Ringplane: avió amb un bucle d'ala tancat

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Un avió amb un bucle d'ala tancat no pot volar; el temps s'ha demostrat. Des de l'època dels germans Wright s'han intentat avions d'anella, i cap estructura d'aquest tipus ha estat capaç de mantenir-se amunt durant uns quants minuts. Però la ment humana no es rendeix. L'any 2007, després de 100 anys i més de 20 intents, un dispositiu similar va enlairar. I va demostrar ser un avió maniobrable, lleuger i durador.

Aquesta història va començar l'any 1988, quan les coses ja anaven cap a l'enfonsament de la Unió, però l'esperança d'estabilitat encara ardeva al cor dels líders de l'enorme estat. El club de creativitat tècnica de la planta d'engranatges de Minsk va rebre una tasca creativa d'una estructura agrícola local: dissenyar un avió lleuger i maniobrable que suporti forts vents laterals. El "agricultor" més popular d'aquella època era AN-2: podia portar a bord molts fertilitzants i equips de polvorització. Però el vent era el seu terrible enemic: als interminables camps de Kuban, l'AN-2, en termes de controlabilitat, s'assemblava a un elefant boig. El tècnic d'aviació Arkadi Alexandrovich Narushevich, el pilot Anatoly Leonidovich Gushchin i diverses persones més van prendre el cas. Després d'una llarga investigació, Narushevich va arribar a una conclusió inesperada: cal construir un avió amb un contorn d'ala tancat, però no amb un circular, sinó un oval. Es van construir diversos models, que van volar amb força èxit (observo que durant la nostra conversa Narushevich va fer un model de paper en 15 minuts, i va volar!). Els entusiastes van comprar materials i van construir una ala ovalada. I després el 1991 es va estavellar. L'URSS va romandre en el passat, el finançament va acabar en pocs dies i es van retirar els fons restants. L'ala va ser enviada per a un emmagatzematge a llarg termini i el projecte de l'avió es va oblidar. Però això estava lluny del final.

De Bleriot a Zhivodan

El 17 de desembre de 1903, un home va sortir a l'aire per primera vegada en un avió amb motor. L'home es deia Orville Wright i l'avió es deia Wright Flyer I.

Malgrat l'èxit notable dels germans Wright, nombrosos inventors han creat diverses configuracions d'ala, segons els seus conceptes, més efectives que els avions Wright ordinaris. Un dels pioners de l'aviació va ser l'inventor francès Louis Bleriot, que va construir el seu primer dispositiu ornitòpter l'any 1900. És cert que només el model 11, construït el 1909, es va convertir en el primer avió realment volador de Bleriot. No ens interessa gens, sinó l'avió Bleriot III, dissenyat l'any 1906 i mai enlairat. Va ser el primer avió amb un bucle d'ala tancat en la història de la construcció d'avions.

Bleriot només estava experimentant, a l'atzar. Va connectar els extrems de les ales d'un biplà convencional en semicercles i va instal·lar el mateix disseny que la cua. És cert que l'hidroavió resultant "Bleriot III" mai va sortir de l'aigua per si sol. Els testimonis van descriure diversos vols, quan el dispositiu va ser remolcat com un estel, però res més.

Avui els errors de Blériot són evidents: cua massa pesada, grans pèrdues de sustentació a causa d'un contorn de l'ala mal triat. Però el fet és que els avions d'ala tancada van començar el seu viatge a l'aviació.

A més de Bleriot, diversos altres dissenyadors de principis de segle van experimentar amb l'ala tancada. L'avió de l'enginyer francès Zhivodan, construït per ell a la fàbrica de Velmorel l'any 1909, va ser famós en un moment. Tothom i tothom, inclòs Scientific American i una sèrie de publicacions respectades, han escrit sobre la increïble màquina que obre una nova era de l'aviació. A l'avió de Zhivodan, el paper de les ales va ser jugat per dues figures en forma d'anell, entre les quals es trobava el seient del pilot. El motor pesava 80 kg i desenvolupava 40 CV fent girar una hèlix de 2,4 metres. Com era d'esperar, l'estranya estructura, que recordava una canonada amb una secció central arrancada, no es va aixecar a l'aire. Val la pena assenyalar que el dissenyador d'avions model francès Emmanuel Fillon va dissenyar un model de treball de l'avió de Zhivodan als anys vuitanta. I el model va volar molt bé. És a dir, les seves propietats aerodinàmiques no eren tan dolentes. És possible que la massa excessiva o la poca potència del motor hagin impedit que l'original enlaigués.

Val la pena esmentar un altre disseny sorprenent: l'anomenat Gary-Plane del nord-americà William Pierce Gary. L'avió de Gary (1910) tenia una ala plana i en forma d'anell amb un diàmetre de 8 m, més de quatre altures humanes! És cert que l'avió de Gary destacava per la seva terrible inestabilitat: tots els intents de volar-hi van acabar bolcant cap endavant.

Finals dels anys 90: segon vent

El 1998, Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants i una sèrie d'altres pilots van convèncer Narushevich perquè continués treballant a l'avió. Una determinada empresa privada es va interessar per l'avió, es van trobar els diners, es va restaurar l'ala mig oblidada i l'equip va començar a muntar el fuselatge. Tot es va fer des de zero. A menys que el tren d'aterratge s'hagi pres de l'helicòpter Mi-1 i el tauler de comandament s'ha pres de l'AN-2. El cotxe va ser dissenyat per a un consumidor potencial: seients per a un o dos pilots i tres passatgers en un semicercle. En lloc de passatgers, es va poder col·locar contenidors per emmagatzemar fertilitzants i equips de polvorització …

Una característica important de l'avió de Narushevich era que l'ala ovalada no estava connectada directament al fuselatge. Estava situat a l'interior de l'ala sobre bastidors i suspensions. Així, es va crear l'ascensor sobre tota la superfície de l'ala.

L'any 2004 es van realitzar les primeres proves de camp de la màquina rebuda. Va fer diversos vols en condicions de calma i vent creuat. Els inventors van descobrir que el dispositiu té propietats aerodinàmiques molt inusuals. En primer lloc, un avió amb una ala ovalada (l'anomenarem més SOC) no va reaccionar gens a les ratxes de vent lateral de fins a 13 m / s. En segon lloc, per a una carrera d'enlairament, 150 m eren suficients (per a l'AN-2 - 180 m, per a altres avions de la mateixa classe de vegades encara més). Però el més important va resultar ser la relació pràctica entre la càrrega útil i el pes total de l'avió: 0,45! Fins ara, ningú s'ha acostat a aquest coeficient. L'avió es podria mostrar amb seguretat als futurs inversors.

Avui l'estrany "ovaloplane" de Louis Bleriot sembla absurd: el dissenyador francès va cometre massa errors durant la seva construcció. Però Bleriot va actuar a l'atzar: el 1906 ningú sabia quina configuració d'ala seria la guanyadora.

Anells d'enlairament verticals

Entre els projectes alemanys de la Segona Guerra Mundial, molts van ser absolutament sorprenents pel seu coratge i originalitat. Així, el caça-interceptor d'enlairament i aterratge vertical "Lark" (Lerche) dissenyat per Ernst Heinkel (1944) tenia una ala tancada de nou costats i dos motors Daimler-Benz 605D independents, cadascun dels quals girava la seva pròpia hèlix. Les dues hèlixs estaven situades dins de l'ala. Per a aquella època, l'avió era inusual, ja que significava un enlairament i aterratge verticals.

És difícil dir què hauria fet Heinkel si Lark estigués encarnat en metall. El 1945, Heinkel també va desenvolupar LercheII, no hi havia prou temps per al primer, i el projecte va desaparèixer en l'obscuritat. No obstant això, tothom té l'oportunitat de volar l'Alosa, al joc d'ordinador IL-2 Sturmovik: Batalles oblidades. 1946.

Però els francesos l'any 1959 van trobar l'oportunitat d'encarnar la seva obra mestra amb ales anelles en metall. El sorprenent jet SNECMA C-450 Coleoptere fins i tot va enlairar. És cert que va aterrar força fort, gairebé enterrant el pilot sota ell. De fet, SNECMA va desenvolupar el vehicle aeri no tripulat d'ala anul·la fins i tot abans, el 1954. Va rebre el nom líric Atar Volant C-400 P-1 (Estrella Voladora) i va fer més de 200 vols de prova amb èxit. Com l'Alosa alemanya, era un avió d'enlairament i aterratge vertical. El següent pas va ser la creació d'un vehicle tripulat, que es va convertir en el C-450. El caça de vuit metres es va llançar amb èxit, però durant la transició del vol vertical al vol horitzontal, va demostrar una incapacitat total per mantenir l'altitud i es va enfonsar com una pedra. El pilot es va expulsar i el costós projecte es va tancar immediatament.

SNECMA C-450 (1959) Només podia volar verticalment. Quan el pilot va intentar canviar al vol horitzontal, l'estructura experimental va caure com una pedra. El projecte d'avió d'ala tancada es va tancar immediatament.

SNECMA C-450 (1959)

Només podia volar verticalment. Quan el pilot va intentar canviar al vol horitzontal, l'estructura experimental va caure com una pedra. El projecte d'avió d'ala tancada es va tancar immediatament.

L'últim intent de crear un avió d'enlairament vertical va ser el projecte nord-americà Convair Model 49 (1967). Convair és ara ben conegut pel seu disseny submarí i una sèrie d'altres dissenys bogeris. El Model49 era un híbrid d'un avió i un helicòpter. La seva ala en forma d'anell amagava un arsenal del qual podia estar orgullós tot un regiment d'artilleria. Ametralladores, llançagranades, canons i llança-coets: "49th" podria donar batalla a un exèrcit de ple dret. Si es va fer. El boig projecte va ser sàviament rebutjat pel govern dels EUA.

Nova vida d'ala tancada

El 2006, els experts es van tornar a interessar pel tema de l'ala ovalada. En una de les empreses de Minsk, es va organitzar un treball de disseny experimental (R+D) per restaurar un avió amb una ala ovalada, provar-lo i estudiar-ne les característiques aerodinàmiques. El dissenyador en cap de la ROC va ser Alexander Mikhailovich Anokhin, un antic pilot militar amb una sòlida experiència de 35 anys. Narushevich i Gushchin es van convertir en membres de l'oficina de disseny. El 2008, doctor en ciències físiques i matemàtiques, el professor Leonid Ivanovich Grechikhin va participar en el treball. Va treballar en les propietats aerodinàmiques dels coets amb el famós Korolev, i ara consulta i dóna conferències a diversos instituts del CEI. Com a resultat, es va formar un equip, que encara segueix treballant en aquest tema.

El problema era que l'avió no s'havia enlairat al cel des del 2004 i s'havia quedat pràcticament inutilitzable. Però l'obra estava en ple apogeu. L'avió va ser modificat, preparat per als vols i retirat de l'hangar. Van començar les proves. La configuració del vehicle va romandre igual, però l'ajustament va ser seriós, fins al canvi del perfil de l'ala. Un treball important (que continua ara) va anar a Grechikhin: es va construir un avió amb una ala ovalada, però ningú no l'havia calculat prèviament amb detall!

Característiques tècniques

Què és el SOC avui? Això és, sens dubte, un avió. Però pel que fa a les seves qualitats a l'aire, difereix notablement de les màquines ordinàries amb ales planes o arrodonides. Una ala plana normal es caracteritza per una resistència inductiva: l'aire de la zona d'alta pressió sota l'ala tendeix a fluir a la zona de buit de la superfície superior a través de les puntes de les ales. En aquest cas, darrere de l'aeronau es formen vòrtexs finals, la formació dels quals també consumeix energia, que és el valor de la resistència inductiva.

Per a una ala ovalada, el problema de la resistència inductiva no és rellevant, ja que no té puntes. A més, el flux d'aire entrant, que passa per un bucle tancat, es dirigeix cap avall, creant una força d'elevació addicional. Com més gran sigui l'angle d'atac de l'ala, més fort és aquest efecte. I l'angle d'atac d'aquest disseny pot ser sense precedents.

La parada del flux es produeix quan el raig d'aire, amb un augment de l'angle d'atac, deixa de fluir suaument al voltant de la superfície superior de l'ala i s'allunya amb la formació de vòrtexs. En aquest cas, la sustentació de l'ala desapareix immediatament i l'aparell perd el control. L'ala ovalada permet un angle d'atac de l'ala de fins a 50 °, mentre que els seus competidors més propers arriben a un màxim de 20-22 °. L'aire dins de l'ala tancada fa que sigui difícil aturar el flux de la superfície superior de la part inferior de l'ala. I quan el flux surt del llaç tancat, a causa de l'ejecció (procés de barreja de dos medis, quan un medi arrossega l'altre), "succiona" l'aire que passa per la superfície superior de la part superior de l'ala. Aquestes dades no es van obtenir empíricament: l'ala ovalada es va "vessar" al canal d'aigua.

Abans d'encarnar-se en metall i enlairar a l'aire, l'avió bielorús amb un bucle d'ala tancat va passar per tres "reencarnacions": la seva construcció va començar el 1988.

La capacitat de volar amb angles d'atac extremadament alts, juntament amb l'efecte de desviació del flux, permet que l'avió voli a velocitats extremadament baixes sense l'ús de flaps. El SOK no té mecanització de l'ala, que no impedeix que enlai i aterri de manera fiable. La resistència a la parada sense precedents permet a l'avió volar de manera constant i fiable en el rang de velocitat més ampli.

Moltes qualitats del SOC són sorprenents. Aconsegueix accelerar, volar i aterrar en una pista herbosa irregular de només 400 m de llarg, amb el motor apagat, planifica bé i en general es comporta molt estable a l'aire. L'ala ovalada fa que l'avió sigui més maniobrable i eficient en combustible. A més, el llaç tancat aporta força extra a l'ala. Segons Grechikhin, els avions amb ales clàssiques aviat es quedaran sense vapor. És molt senzill: com més gran és l'avió, més pesada i potent és la seva ala, més difícil és mantenir la seva rigidesa. Essencialment, l'avió transporta una massa de càrrega "inútil": el pes dels seus propis llargs. I l'ala ovalada és el doble de lleugera amb el mateix ascensor.

Problemes tradicionals

El principal problema és que les lleis bielorusses sobre l'aviació no preveuen la creació d'aeronaus al territori del país i les seves operacions de vol. Recentment, Midvisana ha creat una oficina de disseny especialitzada per al desenvolupament de vehicles aeris no tripulats sota el lideratge d'Anokhin. Entre els empleats hi ha Narushevich i Gushchin. L'equip establert d'entusiastes no perd l'esperança que almenys en un avió no tripulat puguin realitzar el seu invent: una ala oval tancada.

Ringplan Sukhanov

També es van fer intents de crear un avió a l'URSS. El 1936, un estudiant de l'Institut d'Aviació de Moscou Sukhanov va presentar com a tesi el projecte d'un avió amb una ala anular per a la defensa. El diàmetre de l'ala era de 3 m i la velocitat de disseny de 600 km/h l'havia de proporcionar el motor Hispano-Suiza de 800 cavalls de potència. El 1940, el diploma s'havia convertit en un projecte complet d'un caça-interceptor d'enlairament i aterratge curt i va ser considerat al consell científic i tècnic de TsAGI. Però va arribar la guerra, no hi havia temps ni diners per a la construcció de l'avió, i encara més per a les seves proves. El 1942, a Novosibirsk, Sukhanov va construir un model de funcionament de l'avió d'anella. Les proves amb models han demostrat que l'avió pot suportar angles d'atac de fins a 43 °, té una alta relació potència-pes, propietats anti-gir i una excel·lent maniobrabilitat. Sukhanov va rebre el certificat de l'autor, va realitzar tots els càlculs, però el pla d'anella, a causa de la guerra i la devastació del país, mai va veure la llum.

L'ala mostra les seves propietats només en una certa proporció dels eixos de l'el·lipse entre si, la longitud de la corda de l'ala a l'eix menor de l'el·lipse i altres matisos del perfil de l'ala. Els dissenyadors van sol·licitar una patent i van rebre certificats de prioritat per a aquesta forma d'ala a Bielorússia i Rússia. Ara, sembla que ningú podrà repetir el seu èxit, perquè ja s'han marcat tots els "corredors" disponibles de paràmetres d'ala avantatjoses.

Per al període des de l'inici del desenvolupament fins a la construcció del primer model de producció d'un avió de motor lleuger, es necessiten uns 12 milions de dòlars, diu Alexander Anokhin. "Fins i tot podem fer un ala delta amb una ala així. Pots imaginar? Ala delta, no tinguis por del vent creuat!" El principal problema ni tan sols és el finançament: tan aviat com SOK arribi a MAKS, per exemple, es trobaran inversors. El problema està en la legislació bielorusa, segons la qual un avió creat al territori del país és extremadament difícil de registrar, i en aquest cas és simplement impossible, ja que no pertany a les classes d'avions conegudes. Tanmateix, ja hi ha un acord amb l'aeròdrom de Voronezh, que està previst que s'utilitzi per a més proves del vehicle.

Que segueix? A veure. El fet es manté. Per primera vegada en la història de la construcció d'avions, un avió d'ala tancada va enlairar. Potser estem a les portes de nous descobriments. O potser només és un avió curiós, un incident aïllat. El temps ho dirà.