Ringplane: lentokone, jossa on suljettu siipisilmukka

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Lentokone, jossa on suljettu siipisilmukka, ei voi lentää – sen on aika todistanut. Soittolentokoneita on yritetty Wrightin veljesten ajoista lähtien, eikä mikään tällainen rakenne ole pystynyt pysymään ylhäällä useita minuutteja. Mutta ihmismieli ei anna periksi. Vuonna 2007, 100 vuoden ja yli 20 yrityksen jälkeen, samanlainen laite lähti nousuun. Ja hän osoitti olevansa ohjattava, kevyt ja kestävä lentokone.

Tämä tarina alkoi vuonna 1988, jolloin asiat olivat jo menossa kohti unionin romahtamista, mutta toivo vakaudesta kytesi vielä valtavan valtion johtajien sydämissä. Minskin vaihdetehtaan teknisen luovuuden kerho sai paikalliselta maatalousrakenteelta luovan tehtävän: suunnitella ohjattava ja kevyt lentokone, joka kestää voimakkaita sivutuulia. Suosituin "viljelijä" oli tuolloin AN-2: hän saattoi ottaa kyytiin paljon lannoitteita ja ruiskutuslaitteita. Mutta tuuli oli hänen kauhea vihollisensa - loputtomilla Kuban-kentillä AN-2 muistutti hallittavuuden suhteen hullua norsua. Lentoteknikko Arkady Aleksandrovich Naruševich, lentäjä Anatoli Leonidovich Gushchin ja useat muut henkilöt ottivat asian esille. Pitkän tutkimuksen jälkeen Narushevich tuli odottamattomaan johtopäätökseen: on tarpeen rakentaa lentokone, jolla on suljettu siipi, mutta ei pyöreä, vaan soikea. Rakennettiin useita malleja, jotka lensivät melko onnistuneesti (huomaa, että keskustelumme aikana Narushevich teki paperimallin 15 minuutissa - ja se lensi!). Harrastajat ostivat materiaaleja ja rakensivat soikean siiven. Ja sitten 1991 kaatui. Neuvostoliitto pysyi menneisyydessä, rahoitus päättyi muutamassa päivässä ja loput varat vedettiin pois. Siipi lähetettiin pitkäaikaiseen varastointiin, ja lentokoneprojekti unohdettiin. Mutta se oli kaukana lopusta.

Bleriotista Zhivodaniin

Joulukuun 17. päivänä 1903 mies nousi ensimmäistä kertaa ilmaan moottorilla varustetussa lentokoneessa. Miehen nimi oli Orville Wright ja koneen nimi Wright Flyer I.

Wright-veljesten huomattavasta menestyksestä huolimatta lukuisat keksijät ovat keksineet erilaisia siipikokoonpanoja konseptinsa mukaisesti, jotka ovat tehokkaampia kuin tavalliset Wright-koneet. Yksi ilmailun pioneereista oli ranskalainen keksijä Louis Bleriot, joka rakensi ensimmäisen Ornithopter-laitteensa jo vuonna 1900. Totta, vasta vuonna 1909 rakennetusta 11. mallista tuli ensimmäinen todella lentävä Bleriotin lentokone. Se ei kiinnosta meitä ollenkaan, vaan vuonna 1906 suunniteltu Bleriot III -lentokone, jota ei koskaan noussut lentoon. Se oli ensimmäinen suljetulla siipilenkillä varustettu lentokone lentokoneiden rakentamisen historiassa.

Bleriot vain kokeili - satunnaisesti. Hän liitti tavanomaisen kaksitasoisen siipien päät puoliympyröihin ja asensi saman mallin kuin häntä. Totta, tuloksena syntynyt vesilentokone "Bleriot III" ei koskaan noussut vedestä itsestään. Silminnäkijät kuvasivat useita lentoja - kun laitetta hinattiin kuin leijaa, mutta ei sen enempää.

Nykyään Blériotin virheet ovat ilmeisiä: liian raskas häntä, suuret nostohäviöt väärin valitun siiven muodon vuoksi. Mutta tosiasia pysyy - suljetut lentokoneet aloittivat matkansa ilmailussa.

Suljettua siipeä kokeilivat Bleriotin lisäksi useat muut vuosisadan alun suunnittelijat. Ranskalaisen insinöörin Zhivodanin lentokone, jonka hän rakensi Velmorelin tehtaalla vuonna 1909, oli aikoinaan kuuluisa. Kaikki ja kaikki, mukaan lukien Scientific American ja monet arvostetut julkaisut, ovat kirjoittaneet hämmästyttävästä koneesta, joka avaa ilmailun uuden aikakauden. Zhivodanin lentokoneessa siipien roolia toimi kaksi rengasmaista hahmoa, joiden välissä ohjaajan istuin sijaitsi. Moottori painoi 80 kg ja kehitti 40 hevosvoimaa pyörittämällä 2,4 metrin potkuria. Kuten arvata saattaa, putkea muistuttava outo rakenne, jonka keskiosa on revitty ulos, ei noussut ilmaan. On syytä huomata, että ranskalainen lentokoneiden suunnittelija Emmanuel Fillon suunnitteli Zhivodanin lentokoneen toimivan mallin 1980-luvulla. Ja malli lensi kauniisti. Eli sen aerodynaamiset ominaisuudet eivät olleet niin huonot. Liiallinen massa tai alhainen moottorin teho on voinut estää alkuperäisen nousun.

On syytä mainita toinenkin hämmästyttävä muotoilu - amerikkalaisen William Pierce Garyn niin kutsuttu Gary-Plane. Garyn koneessa (1910) oli litteä, renkaan muotoinen siipi, jonka halkaisija oli 8 metriä - enemmän kuin neljä ihmisen korkeutta! Totta, Garyn lentokone oli huomattava hirvittävästä epävakaudestaan: kaikki yritykset lentää sillä päättyivät kaatumiseen eteenpäin.

1990-luvun loppu: toinen tuuli

Vuonna 1998 Anatoli Gushchin, Anri Naskidyants ja useat muut lentäjät suostuttelivat Narušševitšin jatkamaan työskentelyä koneessa. Eräs yksityinen yritys kiinnostui koneesta, rahat löytyivät, puoliksi unohdettu siipi kunnostettiin ja tiimi aloitti rungon kokoamisen. Kaikki tehtiin tyhjästä. Ellei laskuteline otettu Mi-1-helikopterista ja kojelauta otettu AN-2:sta. Auto on suunniteltu potentiaaliselle kuluttajalle: istuimet yhdelle tai kahdelle lentäjälle ja kolmelle matkustajalle puoliympyrässä. Matkustajien sijasta oli mahdollista sijoittaa säiliöitä lannoitteiden ja ruiskutuslaitteiden varastointiin …

Narušševitšin lentokoneen tärkeä piirre oli, että soikea siipi ei ollut kiinnitetty suoraan runkoon. Se sijaitsi siiven sisällä telineissä ja jousituksissa. Siten nosto syntyi koko siiven pinnalle.

Vuoteen 2004 mennessä vastaanotetulle koneelle tehtiin ensimmäiset kenttäkokeet. Hän teki useita lentoja tyynissä ja sivutuulessa. Keksijät havaitsivat, että laitteella on hyvin epätavallisia aerodynaamisia ominaisuuksia. Ensinnäkin lentokone, jossa on soikea siipi (kutsumme sitä edelleen SOC:ksi), ei reagoinut ollenkaan sivutuulen puuskiin 13 m/s asti. Toiseksi, lentoonlähtökiitoon riitti 150 m (AN-2:lle - 180 m, muille saman luokan lentokoneille joskus jopa enemmän). Mutta tärkein asia osoittautui hyötykuorman ja lentokoneen kokonaismassan käytännölliseksi suhteeksi - 0,45! Toistaiseksi kukaan ei ole päässyt lähelle tällaista kerrointa. Kone voitaisiin turvallisesti esitellä tuleville sijoittajille.

Nykyään Louis Bleriotin outo "ovaloplane" näyttää absurdilta: ranskalainen suunnittelija teki liian monta virhettä sen rakentamisen aikana. Mutta Bleriot toimi satunnaisesti: vuonna 1906 kukaan ei tiennyt, mikä siipikokoonpano olisi voittaja.

Pystysuuntaiset nousurenkaat

Toisen maailmansodan saksalaisten hankkeiden joukossa monet olivat aivan uskomattomia rohkeudellaan ja omaperäisyydeltään. Siten Ernst Heinkelin (1944) suunnittelemassa pystysuorassa nousu- ja laskuhävittäjässä "Lark" (Lerche) oli suljettu yhdeksänpuoleinen siipi ja kaksi itsenäistä Daimler-Benz 605D -moottoria, joista jokainen pyöritti omaa potkuriaan. Molemmat potkurit sijaitsivat siiven sisällä. Kone oli tuohon aikaan epätavallinen siinä mielessä, että se merkitsi pystysuoraa nousua ja laskua.

On vaikea sanoa, mitä Heinkel olisi tehnyt, jos Lark olisi ruumiillistunut metalliin. Vuonna 1945 Heinkel kehitti myös LercheII:n, ensimmäiseen ei riittänyt aikaa ja projekti katosi hämärään. Jokaisella on kuitenkin mahdollisuus lentää Skylarkia - tietokonepelissä IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Mutta ranskalaiset löysivät vuonna 1959 tilaisuuden ilmentää rengassiipistä mestariteostaan metallina. Hämmästyttävä SNECMA C-450 Coleoptere -suihkukone jopa nousi. Totta, hän laskeutui melko kovaa, melkein hautautuen lentäjän alle. Itse asiassa SNECMA kehitti rengassiipisen miehittämättömän lentokoneen jo aikaisemmin, vuonna 1954. Se sai lyyrisen nimen Atar Volant C-400 P-1 (Lentävä tähti) ja teki yli 200 onnistunutta testilentoa. Kuten saksalainen Lark, se oli pystysuora nousu- ja laskukone. Seuraava askel oli miehitetyn ajoneuvon luominen, josta tuli C-450. Kahdeksan metrin hävittäjä laukaistiin onnistuneesti, mutta siirryttäessä pystylennosta vaakatasoon se osoitti täydellistä kyvyttömyyttä ylläpitää korkeutta ja syöksyi kuin kivi. Pilotti kaatui, ja kallis projekti suljettiin välittömästi.

SNECMA C-450 (1959) Hän pystyi lentää vain pystysuunnassa. Kun lentäjä yritti siirtyä vaakatasoon, koerakenne putosi alas kuin kivi. Suljetun siipisen lentokoneprojekti lopetettiin välittömästi.

SNECMA C-450 (1959)

Hän pystyi lentää vain pystysuunnassa. Kun lentäjä yritti siirtyä vaakatasoon, koerakenne putosi alas kuin kivi. Suljetun siipisen lentokoneprojekti lopetettiin välittömästi.

Viimeinen yritys luoda pystysuora lentoonlähtörengaskone oli amerikkalainen projekti Convair Model 49 (1967). Convair on nyt tunnettu sukellusvenesuunnittelustaan ja useista muista hulluista malleistaan. Model49 oli lentokoneen ja helikopterin hybridi. Sen rengasmainen siipi kätki arsenaalin, josta koko tykistörykmentti saattoi olla ylpeä. Konekiväärit, kranaatinheittimet, tykit ja raketinheittimet - "49." voisi yksin antaa taistelun täysimittaiselle armeijalle. Jos se on tehty. Yhdysvaltain hallitus hylkäsi hullun hankkeen viisaasti.

Suljettu siipi uusi elämä

Vuonna 2006 asiantuntijat kiinnostuivat jälleen soikean siiven aiheesta. Yhdessä Minskin yrityksissä järjestettiin kokeellista suunnittelutyötä (T&K) soikean siipisen lentokoneen entisöimiseksi, testaamiseksi ja sen aerodynaamisten ominaisuuksien tutkimiseksi. ROC:n pääsuunnittelija oli Alexander Mikhailovich Anokhin, entinen sotilaslentäjä, jolla on vankka 35 vuoden kokemus. Narushevich ja Gushchin tulivat suunnittelutoimiston jäseniksi. Vuonna 2008 työhön osallistui fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori, professori Leonid Ivanovich Grechikhin. Hän työskenteli rakettien aerodynaamisten ominaisuuksien parissa kuuluisan Korolevin kanssa, ja nyt hän konsultoi ja luennoi IVY:n eri instituuteissa. Tuloksena syntyi tiimi, joka jatkaa työskentelyä tämän aiheen parissa nytkin.

Ongelmana oli, että kone ei ollut noussut taivaalle vuoden 2004 jälkeen ja siitä oli tullut käytännössä käyttökelvoton. Mutta työ oli täydessä vauhdissa. Konetta muunnettiin, valmisteltiin lentoja varten ja poistettiin hallista. Testit alkoivat. Ajoneuvon kokoonpano pysyi samana, mutta hienosäätö oli vakavaa - aina siipiprofiilin muutokseen asti. Merkittävä työ (joka jatkuu nyt) meni Grechikhinille: rakennettiin lentokone, jossa oli soikea siipi, mutta kukaan ei ollut aiemmin laskenut sitä yksityiskohtaisesti!

Tekniset ominaisuudet

Mikä on SOC tänään? Tämä on ehdottomasti lentokone. Mutta ilmassa olevien ominaisuuksiensa suhteen se eroaa huomattavasti tavallisista koneista, joissa on litteät tai pyöristetyt siivet. Tavalliselle litteälle siivelle on ominaista induktiivinen vastus: ilma siiven alta korkeapainevyöhykkeeltä pyrkii virtaamaan yläpinnan tyhjiövyöhykkeelle siipien kärkien kautta. Tällöin lentokoneen taakse muodostuu päätypyörteitä, joiden muodostuminen kuluttaa myös energiaa, joka on induktiivisen vastuksen arvo.

Ovaalin siiven kohdalla induktiivisen vastuksen ongelma ei ole relevantti, koska siinä ei ole kärkiä. Lisäksi sisääntuleva ilmavirta, joka kulkee suljetun silmukan kautta, suuntautuu alaspäin, mikä luo lisää nostovoimaa. Mitä suurempi siiven hyökkäyskulma on, sitä voimakkaampi tämä vaikutus on. Ja tällaisen mallin hyökkäyskulma voi olla ennennäkemättömän suuri.

Virtauksen pysähtyminen tapahtuu, kun ilmasuihku iskukulman kasvaessa lakkaa virtaamasta tasaisesti siiven yläpinnan ympäri ja irtautuu siitä pyörteiden muodostuessa. Tällöin siiven nostovoima katoaa välittömästi ja laite menettää hallinnan. Soikea siipi mahdollistaa siiven iskukulman jopa 50 °, kun taas sen lähimmät kilpailijat saavuttavat enintään 20-22 °. Suljetun siiven sisällä oleva ilma vaikeuttaa virtauksen pysäyttämistä siiven alaosan yläpinnasta. Ja kun virtaus poistuu suljetusta silmukasta, johtuen ulostyöntöstä (kahden väliaineen sekoittuminen, kun yksi väliaine ottaa toisen mukaan), se "imee" siiven yläosan yläpintaa pitkin kulkevan ilman. Näitä tietoja ei saatu empiirisesti - soikea siipi "vuotettiin" vesikanavaan.

Ennen metalliin inkarnoitumista ja ilmaan nousua valkovenäläinen lentokone suljetulla siipilenkillä kävi läpi kolme "reinkarnaatiota" - sen rakentaminen aloitettiin jo vuonna 1988.

Kyky lentää erittäin korkeissa iskukulmissa yhdistettynä virtauksen poikkeutusvaikutukseen mahdollistaa lentokoneen lennon erittäin alhaisilla nopeuksilla ilman läppiä. SOK:sta puuttuu siipien koneistus, mikä ei estä sitä nousemasta ja laskeutumasta luotettavasti. Ennennäkemättömän jumitusvastuksen ansiosta lentokone voi lentää tasaisesti ja luotettavasti laajimmalla nopeusalueella.

Monet SOC:n ominaisuudet ovat yllättäviä. Hän onnistuu kiihtymään, lentää ylös ja laskeutumaan vain 400 m pitkälle epätasaiselle ruohoradalle, moottori sammutettuna, hän suunnittelee hyvin ja käyttäytyy yleensä ilmassa erittäin vakaasti. Soikea siipi tekee koneesta ohjattavamman ja polttoainetehokkaamman. Lisäksi suljettu silmukka antaa siivelle lisävoimaa. Grechikhinin mukaan klassisilla siipillä varustetut lentokoneet loppuvat pian. Se on hyvin yksinkertaista: mitä suurempi kone, sitä raskaampi ja tehokkaampi sen siipi, sitä vaikeampaa on säilyttää sen jäykkyys. Pohjimmiltaan kone kantaa "hyödytöntä" kuormaa - sen omien osien painoa. Ja soikea siipi on kaksi kertaa kevyempi samalla nostolla.

Perinteisiä ongelmia

Suurin ongelma on, että Valko-Venäjän ilmailulainsäädäntö ei edellytä lentokoneiden luomista maan alueelle ja niiden lentotoimintaa ollenkaan. Äskettäin Midivisana on luonut erikoistuneen suunnittelutoimiston miehittämättömien ilma-alusten kehittämiseen Anokhinin johdolla. Työntekijöiden joukossa ovat sekä Narushevich että Gushchin. Vakiintunut harrastajaporukka ei menetä toivoaan, että ainakin miehittämättömässä lentokoneessa he voivat toteuttaa keksintönsä - suljetun soikean siiven.

Kehäsuunnitelma Sukhanov

Myös Neuvostoliitossa yritettiin luoda rengaslentokone. Vuonna 1936 Moskovan ilmailuinstituutin opiskelija Sukhanov esitti opinnäytetyönä projektin lentokoneesta, jossa on rengasmainen siipi puolustusta varten. Siiven halkaisija oli 3 m ja suunnittelunopeus 600 km/h oli määrä tarjota 800 hevosvoiman Hispano-Suiza -moottorilla. Vuoteen 1940 mennessä tutkintotodistuksesta oli tullut täysimittainen projekti lyhyestä lentoonlähtö- ja laskuhävittäjä-torjuntahävittäjästä, ja sitä käsiteltiin TsAGI:n tieteellisessä ja teknisessä neuvostossa. Mutta sota tuli, lentokoneen rakentamiseen ja vielä enemmän sen testaamiseen ei ollut aikaa eikä rahaa. Vuonna 1942 Novosibirskissä Sukhanov rakensi toimivan rengaskoneen mallin. Mallitestit ovat osoittaneet, että lentokone kestää hyökkäyskulmia jopa 43°:een, sillä on korkea teho-painosuhde, pyörimisen esto-ominaisuudet ja erinomainen ohjattavuus. Sukhanov sai tekijän todistuksen, suoritti kaikki laskelmat, mutta rengassuunnitelma sodan ja maan tuhojen vuoksi ei koskaan nähnyt päivänvaloa.

Siipi näyttää ominaisuuksiaan vain tietyllä ellipsin akselien suhteessa toisiinsa, siiven jänteen pituudella ellipsin sivuakseliin ja muilla siipiprofiilin vivahteilla. Suunnittelijat hakivat patenttia ja saivat etuoikeussertifikaatit tälle siipimuodolle Valko-Venäjällä ja Venäjällä. Nyt näyttää siltä, että kukaan ei voi toistaa menestystä, koska kaikki käytettävissä olevat edullisien siipiparametrien "käytävät" on jo tuettu.

Kehityksen alkamisesta kevyen koneen ensimmäisen tuotantomallin rakentamiseen tarvitaan noin 12 miljoonaa dollaria, Alexander Anokhin sanoo.”Voimme tehdä jopa riippuliittimen tällaisella siivellä. Voitko kuvitella? Riippuliito, ei pelkää sivutuulta! Suurin ongelma ei ole edes rahoitus: heti kun SOK pääsee esimerkiksi MAKS:iin, sijoittajat löytyvät. Ongelma on Valko-Venäjän lainsäädännössä, jonka mukaan maan alueelle luotu lentokone on erittäin vaikea rekisteröidä, ja tässä tapauksessa se on yksinkertaisesti mahdotonta, koska se ei kuulu tunnettuihin lentokoneluokkiin. Voronežin lentokentän kanssa on kuitenkin jo tehty sopimus, jota on tarkoitus käyttää ajoneuvon jatkotestauksiin.

Mitä seuraavaksi? Katsotaan. Tosiasia pysyy. Ensimmäistä kertaa lentokoneiden rakentamisen historiassa umpisiipinen lentokone nousi lentoon. Ehkä olemme uusien löytöjen partaalla. Tai ehkä se on vain outo lentokone, yksittäinen tapaus. Aika kertoo.