Ringplaan: suletud tiivaaasaga lennuk

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Kinnise tiivaaasaga lennuk lennata ei saa – seda on aeg tõestanud. Ringlennukeid on üritatud saada juba vendade Wrightide ajast ja ükski selline struktuur pole suutnud mitu minutit üleval püsida. Kuid inimmõistus ei anna alla. 2007. aastal tõusis sarnane seade pärast 100 aastat ja enam kui 20 katset õhku. Ja ta tõestas, et on manööverdatav, kerge ja vastupidav lennuk.

See lugu sai alguse 1988. aastal, kui asjad hakkasid juba liidu kokkuvarisemise poole liikuma, kuid hiiglasliku riigi juhtide südames hõõgus veel stabiilsuse lootus. Minski hammasrataste tehase tehnilise loovuse klubi sai kohalikult põllumajandusstruktuurilt loomingulise ülesande: kavandada manööverdusvõimeline ja kerge lennuk, mis talub tugevat külgtuult. Kõige populaarsem "talunik" oli sel ajal AN-2: ta võis pardale võtta palju väetisi ja pritsimisseadmeid. Kuid tuul oli tema kohutav vaenlane – lõpututel Kubani väljadel meenutas AN-2 juhitavuse poolest hullunud elevanti. Juhtumiga võtsid käsile lennutehnik Arkadi Aleksandrovitš Naruševitš, piloot Anatoli Leonidovitš Guštšin ja mitmed teised isikud. Pärast pikka uurimistööd jõudis Naruševitš ootamatule järeldusele: on vaja ehitada suletud tiiva kontuuriga lennuk, kuid mitte ringikujuline, vaid ovaalne. Ehitati mitu mudelit, mis lendasid üsna edukalt (märkin, et meie vestluse ajal tegi Naruševitš pabermudeli 15 minutiga - ja see lendas!). Entusiastid ostsid materjale ja ehitasid ovaalse tiiva. Ja siis kukkus 1991. NSV Liit jäi minevikku, rahastamine lõppes vaid mõne päevaga ja ülejäänud vahendid võeti välja. Tiib saadeti pikaajalisele ladustamisele ja lennukiprojekt unustati. Kuid see polnud kaugeltki lõpp.

Bleriotist Zhivodanini

17. detsembril 1903 tõusis mees mootoriga lennukis esimest korda õhku. Mehe nimeks oli Orville Wright ja lennuki nimeks Wright Flyer I.

Vaatamata vendade Wrightide märkimisväärsele edule on arvukad leiutajad välja pakkunud erinevaid tiivakonfiguratsioone, mis on nende kontseptsioonide kohaselt tõhusamad kui tavalised Wrighti lennukid. Üks lennunduse pioneere oli prantsuse leiutaja Louis Bleriot, kes ehitas oma esimese Ornithopteri seadme juba 1900. aastal. Tõsi, alles 1909. aastal ehitatud 11. mudelist sai Blerioti esimene tõeliselt lendav lennuk. Meid see üldse ei huvita, vaid 1906. aastal disainitud ja kordagi õhkutõusnud lennuk Bleriot III. See oli esimene suletud tiivaahelaga lennuk lennukiehituse ajaloos.

Bleriot lihtsalt katsetas – juhuslikult. Ta ühendas tavalise kahetasandilise lennuki tiibade otsad poolringidena ja paigaldas sama kujunduse nagu saba. Tõsi, saadud vesilennuk "Bleriot III" ei tõusnud kunagi iseseisvalt veest õhku. Pealtnägijad kirjeldasid mitmeid lende – kui seadet veeti nagu lohet, aga ei midagi enamat.

Tänapäeval on Blérioti vead ilmselged: liiga raske saba, suured tõstekadud valesti valitud tiivakontuuri tõttu. Kuid fakt jääb faktiks – suletud tiibadega lennukid alustasid oma teekonda lennunduses.

Lisaks Bleriotile katsetasid kinnise tiivaga veel mitmed sajandi alguse disainerid. Prantsuse inseneri Živodani lennuk, mille ta 1909. aastal Velmoreli tehases ehitas, oli omal ajal kuulus. Kõik ja kõik, sealhulgas Scientific American ja mitmed lugupeetud väljaanded, on kirjutanud hämmastavast masinast, mis avab lennunduse uue ajastu. Živodani lennukis täitsid tiibade rolli kaks rõngakujulist kuju, mille vahel asus piloodiiste. Mootor kaalus 80 kg ja arendas 2,4-meetrist propellerit pöörates 40 hj. Nagu arvata võis, õhku ei tõusnud kummaline, väljarebitud keskosaga toru meenutav konstruktsioon. Väärib märkimist, et Prantsuse mudellennukite disainer Emmanuel Fillon konstrueeris Zhivodani lennukite töötava mudeli 1980. aastatel. Ja modell lendas ilusti. See tähendab, et selle aerodünaamilised omadused polnudki nii halvad. Liigne mass või väike mootori võimsus võis takistada originaalil õhkutõusmist.

Tasub mainida veel üht hämmastavat disaini – ameeriklase William Pierce Gary nn Gary-Plane’i. Gary lennukil (1910) oli lame rõngakujuline tiib, mille läbimõõt oli 8 m – rohkem kui neli inimkõrgust! Tõsi, Gary lennuk paistis silma oma kohutava ebastabiilsuse poolest: kõik katsed sellega lennata lõppesid ettepoole paiskumisega.

1990. aastate lõpp: teine tuul

1998. aastal veensid Anatoli Guštšin, Anri Naskidjants ja mitmed teised piloodid Naruševitšit lennukiga tööd jätkama. Lennuki vastu hakkas huvi tundma teatud erafirma, raha leiti, pooleldi unustatud tiib taastati ning meeskond asus kere kokku panema. Kõik tehti nullist. Välja arvatud juhul, kui telikut võeti helikopterilt Mi-1 ja armatuurlauda AN-2-lt. Auto oli mõeldud potentsiaalsele tarbijale: istmed ühele või kahele piloodile ja kolmele reisijale poolringis. Reisijate asemel oli võimalik paigutada konteinereid väetiste ja pritsimisseadmete hoidmiseks …

Naruševitši lennuki oluline omadus oli see, et ovaalne tiib ei olnud otse kere külge kinnitatud. See asus tiiva sees raamidel ja vedrustustel. Nii tekkis tõstuk üle kogu tiiva pinna.

2004. aastaks tehti saadud masinale esimesed välikatsed. Ta tegi mitu lendu tuulevaikses ja külgtuules. Leiutajad avastasid, et seadmel on väga ebatavalised aerodünaamilised omadused. Esiteks ei reageerinud ovaalse tiivaga lennuk (nimetame seda edaspidi SOC-ks) külgtuule puhangutele kuni 13 m/s. Teiseks piisas stardijooksuks 150 m (AN-2 jaoks - 180 m, teiste sama klassi lennukite puhul mõnikord isegi rohkem). Kuid peamiseks osutus praktiline kandevõime ja lennuki tühimassi suhe - 0,45! Seni pole keegi sellisele koefitsiendile ligilähedalegi jõudnud. Lennukit võiks julgelt tulevastele investoritele näidata.

Täna tundub Louis Blerioti kummaline "ovaloplane" absurdne: Prantsuse disainer tegi selle ehitamisel liiga palju vigu. Kuid Bleriot tegutses juhuslikult: 1906. aastal ei teadnud keegi, milline tiivakonfiguratsioon võidab.

Vertikaalsed stardirõngad

Teise maailmasõja Saksa projektide hulgas olid paljud oma julguse ja originaalsuse poolest täiesti hämmastavad. Nii oli Ernst Heinkeli (1944) konstrueeritud vertikaalselt õhkutõusval ja maanduval hävitajal-püüduril "Lark" (Lerche) suletud üheksapoolne tiib ja kaks sõltumatut Daimler-Benz 605D mootorit, millest igaüks pöörles oma sõukruvi. Mõlemad propellerid asusid tiiva sees. Selle aja kohta oli lennuk ebatavaline, kuna see tähendas vertikaalset õhkutõusmist ja maandumist.

Raske öelda, mida Heinkel oleks teinud, kui Lark oleks kehastunud metallis. 1945. aastal töötas Heinkel välja ka LercheII, esimese jaoks ei jätkunud aega ja projekt kadus teadmatusse. Küll aga on kõigil võimalus Skylarki lennata – arvutimängus IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Kuid prantslased leidsid 1959. aastal võimaluse kehastada oma rõngastiivalist meistriteost metallis. Hämmastav reaktiivlennuk SNECMA C-450 Coleoptere tõusis isegi õhku. Tõsi, ta maandus üsna raskelt, peaaegu mattes piloodi enda alla. Tegelikult töötas SNECMA rõngastiivaga mehitamata õhusõiduki välja isegi varem, 1954. aastal. See sai lüürilise nime Atar Volant C-400 P-1 (Lendav täht) ja see sooritas üle 200 eduka katselennu. Nagu Saksa Lark, oli see vertikaalselt tõusev ja maanduv lennuk. Järgmine samm oli mehitatud sõiduki loomine, millest sai C-450. Kaheksameetrine hävitaja käivitati edukalt, kuid vertikaallennult horisontaallennule üleminekul demonstreeris see täielikku suutmatust kõrgust hoida ja sukeldus nagu kivi. Piloot lendas välja ja kallis projekt suleti kohe.

SNECMA C-450 (1959) Ta suutis lennata ainult vertikaalselt. Kui piloot üritas üle minna horisontaallennule, kukkus katsekonstruktsioon kivina alla. Kinnise tiivaga lennukiprojekt suleti kohe.

SNECMA C-450 (1959)

Ta suutis lennata ainult vertikaalselt. Kui piloot üritas üle minna horisontaallennule, kukkus katsekonstruktsioon kivina alla. Kinnise tiivaga lennukiprojekt suleti kohe.

Viimane katse vertikaalse õhkutõusmisrõnga loomisel oli Ameerika projekt Convair Model 49 (1967). Convair on nüüd hästi tuntud oma allveelaevade disaini ja mitmete muude hullumeelsete kujunduste poolest. Model49 oli lennuki ja helikopteri hübriid. Selle rõngakujuline tiib varjas arsenali, mille üle võis uhke olla terve suurtükiväerügement. Kuulipildujad, granaadiheitjad, kahurid ja raketiheitjad – "49." võiks üksi anda lahingu täieõiguslikule armeele. Kui see tehti. USA valitsus lükkas hullumeelse projekti targalt tagasi.

Suletud tiib uus elu

2006. aastal hakkasid eksperdid taas huvi tundma ovaalse tiiva teema vastu. Ühes Minski ettevõttes korraldati ovaalse tiivaga lennuki taastamiseks, katsetamiseks ja aerodünaamiliste omaduste uurimiseks eksperimentaalne projekteerimistöö (R&D). ROCi peadisainer oli Aleksandr Mihhailovitš Anokhin, endine sõjaväelendur, kellel on 35-aastane töökogemus. Naruševitšist ja Guštšinist said disainibüroo liikmed. 2008. aastal osales töös füüsika- ja matemaatikateaduste doktor, professor Leonid Ivanovitš Grechikhin. Ta töötas koos kuulsa Koroleviga rakettide aerodünaamiliste omaduste kallal ning nüüd konsulteerib ja loeb SRÜ erinevates instituutides. Selle tulemusena tekkis meeskond, kes jätkab selle teemaga tegelemist ka praegu.

Probleem oli selles, et lennuk polnud taevasse tõusnud alates 2004. aastast ja oli muutunud praktiliselt kasutuskõlbmatuks. Aga töö käis täies hoos. Lennukit muudeti, valmistati lendudeks ette ja eemaldati angaarist. Katsed algasid. Sõiduki konfiguratsioon jäi samaks, kuid peenhäälestus oli tõsine – kuni tiivaprofiili muutmiseni. Märkimisväärne töö (mis jätkub praegu) läks Gretšihhinile: ehitati ovaalse tiivaga lennuk, kuid keegi polnud seda varem üksikasjalikult arvutanud!

Tehnilised omadused

Mis on SOC täna? See on kindlasti lennuk. Kuid õhus leiduvate omaduste poolest erineb see märgatavalt tavalistest lamedate või ümarate tiibadega masinatest. Tavalist lamedat tiiba iseloomustab induktiivne takistus: tiiva all olevast kõrgsurvetsoonist kipub õhk voolama tiiva otste kaudu ülemisel pinnal asuvasse vaakumtsooni. Sel juhul tekivad lennuki taha otsapöörised, mille tekkeks kulub ka energiat, mis on induktiivse takistuse väärtus.

Ovaalse tiiva puhul ei ole induktiivtakistuse probleem asjakohane, kuna sellel puuduvad otsad. Lisaks on suletud ahelat läbiv sissetulev õhuvool suunatud allapoole, tekitades täiendava tõstejõu. Mida suurem on tiiva lööginurk, seda tugevam on see efekt. Ja sellise disaini lööginurk võib olla enneolematult suur.

Voolu seiskumine tekib siis, kui õhujuga lööginurga suurenemisega lakkab sujuvalt tiiva ülemise pinna ümber voolamast ja murdub sellest keeriste moodustumisega. Sel juhul kaob koheselt tiival olev tõstejõud ja aparaat kaotab juhitavuse. Ovaalne tiib võimaldab tiiva lööginurka kuni 50 °, samas kui selle lähimad konkurendid ulatuvad maksimaalselt 20–22 °. Suletud tiiva sees olev õhk raskendab tiiva alumise osa ülemiselt pinnalt tuleva voolu peatamist. Ja kui vool väljub suletud ahelast, väljumise tõttu (kahe keskkonna segamise protsess, kui üks keskkond haarab teise kaasa), "imeb" see õhku, mis liigub mööda tiiva ülemise osa ülemist pinda. Neid andmeid ei saadud empiiriliselt - ovaalne tiib "valgus" veekanalisse.

Enne metalli kehastumist ja õhku tõusmist läbis suletud tiivaaasaga Valgevene lennuk kolm "reinkarnatsiooni" - selle ehitamine algas juba 1988. aastal.

Võimalus lennata ülikõrgete rünnakunurkade all koos voolu läbipainde efektiga võimaldab lennukil lennata ülimadalatel kiirustel ilma klappe kasutamata. SOK-il puudub tiiva mehhaniseerimine, mis ei takista sellel usaldusväärselt õhku tõusmast ja maandumisest. Enneolematu varisemiskindlus võimaldab lennukil lennata stabiilselt ja usaldusväärselt kõige laiemas kiirusvahemikus.

Paljud SOC-i omadused on üllatavad. Tal õnnestub kiirendada, üles lennata ja maanduda vaid 400 m pikkusel ebatasasel muru rajal, väljalülitatud mootoriga planeerib hästi ja käitub õhus üldiselt väga stabiilselt. Ovaalne tiib muudab lennuki manööverdusvõimelisemaks ja kütusesäästlikumaks. Lisaks annab suletud aas tiivale lisajõudu. Gretšihhini sõnul saavad klassikaliste tiibadega lennukid peagi tühjaks. See on väga lihtne: mida suurem on lennuk, seda raskem ja võimsam on selle tiib, seda raskem on selle jäikust säilitada. Põhimõtteliselt kannab lennuk massi "kasutut" koormat - oma peksude raskust. Ja ovaalne tiib on sama tõstuki jaoks kaks korda kergem.

Traditsioonilised probleemid

Peamine probleem seisneb selles, et Valgevene lennundusseadused ei näe üldse ette lennukite loomist riigi territooriumil ja nende lennutegevust. Hiljuti on Midivisana Anokhini juhtimisel loonud spetsialiseerunud disainibüroo mehitamata õhusõidukite arendamiseks. Töötajate hulgas on nii Narušševitš kui Guštšin. Väljakujunenud entusiastide tiim ei kaota lootust, et vähemalt mehitamata lennukis õnnestub realiseerida oma leiutis - kinnine ovaalne tiib.

Ringplaan Sukhanov

NSV Liidus tehti ka katseid luua ringlennukit. 1936. aastal esitas Moskva Lennuinstituudi üliõpilane Suhhanov lõputööna kaitseks mõeldud rõngakujulise tiivaga lennuki projekti. Tiiva läbimõõt oli 3 m ja projekteerimiskiiruse 600 km/h pidi tagama 800-hobujõuline Hispano-Suiza mootor. 1940. aastaks oli diplom muutunud lühikese stardi ja maandumise hävitaja-tõrjuja täieõiguslikuks projektiks ning seda arutati TsAGI teadus- ja tehnikanõukogus. Aga sõda tuli, lennuki ehitamiseks ja veel enam katsetamiseks polnud aega ega raha. 1942. aastal ehitas Suhhanov Novosibirskis töötava ringlennuki mudeli. Mudelitestid on näidanud, et lennuk talub kuni 43° rünnakunurki, sellel on kõrge võimsuse ja kaalu suhe, pöörlemisvastased omadused ja suurepärane manööverdusvõime. Sukhanov sai autoritunnistuse, viis läbi kõik arvutused, kuid sõja ja riigis toimunud hävingu tõttu ringplaan kunagi ilmavalgust ei näinud.

Tiib näitab oma omadusi ainult teatud ellipsi telgede omavahelise suhte, tiiva kõõlu pikkuse ja ellipsi kõrvaltelje ja muude tiivaprofiili nüansside korral. Disainerid taotlesid patenti ja said Valgevenes ja Venemaal sellele tiivakujule prioriteetsed sertifikaadid. Nüüd näib, et nende edu ei saa enam keegi korrata, sest kõik olemasolevad soodsate tiivaparameetrite "koridorid" on juba välja pandud.

Ajavahemikuks arenduse algusest kuni kerge mootoriga lennuki esimese tootmismudeli ehitamiseni on vaja umbes 12 miljonit dollarit, ütleb Aleksander Anokhin. «Sellise tiivaga saame teha isegi deltaplaani. Suudad sa ettekujutada? Deltaplaan, ei karda külgtuult! Põhiprobleem pole isegi rahastamine: niipea, kui SOK jõuab näiteks MAKSi, leitakse investorid. Probleem on Valgevene seadusandluses, mille kohaselt on riigi territooriumil loodud lennuki registreerimine äärmiselt keeruline ja antud juhul lihtsalt võimatu, kuna see ei kuulu teadaolevatesse lennukiklassidesse. Voroneži lennuväljaga on aga juba sõlmitud leping, mida plaanitakse kasutada sõiduki edasiseks testimiseks.

Mis järgmiseks? Vaatame. Fakt jääb faktiks. Esimest korda lennukiehituse ajaloos tõusis õhku kinnise tiivaga lennuk. Võib-olla oleme uute avastuste äärel. Või on see lihtsalt uudishimulik lennuk, üksikjuhtum. Aeg näitab.