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

Как построить коллайдер на Луне (и зачем) Как построить коллайдер на Луне (и зачем)

Сооружение невиданных масштабов – ускоритель частиц, змеей обвивающий Луну

Популярная механика
Пермячки хотят отсудить у Минздрава 30 миллионов за подмену детей в роддоме Пермячки хотят отсудить у Минздрава 30 миллионов за подмену детей в роддоме

Много лет женщины воспитывали не своих детей

Cosmopolitan
Строить, не ломать Строить, не ломать

Очень надеемся, что облик XXI века определят не конфликты, а проекты городов

Robb Report
Лучшие фотографии февраля Лучшие фотографии февраля

Каждый месяц фоторедактор Esquire выбирает 10 самых интересных фотографий месяца

Esquire
Несущая смерть Несущая смерть

Как Горгона обращала людей в камень и могло ли существовать подобное «биооружие»

Вокруг света
6 простых шагов к идеальному сну 6 простых шагов к идеальному сну

Рассказываем, как отрегулировать режим сна

Esquire
10 вещей с Avito, которые хочется получить в подарок 10 вещей с Avito, которые хочется получить в подарок

10 вещей с Avito, которые хочется получить в подарок

Популярная механика
Приложения для зимнего отдыха Приложения для зимнего отдыха

Полезные мобильные приложения для зимнего отдыха

CHIP
Везение в особо крупных размерах – 2 Везение в особо крупных размерах – 2

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

Maxim
4 главные заслуги Криса ван Аша в Dior Homme 4 главные заслуги Криса ван Аша в Dior Homme

За что мы любили дизайнера Криса ван Аша все эти годы

Vogue
Ленинградская Прохоровка: встречный бой лучших танковых дивизий РККА и вермахта Ленинградская Прохоровка: встречный бой лучших танковых дивизий РККА и вермахта

Вторжение фашистской группы армий «Север» в Советскую Прибалтику

Maxim
Трагедии вундеркиндов СССР: одаренные дети, погибшие и покончившие с собой Трагедии вундеркиндов СССР: одаренные дети, погибшие и покончившие с собой

Они светили очень ярко - и быстро сгорели

Cosmopolitan
Технократ Технократ

Первый тест нового немецкого Audi A7 Gran Turismo

АвтоМир
Полная незанятость Полная незанятость

Откуда взялись два миллиона нигде не учащихся и не работающих молодых граждан

Огонёк
Viva, Valencia! Viva, Valencia!

Всю Валенсию можно обойти пешком за пару часов

Seasons of life
«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
Анна Уколова: «Деньги портят не всех» Анна Уколова: «Деньги портят не всех»

Интервью с Анной Уколовой в ожидании продолжения сериала «Ивановы-Ивановы»

Лиза
Пока все дома Пока все дома

Лучший бас России Ильдар Абдразаков царствует в особняке под Веной

Tatler
«Корю себя за глупость» «Корю себя за глупость»

4 истории об отрицании ВИЧ и отказе от прививок

СНОБ
Северный путь Северный путь

От Ханты-Мансийска до Тобольска

Quattroruote
Джульетта и Ромео Джульетта и Ромео

Анна Дэвис и Даниэль Руэда — архитекторы, романтики и звезды Instagram

Seasons of life
Работники отеля описывают жуткие вещи, которые они видели Работники отеля описывают жуткие вещи, которые они видели

Пользователи Reddit делятся страшными историями, которые приключились в отелях

Cosmopolitan
Не подведет. Suzuki Grand Vitara Не подведет. Suzuki Grand Vitara

За годы продаж японский внедорожник собрал изрядную аудиторию

АвтоМир
«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
7 предметов мужского гардероба, которые окончательно вышли из моды 7 предметов мужского гардероба, которые окончательно вышли из моды

Какие предметы мужского гардероба лучше отложить подальше

Cosmopolitan
10 молодых журналистов, за которыми нужно следить в 2018 году 10 молодых журналистов, за которыми нужно следить в 2018 году

Среди них авторы материалов о деле Улюкаева, наркотиках, криминале и бездомных

Esquire
Тайна замедленного действия Тайна замедленного действия

В каждой семье и у каждого человека есть секреты

Psychologies
«Я сама задаю вектор» «Я сама задаю вектор»

Треки «Не будь дурой» и «Такси» Эльвиры Т набирают миллионы просмотров

OK!
Двойная игра. Обвалят ли рубль решения ФРС и Банка России Двойная игра. Обвалят ли рубль решения ФРС и Банка России

Для курса рубля ситуация на нефтяном рынке по-прежнему важна

Forbes
Plate-Tonic Love Plate-Tonic Love

Мы пришли в новую большую мастерскую керамиста Аны Илуэка

Seasons of life
Открыть в приложении