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

Фантастика в открытом поле Фантастика в открытом поле

Иннополис – город, в котором нет старости

Популярная механика
Херон Престон: “Я не хотел делать политическое заявление, но я его сделал, использовав фотографию Путина” Херон Престон: “Я не хотел делать политическое заявление, но я его сделал, использовав фотографию Путина”

Американский дизайнер рассказал Esquire о своей новой коллекции для "KM20"

Esquire
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

МКС может завершить работу через шесть лет. Что будет дальше?

Популярная механика
«Все мучаются от ужаса перед жизнью — такой огромной и в основном лишенной всякой логики» «Все мучаются от ужаса перед жизнью — такой огромной и в основном лишенной всякой логики»

Фронтмен "Самого Большого Простого Числа" — о новом альбоме

Esquire
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Как Вирджил Абло, архитектор, диджей и выскочка, стал крутым дизайнером Как Вирджил Абло, архитектор, диджей и выскочка, стал крутым дизайнером

Назначение Вирджила Абло в Louis Vuitton – очень верное решение

GQ
Самая древняя Русь Самая древняя Русь

Животный мир давно минувших эпох

Популярная механика
Мюнхен — город, непохожий на Германию Мюнхен — город, непохожий на Германию

Столица модников и гурманов, науки и искусств с видом на Альпы

Vogue
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

Популярная механика
Бизнес-город в поле. Кто живет и работает в Иннополисе Бизнес-город в поле. Кто живет и работает в Иннополисе

В наукограде Иннополис 2335 жителей

Forbes
Чистый тяжелый металл Чистый тяжелый металл

Как производят слитки драгоценных металлов

Популярная механика
Кто эта леди? Кто эта леди?

Молодая звезда Сирша Ронан, похоже, созрела для своего первого «Оскара»

Glamour
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
5 редких ретрофотографий, которые хочется рассматривать снова и снова 5 редких ретрофотографий, которые хочется рассматривать снова и снова

Эти фотографии актуальны не только сегодня

Maxim
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

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
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Евангелие от сельдерея Евангелие от сельдерея

Орторексия – болезненная зависимость от здоровой еды

Maxim
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Анастасия Пальчикова:Ответственность по рождению. Почему русские, живущие за границей, должны оправдываться за действия Кремля Анастасия Пальчикова:Ответственность по рождению. Почему русские, живущие за границей, должны оправдываться за действия Кремля

За границей ты все равно отвечаешь за свою страну

СНОБ
Пешком по воде Пешком по воде

Далеко не все способны проплыть километр под водой

Популярная механика
10 фактов о марке Off-White 10 фактов о марке Off-White

Разбираемся, почему детище Вирджила Абло постоянно на слуху

GQ
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика
Стрессовые ситуации Стрессовые ситуации

Александр Бронштейн строит с сыном международный металлургический бизнес

Forbes
Дом во льдах Дом во льдах

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

Популярная механика
Фильмы, которые мы смотрим в марте (и альтернативы к ним) Фильмы, которые мы смотрим в марте (и альтернативы к ним)

О новых фильмах марта и похожие, которые можно посмотреть не выходя из дома

Esquire
Кресла вместо бомб Кресла вместо бомб

Бомбардировщик превратили в бизнес-джет

Популярная механика
Лёгкость бытия: Всё о детоксе Лёгкость бытия: Всё о детоксе

Что такое детокс, какими бывают очищающие диеты и вообще — нужны ли они

Yoga Journal
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Альтернативы нет. Почему инвестиционный счет стал лучшей заменой депозитам Альтернативы нет. Почему инвестиционный счет стал лучшей заменой депозитам

Индивидуальный инвестиционный счет обеспечивает ряд льгот для частного инвестора

Forbes
Открыть в приложении