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

Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Эдди Редмейн и другие звезды вспоминают Стивена Хокинга Эдди Редмейн и другие звезды вспоминают Стивена Хокинга

Знаменитости всего мира отдали дань уважения британскому физику-теоретику

Esquire
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
Виктория Романец, Оксана Самойлова и другие: кто любит хвастаться подарками? Виктория Романец, Оксана Самойлова и другие: кто любит хвастаться подарками?

Осторожно! Уровень роскоши в материале зашкаливает!

Cosmopolitan
Дом во льдах Дом во льдах

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

Популярная механика
10 абсолютно тошнотворных коктейлей 10 абсолютно тошнотворных коктейлей

Гостям достаточно будет увидеть один из этих коктейлей и узнать его название

Maxim
С горочки спустился С горочки спустился

Мы встретились с чемпионом России по форкроссу Иваном Кунаевым

Популярная механика
Медведев снизил ставку по кредитам на покупку деревянных домов Медведев снизил ставку по кредитам на покупку деревянных домов

На субсидирование покупки деревянных домов будет выделено 197 млн рублей

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

Эпопея немецкого рейдера «Кенигсберг» времен Первой мировой

Популярная механика
«Я не хочу быть звездой. Я хочу, чтобы свалку закрыли» «Я не хочу быть звездой. Я хочу, чтобы свалку закрыли»

История Тани Лозовой, той самой «девочки из Волоколамска»

Esquire
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
Local Local

Квартира Константино Хуртадо наxодится рядом с Mercado Central

Seasons of life
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Конфетно-букетный Конфетно-букетный

Нью-йоркский пентхаус актрисы Бетт Мидлер

AD
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Высокого полета Высокого полета

Нынешний год для Audi начинается с ярких премьер

АвтоМир
Главный дровосек планеты Главный дровосек планеты

Победы, поражения и скитания Джейсона Виньярда, короля топора и пилы

Популярная механика
Легкий и независимый Легкий и независимый

Валерию Сюткину исполняется шестьдесят

OK!
Квантовое превосходство Квантовое превосходство

В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механика
Везение в особо крупных размерах – 2 Везение в особо крупных размерах – 2

Рецепт славы прост: надо в нужное время оказаться в нужном месте

Maxim
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Великое посольство Великое посольство

Пётр I стал первым русским правителем, который покинул пределы родного отечества

Дилетант
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Собрать совком Собрать совком

Сергей и Дмитрий Хотимские создали четвертый по размеру активов частный банк

Forbes
Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
Деньги вместо войны. «Газпром» продал евробонды вопреки проблемам с Англией Деньги вместо войны. «Газпром» продал евробонды вопреки проблемам с Англией

«Газпром» разместил евробонды на €750 млн

Forbes
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Девушка-альбинос из шоу «Холостяк» — о борьбе с раком: «Боялась жить уродом» Девушка-альбинос из шоу «Холостяк» — о борьбе с раком: «Боялась жить уродом»

Алисе 33 года, она - альбинос

Cosmopolitan
Незастывающее слово Незастывающее слово

Языку так тяжело в тисках учебников и словарей

Популярная механика
На лезвии славы На лезвии славы

Екатерина Боброва и Дмитрий Соловьев выступили на своей третьей Олимпиаде

OK!
Открыть в приложении