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

Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
20 главных тенденций сезона осень-зима 2018 20 главных тенденций сезона осень-зима 2018

Тренды следующего сезона, в которых начинать разбираться советуем уже сейчас

Vogue
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

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
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

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

Разбираемся, почему детище Вирджила Абло постоянно на слуху

GQ
Очень сложная игра Очень сложная игра

Первая полезная компьютерная игра

Популярная механика
Школьная учительница бросилась с Ниагарского водопада в бочке Школьная учительница бросилась с Ниагарского водопада в бочке

Чтобы завоевать себе славу, Анна Эдсон решила пойти на отчаянный поступок

Cosmopolitan
Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Дивная Диана Дивная Диана

Вырежи красавицу Диану Иваницкую и повесь над тумбочкой

Maxim
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Робот вместо отдела кадров Робот вместо отдела кадров

Цифровая эпоха переворачивает представление о рабочих буднях

CHIP
Летающая парта нового поколения Летающая парта нового поколения

Сверхманевренный учебный самолет с крыльями обратной стреловидности

Популярная механика
Собирать камни Собирать камни

Искусственные камни, камни-арт-объекты и конструкции, напоминающие метеориты

Seasons of life
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Красота по-азиатски: какие пластические операции делают восточные девушки Красота по-азиатски: какие пластические операции делают восточные девушки

О каких чертах лица мечтают современные азиатские красавицы

Cosmopolitan
Самая древняя Русь Самая древняя Русь

Животный мир давно минувших эпох

Популярная механика
На другой стороне На другой стороне

Австралия: классный серфинг, левостороннее движение и метрическая система

Quattroruote
У Солнца под боком У Солнца под боком

О том, какие загадки должен решить меркурианский зонд

Популярная механика
И eще одна сказка Шахерезады И eще одна сказка Шахерезады

Хочется тепла и ярких впечатлений? Летим в Шарджу!

Лиза
Нобелевская кухня Нобелевская кухня

Как с помощью скотча получить графен в домашних условиях

Популярная механика
Земля мифов и легенд Земля мифов и легенд

Как отдохнуть не хуже богов Олимпа

Русский репортер
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика
Олег, Анна, Барселона Олег, Анна, Барселона

Интерьер в Барселоне, деликатно сохранивший все старинные детали

AD
Кресла вместо бомб Кресла вместо бомб

Бомбардировщик превратили в бизнес-джет

Популярная механика
Практичный подход Практичный подход

Как избавиться от ощущения остановки, «потолка»? Какие цели ставить?

Psychologies
Рисующие роботы Пиндара ван Армана Рисующие роботы Пиндара ван Армана

Может ли робот стать художником

Популярная механика
Мой дом – моя крепость Мой дом – моя крепость

Как выбрать самые надежные железные решетки для окон и не переплатить

Лиза
Стеклянные микробы Люка Джеррама Стеклянные микробы Люка Джеррама

Героев этих произведений не разглядеть без микроскопа

Популярная механика
«Пятиэтажки нужно сносить». Испанский архитектор о жизни в Москве «Пятиэтажки нужно сносить». Испанский архитектор о жизни в Москве

Густаво Гонсалвес — о безопасности в Москве, «хрустальных» детях и о футболе

СНОБ
Открыть в приложении