siipi on käännetty, drone pystyy lentämään 2500 mailia 2,0 M: n nopeudella.
Lentokoneen konsepti oli valmis vuoteen 2007 mennessä, ja 2010 -luvulle mennessä yhtiö lupasi suorittaa ensimmäiset 12,2 m siipiväliin perustuvan asettelun testit - sekä tuulitunnelissa että todellisessa lennossa. Northrop Grumman oli suunnitellut, että täysikokoisen dronin ensimmäinen lento suoritetaan noin vuonna 2020.
Mutta jo vuonna 2008 DARPA -virasto menetti kiinnostuksensa hanketta kohtaan. Alustavat laskelmat eivät tuottaneet suunniteltuja tuloksia, ja DARPA peruutti sopimuksen ja sulki ohjelman tietokonemallivaiheessa. Joten ajatus epäsymmetrisestä pyyhkäisystä oli jälleen epäonninen.
Tuleeko vai ei?
Itse asiassa ainoa tekijä, joka tappoi mielenkiintoisen käsitteen, oli talous. Toimivien ja testattujen piirien vuoksi monimutkaisen ja testaamattoman järjestelmän kehittäminen on kannattamatonta. Sillä on kaksi käyttöaluetta - mannertenväliset raskaiden alusten lennot (Jonesin pääidea) ja sotilaslennokit, jotka pystyvät liikkumaan äänen nopeutta suuremmilla nopeuksilla (Northrop Grummanin ensisijainen tehtävä).
Ensimmäisessä tapauksessa etuja ovat polttoainetalous ja nopeuden kasvu, kun muut asiat ovat samanlaisia kuin perinteiset matkustajakoneet. Toisessa aallon vastus on minimoitava sillä hetkellä, kun lentokone saavuttaa kriittisen Mach -luvun.
Se, ilmestyykö sarjakonetta, jolla on samanlainen kokoonpano, riippuu yksinomaan lentokonevalmistajien tahdosta. Jos yksi heistä päättää sijoittaa rahaa tutkimukseen ja rakentamiseen ja todistaa sitten käytännössä, että konsepti ei ole vain toimiva (tämä on jo todistettu), vaan myös itsestään ylläpitävä, niin lakaisun epäsymmetrinen muutos voi menestyä. Jos globaalin finanssikriisin puitteissa tällaisia rohkeuksia ei löydy, "vino siipi" pysyy jälleen osana uteliaisuuksien rikas ilmailun historiaa.
NASA AD-1 -lentokoneen ominaisuudet
Miehistö: 1 henkilö
Pituus: 11, 83 m
Siipien kärkiväli: 9,85 m kohtisuorassa, 4,93 m vino
Siipikulma: jopa 60 °
Siipialue: 8, 6 2
Korkeus: 2, 06 m
Tyhjän lentokoneen paino: 658 kg
Max. lentoonlähtöpaino: 973 kg
Voimansiirto: 2 x Microturbo TRS-18-suihkumoottoria
Työntövoima: 100 kgf / moottori
Polttoaine: 300 litraa Huippunopeus: 322 km / h
Palvelun katto: 3658 m
Todellisia pioneereja
Harvat tietävät, että ensimmäiset muuttuvan siipigeometrian omaavat lentokoneet eivät olleet saksalaisten rakentamia toisen maailmansodan aikana (kuten useimmat lähteet väittävät), vaan ranskalaiset ilmailun edelläkävijät paroni Edmond de Marcai ja Emile Monin vuonna 1911. Markay-Monin-yksitaso esiteltiin yleisölle Pariisissa 9. joulukuuta 1911, ja kuusi kuukautta myöhemmin teki ensimmäisen onnistuneen lennon.
Itse asiassa de Marcay ja Monin keksivät klassisen symmetrisesti muuttuvan geometrian kaavion - saranoihin oli kiinnitetty kaksi erillistä siipitasoa, joiden kokonaisalue oli 13,7 m, ja lentäjä saattoi muuttaa sijaintinsa kulmaa rungon oikeaan suuntaan nähden. lennossa. Maalla kuljetusta varten siivet voitaisiin taittaa, kuten hyönteisten siivet, "selän taakse". Suunnittelun monimutkaisuus ja tarve siirtyä toimivampiin lentokoneisiin (sodan puhkeamisen vuoksi) pakottivat suunnittelijat luopumaan projektin jatkotyöstä.
