Ringplane: fly med en lukket vingesløjfe

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Et fly med en lukket vingeslynge kan ikke flyve - det er bevist med tiden. Ringfly er blevet forsøgt siden Wright-brødrenes tid, og ingen sådan struktur har været i stand til at holde sig i luften i flere minutter. Men det menneskelige sind giver ikke op. I 2007, efter 100 år og mere end 20 forsøg, tog en lignende enhed fart. Og han viste sig som et manøvredygtigt, let og holdbart fly.

Denne historie begyndte i 1988, da tingene allerede var på vej mod Unionens sammenbrud, men håbet om stabilitet ulmede stadig i hjerterne på lederne af den enorme stat. Den tekniske kreativitetsklub på Minsk Gear Plant fik en kreativ opgave fra en lokal landbrugsstruktur: at designe et manøvredygtigt og let fly, der kan modstå kraftig sidevind. Den mest populære "landmand" på det tidspunkt var AN-2: han kunne tage en masse gødning og sprøjteudstyr ombord. Men vinden var hans frygtelige fjende – i de endeløse Kuban-felter lignede AN-2, hvad angår kontrollerbarhed, en gal elefant. Luftfartstekniker Arkady Alexandrovich Narushevich, pilot Anatoly Leonidovich Gushchin og flere andre personer tog sagen op. Efter langvarig forskning kom Narushevich til en uventet konklusion: det er nødvendigt at bygge et fly med en lukket vingekontur, men ikke med en cirkulær, men en oval. Der blev bygget flere modeller, som fløj ganske vellykket (jeg bemærker, at under vores samtale lavede Narushevich en papirmodel på 15 minutter - og den fløj!). Entusiaster købte materialer og konstruerede en oval vinge. Og så styrtede 1991 ned. USSR forblev i fortiden, finansieringen sluttede på få dage, og de resterende midler blev trukket tilbage. Vingen blev sendt til langtidsopbevaring, og flyprojektet blev glemt. Men det var langt fra enden.

Fra Bleriot til Zhivodan

Den 17. december 1903 gik en mand i luften for første gang i et fly med motor. Manden hed Orville Wright, og flyet hed Wright Flyer I.

På trods af Wright-brødrenes bemærkelsesværdige succes, er adskillige opfindere kommet op med forskellige vingekonfigurationer, ifølge deres koncepter, mere effektive end almindelige Wright-fly. En af luftfartens pionerer var den franske opfinder Louis Bleriot, som byggede sin første Ornithopter-enhed tilbage i 1900. Det er rigtigt, at kun den 11. model, bygget i 1909, blev det første virkeligt flyvende fly af Bleriot. Vi er slet ikke interesserede i det, men i Bleriot III-flyet, designet i 1906 og aldrig lettet. Det var det første fly med en lukket vingesløjfe i flykonstruktionens historie.

Bleriot eksperimenterede bare - tilfældigt. Han forbandt enderne af vingerne på en konventionel biplan i halvcirkler og installerede det samme design som halen. Sandt nok lettede det resulterende vandfly "Bleriot III" aldrig fra vandet alene. Øjenvidner beskrev flere flyvninger - da enheden blev bugseret som en drage, men ikke mere.

I dag er Blériots fejltagelser åbenlyse: for tung hale, store løfttab på grund af en forkert valgt vingekontur. Men faktum er fortsat - lukkede vinger begyndte deres rejse i luftfarten.

Foruden Bleriot eksperimenterede flere andre designere fra begyndelsen af århundredet med den lukkede fløj. Den franske ingeniør Zhivodans fly, bygget af ham på Velmorel-fabrikken i 1909, var berømt på et tidspunkt. Alle og enhver, inklusive Scientific American og en række respekterede publikationer, har skrevet om den fantastiske maskine, der åbner en ny tidsalder for luftfart. I Zhivodans fly blev vingernes rolle spillet af to ringformede figurer, mellem hvilke pilotsædet var placeret. Motoren vejede 80 kg og udviklede 40 hk ved at rotere en 2,4 meter propel. Som du kunne forvente, steg den mærkelige struktur, der minder om et rør med en flået midterdel, ikke op i luften. Det er værd at bemærke, at den franske modelflydesigner Emmanuel Fillon designede en fungerende model af Zhivodans fly i 1980'erne. Og modellen fløj smukt. Det vil sige, at dens aerodynamiske egenskaber ikke var så dårlige. For stor masse eller lav motorkraft kan have forhindret originalen i at tage af.

Det er værd at nævne et andet fantastisk design - det såkaldte Gary-Plane af amerikanske William Pierce Gary. Garys fly (1910) havde en flad, ringformet vinge med en diameter på 8 m - mere end fire menneskelige højder! Sandt nok var Garys fly kendt for dets frygtelige ustabilitet: alle forsøg på at flyve på det endte med at vælte fremad.

Slutningen af 1990'erne: anden vind

I 1998 overtalte Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants og en række andre piloter Narushevich til at fortsætte arbejdet på flyet. Et bestemt privat firma blev interesseret i flyet, pengene blev fundet, den halvglemte vinge blev restaureret, og holdet begyndte at samle flykroppen. Alt blev gjort fra bunden. Medmindre landingsstellet blev taget fra Mi-1 helikopteren, og instrumentbrættet blev taget fra AN-2. Bilen var designet til en potentiel forbruger: sæder til en eller to piloter og tre passagerer i en halvcirkel. I stedet for passagerer var det muligt at placere beholdere til opbevaring af gødning og sprøjteudstyr …

Et vigtigt træk ved Narushevichs fly var, at den ovale vinge ikke var fastgjort direkte til flykroppen. Den var placeret inde i vingen på stativer og ophæng. Dermed blev løftet skabt over hele vingefladen.

I 2004 blev de første felttest af den modtagne maskine udført. Hun foretog adskillige flyvninger i rolige og sidevindsforhold. Opfinderne opdagede, at enheden har meget usædvanlige aerodynamiske egenskaber. For det første reagerede et fly med en oval vinge (vi kalder det videre SOC) slet ikke på sidevindstød op til 13 m/s. For det andet var 150 m nok til et startløb (for AN-2 - 180 m, for andre fly af samme klasse nogle gange endda mere). Men det vigtigste viste sig at være det praktiske forhold mellem nyttelasten og flyets samlede egenvægt - 0,45! Indtil videre er ingen kommet i nærheden af en sådan koefficient. Flyet kan sikkert vises frem til fremtidige investorer.

I dag virker det mærkelige "ovaloplane" af Louis Bleriot absurd: for mange fejl blev begået af den franske designer under konstruktionen. Men Bleriot handlede tilfældigt: I 1906 vidste ingen, hvilken fløjkonfiguration der ville vinde.

Lodrette startringe

Blandt de tyske projekter fra Anden Verdenskrig var mange helt fantastiske i deres mod og originalitet. Således havde den lodrette start- og landingsjager-interceptor "Lark" (Lerche) designet af Ernst Heinkel (1944) en lukket ni-sidet vinge og to uafhængige Daimler-Benz 605D-motorer, som hver roterede sin egen propel. Begge propeller var placeret inde i vingen. For den tid var flyet usædvanligt, idet det betød lodret start og landing.

Det er svært at sige, hvad Heinkel ville have gjort, hvis Lark var inkorporeret i metal. I 1945 udviklede Heinkel også LercheII, der var ikke tid nok til den første, og projektet forsvandt i uklarhed. Alle har dog mulighed for at flyve lærken - i computerspillet IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Men franskmændene fandt i 1959 muligheden for at legemliggøre deres ringvingede mesterværk i metal. Det fantastiske SNECMA C-450 Coleoptere jetfly lettede endda. Sandt nok landede han ret hårdt og begravede næsten piloten under sig. Faktisk udviklede SNECMA det ringvingede ubemandede luftfartøj endnu tidligere, i 1954. Den fik det lyriske navn Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) og foretog mere end 200 vellykkede testflyvninger. Ligesom den tyske lærke var det et lodret start- og landingsfly. Næste skridt var skabelsen af et bemandet køretøj, som blev til C-450. Den otte meter lange jagerfly blev med succes lanceret, men under overgangen fra lodret flyvning til vandret flyvning demonstrerede den en fuldstændig manglende evne til at opretholde højden og styrtede som en sten. Piloten skød ud, og det dyre projekt blev straks lukket.

SNECMA C-450 (1959) Han kunne kun flyve lodret. Da piloten forsøgte at skifte til vandret flyvning, faldt den eksperimentelle struktur ned som en sten. Det lukkede flyprojekt blev øjeblikkeligt lukket.

SNECMA C-450 (1959)

Han kunne kun flyve lodret. Da piloten forsøgte at skifte til vandret flyvning, faldt den eksperimentelle struktur ned som en sten. Det lukkede flyprojekt blev øjeblikkeligt lukket.

Det sidste forsøg på at skabe et lodret start-ringfly var det amerikanske projekt Convair Model 49 (1967). Convair er nu kendt for sit ubådsdesign og en række andre vanvittige designs. Model49 var en hybrid af et fly og en helikopter. Dens ringformede vinge skjulte et arsenal, som et helt artilleriregiment kunne være stolt af. Maskingeværer, granatkastere, kanoner og raketkastere - "49th" kunne på egen hånd give kamp til en fuldgyldig hær. Hvis det blev lavet. Det skøre projekt blev klogt afvist af den amerikanske regering.

Lukket fløj nyt liv

I 2006 blev eksperter igen interesseret i emnet for den ovale vinge. Hos en af Minsk-virksomhederne blev eksperimentelt designarbejde (F&U) organiseret for at restaurere et fly med en oval vinge, teste det og studere dets aerodynamiske egenskaber. Chefdesigneren af ROC var Alexander Mikhailovich Anokhin, en tidligere militærpilot med en solid 35-årig erfaring. Narushevich og Gushchin blev medlemmer af designbureauet. I 2008 var doktor i fysiske og matematiske videnskaber, professor Leonid Ivanovich Grechikhin involveret i arbejdet. Han arbejdede på raketters aerodynamiske egenskaber med den berømte Korolev, og nu konsulterer han og holder foredrag ved forskellige institutter i CIS. Som et resultat blev der dannet et team, som fortsætter med at arbejde med dette emne selv nu.

Problemet var, at flyet ikke var lettet op i himlen siden 2004 og var blevet praktisk talt ubrugeligt. Men arbejdet var i fuld gang. Flyet blev modificeret, forberedt til flyvninger og fjernet fra hangaren. Testene begyndte. Køretøjets konfiguration forblev den samme, men finjusteringen var seriøs - helt op til ændringen i vingeprofilen. Betydeligt arbejde (som fortsætter nu) gik til Grechikhin: et fly med en oval vinge blev bygget, men ingen havde tidligere beregnet det i detaljer!

Tekniske funktioner

Hvad er SOC i dag? Dette er bestemt et fly. Men med hensyn til dens kvaliteter i luften, adskiller den sig markant fra almindelige maskiner med flade eller afrundede vinger. En almindelig flad vinge er karakteriseret ved induktiv modstand: luft fra højtrykszonen under vingen har en tendens til at strømme ind i vakuumzonen på den øvre overflade gennem vingespidserne. I dette tilfælde dannes endehvirvler bag flyet, hvis dannelse også forbruger energi, hvilket er værdien af den induktive modstand.

For en oval vinge er problemet med induktiv modstand ikke relevant, da den ikke har nogen spidser. Derudover er den indkommende luftstrøm, der passerer gennem en lukket sløjfe, rettet nedad, hvilket skaber yderligere løftekraft. Jo større angrebsvinklen på vingen er, jo stærkere er denne effekt. Og angrebsvinklen for et sådant design kan være hidtil uset stor.

Strømningsstoppet opstår, når luftstrålen, med en stigning i angrebsvinklen, ophører med at flyde jævnt rundt om den øvre overflade af vingen og bryder væk fra den med dannelsen af hvirvler. I dette tilfælde forsvinder løftet på vingen øjeblikkeligt, og apparatet mister kontrollen. Den ovale vinge tillader en angrebsvinkel på vingen på op til 50 °, mens dens nærmeste konkurrenter når et maksimum på 20-22 °. Luften inde i den lukkede vinge gør det vanskeligt at standse strømmen fra den øvre overflade af den nederste del af vingen. Og når strømmen forlader den lukkede sløjfe, på grund af udstødning (processen med at blande to medier, når det ene medium inddrager det andet), "suger" det luften, der passerer langs den øvre overflade af den øvre del af vingen. Disse data blev ikke opnået empirisk - den ovale vinge blev "spildt" i vandkanalen.

Før det inkarnerede i metal og lettede i luften, gennemgik det hviderussiske fly med en lukket vingesløjfe tre "reinkarnationer" - dets konstruktion begyndte tilbage i 1988.

Evnen til at flyve ved ekstremt høje angrebsvinkler, kombineret med flowafbøjningseffekten, gør det muligt for flyet at flyve ved ekstremt lave hastigheder uden brug af klapper. SOK'en mangler vingemekanisering, hvilket ikke forhindrer den i at lette og lande pålideligt. En hidtil uset stallmodstand gør det muligt for flyet at flyve stabilt og pålideligt over det bredeste hastighedsområde.

Mange kvaliteter ved SOC er overraskende. Han formår at accelerere, flyve op og lande på en ujævn græsbane kun 400 m lang, med slukket motor planlægger han godt og opfører sig generelt meget stabilt i luften. Den ovale vinge gør flyet mere manøvredygtigt og brændstoføkonomisk. Derudover giver den lukkede løkke vingen ekstra styrke. Ifølge Grechikhin vil fly med klassiske vinger snart løbe tør for damp. Det er meget enkelt: Jo større flyet er, jo tungere og kraftigere dets vinge, jo sværere er det at bevare sin stivhed. I det væsentlige bærer flyet en masse "ubrugelig" belastning - vægten af dets egne bjælker. Og den ovale vinge er dobbelt så let for samme løft.

Traditionelle problemer

Hovedproblemet er, at de hviderussiske love om luftfart overhovedet ikke giver mulighed for oprettelse af fly på landets territorium og deres flyveoperationer. For nylig har Midivisana skabt et specialiseret designbureau til udvikling af ubemandede luftfartøjer under ledelse af Anokhin. Blandt medarbejderne er både Narushevich og Gushchin. Det etablerede hold af entusiaster mister ikke håbet om, at de i det mindste i et ubemandet fly vil være i stand til at realisere deres opfindelse - en lukket oval vinge.

Ringplan Sukhanov

Forsøg på at skabe et ringfly blev også gjort i USSR. I 1936 præsenterede en studerende ved Moskva Aviation Institute Sukhanov et projekt af et fly med en ringformet vinge til forsvar som afhandling. Vingediameteren var 3 m, og designhastigheden på 600 km/t skulle leveres af Hispano-Suiza-motoren på 800 hestekræfter. I 1940 var diplomet blevet et fuldgyldigt projekt med en kort start- og landingsjager-interceptor og blev overvejet i TsAGI's videnskabelige og tekniske råd. Men krigen kom, der var ingen tid og penge til konstruktionen af flyet, og endnu mere til dets test. I 1942, i Novosibirsk, byggede Sukhanov en fungerende model af ringflyet. Modeltests har vist, at flyet kan modstå angrebsvinkler på op til 43 °, har et højt kraft-til-vægt-forhold, anti-spin-egenskaber og fremragende manøvredygtighed. Sukhanov modtog forfatterens certifikat, udførte alle beregningerne, men ringplanen, på grund af krigen og ødelæggelserne i landet, så aldrig dagens lys.

Vingen viser kun sine egenskaber ved et vist forhold mellem ellipsens akser og hinanden, længden af vingens korde til ellipsens lille akse og andre nuancer af vingeprofilen. Designerne ansøgte om patent og modtog prioritetscertifikater for denne vingeform i Hviderusland og Rusland. Nu ser det ud til, at ingen vil være i stand til at gentage deres succes, fordi alle de tilgængelige "korridorer" med fordelagtige vingeparametre allerede er blevet sat ud.

For perioden fra starten af udviklingen til konstruktionen af den første produktionsmodel af et letmotorfly er der brug for omkring 12 millioner dollars, siger Alexander Anokhin. »Vi kan endda lave en hangglider med sådan en vinge. Kan du forestille dig? Svævefly, ikke bange for sidevinden! Hovedproblemet er ikke engang finansiering: Så snart SOK kommer til MAKS, for eksempel, vil investorer blive fundet. Problemet er i den hviderussiske lovgivning, ifølge hvilken et fly, der er oprettet på landets territorium, er ekstremt vanskeligt at registrere, og i dette tilfælde er det simpelthen umuligt, da det ikke tilhører de kendte flyklasser. Der er dog allerede en aftale med Voronezh-flyvepladsen, som efter planen skal bruges til yderligere test af køretøjet.

Hvad er det næste? Lad os se. Faktum er fortsat. For første gang i flykonstruktionens historie lettede et lukket-vinget fly. Måske er vi på randen af nye opdagelser. Eller måske er det bare et nysgerrigt fly, en isoleret hændelse. Det vil tiden vise.