Ringplane: fly med lukket vingesløyfe

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Et fly med lukket vingesløyfe kan ikke fly - det er bevist med tiden. Ringfly har blitt forsøkt siden Wright-brødrenes tid, og ingen slik struktur har vært i stand til å holde seg oppe i flere minutter. Men menneskesinnet gir ikke opp. I 2007, etter 100 år og mer enn 20 forsøk, tok en lignende enhet av. Og han viste seg å være et manøvrerbart, lett og holdbart fly.

Denne historien begynte i 1988, da ting allerede var på vei mot unionens kollaps, men håpet om stabilitet ulmet fortsatt i hjertene til lederne av den enorme staten. Den tekniske kreativitetsklubben ved Minsk Gear Plant fikk en kreativ oppgave fra en lokal landbruksstruktur: å designe et manøvrerbart og lett fly som tåler sterk sidevind. Den mest populære "bonden" på den tiden var AN-2: han kunne ta om bord mye gjødsel og sprøyteutstyr. Men vinden var hans forferdelige fiende - i de endeløse Kuban-feltene lignet AN-2, når det gjelder kontrollerbarhet, en gal elefant. Luftfartstekniker Arkady Alexandrovich Narushevich, pilot Anatoly Leonidovich Gushchin og flere andre personer tok opp saken. Etter langvarig forskning kom Narushevich til en uventet konklusjon: det er nødvendig å bygge et fly med en lukket vingekontur, men ikke med en sirkulær, men en oval. Flere modeller ble bygget, som fløy ganske vellykket (jeg bemerker at under vår samtale laget Narushevich en papirmodell på 15 minutter - og den fløy!). Entusiaster kjøpte materialer og konstruerte en oval vinge. Og så krasjet 1991. USSR forble i fortiden, finansieringen ble avsluttet på bare noen få dager, og de resterende midlene ble trukket tilbake. Vingen ble sendt til langtidslagring, og flyprosjektet ble glemt. Men det var langt fra slutten.

Fra Bleriot til Zhivodan

Den 17. desember 1903 gikk en mann i luften for første gang i et fly med motor. Mannen het Orville Wright, og flyet ble kalt Wright Flyer I.

Til tross for den bemerkelsesverdige suksessen til Wright-brødrene, har mange oppfinnere kommet opp med forskjellige vingekonfigurasjoner, i henhold til deres konsepter, mer effektive enn vanlige Wright-fly. En av pionerene innen luftfart var den franske oppfinneren Louis Bleriot, som bygde sin første Ornithopter-enhet tilbake i 1900. Riktignok ble bare den 11. modellen, bygget i 1909, det første virkelig flygende flyet til Bleriot. Vi er ikke interessert i det i det hele tatt, men i Bleriot III-flyet, designet i 1906 og aldri tatt av. Det var det første flyet med lukket vingesløyfe i flykonstruksjonens historie.

Bleriot eksperimenterte bare - tilfeldig. Han koblet endene av vingene til en konvensjonell biplan i halvsirkler og installerte samme design som halen. Riktignok lettet det resulterende sjøflyet "Bleriot III" aldri fra vannet på egen hånd. Øyenvitner beskrev flere flyreiser - da enheten ble slept som en drage, men ikke noe mer.

I dag er Blériots feil åpenbare: for tung hale, høye løftetap på grunn av en feil valgt vingekontur. Men faktum gjenstår - fly med lukkede vinger begynte sin reise innen luftfart.

I tillegg til Bleriot eksperimenterte flere andre designere fra begynnelsen av århundret med den lukkede vingen. Flyet til den franske ingeniøren Zhivodan, bygget av ham på Velmorel-fabrikken i 1909, var berømt på en gang. Alle og enhver, inkludert Scientific American og en rekke respekterte publikasjoner, har skrevet om den fantastiske maskinen som åpner en ny tidsalder for luftfart. I Zhivodans fly ble rollen som vinger spilt av to ringformede figurer, mellom hvilke pilotens sete var plassert. Motoren veide 80 kg og utviklet 40 hk ved å rotere en 2,4-meters propell. Som du kanskje forventer, steg ikke den merkelige strukturen, som minner om et rør med en revet ut midtseksjon, opp i luften. Det er verdt å merke seg at den franske modellflydesigneren Emmanuel Fillon designet en fungerende modell av Zhivodans fly på 1980-tallet. Og modellen fløy vakkert. Det vil si at dens aerodynamiske egenskaper ikke var så ille. For stor masse eller lav motoreffekt kan ha forhindret originalen i å ta av.

Det er verdt å nevne et annet fantastisk design - det såkalte Gary-Plane av amerikanske William Pierce Gary. Garys fly (1910) hadde en flat, ringformet vinge med en diameter på 8 m – mer enn fire menneskelige høyder! Riktignok var Garys fly kjent for sin forferdelige ustabilitet: alle forsøk på å fly på det endte med å velte fremover.

Sent på 1990-tallet: andre vind

I 1998 overtalte Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants og en rekke andre piloter Narushevich til å fortsette å jobbe på flyet. Et visst privat selskap ble interessert i flyet, pengene ble funnet, den halvglemte vingen ble restaurert, og teamet begynte å sette sammen flykroppen. Alt ble gjort fra bunnen av. Med mindre landingsutstyret ble tatt fra Mi-1-helikopteret, og dashbordet ble tatt fra AN-2. Bilen ble designet for en potensiell forbruker: seter for en eller to piloter og tre passasjerer i en halvsirkel. I stedet for passasjerer var det mulig å plassere beholdere for oppbevaring av gjødsel og sprøyteutstyr …

Et viktig trekk ved Narushevichs fly var at den ovale vingen ikke var festet direkte til flykroppen. Den var plassert inne i vingen på stativer og oppheng. Dermed ble løftet skapt over hele vingeflaten.

I 2004 ble de første felttestene av den mottatte maskinen utført. Hun foretok flere flyvninger i rolige og sidevindsforhold. Oppfinnerne oppdaget at enheten har svært uvanlige aerodynamiske egenskaper. For det første reagerte ikke et fly med en oval vinge (vi vil kalle det videre SOC) i det hele tatt på vindkast opp til 13 m/s. For det andre, for et startløp, var 150 m nok (for AN-2 - 180 m, for andre fly av samme klasse noen ganger enda mer). Men det viktigste viste seg å være det praktiske forholdet mellom nyttelasten og den totale egenvekten til flyet - 0,45! Så langt har ingen kommet i nærheten av en slik koeffisient. Flyet kan trygt vises frem til fremtidige investorer.

I dag virker det merkelige "ovaloplanet" av Louis Bleriot absurd: for mange feil ble gjort av den franske designeren under konstruksjonen. Men Bleriot handlet tilfeldig: i 1906 visste ingen hvilken vingekonfigurasjon som ville vinne.

Vertikale startringer

Blant de tyske prosjektene fra andre verdenskrig var mange helt fantastiske i sitt mot og originalitet. Dermed hadde den vertikale start- og landingsjageren "Lark" (Lerche) designet av Ernst Heinkel (1944) en lukket ni-sidig vinge og to uavhengige Daimler-Benz 605D-motorer, som roterte hver sin propell. Begge propellene var plassert inne i vingen. For den tiden var flyet uvanlig ved at det betydde vertikal start og landing.

Det er vanskelig å si hva Heinkel ville ha gjort hvis Lark var nedfelt i metall. I 1945 utviklet Heinkel også LercheII, det var ikke nok tid til den første, og prosjektet forsvant inn i mørket. Alle har imidlertid muligheten til å fly Skylark - i dataspillet IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Men franskmennene fant i 1959 muligheten til å legemliggjøre deres ringvingede mesterverk i metall. Det fantastiske SNECMA C-450 Coleoptere-jetflyet tok til og med av. Riktignok landet han ganske hardt, nesten begravde piloten under seg. Faktisk utviklet SNECMA det ringvingede ubemannede luftfartøyet enda tidligere, i 1954. Den fikk det lyriske navnet Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) og gjennomførte mer enn 200 vellykkede testflyvninger. I likhet med German Lark var det et vertikalt start- og landingsfly. Det neste trinnet var opprettelsen av et bemannet kjøretøy, som ble C-450. Den åtte meter lange jagerflyet ble lansert, men under overgangen fra vertikal flyging til horisontal flyging demonstrerte den en fullstendig manglende evne til å opprettholde høyden og stupte som en stein. Piloten kastet ut, og det kostbare prosjektet ble umiddelbart stengt.

SNECMA C-450 (1959) Han kunne bare fly vertikalt. Da piloten forsøkte å bytte til horisontal flyvning, falt den eksperimentelle strukturen ned som en stein. Det lukkede flyprosjektet ble umiddelbart stengt.

SNECMA C-450 (1959)

Han kunne bare fly vertikalt. Da piloten forsøkte å bytte til horisontal flyvning, falt den eksperimentelle strukturen ned som en stein. Det lukkede flyprosjektet ble umiddelbart stengt.

Det siste forsøket på å lage et vertikalt start-ringfly var det amerikanske prosjektet Convair Model 49 (1967). Convair er nå kjent for sitt ubåtdesign og en rekke andre sinnsyke design. Model49 var en hybrid av et fly og et helikopter. Den ringformede vingen skjulte et arsenal som et helt artilleriregiment kunne være stolt av. Maskingevær, granatkastere, kanoner og rakettkastere - "49th" kunne på egenhånd gi kamp til en fullverdig hær. Hvis den ble laget. Det vanvittige prosjektet ble klokelig avvist av den amerikanske regjeringen.

Lukket fløy nytt liv

I 2006 ble eksperter igjen interessert i temaet den ovale vingen. Ved en av Minsk-bedriftene ble eksperimentelt designarbeid (FoU) organisert for å restaurere et fly med en oval vinge, teste det og studere dets aerodynamiske egenskaper. Sjefdesigneren for ROC var Alexander Mikhailovich Anokhin, en tidligere militærpilot med en solid 35-års erfaring. Narushevich og Gushchin ble medlemmer av designbyrået. I 2008 var doktor i fysiske og matematiske vitenskaper, professor Leonid Ivanovich Grechikhin involvert i arbeidet. Han jobbet med de aerodynamiske egenskapene til raketter med den berømte Korolev, og nå konsulterer og foreleser han ved forskjellige institutter i CIS. Som et resultat ble det dannet et team som fortsetter å jobbe med dette emnet selv nå.

Problemet var at flyet ikke hadde tatt av til himmelen siden 2004 og var blitt praktisk talt ubrukelig. Men arbeidet var i full gang. Flyet ble modifisert, klargjort for flyvninger og fjernet fra hangaren. Testene begynte. Konfigurasjonen av kjøretøyet forble den samme, men finjusteringen var seriøs – helt frem til endringen i vingeprofilen. Betydelig arbeid (som fortsetter nå) gikk til Grechikhin: et fly med en oval vinge ble bygget, men ingen hadde tidligere beregnet det i detalj!

Tekniske funksjoner

Hva er SOC i dag? Dette er definitivt et fly. Men når det gjelder kvalitetene i luften, skiller den seg markant fra vanlige maskiner med flate eller avrundede vinger. En vanlig flat vinge er preget av induktiv motstand: luft fra høytrykkssonen under vingen har en tendens til å strømme inn i vakuumsonen på den øvre overflaten gjennom vingespissene. I dette tilfellet dannes endevirvler bak flyet, hvis dannelse også bruker energi, som er verdien av den induktive motstanden.

For en oval vinge er problemet med induktiv motstand ikke relevant, siden den ikke har noen tips. I tillegg blir den innkommende luftstrømmen, som passerer gjennom en lukket sløyfe, rettet nedover, noe som skaper ytterligere løftekraft. Jo større angrepsvinkel vingen har, jo sterkere er denne effekten. Og angrepsvinkelen til et slikt design kan være enestående stor.

Strømningsstoppen oppstår når luftstrålen, med en økning i angrepsvinkelen, slutter å strømme jevnt rundt den øvre overflaten av vingen og bryter bort fra den med dannelse av virvler. I dette tilfellet forsvinner løftet på vingen umiddelbart og apparatet mister kontrollen. Den ovale vingen tillater en angrepsvinkel på vingen på opptil 50 °, mens dens nærmeste konkurrenter når maksimalt 20-22 °. Luften inne i den lukkede vingen gjør det vanskelig å stoppe strømmen fra den øvre overflaten av den nedre delen av vingen. Og når strømmen forlater den lukkede sløyfen, på grunn av utstøting (prosessen med å blande to medier, når ett medium trekker inn det andre), "suger" den luften som passerer langs den øvre overflaten av den øvre delen av vingen. Disse dataene ble ikke innhentet empirisk - den ovale vingen ble "sølt" i vannkanalen.

Før de inkarnerte i metall og tok av i luften, gikk det hviterussiske flyet med en lukket vingesløyfe gjennom tre "reinkarnasjoner" - konstruksjonen startet tilbake i 1988.

Evnen til å fly i ekstremt høye angrepsvinkler, kombinert med strømningsavbøyningseffekten, gjør at flyet kan fly i ekstremt lave hastigheter uten bruk av klaffer. SOK mangler vingemekanisering, noe som ikke hindrer den i å ta av og lande pålitelig. Enestående stallmotstand gjør at flyet kan fly jevnt og pålitelig over det bredeste hastighetsområdet.

Mange kvaliteter ved SOC er overraskende. Han klarer å akselerere, fly opp og lande på en ujevn gressbane kun 400 m lang, med motoren av, planlegger han godt og oppfører seg generelt veldig stabilt i luften. Den ovale vingen gjør flyet mer manøvrerbart og drivstoffeffektivt. I tillegg gir den lukkede løkken vingen ekstra styrke. Ifølge Grechikhin vil fly med klassiske vinger snart gå tom for damp. Det er veldig enkelt: Jo større flyet er, jo tyngre og kraftigere vingen er, desto vanskeligere er det å opprettholde stivheten. I hovedsak bærer flyet en masse "ubrukelig" last - vekten av sine egne bjelker. Og den ovale vingen er dobbelt så lett for samme løft.

Tradisjonelle problemer

Hovedproblemet er at de hviterussiske lovene om luftfart ikke sørger for opprettelse av fly på landets territorium og deres flyoperasjoner i det hele tatt. Nylig har Midivisana opprettet et spesialisert designbyrå for utvikling av ubemannede luftfartøyer under ledelse av Anokhin. Blant de ansatte er både Narushevich og Gushchin. Det etablerte teamet av entusiaster mister ikke håpet om at de i det minste i et ubemannet fly vil kunne realisere sin oppfinnelse - en lukket oval vinge.

Ringplan Sukhanov

Det ble også gjort forsøk på å lage et ringfly i USSR. I 1936 presenterte en student ved Moscow Aviation Institute Sukhanov et prosjekt av et fly med en ringformet vinge for forsvar som en avhandling. Vingediameteren var 3 m, og designhastigheten på 600 km/t skulle leveres av den 800 hestekrefters Hispano-Suiza-motoren. I 1940 hadde vitnemålet blitt et fullverdig prosjekt med en kort start- og landingsjager-avskjærer og ble vurdert ved det vitenskapelige og tekniske rådet til TsAGI. Men krigen kom, det var ikke tid og penger til bygging av flyet, og enda mer til testing. I 1942, i Novosibirsk, bygde Sukhanov en fungerende modell av ringflyet. Modelltester har vist at flyet tåler angrepsvinkler på opptil 43 °, har et høyt kraft-til-vekt-forhold, antispinnegenskaper og utmerket manøvrerbarhet. Sukhanov mottok forfattersertifikatet, utførte alle beregningene, men ringplanen, på grunn av krigen og ødeleggelsene i landet, så aldri dagens lys.

Vingen viser sine egenskaper bare ved et visst forhold mellom ellipsens akser til hverandre, lengden på vingens korde til ellipsens mindre akse og andre nyanser av vingeprofilen. Designerne søkte patent og mottok prioritetssertifikater for denne vingeformen i Hviterussland og Russland. Nå ser det ut til at ingen vil være i stand til å gjenta suksessen, fordi alle tilgjengelige "korridorer" med fordelaktige vingeparametere allerede er satt ut.

For perioden fra utviklingsstart til bygging av den første produksjonsmodellen av et lettmotorfly, trengs det rundt 12 millioner dollar, sier Alexander Anokhin. «Vi kan til og med lage en hangglider med en slik vinge. Kan du forestille deg? Hangglider, ikke redd for sidevinden! Hovedproblemet er ikke engang finansiering: Så snart SOK kommer til MAKS, for eksempel, vil investorer bli funnet. Problemet ligger i den hviterussiske lovgivningen, ifølge hvilken et fly opprettet på landets territorium er ekstremt vanskelig å registrere, og i dette tilfellet er det rett og slett umulig, siden det ikke tilhører de kjente flyklassene. Imidlertid er det allerede en avtale med Voronezh-flyplassen, som er planlagt brukt til videre testing av kjøretøyet.

Hva blir det neste? La oss se. Faktum gjenstår. For første gang i flykonstruksjonens historie tok et fly med lukkede vinger av. Kanskje er vi på randen av nye funn. Eller kanskje det bare er et nysgjerrig fly, en isolert hendelse. Tiden vil vise.