Ringplane: vliegtuig met een gesloten vleugellus

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Een vliegtuig met een gesloten vleugellus kan niet vliegen - het is door de tijd bewezen. Ringplanes zijn geprobeerd sinds de tijd van de gebroeders Wright, en geen enkele constructie is in staat geweest om enkele minuten in de lucht te blijven. Maar de menselijke geest geeft niet op. In 2007, na 100 jaar en meer dan 20 pogingen, ging een soortgelijk apparaat van start. En hij bewees dat hij een wendbaar, licht en duurzaam vliegtuig was.

Dit verhaal begon in 1988, toen de zaken al op de ineenstorting van de Unie afstevenden, maar de hoop op stabiliteit nog smeulde in de harten van de leiders van de enorme staat. De technische creativiteitsclub in de Minsk Gear Plant kreeg een creatieve taak van een lokale landbouwstructuur: een wendbaar en licht vliegtuig ontwerpen dat bestand is tegen sterke zijwind. De meest populaire "boer" in die tijd was AN-2: hij kon veel meststoffen en spuitapparatuur meenemen. Maar de wind was zijn verschrikkelijke vijand - in de eindeloze Kuban-velden leek de AN-2 qua beheersbaarheid op een gekke olifant. Luchtvaarttechnicus Arkady Alexandrovich Narushevich, piloot Anatoly Leonidovich Gushchin en verschillende andere mensen namen de zaak op zich. Na langdurig onderzoek kwam Narushevich tot een onverwachte conclusie: het is noodzakelijk om een vliegtuig te bouwen met een gesloten vleugelcontour, maar niet met een cirkelvormige, maar een ovale. Er werden verschillende modellen gebouwd, die behoorlijk succesvol vlogen (ik merk dat Narushevich tijdens ons gesprek in 15 minuten een papieren model maakte - en het vloog!). Liefhebbers kochten materialen en bouwden een ovale vleugel. En toen stortte 1991 in. De USSR bleef in het verleden, de financiering eindigde in slechts een paar dagen en de resterende fondsen werden ingetrokken. De vleugel werd verzonden voor langdurige opslag en het vliegtuigproject werd vergeten. Maar dat was nog lang niet het einde.

Van Bleriot tot Zhivodan

Op 17 december 1903 ging een man voor het eerst de lucht in in een vliegtuig met motor. De man heette Orville Wright en het vliegtuig heette Wright Flyer I.

Ondanks het opmerkelijke succes van de gebroeders Wright, hebben talloze uitvinders verschillende vleugelconfiguraties bedacht, die volgens hun concept effectiever zijn dan gewone Wright-vliegtuigen. Een van de pioniers van de luchtvaart was de Franse uitvinder Louis Bleriot, die in 1900 zijn eerste Ornithopter-apparaat bouwde. Toegegeven, alleen het 11e model, gebouwd in 1909, werd het eerste echt vliegende vliegtuig van Bleriot. We zijn er helemaal niet in geïnteresseerd, maar in het Bleriot III-vliegtuig, ontworpen in 1906 en nooit opgestegen. Het was het eerste vliegtuig met een gesloten vleugellus in de geschiedenis van de vliegtuigbouw.

Bleriot was gewoon aan het experimenteren - willekeurig. Hij verbond de uiteinden van de vleugels van een conventionele tweedekker in halve cirkels en installeerde hetzelfde ontwerp als de staart. Het is waar dat het resulterende watervliegtuig "Bleriot III" nooit alleen van het water is opgestegen. Ooggetuigen beschreven verschillende vluchten - toen het apparaat als een vlieger werd gesleept, maar meer niet.

Vandaag zijn de fouten van Blériot duidelijk: te zware staart, hoge liftverliezen door een verkeerd gekozen vleugelcontour. Maar het feit blijft - vliegtuigen met gesloten vleugels begonnen hun reis in de luchtvaart.

Naast Bleriot hebben verschillende andere ontwerpers uit het begin van de eeuw geëxperimenteerd met de gesloten vleugel. Het vliegtuig van de Franse ingenieur Zhivodan, door hem gebouwd in de Velmorel-fabriek in 1909, was ooit beroemd. Iedereen, inclusief Scientific American en een aantal gerespecteerde publicaties, heeft geschreven over de verbazingwekkende machine die een nieuw luchtvaarttijdperk opent. In het vliegtuig van Zhivodan werd de rol van vleugels gespeeld door twee ringvormige figuren, waartussen de stoel van de piloot zich bevond. De motor woog 80 kg en ontwikkelde 40 pk door een 2,4 meter lange propeller te laten draaien. Zoals je zou verwachten, steeg de vreemde structuur, die doet denken aan een pijp met een uitgescheurd middengedeelte, niet de lucht in. Het is vermeldenswaard dat de Franse modelvliegtuigontwerper Emmanuel Fillon in de jaren tachtig een werkend model van het vliegtuig van Zhivodan ontwierp. En het model vloog prachtig. Dat wil zeggen, de aerodynamische eigenschappen waren niet zo slecht. Overmatige massa of een laag motorvermogen hebben mogelijk verhinderd dat het origineel van de grond kwam.

Het is de moeite waard om nog een geweldig ontwerp te noemen - de zogenaamde Gary-Plane van de Amerikaan William Pierce Gary. Gary's vliegtuig (1910) had een platte, ringvormige vleugel met een diameter van 8 m - meer dan vier menselijke hoogten! Toegegeven, Gary's vliegtuig viel op door zijn verschrikkelijke instabiliteit: alle pogingen om erop te vliegen eindigden in het voorwaarts kantelen.

Eind jaren 90: tweede wind

In 1998 haalden Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants en een aantal andere piloten Narushevich over om aan het vliegtuig te blijven werken. Een bepaald privébedrijf raakte geïnteresseerd in het vliegtuig, het geld werd gevonden, de half vergeten vleugel werd hersteld en het team begon met het monteren van de romp. Alles werd vanaf nul gedaan. Tenzij het landingsgestel van de Mi-1 helikopter is genomen en het dashboard van de AN-2. De auto is ontworpen voor een potentiële consument: stoelen voor een of twee piloten en drie passagiers in een halve cirkel. In plaats van passagiers was het mogelijk om containers te plaatsen voor het opslaan van meststoffen en spuitapparatuur …

Een belangrijk kenmerk van het vliegtuig van Narushevich was dat de ovale vleugel niet rechtstreeks aan de romp was bevestigd. Het bevond zich in de vleugel op rekken en ophangingen. Zo ontstond de lift over het gehele vleugeloppervlak.

In 2004 werden de eerste veldtesten van de ontvangen machine uitgevoerd. Ze maakte verschillende vluchten bij kalme en zijwind. De uitvinders ontdekten dat het toestel zeer ongebruikelijke aerodynamische eigenschappen heeft. Ten eerste reageerde een vliegtuig met een ovale vleugel (we zullen het verder SOC noemen) helemaal niet op windstoten tot 13 m/sec. Ten tweede was 150 m voor een startbaan voldoende (voor de AN-2 - 180 m, voor andere vliegtuigen van dezelfde klasse soms zelfs meer). Maar het belangrijkste bleek de praktische verhouding tussen het laadvermogen en het totale leeggewicht van het vliegtuig te zijn - 0,45! Tot nu toe is niemand in de buurt van zo'n coëfficiënt gekomen. Het vliegtuig kan veilig worden getoond aan toekomstige investeerders.

Vandaag lijkt de vreemde "ovaloplane" van Louis Bleriot absurd: de Franse ontwerper heeft tijdens de constructie te veel fouten gemaakt. Maar Bleriot handelde willekeurig: in 1906 wist niemand welke vleugelconfiguratie zou winnen.

Verticale startringen

Onder de Duitse projecten van de Tweede Wereldoorlog waren velen absoluut verbazingwekkend in hun moed en originaliteit. Zo had de verticale start- en landingsjager-interceptor "Lark" (Lerche), ontworpen door Ernst Heinkel (1944), een gesloten negenzijdige vleugel en twee onafhankelijke Daimler-Benz 605D-motoren, die elk hun eigen propeller draaiden. Beide propellers bevonden zich in de vleugel. Voor die tijd was het vliegtuig ongebruikelijk omdat het verticaal opstijgen en landen betekende.

Het is moeilijk te zeggen wat Heinkel zou hebben gedaan als Lark in metaal was belichaamd. In 1945 ontwikkelde Heinkel ook LercheII, er was niet genoeg tijd voor de eerste en het project verdween in de vergetelheid. Iedereen heeft echter de mogelijkheid om met de veldleeuwerik te vliegen - in het computerspel IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Maar de Fransen vonden in 1959 de kans om hun meesterwerk met ringvleugels in metaal te belichamen. De verbazingwekkende SNECMA C-450 Coleoptere-jet steeg zelfs op. Toegegeven, hij landde behoorlijk hard en begroef bijna de piloot onder hem. In feite ontwikkelde SNECMA het onbemande vliegtuig met ringvleugels zelfs eerder, in 1954. Het kreeg de lyrische naam Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) en maakte meer dan 200 succesvolle testvluchten. Net als de Duitse leeuwerik was het een verticaal opstijgend en landend vliegtuig. De volgende stap was de creatie van een bemand voertuig, dat de C-450 werd. De acht meter lange jager werd met succes gelanceerd, maar tijdens de overgang van verticale vlucht naar horizontale vlucht toonde hij een volledig onvermogen om hoogte te behouden en stortte hij als een steen. De piloot werd uitgeworpen en het dure project werd onmiddellijk gesloten.

SNECMA C-450 (1959) Hij kon alleen verticaal vliegen. Toen de piloot probeerde over te schakelen naar horizontale vlucht, viel de experimentele structuur als een steen naar beneden. Het project met gesloten vleugels werd onmiddellijk stopgezet.

SNECMA C-450 (1959)

Hij kon alleen verticaal vliegen. Toen de piloot probeerde over te schakelen naar horizontale vlucht, viel de experimentele structuur als een steen naar beneden. Het project met gesloten vleugels werd onmiddellijk stopgezet.

De laatste poging om een verticaal opstijgend ringvliegtuig te maken was het Amerikaanse project Convair Model 49 (1967). Convair staat nu bekend om zijn onderzeeërontwerp en een aantal andere waanzinnige ontwerpen. De Model49 was een hybride van een vliegtuig en een helikopter. De ringvormige vleugel verborg een arsenaal waar een heel artillerieregiment trots op kon zijn. Machinegeweren, granaatwerpers, kanonnen en raketwerpers - "49th" zou in zijn eentje de strijd kunnen leveren aan een volwaardig leger. Als het gemaakt is. Het gekke project werd wijselijk afgewezen door de Amerikaanse regering.

Gesloten vleugel nieuw leven

In 2006 raakten experts opnieuw geïnteresseerd in het onderwerp van de ovale vleugel. Bij een van de ondernemingen in Minsk werd experimenteel ontwerpwerk (R&D) georganiseerd om een vliegtuig met een ovale vleugel te restaureren, te testen en de aerodynamische eigenschappen ervan te bestuderen. De hoofdontwerper van het ROC was Alexander Mikhailovich Anokhin, een voormalige militaire piloot met een solide 35-jarige ervaring. Narushevich en Gushchin werden lid van het ontwerpbureau. In 2008 was professor Leonid Ivanovich Grechikhin, doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen, bij het werk betrokken. Hij werkte aan de aerodynamische eigenschappen van raketten met de beroemde Korolev, en nu geeft hij advies en lezingen aan verschillende instituten van het GOS. Als gevolg hiervan werd een team gevormd dat ook nu nog aan dit onderwerp werkt.

Het probleem was dat het vliegtuig sinds 2004 niet meer de lucht in was gegaan en praktisch onbruikbaar was geworden. Maar het werk was in volle gang. Het vliegtuig werd aangepast, klaargemaakt voor vluchten en uit de hangar gehaald. De testen begonnen. De configuratie van het voertuig bleef hetzelfde, maar de finetuning was serieus - tot aan de verandering in het vleugelprofiel toe. Belangrijk werk (dat nu doorgaat) ging naar Grechikhin: er werd een vliegtuig met een ovale vleugel gebouwd, maar niemand had het eerder in detail berekend!

Technische kenmerken

Wat is SOC vandaag? Dit is zeker een vliegtuig. Maar in termen van zijn kwaliteiten in de lucht, verschilt het duidelijk van gewone machines met platte of ronde vleugels. Een gewone platte vleugel wordt gekenmerkt door inductieve weerstand: lucht uit de hogedrukzone onder de vleugel heeft de neiging om via de vleugelpunten in de vacuümzone aan de bovenzijde te stromen. In dit geval worden achter het vliegtuig eindwervels gevormd, waarvan de vorming ook energie verbruikt, de waarde van de inductieve weerstand.

Voor een ovale vleugel is het probleem van inductieve weerstand niet relevant, omdat het geen tips heeft. Bovendien wordt de inkomende luchtstroom, die door een gesloten lus gaat, naar beneden gericht, waardoor extra hefkracht ontstaat. Hoe groter de aanvalshoek van de vleugel, hoe sterker dit effect. En de invalshoek van zo'n ontwerp kan ongekend groot zijn.

De stromingsstop treedt op wanneer de luchtstraal, met een toename van de aanvalshoek, niet meer soepel rond het bovenoppervlak van de vleugel stroomt en er vanaf breekt met de vorming van wervels. In dit geval verdwijnt de lift op de vleugel onmiddellijk en verliest het apparaat de controle. De ovale vleugel maakt een aanvalshoek van de vleugel tot 50 ° mogelijk, terwijl zijn naaste concurrenten een maximum van 20-22 ° bereiken. De lucht in de gesloten vleugel maakt het moeilijk om de stroming van het bovenoppervlak van het onderste deel van de vleugel te stoppen. En wanneer de stroom de gesloten lus verlaat, als gevolg van uitwerpen (het proces van het mengen van twee media, wanneer het ene medium het andere meevoert), "zuigt" het de lucht die langs het bovenoppervlak van het bovenste deel van de vleugel gaat. Deze gegevens zijn niet empirisch verkregen - de ovale vleugel was "gemorst" in het waterkanaal.

Voordat het in metaal incarneerde en de lucht in ging, ging het Wit-Russische vliegtuig met een gesloten vleugellus door drie "reïncarnaties" - de constructie begon in 1988.

Het vermogen om onder extreem hoge aanvalshoeken te vliegen, in combinatie met het stroomafbuigingseffect, stelt het vliegtuig in staat om met extreem lage snelheden te vliegen zonder het gebruik van flappen. De SOK mist vleugelmechanisatie, wat niet belet om betrouwbaar op te stijgen en te landen. Dankzij de ongeëvenaarde overtrekweerstand kan het vliegtuig gestaag en betrouwbaar over het grootste snelheidsbereik vliegen.

Veel kwaliteiten van SOC zijn verrassend. Hij slaagt erin te accelereren, omhoog te vliegen en te landen op een oneffen, met gras begroeide baan van slechts 400 m lang, met de motor uit, hij plant goed en gedraagt zich over het algemeen zeer stabiel in de lucht. De ovale vleugel maakt het vliegtuig wendbaarder en zuiniger. Daarnaast geeft de gesloten lus de vleugel extra stevigheid. Volgens Grechikhin zullen vliegtuigen met klassieke vleugels binnenkort zonder stoom komen te zitten. Het is heel eenvoudig: hoe groter het vliegtuig, hoe zwaarder en krachtiger de vleugel, hoe moeilijker het is om zijn stijfheid te behouden. In wezen draagt het vliegtuig een massa "nutteloze" lading - het gewicht van zijn eigen rondhouten. En de ovale vleugel is twee keer zo licht voor dezelfde lift.

traditionele problemen

Het grootste probleem is dat de Wit-Russische luchtvaartwetten helemaal niet voorzien in de oprichting van vliegtuigen op het grondgebied van het land en hun vluchtactiviteiten. Onlangs heeft Midivisana onder leiding van Anokhin een gespecialiseerd ontwerpbureau opgericht voor de ontwikkeling van onbemande luchtvaartuigen. Onder de medewerkers zijn zowel Narushevich als Gushchin. Het gevestigde team van enthousiastelingen verliest de hoop niet dat ze in ieder geval in een onbemand vliegtuig hun uitvinding kunnen realiseren - een gesloten ovale vleugel.

Ringplan Sukhanov

Pogingen om een ringplane te maken werden ook gemaakt in de USSR. In 1936 presenteerde een student aan het Moscow Aviation Institute Sukhanov als proefschrift een project van een vliegtuig met een ringvormige vleugel voor verdediging. De vleugeldiameter was 3 m en de ontwerpsnelheid van 600 km / u moest worden geleverd door de 800 pk sterke Hispano-Suiza-motor. Tegen 1940 was het diploma een volwaardig project geworden van een korte start- en landingsjager-interceptor en werd het overwogen door de wetenschappelijke en technische raad van TsAGI. Maar de oorlog kwam, er was geen tijd en geld voor de bouw van het vliegtuig, en nog meer voor het testen ervan. In 1942 bouwde Sukhanov in Novosibirsk een werkend model van het ringvliegtuig. Modelproeven hebben aangetoond dat het vliegtuig aanvalshoeken tot 43° kan weerstaan, een hoge vermogen-gewichtsverhouding, anti-spin eigenschappen en uitstekende manoeuvreerbaarheid heeft. Sukhanov ontving het certificaat van de auteur, voerde alle berekeningen uit, maar het ringplan zag nooit het daglicht vanwege de oorlog en verwoesting in het land.

De vleugel toont zijn eigenschappen alleen bij een bepaalde verhouding van de assen van de ellips tot elkaar, de lengte van de koorde van de vleugel tot de kleine as van de ellips en andere nuances van het vleugelprofiel. De ontwerpers vroegen patent aan en kregen voorrangscertificaten voor deze vleugelvorm in Wit-Rusland en Rusland. Nu lijkt het erop dat niemand hun succes zal kunnen herhalen, omdat alle beschikbare "corridors" van voordelige vleugelparameters al zijn uitgezet.

Voor de periode vanaf het begin van de ontwikkeling tot de bouw van het eerste productiemodel van een lichtmotorig vliegtuig is ongeveer $ 12 miljoen nodig, zegt Alexander Anokhin. “Met zo'n vleugel kunnen we zelfs een deltavlieger maken. Kun je je voorstellen? Deltavlieger, niet bang voor de zijwind! Het grootste probleem is niet eens de financiering: zodra SOK bijvoorbeeld bij MAKS komt, zullen investeerders worden gevonden. Het probleem zit in de Wit-Russische wetgeving, volgens welke een vliegtuig dat op het grondgebied van het land is gemaakt, buitengewoon moeilijk te registreren is, en in dit geval is het gewoon onmogelijk, omdat het niet tot de bekende vliegtuigklassen behoort. Er is echter al een overeenkomst met het Voronezh-vliegveld, dat naar verwachting zal worden gebruikt voor verdere tests van het voertuig.

Wat is het volgende? Laten we kijken. Het feit blijft. Voor het eerst in de geschiedenis van de vliegtuigbouw steeg een vliegtuig met gesloten vleugels op. Misschien staan we aan de vooravond van nieuwe ontdekkingen. Of misschien is het gewoon een merkwaardig vliegtuig, een geïsoleerd incident. De tijd zal het leren.