Як відомо, центроплан - це та сама частина крила літака, яка з'єднує ліву і праву площині і служить, власне, для кріплення крила до фюзеляжу. Відповідно до логіки центроплан повинен бути жорсткою конструкцією. Але 21 грудня 1979 року в повітря піднявся літак NASA AD-1, у якого крило кріпилося до фюзеляжу ... на шарнірі і могло повертатися, надаючи літаку асиметричну форму.
Втім, все почалося набагато раніше - з похмурого тевтонського генія Ріхарда Фогта, головного конструктора легендарної фірми Blohm & Voss. Фогт, відомий нетиповим підходом до проектування авіатехніки, вже будував асиметричні літаки і знав, що подібна схема не заважає літальному апарату бути стійким в повітрі. І в 1944-му на світ з'явився проект Blohm & Voss and P.202.
Основною ідеєю Фогта була можливість значно знизити лобове опір при польотах на високих швидкостях. Літак злітав зі звичайним симетричним крилом (оскільки крило малої стреловидности має високий коефіцієнт підйомної сили), а в польоті воно поверталося в площині, паралельній осі фюзеляжу, тим самим зменшуючи опір. Власне, це було одне з рішень по реалізації змінної стріловидності крила - одночасно німці відпрацьовували і класичну симетричну стреловидность на літаку Messerschmitt Р.1101.
Blohm & Voss and P.202 (1944) - одна з легендарних розробок Ріхарда Фогта. Крило цього літака в теорії мало можливість повертатися на кут до 35 °. У «залізі» модель виготовлена так і не була.
Blohm & Voss and P.202 здавався занадто божевільним, для того щоб піти в серію. Його крило розмахом 11,98 м могло повертатися на центральному шарнірі на кут до 35 ° - при максимальному куті розмах змінювався до 10,06 м. Основними недоліками були громіздкий і важкий (за розрахунками) механізм повороту, який займав занадто багато місця усередині фюзеляжу, і неможливість використовувати крило для навішування додаткового обладнання. Проект залишився тільки на папері.
У той же самий час над схожим проектом працювали і фахівці фірми Messerschmitt. Їх машина Me P.1109 отримала прізвисько «крило-ножиці». У машини було два крила, причому зовні незалежних: одне розташовувалося над фюзеляжем, друге - під ним. При повороті верхнього крила за годинниковою стрілкою нижнє аналогічним чином поверталося проти - така конструкція дозволяла якісно компенсувати перекіс літака при асиметричному зміні стрілоподібності. Крила могли повертатися на кут до 60 °, а при їхньому становищі, перпендикулярному осі фюзеляжу, літак виглядав як звичайний біплан.
Труднощі у Messerschmitt були такі ж, як у Blohm & Voss: складний механізм і до того ж - проблеми з конструкцією шасі. У підсумку в серію не пішов навіть побудований в залозі літак з симетрично змінюваної стрілкою - Messerschmitt Р.1101, що вже говорити про асиметричні конструкціях, які залишилися лише проектами. Німці дуже сильно випередили свій час.
Літак NASA AD-1 піднімався в повітря 79 разів. У кожному польоті крило ставилося в нову позицію, а отримані дані аналізувалися і порівнювалися між собою. Екіпаж: 1 людина // Довжина: 11,83 м // Розмах крила: 9,85 м в перпендикулярній позиції, 4,93 м в косою позиції // Кут повороту крила: до 60 ° // Площа крила: 8,6 2 // Висота: 2,06 м // Маса порожнього літака: 658 кг // Макс. злітна маса: 973 кг // Силовий агрегат: 2 реактивні двигуни Microturbo TRS-18 // Тяга: по 100 кгс на двигун // Запас палива: 300 л // Максимальна швидкість: 322 км / год // Практична стеля: 3658 м.
Вигоди і втрати
Переваги у асиметрично змінної стріловидності ті ж, що і у симетричною. Коли літак злітає, потрібна висока підйомна сила, коли ж летить на високій швидкості (особливо вище швидкості звуку), підйомна сила вже не настільки актуальна, а ось висока лобове опір починає заважати. Авіаінженера доводиться шукати компроміс. Змінюючи ж стреловидность, літак пристосовується до режиму польоту. Розрахунки показують, що розташування крила під кутом 60 ° до фюзеляжу значно знизить аеродинамічний опір, збільшуючи максимальну крейсерську швидкість і знижуючи витрату палива.
Але в такому разі виникає інше питання: навіщо потрібно асиметричне зміна стрілоподібності, якщо симетричне набагато зручніше для пілота і не вимагає компенсації? Справа в тому, що головний недолік симетричною стрілоподібності - це технічна складність механізму зміни, його солідні маса і вартість. При асиметричному зміні пристрій значно простіше - по суті, вісь з жорстким кріпленням крила і повертає її механізм. Така схема в середньому на 14% легше і мінімізує хвильовий опір при польоті на швидкостях, що перевищують швидкість звуку (тобто переваги проявляються і в льотних показниках). Останнє викликається ударною хвилею, що виникає, коли частина оточуючого літак потоку повітря набуває надзвукову швидкість. Нарешті, це самий «бюджетний» варіант змінної стріловидності.
NASA AD-1 (1979) - єдиний літак з асиметричною стрілкою крила, що піднімався в повітря. Крило поверталося на кут до 60 ° проти годинникової стрілки.
Тому з розвитком технологій людство не могло не повернутися до цікавого концепту. На початку 1970-х на замовлення NASA був виготовлений безпілотний апарат OWRA RPW (Oblique Wing Research Aircraft) - для досліджень польотних властивостей подібної схеми. Консультантом при розробці був сам Фогт, після війни емігрував до США, на той момент вже досить літня людина, а головним конструктором і ідеологом відродження ідеї - інженер NASA Річард Томас Джонс. Джонс «хворів» за цю ідею ще з 1945 року, коли був співробітником NACA (попередниці NASA, National Advisory Committee for Aeronautics), і до моменту будівництва зразка абсолютно всі теоретичні викладки були відпрацьовані і ретельно перевірені. Крило OWRA RPW могло повертатися на кут до 45 °, у безпілотника був рудиментарний фюзеляж і хвіст - по суті, це був літаючий макет, центральним і єдино цікавим елементом якого було крило. Основну частину досліджень проводили в аеродинамічному тунелі, частина - в реальному польоті. Крило показало себе непогано, і в NASA прийняли рішення про будівництво повноцінного літака.
А тепер - в політ!
Звичайно, у асиметричного зміни стрілоподібності є і недоліки - зокрема, асиметрія лобового опору, паразитні повертають моменти, що ведуть до надмірного крену і рискання. Але все це вже в 1970-х роках можна було перемогти часткової автоматизацією органів управління.
Річард Грей, пілот-випробувач NASA AD-1. Успішно відлітає свою програму на асиметричному крилі, він загинув в 1982 році в катастрофі рядового тренувального літака Cessna T-37 Tweet.
Літак AD-1 (Ames Dryden-1) став спільним дітищем цілого ряду організацій. Побудувала його в залозі компанія Ames Industrial Co., загальний дизайн створили на «Боїнгу», технологічні дослідження проводила компанія Берта Рутана Scaled Composites, а льотні випробування велися в дослідницькому центрі Драйдена в Ланкастері, Каліфорнія. Крило AD-1 могло повертатися на центральній осі на 60 °, причому тільки проти годинникової стрілки (це значно спрощувало конструкцію без втрати переваг). Привід крила здійснювався від компактного електродвигуна, розташованого усередині фюзеляжу безпосередньо перед двигунами (в якості останніх використовувалися класичні французькі ТРД Microturbo TRS18). Розмах трапецієподібного крила в перпендикулярній позиції становив 9,85 м, а в поверненою - всього 4,93, що дозволяло досягти максимальної швидкості в 322 км / ч.
21 грудня AD-1 вперше піднявся в повітря, і протягом наступних 18 місяців при кожному новому польоті крило повертали на 1 градус, фіксуючи всі показники літака. В середині 1981 року літак «досяг» максимального кута в 60 градусів. Польоти тривали до серпня 1982 го, всього AD-1 піднімався в повітря 79 разів.
OWRA RPW - безпілотний апарат NASA, побудований на початку 1970-х років для досвідченого вивчення польотних властивостей асиметричною стрілоподібності. Апарат вмів повертати крило на 45 ° за годинниковою стрілкою і існував в двох конфігураціях - куцохвостої і довгохвостої (на знімку).
Основною ідеєю Джонса було використання асиметричного зміни стрілоподібності в літаках для міжконтинентальних рейсів - швидкість і економія палива найкраще окупали себе саме на надвеликих відстанях. Літак AD-1 дійсно отримав позитивні оцінки і експертів, і пілотів, але, як не дивно, ніякого продовження історія не отримала. Проблема полягала в тому, що вся програма була в першу чергу дослідницької. Отримавши всі необхідні дані, NASA відправило літак в ангар; 15 років тому він перебрався на вічне зберігання в авіаційний музей Хиллера в Сан-Карлоса. NASA, будучи дослідницькою організацією, авіабудуванням не займалося, а ніхто з великих авіавиробників не зацікавився концепцією Джонса. Міжконтинентальні лайнери за замовчуванням значно більший і складніше «іграшки» AD-1, і компанії не зважилися вкладати величезні гроші в дослідження і розробку перспективної, але дуже вже підозрілою конструкції. Класика перемогла інновації.
Згодом NASA повернулося до теми «косого крила», побудувавши в 1994 році невеликою безпілотник з розмахом крила 6,1 м і можливістю змінювати кут стреловидности від 35 до 50 градусів. Він будувався в рамках створення 500-місцевого трансконтинентального авіалайнера. Але в підсумку роботи над проектом були згорнуті по все тим же фінансових причин.
Ще не кінець
Проте «косе крило» отримало третю життя, і на цей раз завдяки втручанню добре відомого агентства DARPA, яке в 2006 році запропонувало компанії Northrop Grumman десятимільйонна контракт на розробку безпілотного апарату з асиметричним зміною стрілоподібності.
Але корпорація Northrop увійшла в історію авіації в першу чергу завдяки своїм розробкам літаків типу «літаюче крило»: засновник компанії Джон Нортроп був ентузіастом такої схеми, з самого початку задавши напрям досліджень на багато років вперед (він заснував компанію в кінці 1930-х, а помер в 1981 році). У підсумку фахівці Northrop вирішили несподіваним чином схрестити технології літаючого крила і асиметричною стрілоподібності. Підсумком став безпілотник Northrop Grumman Switchblade (не плутати з іншого їх же концептуальною розробкою - винищувачем Northrop Switchblade).
Конструкція безпілотника досить проста. До 61-метровому крила прикріплюється навісний модуль з двома реактивними двигунами, камерами, електронікою управління і навішуванням, необхідної для місії (наприклад, ракетами або бомбами). У модуля немає нічого зайвого - фюзеляжу, оперення, хвоста, він нагадує гондолу повітряної кулі, хіба що з силовими агрегатами. Кут повороту крила щодо модуля - все ті ж ідеальні 60 градусів, розраховані ще в 1940-х роках: при такому куті нівелюються виникають при русі з надзвуковою швидкістю ударні хвилі. З поверненим крилом безпілотник здатний пролетіти 2500 миль зі швидкістю 2,0 M.
справжні піонери
Мало хто знає, що перший літак із змінною геометрією крила був побудований зовсім не німцями під час Другої світової (як стверджує більшість джерел), а французькими піонерами авіації бароном Едмоном де Маркано і Емілем Моненом в далекому 1911 році. Моноплан Мазка-Монена був представлений публіці в Парижі 9 грудня 1911, а напівроком пізніше зробив свій перший успішний політ.
Власне, де Маркано і Монен придумали класичну схему симетрично змінної геометрії - дві окремі площині крила загальним максимальним розмахом 13,7 м кріпилися на шарнірах, і льотчик міг прямо в польоті змінити кут їхнього розташування щодо фюзеляжу. На землі для транспортування крила можна було скласти, як складаються крила у комах, «за спину». Складність конструкції і необхідність переходу до більш функціональним літакам (через початок війни) змусила конструкторів відмовитися від подальшої роботи над проектом.
Концепт літального апарату був готовий до 2007 року, а до 2010-х років компанія обіцяла провести перші випробування макета з розмахом крила 12,2 м - як в аеродинамічній трубі, так і в реальному польоті. Фахівці Northrop Grumman планували, що перший політ повнорозмірного безпілотника відбудеться приблизно в 2020 році.
Але вже в 2008 році агентство DARPA охололо до проекту. Попередні розрахунки не давали запланованих результатів, і DARPA відкликало контракт, закривши програму на стадії комп'ютерної моделі. Таким чином, ідеї асиметричною стрілоподібності знову не пощастило.
Буде чи не буде?
Насправді єдиний фактор, який «вбив» цікаву концепцію, - це економіка. Наявність працюючих і перевірених схем робить невигідною розробку складної і неперевіреною системи. Областей застосування у неї дві - трансконтинентальні перельоти важких лайнерів (головна ідея Джонса) і військові безпілотники, здатні рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку (першочергове завдання компанії Northrop Grumman). У першому випадку в плюсах - економія палива і підвищення швидкості при інших рівних показниках зі звичайними авіалайнерами. У другому найбільше значення має мінімізація хвильового опору в момент, коли літак досягає критичного числа Маха.
Чи з'явиться серійний літальний апарат з подібною конфігурацією, залежить виключно від волі авіабудівників. Якщо хтось із них наважиться вкласти гроші в дослідження і будівництво, а потім доведе на практиці, що концепція не тільки функціональна (це вже доведено), але до того ж і самоокупності, тоді асиметричне зміна стрілоподібності має шанси на успіх. Якщо ж в рамках світової фінансової кризи таких сміливців не знайдеться, «косе крило» залишиться ще однією частиною багатої на дивини історії авіації.
Стаття «З крилом напереваги» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2014 ).
Але в такому разі виникає інше питання: навіщо потрібно асиметричне зміна стрілоподібності, якщо симетричне набагато зручніше для пілота і не вимагає компенсації?Буде чи не буде?
