Ringplakne: lidmašīna ar slēgtu spārnu cilpu

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Lidmašīna ar slēgtu spārnu cilpu nevar lidot – to ir pierādījis laiks. Ringplaknes ir mēģināts izmantot kopš brāļu Raitu laikiem, un neviena šāda struktūra nav spējusi noturēties augšā vairākas minūtes. Bet cilvēka prāts nepadodas. 2007. gadā pēc 100 gadiem un vairāk nekā 20 mēģinājumiem līdzīga iekārta pacēlās gaisā. Un viņš sevi pierādīja kā manevrējamu, vieglu un izturīgu lidmašīnu.

Šis stāsts aizsākās 1988. gadā, kad lietas jau virzījās uz Savienības sabrukumu, bet milzīgās valsts vadītāju sirdīs vēl kūpēja cerība uz stabilitāti. Tehniskās jaunrades klubs Minskas rīku rūpnīcā saņēma radošu uzdevumu no vietējās lauksaimniecības struktūras: izveidot manevrējamu un vieglu lidmašīnu, kas spēj izturēt spēcīgus sānu vējus. Populārākais "lauksaimnieks" tajā laikā bija AN-2: viņš varēja uzņemt daudz mēslošanas līdzekļu un smidzināšanas iekārtas. Taču vējš bija viņa briesmīgais ienaidnieks – bezgalīgajos Kubanas laukos AN-2 vadāmības ziņā atgādināja traku ziloni. Aviācijas tehniķis Arkādijs Aleksandrovičs Narušēvičs, pilots Anatolijs Leonidovičs Guščins un vairāki citi cilvēki uzsāka lietu. Pēc ilgstošas izpētes Naruševičs nonāca pie negaidīta secinājuma: jābūvē lidaparāts ar slēgtu spārnu kontūru, bet nevis ar apļveida, bet gan ovālu. Tika uzbūvēti vairāki modeļi, kuri lidoja diezgan veiksmīgi (piezīmēju, ka mūsu sarunas laikā Naruševičs 15 minūtēs uztaisīja papīra modeli – un lidoja!). Entuziasti iegādājās materiālus un uzbūvēja ovālu spārnu. Un tad cieta 1991. gads. PSRS palika pagātnē, finansējums beidzās jau pēc dažām dienām, un atlikušie līdzekļi tika izņemti. Spārns tika nosūtīts ilgstošai uzglabāšanai, un lidmašīnas projekts tika aizmirsts. Bet tas bija tālu no beigām.

No Bleriot līdz Živodanam

1903. gada 17. decembrī vīrietis pirmo reizi pacēlās gaisā ar lidmašīnu ar dzinēju. Vīrieti sauca Orvils Raits, bet lidmašīnu sauca par Wright Flyer I.

Neskatoties uz ievērojamajiem brāļu Raitu panākumiem, daudzi izgudrotāji ir izdomājuši dažādas spārnu konfigurācijas, kas saskaņā ar viņu koncepciju ir efektīvākas nekā parastās Raita lidmašīnas. Viens no aviācijas pionieriem bija franču izgudrotājs Luiss Bleriots, kurš savu pirmo Ornithopter ierīci uzbūvēja tālajā 1900. gadā. Tiesa, tikai 1909. gadā ražotais 11. modelis kļuva par pirmo patiesi lidojošo Bleriot lidmašīnu. Mūs tas nemaz neinteresē, bet gan 1906. gadā konstruētā un nekad nepaceltā lidmašīna Bleriot III. Tā bija pirmā lidmašīna ar slēgtu spārnu cilpu lidmašīnu būves vēsturē.

Bleriots tikai eksperimentēja – nejauši. Viņš savienoja parastā divplāna spārnu galus puslokos un uzstādīja tādu pašu dizainu kā astei. Tiesa, iegūtais hidroplāns "Bleriot III" nekad pats nepacēlās no ūdens. Aculiecinieki aprakstījuši vairākus lidojumus – kad ierīce vilkta kā pūķis, bet nekas vairāk.

Šodien Blériot kļūdas ir acīmredzamas: pārāk smaga aste, lieli pacēluma zudumi nepareizi izvēlētas spārnu kontūras dēļ. Bet fakts paliek fakts - slēgto spārnu lidmašīnas sāka savu ceļojumu aviācijā.

Papildus Bleriot ar slēgto spārnu eksperimentēja vairāki citi gadsimta sākuma dizaineri. Savulaik slavena bija franču inženiera Živodana lidmašīna, ko viņš uzbūvēja Velmorelas rūpnīcā 1909. gadā. Ikviens un visi, tostarp Scientific American un vairākas cienījamas publikācijas, ir rakstījuši par apbrīnojamo mašīnu, kas atklāj jaunu aviācijas laikmetu. Živodana lidmašīnā spārnu lomu pildīja divas gredzenveida figūras, starp kurām atradās pilota sēdeklis. Dzinējs svēra 80 kg un attīstīja 40 ZS, griežot 2,4 metrus garu dzenskrūvi. Kā jau varēja gaidīt, dīvainā konstrukcija, kas atgādināja cauruli ar izplēstu centrālo posmu, gaisā nepacēlās. Ir vērts atzīmēt, ka franču lidmodeļu konstruktors Emanuels Fijons 80. gados izstrādāja Živodana lidmašīnas darba modeli. Un modele lidoja skaisti. Tas ir, tā aerodinamiskās īpašības nebija tik sliktas. Pārmērīga masa vai zema dzinēja jauda, iespējams, neļāva oriģinālam pacelties.

Ir vērts pieminēt vēl vienu pārsteidzošu dizainu - tā saukto Gary-Plane, ko veidojis amerikānis Viljams Pīrss Gerijs. Gerija lidmašīnai (1910) bija plakans, gredzenveida spārns, kura diametrs bija 8 m – vairāk nekā četri cilvēka augumi! Tiesa, Gerija lidmašīna izcēlās ar savu šausmīgo nestabilitāti: visi mēģinājumi lidot ar to beidzās ar apgāšanos uz priekšu.

90. gadu beigas: otrais vējš

1998. gadā Anatolijs Guščins, Anri Naskidjans un vairāki citi piloti pārliecināja Naruševiču turpināt darbu lidmašīnā. Par lidmašīnu ieinteresējās kāda privāta kompānija, nauda tika atrasta, pusaizmirstais spārns tika atjaunots, un komanda sāka montēt fizelāžu. Viss tika darīts no nulles. Ja vien no Mi-1 helikoptera nebija paņemta šasijas iekārta, bet no AN-2 – panelis. Auto bija paredzēts potenciālajam patērētājam: sēdekļi vienam vai diviem pilotiem un trim pasažieriem puslokā. Pasažieru vietā bija iespējams novietot konteinerus mēslojuma un smidzināšanas aprīkojuma uzglabāšanai …

Svarīga Naruševiča lidmašīnas iezīme bija tā, ka ovālais spārns nebija piestiprināts tieši pie fizelāžas. Tas atradās spārna iekšpusē uz statīviem un balstiekārtām. Tādējādi pacēlājs tika izveidots pa visu spārna virsmu.

Līdz 2004. gadam tika veikti pirmie saņemtās iekārtas lauka testi. Viņa veica vairākus lidojumus mierīgos un sānvēja apstākļos. Izgudrotāji atklāja, ka ierīcei ir ļoti neparastas aerodinamiskās īpašības. Pirmkārt, lidmašīna ar ovālu spārnu (mēs to turpmāk sauksim par SOC) vispār nereaģēja uz sānu vēja brāzmām līdz 13 m/s. Otrkārt, pacelšanās skrējienam pietika ar 150 m (AN-2 - 180 m, citām tās pašas klases lidmašīnām dažreiz pat vairāk). Taču galvenais izrādījās praktiskā kravnesības un lidmašīnas kopējās pašmasas attiecība - 0,45! Līdz šim neviens nav pietuvojies šādam koeficientam. Lidmašīnu varētu droši parādīt nākamajiem investoriem.

Šodien dīvainā Luisa Bleriota "ovaloplāna" šķiet absurda: tās būvniecības laikā franču dizainers pieļāva pārāk daudz kļūdu. Taču Bleriots rīkojās nejauši: 1906. gadā neviens nezināja, kura spārna konfigurācija uzvarēs.

Vertikālie pacelšanās gredzeni

Starp Otrā pasaules kara vācu projektiem daudzi bija absolūti pārsteidzoši ar savu drosmi un oriģinalitāti. Tādējādi Ernsta Heinkela (1944) projektētajam vertikālās pacelšanās un nosēšanās iznīcinātājam-pārtvērējam "Lark" (Lerche) bija slēgts deviņu sānu spārns un divi neatkarīgi Daimler-Benz 605D dzinēji, no kuriem katrs grieza savu dzenskrūvi. Abi propelleri atradās spārna iekšpusē. Tam laikam lidmašīna bija neparasta ar to, ka tā nozīmēja vertikālu pacelšanos un nosēšanos.

Grūti pateikt, ko Heinkels būtu darījis, ja Larks būtu iemiesots metālā. 1945. gadā Heinkel arī izstrādāja LercheII, pirmajam nepietika laika, un projekts pazuda neskaidrībā. Tomēr ikvienam ir iespēja lidot ar Skylark - datorspēlē IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Taču franči 1959. gadā atrada iespēju iemiesot savu gredzenveida spārnoto šedevru metālā. Apbrīnojamā lidmašīna SNECMA C-450 Coleoptere pat pacēlās gaisā. Tiesa, viņš piezemējās diezgan smagi, gandrīz aprakt pilotu zem sevis. Faktiski SNECMA bezpilota lidaparātu ar gredzenveida spārnu izstrādāja vēl agrāk, 1954. gadā. Tam tika dots lirisks nosaukums Atar Volant C-400 P-1 (Lidojošā zvaigzne), un tas veica vairāk nekā 200 veiksmīgus testa lidojumus. Tāpat kā vācu Lark, tā bija vertikāla pacelšanās un nosēšanās lidmašīna. Nākamais solis bija pilotējama transportlīdzekļa izveide, kas kļuva par C-450. Astoņu metru iznīcinātājs tika veiksmīgi palaists, taču, pārejot no vertikālā lidojuma uz horizontālo lidojumu, tas demonstrēja pilnīgu nespēju noturēt augstumu un iegāzās kā akmens. Pilots tika katapults, un dārgais projekts tika nekavējoties slēgts.

SNECMA C-450 (1959) Viņš varēja lidot tikai vertikāli. Kad pilots mēģināja pārslēgties uz horizontālu lidojumu, eksperimentālā konstrukcija nokrita kā akmens. Slēgtā spārna lidmašīnas projekts tika nekavējoties slēgts.

SNECMA C-450 (1959)

Viņš varēja lidot tikai vertikāli. Kad pilots mēģināja pārslēgties uz horizontālu lidojumu, eksperimentālā konstrukcija nokrita kā akmens. Slēgtā spārna lidmašīnas projekts tika nekavējoties slēgts.

Pēdējais mēģinājums izveidot vertikālu pacelšanās lidmašīnu bija amerikāņu projekts Convair Model 49 (1967). Convair tagad ir labi pazīstams ar savu zemūdenes dizainu un vairākiem citiem neprātīgiem dizainiem. Modelis 49 bija lidmašīnas un helikoptera hibrīds. Tās gredzenveida spārns slēpa arsenālu, ar kuru varēja lepoties vesels artilērijas pulks. Ložmetēji, granātmetēji, lielgabali un raķešu metēji - "49." viens pats varētu dot kauju pilnvērtīgai armijai. Ja tas būtu izgatavots. Trako projektu ASV valdība gudri noraidīja.

Slēgts spārns jauna dzīve

2006. gadā eksperti atkal sāka interesēties par ovāla spārna tēmu. Vienā no Minskas uzņēmumiem tika organizēts eksperimentālais projektēšanas darbs (R&D), lai atjaunotu lidmašīnu ar ovālu spārnu, pārbaudītu to un izpētītu aerodinamiskās īpašības. ROC galvenais dizaineris bija Aleksandrs Mihailovičs Anokhins, bijušais militārais pilots ar stabilu 35 gadu pieredzi. Naruševičs un Guščins kļuva par dizaina biroja locekļiem. 2008. gadā darbā tika iesaistīts fizisko un matemātikas zinātņu doktors, profesors Leonīds Ivanovičs Grečihins. Viņš strādāja pie raķešu aerodinamiskajām īpašībām ar slaveno Koroļovu, un tagad viņš konsultē un lasa lekcijas dažādos NVS institūtos. Rezultātā tika izveidota komanda, kas turpina strādāt pie šīs tēmas arī tagad.

Problēma bija tā, ka lidmašīna nebija pacēlusies debesīs kopš 2004. gada un bija kļuvusi praktiski neizmantojama. Taču darbs ritēja pilnā sparā. Lidmašīna tika pārveidota, sagatavota lidojumiem un izņemta no angāra. Sākās testi. Transportlīdzekļa konfigurācija palika nemainīga, taču precizēšana bija nopietna - līdz pat spārnu profila izmaiņām. Nozīmīgs darbs (kas turpinās arī tagad) padevās Grečihinam: uzbūvēja lidmašīnu ar ovālu spārnu, taču neviens to iepriekš nebija detalizēti aprēķinājis!

Tehniskās īpašības

Kas šodien ir SOC? Šī noteikti ir lidmašīna. Bet pēc savām īpašībām gaisā tas ievērojami atšķiras no parastajām mašīnām ar plakaniem vai noapaļotiem spārniem. Parastam plakanam spārnam ir raksturīga induktīvā pretestība: gaiss no zem spārna esošās augstspiediena zonas caur spārnu galiem mēdz ieplūst vakuuma zonā augšējā virsmā. Šajā gadījumā aiz lidmašīnas veidojas gala virpuļi, kuru veidošanai arī tiek patērēta enerģija, kas ir induktīvās pretestības vērtība.

Ovālam spārnam induktīvās pretestības problēma nav aktuāla, jo tam nav uzgaļu. Turklāt ienākošā gaisa plūsma, kas iet caur slēgtu cilpu, tiek virzīta uz leju, radot papildu celšanas spēku. Jo lielāks ir spārna uzbrukuma leņķis, jo spēcīgāka ir šī ietekme. Un šāda dizaina uzbrukuma leņķis var būt nepieredzēti liels.

Plūsmas apstāšanās notiek, kad gaisa strūkla, palielinoties uzbrukuma leņķim, pārstāj vienmērīgi plūst ap spārna augšējo virsmu un atraujas no tās, veidojot virpuļus. Šajā gadījumā pacēlājs uz spārna nekavējoties pazūd un aparāts zaudē kontroli. Ovālais spārns pieļauj spārna uzbrukuma leņķi līdz 50°, savukārt tā tuvākie konkurenti sasniedz maksimāli 20-22°. Slēgtā spārna iekšpusē esošais gaiss apgrūtina plūsmas apturēšanu no spārna apakšējās daļas augšējās virsmas. Un, kad plūsma atstāj slēgto cilpu, izmešanas dēļ (divu barotņu sajaukšanas process, kad viena barotne piesaista otru), tā "iesūc" gaisu, kas iet pa spārna augšējās daļas augšējo virsmu. Šie dati nav iegūti empīriski – ovālais spārns tika "izliets" ūdens kanālā.

Pirms iemiesošanās metālā un pacelšanās gaisā Baltkrievijas lidmašīna ar slēgtu spārnu cilpu piedzīvoja trīs “reinkarnācijas” - tās celtniecība sākās tālajā 1988. gadā.

Spēja lidot ārkārtīgi augstos uzbrukuma leņķos kopā ar plūsmas novirzes efektu ļauj lidmašīnai lidot ārkārtīgi zemā ātrumā, neizmantojot atlokus. SOK trūkst spārnu mehanizācijas, kas neliedz tam droši pacelties un nolaisties. Bezprecedenta pretestība iestrēgšanai ļauj lidmašīnai stabili un droši lidot visplašākajā ātruma diapazonā.

Daudzas SOC īpašības ir pārsteidzošas. Viņam izdodas paātrināties, uzlidot un piezemēties uz nelīdzenas zāliena trases tikai 400 m garumā, ar izslēgtu dzinēju, viņš labi plāno un kopumā gaisā uzvedas ļoti stabili. Ovālais spārns padara lidmašīnu manevrējamāku un efektīvāku degvielas patēriņu. Turklāt slēgtā cilpa piešķir spārnam papildu spēku. Pēc Grečihina teiktā, lidmašīnas ar klasiskajiem spārniem drīz beigsies. Tas ir ļoti vienkārši: jo lielāka ir lidmašīna, jo smagāks un jaudīgāks ir tās spārns, jo grūtāk ir saglabāt stingrību. Būtībā lidmašīna pārvadā "bezjēdzīgas" kravas masu - savu spārnu svaru. Un ovālais spārns ir divreiz vieglāks vienam un tam pašam pacēlājam.

Tradicionālās problēmas

Galvenā problēma ir tā, ka Baltkrievijas likumi par aviāciju vispār neparedz gaisa kuģu izveidi valsts teritorijā un to lidojumu darbību. Nesen Midivisana ir izveidojusi specializētu dizaina biroju bezpilota lidaparātu izstrādei Anokhin vadībā. Darbinieku vidū ir gan Narušēvičs, gan Guščins. Izveidotā entuziastu komanda nezaudē cerību, ka vismaz bezpilota lidmašīnā izdosies realizēt savu izgudrojumu - slēgto ovālo spārnu.

Gredzenu plāns Suhanovs

Mēģinājumi izveidot gredzenu lidmašīnu tika veikti arī PSRS. 1936. gadā Maskavas Aviācijas institūta students Suhanovs kā disertāciju prezentēja lidmašīnas ar gredzenveida spārnu projektu aizsardzībai. Spārna diametrs bija 3 m, un projektētais ātrums 600 km/h bija jānodrošina ar 800 zirgspēku Hispano-Suiza dzinēju. Līdz 1940. gadam diploms bija kļuvis par pilnvērtīgu īstermiņa pacelšanās un nolaišanās iznīcinātāja-pārtvērēja projektu un tika izskatīts TsAGI zinātniskajā un tehniskajā padomē. Bet nāca karš, nebija laika un naudas lidmašīnas celtniecībai un vēl vairāk tās testēšanai. 1942. gadā Novosibirskā Suhanovs uzbūvēja funkcionējošu zvana lidmašīnas modeli. Modeļu testi ir parādījuši, ka lidmašīna var izturēt uzbrukuma leņķus līdz 43°, tai ir augsta jaudas un svara attiecība, pretgriešanās īpašības un lieliska manevrētspēja. Suhanovs saņēma autora apliecību, veica visus aprēķinus, bet gredzenu plāns kara un postīšanas dēļ valstī tā arī nav ieraudzījis dienasgaismu.

Spārns parāda savas īpašības tikai pie noteiktas elipses asu attiecību viena pret otru, spārna horda garuma līdz elipses mazajai asij un citām spārna profila niansēm. Dizaineri pieteicās patentam un saņēma prioritāros sertifikātus šai spārnu formai Baltkrievijā un Krievijā. Tagad, šķiet, neviens vairs nevarēs atkārtot savus panākumus, jo visi pieejamie izdevīgo spārnu parametru "koridori" jau ir izlikti.

Laikposmam no izstrādes sākuma līdz vieglo dzinēju lidmašīnas pirmā sērijveida modeļa būvniecībai nepieciešami aptuveni 12 miljoni USD, saka Aleksandrs Anokhins. “Ar šādu spārnu varam izgatavot pat deltaplānu. Vai varat iedomāties? Deltaplāns, nebaidās no sānvēja! Galvenā problēma nav pat finansēšana: tiklīdz SOK nonāks, piemēram, MAKS, investori tiks atrasti. Problēma ir Baltkrievijas likumdošanā, saskaņā ar kuru valsts teritorijā izveidoto lidmašīnu ir ārkārtīgi grūti reģistrēt, un šajā gadījumā tas ir vienkārši neiespējami, jo tas nepieder pie zināmajām gaisa kuģu klasēm. Taču jau ir līgums ar Voroņežas lidlauku, ko plānots izmantot transportlīdzekļa tālākai pārbaudei.

Ko tālāk? Paskatīsimies. Fakts paliek fakts. Pirmo reizi lidaparātu būves vēsturē pacēlās slēgta tipa lidmašīna. Varbūt esam uz jaunu atklājumu robežas. Vai varbūt tas ir tikai ziņkārīgs lidaparāts, atsevišķs incidents. Laiks rādīs.