Восходящие в потоке: новое крыло позволит создать сверхманевренные самолеты
Инновационное крыло с подвижной обшивкой создали российские инженеры. Разработка позволит изготовить самолеты и беспилотники, способные на малых скоростях передвигаться в воздушном потоке и при этом эффективно маневрировать. Кроме того, они получат возможность взлетать с небольшого разбега и садиться в режиме замедленного полета. Конструкция изготовлена в виде натурной модели и прошла цикл испытаний, которые подтвердили расчетные характеристики. О том, в каких сферах механизм найдет свое применение, — в материале «Известий».
Как крыло подстраивается под воздушный поток
Инженеры-конструкторы в Центральном аэрогидродинамическом институте имени Н.Е. Жуковского создали крыло для самолетов с подвижной обшивкой. Инновация ученых заключается в специальном механизме, который позволяет поверхности перемещаться вокруг его силовых конструкций, но при этом оставаться гладким, чтобы сохранять высокие аэродинамические свойства. Это дает возможность пилоту или командному устройству воздушного судна управлять режимами полета, трансформируя форму его крыла.
— Решение задачи достигается тем, что крыло содержит механические цепи, которые состоят из соединенных друг с другом рычажных механизмов. Они связаны с обшивкой специальными спицами. При изменении геометрии любого звена, остальные изменяются таким же образом. Это дает изгиб поверхности на заданную кривизну. Вместе с тем сумма углов между рычажными механизмами остается прежней, поэтому обшивка может гнуться, но не растягивается и не сморщивается, — объяснил суть изобретения один из его авторов, начальник отдела аэрофизики многофазных течений, разреженных газов и плазмы Иван Амелюшкин.
Механизмы адаптивных крыльев
Он добавил, что в процессе опытно-конструкторских работ была изготовлена полноразмерная модель крыла и демонстратор одного из его сегментов. Испытания показали, что при изменении кривизны профиля крыла угол между носовым и хвостовым сегментами механической цепи может достигать 80°.
Как пояснил ученый, сохранение аэродинамических свойств несущей поверхности — одна из главных проблем, которые препятствуют широкому внедрению в авиации конструкций с изменяемым профилем геометрии крыла. Между тем их применение может дать летательным аппаратам значительные преимущества.
В частности, предложенная разработка позволит воздушным судам замедляться и ускоряться во время полета. Кроме ого, она даст возможность парить в атмосферных потоках со скоростью автомобиля, маневрировать на тихом ходу, а также производить плавные взлет и посадку. По расчетам, скорость аппарата, оснащенного предложенным механизмом, в безветренную погоду может составлять всего около 20 м/с.
Один из самых сложных элементов самолета
Как считают разработчики, такие характеристики могут быть востребованы, например, при выполнении различных авиационных работ — от распыления удобрений над полями до проведения поисковых мероприятий. Еще одной сферой применения изобретения может стать создание безопасных и недорогих средств индивидуальной мобильности для перемещения по воздуху типа дельтапланов. Небольшая скорость аппарата поможет пилотам безопасно взлетать с разбега и приземляться на ноги.
В целом замедленные режимы в начале и в завершении полета помогут снизить риски при эксплуатации воздушных судов.
— Наша конструкция позволяет объединить и крыло, и закрылки, и элероны — то есть неподвижные и подвижные части. При этом предложенная геометрия дает возможность эффективно разместить топливные баки, приводы, проводку и прочую необходимую инженерию. Крыло получается легким, прочным и функциональным, — объяснил соавтор разработки инженер ЦАГИ Олег Дружинин.
По мнению конструкторов, предложенный механизм может пригодиться не только для самолетов, но и для подводных планеров. Эти аппараты регулируют уровень погружения, изменяя свою плотность. Крылья с подвижной обшивкой позволят совершать сложные маневры под водой.
— Несмотря на кажущуюся простоту, крыло — один из самых сложных элементов любого самолета. Оно создает основную подъемную силу, определяет динамику полета и при этом испытывает наиболее высокие нагрузки. Поэтому его проектируют под конкретные условия эксплуатации. Идея изменять крыло для разных режимов полета в теории может дать значимое повышение аэродинамических характеристик планера, — отметил директор АНО «Центр Развития Транспортных Технологий» Алексей Рогозин.
От того, смогут ли конструкторы доказать надежность и безопасность своих решений будет зависеть сфера, в которой может быть востребовано изобретение. На первом этапе следует опробовать разработку на беспилотной технике самолетного типа. Затем, если эффективность конструкции и механизмов будет подтверждена, можно подумать об их внедрении в пилотируемую авиацию.
Эксперт в области авиастроения, советник директора инженерного факультета Монгольского национального университета Борис Берковский, подчеркнул, что предложенное решение интересно, но труднореализуемо с технической точки зрения, поскольку чтобы его воплотить в «металле» потребуется большое количество сопутствующих разработок в материаловедении и микроэлектронике. Кроме того, потребуется большой комплекс работ по испытанию и доводке готового изделия.
— Что касается беспилотной авиации, то военные потребности сейчас подгоняют многие разработки в этой сфере. Поэтому у изобретателей есть шанс встроиться в этот тренд. Однако, стоит учитывать, что многие из этих изобретений востребованы будут только в сиюминутном моменте и впоследствии окажутся не у дел, — высказал свою точку зрения исполнительный директор агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев.
При этом в пилотируемой авиации важно обосновать состоятельность и применимость тех или иных конструкторских решений, на что подчас уходят многие годы.
Однако опыт показывает, что при необходимости внедрение новых разработок происходит достаточно быстро. Например, пять лет назад были спроектированы саблевидные законцовки крыла для лайнера Superjet-100, а сейчас они стали частью основной импортозамещенной версии самолета, добавил эксперт.
