Jak wiecie, środkowa część jest tą częścią skrzydła samolotu, która łączy lewy i prawy samolot i służy w rzeczywistości do mocowania skrzydła do kadłuba. Zgodnie z logiką sekcja środkowa powinna być sztywną konstrukcją. Ale 21 grudnia 1979 r. Wystartował samolot NASA AD-1, którego skrzydło było przymocowane do kadłuba … na zawiasie i mogło się obracać, nadając samolotowi asymetryczny kształt.
Wszystko zaczęło się jednak dużo wcześniej – od ponurego krzyżackiego geniusza Richarda Vogta, głównego konstruktora legendarnej firmy Blohm & Voss. Vogt, znany ze swojego nietypowego podejścia do konstrukcji samolotów, zbudował już samoloty asymetryczne i wiedział, że taki schemat nie przeszkadzał w utrzymaniu stabilnego samolotu w powietrzu. A w 1944 roku narodził się projekt Blohm & Voss i P.202.
Główną ideą Vogta była możliwość znacznego zmniejszenia oporu podczas lotu z dużą prędkością. Samolot wystartował z konwencjonalnym symetrycznym skrzydłem (ponieważ małe skrzydło skośne ma wysoki współczynnik nośności), aw locie obracał się w płaszczyźnie równoległej do osi kadłuba, zmniejszając w ten sposób opór. Właściwie było to jedno z rozwiązań do realizacji zmiennego przechyłu skrzydła - w tym samym czasie Niemcy opracowali klasyczny symetryczny przemiat na samolocie Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss i P.202 wydawali się zbyt szaleni, by wejść do serii. Jego skrzydło o rozpiętości 11,98 m mogło obracać się na centralnym zawiasie pod kątem do 35° - przy maksymalnym kącie rozpiętość zmieniała się na 10,06 m. brak możliwości wykorzystania skrzydła do montażu dodatkowego wyposażenia. Projekt pozostał tylko na papierze.
W tym samym czasie nad podobnym projektem pracowali specjaliści z Messerschmitta. Ich pojazd, Me P.1109, otrzymał przydomek „skrzydło nożycowe”. Samochód miał dwa skrzydła i niezależne zewnętrznie: jedno znajdowało się nad kadłubem, drugie - pod nim. Gdy górne skrzydło zostało obrócone zgodnie z ruchem wskazówek zegara, dolne skrzydło zostało podobnie obrócone w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara - ta konstrukcja umożliwiła jakościowe skompensowanie przekrzywienia samolotu z asymetryczną zmianą zamiatania.
Skrzydła mogły obracać się do 60 °, a gdy były prostopadłe do osi kadłuba, samolot wyglądał jak zwykły dwupłatowiec.
Trudności Messerschmitta były takie same, jak w przypadku Blohm & Voss: złożony mechanizm i dodatkowo problemy z konstrukcją obudowy. W rezultacie nawet samolot zbudowany z żelaza o symetrycznie zmiennym skoku - Messerschmitt Р.1101, nie wszedł do produkcji, nie mówiąc już o asymetrycznych konstrukcjach, które pozostały tylko projektami. Niemcy za bardzo wyprzedzili swój czas.
Korzyści i straty
Zalety przemiatania asymetrycznie zmiennego są takie same jak przemiatania symetrycznego. Kiedy samolot startuje, wymagana jest duża siła nośna, ale kiedy leci z dużą prędkością (zwłaszcza powyżej prędkości dźwięku), siła nośna nie jest już tak istotna, ale duży opór zaczyna przeszkadzać. Inżynierowie lotnictwa muszą znaleźć kompromis. Zmieniając przemiatanie, dron dostosowuje się do trybu lotu. Z obliczeń wynika, że ustawienie skrzydła pod kątem 60° do kadłuba znacznie zmniejszy opór aerodynamiczny, zwiększając maksymalną prędkość przelotową i zmniejszając zużycie paliwa.
Ale w tym przypadku pojawia się drugie pytanie: po co nam asymetryczna zmiana przemiatania, jeśli symetryczna jest znacznie wygodniejsza dla pilota i nie wymaga kompensacji? Faktem jest, że główną wadą przeciągnięcia symetrycznego jest techniczna złożoność mechanizmu zmiany, jego solidna masa i koszt. Przy asymetrycznej zmianie urządzenie jest znacznie prostsze - w rzeczywistości oś ze sztywnym mocowaniem skrzydła i jego mechanizmem obrotowym.
Taki schemat jest średnio o 14% lżejszy i minimalizuje charakterystyczną impedancję podczas lotu z prędkością przekraczającą prędkość dźwięku (czyli zalety przejawiają się również w osiągach lotu). Ta ostatnia jest spowodowana falą uderzeniową, która pojawia się, gdy część przepływu powietrza wokół samolotu nabiera prędkości ponaddźwiękowej. Wreszcie jest to najbardziej „budżetowy” wariant przemiatania zmiennych.
OWRA RPW
Bezzałogowy statek powietrzny wyprodukowany przez NASA na początku lat 70. w celu eksperymentalnego badania właściwości lotu asymetrycznego przemiatania. Urządzenie było w stanie obrócić skrzydło o 45 ° zgodnie z ruchem wskazówek zegara i istniało w dwóch konfiguracjach - krótkoogoniastej i długoogoniastej.
Dlatego wraz z rozwojem technologii ludzkość nie mogła nie wrócić do interesującej koncepcji. Na początku lat 70. na zlecenie NASA wyprodukowano bezzałogowy statek powietrzny OWRA RPW (Oblique Wing Research Aircraft) w celu zbadania właściwości lotu takiego schematu. Konsultantem ds. rozwoju był sam Vogt, który po wojnie wyemigrował do Stanów Zjednoczonych, w tym czasie już bardzo starszy mężczyzna, a głównym projektantem i ideologiem odrodzenia pomysłu był inżynier NASA Richard Thomas Jones. Jones popierał ten pomysł od 1945 roku, kiedy był pracownikiem NACA (poprzednika NASA, National Advisory Committee for Aeronautics), a do czasu zbudowania próbki absolutnie wszystkie obliczenia teoretyczne zostały opracowane i dokładnie przetestowany.
Skrzydło OWRA RPW mogło obracać się do 45°, dron miał szczątkowy kadłub i ogon – w rzeczywistości był to układ latający, którego centralnym i jedynym ciekawym elementem było skrzydło. Większość badań przeprowadzono w tunelu aerodynamicznym, niektóre w prawdziwym locie. Skrzydło spisało się dobrze, a NASA postanowiła zbudować pełnoprawny samolot.
A teraz - lataj
Oczywiście asymetryczna zmiana wychylenia ma również wady - w szczególności asymetrię oporu czołowego, pasożytnicze momenty skrętu prowadzące do nadmiernego przechyłu i odchylenia. Ale to wszystko już w latach 70. można było pokonać przez częściową automatyzację sterowania.
Samolot NASA AD-1
Latał 79 razy. W każdym locie testerzy ustawiali skrzydło w nowej pozycji, a uzyskane dane analizowano i porównywano ze sobą.
Samolot AD-1 (Ames Dryden-1) stał się wspólnym pomysłem wielu organizacji. Został zbudowany z żelaza przez Ames Industrial Co., ogólny projekt został wykonany na Boeingu, badania technologiczne przeprowadziła firma Bertha Rutana Scaled Composites, a testy w locie przeprowadzono w Centrum Badawczym Dryden w Lancaster w Kalifornii. Skrzydło AD-1 mogło obracać się na osi środkowej o 60° i tylko w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (co znacznie uprościło konstrukcję bez utraty zalet).
Skrzydło napędzane było kompaktowym silnikiem elektrycznym umieszczonym wewnątrz kadłuba bezpośrednio przed silnikami (w tym ostatnim zastosowano klasyczne francuskie silniki turboodrzutowe Microturbo TRS18). Rozpiętość skrzydła trapezowego w pozycji prostopadłej wynosiła 9,85 m, a w pozycji obróconej tylko 4,93, co pozwoliło osiągnąć prędkość maksymalną 322 km/h.
21 grudnia AD-1 wystartował po raz pierwszy, a przez następne 18 miesięcy z każdym nowym lotem skrzydło było obracane o 1 stopień, rejestrując wszystkie wskaźniki samolotu. W połowie 1981 roku samolot „osiągnął” maksymalny kąt 60 stopni. Loty trwały do sierpnia 1982 roku, w sumie AD-1 wystartował 79 razy.
NASA AD-1 (1979)
Jedyny samolot z asymetrycznym skrzydłem, który wzbił się w powietrze. Skrzydło obróciło się do 60 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
Główną ideą Jonesa było wykorzystanie asymetrycznych zmian przemiatania w samolotach do lotów międzykontynentalnych - prędkość i oszczędność paliwa najlepiej opłacały się na bardzo długich dystansach. Samolot AD-1 naprawdę otrzymał pozytywne recenzje zarówno od ekspertów, jak i pilotów, ale, co dziwne, historia nie doczekała się żadnej kontynuacji. Problem polegał na tym, że cały program to przede wszystkim badania. Po otrzymaniu wszystkich niezbędnych danych NASA wysłała samolot do hangaru; 15 lat temu przeniósł się do wiecznego magazynu w Muzeum Lotnictwa Hillier w San Carlos.
NASA jako organizacja badawcza nie zajmowała się budową samolotów i żaden z głównych producentów samolotów nie był zainteresowany koncepcją Jonesa. Interkontynentalne liniowce domyślnie są znacznie większe i bardziej złożone niż „zabawka” AD-1, a firmy nie odważyły się zainwestować ogromnych sum pieniędzy w badania i rozwój obiecującego, ale bardzo podejrzanego projektu. Klasyka wygrała z innowacją.
Richard Gray, pilot testowy AD-1 NASA
Po pomyślnym odlocie z programu na asymetrycznym skrzydle, zginął w 1982 roku w katastrofie prywatnego samolotu szkoleniowego Cessna T-37 Tweet.
Następnie NASA powróciła do tematu „skośnego skrzydła”, budując w 1994 r. małego drona o rozpiętości skrzydeł 6,1 mi możliwości zmiany kąta nachylenia z 35 do 50 stopni. Został zbudowany w ramach tworzenia transkontynentalnego samolotu pasażerskiego na 500 miejsc. Ale ostatecznie prace nad projektem zostały odwołane z tych samych powodów finansowych.
To jeszcze nie koniec
Niemniej jednak „skośne skrzydło” otrzymało trzecie życie, tym razem dzięki interwencji znanej agencji DARPA, która w 2006 roku zaoferowała Northrop Grumman 10-milionowy kontrakt na opracowanie bezzałogowego statku powietrznego z asymetryczną zmianą skoku.
Ale korporacja Northrop zapisała się w historii lotnictwa przede wszystkim ze względu na rozwój samolotów typu „latające skrzydło”: założyciel firmy, John Northrop był entuzjastą takiego schematu, od samego początku wyznaczał kierunek badań przez wiele lat (firmę założył pod koniec lat 30., zmarł w 1981 r.).
W rezultacie specjaliści Northrop postanowili w nieoczekiwany sposób przekroczyć technologię latającego skrzydła i asymetrycznego unoszenia. W rezultacie powstał dron Northrop Grumman Switchblade (nie mylić z innym ich konceptualnym opracowaniem - myśliwcem Northrop Switchblade).
Konstrukcja drona jest dość prosta. Do 61-metrowego skrzydła dołączony jest moduł na zawiasach z dwoma silnikami odrzutowymi, kamerami, elektroniką sterującą i niezbędnymi do misji osprzętem (na przykład pociski lub bomby). Moduł nie ma nic zbędnego - kadłub, upierzenie, ogon, przypomina gondolę balonową, chyba że z jednostkami napędowymi.
Kąt obrotu skrzydła względem modułu jest wciąż ten sam idealny 60 stopni, obliczony w latach 40.: pod tym kątem fale uderzeniowe powstające podczas poruszania się z prędkością ponaddźwiękową są niwelowane. Z obróconym skrzydłem dron jest w stanie przelecieć 2500 mil z prędkością 2,0 m.
Koncepcja samolotu była gotowa do 2007 r., a do 2010 r. firma obiecała przeprowadzić pierwsze testy układu o rozpiętości skrzydeł 12,2 m - zarówno w tunelu aerodynamicznym, jak iw prawdziwym locie. Northrop Grumman zaplanował, że pierwszy lot pełnowymiarowego drona odbędzie się około 2020 roku.
Ale już w 2008 roku agencja DARPA straciła zainteresowanie projektem. Wstępne obliczenia nie przyniosły zaplanowanych rezultatów i DARPA wycofała się z umowy, zamykając program na etapie modelu komputerowego. Więc pomysł asymetrycznego przemiatania znowu nie miał szczęścia.
Czy tak czy nie?
W rzeczywistości jedynym czynnikiem, który zabił interesującą koncepcję, była ekonomia. Posiadanie sprawnych i sprawdzonych obwodów sprawia, że tworzenie złożonego i nieprzetestowanego systemu jest nieopłacalne. Ma dwa obszary zastosowania – transkontynentalne loty ciężkich liniowców (główna idea Jonesa) oraz wojskowe drony zdolne do poruszania się z prędkościami przekraczającymi prędkość dźwięku (główne zadanie Northrop Grumman).
W pierwszym przypadku korzyści to oszczędność paliwa i wzrost prędkości, inne rzeczy są porównywalne z konwencjonalnymi samolotami. W drugim największe znaczenie ma minimalizacja oporu fali w momencie, gdy samolot osiąga krytyczną liczbę Macha.
To, czy pojawi się samolot seryjny o podobnej konfiguracji, zależy wyłącznie od woli producentów samolotów. Jeśli któryś z nich zdecyduje się zainwestować pieniądze w badania i budowę, a następnie udowodnić w praktyce, że koncepcja jest nie tylko funkcjonalna (to już udowodniono), ale także samowystarczalna, to asymetryczna zmiana rozciągnięcia ma szanse powodzenia. Jeśli w ramach światowego kryzysu finansowego nie znajdziemy takich śmiałków, „skośne skrzydło” pozostanie jeszcze jedną częścią bogatej w ciekawostki historii lotnictwa.
Charakterystyka samolotu NASA AD-1
Załoga: 1 osoba
Długość: 11, 83 m²
Rozpiętość skrzydeł: 9,85 m prostopadle, 4,93 m ukośnie
Kąt skrzydła: do 60°
Powierzchnia skrzydła: 8, 6 2
Wysokość: 2,06 m²
Waga pustego samolotu: 658 kg
Maks. masa startowa: 973 kg
Układ napędowy: 2 x silniki odrzutowe Microturbo TRS-18
Ciąg: 100 kgf na silnik
Pojemność paliwa: 300 litrów Prędkość maksymalna: 322 km/h
Pułap serwisowy: 3658 m²
Prawdziwi pionierzy
Mało kto wie, że pierwszy samolot o zmiennej geometrii skrzydeł nie został zbudowany przez Niemców podczas II wojny światowej (jak twierdzi większość źródeł), ale przez francuskich pionierów lotnictwa Barona Edmonda de Marcai i Emile Monina jeszcze w 1911 roku. Jednopłatowiec Markay-Monin został zaprezentowany publiczności w Paryżu 9 grudnia 1911 roku, a sześć miesięcy później wykonał swój pierwszy udany lot.
W rzeczywistości de Marcay i Monin wymyślili klasyczny schemat symetrycznie zmiennej geometrii - do zawiasów przymocowano dwa oddzielne samoloty skrzydłowe o łącznej maksymalnej rozpiętości 13,7 m, a pilot mógł zmienić kąt ich położenia względem kadłuba w prawo w locie. Na ziemi, do transportu, skrzydła można było złożyć, podobnie jak skrzydła owadów „za plecami”. Złożoność konstrukcji i konieczność przejścia na bardziej funkcjonalne samoloty (w związku z wybuchem wojny) zmusiły konstruktorów do zaniechania dalszych prac nad projektem.
