Ringplane: هواپیما با حلقه بال بسته

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

هواپیمایی با حلقه بال بسته نمی تواند پرواز کند - این توسط زمان ثابت شده است. هواپیماهای حلقه ای از زمان برادران رایت مورد آزمایش قرار گرفته اند، و هیچ سازه ای نتوانسته است برای چند دقیقه در آسمان بماند. اما ذهن انسان تسلیم نمی شود. در سال 2007، پس از 100 سال و بیش از 20 تلاش، دستگاه مشابهی از راه رسید. و او خود را به عنوان یک هواپیمای مانور پذیر، سبک و بادوام ثابت کرد.

این داستان از سال 1988 شروع شد، زمانی که اوضاع از قبل به سمت فروپاشی اتحادیه پیش می رفت، اما امید به ثبات هنوز در دل رهبران این کشور بزرگ دود می کرد. باشگاه خلاقیت فنی در کارخانه دنده مینسک یک کار خلاقانه از یک ساختار کشاورزی محلی دریافت کرد: طراحی یک هواپیمای مانور پذیر و سبک که بتواند در برابر بادهای جانبی قوی مقاومت کند. محبوب ترین "کشاورز" در آن زمان AN-2 بود: او می توانست مقدار زیادی کود و تجهیزات اسپری را سوار کند. اما باد دشمن وحشتناک او بود - در میدان های بی پایان کوبان، AN-2، از نظر قابلیت کنترل، شبیه یک فیل دیوانه بود. تکنسین هوانوردی آرکادی الکساندرویچ ناروشویچ، خلبان آناتولی لئونیدوویچ گوشچین و چند نفر دیگر این پرونده را در دست گرفتند. پس از تحقیقات طولانی، ناروشوویچ به یک نتیجه غیرمنتظره رسید: ساخت هواپیما با بال بسته، اما نه با یک دایره، بلکه بیضی شکل ضروری است. چندین مدل ساخته شد که با موفقیت پرواز کردند (توجه می کنم که در طول مکالمه ما ناروشوویچ یک مدل کاغذی در 15 دقیقه ساخت - و پرواز کرد!). علاقه مندان موادی را خریداری کردند و یک بال بیضی شکل ساختند. و سپس 1991 سقوط کرد. اتحاد جماهیر شوروی در گذشته باقی ماند، بودجه تنها در چند روز به پایان رسید و باقی مانده وجوه برداشت شد. بال برای نگهداری طولانی مدت فرستاده شد و پروژه هواپیما فراموش شد. اما این تا پایان دور بود.

از بلریوت تا ژیودان

در 17 دسامبر 1903، مردی برای اولین بار با یک هواپیما با موتور به هوا رفت. این مرد Orville Wright نام داشت و هواپیما رایت Flyer I نام داشت.

علیرغم موفقیت چشمگیر برادران رایت، مخترعان متعددی با توجه به مفاهیم خود پیکربندی های مختلف بال را ارائه کرده اند که از هواپیماهای معمولی رایت موثرتر است. یکی از پیشگامان هوانوردی مخترع فرانسوی لوئیس بلریوت بود که اولین دستگاه Ornithopter خود را در سال 1900 ساخت. درست است، تنها مدل یازدهم، ساخته شده در سال 1909، اولین هواپیمای واقعاً پرواز بلریوت شد. ما اصلاً به آن علاقه نداریم، بلکه به هواپیمای Bleriot III که در سال 1906 طراحی شد و هرگز بلند نشد، علاقه مندیم. این اولین هواپیما با حلقه بال بسته در تاریخ ساخت هواپیما بود.

بلریوت فقط در حال آزمایش بود - به صورت تصادفی. او انتهای بال های یک هواپیمای دوباله معمولی را به صورت نیم دایره ای به هم متصل کرد و همان طرح دم را نصب کرد. درست است، هواپیمای دریایی به دست آمده "بلریوت III" هرگز به تنهایی از آب بلند نشد. شاهدان عینی چندین پرواز را توصیف کردند - زمانی که دستگاه مانند بادبادک بکسل شد، اما نه چیزی بیشتر.

امروزه اشتباهات Blériot آشکار است: دم بیش از حد سنگین، تلفات زیاد بالابر به دلیل انتخاب نادرست خطوط بال. اما واقعیت همچنان باقی است - هواپیماهای بال بسته سفر خود را در هوانوردی آغاز کردند.

علاوه بر بلریوت، چندین طراح دیگر از ابتدای قرن، بال بسته را آزمایش کردند. هواپیمای مهندس فرانسوی ژیودان که توسط او در کارخانه ولمورل در سال 1909 ساخته شد، زمانی شهرت داشت. همه و همه، از جمله ساینتیفیک امریکن و تعدادی از نشریات معتبر، در مورد ماشین شگفت انگیزی که عصر جدیدی از هوانوردی را باز می کند، نوشته اند. در هواپیمای ژیودان نقش بال ها را دو پیکر حلقه ای شکل بازی می کردند که صندلی خلبان بین آنها قرار داشت.این موتور 80 کیلوگرم وزن داشت و با چرخاندن یک ملخ 2.4 متری قدرتی معادل 40 اسب بخار داشت. همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، ساختار عجیب و غریب، که یادآور یک لوله با بخش مرکزی پاره شده است، به هوا بلند نشد. شایان ذکر است که طراح هواپیمای مدل فرانسوی، امانوئل فیون، مدل کاری از هواپیمای ژیودان را در دهه 1980 طراحی کرد. و مدل به زیبایی پرواز کرد. یعنی خواص آیرودینامیکی آن چندان بد نبود. جرم بیش از حد یا قدرت کم موتور ممکن است از بلند شدن موتور اصلی جلوگیری کرده باشد.

شایان ذکر است یک طراحی شگفت انگیز دیگر - به اصطلاح Gary-Plane توسط ویلیام پیرس گری آمریکایی. هواپیمای گری (1910) دارای بال مسطح و حلقه ای شکل با قطر 8 متر بود - بیش از چهار قد انسان! درست است، هواپیمای گری به دلیل بی ثباتی وحشتناکش قابل توجه بود: تمام تلاش ها برای پرواز با آن به واژگونی به جلو ختم می شد.

اواخر دهه 1990: باد دوم

در سال 1998 آناتولی گوشچین، آنری ناسکیدیانتس و تعدادی دیگر از خلبانان ناروشوویچ را متقاعد کردند که به کار در هواپیما ادامه دهد. یک شرکت خصوصی خاص به هواپیما علاقه مند شد، پول پیدا شد، بال نیمه فراموش شده بازسازی شد و تیم شروع به مونتاژ بدنه کرد. همه چیز از ابتدا انجام شد. مگر اینکه ارابه فرود از هلیکوپتر Mi-1 گرفته شده باشد و داشبورد از AN-2 گرفته شده باشد. این خودرو برای یک مصرف کننده بالقوه طراحی شده است: صندلی هایی برای یک یا دو خلبان و سه مسافر در یک نیم دایره. به جای مسافر، امکان قرار دادن ظروف برای نگهداری کود و تجهیزات سمپاشی وجود داشت.

یکی از ویژگی های مهم هواپیمای ناروشویچ این بود که بال بیضی شکل مستقیماً به بدنه هواپیما متصل نبود. داخل بال روی قفسه ها و سیستم تعلیق قرار داشت. بنابراین، بالابر در تمام سطح بال ایجاد شد.

تا سال 2004، اولین آزمایشات میدانی دستگاه دریافتی انجام شد. او چندین پرواز در شرایط آرام و باد متقابل انجام داد. مخترعان دریافتند که این دستگاه دارای خواص آیرودینامیکی بسیار غیرعادی است. اولاً ، یک هواپیما با بال بیضی شکل (ما آن را بیشتر SOC می نامیم) به وزش بادهای جانبی تا سرعت 13 متر بر ثانیه اصلاً واکنش نشان نداد. ثانیاً ، برای پرواز 150 متر کافی بود (برای AN-2 - 180 متر ، برای سایر هواپیماهای هم کلاس گاهی اوقات حتی بیشتر). اما نکته اصلی نسبت عملی بار و وزن کل هواپیما - 0.45 بود! تاکنون هیچکس به چنین ضریبی نزدیک نشده است. این هواپیما می تواند با خیال راحت به سرمایه گذاران آینده نشان داده شود.

امروز "اولوپلان" عجیب لویی بلریو پوچ به نظر می رسد: اشتباهات زیادی توسط طراح فرانسوی در طول ساخت آن انجام شده است. اما بلریوت به طور تصادفی عمل کرد: در سال 1906، هیچ کس نمی دانست که کدام پیکربندی بال برنده خواهد بود.

حلقه های برخاست عمودی

در میان پروژه های آلمانی جنگ جهانی دوم، بسیاری از آنها در شجاعت و اصالت خود شگفت انگیز بودند. بنابراین، جنگنده رهگیر عمودی برخاست و فرود "Lark" (Lerche) طراحی شده توسط ارنست هاینکل (1944) دارای یک بال نه وجهی بسته و دو موتور مستقل دایملر-بنز 605D بود که هر یک پروانه مخصوص به خود را می چرخاند. هر دو پروانه در داخل بال قرار داشتند. برای آن زمان، هواپیما از این جهت غیرعادی بود که به معنای برخاستن و فرود عمودی بود.

به سختی می توان گفت که اگر لارک در فلز تجسم می یافت، هاینکل چه می کرد. در سال 1945، Heinkel همچنین LercheII را توسعه داد، زمان کافی برای اولین بار وجود نداشت و پروژه در ابهام ناپدید شد. با این حال، همه این فرصت را دارند که Skylark - در بازی رایانه ای IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles - پرواز کنند. 1946.

اما فرانسوی ها در سال 1959 این فرصت را یافتند تا شاهکار بال حلقه ای خود را در فلز متجلی کنند. جت شگفت انگیز SNECMA C-450 Coleoptere حتی بلند شد. درست است، او بسیار سخت فرود آمد و تقریباً خلبان را زیر خود دفن کرد. در واقع، SNECMA هواپیمای بدون سرنشین رینگی را حتی زودتر، در سال 1954 توسعه داد.به آن نام غنایی Atar Volant C-400 P-1 (ستاره پرنده) داده شد و بیش از 200 پرواز آزمایشی موفقیت آمیز انجام داد. این هواپیما مانند Lark آلمانی یک هواپیمای عمودی برای نشست و برخاست بود. مرحله بعدی ساخت یک وسیله نقلیه سرنشین دار بود که به C-450 تبدیل شد. این جنگنده هشت متری با موفقیت پرتاب شد، اما در طول انتقال از پرواز عمودی به پرواز افقی، ناتوانی کامل در حفظ ارتفاع را نشان داد و مانند یک سنگ به زمین فرو رفت. خلبان پرتاب شد و پروژه گران قیمت بلافاصله بسته شد.

SNECMA C-450 (1959) او فقط می توانست به صورت عمودی پرواز کند. هنگامی که خلبان سعی کرد به پرواز افقی تبدیل شود، سازه آزمایشی مانند یک سنگ سقوط کرد. پروژه هواپیمای بال بسته بلافاصله بسته شد.

SNECMA C-450 (1959)

او فقط می توانست به صورت عمودی پرواز کند. هنگامی که خلبان سعی کرد به پرواز افقی تبدیل شود، سازه آزمایشی مانند یک سنگ سقوط کرد. پروژه هواپیمای بال بسته بلافاصله بسته شد.

آخرین تلاش برای ایجاد یک هواپیمای حلقه عمودی، پروژه آمریکایی Convair Model 49 (1967) بود. Convair اکنون به دلیل طراحی زیردریایی و تعدادی طراحی دیوانه وار دیگر به خوبی شناخته شده است. مدل 49 ترکیبی از یک هواپیما و یک هلیکوپتر بود. بال حلقه ای شکل آن زرادخانه ای را پنهان می کرد که کل هنگ توپخانه می توانست به آن افتخار کند. مسلسل، نارنجک انداز، توپ و راکت انداز - "49" می تواند به تنهایی به یک ارتش تمام عیار نبرد کند. اگر ساخته شده بود. این پروژه دیوانه وار توسط دولت آمریکا رد شد.

بال بسته زندگی جدید

در سال 2006، کارشناسان دوباره به موضوع بال بیضی علاقه مند شدند. در یکی از شرکت های مینسک، کار طراحی آزمایشی (R&D) برای بازسازی یک هواپیما با بال بیضی شکل، آزمایش آن و مطالعه ویژگی های آیرودینامیکی آن سازماندهی شد. طراح اصلی ROC الکساندر میخایلوویچ آنوخین، یک خلبان نظامی سابق با تجربه 35 ساله بود. ناروشویچ و گوشچین به عضویت دفتر طراحی درآمدند. در سال 2008، دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، پروفسور لئونید ایوانوویچ گرچیخین در کار بود. او روی خواص آیرودینامیکی موشک ها با کورولف معروف کار کرد و اکنون در موسسات مختلف CIS مشاوره و سخنرانی می کند. در نتیجه تیمی تشکیل شد که در حال حاضر هم روی این موضوع کار می کنند.

مشکل این بود که این هواپیما از سال 2004 به آسمان بلند نشده بود و عملاً غیر قابل استفاده شده بود. اما کار در اوج بود. هواپیما اصلاح شد، برای پرواز آماده شد و از آشیانه خارج شد. آزمایشات شروع شد. پیکربندی وسیله نقلیه یکسان باقی ماند، اما تنظیم دقیق جدی بود - درست تا تغییر در مشخصات بال. کار مهمی (که اکنون ادامه دارد) به گرچیخین رفت: یک هواپیما با بال بیضی شکل ساخته شد، اما هیچ کس قبلاً آن را با جزئیات محاسبه نکرده بود!

ویژگی های فنی

SOC امروز چیست؟ این قطعا یک هواپیما است. اما از نظر کیفیت در هوا، تفاوت قابل توجهی با ماشین های معمولی با بال های صاف یا گرد دارد. یک بال مسطح معمولی با مقاومت القایی مشخص می شود: هوا از ناحیه پرفشار زیر بال از طریق نوک بال ها به ناحیه خلاء در سطح فوقانی جریان می یابد. در این حالت گرداب های انتهایی پشت هواپیما تشکیل می شود که تشکیل آن ها نیز انرژی مصرف می کند که مقدار مقاومت القایی است.

برای یک بال بیضی، مشکل مقاومت القایی مهم نیست، زیرا هیچ نوک ندارد. علاوه بر این، جریان هوای ورودی که از یک حلقه بسته عبور می کند، به سمت پایین هدایت می شود و نیروی بالابر اضافی ایجاد می کند. هرچه زاویه حمله بال بیشتر باشد، این اثر قوی تر است. و زاویه حمله چنین طراحی می تواند به طور بی سابقه ای بزرگ باشد.

توقف جریان زمانی اتفاق می‌افتد که جت هوا با افزایش زاویه حمله، جریان صاف در اطراف سطح بالایی بال را متوقف می‌کند و با تشکیل گرداب‌ها از آن جدا می‌شود.در این حالت، بالابر روی بال بلافاصله از بین می رود و دستگاه کنترل خود را از دست می دهد. بال بیضی شکل اجازه می دهد تا زاویه حمله بال تا 50 درجه باشد، در حالی که نزدیک ترین رقبای آن حداکثر به 20-22 درجه می رسند. هوای داخل بال بسته توقف جریان از سطح بالایی قسمت پایینی بال را دشوار می کند. و هنگامی که جریان از حلقه بسته خارج می شود، به دلیل بیرون ریختن (فرآیند اختلاط دو محیط، زمانی که یک محیط دیگری را به داخل می کشد)، هوای عبوری در امتداد سطح بالایی قسمت بالایی بال را "مکد" می کند. این داده ها به صورت تجربی به دست نیامدند - بال بیضی شکل در کانال آب "ریخته شد".

قبل از تجسم در فلز و بلند شدن به هوا، هواپیمای بلاروسی با یک حلقه بال بسته از سه "تناسخ" عبور کرد - ساخت آن در سال 1988 آغاز شد.

توانایی پرواز در زوایای حمله بسیار بالا، همراه با اثر انحراف جریان، به هواپیما اجازه می دهد تا با سرعت بسیار پایین بدون استفاده از فلپ پرواز کند. SOK فاقد مکانیزاسیون بال است که مانع از بلند شدن و فرود قابل اطمینان آن نمی شود. مقاومت بی‌سابقه در توقف به هواپیما اجازه می‌دهد تا به طور پیوسته و قابل اعتماد در وسیع‌ترین محدوده سرعت پرواز کند.

بسیاری از ویژگی های SOC شگفت آور هستند. او موفق می شود شتاب بگیرد، پرواز کند و در یک مسیر چمن ناهموار به طول تنها 400 متر فرود بیاید، با موتور خاموش، برنامه ریزی خوبی دارد و به طور کلی در هوا بسیار پایدار رفتار می کند. بال بیضی شکل باعث می شود هواپیما مانور بیشتری داشته باشد و مصرف سوخت را بهینه کند. علاوه بر این، حلقه بسته به بال استحکام بیشتری می بخشد. به گفته گرچیخین، هواپیماهایی با بال های کلاسیک به زودی بخار خواهند شد. این بسیار ساده است: هر چه هواپیما بزرگتر، بال آن سنگین تر و قوی تر باشد، حفظ استحکام آن دشوارتر است. اساساً، هواپیما توده ای از بار "بی فایده" را حمل می کند - وزن اسپارهای خودش. و بال بیضی برای همان بالابر دو برابر سبک تر است.

مشکلات سنتی

مشکل اصلی این است که قوانین بلاروس در مورد هوانوردی اصلاً ایجاد هواپیما در خاک کشور و عملیات پروازی آنها را پیش بینی نمی کند. اخیرا، Midivisana یک دفتر طراحی تخصصی برای توسعه وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین تحت رهبری Anokhin ایجاد کرده است. در میان کارمندان هر دو ناروشوویچ و گوشچین هستند. تیم مستقر از علاقه مندان امید خود را از دست نمی دهند که حداقل در یک هواپیمای بدون سرنشین بتوانند اختراع خود را - یک بال بیضی شکل بسته - محقق کنند.

رینگ پلان سوخانف

در اتحاد جماهیر شوروی نیز تلاش هایی برای ایجاد یک هواپیمای حلقه ای انجام شد. در سال 1936، دانشجویی در مؤسسه هوانوردی مسکو سوخانف پروژه ای از هواپیما با بال حلقوی برای دفاع را به عنوان پایان نامه ارائه کرد. قطر بال 3 متر بود و سرعت طراحی 600 کیلومتر در ساعت باید توسط موتور 800 اسب بخار هیپانو-سوئیزا ارائه می شد. در سال 1940، این مدرک به پروژه کامل یک جنگنده رهگیر کوتاه برخاست و فرود تبدیل شد و در شورای علمی و فنی TsAGI مورد بررسی قرار گرفت. اما جنگ فرا رسید، زمان و هزینه ای برای ساخت هواپیما و حتی بیشتر برای آزمایش آن وجود نداشت. در سال 1942، سوخانف در نووسیبیرسک یک مدل کاری از هواپیمای حلقه ای ساخت. آزمایشات مدل نشان داده است که این هواپیما می تواند زوایای حمله تا 43 درجه را تحمل کند، دارای نسبت قدرت به وزن بالا، خواص ضد چرخش و مانور عالی است. سوخانف گواهی نویسنده را دریافت کرد، تمام محاسبات را انجام داد، اما طرح حلقه، به دلیل جنگ و ویرانی در کشور، هرگز نور روز را ندید.

بال خواص خود را فقط در نسبت معینی از محورهای بیضی به یکدیگر ، طول وتر بال به محور فرعی بیضی و سایر تفاوت های ظریف نمای بال نشان می دهد. طراحان برای ثبت اختراع درخواست کردند و گواهی های اولویت برای این شکل بال را در بلاروس و روسیه دریافت کردند. اکنون، به نظر می رسد، هیچ کس نمی تواند موفقیت خود را تکرار کند، زیرا تمام "راهروهای" موجود پارامترهای بال سودمند قبلاً در معرض خطر قرار گرفته اند.

الکساندر آنوخین می گوید: برای دوره از شروع توسعه تا ساخت اولین مدل تولیدی یک هواپیمای موتور سبک، حدود 12 میلیون دلار نیاز است. ما حتی می‌توانیم یک گلایدر آویزان با چنین بال بسازیم. می توانید تصور کنید؟ گلایدر آویزان کنید، از باد متقابل نترسید!» مشکل اصلی حتی تامین مالی نیست: برای مثال، به محض اینکه SOK به MAKS برسد، سرمایه گذاران پیدا خواهند شد. مشکل در قانون بلاروس است که طبق آن هواپیمای ایجاد شده در قلمرو کشور ثبت نام بسیار دشوار است و در این مورد به سادگی غیرممکن است، زیرا به کلاس های هواپیمای شناخته شده تعلق ندارد. با این حال، در حال حاضر توافقنامه ای با فرودگاه Voronezh وجود دارد که قرار است برای آزمایش بیشتر این وسیله نقلیه مورد استفاده قرار گیرد.

بعدش چی؟ اجازه بدید ببینم. واقعیت باقی است. برای اولین بار در تاریخ ساخت هواپیما، یک هواپیمای بال بسته از زمین بلند شد. شاید ما در آستانه اکتشافات جدید هستیم. یا شاید فقط یک هواپیمای کنجکاو باشد، یک حادثه مجزا. زمان نشان خواهد داد.