Aviones de ala rotatoria
Como se sabe, el ala central es la misma parte del ala de la aeronave que conecta los planos izquierdo y derecho y, de hecho, sirve para unir el ala al fuselaje. De acuerdo con la lógica, la sección central debe ser una estructura rígida. Pero 21 de diciembre 1979, el avión AD-1 de la NASA voló en el aire, en el cual el ala estaba unida al fuselaje ... en una bisagra y podía girar, dando al avión una forma asimétrica.
Sin embargo, todo comenzó mucho antes, con el sombrío genio teutónico Richard Vogt, diseñador jefe de la legendaria compañía Blohm & Voss. Vogt, conocido por su enfoque atípico del diseño de aviones, ya había construido aviones asimétricos y sabía que tal esquema no impedía que el avión se mantuviera estable en el aire. Y en 1944 nació el proyecto Blohm & Voss y P.202.
La idea principal de Vogt fue la capacidad de reducir significativamente la resistencia al volar a altas velocidades. El avión despegó con un ala simétrica convencional (ya que el ala de barrido pequeño tiene un alto coeficiente de elevación), y en vuelo giró en un plano paralelo al eje del fuselaje, reduciendo así la resistencia. En realidad, fue una de las soluciones para la implementación del barrido variable del ala: al mismo tiempo, los alemanes estaban trabajando en el barrido simétrico clásico en el avión Messerschmitt R.1101.
Blohm & Voss y P.202 parecían demasiado locos para entrar en la serie. Su ala con una luz de 11,98 m podía girar sobre la bisagra central en un ángulo de hasta 35 °; en el ángulo máximo, la luz variaba hasta 10,06 m. incapacidad para usar el ala para montar equipo adicional. El proyecto quedó solo en papel.
Al mismo tiempo, los especialistas de Messerschmitt estaban trabajando en un proyecto similar. Su máquina Me P.1109 recibió el apodo de "ala-tijera". El auto tenía dos alas, y externamente independiente: una estaba ubicada sobre el fuselaje, la otra, debajo de ella. Cuando se giró el ala superior en el sentido de las agujas del reloj, el inferior se giró contra él de la misma manera, tal diseño permitió compensar cualitativamente el sesgo del avión con un barrido asimétrico.
Las alas podrían girar en un ángulo de hasta 60 °, y en su posición, perpendicular al eje del fuselaje, el avión parecía un biplano normal.
Las dificultades del Messerschmitt eran las mismas que las de Blohm & Voss: un mecanismo complejo y, además, problemas con el diseño del chasis. Como resultado, incluso un avión construido en hierro con un barrido simétricamente variable, Messerschmitt Р.1101, no entró en producción, y mucho menos estructuras asimétricas que quedaron solo como proyectos. Los alemanes se adelantaron mucho a su tiempo.
Beneficios y pérdidas
Las ventajas del barrido asimétrico variable son las mismas que las del simétrico. Cuando el avión despega, se requiere una alta fuerza de elevación, y cuando vuela a alta velocidad (especialmente más alta que la velocidad del sonido), la fuerza de elevación ya no es relevante, pero la alta resistencia comenzará a interferir. Los ingenieros de aviación tienen que buscar un compromiso. Al cambiar el barrido, el avión se adapta al modo de vuelo. Los cálculos muestran que la posición del ala en un ángulo de 60 ° con respecto al fuselaje reducirá significativamente la resistencia aerodinámica, aumentando la velocidad de crucero máxima y reduciendo el consumo de combustible.
Pero en este caso, surge una segunda pregunta: ¿por qué necesitamos un cambio de barrido asimétrico, si uno simétrico es mucho más conveniente para el piloto y no requiere compensación? El hecho es que el principal inconveniente del barrido simétrico es la complejidad técnica del mecanismo de cambio, su masa sólida y su costo. Con un cambio asimétrico, el dispositivo es mucho más simple, de hecho, un eje con una unión rígida del ala y un mecanismo de giro.
Dicho esquema es, en promedio, 14% más ligero y minimiza la impedancia característica cuando se vuela a velocidades que exceden la velocidad del sonido (es decir, las ventajas son evidentes en el rendimiento del vuelo). Esto último es causado por la onda de choque que ocurre cuando una parte del flujo de aire alrededor del avión adquiere una velocidad supersónica. Finalmente, esta es la variante más "económica" de barrido variable.
OWRA RPW
Un vehículo no tripulado de la NASA construido a principios de 1970-s para estudiar las propiedades de vuelo del barrido asimétrico. El dispositivo pudo girar el ala en 45 ° en el sentido de las agujas del reloj y existía en dos configuraciones: cola corta y cola larga.
Un vehículo no tripulado de la NASA construido a principios de 1970-s para estudiar las propiedades de vuelo del barrido asimétrico. El dispositivo pudo girar el ala en 45 ° en el sentido de las agujas del reloj y existía en dos configuraciones: cola corta y cola larga.
Por lo tanto, con el desarrollo de la tecnología, la humanidad no pudo sino regresar a un concepto interesante. Al comienzo del 1970-x, a la NASA se le encargó un vehículo no tripulado OWRA RPW (aeronave de investigación del ala oblicua) para investigar las propiedades de vuelo de un circuito similar. El consultor para el desarrollo era el mismo Vogt, quien había emigrado a los Estados Unidos después de la guerra, en ese momento ya era una persona muy anciana, y el diseñador principal y el ideólogo de revivir la idea era el ingeniero de la NASA Richard Thomas Jones. Jones "apoyó" esta idea desde 1945, cuando era empleado de NACA (antecesor de la NASA, Comité Consultivo Nacional para Aeronáutica), y en el momento en que se construyó la muestra, se resolvieron y verificaron completamente todos los cálculos teóricos.
El ala OWRA RPW podría girar hasta 45 °, zumbido había un fuselaje y una cola rudimentarios; de hecho, era un modelo volador, cuyo elemento central y único interesante era el ala. La parte principal de la investigación se llevó a cabo en un túnel de viento, parte de ella se llevó a cabo en vuelo real. El ala funcionó bien y la NASA decidió construir un avión completo.
Y ahora - en vuelo!
Por supuesto, el cambio de barrido asimétrico también tiene inconvenientes, en particular, la asimetría del arrastre, los puntos de giro parásitos que conducen a un giro y una desviación excesivos. Pero todo esto ya en los 1970-s podría ser derrotado por la automatización parcial de los controles.
Aviones AD-1 de la NASA
Se elevó en el aire 79 veces. En cada vuelo, los evaluadores pusieron el ala en una nueva posición, y los datos se analizaron y compararon entre sí.
Se elevó en el aire 79 veces. En cada vuelo, los evaluadores pusieron el ala en una nueva posición, y los datos se analizaron y compararon entre sí.
El avión AD-1 (Ames Dryden-1) se convirtió en la creación conjunta de varias organizaciones. Ames Industrial Co. lo construyó en la glándula, creó un diseño general en Boeing, Bert Rutan realizó la investigación tecnológica en Scaled Composites, y las pruebas de vuelo se realizaron en el Centro de Investigación Dryden en Lancaster, California. El ala AD-1 podría girar en el eje central en 60 ° y solo en sentido contrario a las agujas del reloj (esto simplificó enormemente el diseño sin perder ventajas).
El ala fue accionada por un motor eléctrico compacto ubicado dentro del fuselaje directamente en frente de los motores (el clásico francés TRD Microturbo TRS18 se usó como este último). El tramo del ala trapezoidal en la posición perpendicular fue 9,85 m, y en el ala girada, el 4,93 completo, lo que hizo posible alcanzar la velocidad máxima en 322 km / h.
21 Diciembre AD-1 primero voló en el aire, y durante los siguientes meses de 18, con cada nuevo vuelo, el ala se giró a grados 1, capturando todos los indicadores de la aeronave. En medio de 1981, la aeronave "alcanzó" el ángulo máximo de los grados 60. Los vuelos continuaron hasta agosto 1982, todo el AD-1 despegó 79 una vez.
NASA AD-1 (1979)
El único avión con un ala barrida asimétrica, elevándose en el aire. El ala se giró en un ángulo a 60 grados en sentido contrario a las agujas del reloj.
El único avión con un ala barrida asimétrica, elevándose en el aire. El ala se giró en un ángulo a 60 grados en sentido contrario a las agujas del reloj.
La idea principal de Jones fue el uso de cambios de barrido asimétricos en los aviones para vuelos intercontinentales: la velocidad y el ahorro de combustible se vieron recompensados en el mejor de los casos por distancias muy grandes. El avión AD-1 recibió críticas positivas tanto de expertos como de pilotos, pero, curiosamente, no hubo continuidad historia no recibido. El problema era que todo el programa era principalmente de investigación. Habiendo recibido todos los datos necesarios, la NASA envió el avión al hangar; Hace 15 años, se mudó al almacenamiento eterno en aviación Museo Hiller en San Carlos.
La NASA, al ser una organización de investigación, no estaba involucrada en la fabricación de aviones, y ninguno de los principales fabricantes de aviones estaba interesado en el concepto de Jones. Los revestimientos intercontinentales predeterminados son mucho más grandes y complejos que los “juguetes” AD-1, y las compañías no se atrevieron a invertir grandes cantidades de dinero en investigación y desarrollo de un diseño prometedor, pero muy sospechoso. La innovación clásica ganó.
Richard Gray, piloto de pruebas de la NASA AD-1
Habiendo volado exitosamente su programa en un ala asimétrica, murió en 1982 en el accidente de un avión de entrenamiento ordinario Cessna T-37 Tweet.
Habiendo volado exitosamente su programa en un ala asimétrica, murió en 1982 en el accidente de un avión de entrenamiento ordinario Cessna T-37 Tweet.
Posteriormente, la NASA regresó al tema del "ala inclinada" al construir un pequeño avión con una envergadura de 1994 m y la capacidad de cambiar el ángulo de barrido de 6,1 a 35 grados en 50. Fue construido como parte de la creación de un avión transcontinental local 500. Pero al final, el trabajo en el proyecto se redujo por las mismas razones financieras.
Todavia no es el final
Sin embargo, el "ala inclinada" ganó una tercera vida, y esta vez gracias a la intervención de la conocida agencia DARPA, que en 2006 ofreció a Northrop Grumman un contrato número diez millones para desarrollar un vehículo no tripulado con un diseño de barrido asimétrico.
Pero Northrop pasó a la historia de la aviación principalmente debido a su desarrollo de aeronaves de ala voladora: el fundador de la compañía, John Northrop, era un entusiasta de este tipo de esquema, desde el principio estableció la dirección de la investigación durante muchos años (fundó la compañía al final de 1930) muerto en 1981 año).
Como resultado, los expertos de Northrop decidieron cruzar inesperadamente la tecnología del ala voladora y el barrido asimétrico. El resultado fue el avión no tripulado Northrop Grumman Switchblade (que no debe confundirse con su otro desarrollo conceptual: el caza Northrop Switchblade).
El diseño del drone es bastante simple. Junto al ala del medidor 61 se encuentra un módulo montado con dos motores a reacción, cámaras, electrónica de control y un kit de bisagras necesario para la misión (por ejemplo, cohetes o bombas). El módulo no tiene nada superfluo: el fuselaje, el plumaje, la cola, se parece a la góndola de un globo, excepto con unidades de poder.
El ángulo de rotación del ala con respecto al módulo: todos los mismos grados ideales de 60, calculados tan pronto como los de 1940: en este ángulo, las ondas de choque que surgen del movimiento con velocidad supersónica se nivelan. Con el ala girada, el dron puede volar millas 2500 a una velocidad de 2,0 M.
El concepto de la aeronave estaba listo para el año 2007, y para los años 2010, la compañía prometió llevar a cabo las primeras pruebas del diseño con una envergadura de 12,2 m, tanto en un túnel de viento como en vuelo real. Los expertos Northrop Grumman había planeado que el primer vuelo de un avión no tripulado de tamaño completo ocurrirá alrededor del año 2020.
Pero ya en 2008, la agencia DARPA se enfrió al proyecto. Los cálculos preliminares no dieron los resultados planeados, y DARPA retiró el contrato, cerrando el programa en la etapa de modelo de computadora. Así, la idea de barrido asimétrico vuelve a salir de la suerte.
¿Será o no será?
De hecho, el único factor que “mató” a un concepto interesante es la economía. La presencia de esquemas de trabajo y probados hace que el desarrollo de un sistema complejo y no probado no sea rentable. Hay dos campos de aplicación para ella: vuelos transcontinentales de líneas pesadas (la idea principal de Jones) y drones militares capaces de moverse a una velocidad superior a la velocidad del sonido (la tarea principal de Northrop Grumman).
En el primer caso, en las ventajas: ahorro de combustible y mayor velocidad, en igualdad de condiciones, con los aviones convencionales. En el segundo, la minimización del arrastre de onda en el momento en que el plano alcanza el número de Mach crítico es de la mayor importancia.
La aparición de una aeronave en serie con una configuración similar depende únicamente de la voluntad de los fabricantes de aeronaves. Si uno de ellos decide invertir en investigación y construcción, y luego prueba en la práctica que el concepto no solo es funcional (esto ya se ha demostrado), sino que también es autosuficiente, entonces un cambio de barrido asimétrico tiene posibilidades de éxito. Si, en el marco de la crisis financiera mundial, no se encuentran almas tan valientes, el "ala inclinada" seguirá siendo otra parte de la curiosidad de la historia de la aviación.
Especificaciones de la aeronave AD-1 de la NASA.
1 la gente: la tripulación
Longitud: m 11,83
Envergadura: 9,85 m en posición perpendicular, 4,93 m en posición oblicua
Angulo de ala: hasta 60 °
Área del ala: 8,6 2
Altura: m 2,06
Masa vacía: 658 kg
Max Peso de despegue: 973 kg.
Tren motriz: Microturbo TRS-2 motor a reacción 18
Empuje: en 100 kgf por motor
Capacidad de combustible: 300 l Velocidad máxima: 322 km / h
Techo: m 3658
Verdaderos pioneros
Pocas personas saben que el primer avión con geometría de ala variable no fue construido por los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial (como afirman la mayoría de las fuentes), sino por los pioneros de la aviación francesa Baron Edmond de Marcay y Emile Monon en el año 1911. El monoplano Markai-Monen se presentó al público en París 9 de diciembre 1911, y seis meses después realizó su primer vuelo exitoso.
En realidad, de Marcay y Monen inventaron el esquema clásico de geometría simétricamente variable: dos planos de ala separados con un alcance máximo total de 13,7 m estaban articulados, y el piloto podía cambiar el ángulo de su posición con respecto al fuselaje en vuelo. En el suelo para el transporte de las alas se podían plegar, como las alas de los insectos, "detrás de la espalda". La complejidad del diseño y la necesidad de pasar a aviones más funcionales (debido al inicio de la guerra) obligaron a los diseñadores a abandonar el trabajo en el proyecto.
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