Ringplane: aeronavă cu o buclă de aripă închisă

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Un avion cu o buclă de aripă închisă nu poate zbura - a fost dovedit de timp. S-au încercat avioane inelare încă de pe vremea fraților Wright și nicio astfel de structură nu a putut să stea în sus timp de câteva minute. Dar mintea umană nu renunță. În 2007, după 100 de ani și peste 20 de încercări, un dispozitiv similar a decolat. Și s-a dovedit a fi un avion manevrabil, ușor și durabil.

Această poveste a început în 1988, când lucrurile se îndreptau deja spre prăbușirea Uniunii, dar speranța de stabilitate mocnea încă în inimile liderilor uriașului stat. Clubul de creativitate tehnică de la Uzina Minsk Gear a primit o sarcină creativă de la o structură agricolă locală: să proiecteze o aeronavă manevrabilă și ușoară, care poate rezista vântului lateral puternic. Cel mai popular „fermier” la acea vreme era AN-2: putea lua la bord o mulțime de îngrășăminte și echipamente de pulverizare. Dar vântul era inamicul lui teribil - în câmpurile nesfârșite Kuban, AN-2, în ceea ce privește controlabilitatea, semăna cu un elefant nebun. Tehnicianul de aviație Arkadi Alexandrovich Narushevich, pilotul Anatoly Leonidovich Gushchin și alte câteva persoane au preluat cazul. După cercetări îndelungate, Narushevich a ajuns la o concluzie neașteptată: este necesar să se construiască un avion cu conturul aripii închise, dar nu cu unul circular, ci unul oval. Au fost construite mai multe modele, care au zburat destul de cu succes (observ că în timpul conversației noastre Narushevich a făcut un model de hârtie în 15 minute - și a zburat!). Entuziaștii au cumpărat materiale și au construit o aripă ovală. Și apoi 1991 s-a prăbușit. URSS a rămas în trecut, finanțarea s-a încheiat în doar câteva zile, iar fondurile rămase au fost retrase. Aripa a fost trimisă pentru depozitare pe termen lung, iar proiectul aeronavei a fost uitat. Dar asta era departe de sfârșit.

De la Bleriot la Jivodan

Pe 17 decembrie 1903, un bărbat a ieșit în aer pentru prima dată într-un avion cu motor. Bărbatul se numea Orville Wright, iar avionul se numea Wright Flyer I.

În ciuda succesului notabil al fraților Wright, numeroși inventatori au venit cu diverse configurații de aripi, conform conceptelor lor, mai eficiente decât avioanele Wright obișnuite. Unul dintre pionierii aviației a fost inventatorul francez Louis Bleriot, care a construit primul său dispozitiv ornitopter în 1900. Adevărat, doar al 11-lea model, construit în 1909, a devenit primul avion cu adevărat zburător al lui Bleriot. Nu ne interesează deloc, ci avionul Bleriot III, proiectat în 1906 și niciodată decolat. A fost prima aeronavă cu o buclă de aripă închisă din istoria construcției de aeronave.

Bleriot tocmai experimenta - la întâmplare. El a conectat capetele aripilor unui biplan convențional în semicercuri și a instalat același design ca și coada. Adevărat, hidroavionul rezultat „Bleriot III” nu a decolat singur din apă. Martorii oculari au descris mai multe zboruri - când dispozitivul a fost remorcat ca un zmeu, dar nimic mai mult.

Astăzi greșelile lui Blériot sunt evidente: coada prea grea, pierderi mari de portanță din cauza conturului aripii ales incorect. Dar adevărul rămâne - aeronavele cu aripi închise și-au început călătoria în aviație.

Pe lângă Bleriot, câțiva alți designeri de la începutul secolului au experimentat cu aripa închisă. Avionul inginerului francez Zhivodan, construit de el la fabrica Velmorel în 1909, a fost faimos la un moment dat. Toată lumea și toată lumea, inclusiv Scientific American și o serie de publicații respectate, au scris despre uimitoarea mașinărie care deschide o nouă eră a aviației. În avionul lui Jivodan, rolul aripilor era jucat de două figuri în formă de inel, între care se afla scaunul pilotului. Motorul cântărea 80 kg și dezvolta 40 CP prin rotirea unei elice de 2,4 metri. După cum v-ați putea aștepta, structura ciudată, care amintește de o țeavă cu o secțiune centrală ruptă, nu sa ridicat în aer. Este demn de remarcat faptul că designerul francez de avioane Emmanuel Fillon a proiectat un model funcțional al aeronavei lui Jivodan în anii 1980. Și modelul a zburat frumos. Adică, proprietățile sale aerodinamice nu erau atât de rele. Masa excesivă sau puterea scăzută a motorului ar fi putut împiedica decolarea originalului.

Merită menționat un alt design uimitor - așa-numitul Gary-Plane al americanului William Pierce Gary. Avionul lui Gary (1910) avea o aripă plată, în formă de inel, cu un diametru de 8 m - mai mult de patru înălțimi umane! Adevărat, avionul lui Gary se remarca prin instabilitatea sa teribilă: toate încercările de a zbura cu el s-au răsturnat înainte.

Sfârșitul anilor 1990: al doilea vânt

În 1998, Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants și o serie de alți piloți l-au convins pe Narushevich să continue să lucreze la avion. O anumită firmă privată s-a interesat de avion, s-au găsit banii, s-a refăcut aripa pe jumătate uitată, iar echipa a început montarea fuselajului. Totul a fost făcut de la zero. Cu excepția cazului în care trenul de aterizare a fost luat de pe elicopterul Mi-1, iar tabloul de bord a fost luat de la AN-2. Mașina a fost concepută pentru un potențial consumator: locuri pentru unul sau doi piloți și trei pasageri într-un semicerc. În locul pasagerilor, a fost posibil să se plaseze containere pentru depozitarea îngrășămintelor și echipamentelor de pulverizare …

O caracteristică importantă a aeronavei lui Narushevich a fost că aripa ovală nu era atașată direct de fuzelaj. Era amplasat în interiorul aripii pe suporturi și suspensii. Astfel, portanța a fost creată pe toată suprafața aripii.

Până în 2004, au fost efectuate primele teste pe teren ale mașinii primite. Ea a efectuat mai multe zboruri în condiții calme și de vânt transversal. Inventatorii au descoperit că dispozitivul are proprietăți aerodinamice foarte neobișnuite. În primul rând, un avion cu o aripă ovală (îl vom numi în continuare SOC) nu a reacționat deloc la rafale de vânt lateral de până la 13 m/s. În al doilea rând, pentru o cursă de decolare, 150 m a fost suficient (pentru AN-2 - 180 m, pentru alte aeronave din aceeași clasă uneori chiar mai mult). Dar principalul lucru s-a dovedit a fi raportul practic dintre sarcina utilă și greutatea proprie totală a aeronavei - 0,45! Până acum, nimeni nu s-a apropiat de un astfel de coeficient. Avionul ar putea fi arătat în siguranță viitorilor investitori.

Astăzi ciudatul „ovaloplan” al lui Louis Bleriot pare absurd: au făcut prea multe greșeli de designerul francez în timpul construcției sale. Dar Bleriot a acționat la întâmplare: în 1906, nimeni nu știa care configurație de aripă avea să fie câștigătoare.

Inele de decolare verticale

Printre proiectele germane ale celui de-al Doilea Război Mondial, multe au fost absolut uimitoare prin curajul și originalitatea lor. Astfel, avionul de vânătoare-interceptor cu decolare și aterizare verticală „Lark” (Lerche) proiectat de Ernst Heinkel (1944) avea o aripă închisă cu nouă laturi și două motoare independente Daimler-Benz 605D, fiecare dintre ele rotindu-și propria elice. Ambele elice erau amplasate în interiorul aripii. Pentru acea vreme, avionul era neobișnuit prin faptul că însemna decolare și aterizare verticală.

Este greu de spus ce ar fi făcut Heinkel dacă Lark ar fi fost întruchipată în metal. În 1945, Heinkel a dezvoltat și LercheII, nu a fost suficient timp pentru primul, iar proiectul a dispărut în obscuritate. Cu toate acestea, toată lumea are posibilitatea de a zbura Skylark - în jocul de calculator IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Dar francezii în 1959 au găsit oportunitatea de a întruchipa capodopera lor cu aripi inelare în metal. Uimitorul jet SNECMA C-450 Coleoptere chiar a decolat. Adevărat, a aterizat destul de greu, aproape îngropând pilotul sub el. De fapt, SNECMA a dezvoltat vehiculul aerian fără pilot cu aripi inelare chiar mai devreme, în 1954. I s-a dat numele liric Atar Volant C-400 P-1 (Steaua Zburătoare) și a realizat peste 200 de zboruri de testare cu succes. La fel ca German Lark, era o aeronavă cu decolare și aterizare verticală. Următorul pas a fost crearea unui vehicul cu echipaj, care a devenit C-450. Avionul de luptă de opt metri a fost lansat cu succes, dar în timpul tranziției de la zborul vertical la zborul orizontal, a demonstrat o incapacitate completă de a menține altitudinea și s-a aruncat ca o piatră. Pilotul a fost ejectat, iar proiectul scump a fost imediat închis.

SNECMA C-450 (1959) Nu putea zbura decât pe verticală. Când pilotul a încercat să treacă la zborul orizontal, structura experimentală a căzut ca o piatră. Proiectul aeronavei cu aripă închisă a fost imediat închis.

SNECMA C-450 (1959)

Nu putea zbura decât pe verticală. Când pilotul a încercat să treacă la zborul orizontal, structura experimentală a căzut ca o piatră. Proiectul aeronavei cu aripă închisă a fost imediat închis.

Ultima încercare de a crea un avion vertical de decolare a fost proiectul american Convair Model 49 (1967). Convair este acum bine cunoscut pentru designul său submarin și pentru o serie de alte modele nebunești. Model49 a fost un hibrid între un avion și un elicopter. Aripa sa în formă de inel ascunde un arsenal cu care un întreg regiment de artilerie ar putea fi mândru. Mitraliere, lansatoare de grenade, tunuri și lansatoare de rachete - „49th” ar putea de unul singur să dea luptă unei armate cu drepturi depline. Dacă a fost făcută. Proiectul nebunesc a fost respins cu înțelepciune de guvernul SUA.

Aripă închisă nouă viață

În 2006, experții au devenit din nou interesați de tema aripii ovale. La una dintre întreprinderile din Minsk, au fost organizate lucrări de proiectare experimentală (R&D) pentru a restaura o aeronavă cu o aripă ovală, a o testa și a studia caracteristicile aerodinamice ale acesteia. Proiectantul șef al ROC a fost Alexander Mikhailovici Anokhin, un fost pilot militar cu o experiență solidă de 35 de ani. Narushevich și Gushchin au devenit membri ai biroului de proiectare. În 2008, doctor în științe fizice și matematice, profesorul Leonid Ivanovich Grechikhin a fost implicat în lucrare. A lucrat la proprietățile aerodinamice ale rachetelor cu faimosul Korolev, iar acum consultă și dă prelegeri la diferite institute ale CSI. Drept urmare, s-a format o echipă care continuă să lucreze pe această temă și acum.

Problema era că avionul nu decolase pe cer din 2004 și devenise practic inutilizabil. Dar munca era în plină desfășurare. Aeronava a fost modificată, pregătită pentru zboruri și scoasă din hangar. Au început testele. Configurația vehiculului a rămas aceeași, dar reglarea fină a fost serioasă - până la schimbarea profilului aripii. Lucrări semnificative (care continuă acum) au mers la Grechikhin: a fost construit un avion cu o aripă ovală, dar nimeni nu l-a calculat anterior în detaliu!

Caracteristici tehnice

Ce este SOC astăzi? Acesta este cu siguranță un avion. Dar în ceea ce privește calitățile sale în aer, diferă semnificativ de mașinile obișnuite cu aripi plate sau rotunjite. O aripă plată obișnuită se caracterizează prin rezistență inductivă: aerul din zona de înaltă presiune de sub aripă tinde să curgă în zona de vid de pe suprafața superioară prin vârfurile aripilor. În acest caz, în spatele aeronavei se formează vârtejuri de capăt, a căror formare consumă și energie, care este valoarea rezistenței inductive.

Pentru o aripă ovală, problema rezistenței inductive nu este relevantă, deoarece nu are vârfuri. În plus, fluxul de aer care intră, care trece printr-o buclă închisă, este direcționat în jos, creând o forță suplimentară de ridicare. Cu cât unghiul de atac al aripii este mai mare, cu atât acest efect este mai puternic. Și unghiul de atac al unui astfel de design poate fi fără precedent.

Blocarea fluxului are loc atunci când jetul de aer, cu o creștere a unghiului de atac, încetează să curgă lin în jurul suprafeței superioare a aripii și se desprinde de acesta odată cu formarea de vârtejuri. În acest caz, portanța de pe aripă dispare imediat și aparatul își pierde controlul. Aripa ovală permite un unghi de atac al aripii de până la 50 °, în timp ce cei mai apropiați concurenți ai săi ajung la maximum 20-22 °. Aerul din interiorul aripii închise face dificilă oprirea fluxului de pe suprafața superioară a părții inferioare a aripii. Și când fluxul părăsește bucla închisă, din cauza ejecției (procesul de amestecare a două medii, când un mediu îl antrenează pe celălalt), „aspiră” aerul care trece de-a lungul suprafeței superioare a părții superioare a aripii. Aceste date nu au fost obținute empiric - aripa ovală a fost „vărsată” în canalul de apă.

Înainte de a se încarna în metal și de a decola în aer, aeronava belarusă cu o buclă de aripă închisă a trecut prin trei „reîncarnări” - construcția sa a început în 1988.

Capacitatea de a zbura la unghiuri de atac extrem de înalte, cuplată cu efectul de deviere a fluxului, permite aeronavei să zboare la viteze extrem de mici fără utilizarea flapurilor. SOK nu are mecanizarea aripilor, ceea ce nu-l împiedică să decoleze și să aterizeze în mod fiabil. Rezistența fără precedent la blocare permite aeronavei să zboare constant și fiabil pe cea mai largă gamă de viteze.

Multe calități ale SOC sunt surprinzătoare. Reușește să accelereze, să zboare în sus și să aterizeze pe o pistă ierboasă de doar 400 m lungime, cu motorul oprit, planifică bine și se comportă în general foarte stabil în aer. Aripa ovală face ca aeronava să fie mai manevrabilă și mai eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil. În plus, bucla închisă oferă aripii un plus de rezistență. Potrivit lui Grechikhin, aeronavele cu aripi clasice vor rămâne în curând fără abur. Este foarte simplu: cu cât avionul este mai mare, cu atât aripa îi este mai grea și mai puternică, cu atât este mai dificil să-și mențină rigiditatea. În esență, avionul poartă o masă de sarcină „inutilă” - greutatea propriilor lăți. Și aripa ovală este de două ori mai ușoară pentru aceeași suspensie.

Probleme tradiționale

Principala problemă este că legile din Belarus privind aviația nu prevăd deloc crearea de aeronave pe teritoriul țării și operațiunile de zbor ale acestora. Recent, Midvisana a creat un birou de proiectare specializat pentru dezvoltarea vehiculelor aeriene fără pilot sub conducerea lui Anokhin. Printre angajați se numără atât Narushevich, cât și Gushchin. Echipa consacrată de entuziaști nu își pierde speranța că cel puțin într-o aeronavă fără pilot își vor putea realiza invenția - o aripă ovală închisă.

Ringplan Sukhanov

În URSS s-au făcut încercări de a crea un avion de rulare. În 1936, un student la Institutul de Aviație din Moscova Sukhanov a prezentat un proiect al unui avion cu o aripă inelară pentru apărare ca teză. Diametrul aripii era de 3 m, iar viteza de proiectare de 600 km/h urma să fie asigurată de motorul Hispano-Suiza de 800 de cai putere. Până în 1940, diploma devenise un proiect cu drepturi depline al unui interceptor de luptă scurt pentru decolare și aterizare și a fost luată în considerare la consiliul științific și tehnic al TsAGI. Dar a venit războiul, nu a fost timp și bani pentru construcția aeronavei și chiar mai mult pentru testarea acesteia. În 1942, la Novosibirsk, Sukhanov a construit un model funcțional al avionului inel. Testele pe model au arătat că aeronava poate rezista la unghiuri de atac de până la 43 °, are un raport mare putere-greutate, proprietăți anti-spin și manevrabilitate excelentă. Sukhanov a primit certificatul de autor, a efectuat toate calculele, dar planul de inel, din cauza războiului și devastării din țară, nu a văzut niciodată lumina zilei.

Aripa își arată proprietățile numai la un anumit raport dintre axele elipsei între ele, lungimea coardei aripii la axa mică a elipsei și alte nuanțe ale profilului aripii. Designerii au solicitat un brevet și au primit certificate de prioritate pentru această formă de aripă în Belarus și Rusia. Acum, se pare, nimeni nu va putea să-și repete succesul, pentru că toate „coridoarele” disponibile ale parametrilor aripii avantajoși au fost deja trasate.

Pentru perioada de la începutul dezvoltării până la construirea primului model de producție al unui avion cu motor ușor, este nevoie de aproximativ 12 milioane de dolari, spune Alexander Anokhin. „Putem face chiar și un deltaplan cu o astfel de aripă. Iti poti imagina? Deltaplan, să nu-ți fie frică de vânt transversal!” Problema principală nu este nici măcar finanțarea: de îndată ce SOK ajunge la MAKS, de exemplu, vor fi găsiți investitori. Problema este în legislația belarusă, conform căreia o aeronavă creată pe teritoriul țării este extrem de dificil de înregistrat, iar în acest caz este pur și simplu imposibil, deoarece nu aparține claselor de aeronave cunoscute. Cu toate acestea, există deja un acord cu aerodromul Voronezh, care este planificat să fie utilizat pentru testarea ulterioară a vehiculului.

Ce urmeaza? Sa vedem. Faptul rămâne. Pentru prima dată în istoria construcției de aeronave, un avion cu aripi închise a decolat. Poate că suntem în pragul unor noi descoperiri. Sau poate este doar o aeronavă curioasă, un incident izolat. Timpul va spune.