Zoals u weet, is het middengedeelte het deel van de vliegtuigvleugel dat het linker- en rechtervlak verbindt en in feite dient om de vleugel aan de romp te bevestigen. In overeenstemming met de logica moet het middengedeelte een stijve structuur zijn. Maar op 21 december 1979 steeg een NASA AD-1-vliegtuig op, waarvan de vleugel aan de romp was bevestigd … op een scharnier en kon draaien, waardoor het vliegtuig een asymmetrische vorm kreeg.
Het begon echter allemaal veel eerder - met het sombere Duitse genie Richard Vogt, hoofdontwerper van het legendarische bedrijf Blohm & Voss. Vogt, bekend om zijn atypische benadering van het ontwerpen van vliegtuigen, had al asymmetrische vliegtuigen gebouwd en wist dat een dergelijk schema niet verhinderde dat het vliegtuig stabiel in de lucht bleef. En in 1944 werd het project Blohm & Voss en P.202 geboren.
Het belangrijkste idee van Vogt was de mogelijkheid om de luchtweerstand aanzienlijk te verminderen bij het vliegen met hoge snelheden. Het vliegtuig vertrok met een conventionele symmetrische vleugel (aangezien een kleine vleugel een hoge liftcoëfficiënt heeft), en tijdens de vlucht draaide het in een vlak evenwijdig aan de as van de romp, waardoor de weerstand werd verminderd. Dit was eigenlijk een van de oplossingen voor de implementatie van een variabele vleugelzwaai - tegelijkertijd werkten de Duitsers de klassieke symmetrische zwaai uit op het Messerschmitt P.1101-vliegtuig.
Blohm & Voss en P.202 leken te gek om in de serie te gaan. De vleugel met een overspanning van 11, 98 m kon op het centrale scharnier draaien in een hoek van maximaal 35 ° - bij de maximale hoek veranderde de overspanning in 10, 06 m. onvermogen om de vleugel te gebruiken voor het monteren van extra apparatuur. Het project bleef alleen op papier.
Tegelijkertijd werkten specialisten van Messerschmitt aan een soortgelijk project. Hun voertuig, de Me P.1109, kreeg de bijnaam "schaarvleugel". De auto had twee vleugels en was extern onafhankelijk: de ene bevond zich boven de romp, de tweede - eronder. Wanneer de bovenste vleugel met de klok mee werd gedraaid, werd de onderste vleugel op dezelfde manier tegen de klok in gedraaid - dit ontwerp maakte het mogelijk om de scheefheid van het vliegtuig kwalitatief te compenseren met een asymmetrische verandering in sweep.
De vleugels konden tot 60 ° draaien en toen ze loodrecht op de as van de romp stonden, zag het vliegtuig eruit als een gewone tweedekker.
De problemen van de Messerschmitt waren dezelfde als die van Blohm & Voss: een complex mechanisme en bovendien problemen met het chassisontwerp. Als gevolg hiervan ging zelfs een vliegtuig gebouwd in ijzer met een symmetrisch variabele sweep - Messerschmitt Р.1101, niet in productie, laat staan asymmetrische constructies die alleen projecten bleven. De Duitsers waren hun tijd te ver vooruit.
Voordelen en verliezen
De voordelen van een asymmetrisch variabele sweep zijn dezelfde als die van een symmetrische sweep. Wanneer het vliegtuig opstijgt, is een hoge lift vereist, maar wanneer het met hoge snelheid vliegt (vooral boven de geluidssnelheid), is de lift niet meer zo relevant, maar begint de hoge weerstand te interfereren. Luchtvaartingenieurs moeten een compromis vinden. Door de sweep te veranderen, past het vliegtuig zich aan de vliegmodus aan. Berekeningen tonen aan dat het plaatsen van de vleugel onder een hoek van 60 ° ten opzichte van de romp de luchtweerstand aanzienlijk zal verminderen, de maximale kruissnelheid zal verhogen en het brandstofverbruik zal verminderen.
Maar in dit geval rijst een tweede vraag: waarom hebben we een asymmetrische sweep-verandering nodig, als een symmetrische veel handiger is voor de piloot en geen compensatie vereist? Het is een feit dat het belangrijkste nadeel van symmetrische sweep de technische complexiteit is van het veranderingsmechanisme, de vaste massa en de kosten ervan. Met een asymmetrische verandering is het apparaat veel eenvoudiger - in feite een as met een stijve bevestiging van de vleugel en het draaimechanisme.
Een dergelijk schema is gemiddeld 14% lichter en minimaliseert de karakteristieke impedantie bij vliegen met snelheden die de geluidssnelheid overschrijden (dat wil zeggen, de voordelen komen ook tot uiting in vliegprestaties). Dit laatste wordt veroorzaakt door een schokgolf die optreedt wanneer een deel van de luchtstroom rond het vliegtuig supersonische snelheid verkrijgt. Ten slotte is dit de meest "budgettaire" variant van de variabele sweep.
OWRA RPW
Een onbemand luchtvaartuig van NASA, gebouwd in de vroege jaren 70 voor de experimentele studie van de vluchteigenschappen van asymmetrische sweep. Het apparaat kon de vleugel 45° met de klok mee draaien en bestond in twee configuraties - kortstaartig en langstaartig.
Daarom kon de mensheid met de ontwikkeling van technologie niet anders dan terugkeren naar een interessant concept. In de vroege jaren 1970 werd een onbemand luchtvaartuig OWRA RPW (Oblique Wing Research Aircraft) vervaardigd in opdracht van NASA om de vluchteigenschappen van een dergelijk schema te bestuderen. De ontwikkelingsadviseur was Vogt zelf, die na de oorlog naar de Verenigde Staten emigreerde, toen al een hoogbejaarde man, en de hoofdontwerper en ideoloog van de heropleving van het idee was NASA-ingenieur Richard Thomas Jones. Jones had dit idee al sinds 1945, toen hij een werknemer was van NACA (de voorloper van NASA, de National Advisory Committee for Aeronautics), en tegen de tijd dat het monster werd gebouwd, waren absoluut alle theoretische berekeningen uitgewerkt en grondig getest.
De OWRA RPW-vleugel kon tot 45° draaien, de drone had een rudimentaire romp en staart - in feite was het een vliegende lay-out, waarvan het centrale en enige interessante element de vleugel was. Het meeste onderzoek werd uitgevoerd in een aerodynamische tunnel, sommige in echte vlucht. De vleugel presteerde goed en NASA besloot een volwaardig vliegtuig te bouwen.
En nu - vlieg
Natuurlijk heeft de asymmetrische zwaaiverandering ook nadelen - met name de asymmetrie van de frontale weerstand, parasitaire draaimomenten die leiden tot overmatig rollen en gieren. Maar dit alles kon al in de jaren zeventig worden overwonnen door gedeeltelijke automatisering van de controles.
Vliegtuig NASA AD-1
Hij vloog 79 keer. Bij elke vlucht zetten de testers de vleugel in een nieuwe positie en werden de verkregen gegevens geanalyseerd en met elkaar vergeleken.
Het AD-1 (Ames Dryden-1) vliegtuig is een gezamenlijk geesteskind van een aantal organisaties geworden. Het werd in ijzer gebouwd door Ames Industrial Co., het algehele ontwerp werd gedaan op Boeing, technologisch onderzoek werd uitgevoerd door Bertha Rutana's Scaled Composites en er werden vliegtests uitgevoerd in het Dryden Research Center in Lancaster, Californië. De AD-1-vleugel kon 60 ° om de centrale as draaien, en alleen tegen de klok in (dit vereenvoudigde het ontwerp aanzienlijk zonder voordelen te verliezen).
De vleugel werd aangedreven door een compacte elektromotor die zich in de romp direct voor de motoren bevond (de laatste gebruikte de klassieke Franse turbojetmotoren Microturbo TRS18). De spanwijdte van de trapeziumvormige vleugel in de loodrechte positie was 9, 85 m, en in de geroteerde positie - slechts 4, 93, wat het mogelijk maakte om een maximale snelheid van 322 km / u te bereiken.
Op 21 december steeg AD-1 voor het eerst op en in de daaropvolgende 18 maanden werd de vleugel bij elke nieuwe vlucht 1 graad gedraaid, waarbij alle indicatoren van het vliegtuig werden geregistreerd. Medio 1981 "bereikte" het vliegtuig een maximale hoek van 60 graden. De vluchten gingen door tot augustus 1982, in totaal steeg de AD-1 79 keer op.
NASA AD-1 (1979)
Het enige vliegtuig met een asymmetrische vleugel die de lucht in ging. De vleugel draaide tot 60 graden tegen de klok in.
Het belangrijkste idee van Jones was om asymmetrische sweep-veranderingen in vliegtuigen te gebruiken voor intercontinentale vluchten - snelheid en brandstofverbruik rendeerden het best op ultralange afstanden. Het AD-1-vliegtuig kreeg echt positieve recensies van zowel experts als piloten, maar vreemd genoeg kreeg het verhaal geen vervolg. Het probleem was dat het hele programma vooral onderzoek was. Na alle benodigde gegevens te hebben ontvangen, stuurde NASA het vliegtuig naar de hangar; 15 jaar geleden verhuisde hij naar de eeuwige opslag in het Hillier Aviation Museum in San Carlos.
NASA was als onderzoeksorganisatie niet betrokken bij vliegtuigbouw en geen van de grote vliegtuigfabrikanten was geïnteresseerd in het concept van Jones. Intercontinentale voeringen zijn standaard veel groter en complexer dan het "speelgoed" AD-1, en de bedrijven durfden geen enorme sommen geld te investeren in onderzoek en ontwikkeling van een veelbelovend, maar zeer verdacht ontwerp. Klassieker won het van innovatie.
Richard Gray, NASA AD-1 testpiloot
Nadat hij met succes zijn programma op een asymmetrische vleugel had gevlogen, stierf hij in 1982 bij de crash van een privé-trainervliegtuig Cessna T-37 Tweet.
Vervolgens keerde NASA terug naar het thema "schuine vleugel", nadat ze in 1994 een kleine drone had gebouwd met een spanwijdte van 6, 1 m en de mogelijkheid om de zwaaihoek te veranderen van 35 naar 50 graden. Het werd gebouwd als onderdeel van de oprichting van een transcontinentaal vliegtuig met 500 zitplaatsen. Maar uiteindelijk werd het werk aan het project om dezelfde financiële redenen geannuleerd.
Het is nog niet gedaan
Niettemin kreeg de "schuine vleugel" een derde leven, en dit keer dankzij de tussenkomst van het bekende bureau DARPA, dat in 2006 Northrop Grumman een contract van 10 miljoen aanbood voor de ontwikkeling van een onbemand luchtvoertuig met een asymmetrische sweep-verandering.
Maar het Northrop-bedrijf ging de geschiedenis van de luchtvaart in, voornamelijk vanwege de ontwikkeling van vliegtuigen van het "vliegende vleugel" -type: de oprichter van het bedrijf, John Northrop, was een liefhebber van een dergelijk plan, vanaf het begin zette hij de richting van onderzoek voor vele jaren (hij richtte het bedrijf eind jaren dertig op en stierf in 1981).
Als gevolg hiervan besloten de specialisten van Northrop om op een onverwachte manier de technologie van de vliegende vleugel en de asymmetrische sweep te kruisen. Het resultaat was de Northrop Grumman Switchblade-drone (niet te verwarren met hun andere conceptuele ontwikkeling - de Northrop Switchblade-jager).
Het ontwerp van de drone is vrij eenvoudig. Aan de 61 meter lange vleugel is een scharnierende module bevestigd met twee straalmotoren, camera's, besturingselektronica en hulpstukken die nodig zijn voor de missie (bijvoorbeeld raketten of bommen). De module heeft niets overbodigs - de romp, het verenkleed, de staart, het lijkt op een ballongondel, behalve misschien met krachtbronnen.
De rotatiehoek van de vleugel ten opzichte van de module is nog steeds dezelfde ideale 60 graden, berekend in de jaren 1940: bij deze hoek worden schokgolven die ontstaan bij supersonische bewegingen geëgaliseerd. Met de vleugel gedraaid kan de drone 2500 mijl vliegen met een snelheid van 2,0 M.
Het concept van het vliegtuig was in 2007 klaar en tegen de jaren 2010 beloofde het bedrijf de eerste tests uit te voeren van een lay-out met een spanwijdte van 12,2 m - zowel in een windtunnel als in een echte vlucht. Northrop Grumman had gepland dat de eerste vlucht van de drone op ware grootte rond 2020 zou plaatsvinden.
Maar al in 2008 verloor het DARPA-bureau de interesse in het project. Voorlopige berekeningen leverden niet de geplande resultaten op en DARPA trok het contract in en sloot het programma af in de fase van het computermodel. Dus het idee van asymmetrische sweep was weer pech.
Zal het of niet?
In feite was de economie de enige factor die een interessant concept doodde. Het hebben van werkende en bewezen circuits maakt het onrendabel om een complex en ongetest systeem te ontwikkelen. Het heeft twee toepassingsgebieden: transcontinentale vluchten van zware voeringen (het hoofdidee van Jones) en militaire drones die in staat zijn te bewegen met snelheden die de snelheid van het geluid overschrijden (de primaire taak van Northrop Grumman).
In het eerste geval zijn de voordelen brandstofbesparing en een toename van de snelheid, terwijl andere zaken gelijk zijn aan die van conventionele vliegtuigen. In het tweede geval is het minimaliseren van de golfweerstand op het moment dat het vliegtuig het kritische Mach-getal bereikt van het grootste belang.
Of een serieel vliegtuig met een vergelijkbare configuratie zal verschijnen, hangt uitsluitend af van de wil van vliegtuigfabrikanten. Als een van hen besluit geld te investeren in onderzoek en constructie, en vervolgens in de praktijk bewijst dat het concept niet alleen functioneel is (dit is al bewezen), maar ook zelfvoorzienend, dan heeft de asymmetrische verandering in sweep kans van slagen. Als in het kader van de wereldwijde financiële crisis dergelijke waaghalzen niet worden gevonden, zal de "schuine vleugel" nog een deel van de geschiedenis van de luchtvaart rijk aan curiosa blijven.
Kenmerken van het NASA AD-1-vliegtuig
Bemanning: 1 persoon
Lengte: 11,83 m
Spanwijdte: 9,85 m loodrecht, 4,93 m schuin
Vleugelhoek: tot 60 °
Vleugeloppervlak: 8, 6 2
Hoogte: 2, 06 m
Leeg vliegtuiggewicht: 658 kg
Maximaal startgewicht: 973 kg
Aandrijflijn: 2 x Microturbo TRS-18 straalmotoren
Stuwkracht: 100 kgf per motor
Brandstofcapaciteit: 300 liter Maximum snelheid: 322 km/h
Serviceplafond: 3658 m
Echte pioniers
Weinig mensen weten dat het eerste vliegtuig met variabele vleugelgeometrie niet door de Duitsers werd gebouwd tijdens de Tweede Wereldoorlog (zoals de meeste bronnen beweren), maar door de Franse luchtvaartpioniers Baron Edmond de Marcai en Emile Monin in 1911. De eendekker van Markay-Monin werd op 9 december 1911 aan het publiek voorgesteld in Parijs en zes maanden later maakte hij zijn eerste succesvolle vlucht.
Eigenlijk bedachten de Marcay en Monin het klassieke schema van symmetrisch variabele geometrie - twee afzonderlijke vleugelvlakken met een totale maximale spanwijdte van 13,7 m werden aan de scharnieren bevestigd en de piloot kon de hoek van hun locatie ten opzichte van de romp veranderen tijdens de vlucht. Op de grond konden de vleugels voor transport worden opgevouwen, zoals de vleugels van insecten, 'achter de rug'. De complexiteit van het ontwerp en de noodzaak om te verhuizen naar meer functionele vliegtuigen (vanwege het uitbreken van de oorlog) dwong de ontwerpers om verder werk aan het project te staken.
