Автор: Тарасенко Михаил Станиславович
Возраст: 17 лет
Место учебы: филиал ФГКОУ НВМУ (в г. Мурманске) МО РФ
Город, регион: г. Мурманск, Мурманская область
Руководитель: Белоушко Константин Евгеньевич, педагог дополнительного образования.

"Летающее крыло" -
перспектива будущей авиации России

План

1. Введение
2. Основная часть
   2.1. Зарождение и становление «летающего крыла»
   2.2. Развитие данной аэродинамической схемы в наши дни. Действующие ЛА
   2.3. Реальные перспективы «летающего крыла» для ВС РФ
3. Практическая часть. Перспективный проект беспилотника «86 регион»
4. Выводы
5. Источники информации

Введение

"Прогресс авиации обеспечивается коллективным трудом людей".

Андрей Николаевич Туполев

Гражданская авиация - важная часть транспортной системы любой страны, без которой нормальное функционирование государства было бы попросту невозможно. Страны, серьезно развивающие эту отрасль, одновременно с этим развивают и собственную экономику, постепенно выходя на мировой уровень: чем больше пассажирооборот, тем больше прибыль соответственно. Однако, здесь скрывается и обратная сторона медали: если гражданская авиация находится в состоянии кризиса, то ничего кроме многомиллиардных убытков и общественной напряженности она принести не сможет. Из этого следует простое умозаключение - для благоприятного развития любого государства нет иного выхода, кроме как постоянно развивать и улучшать данную отрасль. Россия - не исключение.

Давайте на чистоту. Сейчас для нашей страны наступило сложное время: под давлением зарубежных санкций многие отрасли экономики находятся в убытке, в том числе и транспортная система России. Авиация - как часть этой системы, очень серьезно пострадала. Только вдумайтесь: по информации Ассоциации эксплуатантов воздушного транспорта (АЭВТ), за первый квартал 2022 года российские авиакомпании понесли огромнейшие убытки в размере 61 млрд рублей, - это антирекорд за последние восемь лет!

Но убытки убытками - какими бы огромными они ни были, пока та или иная отрасль государства хоть как-то пытается прогрессировать, рано или поздно закончатся. Сейчас наша авиапромышленность как раз и пытается развиваться, сбросив с себя бремя зарубежного лизинга: Ил-96-400М, МС-21, SSJ New, Ил-114, ЛМС-901 "Байкал", - конечно, не без недочетов, но именно данные самолеты должны в скором времени начать вытеснять Аэробусы и Боинги с российского авиапарка. Однако, сейчас существует куда более важное стремление России, не позволяющее реализовывать задуманное в полную силу, а именно - победа в специальной военной операции. Пока наша страна не добьется полного уничтожения украинского нацизма, несущего непосредственную опасность суверенитету и безопасности РФ, экономика России будет работать по большей части на военный лад. Учитывая тему, выбранную мною для исследования, а также все, сказанное выше, мною были сформулированы цель, гипотеза и задачи работы соответственно:

Цель работы: доказать перспективы ускоренной победы России в СВО путем введения массовых экономичных и эффективных БПЛА аэродинамической схемы «летающее крыло», тем самым предоставив возможность развития ГА РФ более быстрыми темпами.

Гипотеза: предположим, что производство собственных БПЛА, включая строительство беспилотников по схеме «летающее крыло», будет экономичнее и эффективнее в ведении боевых действий в специальной военной операции, нежели закупка зарубежных дронов для нужд фронта.

Задачи исследования:

1. Изучить историю развития «летающего крыла»: с начала XX века и по сей день.
2. Изучить примеры современных самолетов и БПЛА данной аэродинамической схемы.
3. Определить плюсы и минусы «летающего крыла».
4. Предложить перспективный вариант развития «народного беспилотника» РФ.

Зарождение и становление «летающего крыла»

• СССР:

История «летающего крыла» берет начало в первой половине XX века в СССР. Именно Советский Союз первым начал изучать данную аэродинамическую схему, а именно - Борис Иванович Черановский, советский авиаконструктор.

Б. И. Черановский с раннего детства отличался наличием инженерного таланта, что в конечном итоге вылилось в изобретателя авиационной сферы. Основным направлением его деятельности были самолеты и планеры ярко выраженной формы летающего крыла - БИЧ (на фото ниже - эскизы самолета БИЧ-3 и планера БИЧ-4).

Странность и новизна подобной конструкции обуславливается не только фантазией автора. Черановский, вскоре осознав перспективы создаваемой им аэродинамической схемы, писал: «Предлагаемые мной проекты в корне меняют взгляд на авиацию, делая ее весьма экономичной и совершенной как со стороны материальной, со стороны упрощения конструкции, так и со стороны быстроты передвижения и значительной грузоподъемности».

Работы Б.И. Черановского не остались не замечены. Всю свою сознательную жизнь он посвятил созданию летающих крыльев БИЧ, - и действительно, множество его проектов при поддержке руководства СССР доводились вплоть до финальных испытаний, например экспериментальный легкий транспортный самолет БИЧ-14 (cм. фото ниже).

Однако в серию данный самолет, впрочем, как и все самолеты Черановского, не пошел. Главная проблема, которую выявили летчики испытатели (П.М.Стефановский, М.А.Нюхтиков, И.Ф.Петров) - плохая устойчивость и управляемость, в те годы ставила крест на дальнейшем развитии данной идеи не смотря на её возможную экономичность, простоту и увеличенную грузоподъемность по сравнению с обычными самолетами.

• Нацистская Германия:

Думаю, представленный на фото ниже экспериментальный самолет Horten Ho 229, знаком каждому. Пожалуй, это первый представитель «летающего крыла», имеющий мировую известность. С 30-х годов прошлого века и вплоть до окончания Великой Отечественной Войны разработкой данного концепта занимались Вальтер и Реймар Хортены. Данный истребитель не успел проявить себя в реальных боевых действиях, ибо выпуск Ho 229 попросту не успел состояться - Германия проиграла войну. Однако, стоит заметить, что Horten Ho 229 - первый реактивный самолет аэродинамической схемы «летающее крыло». После войны же все разработки братьев Хортен были вывезены в США для дальнейшего изучения, - отсюда следует, что будущие американские «летающие крылья» фирмы Northrop, возможно, во многом были использовали их.

• США:

Америка - единственная мировая держава, продолжающая развивать данную аэродинамическую схему с первой половины XX века и вплоть до сегодняшних дней. За это время от первого экспериментального Northrop N1M и до последнего перспективного проекта Northrop Grumman B-21 Raider американские авиаконструкторы получили большой опыт в изучении «летающего крыла», выделив основную часть положительных и отрицательных сторон изучаемой аэродинамической схемы.

Но, давайте по порядку. Первый аппарат Northrop N1M хоть и проектировался с целью серийного выпуска, однако на деле дальше «самолета для исследований» не продвинулся. В годы исследований (~1940-1945 гг.) было исследовано множество различных конфигураций «летающего крыла», каждая из которых стремилась решить ряд общих проблем: плохая управляемость (руление по рысканию), недостаточная тяга двигателей, их перегрев, - все это инженеры Northrop пытались решить путем изменением центровки самолета, двигателей, проработкой особенностей управления машиной и изучения несущих свойств плоскостей с разной стреловидностью. Цель данного проекта - сбор информации об аэродинамической схеме «летающее крыло» с целью дальнейшего создания следующего экспериментального самолета Northrop N9M (усовершенствованной версии N1M). Вскоре Northrop N9M послужил основой для создания первого экспериментального (XB-35) и предсерийного (YB-35) стратегического бомбардировщика.

Впоследствии модификация XB-35, призванная идти в ногу со временем, была оснащена 8-мью турбореактивными двигателями вместо 4-х поршневых - Northrop YB-49 (разработана в 1945г.). И пусть из-за более низкой дальности полета (по сравнению со своим конкурентом - Сonvair B-36) данный самолет так и не пошел в массовое производство, он помог выявить преимущество компоновки «летающее крыло» - меньшая, по сравнению с другими компоновками, радиолокационная заметность - это сыграло ключевую роль в последующем создании первого современного и серийного стратегического бомбардировщика Northrop B-2 Spirit (первый полет - в 1989 году).

Однако первым серийным штурмовиком схемы «летающее крыло» стал F-117 Nighthawk (см. фото ниже), разработанный компанией Lockheed и совершивший свой первый полет раньше B-2, в 1981 году. Да, это тот самый печально известный самолет НАТО, который был сбит 27 марта 1999 года зенитно-ракетным комплексом С-125 «Нева» в Косовской войне. Всего данных самолетов было произведено 64 штуки, эксплуатировался F-117 с 1983 года по 2008 год и был снят с вооружения по причине начала эксплуатации истребителей пятого поколения F-22 Raptor. За время присутствия в ВВС США у самолета были выявлены следующие слабые стороны:

1. с целью понижения радиолокационной заметности фюзеляж F-117 имел весьма граненую форму, что резко понижало аэродинамику самолета, а значит уменьшается: боевая нагрузка, радиус действия и маневренность.
2. Какие бы ни использовались на самолете «стелс» технологии, рано или поздно его обнаружит радар предполагаемого противника (тому пример - РЛС P-18, использовавшаяся при сбитии F-117 Nighthawk над Югославией).
3. Любое «летающее крыло» нестабильно в полете (об этом говорилось выше), поэтому F-117 нуждался в ЭДСУ (электродистанционной системе управления), позволяющей пилоту управлять аэродинамически неустойчивым самолетом в полете - дополнительная сложность при производстве.

Но, вернемся к B-2 Spirit. На данный момент он остается самым дорогим самолетом в истории и по сей день - по данным Википедии, стоимость одного такого самолета на 1998 год была ~1,16 млрд долларов (по текущему курсу это более 81 млрд рублей) - катастрофически огромный ценник пусть даже для военного самолета. По сравнению со своими действующими конкурентами Northrop B-2 Spirit, зародившийся в 1980 году, обгоняет по максимальной скорости (км/ч), боевой нагрузке (т) и рабочем потолке высоты (м) только советский Ту-95, проектирование которого было начато в ~50-x годах прошлого века - и это при учете того, что Ту-95 дешевле и на 41 год пошел в эксплуатацию раньше B-2 Spirit! И пусть американцы в то время единственные использовали «стелс» технологии - с такими показателями данное преимущество пока приравнивается к нулю. США нужен был новый самолет, который должен был быть лучше по тактико-техническим показателем и дешевле в производстве, чем B-2, - проект бомбардировщика B-21 Raider (уже упомянутый выше) компании Northrop Grumman обещает это сделать на перспективу к 2025 году.

• Аргентина:

Ни о каких масштабных и затратных проектах здесь речи и не шло. В данную страну после поражения Германии в ВОВ переехали уже известные нам ранее по Horten Ho 229 братья Хортены, занимающиеся в Аргентине постройкой небольших «летающих крыльев» преимущественно в единичных экземплярах приблизительно до 60-х годов XX века. На фото ниже представлен один из подобных самолетов - FMA I.Ae. 38 Naranjero.

• Китай:

Xian H-20 - проект засекречен. Из интернет источников известен лишь приблизительный облик H-20 (см. фото ниже). Некоторые исследователи предполагают, что данный проект, нацеленный на 2025 год, будет аналогом американского B-2 Spirit, как это было, например, с Xian H-6 (лицензионной копией советского Ту-16).

• Россия:

В нашей стране тоже ведутся разработки перспективного самолета и беспилотника «стелс» технологии. Проект ПАК ДА (Перспективный авиационный комплекс дальней авиации), работа над которым началась в августе 2009 года компанией «Туполев», призван стать новым стратегическим бомбардировщиком России. По некоторым данным, испытания ПАК ДА должны начаться после 2025 года. Предполагаемый облик проекта - см. рис. ниже.

Но ПАК ДА - не единственная разработка РФ по аэродинамической схеме «летающее крыло». С 2012 года компания «Сухой» разрабатывает проект тяжелого БПЛА, который с 2018 года был представлен общественности под названием С-70 «Охотник» (фото см. ниже). В августе 2019 года состоялся первый полет беспилотника, а в сентябре прошел первый совместный полет «Охотника» и Су-57. Данный БПЛА - источник больших ожиданий Минобороны России. Предполагается, что среди беспилотников «Охотник» будет вне конкуренции по всем летно-техническим характеристикам, включая и вооружение (чего стоит одна только боевая нагрузка в 2,8 тонны против 150 кг у того же Bayraktar TB2).

Развитие данной аэродинамической схемы в наши дни. Действующие ЛА

Во многом по информации, предоставленной в подпункте выше, нетрудно догадаться, что данную аэродинамическую схему развивают три государства - США, Китай и Российская Федерация, лишь в двух из которых имеются действующие образцы «летающего крыла»: в России это экспериментальные прототипа C-70), в Соединенных Штатах - B-2 Spirit соответственно.

Помимо этого, в США существует программа экспериментального БПЛА X-48, разрабатываемого компанией Boeing (первый полет - 2004 год). Предполагается, что данный аппарат, построенный по одной из разновидностей аэродинамической схемы «летающее крыло» - перспективный самолет в гражданской и военной авиации, ведь будет иметь все те же преимущества, которые были описаны Б.И. Черановским более 80 лет назад, а именно: более высокую экономичность и грузоподъемность по сравнению со своими предполагаемыми конкурентами. Однако информации после 2007 года (первом полете модификации X-48B) о данной разработке больше нет. Возможно, проект заморожен.

Также можно упомянуть и о возможном существовании у Соединенных Штатов секретного стратегического сверхзвукового самолета-разведчика SR-91 Aurora, принятого на вооружение вместо Lockheed SR-71 Blackbird, но это лишь предположение.

Реальные перспективы «летающего крыла» для ВС РФ

Давайте детально определим все плюсы и минусы «летающих крыльев» по сравнению с самолетами классической аэродинамической схемы.

Плюсы:

• Экономичность (в некоторых вариантах «летающего крыла» распределение массы и упрощение конструкции позволят сделать это)
• Грузоподъемность (подъемную силу создает вся поверхность самолета, а не лишь её часть)

Минусы (один главный):

• Аэродинамическая нестабильность полета (плохая управляемость)

Раньше, когда не было возможности устранить главные недостатки данной аэродинамической схемы: низкую устойчивость самолета в воздухе (в частности из-за отсутствия вертикального оперения), порождающую невысокую маневренность и сложность в управлении летательным аппаратом, «летающее крыло» так и продолжало бы крайне медленно развиваться. Однако, сейчас, в век информационных технологий, с развитием электродистанционных систем управления (ЭДСУ), позволяющих управлять аэродинамически неустойчивыми самолетами, не остается существенных проблем в реализации подобных самолетов с учетом всех их перспектив (тем более что ЭДСУ активно применяется не только в зарубежных летательных аппаратах, но и в российских: Як-130, SSJ-100, Ту-160, Ту-204).

Речь идет не только о концентрации внимания военной авиапромышленности России на проектах ПАК ДА и С-70 «Охотник», но и о развитии так называемых малых БПЛА: беспилотников-камикадзе и многоразовых, но крайне экономичных дронах, тому пример - проект «Народный беспилотник», разрабатывающийся совместными усилиями не безразличных людей, знающих свое дело. Хочется отметить, что «летающее крыло» - актуальная схема в том числе и для радиоуправляемых моделей малых размеров. Её применение в малых беспилотниках также сказывается на удешевлении производства одной единицы летательного аппарата, повышении грузоподъемности (а это в свою очередь дает перспективы на большую дальность полета (установку аккумуляторов большей емкости), или на размещение большего числа «небольших авиабомб»).«Летающее крыло», в первую очередь, дает перспективы более быстрого, массового и экономического заполнения всего фронта СВО так необходимыми нашей армии дронами для победы в этом конфликте - считаю, это вполне весомый аргумент в пользу развития этой аэродинамической схемы.

Практическая часть

С целью доказать гипотезу, приведенную мной в начале работы, за 1,5 месяца мною был спроектирован и построен с нуля БПЛА «86 регион», использующий аэродинамическую схему «летающее крыло». Размах - 120 см. В процессе постройки модели были изучены свойства картона, 4-мм фанеры, 3-мм и 5-мм пенополистирола, армированного скотча а также множество разновидностей клея. В качестве электронной начинки использовались: сервомашинки SG-90 2 шт., ESC 30A 2 шт., два импеллера EDF-2611 (суммарной тягой в 1,5 кг), приемник FS-IA10B, пульт управления - FlySky-i6, аккумулятор 10000 mah (3S). Полученный вес модели - 2 килограмма с копейками. Подобное вышло из-за преимущественного использования тяжелой фанеры в нервюрах (применялся плосковыпуклый профиль крыла) . В данный момент ведутся работы над координальным уменьшением взлетной массы путем практически полного отказа от фанерных элементов в пользу пенополистирола. В перспективе БПЛА должен будет иметь: полезную нагрузку до 1 кг, время полета - 9 минут, дальность - до 2 км, функцию анти-перехват, основанную на плате Arduino (программа засекает прерывание сигнала от приемника до оператора, самостоятельно отключает приемник с целью исключения захвата контроля противником и возвращает беспилотник к точке взлета). Затраченные средства на производство:

Электроника: импеллеры - 3550 рублей, приемник - 1,5 тысячи рублей, пульт управления - 2700 рублей, аккумулятор - 2300 рублей, сервомашинки - 300 рублей, регуляторы оборотов двигателей (ESC) - 800 рублей, Arduino Nano V3 (Atmega168) - 665 рублей, MPU9250 - 1000 рублей.

Обшивка и фюзеляж: пенополистирол 5 листов 1000х500х5 мм и 5 листов 1000х500х3 мм - около 600 рублей. Фанера 4мм (израсходовано примерно 0,5 м²) - 300 рублей. Армированный скотч "Фрегат" (3 катушки) - 240 рублей, клей полимерный "Супер Мастер" 0,2 л (израсходовано 4шт.) - 400 рублей.

Итого: 14335 рублей, из которых 93% затрачено на электронику. Если использовать улучшенные антенны, например: Eachine TS832 Boscam FPV 5.8G - за 1200 рублей даст прирост на 2-3 километра видеосвязи с БПЛА (FPV) и параболический отражатель для пульта управления за 1000 рублей, дающий около километра прироста к существующей дальности полета, то получится еще более эффективный беспилотник-разведчик, который, при уменьшении аккумуляторных батарей и установке взрывчатого запаса может спокойно превратиться в БПЛА-камикадзе с функцией "анти-перехвата", основанной на Arduino Nano и 3-осевом гироскопе, 3-осевом акселерометре и 3-осевом магнитометре - MPU9250.

По сравнению с покупкой зарубежных дронов, тех же DJI, стоимость в ~15000 рублей против тех же 43000 рублей (на примере DJI MINI 2) при приблизительно одних и тех же результатах эксплуатации создание собственных БПЛА гораздо выгоднее и экономичнее, и аэродинамическая схема "летающее крыло" способствует этому. Отсюда следует вывод - эффективнее развивать собственное производство недорогих, но таких же эффективных беспилотников.

Выводы 

В конечном итоге, проанализировав весь полученный материал, мною было доказано, что аэродинамическая схема «летающее крыло» - очень перспективный вариант развития будущей авиации России. И рисунок, созданный мной на обложке этой работы был создан не спроста - если российское командование отнесется серьезно к серийному производству собственных беспилотников-камикадзе подобной схемы, то в кратчайшие сроки Минобороны смогло бы снабдить если не весь фронт, то хотя бы большую его часть столь нужными для разведки экономичными дронами, в отличии от того же сложного в управлении и весьма дорогостоящего C-70. Эти беспилотники по простоте своей не требуют даже недельных курсов по обучению оператора БПЛА - ими фактически смог бы управлять любой военнослужащий. Отсюда проекты, подобные «Народному беспилотнику», имеют большой потенциал для ускорения победы России в СВО. А чем быстрее мы победим, тем быстрее сможем разгрузить экономику на мирный лад, в том числе уделить время полноценному развитию гражданской авиации страны, ведь после победы никто лизинг зарубежных самолетов возобновлять не собирается, а своих "железных птиц" поднимать с колен надо уже сейчас. Считаю, что поставленная мною цель доказана, гипотеза подтверждена, задачи выполнены. Спасибо за внимание!!!

Источники информации

1. Летающее крыло (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Летающее_крыло
2. О плюсах и минусах аэродинамической схемы «летающее крыло» (Электронный ресурс) https://topwar.ru/181553-o-pljusah-i-minusah-ajerodinamicheskoj-shemy-letajuschee-krylo.html
3. Электродистанционная система управления (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Электродистанционная_система_управления
4. Б.И. Черановский и его «параболы» (Электронный ресурс) https://military.wikireading.ru/hWFtk5Zqyg
5. Легкий транспортный самолет БИЧ-14 (Электронный ресурс) http://авиару.рф/aviamuseum/aviatsiya/sssr/legkie-samolety/dovoennyj-period/legkij-transportnyj-samolet-bich-14/
6. Horten Ho 229 (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Horten_Ho_IX
7. Экспериментальный самолет Northrop N1M (Электронный ресурс) https://topwar.ru/125837-eksperimentalnyy-samolet-northrop-n1m-ssha.html
8. Northrop XB-35 (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Northrop_XB-35
9. Northrop YB-49 (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Northrop_YB-49
10. Northrop B-2 Spirit (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Northrop_B-2_Spirit
11. Lockheed F-117 Nighthawk (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Lockheed_F-117_Nighthawk
12. Модель стратегического бомбардировщика Xian H-20 (Электронный ресурс) https://aeronavtika.com/news/Kitaj-pokazal-model-strategicheskogo-bombardirovshhika-Xian-H-20
13. ПАК ДА (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/ПАК_ДА
14. С-70 «Охотник» (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/С-70_«Охотник»
15. Boeing X-48 (Электронный ресурс) http://www.airwar.ru/enc/xplane/x48.html