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

Яндекс.Станция Яндекс.Станция

Вот уже неделю Яндекс.Станция живет у меня дома

Популярная механика
Биткоин за $100: где работать после игр с криптовалютами Биткоин за $100: где работать после игр с криптовалютами

Что будет с рынком труда, если курсы криптовалют продолжат разочаровывать

Forbes
Нобелевская кухня Нобелевская кухня

Как с помощью скотча получить графен в домашних условиях

Популярная механика
Беспроигрышный вариант: 9 стильных юбок на любой вкус Беспроигрышный вариант: 9 стильных юбок на любой вкус

Мы нашли для тебя 9 стильных юбок на любой случай

Cosmopolitan
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Правила жизни Эммы Стоун Правила жизни Эммы Стоун

Актриса Эмма Стоун делится своими мыслями

Esquire
Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика
Войнушка для взрослых: правила игры в «пистолетку» Войнушка для взрослых: правила игры в «пистолетку»

Формат для тех, кто предпочитает стрелять, а не говорить

Популярная механика
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Северный путь Северный путь

От Ханты-Мансийска до Тобольска

Quattroruote
Не просто фантастика Не просто фантастика

Городской тест-драйв беспилотного автомобиля

Популярная механика
Для чего взламывают ваш автомобиль, и другие опасности «умных» гаджетов Для чего взламывают ваш автомобиль, и другие опасности «умных» гаджетов

Как работают современные киберпреступники и как можно от них спастись

Популярная механика
Летающая парта нового поколения Летающая парта нового поколения

Сверхманевренный учебный самолет с крыльями обратной стреловидности

Популярная механика
BMW X3 BMW X3

Кроссовер BMW X3 перенял технологии у 5-й и 7-й серий

Quattroruote
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Один день из жизни Зельфиры Трегуловой Один день из жизни Зельфиры Трегуловой

Vogue записал за директором Третьяковской галереи монологи о жизни в искусстве

Vogue
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Омега-3-6-9: в чем разница и все ли жирные кислоты одинаково полезны Омега-3-6-9: в чем разница и все ли жирные кислоты одинаково полезны

О пользе жирных кислот не устают говорить и врачи, и специалисты по питанию

Esquire
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Ножи и вилки, все по местам Ножи и вилки, все по местам

Делимся полезными советами по хранению столовых приборов. Бери на заметку

Лиза
Незастывающее слово Незастывающее слово

Языку так тяжело в тисках учебников и словарей

Популярная механика
Как носить пиджаки с мужского плеча Как носить пиджаки с мужского плеча

Самый сексуальный предмет гардероба в шести вариациях

Vogue
Как победить хищника? Как победить хищника?

Навыки выживания, необходимые для победы над расой идеальных охотников

Популярная механика
Хозяйка гостиницы Хозяйка гостиницы

Пять лет назад писатель Дина Сабитова полностью изменила жизнь

Домашний Очаг
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Яркая свежесть Яркая свежесть

Готовим дома свежую, простую и богатую яркими вкусами еду — как на ретрите

Yoga Journal
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Альтернативы нет. Почему инвестиционный счет стал лучшей заменой депозитам Альтернативы нет. Почему инвестиционный счет стал лучшей заменой депозитам

Индивидуальный инвестиционный счет обеспечивает ряд льгот для частного инвестора

Forbes
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Бедность не игрок. О новом фильме Спилберга Бедность не игрок. О новом фильме Спилберга

На экраны вышел новый фильм Стивена Спилберга «Первому игроку приготовиться»

СНОБ
Открыть в приложении