Самолет с замкнутым контуром крыла

erd_sol — 31.05.2021
17 декабря 1903 года человек впервые поднялся в воздух на самолете с двигателем. Человека звали Орвилл Райт, а самолет назывался Wright Flyer I.

Несмотря на заметный успех братьев Райт, многочисленные изобретатели придумывали различные конфигурации крыльев, по их понятиям более эффективные, нежели обыденные райтовские плоскости. Одним из пионеров авиации стал французский изобретатель Луи Блерио, построивший свой первый аппарат «Орнитоптер» еще в 1900 году. Правда, первым по-настоящему летающим аэропланом Блерио стала лишь 11-я по счету модель, построенная в 1909 году.

А его самолет «Блерио III», сконструированный в 1906-м и ни разу не поднявшийся в воздух, и был первый в истории авиастроения самолет с замкнутым контуром крыла.

Блерио просто экспериментировал — наугад. Он соединил полукружьями окончания крыльев обычного биплана и такую же конструкцию установил в качестве хвостового оперения. Правда, получившийся в итоге гидроплан «Блерио III» никогда не отрывался от воды самостоятельно. Очевидцами описаны несколько подлетов — когда аппарат буксировали подобно воздушному змею, но не более того.

Кроме Блерио, еще несколько конструкторов начала века экспериментировали с замкнутым крылом. Известен в свое время был аэроплан французского инженера Живодана, построенный им на фабрике Velmorel в 1909 году. В аэроплане Живодана роль крыльев играли две кольцеобразные фигуры, между которыми располагалось место пилота. Двигатель весил 80 кг и развивал 40л.с., вращая 2,4-метровый пропеллер. Как и следовало ожидать, странная конструкция, напоминающая трубу с выдранной центральной секцией, в воздух не поднялась. Стоит отметить, что французский авиамоделист Эммануэль Филлон сконструировал в 1980-х действующую модель самолета Живодана.
И модель прекрасно летала. То есть аэродинамические ее свойства были не так и плохи. Возможно, оригиналу помешали подняться в воздух чрезмерная масса или малая мощность двигателя.

Стоит упомянуть и еще одну удивительную конструкцию — так называемый Gary-Plane американца Уильяма Пирса Гэри. Самолет Гэри (1910 год) имел ровное кольцеобразное крыло диаметром 8 м — больше четырех человеческих ростов! Правда, аэроплан Гэри отличался ужасной неустойчивостью: все попытки полететь на нем заканчивались опрокидыванием вперед.

Среди немецких проектов времен Второй мировой многие были совершенно удивительны по своей смелости и нестандартности. Так, истребитель-перехватчик вертикального взлета и посадки «Жаворонок» (Lerche) конструкции Эрнста Хейнкеля (1944) имел замкнутое девятигранное крыло и два независимых мотора Daimler-Benz 605D, каждый из которых вращал свой пропеллер. Оба пропеллера располагались внутри крыла. Для того времени самолет был необычен тем, что подразумевал вертикальный взлет и посадку.

Сложно сказать, что бы вышло у Хейнкеля, если бы «Жаворонок» был воплощен в металле. В 1945 году Хейнкель разрабатывал еще и LercheII, времени на первый не хватало, и проект сгинул в безвестности.

А вот французы в 1959 году нашли возможность воплотить свой кольцекрылый шедевр в металле. Удивительный реактивный самолет SNECMA C-450 Coleoptere даже взлетел. Правда, приземлился он довольно жестко, едва не похоронив под собой пилота. Собственно, компания SNECMA разработала беспилотный летательный аппарат с кольцеобразным крылом еще раньше, в 1954 году. Он получил лирическое название Atar Volant C-400 P-1 («Летающая звезда») и совершил более 200 успешных испытательных полетов. Как и немецкий «Жаворонок», это был самолет вертикального взлета и посадки.
Следующим шагом стало создание пилотируемого аппарата, которым и стал C-450.

Восьмиметровый истребитель был успешно запущен, но французский самолет SNECMA C-450 (1959) умел летать только вертикально и при переходе от вертикального полета к горизонтальному продемонстрировал полную неспособность держать высоту и опытная конструкция камнем рухнула вниз. Пилот катапультировался, а дорогостоящий проект самолета с замкнутым контуром крыла был тотчас же закрыт.

Последней попыткой создать кольцеплан вертикального взлета был американский проект Convair Model 49 (1967). Фирма Convair сегодня хорошо известна проектом самолета-подлодки и рядом других безумных конструкций. Model49 был гибридом самолета и вертолета. Его кольцевидное крыло скрывало под собой арсенал, которым мог бы гордиться целый артиллерийский полк. Пулеметы, гранатометы, пушки и ракетометы — «49-й» мог в одиночку дать бой полноценной армии. Если бы был изготовлен. Сумасшедший проект был благоразумно отклонен правительством США.

Новая жизнь замкнутого крыла

В 2006 году темой овального крыла опять заинтересовались специалисты. На одном из минских предприятий была организована опытно-конструкторская работа (ОКР) по восстановлению самолета с овальным крылом, его испытаниям и изучению аэродинамических особенностей. Главным конструктором ОКР стал Александр Михайлович Анохин, бывший военный летчик с солидным 35-летним стажем. Нарушевич и Гущин вошли в состав конструкторского бюро. В 2008-м к работе был привлечен доктор физико-математических наук, профессор Леонид Иванович Гречихин. Он работал над аэродинамическими свойствами ракет еще со знаменитым Королевым, а ныне консультирует и читает лекции в различных институтах СНГ. В итоге сложился коллектив, который и сейчас продолжает работу над этой тематикой.



Технические особенности



Самолет с овальным крылом по своим качествам в воздухе заметно отличается от обычных машин с плоскими или закругленными крыльями. Для обычного плоского крыла характерно индуктивное сопротивление: воздух из зоны повышенного давления под крылом стремится перетекать в зону разрежения на верхней поверхности через законцовки крыла. При этом за самолетом образуются концевые вихри, на формирование которых также расходуется энергия, которая и составляет величину индуктивного сопротивления.

Для овального крыла проблема индуктивного сопротивления не актуальна, поскольку у него отсутствуют законцовки. Кроме того, набегающий поток воздуха, проходя сквозь замкнутый контур, направляется вниз, создавая дополнительную подъемную силу. Этот эффект проявляется тем сильнее, чем больше угол атаки крыла. А угол атаки у подобной конструкции может быть беспрецедентно большим.

Срыв потока происходит, когда воздушная струя при увеличении угла атаки перестает плавно обтекать верхнюю поверхность крыла и отрывается от нее с образованием вихрей. При этом подъемная сила на крыле тут же пропадает и аппарат теряет контроль. Овальное крыло допускает угол атаки крыла до 50°, в то время как его ближайшие конкуренты достигают максимум 20−22°. Воздух, находящийся внутри замкнутого крыла, затрудняет срыв потока с верхней поверхности нижней части крыла. А при выходе потока из замкнутого контура он за счет эжекции (процесса смешения двух сред, когда одна среда увлекает за собой другую) «подсасывает» воздух, проходящий по верхней поверхности верхней части крыла. Эти данные получены не эмпирическим путем — овальное крыло «проливали» в гидроканале.

Способность летать на экстремально больших углах атаки вкупе с эффектом отклонения потока позволяют аппарату летать на предельно малых скоростях без использования закрылков. У самолета с овальным крылом отсутствует механизация крыла, что не мешает ему надежно взлетать и садиться. Беспрецедентная устойчивость к срыву потока позволяет самолету устойчиво и надежно летать в самом широком скоростном диапазоне.

Многие качества самолета с овальным крылом удивляют. Он успевает разогнаться, подлететь и приземлиться на неровной травянистой дорожке длиной всего 400 м, при выключенном моторе хорошо планирует и вообще ведет себя в воздухе очень стабильно. Овальное крыло делает самолет более маневренным и экономичным. Кроме того, замкнутый контур придает крылу дополнительную прочность. Чем больше самолет, тем тяжелее и мощнее его крыло, тем труднее поддерживать его жесткость. По сути, самолет несет массу «бесполезной» нагрузки — вес собственных лонжеронов. А овальное крыло в два раза легче при той же подъемной силе.

Свои свойства крыло проявляет только при определенном отношении осей эллипса друг к другу, длины хорды крыла к малой оси эллипса и прочих нюансах профиля крыла.

Источник:
https://www.popmech.ru/technologies/10147-okoltsovannyy-samolet-koltseplan/

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив