Wie Sie wissen, ist der Mittelteil genau der Teil des Flugzeugflügels, der die linke und rechte Ebene verbindet und tatsächlich zur Befestigung des Flügels am Rumpf dient. Gemäß der Logik sollte der Mittelteil eine starre Struktur sein. Aber am 21. Dezember 1979 hob ein AD-1-Flugzeug der NASA ab, dessen Flügel am Rumpf … an einem Scharnier befestigt war und sich drehen konnte, was dem Flugzeug eine asymmetrische Form gab.
Angefangen hat aber alles schon viel früher – mit dem düsteren germanischen Genie Richard Vogt, Chefdesigner der legendären Firma Blohm & Voss. Vogt, bekannt für seine atypische Herangehensweise an die Konstruktion von Flugzeugen, hatte bereits asymmetrische Flugzeuge gebaut und wusste, dass ein solches Schema die Stabilität des Flugzeugs in der Luft nicht verhinderte. Und 1944 wurde das Projekt Blohm & Voss und P.202 geboren.
Vogts Hauptidee war die Möglichkeit, den Luftwiderstand beim Fliegen mit hohen Geschwindigkeiten deutlich zu reduzieren. Das Flugzeug startete mit einem konventionellen symmetrischen Flügel (da ein kleiner Schwenkflügel einen hohen Auftriebskoeffizienten hat) und drehte sich im Flug in einer Ebene parallel zur Rumpfachse, wodurch der Luftwiderstand verringert wurde. Eigentlich war dies eine der Lösungen für die Umsetzung eines variablen Flügelschwungs - gleichzeitig erarbeiteten die Deutschen den klassischen symmetrischen Flügelschlag an der Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss und P.202 schienen zu verrückt, um in die Serie einzusteigen. Sein Flügel mit einer Spannweite von 11, 98 m konnte sich um das zentrale Scharnier in einem Winkel von bis zu 35 ° drehen - beim maximalen Winkel änderte sich die Spannweite auf 10, 06 m. Das Projekt blieb nur auf dem Papier.
Zeitgleich arbeiteten Spezialisten von Messerschmitt an einem ähnlichen Projekt. Ihr Fahrzeug, die Me P.1109, erhielt den Spitznamen „Scherenflügel“. Das Auto hatte zwei Flügel und äußerlich unabhängig: einer befand sich über dem Rumpf, der zweite - darunter. Beim Drehen des oberen Flügels im Uhrzeigersinn wurde der untere Flügel ebenfalls gegen den Uhrzeigersinn gedreht - diese Konstruktion ermöglichte es, den Schieflauf des Flugzeugs durch eine asymmetrische Sweep-Änderung qualitativ zu kompensieren.
Die Flügel konnten bis zu 60 ° drehen, und wenn sie senkrecht zur Rumpfachse standen, sah das Flugzeug aus wie ein normaler Doppeldecker.
Die Schwierigkeiten der Messerschmitt waren die gleichen wie bei Blohm & Voss: eine komplexe Mechanik und zusätzlich Probleme mit der Fahrwerkskonstruktion. Infolgedessen ging selbst ein aus Eisen gebautes Flugzeug mit symmetrisch variabler Pfeilung - Messerschmitt Р.1101, nicht in Produktion, geschweige denn asymmetrische Strukturen, die nur Projekte blieben. Die Deutschen waren ihrer Zeit zu weit voraus.
Vorteile und Verluste
Die Vorteile eines asymmetrisch variablen Sweeps sind dieselben wie die eines symmetrischen Sweeps. Wenn das Flugzeug abhebt, ist ein hoher Auftrieb erforderlich, aber wenn es mit hoher Geschwindigkeit (insbesondere über Schallgeschwindigkeit) fliegt, ist der Auftrieb nicht mehr so relevant, aber der hohe Widerstand beginnt zu stören. Luftfahrtingenieure müssen einen Kompromiss finden. Durch die Änderung des Sweeps passt sich das Flugzeug an den Flugmodus an. Berechnungen zeigen, dass die Positionierung des Flügels in einem Winkel von 60 ° zum Rumpf den Luftwiderstand erheblich reduziert, die maximale Reisegeschwindigkeit erhöht und den Kraftstoffverbrauch senkt.
Aber in diesem Fall stellt sich eine zweite Frage: Warum brauchen wir einen asymmetrischen Sweep-Change, wenn ein symmetrischer für den Piloten viel bequemer ist und keine Kompensation erfordert? Tatsache ist, dass der Hauptnachteil des symmetrischen Sweeps die technische Komplexität des Wechselmechanismus, seine solide Masse und seine Kosten ist. Bei einem asymmetrischen Wechsel ist das Gerät viel einfacher - tatsächlich eine Achse mit einer starren Befestigung des Flügels und seines Drehmechanismus.
Ein solches Schema ist im Durchschnitt 14% leichter und minimiert den Wellenwiderstand beim Fliegen mit Geschwindigkeiten über der Schallgeschwindigkeit (dh die Vorteile zeigen sich auch in der Flugleistung). Letzteres wird durch eine Stoßwelle verursacht, die auftritt, wenn ein Teil der Luftströmung um das Flugzeug Überschallgeschwindigkeit erreicht. Schließlich ist dies die „budgetärste“Variante des Variablen-Sweeps.
OWRA RPW
Ein unbemanntes Fluggerät der NASA, gebaut in den frühen 1970er Jahren für die experimentelle Untersuchung der Flugeigenschaften von asymmetrischem Sweep. Das Gerät konnte den Flügel um 45° im Uhrzeigersinn drehen und existierte in zwei Konfigurationen - Kurzschwanz und Langschwanz.
Daher konnte die Menschheit mit der Entwicklung der Technologie nicht anders, als zu einem interessanten Konzept zurückzukehren. In den frühen 1970er Jahren wurde im Auftrag der NASA ein unbemanntes Fluggerät OWRA RPW (Oblique Wing Research Aircraft) hergestellt, um die Flugeigenschaften eines solchen Systems zu untersuchen. Entwicklungsberater war Vogt selbst, der nach dem Krieg in die USA emigrierte, damals schon ein sehr betagter Mann, und Chefdesigner und Ideologe der Wiederbelebung der Idee war der NASA-Ingenieur Richard Thomas Jones. Jones hatte diese Idee seit 1945, als er Mitarbeiter der NACA (dem Vorgänger der NASA, dem National Advisory Committee for Aeronautics) war, mitgetragen, und als das Muster gebaut wurde, waren absolut alle theoretischen Berechnungen ausgearbeitet und gründlich geprüft.
Der OWRA RPW-Flügel konnte bis zu 45 ° drehen, die Drohne hatte einen rudimentären Rumpf und ein rudimentäres Heck - tatsächlich war es ein fliegendes Layout, dessen zentrales und einziges interessantes Element der Flügel war. Die meisten Forschungen wurden in einem aerodynamischen Tunnel durchgeführt, einige im realen Flug. Der Flügel schnitt gut ab und die NASA beschloss, ein vollwertiges Flugzeug zu bauen.
Und jetzt - fliegen
Natürlich hat der asymmetrische Sweep-Wechsel auch Nachteile - insbesondere die Asymmetrie des Frontwiderstands, parasitäre Drehmomente, die zu übermäßigem Wanken und Gieren führen. Aber all dies konnte bereits in den 1970er Jahren durch eine Teilautomatisierung der Steuerung besiegt werden.
Flugzeug NASA AD-1
Er ist 79-mal geflogen. Bei jedem Flug brachten die Tester den Flügel in eine neue Position, die gewonnenen Daten wurden analysiert und miteinander verglichen.
Das Flugzeug AD-1 (Ames Dryden-1) ist eine gemeinsame Idee einer Reihe von Organisationen. Es wurde von Ames Industrial Co. aus Eisen gebaut, das Gesamtdesign wurde von Boeing durchgeführt, Technologieforschung wurde von Bertha Rutanas Scaled Composites durchgeführt und Flugtests wurden im Dryden Research Center in Lancaster, Kalifornien, durchgeführt. Der AD-1-Flügel konnte sich um 60° um die Mittelachse drehen, und zwar nur gegen den Uhrzeigersinn (dies vereinfachte das Design erheblich, ohne Vorteile zu verlieren).
Der Flügel wurde von einem kompakten Elektromotor angetrieben, der sich im Rumpf direkt vor den Triebwerken befand (letztere nutzten die klassischen französischen Turbojet-Triebwerke Microturbo TRS18). Die Spannweite des Trapezflügels in senkrechter Position betrug 9, 85 m und in gedrehter Position nur 4, 93 m, wodurch eine Höchstgeschwindigkeit von 322 km / h erreicht werden konnte.
Am 21. Dezember startete AD-1 zum ersten Mal, und in den nächsten 18 Monaten wurde der Flügel bei jedem neuen Flug um 1 Grad gedreht und alle Anzeigen des Flugzeugs aufgezeichnet. Mitte 1981 "erreichte" das Flugzeug einen maximalen Winkel von 60 Grad. Die Flüge dauerten bis August 1982, insgesamt hob die AD-1 79 Mal ab.
NASA-AD-1 (1979)
Das einzige Flugzeug mit einem asymmetrischen Schwenkflügel, das in die Luft abhob. Der Flügel drehte sich bis zu 60 Grad gegen den Uhrzeigersinn.
Jones' Hauptidee bestand darin, asymmetrische Sweep-Changes in Flugzeugen für Interkontinentalflüge zu verwenden - Geschwindigkeit und Kraftstoffverbrauch zahlten sich am besten bei extrem langen Entfernungen aus. Das AD-1-Flugzeug erhielt wirklich positive Bewertungen sowohl von Experten als auch von Piloten, aber seltsamerweise erhielt die Geschichte keine Fortsetzung. Das Problem war, dass das gesamte Programm in erster Linie Forschung war. Nachdem die NASA alle notwendigen Daten erhalten hatte, schickte sie das Flugzeug in den Hangar; Vor 15 Jahren zog er in das ewige Lager des Hillier Aviation Museum in San Carlos um.
Die NASA war als Forschungsorganisation nicht am Flugzeugbau beteiligt, und keiner der großen Flugzeughersteller interessierte sich für Jones' Konzept. Interkontinentalliner sind standardmäßig viel größer und komplexer als das "Spielzeug" AD-1, und die Unternehmen wagten es nicht, riesige Summen in die Forschung und Entwicklung eines vielversprechenden, aber sehr verdächtigen Designs zu investieren. Klassik hat sich über Innovation durchgesetzt.
Richard Gray, NASA AD-1 Testpilot
Nachdem er sein Programm erfolgreich auf einem asymmetrischen Flügel abgeflogen war, starb er 1982 beim Absturz eines privaten Schulflugzeugs Cessna T-37 Tweet.
Anschließend kehrte die NASA zum Thema "Schrägflügel" zurück und baute 1994 eine kleine Drohne mit einer Spannweite von 6, 1 m und der Möglichkeit, den Schwenkwinkel von 35 auf 50 Grad zu ändern. Es wurde als Teil der Schaffung eines transkontinentalen Verkehrsflugzeugs mit 500 Sitzplätzen gebaut. Aber am Ende wurde die Arbeit an dem Projekt aus den gleichen finanziellen Gründen eingestellt.
Es ist noch nicht vorbei
Trotzdem erhielt der "Schrägflügel" ein drittes Leben, und diesmal dank der Intervention der renommierten Agentur DARPA, die Northrop Grumman 2006 einen 10-Millionen-Auftrag für die Entwicklung eines unbemannten Fluggeräts mit asymmetrischem Schwenkwechsel anbot.
In die Geschichte der Luftfahrt ging die Northrop Corporation jedoch vor allem durch die Entwicklung von Flugzeugen des Typs "Flying Wing" ein: Der Firmengründer John Northrop war von einem solchen Vorhaben begeistert, von Anfang an gab er die Richtung vor der Forschung für viele Jahre (er gründete das Unternehmen Ende der 1930er Jahre und starb 1981).
Infolgedessen beschlossen Northrop-Spezialisten, die Technologie des Nurflüglers und des asymmetrischen Sweeps auf unerwartete Weise zu kreuzen. Das Ergebnis war die Northrop Grumman Switchblade-Drohne (nicht zu verwechseln mit ihrer anderen konzeptionellen Entwicklung - dem Northrop Switchblade-Jäger).
Das Design der Drohne ist recht einfach. An der 61 Meter langen Tragfläche ist ein aufklappbares Modul mit zwei Düsentriebwerken, Kameras, Steuerelektronik und für die Mission notwendigen Anbauteilen (zum Beispiel Raketen oder Bomben) befestigt. Das Modul hat nichts Überflüssiges - Rumpf, Gefieder, Heck, es ähnelt einer Ballongondel, außer vielleicht mit Triebwerken.
Der Drehwinkel des Flügels relativ zum Modul beträgt immer noch die gleichen idealen 60 Grad, die in den 1940er Jahren berechnet wurden: In diesem Winkel werden Stoßwellen, die bei Bewegungen mit Überschallgeschwindigkeit entstehen, eingeebnet. Mit gedrehtem Flügel kann die Drohne 2.500 Meilen mit einer Geschwindigkeit von 2,0 m fliegen.
Das Konzept des Flugzeugs war 2007 fertig, und in den 2010er Jahren versprach das Unternehmen, erste Tests eines Layouts mit einer Spannweite von 12,2 m durchzuführen - sowohl im Windkanal als auch im realen Flug. Northrop Grumman hatte geplant, dass der Erstflug der Full-Size-Drohne um 2020 stattfinden würde.
Doch bereits 2008 verlor die Agentur DARPA das Interesse an dem Projekt. Vorläufige Berechnungen führten nicht zu den geplanten Ergebnissen, und DARPA zog den Vertrag zurück und schloss das Programm im Stadium des Computermodells. Die Idee des asymmetrischen Sweeps war also wieder kein Glück.
Wird es oder wird es nicht?
Tatsächlich war der einzige Faktor, der ein interessantes Konzept zunichte machte, die Ökonomie. Mit funktionierenden und bewährten Schaltungen ist es unrentabel, ein komplexes und ungetestetes System zu entwickeln. Es hat zwei Anwendungsbereiche - transkontinentale Flüge von schweren Linern (die Hauptidee von Jones) und militärische Drohnen, die sich mit Geschwindigkeiten über Schallgeschwindigkeit bewegen können (die Hauptaufgabe von Northrop Grumman).
Im ersten Fall liegen die Vorteile in der Treibstoffersparnis und der Geschwindigkeitssteigerung, ansonsten wie bei herkömmlichen Verkehrsflugzeugen. Im zweiten Fall ist die Minimierung des Wellenwiderstands in dem Moment, in dem das Flugzeug die kritische Machzahl erreicht, von größter Bedeutung.
Ob ein Serienflugzeug mit ähnlicher Konfiguration erscheinen wird, hängt allein vom Willen der Flugzeughersteller ab. Entscheidet sich einer von ihnen, Geld in Forschung und Bau zu investieren und dann in der Praxis zu beweisen, dass das Konzept nicht nur funktional ist (das wurde bereits bewiesen), sondern auch selbsttragend, dann hat der asymmetrische Schwungwechsel eine Chance auf Erfolg. Wenn im Rahmen der globalen Finanzkrise solche Draufgänger nicht gefunden werden, wird der "Schrägflügel" ein weiterer kurioser Teil der Luftfahrtgeschichte bleiben.
Eigenschaften des NASA-AD-1-Flugzeugs
Besatzung: 1 Person
Länge: 11, 83 m
Spannweite: 9,85 m senkrecht, 4,93 m schräg
Flügelwinkel: bis 60 °
Flügelfläche: 8, 6 2
Höhe: 2,06 m
Leergewicht des Flugzeugs: 658 kg
max. Abfluggewicht: 973 kg
Antriebsstrang: 2 x Microturbo TRS-18 Jet-Triebwerke
Schub: 100 kgf pro Motor
Kraftstoffkapazität: 300 Liter Höchstgeschwindigkeit: 322 km / h
Servicedecke: 3658 m
Wahre Pioniere
Nur wenige wissen, dass das erste Flugzeug mit variabler Flügelgeometrie nicht während des Zweiten Weltkriegs von den Deutschen gebaut wurde (wie die meisten Quellen behaupten), sondern 1911 von den französischen Luftfahrtpionieren Baron Edmond de Marcai und Emile Monin. Der Eindecker Markay-Monin wurde am 9. Dezember 1911 in Paris der Öffentlichkeit vorgestellt und absolvierte ein halbes Jahr später seinen ersten erfolgreichen Flug.
Eigentlich haben de Marcay und Monin das klassische Schema der symmetrisch variablen Geometrie entwickelt - zwei separate Tragflächen mit einer maximalen Gesamtspannweite von 13,7 m wurden an den Scharnieren befestigt, und der Pilot konnte den Winkel ihrer Position relativ zum Rumpf nach rechts ändern im Flug. Am Boden konnten die Flügel für den Transport wie die Flügel von Insekten "hinter dem Rücken" gefaltet werden. Die Komplexität des Designs und die Notwendigkeit, auf funktionalere Flugzeuge (aufgrund des Kriegsausbruchs) umzusteigen, zwangen die Konstrukteure, die weitere Arbeit an dem Projekt aufzugeben.
