Teoria i praktyka skośnego skrzydła
Szybowiec TsAGI-2 lub BP-2 w locie. Możesz zobaczyć kształt skrzydła. Zdjęcia Airwar.ru
Od połowy lat trzydziestych XX wieku. naukowcy i projektanci z różnych krajów badają temat odwróconego skrzydła skośnego. Badania wykazały, że taka architektura samolotu ma wiele istotnych zalet w porównaniu z tradycyjnymi schematami i ma szczególne znaczenie praktyczne. Nie był jednak szeroko stosowany i nie mógł zastąpić innych konstrukcji. Ponadto takie rozwiązanie techniczne sprawdziło się dobrze tylko w niektórych obszarach.
Bezpośrednie lub negatywne
Od połowy ubiegłego wieku większość samolotów wszystkich głównych klas była wyposażona w skrzydło przesunięte do przodu. Taki schemat umożliwia zmniejszenie oporu czołowego i falowego, a także zmniejszenie obciążeń aerodynamicznych konstrukcji. Wszystko to przyczynia się do wzrostu prędkości lotu, poprawia zwrotność i inne parametry.
Skrzydło skośne ma jednak wady polegające na tym, że część strumienia powietrza porusza się wzdłuż samolotu. Tak więc w niektórych trybach lotu, w zależności od osiągniętego kąta natarcia, tzw. efekt końcowy. Przepływ poruszający się po samolocie zaczyna odrywać się od czubka i tworzy wiry, które zmniejszają siłę nośną, pogarszają stabilność i zakłócają pracę lotek, co psuje sterowność.
W latach trzydziestych radzieccy i zagraniczni naukowcy i projektanci zaproponowali oryginalny sposób rozwiązania problemów ze skrzydłem skośnym - odwrócone skrzydło skośne (KOS). Zaproponowano zmianę położenia krawędzi natarcia tak, aby końcówki znajdowały się w przepływie przed nasadą skrzydła.
Doświadczony bombowiec DB-LK zaprojektowany przez Bielajewa. Zdjęcia Airwar.ru
Na takim skrzydle podłużna składowa przepływu przemieszcza się nie do końcówki, ale do środkowej części, po czym opuszcza się wzdłuż kadłuba. Dzięki temu efekt końcowy występuje tylko przy dużych kątach natarcia i nie zakłóca pracy lotek. Zwiększenie cofnięcia i właściwy dobór geometrii skrzydła może wzmocnić te efekty. Wszystko to prowadzi do poprawy zwrotności i zapewnia nowe możliwości konstruktywnego charakteru.
KOS nie jest jednak pozbawiony poważnych niedociągnięć. Specyfika przepływu wokół prowadzi do obciążeń specjalnych i istnieje tzw. elastyczna dywergencja dodatnia. Przepływ z dużą siłą skręca płaszczyznę wokół jej osi podłużnej, przez co istnieje ryzyko uszkodzenia lub zniszczenia konstrukcji. Stosowane materiały i technologie konstrukcyjne mają specjalne wymagania.
Wczesne eksperymenty
Za pierwszy samolot z KOS uważa się radziecki szybowiec BP-2 lub TsAGI-2 zaprojektowany przez V.P. Belyaev, zbudowany w 1934 roku. To urządzenie wykazywało dobre właściwości aerodynamiczne i ogólnie potwierdzało fundamentalną możliwość tworzenia i używania SOS. Później Belyaev zbudował i przetestował nowe eksperymentalne szybowce.
Kilka lat później według jego projektu zbudowano bombowiec DB-LK. Dwusilnikowa maszyna dwukadłubowa miała oznaki „latającego skrzydła” i zwężała się w zakresie odwróconej płaszczyzny zamiatania. Na procesach w latach 1939-40. samolot wykazywał dobre właściwości lotne, ale charakteryzował się zmniejszoną stabilnością.
Niemiecki samolot Ju-287 w budowie. Fot. Wikimedia Commons
W latach trzydziestych temat KOS podejmowano także za granicą. Na przykład w Polsce zbudowano i przetestowano kilka doświadczonych szybowców, ale II wojna światowa uniemożliwiła dalszy rozwój tego kierunku. Już w czasie wojny Niemcy zaczęły rozwijać ten temat. W lutym 1944 roku niemieccy producenci samolotów wynieśli w powietrze eksperymentalny samolot Ju-287 o nachyleniu -23° wzdłuż krawędzi natarcia. Szacunkowa prędkość takiej maszyny przekroczyła 800 km/h, ale skręcenie skrzydła wymusiło przerwanie testów, zanim została osiągnięta.
Po wojnie projekt ten został opracowany. Niemieccy specjaliści z sowieckiego OKB-1 opracowali eksperymentalny samolot EF-131 o podobnej konstrukcji. Biorąc pod uwagę doświadczenia z poprzednich testów, zdecydowano o zmniejszeniu przemiatania. Jednak problem z obciążeniem nie zniknął. Projekt uznano za nieudany i zamknięty.
Pierwsze sukcesy
Jednak na początku Historie KOS odniósł kilka sukcesów. Tak więc w 1936 roku samolot wielozadaniowy Lysander, opracowany przez brytyjską firmę Westland, wykonał swój pierwszy lot. Była to kolumna górnopłata ze złamaną krawędzią natarcia skrzydła. Podstawa samolotów miała zauważalny negatywny przeskok, konsole miały mniejszy. Maszyna była prowadzona przez dwóch pilotów, nosiła karabiny maszynowe i bomby małego kalibru.
"Lysander" wykazał wysokie osiągi w locie i wszedł do służby w KVVS. Produkcja takich maszyn rozpoczęła się w 1938 roku i trwała do 1942 roku. Zbudowano prawie 1700 samolotów. W rezultacie Lysander stał się pierwszym masowo produkowanym i najbardziej masywnym samolotem KOS w historii.
Cywilny HFB-320 w muzeum. Fot. Wikimedia Commons
Pod koniec lat czterdziestych temat KOS został opracowany w ZSRR, a w 1950 roku wystartował eksperymentalny samolot krótkodystansowy Ił-14. Jego cechą charakterystyczną było skrzydło o nachyleniu -3 ° wzdłuż krawędzi natarcia; w środkowej części znajdowały się gondole silnikowe. To rozwiązanie techniczne poprawiło aerodynamikę i zwiększyło osiągi we wszystkich głównych trybach.
IL-14 okazał się udaną maszyną, trafił do dużej serii i był masowo eksploatowany na różnych liniach. Na własne potrzeby i na eksport nasz kraj zbudował prawie 1350 takich samolotów.
W 1966 roku do służby wszedł samolot wielozadaniowy HFB-320 Hansa Jet niemieckiej firmy Hamburger Flugzeugbau. Maszyna o maksymalnej masie startowej ponad 9,2 tony otrzymała zwężające się skrzydło o nachyleniu -15°, zaawansowaną mechanizację i zbiorniki paliwa na czubkach. Samolot rozwijał prędkość 825 km/h i wykazywał wysokie parametry startu i lądowania. Załoga składała się z dwóch pilotów; kabina pasażerska mogła pomieścić do 12-15 osób.
Wystarczająco wysoka wydajność zainteresowała kilku klientów, a HFB-320 wszedł do serii. Zbudowano 47 samochodów. Początkowo samolot był używany tylko na liniach pasażerskich, ale potem zainteresowała się nim Bundeswehra. Na udanej platformie ukończono zagłuszający samolot.
Należy zauważyć, że od lat 13. i 700. XX wieku motyw CBS zyskał popularność wśród zagranicznych producentów szybowców sportowych. Przez kilkadziesiąt lat opracowano szereg takich projektów, a niektóre osiągnęły dużą serię. Tak więc najbardziej masywnym w swojej klasie był zachodnioniemiecki szybowiec z połowy lat sześćdziesiątych Schleicher ASK XNUMX, zbudowany przez ok. XNUMX tys. XNUMX jednostek
Eksperymentalny samolot Grumman X-29. Zdjęcie autorstwa NASA
Doświadczenia wojskowe
Po sukcesie przemysłu samolotów cywilnych wznowiono badania nad tematem SOS do walki lotnictwo. Pierwszy projekt „nowej generacji” stworzyła amerykańska firma Grumman we współpracy z agencją DARPA. Celem programu o indeksie X-29 było opracowanie projektu samolotu o nietypowej konstrukcji, zbudowanego przy użyciu nowoczesnych technologii i podzespołów.
X-29 został zbudowany z szerokim wykorzystaniem materiałów kompozytowych, aby sprostać obciążeniom projektowym. Szybowiec otrzymał przedni poziomy ogon i skrzydło o nachyleniu -30 °. Przetestowano kolejną innowację w zakresie wyposażenia pokładowego. Samolot został wyposażony w system sterowania fly-by-wire z trzema komputerami sterującymi. Wszystko to pozwoliło na wykonanie maszyny statycznie niestabilnej oraz na pełne przetestowanie potencjału manewrowego KOS-u.
Testy w locie X-29 rozpoczęły się w 1984 roku, wykorzystano dwa prototypy. Ogólnie potwierdzono cechy i możliwości projektowe. Ponadto najlepsze osiągi wykazały kompozyty i skomputeryzowane EDSU. Jednak projekt X-29 uznano za nieudany. Nie tylko zademonstrował wszystkie zalety niezwykłego skrzydła, ale także ujawnił szereg jego wad. Dalszy rozwój uznano za bezsensowny.
Od początku lat osiemdziesiątych podobny projekt powstawał w ZSRR/Rosji. Biuro Projektowe Sukhoi opracowało i przeprowadziło testy eksperymentalnego samolotu S-37 lub Su-47, znanego również jako Berkut. Pierwszy lot tej maszyny odbył się w 1997 roku, a kilka następnych lat spędziliśmy na eksperymentach.
Rosyjski Su-47 Berkut. Zdjęcia Airwar.ru
Samolot został wykonany według schematu „integralnego wzdłużnego trójpłatowca” z przednim poziomym ogonem i statecznikami ogona. Skrzydło miało konstrukcję kompozytową i kształt trapezu. Napływ skrzydła miał dodatnie przechylenie 75 °, następnie nastąpiła część przejściowa, a przednia krawędź konsoli miała przechylenie -20 °. Zastosowano skomputeryzowany EDSU z wielokrotną redundancją i zapasowym układem hydraulicznym.
Według znanych danych S-37 potwierdził wszystkie wstępne szacunki. Pokazał wysoki potencjał i możliwości KOS oraz nowych systemów sterowania, zwrócił jednak uwagę na występowanie charakterystycznych trudności aerodynamicznych. W związku z tym na początku 47 roku prace nad KOS zostały ograniczone. W tym samym czasie budowany Su-XNUMX pozostawał w służbie – służył jako latające laboratorium dla obiecującego programu PAK DA.
Jako ciekawy przykład militarnego wykorzystania KOS-u należy przywołać amerykański pocisk manewrujący AGM-129 ACM, który służył w służbie w latach 1990-2012. Został zbudowany w charakterystycznym kadłubie i miał składane skrzydło wysunięte do przodu.
Ciekawe, że w tym przypadku KOS nie został użyty do poprawy aerodynamiki i danych lotu, ale jako element technologii stealth. Oświetlona od przodu lub od dołu, prosta lub skośna krawędź natarcia odbija sygnał radarowy do przodu lub z boku, co zwiększa RCS samolotu. KOS z kolei odbija sygnał do kadłuba, co nie pozwala mu wrócić na radar.
Pocisk Cruise AGM-129 ACM w konfiguracji lotu. Zdjęcie US Air Force
Dla indywidualnych miejsc docelowych
Tym samym, w toku licznych badań i testów prawdziwych samolotów, skrzydło z odwróconym skosem potwierdziło wszystkie swoje wyliczone możliwości i zalety. Ponadto pokazało, że istnieją pewne ograniczenia i problemy, które należy wziąć pod uwagę przy opracowywaniu nowych projektów.
Należy zauważyć, że tylko pojedyncze egzemplarze samolotów z KOS trafiły do masowej produkcji, a wszystkie należą do kilku klas. Są to szybowce lub lekkie samoloty, a także cywilne liniowce. Pomimo wszystkich wysiłków projektantów, naddźwiękowe supermanewrowalne myśliwce z KOS nie wyszły jeszcze poza testy.
Powody tego są dość proste. Szybowce lub samoloty pasażerskie pozwalają zrealizować główne zalety SOS i poprawić osiągi lotu bez nadmiernego komplikowania konstrukcji. Z kolei stworzenie zwrotnego myśliwca wymaga nowych materiałów i technologii, które pozwolą mu wytrzymać wszystkie specyficzne obciążenia. Jak pokazała praktyka, nawet komputery i kompozyty nie pozwalają na rozwiązanie wszystkich tych problemów i gwarantują bezpieczną eksploatację i użycie bojowe.
Jest prawdopodobne, że w przyszłości kierunek KOS będzie się dalej rozwijał. Eksperymenty będą prowadzone w różnych krajach i powstaną nowe modele sprzętu. Nie należy jednak oczekiwać szybkiego postępu w tej dziedzinie. Ponadto najprawdopodobniej zastosowanie tego schematu będzie ograniczone do lotnictwa lekkiego i pasażerskiego, m.in. niezmotoryzowany. Z kolei lotnictwo bojowe nadal będzie stosować sprawdzone i sprawdzone koncepcje.
informacja