Ringplane: מטוס עם לולאת כנף סגורה

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

מטוס עם לולאת כנף סגורה לא יכול לטוס - זה הוכח על ידי הזמן. נוסו מטוסי טבעות מאז תקופתם של האחים רייט, ואף מבנה כזה לא הצליח להישאר למעלה במשך כמה דקות. אבל המוח האנושי לא מוותר. בשנת 2007, לאחר 100 שנים ויותר מ-20 ניסיונות, המריא מכשיר דומה. והוא הוכיח את עצמו ככלי תמרון, קל ועמיד.

הסיפור הזה התחיל ב-1988, כשהדברים כבר הלכו לקראת קריסת האיחוד, אבל התקווה ליציבות עדיין ריחפה בלבותיהם של מנהיגי מדינת הענק. מועדון היצירתיות הטכנית במפעל ציוד מינסק קיבל משימה יצירתית ממבנה חקלאי מקומי: לתכנן מטוס קל לתמרון ועמיד ברוחות צד חזקות. ה"חקלאי" הפופולרי ביותר באותה תקופה היה AN-2: הוא יכול היה לקחת הרבה דשנים וציוד ריסוס. אבל הרוח הייתה האויב הנורא שלו - בשדות הקובאן האינסופיים, ה-AN-2, מבחינת יכולת השליטה, דמתה לפיל מטורף. טכנאי התעופה ארקדי אלכסנדרוביץ' נרושוביץ', הטייס אנטולי ליאונידוביץ' גושצ'ין ועוד כמה אנשים עלו על המקרה. לאחר מחקר ממושך, הגיע Narushevich למסקנה בלתי צפויה: יש צורך לבנות מטוס עם קו מתאר כנף סגור, אך לא עם עגול, אלא סגלגל. נבנו כמה דגמים, שטסו די בהצלחה (אני מציין שבמהלך שיחתנו נרושביץ' הכין דגם נייר ב-15 דקות - והוא עף!). חובבים רכשו חומרים ובנו כנף אובלית. ואז 1991 התרסקה. ברית המועצות נותרה בעבר, המימון הסתיים תוך מספר ימים בלבד, והכספים הנותרים נמשכו. הכנף נשלחה לאחסון לטווח ארוך, ופרויקט המטוס נשכח. אבל זה היה רחוק מהסוף.

מבלריות ועד ז'יוודן

ב-17 בדצמבר 1903 עלה אדם לראשונה לאוויר במטוס עם מנוע. לאיש קראו אורוויל רייט, ולמטוס קראו רייט פלייר I.

למרות ההצלחה הבולטת של האחים רייט, ממציאים רבים הגיעו עם תצורות כנפיים שונות, לפי המושגים שלהם, יעילות יותר ממטוסי רייט רגילים. אחד מחלוצי התעופה היה הממציא הצרפתי לואי בלריוט, שבנה את מכשיר האורניתופטר הראשון שלו בשנת 1900. נכון, רק הדגם ה-11, שנבנה ב-1909, הפך למטוס הראשון המעופף באמת של בלריוט. זה לא מעניין אותנו בכלל, אלא במטוס "בלריות III", שתוכנן ב-1906 ומעולם לא המריא. זה היה המטוס הראשון עם לולאת כנפיים סגורה בהיסטוריה של בניית מטוסים.

בלריוט רק התנסה - באקראי. הוא חיבר את קצות הכנפיים של דו-כנפי קונבנציונלי בחצי עיגולים והתקין את אותו עיצוב כמו הזנב. נכון, המטוס הימי שנוצר "בלריות III" מעולם לא המריא מהמים בכוחות עצמו. עדי ראייה תיארו כמה טיסות - כשהמכשיר נגרר כמו עפיפון, אבל לא יותר מזה.

היום הטעויות של Blériot ברורות: זנב כבד מדי, איבודים גבוהים של עילוי עקב קו מתאר כנף שנבחר לא נכון. אבל העובדה נשארת בעינה - מטוסי כנף סגורים החלו את דרכם בתעופה.

בנוסף לבלריות, התנסו באגף הסגור עוד כמה מעצבים מתחילת המאה. מטוסו של המהנדס הצרפתי ז'יוודן, שנבנה על ידו במפעל ולמורל ב-1909, היה מפורסם בתקופה מסוימת. כולם וכולם, כולל סיינטיפיק אמריקן ומספר פרסומים מכובדים, כתבו על המכונה המדהימה שפותחת עידן חדש של תעופה. במטוסו של ז'יוודן מילאו את תפקיד הכנפיים שתי דמויות בצורת טבעת, שביניהן היה מושב הטייס.המנוע שקל 80 ק"ג ופיתח 40 כ"ס על ידי סיבוב מדחף של 2.4 מטר. כפי שניתן לצפות, המבנה המוזר, שמזכיר צינור עם חלק מרכזי שנתלש החוצה, לא עלה לאוויר. ראוי לציין שמעצב מטוסי הדגם הצרפתי עמנואל פיון עיצב בשנות ה-80 דגם עובד של מטוסיו של ז'יוודן. והדוגמנית עפה יפה. כלומר, התכונות האווירודינמיות שלו לא היו כל כך רעות. מסה מוגזמת או כוח מנוע נמוך אולי מנעו מהמקור להמריא.

ראוי להזכיר עוד עיצוב מדהים - מה שנקרא Gary-Plane של האמריקאי וויליאם פירס גארי. למטוסו של גארי (1910) הייתה כנף שטוחה בצורת טבעת בקוטר של 8 מ' - יותר מארבעה גבהים אנושיים! נכון, המטוס של גארי בלט בחוסר היציבות הנורא שלו: כל הניסיונות לטוס עליו הסתיימו בהתהפכות קדימה.

סוף שנות ה-90: רוח שנייה

בשנת 1998 אנטולי גושצ'ין, אנרי נאסקידיאנטס ועוד מספר טייסים שכנעו את נרושוביץ' להמשיך לעבוד על המטוס. חברה פרטית מסוימת התעניינה במטוס, הכסף נמצא, הכנף שנשכחה למחצה שוחזרה, והצוות החל להרכיב את גוף המטוס. הכל נעשה מאפס. אלא אם כן הנחתת נלקחה מהליקופטר Mi-1, ולוח המחוונים נלקח מה-AN-2. המכונית תוכננה לצרכן פוטנציאלי: מושבים לטייס אחד או שניים ושלושה נוסעים בחצי עיגול. במקום נוסעים ניתן היה להציב מיכלים לאחסון דשנים וציוד ריסוס…

מאפיין חשוב במטוסו של נרושוביץ' היה שהכנף הסגלגלה לא הייתה מחוברת ישירות לגוף המטוס. הוא היה ממוקם בתוך הכנף על מתלים ומתלים. כך נוצרה העילוי על פני כל משטח הכנף.

עד שנת 2004 בוצעו בדיקות השטח הראשונות של המכונה שהתקבלה. היא ביצעה מספר טיסות בתנאי רוח רגועים וצולבים. הממציאים גילו שלמכשיר יש תכונות אווירודינמיות מאוד יוצאות דופן. ראשית, מטוס עם כנף אובלית (נקרא לזה עוד SOC) לא הגיב כלל למשבי רוח צד של עד 13 מ' לשנייה. שנית, לריצת המראה, 150 מ' הספיקו (ל-AN-2 - 180 מ', למטוסים אחרים מאותה מחלקה לפעמים אפילו יותר). אבל העיקר התברר כיחס המעשי של המטען והמשקל העצמי הכולל של המטוס - 0.45! עד כה אף אחד לא התקרב למקדם כזה. ניתן יהיה להציג את המטוס בבטחה למשקיעים עתידיים.

היום ה"אולו-מטוס" המוזר של לואי בלריוט נראה אבסורדי: יותר מדי טעויות נעשו על ידי המעצב הצרפתי במהלך בנייתו. אבל בלריוט פעל באקראי: ב-1906 איש לא ידע איזו תצורת אגף תנצח.

טבעות המראה אנכיות

בין הפרויקטים הגרמניים של מלחמת העולם השנייה, רבים היו מדהימים באומץ ובמקוריות שלהם. לפיכך, לקרב-מיירט ההמראה והנחיתה האנכיים "עפרוני" (Lerche) שתוכנן על ידי ארנסט היינקל (1944) היה כנף סגורה בעלת תשע צדדים ושני מנועי דיימלר-בנץ 605D עצמאיים, שכל אחד מהם סובב את המדחף שלו. שני המדחפים היו ממוקמים בתוך הכנף. באותה תקופה, המטוס היה יוצא דופן בכך שפירושו המראה ונחיתה אנכיים.

קשה לומר מה היינקל היה עושה אילו לארק היה מגולם במתכת. ב-1945 פיתח היינקל גם את LercheII, לא היה מספיק זמן לראשון, והפרויקט נעלם באפלולית. עם זאת, לכולם יש את ההזדמנות להטיס את Skylark - במשחק המחשב IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

אבל הצרפתים בשנת 1959 מצאו את ההזדמנות לגלם את יצירת המופת הטבעתית שלהם במתכת. מטוס ה- SNECMA C-450 Coleoptere המדהים אפילו המריא. נכון, הוא נחת די חזק, כמעט קבר את הטייס תחתיו. למעשה, SNECMA פיתחה את כלי הטיס הבלתי מאויש עם כנף הטבעת עוד קודם לכן, ב-1954.הוא קיבל את השם הלירי Atar Volant C-400 P-1 (כוכב מעופף) וערך יותר מ-200 טיסות מבחן מוצלחות. כמו העפרוני הגרמני, זה היה מטוס המראה ונחיתה אנכיים. השלב הבא היה יצירת רכב מאויש, שהפך ל-C-450. מטוס הקרב של שמונה מטרים שוגר בהצלחה, אך במהלך המעבר מטיסה אנכית לטיסה אופקית, הוא הפגין חוסר יכולת מוחלט לשמור על גובה וצלל כמו אבן. הפיילוט נפלט, והפרויקט היקר נסגר מיד.

SNECMA C-450 (1959) הוא יכול היה לטוס רק אנכית. כשהטייס ניסה לעבור לטיסה אופקית, מבנה הניסוי נפל כמו אבן. פרויקט המטוסים בכנף סגורה נסגר מיד.

SNECMA C-450 (1959)

הוא יכול היה לעוף רק אנכית. כשהטייס ניסה לעבור לטיסה אופקית, מבנה הניסוי נפל כמו אבן. פרויקט המטוסים בכנף סגורה נסגר מיד.

הניסיון האחרון ליצור טבעת המראה אנכית היה הפרויקט האמריקאי Convair Model 49 (1967). Convair ידועה כיום בזכות עיצוב הצוללות שלה ומספר עיצובים מטורפים אחרים. הדגם 49 היה הכלאה של מטוס ומסוק. הכנף בצורת הטבעת הסתיר ארסנל שגדוד ארטילריה שלם יכול להתגאות בו. מקלעים, משגרי רימונים, תותחים ומשגרי רקטות - "49" יכול לתת קרב לבד לצבא מן המניין. אם זה היה עשוי. הפרויקט המטורף נדחה בחוכמה על ידי ממשלת ארה"ב.

אגף סגור חיים חדשים

בשנת 2006, מומחים שוב התעניינו בנושא הכנף הסגלגלה. באחד ממפעלי מינסק אורגנה עבודת תכנון ניסיוני (R&D) כדי לשחזר מטוס עם כנף אליפסה, לבדוק אותו ולחקור את התכונות האווירודינמיות שלו. המעצב הראשי של ה-ROC היה אלכסנדר מיכאילוביץ' אנוכין, טייס צבאי לשעבר עם ניסיון מוצק של 35 שנה. נרושביץ' וגושצ'ין הפכו לחברים בלשכת העיצוב. בשנת 2008, דוקטור למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, פרופסור ליאוניד איבנוביץ' גרצ'יקין היה מעורב בעבודה. הוא עבד על המאפיינים האווירודינמיים של רקטות עם קורולב המפורסם, ועכשיו הוא מתייעץ ומרצה במכונים שונים של חבר העמים. כתוצאה מכך, הוקם צוות, אשר ממשיך לעבוד על הנושא הזה גם עכשיו.

הבעיה הייתה שהמטוס לא המריא לשמיים מאז 2004 והפך כמעט לבלתי שמיש. אבל העבודה הייתה בעיצומה. המטוס עבר שינוי, הוכן לטיסות והוצא מההאנגר. הבדיקות החלו. התצורה של הרכב נותרה בעינה, אבל ההתאמה הייתה רצינית - עד לשינוי בפרופיל הכנף. עבודה משמעותית (שנמשכת כעת) עברה לגרצ'יקין: מטוס עם כנף אליפסה נבנה, אבל אף אחד לא חישב זאת קודם לכן בפירוט!

מאפיינים טכניים

מה זה SOC היום? זה בהחלט מטוס. אבל מבחינת איכויותיו באוויר, הוא שונה במידה ניכרת ממכונות רגילות בעלות כנפיים שטוחות או מעוגלות. כנף שטוחה רגילה מאופיינת בהתנגדות אינדוקטיבית: אוויר מאזור הלחץ הגבוה מתחת לכנף נוטה לזרום לאזור הוואקום במשטח העליון דרך קצות הכנפיים. במקרה זה נוצרות מערבולות קצה מאחורי המטוס, שהיווצרותן צורכת גם אנרגיה, שהיא ערך ההתנגדות האינדוקטיבית.

עבור כנף אובלית, הבעיה של התנגדות אינדוקטיבית אינה רלוונטית, מכיוון שאין לה קצות. בנוסף, זרימת האוויר הנכנסת, העוברת דרך לולאה סגורה, מופנית כלפי מטה, ויוצרת כוח הרמה נוסף. ככל שזווית ההתקפה של הכנף גדולה יותר, כך האפקט הזה חזק יותר. וזווית ההתקפה של עיצוב כזה יכולה להיות גדולה בצורה חסרת תקדים.

עצירת הזרימה מתרחשת כאשר סילון האוויר, עם עלייה בזווית ההתקפה, מפסיק לזרום בצורה חלקה סביב המשטח העליון של הכנף ומתנתק ממנו עם היווצרות מערבולות.במקרה זה, ההרמה על הכנף נעלמת מיד והמכשיר מאבד שליטה. הכנף הסגלגל מאפשרת זווית התקפה של הכנף של עד 50 מעלות, בעוד שמתחריה הקרובים ביותר מגיעים למקסימום של 20-22 מעלות. האוויר בתוך הכנף הסגורה מקשה על עצירת הזרימה מהמשטח העליון של החלק התחתון של הכנף. וכשהזרימה עוזבת את הלולאה הסגורה, עקב פליטה (תהליך ערבוב של שני אמצעים, כאשר מדיום אחד סוחף את השני), היא "שואבת" את האוויר העובר לאורך המשטח העליון של החלק העליון של הכנף. נתונים אלו לא התקבלו באופן אמפירי - הכנף הסגלגלה "נשפכה" בתעלת המים.

לפני שהתגלם במתכת והמריא לאוויר, המטוס הבלארוסי עם לולאת כנפיים סגורה עבר שלושה "גלגולי נשמות" - בנייתו החלה עוד ב-1988.

היכולת לטוס בזוויות התקפה גבוהות במיוחד, יחד עם אפקט הסטת הזרימה, מאפשרת למטוס לטוס במהירויות נמוכות במיוחד ללא שימוש בדשים. ה-SOK חסר מיכון כנפיים, מה שלא מונע ממנו להמריא ולנחות בצורה אמינה. התנגדות חסרת תקדים לעצירה מאפשרת למטוס לטוס ביציבות ובאמינות בטווח המהירות הרחב ביותר.

תכונות רבות של SOC מפתיעות. הוא מצליח להאיץ, לעוף ולנחות על מסלול דשא לא אחיד באורך 400 מ' בלבד, כשהמנוע כבוי, הוא מתכנן היטב ובאופן כללי מתנהג מאוד יציב באוויר. הכנף הסגלגלה הופכת את המטוס לניתן יותר לתמרון וחסכוני בדלק. בנוסף, הלולאה הסגורה מעניקה לכנף חוזק נוסף. לפי Grechikhin, מטוסים עם כנפיים קלאסיות ייגמרו בקרוב מהקיטור. זה פשוט מאוד: ככל שהמטוס גדול יותר, הכנף שלו כבדה וחזקה יותר, כך קשה יותר לשמור על קשיחותו. בעיקרו של דבר, המטוס נושא מסה של עומס "חסר תועלת" - משקלם של הגלגלים שלו. והכנף הסגלגלה קלה פי שניים לאותה הרמה.

בעיות מסורתיות

הבעיה העיקרית היא שהחוקים הבלארוסיים בנושא התעופה אינם מספקים כלל יצירת מטוסים בשטח המדינה ופעולות הטיסה שלהם. לאחרונה, מידיביזנה יצרה לשכת תכנון מיוחדת לפיתוח כלי טיס בלתי מאוישים בהנהגתו של אנוכין. בין העובדים גם נרושוביץ' וגם גושצ'ין. צוות החובבים המבוסס לא מאבד תקווה שלפחות בכלי טיס בלתי מאויש הם יצליחו לממש את המצאתם - כנף אליפסה סגורה.

רינגפלן סוחנוב

ניסיונות ליצור מטוס טבעת נעשו גם בברית המועצות. בשנת 1936, סטודנט במכון התעופה של מוסקבה סוחאנוב הציג פרויקט של מטוס עם כנף טבעתית להגנה כתזה. קוטר הכנף היה 3 מ', ומהירות התכנון של 600 קמ ש הייתה אמורה להיות מסופקת על ידי מנוע Hispano-Suiza בעל 800 כוחות סוס. עד שנת 1940, התעודה הפכה לפרויקט מן המניין של לוחם-מיירט להמראה ונחיתה קצרות ונחשבה במועצה המדעית והטכנית של TsAGI. אבל המלחמה הגיעה, לא היה זמן וכסף לבניית המטוס, ועוד יותר לניסויים שלו. בשנת 1942, בנובוסיבירסק, בנה סוחנוב דגם עובד של מטוס הטבעת. בדיקות דגם הראו שהמטוס יכול לעמוד בזוויות התקפה של עד 43 מעלות, בעל יחס כוח-משקל גבוה, תכונות אנטי-ספין ויכולת תמרון מצוינת. סוחאנוב קיבל את תעודת המחבר, ביצע את כל החישובים, אבל תוכנית הטבעת, עקב המלחמה וההרס בארץ, מעולם לא ראתה אור.

הכנף מציגה את תכונותיה רק ביחס מסוים של צירי האליפסה זה לזה, אורך מיתר הכנף לציר המינורי של האליפסה ועוד ניואנסים של פרופיל הכנף. המעצבים ביקשו פטנט וקיבלו תעודות עדיפות לצורת כנף זו בבלארוס וברוסיה. כעת, כך נראה, אף אחד לא יוכל לחזור על הצלחתו, כי כל ה"מסדרונות" הזמינים של פרמטרי כנף מועילים כבר הוגדרו.

עבור התקופה מתחילת הפיתוח ועד לבניית דגם הייצור הראשון של מטוס מנוע קל, נדרשים כ-12 מיליון דולר, אומר אלכסנדר אנוכין. "אנחנו יכולים אפילו לעשות גלשן עם כנף כזו. האם אתה יכול לדמיין? דאון תליה, לא מפחד מהרוח הצדדית!" הבעיה העיקרית היא אפילו לא מימון: ברגע ש-SOK יגיע ל-MAKS, למשל, יימצאו משקיעים. הבעיה היא בחקיקה הבלארוסית, לפיה כלי טיס שנוצר בשטח המדינה קשה ביותר לרישום, ובמקרה זה זה פשוט בלתי אפשרי, שכן הוא אינו שייך למחלקות המטוסים המוכרות. עם זאת, יש כבר הסכם עם שדה התעופה וורונז', שמתוכנן לשמש לבדיקות נוספות של הרכב.

מה הלאה? בוא נראה. העובדה נשארת בעינה. לראשונה בתולדות בניית המטוסים המריא מטוס כנף סגור. אולי אנחנו על סף תגליות חדשות. או אולי זה סתם כלי טיס סקרן, אירוע בודד. הזמן יגיד.