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

Ударные стройки науки Ударные стройки науки

Национальный научный фонд (NSF) опубликовал детальную статистику за 2016 год

Популярная механика
«Это ведь не боевые действия». Путин прилетел в Кемерово на место трагедии «Это ведь не боевые действия». Путин прилетел в Кемерово на место трагедии

Во время пожара в ТЦ «Зимняя вишня» погибли не менее 64 человек

Forbes
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Правила жизни Эммы Стоун Правила жизни Эммы Стоун

Актриса Эмма Стоун делится своими мыслями

Esquire
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Она не боится Она не боится

«Идеальная женщина – это я. Ольга Бузова»

Playboy
Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан

Эпопея немецкого рейдера «Кенигсберг» времен Первой мировой

Популярная механика
Ты же девочка Ты же девочка

Даже в прогрессивном 2018‑м врач может списать ваши жалобы на «просто ПМС»

Glamour
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Ядрово протеста Ядрово протеста

Кто виноват в отравлении детей и можно ли что-то сделать

Русский репортер
Квантовое превосходство Квантовое превосходство

В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механика
История насосного производства, или введение в датские технологии История насосного производства, или введение в датские технологии

Чем известна Дания? Подходом к производству водяных насосов!

Популярная механика
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

В 2015 году мы узнали, что наносить ракетные удары можно из Каспийского моря

Популярная механика
Лед тронулся: сколько зарабатывают фигуристы Лед тронулся: сколько зарабатывают фигуристы

Forbes подсчитал доходы фигуристов

Forbes
Кресла вместо бомб Кресла вместо бомб

Бомбардировщик превратили в бизнес-джет

Популярная механика
Путин против всех: какой сигнал президент дал странам Запада Путин против всех: какой сигнал президент дал странам Запада

В ближайшие 6 лет внешняя политика России будет самодостаточной

Forbes
Дом во льдах Дом во льдах

История дрейфующих станций «Северный полюс» – это летопись подвига во имя науки

Популярная механика
«Не бояться быть собой — самый большой риск» «Не бояться быть собой — самый большой риск»

Интервью Вадима Верника с Венсаном Касселем

OK!
С горочки спустился С горочки спустился

Мы встретились с чемпионом России по форкроссу Иваном Кунаевым

Популярная механика
Книга перемен Книга перемен

Нью-йоркская квартира актрисы Джулианн Мур

AD
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Встали в позу Встали в позу

Меняя язык тела, мы можем изменить свою жизнь

Psychologies
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Самые умные порноактрисы Самые умные порноактрисы

Кто из порноактрис в перерыве между двумя дублями штудирует квантовую физику

Maxim
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Фотографии Марселя Крайста: как сфотографировать взрыв Фотографии Марселя Крайста: как сфотографировать взрыв

Марсель Крайст все снимает «вживую». Главное – правильно поймать момент

Популярная механика
Операция «Ы» Операция «Ы»

Киргизия стала целью второй экспедиции Land Rover

Популярная механика
Все Будде хорошо Все Будде хорошо

Золото Мьянмы: путешествие из Янгона в Мандалай и Баган

The Rake
Небо для катамаранов Небо для катамаранов

Современные самолеты построены по так называемой нормальной схеме

Популярная механика
Почему я устаю? Почему я устаю?

Неожиданные причины утомления

Лиза
Открыть в приложении