Работа Семенова Александра, г. Москва, ГОУ Лицей №1550

Тема реферата
«Все в крыле». Самолеты-летающие крылья

План

1.    Введение 
2.    История развития самолетов-"летающеих крыльев"("бесхвостка").
2.1 Планеры Этриха.и его разработки летательных аппаратов схемы "бесхвостка"
2.2 Англичанин Джон У. Данн и его разработки летательных аппаратов схемы "бесхвостка"
2.3  А.Липпиш и его разработки летательных аппаратов схемы "бесхвостка"
2.3.1 Планеры А.Липпиша.
2.3.2 Самолеты серии "Дельта " А.Липпиша.
2.4  "Птеродактели" Д. Хилла и фирмы "Уэстленд".
2.5  Летающие крылья "Хортен"(братья).
2.6  Дж. Нортоп
2.6.2 Самолеты Дж. Нортопа серии N.
2.6.1 Бомбардировщики Дж. Нортопа.
3.   Разработки Самолетов схемы летающее крыло ("басхвостка") в наши дни.
3.1 Проект "SAX-40"
3.2  Разработки авиамодельных кружков.
4.  Достоинства и недостатки "схемы "бесхвостка"
4.1 Достоинства "схемы "бесхвостка"
4.2  Недостатки "схемы "бесхвостка"
5.  Пути решения проблем самолетов схемы летающее крыло ("бесхвостка")
6.   Заключение.

Вступление
Определить, что такое «необычный» лета тельный аппарат, так же сложно, как, на пример, указать, высоко ли вы взлетели. Это зависит главным образом от индиви дуального восприятия, и что для одного человека кажется обычным, для другого полно оригинальности. На заре авиации примерно до 1914 го да, когда выдвинутые первой мировой вой ной требования к летно-техническим харак теристикам привели к относительной стан дартизации основных схем летательных ап паратов, критерии, с помощью которых можно было определить, что тот или иной аппарат является обычным или, наоборот, необычным, полностью отсутствовали. Разные исследователи использовали самые различные подходы для решения постав ленной задачи. В свете опыта и практики авиации сегодняшних дней многие из этих первых летательных аппаратов кажутся весьма необычными. Некоторые разработ ки оказались плодотворными и широко известными: другие- неудачными и, как следствие, забытыми на долгие годы или навсегда. Однако развитие техники часто приводит к возрождению и использованию некоторых изобретений, не реализованных с первого раза. «Стандартный» самолет, который мы знаем сегодня.- это летательный аппарат, основные несущие поверхности которого расположены впереди, хвостовое оперение сзади. а экипаж, пассажиры и полезная нагрузка размещаются в фюзеляже. Такая схема самолета достаточно четко заявила о себе уже к началу 1909 года. Сравнительно небольшие изменения этой базовой схемы вводились на протяжении всей истории ави ации; вводятся они и сейчас для более полного удовлетворения тем или иным так тико-техническим требованиям.
Ряд других схем, например, «бесхвостка»(летающее крыло)- летательные аппараты с не посредственным созданием подъемной силы, а также различные схемы силовых установок и вспомогательных элементов конструкции, обладают достоинствами, позволяющими более успешно решать кон кретные проектные задачи. Некоторые из такого рода схем ушли из авиационной техники насовсем, когда стало ясно, что присущие им недостатки существеннее их достоинств. Тем не менее, некоторые не обычные идеи в новых ситуациях пережи вают вторую молодость. Иногда это кон чается новой неудачей, но в некоторых случаях удается добиться успеха. Это про исходит из-за того, что либо неудачное в прошлом техническое решение становится совместимым с новыми техническими раз работками, либо новый технический уро вень позволит более эффективно реализо вать старую идею.
Основная часть
2. Самолеты схемы «бесхвостка»
Практически с того самого момента, как человек начал строить летательные ап параты, самолеты схемы «бесхвостка» ста ли одной из наиболее популярных схем. Одной из первых природных аналогий, на основании которых человек стал создавать летательные аппараты, является естествен ный бесхвостый планер- семя тропического растения дзанония, которое отличается естественной аэродинамической устойчи востью. Семена этого растения, сорвав шись с веток, планируют на значительную дальность до того, как падают на землю, где они пускают корни.
2.1 ПЛАНЕРЫ И. ЭТРИХА
Австрийский авиационный конструктор Иго Этрих был одним из нескольких экспе риментаторов, которые в конце 1890-х гг. Разгадав секрет устойчи вости полетов семени дзанонии («Семя Дзанония»  имеет серпо видную форму в плане и значительную отрица тельную крутку слегка отклоненных вниз законцовок, что совместно с наличием поперечного V обеспечивает естественную устойчивость поле та.), он сумел значительно опередить в своих исследова ниях других авиационных конструкторов. Он не стал создавать легкие планеры, а построил более тяжелый аппарат, оснащен ный трехколесным шасси. Разгон планера происходит при его скатывании с наклон ной деревянной рампы (рис.1). 

Рис. 1
 К 1904 г. он построил и успешно провел летные испытания больших плане ров. Эти планеры оснаща лись отнесенными назад и отклоненными вверх законцовками крыла, обеспечиваю щими повышение устойчивости движения бесхвостого планера по тангажу (рис.2).

Рис. 2
Решив этим проблему устойчивости полета, Этрих столкнулся с трудностями обеспечения управляемости своих планеров. Для того чтобы преодолеть эту проблему, в 1908 г. он добавил к конструкции горизонтальное оперение большого удлинения и оснастил планер силовой установкой. В построенных Этрихом самолетах крыло имело форму семени дзанонии. Разработанный в 1911 г. аппарат в плане напоминал голубя. Эта конструкция стала весьма популярной, и несколько немецких фирм строили ее в различных модификациях с 1912 г. вплоть до начала первой мировой войны.
2.2 Англичанин Джон У. Данн и его разработки летательных аппаратов схемы "бесхвостка"
Англичанин Джон У. Данн построил бесхвостый хорошо зарекомендовавший себя планер в 1907 г. Этот планер в последующие 4 года был преобразован в самолет схемы «биплан», который на время стал своего рода стандартом для большинства самолетов схемы «бесхвостка». Некоторые из проверенных на этом самолете техни ческих решений являются стандартными и для современных самолетов схемы «бес хвостка».
Проблемы обеспечения продольной ус тойчивости самолета «Данн» D-5 бы ла решена путем использования крыла большой стреловидности и значительно уменьшенного угла атаки законцовок кры ла (что соответствует подъему задних кро мок законцовок крыла аналогично случаю семени дзанонин). Такое уменьшение поло жительного угла атаки (т.е. фактически угла установки крыла) в направлении к законцовкам называется отрицательной ко нической круткой крыла.
Дж. Данн также стал изобретателем элевона - органа управления, который объединяет в себе функции руля высоты и элерона. Изобретатель, однако, не преуспел в продаже своей уникальной конструкции. Первая мировая война существенно сокра тила рынок гражданской авиации. В то же время при первых испытаниях элевон не смог удовлетворить предъявляемым воен ными требованиям. После этого Данн про дал лицензию на производство элевонов фирме «Берджесс» (США), и несколько са молетов этого типа под названием «Берд жесс-Данн» было построено в период 1914-1916 гг.

Рис. 3
На рис.3 показана модель 1911 г. с закрытой гондолой для размещения экипа жа и уникальным шасси, размещенными за центром тяжести, и амортизирующей лыжей в носовой части.
2.3.1 Планеры А. Липпиша
После окончания первой мировой вой ны в Германии началось массовое увлечение планеризмом. В это время создается значительное коли чество конструкций нетрадиционных схем. Среди них были «бесхвостка»(Рис. 4), построенная в 1921 г. Александром Липпишем, моло дым немецким инженером.

Рис. 4
Этот планер представлял собой сущест венный шаг вперед по сравнению с распро страненными в то время планерами. Харак терными конструктивными особенностями планера являются относительно большой размах крыла с небольшой стреловид ностью, значительно приподнятые вверх элевоны, «открытая» конструкция фюзеля жа для размещения летчика, использование
необходимый опыт, который впоследствии позволил конструктору стать одним из наиболее авторитетных специалистов в ми ре по самолетам схемы «бесхвостка».
2.3.2 САМОЛЕТЫ СЕРИИ «ДЕЛЬТА» А. ЛИППИША
Липпиш работал над летательными аппаратами схемы «бес хвостка», создавая как планеры, так и само леты. В 1930 г. на самолете «Дельта-1» конструктору удалось достичь уровня летно-технических характеристик в отношении устойчивости и управляемости, а также размещения экипажа для легких гражданских самолетов.
Примечательной конструктивной осо бенностью самолета «Дельта-1» являлось то, что, хотя передняя кромка его крыла была стреловидной, стреловидность задней, а также свое образной системы приводов для управле ния механизацией крыла (в виде двух стер жней, выходящих вниз из поверхности кры ла). Кили и рули направления были распо ложены под законцовками крыла, причем вертикальное оперение выполняло функции опор, предотвращающих касание земли законцовками на стоянке или при пробеге по земле (рис.5).
Можно считать, что именно с этого мо мента началось применение треугольных крыльев, которые не получили успешного развития вплоть до окончания второй ми ровой войны.

Рис. 5
Многочисленные спроектированные Липпишем в 1920 1930-е гг. самолеты очень трудно идентифицировать по архив ным документам, так как являясь кон структором-исследователем и не имея соб ственного производства, он был вынужден заказывать свои летательные аппараты различным   авиастроительным  фирмам. Вследствие чего многие из них появлялись с обозначениями фирмы-изготовителя На пример, созданный Липпишем самолет «Дельта-IV» (уникальная двухдвигательная «бесхвостка») больше известен под названием «Becne W-3» («Оса») фирмы «Физелер». «Оса» имела склады вающиеся крылья (рис. 6).

Рис. 6
2.4 «ПТЕРОДАКТИЛИ» Д. ХИЛЛА И ФИРМЫ «УЭСТЛЕНД»
Над созданием самолетов схемы «бес хвостка» в различные годы работали мно гие фирмы, поэтому довольно сложно ох ватить все самолеты этого типа. Но среди них выделяются конструкции одной  из крупнейших английских авиастроительный фирм - «Уэстлендэркрафт» компания. Эта фирма была основана во время первой мировой войны. В 1925 г. представители фирмы «Уэстленд» заинтересовались идея ми авиационного конструктора Джеффри Хилла и построили несколько различных самолетов схемы «бесхвостка» по его про ектам. Первым из них стал легкий одно местный самолет, оснащенный двигателем «Чераб» мощностью 23,5 кВт фир мы «Бристоль». Этот самолет получил наз вание «Птеродактиль-1», так как углова тость формы его крыла и фюзеляжа  напоминала очертания  летающей рептилии (рис.7).

Рис. 7
Крыло этого самолета по современным понятиям имеет обычную стреловидную форму, но вместо элевонов на задней кром ке крыла были установлены рули высоты, а функцию элеронов выполняли подвешен ные на шарнирах законцовки крыла (конце вые элероны). Элероны такого типа ис пользовались на различных эксперимен тальных моделях самолетов после оконча ния первой мировой войны. Эта конструк ция имеет ряд недостатков, в частности, большое аэродинамическое сопротивление и недостаточно полное ощущение летчиком естественного пилотирования. Указанные недостатки, по мнению большинства специ алистов, перевешивают преимущества, обеспечиваемые большей эффективностью таких поверхностей управления.
Проведенные Хиллом разработки наш ли свое наиболее полное воплощение в мощном двухместном истребителе «Птеродактиль-5» (Рис. 8). Этот самолет стал уникальным среди самолетов схемы «бесхвостка» - он оснащен двигателем «Госхок» мощностью 44 кВт фирмы «Роллс-Ройс» с тянущим винтом, а но аэро динамической схеме представляет собой биплан, у которого пло щадь нижнего крыла вдвое меньше площади верхнего. 

Рис. 8
Так как использование двигателя с тяну щим винтом позволяло стрелку, находя щемуся в задней кабине, обстреливать зна чительную часть воздушного пространства. Все же этот двухместный истребитель не получил значительной поддержки и был построен только один такой самолет. В ВВС Великобритании основной функцией этого самолета стало участие в воздушных пара дах.
2.5 ЛЕТАЮЩИЕ КРЫЛЬЯ «ХОРТЕН»
Вдохновленные работами Липпиша не мецкие авиационные конструкторы братья Хортен Реймар и Вальтер - построили несколько оригинальных планеров, кото рые заслуживают определения «летающее крыло». Стремление улучшить летнотехнические характеристики путем аэродина мического совершенствования конструкции привело к тому, что братья Хортен решили отказаться от использования традицион ного короткого фюзеляжа или гондолы. Они сделали кабину, в которой летчик рас полагался лежа, и разместили эту кабину в монопланном крыле большого сужения. Для обеспечения обзора вперед из пилот ской  кабины   передняя   кромка   крыла была сделана из прозрачного материала (рис.9).

Рис. 9
У планера нет вертикального оперения и рулей направления. Для того чтобы выпол нить разворот, необходимо значительное по величине дифференциальное отклонение элеронов, причем  поднимающийся вверх элерон должен перемещаться значительно быстрее, чем противоположный элерон- вниз. Такое техническое решение создавало большее аэродинамическое сопротивление на поверхностях, расположенных «внутри» предполагаемого разворота, как бы оттяги вая эту часть крыла назад. Аэродинами ческое сопротивление было дополнительно снижено на планере «Хортен-4», построен ном в1944 г. На этом планере было ис пользовано крыло повышенного удлинения (32,4), что крайне важно для планеров с высокими характеристиками.
Всего за период с 1934 по 1944 гг. было построено 5 различных планеров «Хортен» («Хортен-V», созданный в 1941 г., являлся модификацией планера «Хортен-Ш» с дву мя двигателями рис.9). Эти планеры и мотопла неры продемонстрировали высокое аэроди намическое качество, которое для планеров может быть выражено в виде отношения пройденной дистанции к потере высоты при планировании. Оба построенных планера «Хортен-Ш» разбились примерно в одно и то же время, попав в грозу на проводившемся в Герма нии чемпионате по планерному спорту и не выдержав чрезвычайно сильной турбулент ности атмосферы.
2.6.2 САМОЛЕТЫ ДЖ. НОРТРОПА СЕРИИ N
Американский авиационный конструк тор Джон К. Нортроп всегда был сторон ником аэродинамически "чистых" кон струкций самолетов (даже до того, как он разработал на фирме «Локхид» знамени тый самолет «Вега» в 1927 г.). Нортроп создал последовательно три авиастрои тельные фирмы. В 1940 г. он завершил аэродинамическую чистку. исключив в сво их конструкциях фюзеляж, хвостовое оперение и оставив лишь крыло. Как и Хортены  опередившие ею на несколько лет  Нортроп отказался от традиционных килей вертикального оперения, установленных на законцовках крыла, создав таким образом цельносварной  истребитель,   изготовленный преимущественно из магниевых сплавов. Вооружение самолета было весьма
внушительно: 4 пулемета калибра 12,7 мм 2 пушки калибра 20 мм. Второй  экземпляр  ХР-56  хранится   в
национальном музее авиации и космонавтики США.
2.6.1 БОМБАРДИРОВЩИКИ Д. НОРТРОПА
В сентябре 1914 г. Д. Нортроп предложил ВВС США проект тяжелого бомбардировщика схемы «бесхвостка» и через некоторое время подписал контракт на постройку десяти таких самолетов -двух опытных ХВ-35 и восьми YB-35, предназначенных для проведения войсковых испытаний. В июле 1942 г. Было принято решение постройке четырех летающих моделей N9М, на которых предполагалось отработать законы управления. Вскоре выяснилось  что  разработка  бомбардировщика XВ-35 потребует значительного времени, и вряд ли он сможет принять участие в войне.
Так и произошло  первый полет ХВ-35 был осуществлен 25 июня 1946 г.
Этот самолет возможно являлся самым большим из построенных самолетов   схемы   «бесхвостка».   Размах крыла   ХВ-35   52,46 м,   площадь   крыла 372 м2, взлетная масса 94 800 кг. Четыре мощных радиальных двигателя воздушно го    охлаждения    R-4360-17    мощностью 2205 кВт каждый    (фирма «Пратт-Уитни»)  утоплены   в   крыле   и посредством приводных валов соединены с расположенными за задней кромкой крыла соосными винтами (рис. 10). Экипаж самолета состоял из 15 человек. Оборони тельное вооружение включало 20 пулеметов калибра 12,7 мм. Масса бомбовой нагруз ки при выполнении задания на дальности12 100 км достигала 4500 кг, а максималь ная скорость составляла 630 км/ч.

Рис. 10
Лишь три из 15 заложенных бомбарди ровщиков были переданы ВВС США в ва рианте В-35 с поршневыми двигателями. В мае 1946 г. выданный ВВС заказ преду сматривал поставку двух ХВ-35, восьми YB-35 и двухYB-49 с реактивными двигате лями. После появления в конце войны ре активных двигателей. Военно-воздушные Силы   США   предложили   Д. Нортропу доработать   два   YB-35   под   установку восьми двигателей J35A-15 тягой 1800 кг (фирма «Эллисон»). Этому бомбардиров щику было присвоено обозначение YB-49 (рис. 11). Первый вылет YB-49 состоялся 21 октября 1947 г. Установка реактивных двигателей существенно улучшила летнотехнические и эксплуатационные характе ристики самолета. Кроме того, удалось на 5400 кг снизить взлетную массу бомбарди ровщика. Максимальная скорость 698 км/ч. Для повышения путевой устойчивости были ус тановлены четыре маленьких киля.

Рис. 11
История создания Д. Нортропом бес хвостых бомбардировщиков носила весьма драматический характер как с технической, как и с политической точек зрения. Ряд трудностей возник при разработке соосных винтов для ХВ-35, а задержка в поставках этих винтов привела к задержке первых полетов. 
В течение некоторого времени пришлось летать с неподходящими для этого самолета одиночными винтами. Еще до окончания войны ВВС США приняли решение заказать фирме «Мартин» партию из 200 бомбардировщиков В-35, но вскоре программа была полностью закрыта.
Даже еще до того, как два из трех летавших YB-49 потерпели катастрофу, ВВС решили модифицировать девять не достроенных В-35 и В-49. Но эта работа еще не была завершена, а ВВС уже приняли новое решение - полностью закрыть прог рамму и пустить на слом незавершенные В-35 и В-49. Однако на этом история бомбардиров щиков типа «летающее крыло» не закон чилась. Через 41 год после полета В-49, 22 ноября 1988 г., на аэродроме г. Палмдейла был официально продемонстрирован но вейший стратегический бомбардировщик США-В-2 (рис.12).

Рис. 12
Создание самолета велось в строжай шем секрете и о ходе разработки, внешнем виде и летно-технических характеристиках ничего не сообщалось.
Как В-35 и В-49, этот самолет выполнен по схеме «летающее крыло» без горизон тального и вертикального оперения.
Однако не эта странная форма, в целом аналогичная YB-49, является отличитель ной особенностью самолета. «Изюмин кой», которую заложили специалисты фир мы «Нортроп» в свое детище, явилась тех нология  «Стелс», делающая самолет, по мнению специалистов, практически невиди мым средств обнаружения. Эта технология включает следующие меро приятия:
·        изготовление планера с плавными обводами без резких изломов и линий сопря жения для исключения появления эффекта уголкового отражателя;
·        применение радиопоглощающих мате риалов и экранов, обеспечивающих измене ние направления отраженной электромагнитной волны;
·        изготовление  конструкций  с  максимальным использованием композиционных материалов;
·        снижение излучающей способности двигателей и использование специальных лакокрасочных покрытий.
Первый вылет самолета был совершен в 1989 г.
3.1 Поект «SAX-40»
Британские и американские ученые разработали самолет, который гораздо тише и экономичнее ныне существующих, а также отличается оригинальной формой.
Как сообщает BBC News, у лайнеров проекта SAX-40 (Рис. 13), придуманных специалистами Кембриджского университета и Массачусетского технологического института, отсутствует хвост, что придает им сходство с летучей мышью. Правда, сами ученые предлагают называть свою технологию иначе: летающее (смешанное) крыло.
Новый самолет тратит топлива на 35% меньше, чем самый экономичный из современных лайнеров. При этом издаваемый в полете звук, сообщает Reuters, будет не громче, чем у стиральной машины. Самолет сможет перевозить не больше 215 пассажиров и поднимется в воздух не раньше 2030 года.
Над проектом в течение трех лет работали в общей сложности 40 исследователей
3.2  Разработки авиамодельных кружков.
Радиоуправляемая электромодель типа "летающее крыло"
 
Рис. 14
Модель маневренна и позволяет летать на ограниченном пространстве (школьный стадион, футбольное поле). 
Винт и двигатель расположен сзади и защищен снизу килевой пластиной(Рис. 14). Удачная компоновка позволяет выдерживать модели грубые посадки и падения.Вот данная модель в полете(Рис.15 )
 
Рис. 15
Заключение
Самолет данной схемы представлят собой одн из наиболее "чистых" моделей в аэродинамическом плане. Летающее крыло будет создавать гораздо меньшее лобовое сопротивление, чем самолет обычной сигарообразной формы. Все системы самолета собраны в крыло. Естественно, оно должно иметь большой объем, чтобы вместить все это. Подобный самолет можно представить в виде огромного наконечника стрелы. Преимущества данного типа - в повышенной скорости и вместимости, а недостатки -в плохой управляемости. Самолет - летающие крыло - очень перспективная схема. Я считаю что ее необходимо развивать и продолжать исследования в этой области. За самолетами-"летающими крыльями" -  наше будущее!!!

Список используемой литературы
Г. А. Соболева, Ю. В. Рычкова. Всемирная история авиации. /Вече2001.
Соболев Д.А. Столетняя история летающего крыла./ 1998.
Дроговоз И.Г. Странные летающие объекты./ Харвест 2003
П. Бауэрс Летательные аппараты нетрадиционных схем. /Мир/ 1991.
Летающие крылья Джона Нортропа.//Моделист-Конструктор. №1. 2004.
 http://www.rususa.com/news/
http://www.rcdesign.ru