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

Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Чистый восторг Чистый восторг

Арабский эмират Рас-Эль-Хайма — идеальное место для расслабленного отдыха

OK!
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
Серб и молод Серб и молод

Милош Бикович примерил одежду из последних коллекций

Esquire
Как победить хищника? Как победить хищника?

Навыки выживания, необходимые для победы над расой идеальных охотников

Популярная механика
Как носить пиджаки с мужского плеча Как носить пиджаки с мужского плеча

Самый сексуальный предмет гардероба в шести вариациях

Vogue
Пластмассовая армия Пластмассовая армия

Сборные модели с высокой степенью детализации и технической достоверности

Популярная механика
Как обогащают уран: метод центрифужного разделения изотопов Как обогащают уран: метод центрифужного разделения изотопов

Завод, на котором обогащать уран стали методом центрифужного разделения изотопов

Популярная механика
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

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

Популярная механика
Кто ваш папа? Кто ваш папа?

Главные мужчины в жизни наших постоянных героинь

Tatler
Рисунки на полях Рисунки на полях

На финале лиги чемпионов УЕФА-2018 засветился робот, рисующий разметку

Популярная механика
Скрижали новых скреп: как изменилась наша мораль под натиском прогресса Скрижали новых скреп: как изменилась наша мораль под натиском прогресса

Пора провести ревизию морали, этики и прочих скреп

Maxim
Нашествие Нашествие

Кролики-убийцы и другие животные-захватчики

Популярная механика
Вы отказались от мяса. А этично ли допустить вымирание коров? Вы отказались от мяса. А этично ли допустить вымирание коров?

Какой должна быть судьба коров как вида, если есть этих животных станет неэтично

СНОБ
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Умирать, так с музыкой: странная традиция стриптиза на похоронах Умирать, так с музыкой: странная традиция стриптиза на похоронах

Китайские власти пытаются запретить вызывать стриптизерш… на похороны

Cosmopolitan
Пешком по воде Пешком по воде

Далеко не все способны проплыть километр под водой

Популярная механика
Топ-12: главные цвета весны и лета 2018 года Топ-12: главные цвета весны и лета 2018 года

Какие цвета нужно выбирать в новом сезоне

Cosmopolitan
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
12 новых снимков 12 новых снимков

Космическая обсерватория "Хаббл" запечатлела почти все объекты Мессье

Популярная механика
Броня легка Броня легка

Алюминиевые сплавы давно и прочно обосновались на бронемашинах

Популярная механика
Эмилия Кларк Эмилия Кларк

Интервью с «матерью драконов», остроумной и сексуальной Эмилией Кларк

Playboy
Кресла вместо бомб Кресла вместо бомб

Бомбардировщик превратили в бизнес-джет

Популярная механика
Русский волонтер Русский волонтер

Кто и зачем в нашей стране работает бесплатно

Русский репортер
Рисующие роботы Пиндара ван Армана Рисующие роботы Пиндара ван Армана

Может ли робот стать художником

Популярная механика
Почему разбился Юрий Гагарин? Почему разбился Юрий Гагарин?

50 лет назад Юрий Гагарин разбился при выполнении тренировочного полёта

Популярная механика
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Жажда путешествий: тест BMW 630d xDrive GT Жажда путешествий: тест BMW 630d xDrive GT

Лифтбек, ранее известный как «пятёрка» Gran Turismo

Популярная механика
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Держитесь за баранку. В России подорожают машины и появятся новые штрафы Держитесь за баранку. В России подорожают машины и появятся новые штрафы

Весной цены на автомобили вырастут из-за изменения ставок утилизационного сбора

Forbes
Открыть в приложении