NASA AD-1: forgószárnyú repülőgép
A repülőgépipar hajnalán is a legszokatlanabb repülőgépeket is a szimmetria elvei szerint építették. Bármely repülőgépnek volt egy feltételes törzse, amelyre feltételes szárnyak voltak merőlegesen rögzítve. Azonban fokozatosan, az aerodinamika fejlődésével a tervezők elkezdtek gondolkodni egy aszimmetrikus szárnyú repülőgép létrehozásán. A komor német zseni képviselői elsőként jutottak el idáig: 1944-ben Richard Vogt, a Blohm & Voss vezető tervezője javasolta egy hasonló projektet. Projektje azonban nem fémben testesült meg, az amerikai NASA AD-1 valóban az első forgószárnyú repülőgép volt.
A NASA AD-1 (Ames Dryden-1) egy kísérleti repülőgép, amelyet az aszimmetrikusan sodort forgószárny koncepciójának feltárására terveztek. A világ első ferde szárnyú repülőgépe lett. A szokatlan repülőgépet 1979-ben építették az Egyesült Államokban, és ugyanabban az évben december 21-én hajtotta végre első repülését. Egy forgószárnyú repülőgép tesztjei 1982 augusztusáig folytatódtak, ezalatt 1 pilótának sikerült elsajátítania az AD-17-et. A program zárása után a repülőgép a San Carlos Múzeumba került, ahol továbbra is minden látogató rendelkezésére áll, és az egyik legfontosabb kiállítási tárgy.
Német kísérletek
Németországban a második világháború alatt meglehetősen komolyan dolgoztak az aszimmetrikus szárnyú repülőgépek létrehozásán. Richard Vogt tervező híres volt az alkotás atipikus megközelítéséről repülés Megértette, hogy az új rendszer nem akadályozza meg a repülőgép stabilitását a levegőben. 1944-ben létrehozta a Blohm & Voss és a P.202 repülőgép-projektet. A német tervező fő ötlete az volt, hogy nagy sebességgel repülve jelentősen csökkenthető a légellenállás. A repülőgép hagyományos szimmetrikus szárnnyal szállt fel, mivel a kis sodort szárny magas emelési tényezővel rendelkezett, de már repülés közben a szárny a törzs tengelyével párhuzamos síkban fordult, csökkentve a légellenállás mértékét. Ezzel egy időben Németországban a Messerschmitt P.1101 vadászrepülőgép klasszikus szimmetrikus szárnyseprésével dolgoztak.
De a Blohm & Voss és a P.202 repülőgépprojekt még Németországban is őrültnek tűnt a háború utolsó éveiben, soha nem testesült meg fémben, örökre csak rajzok formájában maradt meg. A Vogt által tervezett repülőgépnek 11,98 méteres szárnyfesztávolságot kellett volna kapnia, amely a központi csuklópánton akár 35 fokos szögben is elfordult - maximális eltéréssel a szárnyfesztávolság 10,06 méterre változott. A projekt fő hátrányának a szárny elfordítására szolgáló nehéz és terjedelmes (számítások szerint) mechanizmust tekintették, amely sok helyet foglalt el a repülőgép törzsében, valamint azt, hogy a szárnyat nem lehetett további fegyverek felakasztására használni. és a felszerelés is komoly hátrányt jelentett.
Meglepő módon nem Vogt volt az egyetlen német tervező, aki a lengőszárnyra gondolt. Hasonló projektet készítettek a Messerschmitt mérnökei. Az általuk bemutatott Me P.1109 projekt még az "ollós szárny" becenevet is megkapta. Az általuk létrehozott projektnek egyszerre két szárnya volt. Ezek azonban függetlenek voltak egymástól. Az egyik szárny a repülőgép törzse felett volt, a másik pedig alatta. A felső szárnyat az óramutató járásával megegyező irányba forgatva az alsó szárny ugyanúgy fordult, de már az óramutató járásával ellentétes irányba. Egy ilyen kialakítás lehetővé tette a repülőgép ferdeségének minőségi kompenzálását a sweep aszimmetrikus változásával. Ugyanakkor a szárnyak akár 60 fokban is elfordulhattak, míg amikor a gép törzsére merőlegesen helyezkedtek el, ez semmiben sem különbözött a klasszikus kétfedelű repülőgépektől. Ennek során Messerschmitt ugyanazokkal a problémákkal szembesült, mint a Blohm & Voss: egy nagyon összetett forgómechanizmussal. Annak ellenére, hogy a német aszimmetrikus repülőgépek egyike sem ment túl a papírprojekteken, érdemes felismerni, hogy a németek komolyan megelőzték korukat fejlesztéseikben. Az amerikaiak csak az 1970-es évek végén tudták megvalósítani tervüket.
NASA AD-1 – repülő aszimmetria
A német tervezők ötleteit amerikai kollégáik fémben valósították meg. Minden lehetséges alapossággal hozzáláttak a kérdéshez. A németektől függetlenül, 1945-ben Robert Thomas Johnson amerikai mérnök terjesztette elő ötletét egyfajta "ollós szárnyról", elképzelése szerint egy ilyen szárnynak egy speciális zsanéron kellett volna forognia. Ezekben az években azonban nem tudta megvalósítani ötletét, a technikai adottságok nem tették lehetővé. Ez megváltozott az 1970-es években, amikor a technológia lehetővé tette az aszimmetrikus repülőgépeket. Ugyanakkor ugyanazt a Richard Vogtot hívták meg projekttanácsadónak, aki a második világháború után emigrált az Egyesült Államokba.
Ekkor már a tervezők tudták, hogy a változtatható szárnyú repülőgépeknek számos hátránya van. Az ilyen kialakítás fő hátrányai a következők voltak: az aerodinamikai fókusz eltolódása a sweep változásával, ami az egyensúlyozási ellenállás növekedéséhez vezetett; a szerkezet tömegének növekedése a teherhordó gerenda és a ráerősített konzolok forgópántjai, valamint a repülőgép szárnyának visszahúzott helyzetének tömítései miatt. Mindkét hiányosság végül a repülési távolság vagy a hasznos teher tömegének csökkenéséhez vezetett.
A NASA munkatársai ugyanakkor abban bíztak, hogy az aszimmetrikusan változó lengéscsillapító szárnyú (KAIS) repülőgépet megfosztják a felsorolt hiányosságoktól. Egy ilyen séma esetén a szárnyat egy forgó csuklópánt segítségével rögzítenék a repülőgép törzséhez, és a konzolok elfordítása során a konzolok elmozdulásának megváltoztatása egyidejűleg, de ellentétes jellegű lenne. A szabványos rendszer és a KAIS változó szárnyú repülőgépeinek összehasonlító elemzése, amelyet a NASA szakemberei végeztek, azt mutatta, hogy a második séma 11-20 százalékkal csökkenti a légellenállást, a szerkezet tömege pedig 14 százalékkal csökken. és a hullámellenállást szuperszonikus sebességgel történő repülés esetén 26 százalékkal kell csökkenteni.
Ugyanakkor az aszimmetrikus szárnyú repülőgépnek megvoltak a hátrányai. Először is, nagy sweep szög esetén az előre-sweep konzol effektív támadási szöge nagyobb, mint a hátrafelé sweep konzolé, ami húzási aszimmetriához vezet, és ennek eredményeként parazita fordulási nyomatékok megjelenéséhez a dőlésszögben, gurulj és tágíts. A második probléma az volt, hogy a KAIS-t a határréteg vastagságának kétszeres növekedése jellemzi a szárny fesztávolságában, és minden aszimmetrikus áramlási szétválás intenzív zavarokat vált ki. Ennek ellenére úgy vélték, hogy a negatív hatások kiküszöbölhetők egy fly-by-wire vezérlőrendszer bevezetésével, amely automatikusan hat a repülőgép aerodinamikai vezérlésére különböző paraméterek függvényében: támadási szög, repülési sebesség, szárnysebesség szöge. Mindenesetre az összes számítás ellenőrzéséhez szükség volt egy repülő modell megépítésére.
A KAIS koncepcióját sikeresen tesztelték egy pilóta nélküli maketten, majd tovább kellett lépni egy teljes értékű repülőgép létrehozására. A kísérleti projekt a NASA AD-1 vagy Ames Dryden-1 nevet kapta. A repülőgépet a projektben dolgozó kutatóközpontok - NASA Ames és NASA Dryden - után nevezték el. Ugyanakkor a Boeing szakemberei feleltek a repülőgép átfogó tervezéséért. A NASA mérnökeinek számításai és a meglévő feladatmeghatározás szerint az amerikai Rutan Aircraft Factory cég szerelte össze a szükséges repülőgépeket. Ugyanakkor a projekt egyik követelménye a 250 ezer dolláros költségvetés teljesítése volt. Ennek érdekében a kísérleti repülőgépet technológiailag a lehető legegyszerűbbé tették, és olcsó, meglehetősen gyenge hajtóműveket szereltek fel a gépekre. Az új repülőgép 1979 februárjában készült el, majd Kaliforniába szállították a NASA Dryden repülőterén.
Az AD-1 kísérleti repülőgép szárnya a központi tengely mentén 60 fokkal tudott elfordulni, de csak az óramutató járásával ellentétes irányban (ez a megoldás nagyban leegyszerűsítette a tervezést anélkül, hogy elveszítette volna az előnyöket). A szárnyak másodpercenkénti 3 fokos forgását egy kompakt villanymotor biztosította, amelyet a repülőgép törzsébe, közvetlenül a főmotorok elé szereltek be. Utóbbiként két klasszikus francia gyártmányú Microturbo TRS18 turbósugárhajtóművet használtak, egyenként 100 kgf tolóerővel. A trapéz alakú szárny fesztávolsága a törzsre merőlegesen 9,85 méter volt, maximális fordulatnál pedig csak 4,93 méter. Ugyanakkor a maximális repülési sebesség nem haladta meg a 400 km / h-t.
A repülőgép először 21. december 1979-én emelkedett az egekbe. Első repülésén Thomas McMurphy NASA-tesztpilóta vezette. A repülőgép felszállása merőlegesen rögzített szárnnyal történt, a szárny forgásszöge már repülés közben változott a szükséges sebesség és magasság elérése után. A következő 18 hónap során minden újabb tesztrepüléssel az AD-1 repülőgép szárnyát 1 fokkal elfordították, miközben minden repülési adatot rögzítettek. Ennek eredményeként 1980 közepén a kísérleti repülőgép elérte maximális, 60 fokos szárnyszögét. A tesztrepülések 1982 augusztusáig folytatódtak, összesen 79 alkalommal emelkedtek az egekbe a gépek. Történt ugyanis, hogy az utolsó, 7. augusztus 1982-i repülésen a gépet Thomas McMurphy emelte fel, miközben a tesztelés teljes ideje alatt 17 különböző pilóta repült rajta.
A tesztprogram abból indult ki, hogy a kapott eredmények segítenek a szárnysebesség aszimmetrikus változásának kihasználásában nagy hatótávolságú interkontinentális repülések végzése során – a sebesség és az üzemanyag-takarékosság nagyon nagy távolságokon volt a legjobban megtérülő. A NASA AD-1 kísérleti repülőgépe pozitív értékelést kapott a pilótáktól és a szakemberektől, de a projekt nem kapott további fejlesztést. A probléma az volt, hogy a programot kezdetben kutatási programnak tekintették. Miután megkapta az összes szükséges adatot, a NASA egyszerűen elküldte az egyedi repülőgépet a hangárba, ahonnan később a repülési múzeumba szállították. A NASA mindig is nem repüléstechnikai kutatószervezet volt, és a nagy repülőgépgyártók egyikét sem érdekelte a forgószárnyú koncepció. Bármely interkontinentális utasszállító hajó alapértelmezés szerint összetettebb és nagyobb volt, mint a „játék” AD-1 repülőgép, így a vállalatok nem vállaltak kockázatot. Nem akartak kutatás-fejlesztésbe fektetni, igaz, ígéretes, de mégis gyanús konstrukció. Véleményük szerint ezen a területen még nem jött el az innováció ideje.
Repülési teljesítmény NASA AD-1:
Teljes méretek: hosszúság - 11,8 m, magasság - 2,06 m, szárnyfesztávolság - 9,85 m, szárny területe - 8,6 m2.
Üres tömeg - 658 kg.
Maximális felszálló tömeg - 973 kg.
Az erőmű 2 db Microturbo TRS18-046 turbósugárhajtómű, 2x100 kgf tolóerővel.
Utazási sebesség - 274 km / h.
Maximális sebesség - akár 400 km / h.
Legénység - 1 fő.
Információforrások:
https://www.popmech.ru/weapon/15340-s-krylom-napereves
http://www.airwar.ru/enc/xplane/ad1.html
https://zen.yandex.ru/media/main_aerodrome/nasa-ad1--kto-skazal-chto-krylo-doljno-byt-simmetrichnym-5b22885500b3dd7573269bb6
Nyílt forrásból származó anyagok
A NASA AD-1 (Ames Dryden-1) egy kísérleti repülőgép, amelyet az aszimmetrikusan sodort forgószárny koncepciójának feltárására terveztek. A világ első ferde szárnyú repülőgépe lett. A szokatlan repülőgépet 1979-ben építették az Egyesült Államokban, és ugyanabban az évben december 21-én hajtotta végre első repülését. Egy forgószárnyú repülőgép tesztjei 1982 augusztusáig folytatódtak, ezalatt 1 pilótának sikerült elsajátítania az AD-17-et. A program zárása után a repülőgép a San Carlos Múzeumba került, ahol továbbra is minden látogató rendelkezésére áll, és az egyik legfontosabb kiállítási tárgy.
Német kísérletek
Németországban a második világháború alatt meglehetősen komolyan dolgoztak az aszimmetrikus szárnyú repülőgépek létrehozásán. Richard Vogt tervező híres volt az alkotás atipikus megközelítéséről repülés Megértette, hogy az új rendszer nem akadályozza meg a repülőgép stabilitását a levegőben. 1944-ben létrehozta a Blohm & Voss és a P.202 repülőgép-projektet. A német tervező fő ötlete az volt, hogy nagy sebességgel repülve jelentősen csökkenthető a légellenállás. A repülőgép hagyományos szimmetrikus szárnnyal szállt fel, mivel a kis sodort szárny magas emelési tényezővel rendelkezett, de már repülés közben a szárny a törzs tengelyével párhuzamos síkban fordult, csökkentve a légellenállás mértékét. Ezzel egy időben Németországban a Messerschmitt P.1101 vadászrepülőgép klasszikus szimmetrikus szárnyseprésével dolgoztak.
Blohm & Voss és P.202
De a Blohm & Voss és a P.202 repülőgépprojekt még Németországban is őrültnek tűnt a háború utolsó éveiben, soha nem testesült meg fémben, örökre csak rajzok formájában maradt meg. A Vogt által tervezett repülőgépnek 11,98 méteres szárnyfesztávolságot kellett volna kapnia, amely a központi csuklópánton akár 35 fokos szögben is elfordult - maximális eltéréssel a szárnyfesztávolság 10,06 méterre változott. A projekt fő hátrányának a szárny elfordítására szolgáló nehéz és terjedelmes (számítások szerint) mechanizmust tekintették, amely sok helyet foglalt el a repülőgép törzsében, valamint azt, hogy a szárnyat nem lehetett további fegyverek felakasztására használni. és a felszerelés is komoly hátrányt jelentett.
Meglepő módon nem Vogt volt az egyetlen német tervező, aki a lengőszárnyra gondolt. Hasonló projektet készítettek a Messerschmitt mérnökei. Az általuk bemutatott Me P.1109 projekt még az "ollós szárny" becenevet is megkapta. Az általuk létrehozott projektnek egyszerre két szárnya volt. Ezek azonban függetlenek voltak egymástól. Az egyik szárny a repülőgép törzse felett volt, a másik pedig alatta. A felső szárnyat az óramutató járásával megegyező irányba forgatva az alsó szárny ugyanúgy fordult, de már az óramutató járásával ellentétes irányba. Egy ilyen kialakítás lehetővé tette a repülőgép ferdeségének minőségi kompenzálását a sweep aszimmetrikus változásával. Ugyanakkor a szárnyak akár 60 fokban is elfordulhattak, míg amikor a gép törzsére merőlegesen helyezkedtek el, ez semmiben sem különbözött a klasszikus kétfedelű repülőgépektől. Ennek során Messerschmitt ugyanazokkal a problémákkal szembesült, mint a Blohm & Voss: egy nagyon összetett forgómechanizmussal. Annak ellenére, hogy a német aszimmetrikus repülőgépek egyike sem ment túl a papírprojekteken, érdemes felismerni, hogy a németek komolyan megelőzték korukat fejlesztéseikben. Az amerikaiak csak az 1970-es évek végén tudták megvalósítani tervüket.
NASA AD-1 – repülő aszimmetria
A német tervezők ötleteit amerikai kollégáik fémben valósították meg. Minden lehetséges alapossággal hozzáláttak a kérdéshez. A németektől függetlenül, 1945-ben Robert Thomas Johnson amerikai mérnök terjesztette elő ötletét egyfajta "ollós szárnyról", elképzelése szerint egy ilyen szárnynak egy speciális zsanéron kellett volna forognia. Ezekben az években azonban nem tudta megvalósítani ötletét, a technikai adottságok nem tették lehetővé. Ez megváltozott az 1970-es években, amikor a technológia lehetővé tette az aszimmetrikus repülőgépeket. Ugyanakkor ugyanazt a Richard Vogtot hívták meg projekttanácsadónak, aki a második világháború után emigrált az Egyesült Államokba.
Ekkor már a tervezők tudták, hogy a változtatható szárnyú repülőgépeknek számos hátránya van. Az ilyen kialakítás fő hátrányai a következők voltak: az aerodinamikai fókusz eltolódása a sweep változásával, ami az egyensúlyozási ellenállás növekedéséhez vezetett; a szerkezet tömegének növekedése a teherhordó gerenda és a ráerősített konzolok forgópántjai, valamint a repülőgép szárnyának visszahúzott helyzetének tömítései miatt. Mindkét hiányosság végül a repülési távolság vagy a hasznos teher tömegének csökkenéséhez vezetett.
A NASA munkatársai ugyanakkor abban bíztak, hogy az aszimmetrikusan változó lengéscsillapító szárnyú (KAIS) repülőgépet megfosztják a felsorolt hiányosságoktól. Egy ilyen séma esetén a szárnyat egy forgó csuklópánt segítségével rögzítenék a repülőgép törzséhez, és a konzolok elfordítása során a konzolok elmozdulásának megváltoztatása egyidejűleg, de ellentétes jellegű lenne. A szabványos rendszer és a KAIS változó szárnyú repülőgépeinek összehasonlító elemzése, amelyet a NASA szakemberei végeztek, azt mutatta, hogy a második séma 11-20 százalékkal csökkenti a légellenállást, a szerkezet tömege pedig 14 százalékkal csökken. és a hullámellenállást szuperszonikus sebességgel történő repülés esetén 26 százalékkal kell csökkenteni.
Ugyanakkor az aszimmetrikus szárnyú repülőgépnek megvoltak a hátrányai. Először is, nagy sweep szög esetén az előre-sweep konzol effektív támadási szöge nagyobb, mint a hátrafelé sweep konzolé, ami húzási aszimmetriához vezet, és ennek eredményeként parazita fordulási nyomatékok megjelenéséhez a dőlésszögben, gurulj és tágíts. A második probléma az volt, hogy a KAIS-t a határréteg vastagságának kétszeres növekedése jellemzi a szárny fesztávolságában, és minden aszimmetrikus áramlási szétválás intenzív zavarokat vált ki. Ennek ellenére úgy vélték, hogy a negatív hatások kiküszöbölhetők egy fly-by-wire vezérlőrendszer bevezetésével, amely automatikusan hat a repülőgép aerodinamikai vezérlésére különböző paraméterek függvényében: támadási szög, repülési sebesség, szárnysebesség szöge. Mindenesetre az összes számítás ellenőrzéséhez szükség volt egy repülő modell megépítésére.
A KAIS koncepcióját sikeresen tesztelték egy pilóta nélküli maketten, majd tovább kellett lépni egy teljes értékű repülőgép létrehozására. A kísérleti projekt a NASA AD-1 vagy Ames Dryden-1 nevet kapta. A repülőgépet a projektben dolgozó kutatóközpontok - NASA Ames és NASA Dryden - után nevezték el. Ugyanakkor a Boeing szakemberei feleltek a repülőgép átfogó tervezéséért. A NASA mérnökeinek számításai és a meglévő feladatmeghatározás szerint az amerikai Rutan Aircraft Factory cég szerelte össze a szükséges repülőgépeket. Ugyanakkor a projekt egyik követelménye a 250 ezer dolláros költségvetés teljesítése volt. Ennek érdekében a kísérleti repülőgépet technológiailag a lehető legegyszerűbbé tették, és olcsó, meglehetősen gyenge hajtóműveket szereltek fel a gépekre. Az új repülőgép 1979 februárjában készült el, majd Kaliforniába szállították a NASA Dryden repülőterén.
Az AD-1 kísérleti repülőgép szárnya a központi tengely mentén 60 fokkal tudott elfordulni, de csak az óramutató járásával ellentétes irányban (ez a megoldás nagyban leegyszerűsítette a tervezést anélkül, hogy elveszítette volna az előnyöket). A szárnyak másodpercenkénti 3 fokos forgását egy kompakt villanymotor biztosította, amelyet a repülőgép törzsébe, közvetlenül a főmotorok elé szereltek be. Utóbbiként két klasszikus francia gyártmányú Microturbo TRS18 turbósugárhajtóművet használtak, egyenként 100 kgf tolóerővel. A trapéz alakú szárny fesztávolsága a törzsre merőlegesen 9,85 méter volt, maximális fordulatnál pedig csak 4,93 méter. Ugyanakkor a maximális repülési sebesség nem haladta meg a 400 km / h-t.
A repülőgép először 21. december 1979-én emelkedett az egekbe. Első repülésén Thomas McMurphy NASA-tesztpilóta vezette. A repülőgép felszállása merőlegesen rögzített szárnnyal történt, a szárny forgásszöge már repülés közben változott a szükséges sebesség és magasság elérése után. A következő 18 hónap során minden újabb tesztrepüléssel az AD-1 repülőgép szárnyát 1 fokkal elfordították, miközben minden repülési adatot rögzítettek. Ennek eredményeként 1980 közepén a kísérleti repülőgép elérte maximális, 60 fokos szárnyszögét. A tesztrepülések 1982 augusztusáig folytatódtak, összesen 79 alkalommal emelkedtek az egekbe a gépek. Történt ugyanis, hogy az utolsó, 7. augusztus 1982-i repülésen a gépet Thomas McMurphy emelte fel, miközben a tesztelés teljes ideje alatt 17 különböző pilóta repült rajta.
A tesztprogram abból indult ki, hogy a kapott eredmények segítenek a szárnysebesség aszimmetrikus változásának kihasználásában nagy hatótávolságú interkontinentális repülések végzése során – a sebesség és az üzemanyag-takarékosság nagyon nagy távolságokon volt a legjobban megtérülő. A NASA AD-1 kísérleti repülőgépe pozitív értékelést kapott a pilótáktól és a szakemberektől, de a projekt nem kapott további fejlesztést. A probléma az volt, hogy a programot kezdetben kutatási programnak tekintették. Miután megkapta az összes szükséges adatot, a NASA egyszerűen elküldte az egyedi repülőgépet a hangárba, ahonnan később a repülési múzeumba szállították. A NASA mindig is nem repüléstechnikai kutatószervezet volt, és a nagy repülőgépgyártók egyikét sem érdekelte a forgószárnyú koncepció. Bármely interkontinentális utasszállító hajó alapértelmezés szerint összetettebb és nagyobb volt, mint a „játék” AD-1 repülőgép, így a vállalatok nem vállaltak kockázatot. Nem akartak kutatás-fejlesztésbe fektetni, igaz, ígéretes, de mégis gyanús konstrukció. Véleményük szerint ezen a területen még nem jött el az innováció ideje.
Repülési teljesítmény NASA AD-1:
Teljes méretek: hosszúság - 11,8 m, magasság - 2,06 m, szárnyfesztávolság - 9,85 m, szárny területe - 8,6 m2.
Üres tömeg - 658 kg.
Maximális felszálló tömeg - 973 kg.
Az erőmű 2 db Microturbo TRS18-046 turbósugárhajtómű, 2x100 kgf tolóerővel.
Utazási sebesség - 274 km / h.
Maximális sebesség - akár 400 km / h.
Legénység - 1 fő.
Információforrások:
https://www.popmech.ru/weapon/15340-s-krylom-napereves
http://www.airwar.ru/enc/xplane/ad1.html
https://zen.yandex.ru/media/main_aerodrome/nasa-ad1--kto-skazal-chto-krylo-doljno-byt-simmetrichnym-5b22885500b3dd7573269bb6
Nyílt forrásból származó anyagok
Információk