Nawet najbardziej niezwykłe samoloty były budowane zgodnie z zasadami symetrii u zarania przemysłu lotniczego. Każdy samolot miał konwencjonalny kadłub, do którego prostopadle przymocowano konwencjonalne skrzydła. Jednak stopniowo, wraz z rozwojem aerodynamiki, projektanci zaczęli zastanawiać się nad stworzeniem samolotu z asymetrycznym skrzydłem. Jako pierwsi doszli do tego przedstawiciele ponurego niemieckiego geniuszu: w 1944 roku podobny projekt zaproponował Richard Vogt, główny projektant firmy Blohm & Voss. Jednak jego projekt nie był wykonany z metalu, amerykański NASA AD-1 był naprawdę pierwszym samolotem z obrotowym skrzydłem.
NASA AD-1 (Ames Dryden-1) to eksperymentalny samolot zaprojektowany do badania koncepcji asymetrycznego, zmiennego skrzydła obrotowego. Stał się pierwszym na świecie samolotem ze skośnym skrzydłem. Niezwykły samolot został zbudowany w Stanach Zjednoczonych w 1979 roku i wykonał swój pierwszy lot 21 grudnia tego samego roku. Testy samolotu z obrotowym skrzydłem trwały do sierpnia 1982 r., kiedy to 17 pilotom udało się opanować AD-1. Po zamknięciu programu samolot trafił do Muzeum Miasta San Carlos, gdzie nadal jest dostępny dla wszystkich zwiedzających i jest jednym z najważniejszych eksponatów na wystawie.
Niemieckie eksperymenty
W Niemczech podczas II wojny światowej dość poważnie pracowali nad stworzeniem samolotu z asymetrycznym skrzydłem. Projektant Richard Vogt słynął z nietypowego podejścia do tworzenia techniki lotniczej, zrozumiał, że nowy schemat nie przeszkodzi samolotowi w ustabilizowaniu się w powietrzu. W 1944 stworzył projekt samolotów Blohm & Voss i P.202. Główną ideą niemieckiego projektanta była możliwość znacznego zmniejszenia oporu podczas lotu z dużą prędkością. Samolot wystartował z konwencjonalnym symetrycznym skrzydłem, ponieważ małe skośne skrzydło miało wysoki współczynnik nośności, ale już podczas lotu skrzydło obracało się w płaszczyźnie równoległej do osi kadłuba, zmniejszając poziom oporu. W tym samym czasie w Niemczech prowadzono prace nad klasycznym symetrycznym skosem skrzydła na myśliwcu Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss i P.202
Ale nawet w Niemczech w ostatnich latach wojny projekt samolotów Blohm & Voss i P.202 wydawał się szalony, nigdy nie był ucieleśniony w metalu, pozostając na zawsze tylko w formie planów. Samolot zaprojektowany przez Vogta miał otrzymać rozpiętość skrzydeł 11,98 metra, które obracały się na środkowym zawiasie pod kątem do 35 stopni - przy maksymalnym odchyleniu rozpiętość skrzydeł zmieniła się do 10,06 metra. Za główną wadę projektu uznano ciężki i nieporęczny (według obliczeń) mechanizm obracania skrzydła, który zajmował dużo miejsca wewnątrz kadłuba samolotu oraz niemożność wykorzystania skrzydła do zawieszenia dodatkowej broni i wyposażenia była również poważną wadą.
Co zaskakujące, Vogt nie był jedynym niemieckim projektantem, który rozważał skrzydło huśtawkowe. Podobny projekt przygotowali inżynierowie Messerschmitt. Prezentowany przez nich projekt Me P.1109 otrzymał nawet przydomek „skrzydło nożycowe”. Stworzony przez nich projekt miał jednocześnie dwa skrzydła. Co więcej, byli od siebie niezależni. Jedno skrzydło znajdowało się nad kadłubem samolotu, drugie - pod nim. Podczas obracania górnego skrzydła zgodnie z ruchem wskazówek zegara dolne skrzydło obracało się w ten sam sposób, ale przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Ta konstrukcja umożliwiła jakościową kompensację pochylenia samolotu z asymetryczną zmianą zamiatania. Jednocześnie skrzydła mogły obracać się pod kątem do 60 stopni, natomiast gdy były ustawione prostopadle do kadłuba samolotu, nie różniło się to niczym od klasycznego dwupłatowca. W ten sposób Messerschmitt zmierzył się z tymi samymi problemami, co Blohm & Voss: bardzo złożonym mechanizmem obrotowym. Pomimo tego, że żaden z niemieckich samolotów asymetrycznych nie wyszedł poza projekty papierowe, należy przyznać, że Niemcy poważnie wyprzedzali swój czas w swoim rozwoju. Amerykanie mogli zrealizować swój plan dopiero pod koniec lat siedemdziesiątych.
NASA AD-1 - latająca asymetria
Idee niemieckich projektantów zostały wdrożone w metalu przez ich amerykańskich kolegów. Jak najdokładniej podeszli do sprawy. Niezależnie od Niemców w 1945 roku amerykański inżynier Robert Thomas Johnson przedstawił swój pomysł na rodzaj „skrzydła nożycowego”, według jego pomysłu takie skrzydło musiało obracać się na specjalnym zawiasie. Jednak w tamtych latach nie mógł zrealizować swojego pomysłu, możliwości techniczne nie pozwalały. Zmieniło się to w latach 70., kiedy technologia umożliwiła tworzenie samolotów asymetrycznych. W tym samym czasie jako konsultant projektu został zaproszony ten sam Richard Vogt, który wyemigrował do Stanów Zjednoczonych po zakończeniu II wojny światowej.
W tym czasie projektanci wiedzieli już, że samoloty ze zmiennymi skrzydłami skośnymi mają wiele wad. Główne wady tego projektu obejmowały: przesunięcie skupienia aerodynamicznego podczas zmiany zamiatania, co doprowadziło do wzrostu oporu równoważenia; wzrost masy konstrukcji ze względu na obecność belki napędowej i zawiasów obrotowych zamocowanych do niej konsol, a także uszczelnienia cofniętego położenia skrzydła samolotu. Oba te niedociągnięcia były ostatecznie przyczyną zmniejszenia zasięgu lotu lub zmniejszenia masy ładunku.
Jednocześnie pracownicy NASA byli pewni, że samolot z asymetrycznie zmiennym skrzydłem skośnym (KAIS) będzie pozbawiony wymienionych wad. Przy takim schemacie skrzydło byłoby przymocowane do kadłuba samolotu za pomocą jednego zawiasu obrotowego, a zmiana wychylenia konsol podczas obracania skrzydła byłaby wykonywana jednocześnie, ale miała odwrotny charakter. Analiza porównawcza samolotów ze zmiennymi skrzydłami skośnymi standardowego schematu i KAIS przeprowadzona przez specjalistów NASA wykazała, że drugi schemat wykazuje spadek oporu o 11-20 procent, masa konstrukcji spada o 14 procent, a opór fali podczas lotu z prędkością ponaddźwiękową powinien spaść o 26 proc….
Jednocześnie samolot z asymetrycznym skrzydłem miał swoje wady. Przede wszystkim, przy dużym kącie wychylenia prosto wygięty wspornik ma większy efektywny kąt natarcia niż wspornik odwrócony wygięty, co prowadzi do asymetrii oporu i w konsekwencji do pojawienia się pasożytniczych momentów obrotowych w skoku, toczyć się i zbaczać. Drugim problemem było to, że KAIS charakteryzuje się dwukrotnie większym przyrostem grubości warstwy przyściennej wzdłuż rozpiętości skrzydeł, a każde asymetryczne przeciągnięcie przepływu wywołuje intensywne zaburzenia. Mimo to uważano, że negatywne skutki można wyeliminować, wprowadzając system sterowania fly-by-wire, który automatycznie wpływałby na sterowanie aerodynamiczne samolotu, w zależności od różnych parametrów: kąta natarcia, prędkości lotu, wychylenia skrzydła kąt. W każdym razie, aby sprawdzić wszystkie obliczenia, trzeba było zbudować latający model.
Koncepcja KAIS została pomyślnie przetestowana na modelu bezzałogowym, po czym trzeba było przejść do stworzenia pełnoprawnego samolotu. Projekt eksperymentalny został oznaczony jako NASA AD-1 lub Ames Dryden-1. Samolot został nazwany na cześć ośrodków badawczych, które pracowały nad projektem - NASA Ames i NASA Dryden. Jednocześnie specjaliści Boeinga byli odpowiedzialni za ogólny projekt samolotu. Zgodnie z wyliczeniami inżynierów NASA i dostępnymi warunkami zamówienia, wymagane samoloty zmontowała amerykańska firma Rutan Aircraft Factory. Jednocześnie jednym z wymogów projektu było utrzymanie budżetu w wysokości 250 tys. dolarów. W tym celu eksperymentalny samolot został tak prosty technicznie, jak to tylko możliwe i tani, w samolocie zainstalowano raczej słabe silniki. Nowy samolot był gotowy w lutym 1979 roku, po czym został dostarczony do Kalifornii na lotnisko Dryden NASA.
Skrzydło eksperymentalnego samolotu AD-1 mogło obracać się wzdłuż osi centralnej o 60 stopni, ale tylko w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (rozwiązanie to znacznie uprościło konstrukcję, nie tracąc przy tym jej zalet). Obrót skrzydła z prędkością 3 stopni na sekundę zapewniał kompaktowy silnik elektryczny, który zainstalowano wewnątrz kadłuba samolotu bezpośrednio przed głównymi silnikami. Jako ten ostatni zastosowano dwa klasyczne silniki turboodrzutowe Microturbo TRS18 produkcji francuskiej o ciągu 100 kgf każdy. Rozpiętość skrzydła trapezowego przy ustawieniu prostopadle do kadłuba wynosiła 9,85 metrów, a przy maksymalnym skręcie tylko 4,93 metrów. Jednocześnie maksymalna prędkość lotu nie przekraczała 400 km/h.
Samolot po raz pierwszy wzbił się w przestworza 21 grudnia 1979 roku. Podczas swojego dziewiczego lotu pilotował go pilot testowy NASA Thomas McMurphy. Start samolotu odbywał się przy prostopadłym skrzydle, kąt obrotu skrzydła zmieniał się już w locie po osiągnięciu wymaganej prędkości i wysokości. Przez następne 18 miesięcy, przy każdym nowym locie próbnym, skrzydło samolotu AD-1 było obracane o 1 stopień, rejestrując wszystkie wskaźniki lotu. W rezultacie w połowie 1980 roku eksperymentalny samolot osiągnął maksymalny kąt skrzydła 60 stopni. Loty testowe trwały do sierpnia 1982 r., wykonując łącznie 79 lotów samolotu. Tak się złożyło, że podczas ostatniego lotu 7 sierpnia 1982 roku samolot został podniesiony przez Thomasa McMurphy, podczas gdy przez cały okres testowy latało na nim 17 różnych pilotów.
W programie badań założono, że uzyskane wyniki pozwolą wykorzystać asymetryczną zmianę wychylenia skrzydła podczas wykonywania długich lotów międzykontynentalnych – prędkość i oszczędność paliwa powinny najlepiej się opłacić na bardzo długich dystansach. Eksperymentalny samolot NASA AD-1 otrzymał pozytywne recenzje od pilotów i specjalistów, ale projekt nie doczekał się dalszego rozwoju. Problem polegał na tym, że program był początkowo postrzegany jako program badawczy. Po otrzymaniu wszystkich niezbędnych danych NASA po prostu wysłała unikalny samolot do hangaru, skąd został później przeniesiony do muzeum lotnictwa. NASA zawsze była organizacją badawczą, która nie zajmowała się konstrukcją samolotów i żaden z największych producentów samolotów nie był zainteresowany koncepcją skrzydła obrotowego. Domyślnie każdy międzykontynentalny liniowiec pasażerski był bardziej złożony i większy niż „zabawkowy” samolot AD-1, więc firmy nie ryzykowały. Nie chcieli inwestować w badania i rozwój, choć obiecujący, ale wciąż podejrzany projekt. Czas na innowacje w tym obszarze ich zdaniem jeszcze nie nadszedł.
Osiągi lotnicze NASA AD-1:
Wymiary gabarytowe: długość - 11,8 m, wysokość - 2,06 m, rozpiętość skrzydeł - 9,85 m, powierzchnia skrzydeł - 8,6 m2.
Masa własna - 658 kg.
Maksymalna masa startowa - 973 kg.
Elektrownia to 2 silniki turboodrzutowe Microturbo TRS18-046 o ciągu 2x100 kgf.
Prędkość przelotowa – 274 km/h.
Maksymalna prędkość to do 400 km/h.
Załoga - 1 osoba.
