Ringplane: zárt szárnyhurokkal rendelkező repülőgép

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A zárt szárnyhurokkal rendelkező repülőgép nem tud repülni – ezt az idő bebizonyította. A Wright fivérek kora óta próbálkoztak csengőrepülőkkel, és egyetlen ilyen szerkezet sem tudott néhány percig fent maradni. De az emberi elme nem adja fel. 2007-ben 100 év és több mint 20 próbálkozás után egy hasonló eszköz indult el. Manőverezhető, könnyű és tartós repülőgépnek bizonyult.

Ez a történet 1988-ban kezdődött, amikor már az Unió összeomlása felé tartottak a dolgok, de a stabilitás reménye még mindig ott parázslott a hatalmas állam vezetőinek szívében. A minszki hajtóműgyárban működő műszaki kreativitás klubja kreatív feladatot kapott egy helyi mezőgazdasági struktúrától: egy irányítható és könnyű repülőgépet tervezzen, amely ellenáll az erős oldalszeleknek. A legnépszerűbb "gazdálkodó" akkoriban az AN-2 volt: rengeteg műtrágyát és permetező berendezést vihetett fel a fedélzetre. De a szél volt a szörnyű ellensége – a végtelen kubai mezőkön az AN-2 irányíthatóságát tekintve egy veszett elefánthoz hasonlított. Arkagyij Alekszandrovics Naruševics repülőtechnikus, Anatolij Leonidovics Guscsin pilóta és még többen felvették az ügyet. Hosszas kutatás után Narussevics váratlan következtetésre jutott: zárt szárnykontúrú repülőgépet kell építeni, de nem kör alakút, hanem oválist. Több modell is készült, amelyek elég sikeresen repültek (megjegyzem, hogy beszélgetésünk során Narussevics 15 perc alatt papírmodellt készített - és repült!). A rajongók anyagokat vásároltak és ovális szárnyat építettek. Aztán 1991 összeomlott. A Szovjetunió a múltban maradt, a finanszírozás néhány napon belül véget ért, a fennmaradó forrásokat pedig visszavonták. A szárnyat hosszú távú tárolásra küldték, és a repülőgép-projektet elfelejtették. De ez még messze volt a végétől.

Bleriottól Zhivodanig

1903. december 17-én egy férfi először emelkedett a levegőbe motoros repülőgépen. A férfit Orville Wrightnak hívták, a gépet pedig Wright Flyer I-nek.

A Wright fivérek figyelemre méltó sikere ellenére számos feltaláló talált ki különféle szárnykonfigurációkat, elképzeléseik szerint, amelyek hatékonyabbak, mint a hagyományos Wright-repülők. A repülés egyik úttörője Louis Bleriot francia feltaláló volt, aki 1900-ban megépítette első Ornithopter készülékét. Igaz, csak az 1909-ben épített 11. modell lett a Bleriot első valóban repülő repülőgépe. Minket egyáltalán nem ez érdekel, hanem az 1906-ban tervezett, fel sem vett Bleriot III repülőgép. Ez volt az első zárt szárnyhurokkal rendelkező repülőgép a repülőgépgyártás történetében.

Bleriot csak kísérletezett – véletlenszerűen. Egy hagyományos kétsíkú repülőgép szárnyainak végeit félkörben kötötte össze, és ugyanazt a kialakítást helyezte el, mint a farok. Igaz, az így létrejött Bleriot III hidroplán soha nem szállt fel magától a vízből. A szemtanúk több repülést is leírtak – amikor az eszközt sárkányként vontatták, de semmi többet.

Ma Blériot hibái nyilvánvalóak: túl nehéz farok, nagy emelési veszteségek a rosszul megválasztott szárnykontúr miatt. De a tény továbbra is fennáll - a zárt szárnyú repülőgépek megkezdték útjukat a repülésben.

A zárt szárnnyal Bleriot mellett számos más, század eleji tervező is kísérletezett. Egy időben híres volt Zhivodan francia mérnök repülőgépe, amelyet 1909-ben épített a Velmorel gyárban. Mindenki és mindenki, beleértve a Scientific Americant és számos elismert kiadványt is, írt arról a csodálatos gépről, amely a repülés új korszakát nyitja meg. Zhivodan repülőgépében a szárnyak szerepét két gyűrű alakú figura töltötte be, amelyek között a pilótaülés helyezkedett el. A motor 80 kg-ot nyomott, és egy 2,4 méteres propeller forgatásával 40 LE-t fejlesztett. Ahogy arra számítani lehetett, a furcsa, kiszakított középső résszel rendelkező csőre emlékeztető szerkezet nem emelkedett a levegőbe. Érdemes megjegyezni, hogy a francia repülőgépmodell-tervező, Emmanuel Fillon az 1980-as években tervezte Zhivodan repülőgépének működőképes modelljét. A modell pedig gyönyörűen repült. Vagyis az aerodinamikai tulajdonságai nem voltak olyan rosszak. A túlzott tömeg vagy az alacsony motorteljesítmény megakadályozhatta az eredeti felszállását.

Érdemes megemlíteni egy másik csodálatos dizájnt - az amerikai William Pierce Gary úgynevezett Gary-Plane-jét. Gary gépének (1910) lapos, gyűrű alakú szárnya volt, átmérője 8 m – több mint négy embermagasság! Igaz, Gary repülőgépe szörnyű instabilitásáról volt híres: minden repülési kísérlet előreborulással végződött.

1990-es évek vége: második szél

1998-ban Anatolij Gushchin, Anri Naskidyants és számos más pilóta rávették Narusevicset, hogy folytassa a munkát a gépen. Egy magáncég felkeltette az érdeklődését a gép iránt, megtalálták a pénzt, helyreállították a félig elfeledett szárnyat, és a csapat hozzálátott a törzs összeszereléséhez. Mindent a semmiből csináltak. Kivéve, ha a futóművet a Mi-1 helikopterből, a műszerfalat pedig az AN-2-ből vették. Az autót egy potenciális fogyasztó számára tervezték: egy vagy két pilóta és három utas ülései félkörben. Az utasok helyett konténereket lehetett elhelyezni műtrágyák és permetezőberendezések tárolására …

Narussevics repülőgépének fontos jellemzője volt, hogy az ovális szárny nem volt közvetlenül a törzshöz rögzítve. A szárny belsejében volt, fogasléceken és felfüggesztéseken. Így a teljes szárnyfelületen létrejött az emelés.

2004-re megtörténtek az átvett gép első terepi tesztjei. Többször repült szélcsendben és oldalszélben. A feltalálók felfedezték, hogy az eszköz nagyon szokatlan aerodinamikai tulajdonságokkal rendelkezik. Először is, egy ovális szárnyú repülőgép (további SOC-nak nevezzük) egyáltalán nem reagált a 13 m/s-ig terjedő oldalszél széllökésekre. Másodszor, egy felszálláshoz elég volt 150 m (az AN-2-nél - 180 m, más, azonos osztályú repülőgépeknél néha még több). De a legfontosabb dolog a hasznos teher és a repülőgép teljes tömegének gyakorlati aránya - 0,45! Eddig még senki sem közelítette meg ezt az együtthatót. A gépet nyugodtan bemutathatják a jövőbeli befektetőknek.

Ma már abszurdnak tűnik Louis Bleriot furcsa "ovaloplánja": túl sok hibát követett el a francia tervező az építés során. De Bleriot véletlenszerűen cselekedett: 1906-ban senki sem tudta, melyik szárnykonfiguráció lesz a nyerő.

Függőleges felszálló gyűrűk

A második világháború német projektjei közül sokan teljesen elképesztőek voltak bátorságukban és eredetiségükben. Így az Ernst Heinkel (1944) által tervezett "Lark" (Lerche) függőleges fel- és leszálló vadász-elfogó egy zárt kilencoldalas szárnnyal és két független Daimler-Benz 605D motorral rendelkezett, amelyek mindegyike saját propellerét forgatta. Mindkét légcsavar a szárny belsejében volt. Abban az időben a gép szokatlan volt, mivel függőleges fel- és leszállást jelentett.

Nehéz megmondani, mit tett volna Heinkel, ha Larkot fémben testesíti meg. 1945-ben Heinkel a LercheII-t is kifejlesztette, az elsőre nem volt elég idő, és a projekt eltűnt a homályba. Mindenkinek lehetősége van azonban a Skylark repülésére – az IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles számítógépes játékban. 1946.

De a franciák 1959-ben megtalálták a lehetőséget, hogy gyűrűsszárnyú remekművüket fémben testesítsék meg. A csodálatos SNECMA C-450 Coleoptere sugárhajtású repülőgép még fel is szállt. Igaz, elég keményen landolt, szinte maga alá temetve a pilótát. Valójában az SNECMA még korábban, 1954-ben fejlesztette ki a gyűrűs szárnyú pilóta nélküli légi járművet. Az Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) lírai nevet kapta, és több mint 200 sikeres tesztrepülést hajtott végre. A német Larkhoz hasonlóan ez is egy függőleges fel- és leszálló repülőgép volt. A következő lépés egy emberes jármű létrehozása volt, amely a C-450 lett. A nyolcméteres vadászgépet sikeresen elindították, de a függőleges repülésről a vízszintesre való átmenet során teljes képtelenséget mutatott a magasság megtartására, és kőként zuhant. A pilóta katapultált, és a drága projektet azonnal lezárták.

SNECMA C-450 (1959) Csak függőlegesen tudott repülni. Amikor a pilóta megpróbált vízszintes repülésre váltani, a kísérleti szerkezet kőként zuhant le. A zárt szárnyú repülőgép-projektet azonnal lezárták.

SNECMA C-450 (1959)

Csak függőlegesen tudott repülni. Amikor a pilóta megpróbált vízszintes repülésre váltani, a kísérleti szerkezet kőként zuhant le. A zárt szárnyú repülőgép-projektet azonnal lezárták.

Az utolsó kísérlet egy függőleges felszálló gyűrű létrehozására a Convair Model 49 (1967) amerikai projekt volt. A Convair ma már jól ismert tengeralattjáró-kialakításáról és számos más őrült kivitelről. A Model49 egy repülőgép és egy helikopter hibridje volt. Gyűrűs szárnya olyan fegyvertárat rejtett, amelyre egy egész tüzérezred büszke lehetett. Géppuskák, gránátvetők, ágyúk és rakétavetők – a „49.” egymaga csatát adhatna egy teljes értékű hadseregnek. Ha készült. Az őrült projektet bölcsen elutasította az Egyesült Államok kormánya.

Zárt szárny új élet

2006-ban ismét érdeklődtek a szakemberek az ovális szárny témája iránt. Az egyik minszki vállalatnál kísérleti tervezési munkát (K+F) szerveztek egy ovális szárnyú repülőgép helyreállítására, tesztelésére és aerodinamikai jellemzőinek tanulmányozására. A ROC főtervezője Alekszandr Mihajlovics Anokhin volt, egykori katonai pilóta, komoly 35 éves tapasztalattal. Narusevics és Gushchin a tervezőiroda tagjai lettek. 2008-ban a fizikai és matematikai tudományok doktora, Leonyid Ivanovics Grechikhin professzor vett részt a munkában. A híres Koroljevvel együtt dolgozott a rakéták aerodinamikai tulajdonságain, jelenleg pedig a FÁK különböző intézeteiben konzultál és tart előadásokat. Ennek eredményeként alakult egy csapat, amely jelenleg is dolgozik ezen a témán.

A probléma az volt, hogy a gép 2004 óta nem szállt fel az égbe, és gyakorlatilag használhatatlanná vált. De a munka javában folyt. A repülőgépet módosították, repülésre előkészítették, és eltávolították a hangárból. Megkezdődtek a tesztek. A jármű konfigurációja változatlan maradt, de a finomhangolás komoly volt – egészen a szárnyprofil megváltoztatásáig. Jelentős munka (amely most is folytatódik) Grecsikhinre került: ovális szárnyú repülőgépet építettek, de ezt korábban senki sem számolta ki részletesen!

Műszaki jellemzők

Mi ma a SOC? Ez határozottan egy repülőgép. De a levegőben lévő tulajdonságait tekintve jelentősen eltér a lapos vagy lekerekített szárnyú hagyományos gépektől. A közönséges lapos szárnyat induktív ellenállás jellemzi: a szárny alatti nagynyomású zónából a levegő a szárnyvégeken keresztül hajlamos a felső felületen lévő vákuumzónába áramolni. Ilyenkor a repülőgép mögött végörvények képződnek, amelyek kialakítása szintén energiát fogyaszt, ami az induktív ellenállás értéke.

Egy ovális szárny esetében az induktív ellenállás problémája nem releváns, mivel nincs csúcsa. Ezenkívül a bejövő légáram, amely egy zárt hurkon áthalad, lefelé irányul, további emelőerőt hozva létre. Minél nagyobb a szárny támadási szöge, annál erősebb ez a hatás. És egy ilyen kialakítás támadási szöge példátlanul nagy lehet.

Az áramlás leállása akkor következik be, amikor a légsugár a támadási szög növekedésével megszűnik simán áramlani a szárny felső felülete körül, és örvények képződésével elszakad tőle. Ebben az esetben a szárny emelése azonnal eltűnik, és a készülék elveszti az irányítást. Az ovális szárny akár 50°-os támadási szöget tesz lehetővé a szárny számára, míg a legközelebbi versenytársak maximum 20-22°-ot érnek el. A zárt szárny belsejében lévő levegő megnehezíti az áramlás elakadását a szárny alsó részének felső felületéről. Amikor pedig az áramlás elhagyja a zárt hurkot, a kilökődés következtében (két közeg keveredésének folyamata, amikor az egyik közeg magával ragadja a másikat), „elszívja” a szárny felső részének felső felületén áthaladó levegőt. Ezeket az adatokat nem empirikusan szerezték be - az ovális szárny "kiömlött" a vízcsatornába.

A fémbe inkarnálódás és a levegőbe való felszállás előtt a zárt szárnyhurokkal rendelkező fehérorosz repülőgép három „reinkarnáción” ment keresztül - építése 1988-ban kezdődött.

A rendkívül nagy támadási szögben történő repülés képessége, párosulva az áramláseltérítési hatással, lehetővé teszi, hogy a repülőgép rendkívül alacsony sebességgel repüljön szárnyak használata nélkül. A SOK-ból hiányzik a szárnygépesítés, ami nem akadályozza meg a megbízható fel- és leszállást. A példátlan leállási ellenállás lehetővé teszi, hogy a repülőgép egyenletesen és megbízhatóan repüljön a legszélesebb sebességtartományban.

Az SOC számos tulajdonsága meglepő. Egyenetlen füves, mindössze 400 m hosszú pályán sikerül felgyorsulnia, felrepülnie és leszállnia, kikapcsolt motorral, jól tervez és általában nagyon stabilan viselkedik a levegőben. Az ovális szárny manőverezhetőbbé és üzemanyag-hatékonyabbá teszi a repülőgépet. Ráadásul a zárt hurok extra erőt ad a szárnynak. Grecsikhin szerint a klasszikus szárnyú repülőgépek hamarosan kimerülnek. Nagyon egyszerű: minél nagyobb a gép, annál nehezebb és erősebb a szárnya, annál nehezebb megőrizni merevségét. Lényegében a gép „haszontalan” teher tömegét hordozza – a saját szárainak súlyát. Az ovális szárny pedig kétszer könnyebb ugyanahhoz az emeléshez.

Hagyományos problémák

A fő probléma az, hogy a belarusz repülési törvények egyáltalán nem rendelkeznek repülőgépek létrehozásáról az ország területén és azok repülési műveleteiről. A közelmúltban a Midivisana egy speciális tervezőirodát hozott létre pilóta nélküli légi járművek fejlesztésére Anokhin vezetésével. Az alkalmazottak között van Narussevics és Gushchin is. A kialakult lelkes csapat nem veszíti el a reményt, hogy legalább egy pilóta nélküli repülőgépen megvalósíthatják találmányukat - egy zárt ovális szárnyat.

Ringplan Sukhanov

A Szovjetunióban is történtek kísérletek egy gyűrűs repülőgép létrehozására. 1936-ban a Moszkvai Repülési Intézet egyik hallgatója, Szuhanov egy gyűrű alakú szárnyú repülőgép védelmi projektjét mutatta be szakdolgozatként. A szárny átmérője 3 m volt, a 600 km/h-s tervezési sebességet pedig a 800 lóerős Hispano-Suiza motornak kellett biztosítania. 1940-re az oklevél egy rövid fel- és leszálló vadász-elfogó teljes értékű projektjévé vált, és a TsAGI tudományos és műszaki tanácsa is megvizsgálta. De jött a háború, nem volt idő és pénz a repülőgép megépítésére, és még inkább a tesztelésére. 1942-ben Novoszibirszkben Szuhanov megépítette a csengőrepülő működőképes modelljét. A modelltesztek kimutatták, hogy a repülőgép akár 43°-os támadási szöget is kibír, magas a teljesítmény-tömeg aránya, kipörgésgátló tulajdonságokkal és kiváló manőverezőképességgel rendelkezik. Szuhanov megkapta a szerzői oklevelet, elvégezte az összes számítást, de a gyűrűterv a háború és az országban zajló pusztítások miatt soha nem látott napvilágot.

A szárny csak az ellipszis tengelyeinek egymáshoz viszonyított bizonyos arányában, a szárny húrjának az ellipszis melléktengelyéhez viszonyított hosszában és a szárnyprofil egyéb árnyalataiban mutatja meg tulajdonságait. A tervezők szabadalmat kértek, és elsőbbségi tanúsítványt kaptak erre a szárnyformára Fehéroroszországban és Oroszországban. Most úgy tűnik, senki sem fogja tudni megismételni sikerét, mert az előnyös szárnyparaméterek összes elérhető "folyosója" már ki van jelölve.

A fejlesztés kezdetétől a könnyű hajtóműves repülőgép első sorozatgyártású modelljének megépítéséig tartó időszakra körülbelül 12 millió dollárra van szükség, mondja Alexander Anokhin. – Ilyen szárnnyal akár sárkányrepülőt is készíthetünk. El tudod képzelni? Sárkányrepülő, nem fél az oldalszéltől! A fő probléma nem is a finanszírozás: amint a SOK például a MAKS-hoz kerül, meglesz a befektető. A probléma a fehérorosz jogszabályokban rejlik, amelyek szerint az ország területén létrehozott repülőgépet rendkívül nehéz regisztrálni, ebben az esetben pedig egyszerűen lehetetlen, mivel nem tartozik az ismert repülőgép-osztályokba. A voronyezsi repülőtérrel azonban már van megállapodás, amelyet a tervek szerint a jármű további tesztelésére használnak fel.

Mi a következő lépés? Lássuk. A tény marad. A repülőgépgyártás történetében először szállt fel zártszárnyú repülőgép. Talán új felfedezések küszöbén állunk. Vagy talán ez csak egy furcsa repülőgép, egy elszigetelt esemény. Az idő fogja megmondani.