Teoría y práctica de un ala en flecha
Planeador TsAGI-2 o BP-2 en vuelo. Puedes ver la forma del ala. Foto Airwar.ru
Desde mediados de los años treinta del siglo XX. científicos y diseñadores de diferentes países están estudiando el tema del ala en flecha inversa. Los estudios han demostrado que una arquitectura de aeronave de este tipo tiene una serie de ventajas importantes sobre los esquemas tradicionales y es de particular interés práctico. Sin embargo, no se usó mucho y no pudo suplantar a otros diseños. Además, tal solución técnica se ha mostrado bien solo en ciertas áreas.
Directo o negativo
Desde mediados del siglo pasado, la mayoría de los aviones de todas las clases principales han sido equipados con un ala en flecha hacia adelante. Tal esquema permite reducir la resistencia frontal y de olas, así como reducir las cargas aerodinámicas en la estructura. Todo esto contribuye a un aumento en la velocidad de vuelo, mejora la maniobrabilidad y otros parámetros.
Sin embargo, el ala en flecha tiene desventajas debido al hecho de que parte del flujo de aire se mueve a lo largo del avión. Entonces, en ciertos modos de vuelo, dependiendo del ángulo de ataque logrado, el llamado. efecto final El flujo que se mueve a lo largo del avión comienza a separarse de la punta y crea vórtices que reducen la sustentación general, perjudican la estabilidad e interfieren con el funcionamiento de los alerones, lo que arruina la capacidad de control.
En los años treinta, científicos y diseñadores soviéticos y extranjeros propusieron una forma original de resolver los problemas de un ala en flecha: un ala en flecha inversa (KOS). Se propuso cambiar la ubicación del borde de ataque para que las puntas estuvieran en el flujo por delante de la raíz del ala.
Un experimentado bombardero DB-LK diseñado por Belyaev. Foto Airwar.ru
En tal ala, el componente longitudinal del flujo no se mueve hacia la punta, sino hacia la sección central, después de lo cual sale a lo largo del fuselaje. Debido a esto, el efecto final ocurre solo en ángulos de ataque altos y no interfiere con el funcionamiento de los alerones. Un aumento en el barrido hacia atrás y la selección correcta de la geometría del ala pueden mejorar estos efectos. Todo esto conduce a una mejora en la maniobrabilidad y brinda nuevas oportunidades de carácter constructivo.
Sin embargo, KOS no está exento de serias deficiencias. Los detalles del flujo alrededor conducen a cargas especiales y existe un llamado. divergencia elástica positiva. El flujo con gran fuerza tuerce el plano alrededor de su eje longitudinal, por lo que existe el riesgo de daño o destrucción de la estructura. Existen requisitos especiales para los materiales y tecnologías de construcción utilizados.
Primeros experimentos
Se considera que el primer avión con KOS es el planeador soviético BP-2 o TsAGI-2 diseñado por V.P. Belyaev, construido en 1934. Este dispositivo mostró buenas características aerodinámicas y, en general, confirmó la posibilidad fundamental de crear y utilizar SOS. Más tarde, Belyaev construyó y probó nuevos planeadores experimentales.
Unos años más tarde, se construyó un bombardero DB-LK según su proyecto. La máquina bimotor de fuselaje doble tenía signos de un "ala voladora" y se estrechaba en términos del plano de barrido inverso. Sobre los juicios en 1939-40. la aeronave mostró buenas características de vuelo, pero se caracterizó por una estabilidad reducida.
Avión alemán Ju-287 en construcción. Foto de Wikimedia Commons
En los años treinta, el tema de KOS también se retomó en el extranjero. Por ejemplo, se construyeron y probaron varios planeadores experimentados en Polonia, pero la Segunda Guerra Mundial impidió un mayor desarrollo de la dirección. Ya durante la guerra, Alemania comenzó a desarrollar este tema. En febrero de 1944, los fabricantes de aviones alemanes llevaron al aire un avión experimental Ju-287 con un barrido de -23 ° a lo largo del borde de ataque. La velocidad estimada de tal máquina superó los 800 km / h, pero la torsión del ala obligó a detener las pruebas antes de alcanzarla.
Después de la guerra, se desarrolló este proyecto. Los especialistas alemanes en el OKB-1 soviético desarrollaron un avión experimental EF-131 de diseño similar. Teniendo en cuenta la experiencia de las pruebas anteriores, se decidió reducir el barrido. Sin embargo, el problema de la carga no ha desaparecido. El proyecto se consideró fallido y cerrado.
Primeros éxitos
Sin embargo, a principios historias KOS tuvo algunos éxitos. Entonces, en 1936, el avión polivalente Lysander, desarrollado por la compañía británica Westland, realizó su primer vuelo. Era un puntal de ala alta con un borde de ataque de ala rota. La parte raíz de los aviones tenía un barrido negativo notable, las consolas tenían uno más pequeño. La máquina era conducida por dos pilotos, llevaba ametralladoras y bombas de pequeño calibre.
"Lysander" mostró un alto rendimiento de vuelo y entró en servicio con el KVVS. La producción de tales máquinas comenzó en 1938 y continuó hasta 1942. Se construyeron casi 1700 aviones. Como resultado, Lysander se convirtió en el primer avión KOS producido en masa y más masivo de la historia.
HFB-320 civil en el museo. Foto de Wikimedia Commons
A fines de los años cuarenta, el tema de KOS se desarrolló en la URSS, y en 1950 despegó un avión experimental de corto alcance Il-14. Su rasgo característico era un ala con un barrido de -3 ° a lo largo del borde de ataque; en la sección central estaban las góndolas del motor. Esta solución técnica mejoró la aerodinámica y aumentó el rendimiento en todos los modos principales.
IL-14 resultó ser una máquina exitosa, entró en una gran serie y se operó masivamente en diferentes líneas. Para nuestras propias necesidades y para la exportación, nuestro país ha construido casi 1350 aviones de este tipo.
En 1966 entró en servicio el avión polivalente HFB-320 Hansa Jet de la empresa alemana Hamburger Flugzeugbau. La máquina con un peso máximo de despegue de más de 9,2 toneladas recibió un ala cónica con un barrido de -15 °, mecanización avanzada y tanques de combustible en las puntas. El avión desarrolló una velocidad de 825 km/h y mostró altas características de despegue y aterrizaje. La tripulación estaba formada por dos pilotos; la cabina de pasajeros acomodaba hasta 12-15 personas.
El rendimiento suficientemente alto interesó a varios clientes, y el HFB-320 entró en serie. Se fabricaron 47 coches. Al principio, el avión se usaba solo en líneas de pasajeros, pero luego la Bundeswehr se interesó en él. En una plataforma exitosa, se completó un avión de interferencia.
Cabe señalar que desde las décadas de 13 y 700, el tema CBS ha ganado popularidad entre los fabricantes extranjeros de planeadores deportivos. Durante varias décadas, se han desarrollado una serie de proyectos de este tipo, y algunos han llegado a una gran serie. Entonces, el más masivo de su clase fue el planeador de Alemania Occidental de mediados de los años sesenta Schleicher ASK XNUMX, construido por una serie de aprox. XNUMX unidades
Avión experimental Grumman X-29. Foto de la NASA
Experiencias militares
Después del éxito de la industria de la aviación civil, se reanudó la investigación sobre el tema de SOS para el combate. aviación. El primer proyecto de la "nueva generación" fue creado por la empresa estadounidense Grumman en cooperación con la agencia DARPA. El propósito del programa con el índice X-29 era desarrollar el diseño de un avión de diseño inusual, construido con tecnologías y componentes modernos.
El X-29 fue construido con un uso extensivo de materiales compuestos para cumplir con las cargas de diseño. El planeador recibió una cola horizontal delantera y un ala con un barrido de -30 °. Otra innovación se probó en el campo de los equipos de a bordo. La aeronave estaba equipada con un sistema de control fly-by-wire con tres computadoras de control. Todo esto hizo posible que la máquina fuera estáticamente inestable y probar completamente el potencial de maniobra del KOS.
Las pruebas de vuelo del X-29 comenzaron en 1984, se utilizaron dos prototipos. En general, se confirmaron las características y capacidades de diseño. Además, los composites y EDSU computarizados mostraron su mejor desempeño. Sin embargo, el proyecto X-29 se consideró fallido. No solo demostró todas las ventajas de un ala inusual, sino que también reveló una serie de sus defectos. Un mayor desarrollo se consideró sin sentido.
Desde principios de los años ochenta, se ha creado un proyecto similar en la URSS / Rusia. La Oficina de Diseño de Sukhoi desarrolló y puso a prueba un avión experimental S-37 o Su-47, también conocido como Berkut. El primer vuelo de esta máquina tuvo lugar en 1997, y los siguientes años se dedicaron a experimentos.
Su-47 Berkut ruso. Foto Airwar.ru
El avión se fabricó de acuerdo con el esquema de "triplano longitudinal integral" con estabilizadores de cola y cola horizontales frontales. El ala tenía una estructura compuesta y una forma trapezoidal. El influjo del ala tuvo un barrido positivo de 75°, luego siguió la parte de transición, y el borde de ataque de la consola tuvo un barrido de -20°. Se utilizó una EDSU computarizada con redundancia múltiple y un sistema hidráulico de repuesto.
Según datos conocidos, S-37 confirmó todas las estimaciones preliminares. Mostró el alto potencial y capacidades del KOS y los nuevos sistemas de control, sin embargo, señaló la presencia de dificultades aerodinámicas características. En este sentido, a principios de la década de 47, se restringió el trabajo en KOS. Al mismo tiempo, el Su-XNUMX construido permaneció en servicio: se utilizó como laboratorio volador para el prometedor programa PAK DA.
Como un ejemplo interesante del uso militar de KOS, uno debe recordar el misil de crucero estadounidense AGM-129 ACM lanzado desde el aire, que estuvo en servicio en 1990-2012. Estaba construido en un casco de forma característica y tenía un ala plegable en flecha hacia adelante.
Es curioso que en este caso el KOS no se utilizó para mejorar la aerodinámica y los datos de vuelo, sino como un elemento de tecnología furtiva. Cuando se ilumina desde el frente o desde abajo, el borde de ataque recto o en barrido refleja la señal del radar hacia adelante o hacia un lado, lo que aumenta el RCS de la aeronave. KOS, a su vez, refleja la señal al fuselaje, lo que no le permite volver al radar.
Misil de crucero AGM-129 ACM en configuración de vuelo. Foto de la Fuerza Aérea de EE. UU.
Para destinos individuales
Por lo tanto, en el curso de numerosos estudios y pruebas de aeronaves reales, el ala de barrido inverso confirmó todas sus capacidades y ventajas calculadas. Además, mostró que existen algunas limitaciones y problemas que deben tenerse en cuenta al desarrollar nuevos proyectos.
Cabe señalar que solo las muestras individuales de aviones con KOS alcanzaron la producción en masa, y todas pertenecen a varias clases. Estos son planeadores o aviones ligeros, así como transatlánticos civiles. A pesar de todos los esfuerzos de los diseñadores, los cazas supermaniobrables supersónicos con KOS aún no han progresado más allá de las pruebas.
Las razones de esto son bastante simples. Los planeadores o aviones de pasajeros permiten aprovechar las principales ventajas de SOS y mejorar el rendimiento del vuelo sin complicar demasiado el diseño. La creación de un caza maniobrable, a su vez, requiere nuevos materiales y tecnologías que le permitan soportar todas las cargas específicas. Como ha demostrado la práctica, incluso las computadoras y los compuestos no permiten resolver todos esos problemas y garantizar una operación y un uso de combate seguros.
Es probable que en el futuro la dirección de KOS continúe desarrollándose. Se realizarán experimentos en diferentes países y se crearán nuevos modelos de equipos. Sin embargo, uno no debe esperar un progreso rápido en esta área. Además, lo más probable es que la aplicación de este esquema se limite a la aviación ligera y de pasajeros, incl. no motorizado. La aviación de combate, a su vez, continuará utilizando conceptos probados y comprobados.
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