Можно ли обойтись без таких привычных элементов самолета, как рули и элероны?

Популярная механикаHi-Tech

Без рулей и элеронов

Текст: Константин Предаченко

В поисках резервов совершенствования авиатехники инженеры пересматривают существующие технические решения, проверяя, нет ли в них чего-нибудь лишнего, что можно выбросить, упростив конструкцию. В последнее время исследователи обратили внимание на такие привычные элементы самолета, как рули и элероны. Можно ли обойтись без них? Что можно выиграть без подвижных поверхностей управления?

Дальше всех в этом направлении продвинулись британцы. В рамках программы FLAVIIR (Flapless Air Vehicle Integrated Industrial Research) десять британских университетов при помощи и финансировании BAE Systems и Research Councils UK в течение шести лет (с 2004 до 2010 года) и с бюджетом 6,5 млн фунтов построили прототип беспилотного летательного аппарата Demon UAV, управление которым обеспечивалось без подвижных поверхностей – только струями воздуха. Это был демонстратор технологий весом 90 кг, показавший принципиальную возможность использования органов управления нового типа. Дальнейшие работы в данном направлении при участии фирмы BAE Systems и Манчестерского университета привели к созданию более зрелого прототипа БПЛА с низким уровнем радиолокационной заметности – Magma UAV, поднявшегося в воздух семь лет спустя.

Дело принципа

Для управления самолетами в настоящее время используются два принципа: аэродинамический и реактивный (третий, балансирный, применяется в дельтапланах, но на иных типах летательных аппаратов он широкого распространения не получил). В первом случае отклонение подвижных поверхностей управления на крыльях и оперении приводит к местному изменению подъемной силы, а плечо от центра масс до точки приложения этой силы создает поворачивающий момент. По сути, эта система использует энергию набегающего потока воздуха – так называемый скоростной напор (произведение половины квадрата скорости потока на плотность). Если энергия потока мала (малая скорость или малая плотность окружающей среды при большой высоте полета), самолет становится трудноуправляемым, а то и вообще перестает реагировать на шевеление рулями. Справедливости ради необходимо заметить, что, когда говорят о скорости и энергии потока, на самом деле имеют в виду скорость самолета и его же кинетическую энергию. Однако в аэродинамике для упрощения расчетов принято рассматривать самолет неподвижным относительно набегающего воздушного потока, скорость которого принимают равной скорости полета – это так называемый принцип обратимости.

В случаях малой скорости и/или большой высоты применяют реактивную, или струйную, систему управления (RCS – reaction control system). На концах крыльев и фюзеляжа устанавливают сопла, через которые под давлением вырываются струи сжатого воздуха, или размещают миниатюрные реактивные двигатели. Сжатый воздух используется на малых скоростях, когда плотность высокая, что позволяет брать атмосферный воздух, отбирая его, например, от компрессора двигателя. Это в основном самолеты вертикальных взлета и посадки, которым необходимо управление в режиме висения. Реактивные двигатели применяются на больших высотах, где плотность низкая и эффективности обычных аэродинамических рулей не хватает даже при околокосмических скоростях, то есть для орбитальных самолетов и суборбитальных ракетопланов. Отклоняемый вектор тяги боевых самолетов тоже пример воплощения реактивной системы управления, только используется тяга основного двигателя.

Реактивные закрылки

Реализованная в беспилотных Demon и Magma концепция, получившая название Circulation Control Wing (управление циркуляцией на крыле), находится как раз на стыке этих подходов. Да, используются струи воздуха, выдуваемые через щель на задней кромке крыла или киля. Но задача этих струй – не образовать реактивную тягу, а повлиять на обтекание впереди расположенной поверхности, создав на ней аэродинамические силы и моменты.

Сама идея применять выдув воздуха через плоские щели для изменения обтекания аэродинамического профиля далеко не нова. Принцип «все новое – это хорошо забытое старое» справедлив и в этом случае: так называемая концепция реактивного закрылка (jet flap) активно обсуждалась с начала 1950-х годов. Однако тогда цели были иные – увеличить подъемную силу на крыле для сокращения длины пробега/ разбега и уменьшения скорости полета. Выдув был симметричен на левом и правом полукрыле, а со всякой асимметрией рекомендовалось бороться, чтобы самолет не перевернулся при заходе на посадку или наборе высоты. Сейчас все с точностью до наоборот: именно асимметрия стала целью. Необходимо получить разную подъемную силу, чтобы эта разность вызвала вращение самолета по крену.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
Выше грудь! Выше грудь!

Для одних грудь – предмет гордости, для других – источник комплексов

Домашний Очаг
Рисунки на полях Рисунки на полях

На финале лиги чемпионов УЕФА-2018 засветился робот, рисующий разметку

Популярная механика
10 миллиардеров с наибольшими доходами — 2018. Рейтинг Forbes 10 миллиардеров с наибольшими доходами — 2018. Рейтинг Forbes

Миллиардеры,которые заработали на продаже активов и дивидендах более  $10,7 млрд

Forbes
Портрет генами Портрет генами

ДНК-фенотипирование позволит восстановить облик преступника по его генам

Популярная механика
Тут недалеко Тут недалеко

Три европейских направления для короткого отпуска

Cosmopolitan
Главный дровосек планеты Главный дровосек планеты

Победы, поражения и скитания Джейсона Виньярда, короля топора и пилы

Популярная механика
Базовый гардероб: за и против Базовый гардероб: за и против

Что делать, чтобы не оказаться в универсальном модном тупике

Cosmopolitan
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
На плоскости На плоскости

Всё про три анатомические плоскости движения

Yoga Journal
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Виктория Романец, Оксана Самойлова и другие: кто любит хвастаться подарками? Виктория Романец, Оксана Самойлова и другие: кто любит хвастаться подарками?

Осторожно! Уровень роскоши в материале зашкаливает!

Cosmopolitan
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
«КАСТА»: группа, которую «просто тихо любят» «КАСТА»: группа, которую «просто тихо любят»

«Каста» о том, как им удается оставаться актуальными, не изменяя самим себе

Esquire
Летающая парта нового поколения Летающая парта нового поколения

Сверхманевренный учебный самолет с крыльями обратной стреловидности

Популярная механика

Сеанс психотерапии для читателя

Psychologies
Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика
Клык с бриллиантом и золотая челюсть: самые странные Клык с бриллиантом и золотая челюсть: самые странные

Украшение на зубы – непременный атрибут у примитивных народов

Cosmopolitan
Пешком по воде Пешком по воде

Далеко не все способны проплыть километр под водой

Популярная механика
«Солнце и знойный мужчина — что еще нужно женщине!» «Солнце и знойный мужчина — что еще нужно женщине!»

Певицы арт-группы «SOPRANO Турецкого» легко могли бы покорять модные подиумы

Playboy
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Крейг Грин примет участие в Pitti Uomo 94, как приглашенный дизайнер Крейг Грин примет участие в Pitti Uomo 94, как приглашенный дизайнер

Британец едет покорять Флоренцию, итальянец везет Roberto Cavalli домой

Esquire
Квантовое превосходство Квантовое превосходство

В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механика
Идея! Пережить кризис среднего возраста Идея! Пережить кризис среднего возраста

Если тебе за 30, ты в депрессии и едешь в Лас-Вегас на «Феррари» со школьницей

Maxim
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Играющий тренер Играющий тренер

Режиссерский дебют Данилы Козловского

GQ
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Собирать камни Собирать камни

Искусственные камни, камни-арт-объекты и конструкции, напоминающие метеориты

Seasons of life
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

Популярная механика
Росбанк возглавил рейтинг надежных банков по версии Forbes Росбанк возглавил рейтинг надежных банков по версии Forbes

Список самых надежных участников рейтинга банков Forbes

Forbes
Открыть в приложении