Без рулей и элеронов

Можно ли обойтись без таких привычных элементов самолета, как рули и элероны?

Популярная механикаHi-Tech

Без рулей и элеронов

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?

Текст: Константин Предаченко

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика, октябрь'18
Женский рэп и перфоманс в потемках: гид по фестивалю ART.WHO.DARK Женский рэп и перфоманс в потемках: гид по фестивалю ART.WHO.DARK

Фестиваль ART.WHO.DARK стартует 30 марта в клубе «Смена»

СНОБ, март'18
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика, июнь'18
Ты же девочка Ты же девочка

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

Glamour, апрель'18
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика, май'18
Проверить качество воды и продуктов смартфоном: что такое гиперспектрометр Проверить качество воды и продуктов смартфоном: что такое гиперспектрометр

В Самарском университете разработали сверхкомпактный гиперспектрометр

National Geographic, март'18
Боты еще всем покажут Боты еще всем покажут

Команда ботов OpenAI Five выступила на киберспортивном турнире по Dota 2

Популярная механика, октябрь'18
Вива ля Франц! Вива ля Франц!

Юлия Франц – самый мрачный образ в саге о Докторе Гоголе

Maxim, апрель'18
Небо для катамаранов Небо для катамаранов

Современные самолеты построены по так называемой нормальной схеме

Популярная механика, июль'18
Без остатка Без остатка

Как превратить кухню в безотходное производство

Yoga Journal, март'18
Квантовое превосходство Квантовое превосходство

В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механика, май'18
Все Будде хорошо Все Будде хорошо

Золото Мьянмы: путешествие из Янгона в Мандалай и Баган

The Rake, февраль'18
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика, июнь'18
Новый сайт для онлайн-мониторинга российских ралли: болеем за наших! Новый сайт для онлайн-мониторинга российских ралли: болеем за наших!

Цифровые технологии дошли и до российского автомотоспорта

Популярная механика, март'18
Стеклянные микробы Люка Джеррама Стеклянные микробы Люка Джеррама

Героев этих произведений не разглядеть без микроскопа

Популярная механика, август'18
День открытых дверей День открытых дверей

Дизайнер Шарлотта де Файе — о своей жизни в потайном сердце французской столицы

Vogue, апрель'18
Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения

Возможно, скоро мы сможем тренироваться, не вылезая из-под одеяла, прямо во сне

Популярная механика, июнь'18
Бьюти-дневник певицы Ирины Дубцовой Бьюти-дневник певицы Ирины Дубцовой

Что делает певица Ирина Дубцова в свой обычный день

SNC, март'18
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика, март'18
А у нас в журнале ТАСС! А у нас в журнале ТАСС!

Многие кадры сейчас вызывают неверие, но в них самая что ни на есть правда

Maxim, апрель'18
Когда погаснет БАК Когда погаснет БАК

Мегапроекты, которые придут на смену Большому адронному коллайдеру

Популярная механика, ноябрь'18
Женщинам Саудовской Аравии разрешено отказаться от традиционного одеяния – черной абайи Женщинам Саудовской Аравии разрешено отказаться от традиционного одеяния – черной абайи

В результате недавних реформ женщины Саудовской Аравии получили новые права

National Geographic, март'18
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика, ноябрь'18
Нарядный выход Нарядный выход

Оригинальная идея подачи яиц к праздничному пасхальному столу

Лиза, март'18
Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика, апрель'18
Собрать совком Собрать совком

Сергей и Дмитрий Хотимские создали четвертый по размеру активов частный банк

Forbes, апрель'18
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика, июнь'18
«Чувствую себя на 45 – пока не прохожу мимо зеркала» «Чувствую себя на 45 – пока не прохожу мимо зеркала»

Сегодня в свои 65 лет Нисон демонстрирует наилучшую форму

Playboy, март'18
Полет над глобусом Полет над глобусом

О запуске искусственных спутников

Популярная механика, июнь'18
Опытный образец Опытный образец

Вся правда о сексе за 36 свиданий

Men’s Health, апрель'18