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

Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
Приложения для зимнего отдыха Приложения для зимнего отдыха

Полезные мобильные приложения для зимнего отдыха

CHIP
Новая бронетанковая доктрина Новая бронетанковая доктрина

О зарождении новой бронетанковой доктрины

Популярная механика
Пещера Пещера

Дом в скале, в котором всегда t+20

Seasons of life
Не просто фантастика Не просто фантастика

Городской тест-драйв беспилотного автомобиля

Популярная механика
Гладкие секреты Гладкие секреты

Тонкости глажки

Лиза
Любой каприз Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Популярная механика
Холодный расчет: сможет ли Великобритания отказаться от российского газа Холодный расчет: сможет ли Великобритания отказаться от российского газа

Нанесет ли подобное решение вред потребителям

Forbes
Выход дракона Выход дракона

Впервые в истории лидером по количеству космических запусков станет Китай

Популярная механика
Forbes оценил состояние совладельца «Зимней вишни» Дениса Штенгелова в $600 млн Forbes оценил состояние совладельца «Зимней вишни» Дениса Штенгелова в $600 млн

Бизнесмен пытался продать площади в торговом центре в Кемерово

Forbes
Незастывающее слово Незастывающее слово

Языку так тяжело в тисках учебников и словарей

Популярная механика
Положительно заряженные Положительно заряженные

Fiat 500 и Smart Forfour доказывают свое право на существование

АвтоМир
Главный дровосек планеты Главный дровосек планеты

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

Популярная механика
6 способов начать разговор с кем угодно 6 способов начать разговор с кем угодно

Больше ты не будешь одиноко стоять в углу на вечеринке филателистов-агностиков!

Maxim
Когда погаснет БАК Когда погаснет БАК

Мегапроекты, которые придут на смену Большому адронному коллайдеру

Популярная механика
Без остатка Без остатка

Как превратить кухню в безотходное производство

Yoga Journal
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
Потерянное покорение Потерянное покорение

Леденящая до самых потрохов легенда о сгинувшей полярной экспедиции

Maxim
Пластмассовая армия Пластмассовая армия

Сборные модели с высокой степенью детализации и технической достоверности

Популярная механика
«Корю себя за глупость» «Корю себя за глупость»

4 истории об отрицании ВИЧ и отказе от прививок

СНОБ
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Для чего взламывают ваш автомобиль, и другие опасности «умных» гаджетов Для чего взламывают ваш автомобиль, и другие опасности «умных» гаджетов

Как работают современные киберпреступники и как можно от них спастись

Популярная механика
Мир завтрашнего дня Мир завтрашнего дня

Дизайн – это вовсе не то, как выглядит какой-то предмет

Популярная механика
Город Город

Берлин – лоскутное одеяло на карте Германии

Esquire
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Британская удавка: как Россия пострадает от «шпионского скандала» Британская удавка: как Россия пострадает от «шпионского скандала»

Чем может обернуться ультиматум Терезы Мэй

Forbes
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика
Как найти идеального тренера Как найти идеального тренера

Список критериев, которые помогут не ошибиться в выборе специалиста по фитнесу

Esquire
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Инструкция: как отличить вбросы от правды Инструкция: как отличить вбросы от правды

Esquire подготовил памятку для борьбы с фейками

Esquire
Открыть в приложении