Какова история и в чём перспективы развития самолётов схемы «летающее крыло»?
Дарья Владимировна Сёмина,16 лет, г. Лиски, Воронежская область, Российская Федерация
Какова история и в чём перспективы развития
самолётов схемы «летающее крыло»?
«Мало полюбить небо, надо чтобы небо полюбило тебя.
А оно любит смелых, знающих, трудолюбивых». Владимир Михайлович Мясищев
План историко-исследовательской работы
Введение
Цель работы
История возникновения самолётов схемы «летающее крыло».
Дальнейшие разработки самолётов схемы «летающее крыло».
Самолёты схемы «летающее крыло» в разных странах.
Постройка таких самолётов в будущем.
Преимущества и недостатки самолётов схемы «летающее крыло».
Проектирование и изготовление радиоуправляемой авиамодели схемы «летающее крыло».
Заключение
Используемые источники информации.
Введение
Стремление к созданию летательных аппаратов, в которых были бы сведены к минимуму лишние компоненты, не участвующие в обеспечении подъёмной силы, вызвало появление схемы «летающее крыло».
Влияние выбора аэродинамической схемы на проектные параметры летательного аппарата
Цель работы
Целью моей работы является исследование истории создания самолётов схемы «летающее крыло» и их предназначения, а также перспектив создания такого аппарата на сегодняшние дни и в будущем.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Изучить историю возникновения самолёта схемы «летающее крыло»;
Изучить дальнейшие разработки самолётов схемы «летающее крыло»;
Понять есть ли необходимость в постройке таких самолётов;
Изучить перспективы использования самолётов схемы «летающее крыло»;
Изучить преимущества и недостатки самолётов схемы «летающее крыло».
История возникновения самолётов схемы «летающее крыло»
«Летающее крыло» — разновидность аэродинамической схемы планёра самолёта типа «бесхвостка» с редуцированным фюзеляжем, роль которого играет крыло, несущее все агрегаты, экипаж и полезную нагрузку.
Ещё на заре авиации, в 1876 году, французы Альфонс Пено и Поль Гошо получили патент на летательный аппарат, имевший все характерные признаки «летающего крыла»: отсутствовало хвостовое оперение, центр масс был смещён вперед (на 20% хорды крыла), профиль крыла имел S-образную форму, обеспечивающую нормальную устойчивость и балансировку. Однако из-за финансовых затруднений проект осуществлен не был. Первый самолёт «Эол» с паровым двигателем построил в 1890 году другой французский изобретатель К. Адер.
В Киеве 14-летний Борис Иванович Черановский наблюдал полёты одного из первых русских лётчиков С.И. Уточкина. Скорее всего эти впечатления в юности зародили в нём интерес к авиации. После окончания Киевского художественного училища Борис Иванович переехал в Москву и там в 1920 г. создал эскиз самолёта-«летающее крыло», который назвал латинским словом «Виталия». Это можно перевести как «обитаемое пространство».
Крыло, из которого, собственно, и состоял самолёт, имело форму параболы, основание которой было примерно равно высоте. Выбор крыла параболической формы с малым удлинением был продиктован стремлением увеличить хорду и этим обеспечить такую высоту центральной части крыла, чтобы там уместились экипаж и пассажиры. Для продольной балансировки задняя часть крыла была отогнута вверх.
Свою идею Борис Иванович Черановский оформил в виде патента (Советский патент 1924 года по МПК B64C39/10). В описании патента говорится: «Предлагаемый самолет снабжен одноколесным шасси и, с целью уменьшения общего веса и лобового сопротивления, имеет несущую поверхность, образованную лишь из одного врыла толстого профиля, то есть самолёт является «бесхвостым, летающим крылом».
Предмет патента: «Самолёт с применением одноколесного шасси, характеризующийся тем, что с целью уменьшения общего веса и лобового сопротивления, поддерживающая поверхность самолёта образована из одного лишь крыла толстого профиля (фиг. 1, 7), переднему краю 1 которого (фиг. 4, 5 и 7) придано приблизительно параболическое очертание, в то время как задний край сделан прямолинейным, вдоль какового края крыла укреплены элероны 2, а близ концов крыла на поверхности его установлены два руля направления 3, при чем-для уменьшения лобового сопротивления- шасси с частью колеса заключены в обтекатель 6 (фиг. 8)».
Особенности самолётов Черановского: недостаток строительной высоты центроплана зачастую компенсируется редуцированным фюзеляжем.
Дальнейшие разработки самолётов схемы «летающее крыло»
В СССР под руководством авиаконструктора Никитина с 1930 по 1940 годы велись разработки торпедоносца-планёра специального назначения типа «летающее крыло» в двух вариантах: пилотируемый тренировочно-пристрелочный и беспилотный с полной автоматикой. Проект беспилотной летающей торпеды конструкторским бюро представлен к началу 1940 года. По приказу наркома ВМФ Кузнецова все работы были остановлены.
В Германии идеей «летающего крыла» увлеклись братья Раймар и Вальтер Хортены. В 1933 году, когда Вальтеру было двадцать, а Раймару всего восемнадцать, у себя дома, в Бонне, они самостоятельно спроектировали и построили первый планёр Н I «Напgwing». В том же году они испытали его в воздухе. Размах крыла составлял 12,4 метров, вес - 120 килограммов. Планёр полностью состоял из дерева. Лишь обтяжка производилась тканью.
«Летающее крыло» имело стреловидность по передней кромке. В полёте самолёт управлялся элеронами, центральными балансировочными закрылками и рулевыми тормозами на законцовках крыла. Шасси у планёра отсутствовало, поэтому посадка производилась на неубирающуюся центральную лыжу. Результаты пробного полёта оказались весьма удовлетворительными, и братьев Хортен пригласили принять участие в соревнованиях в Вассеркуппе летом 1934 года. Несмотря на то, что на соревнованиях Н I «Напgwing» получил приз за оригинальность, ни военные, ни гражданские власти Рейха к планеру не проявили интереса. Вследствие чего Раймар Хортен конструкцию сжёг.
В США в 1930-х годах также были свои энтузиасты самолёта типа «летающее крыло». Это был Джон Кнудсен Нортроп - основатель компании Northrop Grumman. Джон Нортроп, используя средства, полученные от оборонных контрактов, смог воплотить в жизнь свои разработки. Он являлся яростным поклонником модели «летающее крыло».
В сентябре 1941 года конструктор предложил ВВС США проект тяжелого бомбардировщика, построенного на базе модели «летающее крыло». Вскоре Northrop Aircraft подписала контракт на постройку таких самолетов — двух бомбардировщиков ХВ-35 и восьми YB-35. Позже выяснилось, что разработка бомбардировщика ХВ-35 потребовала намного больше времени, чем предполагалось изначально. ХВ-35 так и не удалось внести свою лепту в победу над антигитлеровской коалицией — впервые самолёт поднялся в воздух 25 июня 1946 года. Специалисты Northrop Aircraft так и не смогли создать эффективную систему управления «летающими крыльями».
По ходу испытаний выявились многие недостатки машины, прежде всего связанные с теми двигателями и парными пропеллерами.
Тогда ВВС США приняли на вооружение гигантский В-36 Миротворец компании Консолидейтед, который все эти годы был основным соперником самолета Нортропа.
Джек Нортроп в 1947-1948 гг. был на столько уверен в превосходстве и перспективе своего творения, что начал серийное производство своих самолетов до получения заказа от ВВС. Более того, он развернул активную кампанию среди авиаперевозчиков, предлагая им невиданные машины с невиданным комфортом, дальностью и экономичностью.
В 1950-х г. производство самолётов Нортропа прекратилось.
Нортроп просил разрешения у военных, если им эти самолёты больше не нужны, перепрофилировать их, но ему отказали.
1 декабря 1953 года из Вашингтона поступил приказ: «Все изготовленные самолёты уничтожить». Смитсониевский музей попросил один экземпляр для экспозиции «Неслыханное в истории», но военные наотрез отказали. Самолёты были уничтожены. Джек Нортроп ушел из своей фирмы и вообще ушёл из авиации. Навсегда.
Через 30 лет после последнего полёта YRB-49A, в феврале 1981 года Джек Нортроп скончался, так больше никогда не увидев своих любимых "летающих крыльев" в полёте.
Только незадолго до смерти в феврале 1981 года Нортроп увидел чертежи будущего бомбардировщика В-2. Очевидцы передают, что конструктор уронил слезу и прошептал: «Теперь я знаю, зачем Господь даровал мне последнюю четверть века жизни».
И всего через полгода после смерти Джека Нортропа, ВВС США принимают проект малозаметного стратегического бомбардировщика, которому присваивают имя В-2 Спирит.
Самолёты схемы «летающее крыло» в разных странах
США
В 1970-х годах аэродинамическая схема «летающее крыло» получила серьёзное развития в рамках стелс-технологии.
Стелс-технология — комплекс способов снижения заметности боевых машин в радиолокационном, инфракрасном и других областях спектра обнаружения посредством специально разработанных геометрических форм и использования радиопоглощающих материалов и покрытий, что заметно уменьшает радиус обнаружения и тем самым повышает выживаемость боевой машины.
В конце 1970-х годов в США авиаконструкторам была поставлена необычная и очень амбициозная задача — сделать полноценный боевой самолет, максимально скрытный в инфракрасном, визуальном, акустическом и (что самое главное) радиолокационном диапазоне. Тактический штурмовик предполагалось использовать для нанесения бомбовых ударов по наиболее важным и защищенным целям противника, оставаясь при этом невидимым для его радаров.
Головным разработчиком стала компания Lockheed.
Новый штурмовик получил индекс F-117А и скорей напоминал утюг. При взгляде на него у пилотов возникали обоснованные сомнения в том, что «это» вообще сможет летать.
Для снижения радиолокационной заметности самолёту придали сложные рубленые формы, рассеивающие радиолучи в различных направлениях и обеспечивающие до 90% снижения эффективной площади рассеивания.
При низкой скорости и высоте полета из-за характерной конструкции фюзеляжа и активных систем курсовой устойчивости F-117А Nighthawk вдобавок имел очень серьезные ограничения по манёвренности и допустимым перегрузкам. В реальной боевой обстановке — никаких фигур высшего пилотажа. Только максимально скрытный ночной горизонтальный полёт. За свой странный внешний вид и низкие летные характеристики «Ночной ястреб» получил у лётчиков прозвище «Хромой гоблин».
На бумаге ТТХ и вооружение F-117A смотрелись весьма ужасно по сравнению с другими самолётами того времени. Но главным его оружием всё же были не лётно-технические возможности и пара бомб, а малая заметность. Она-то и сделала медленного, неповоротливого и неказистого «Хромого гоблина» очень грозным оружием, звездой конфликтов конца ХХ века.
Несмотря на то, что первый серийный самолёт поднялся в воздух в 1982 году, благодаря повышенным мерам секретности сам факт наличия подобной машины в США долгое время оставался тайной. Первый раз F-117А официально был представлен только в конце 1988 года, а на публике появился вообще в 1990 году на авиасалоне в Ле-Бурже. Как раз примерно с окончанием серийного производства. Всего ВВС США получили 59 серийных самолётов.
АРГЕНТИНА
В 1950 - 60-х годах братья Вальтер и Реймар Хортены были убеждены, что наиболее аэродинамически совершенная форма для самолёта - форма "летающее крыло". После Второй мировой войны братья работали в Аргентине, где был разработан истребитель I.Ae. 37 Ala Delta.
В некоторых источниках IA.37 ошибочно носит обозначение Pulqui III. Самолёт разрабатывался как сверхзвуковой перехватчик с дельтовидным крылом.
Работы над проектом начались в 1953 г. Первоначально был построен лишь планёр самолёта. Первый полёт планёра состоялся 19 октября 1954 г. Планёр самолёта буксировали два Junkers Ju-52/3M. Полет выявил недостатки самолёта и они устранялись до 1958 г.
К этому времени было принято решение установить на самолёт турбореактивный двигатель Rolls-Royce Derwent 5 тягой 1832 кгс. Топливо размещалось в двух 850-литровых баках внутри фюзеляжа. Первый полёт самолёта состоялся в начале 1961 г., как и рассчитывал доктор Хортен. Однако самолёт не смог выйти на расчётные характеристики и показал максимальную скорость - 902 км/ч. Для решения этой проблемы планировалось оснастить IA.37 турбореактивными двигателями Rolls-Royce Avon (рассматривались варианты с Avon RA.3 тягой 2948 кгс и Avon RA.7 тягой 3401 кгс).
Однако авария самолёта привела к прекращению дальнейших работ над самолётом.
РОССИЯ
БПЛА Сухой С-70 "Охотник" выполнен по схеме "летающее крыло" без хвостового оперения. В конструкции летательного аппарата широко применяются спецматериалы и покрытия, благодаря которым значительно снижено ЭПР.
О перспективном боевом беспилотном самолете с малой радиолокационной заметностью С-70 «Охотник» известно совсем немного. О перспективном боевом беспилотном самолете с малой радиолокационной заметностью С-70 «Охотник» известно совсем немного. Пожалуй, главной особенностью «Охотника» стало его назначение. Обычно БПЛА такого рода проектируются для самостоятельного выполнения задач, тогда как С-70 является малозаметными “глазами” истребителя Су-57.
Тактико-технические характеристики С-70 "Охотник" держатся военным ведомством в тайне, при этом в российских СМИ можно найти информацию о том, что максимальная дальность полёта — 3,5 тыс. км, максимальная скорость — 920 км/ч, высота полета — до 10,5 км. Без дозаправки БПЛА может находиться в воздухе более суток.
Самая загадочная и малоизвестная часть "Охотника" — состав вооружения. Предполагается, что "летающее крыло" будет нести управляемые ракеты, управляемые и неуправляемые бомбы. Часть размещена в бомбовом отсеке летательного аппарата. Есть информация, что С-70 оснастят модульными управляемыми авиабомбами, разрабатываемыми в корпорации "Тактическое ракетное вооружение". В частности, мощными и высокоточными планирующими бомбами 9-А-7759 "Гром". Их массогабаритные макеты уже сбрасывались с тяжёлого "летающего крыла" С-70 "Охотник".
Хотя в ходе испытаний "Охотником" удаленно управлял пилот, он представляет собой полностью роботизированный БПЛА, который может автономно выполнять операции. Благодаря бортовой системе искусственного интеллекта С-70 способен динамически реагировать на меняющиеся обстоятельства, производить заранее заданную функцию. Здесь, правда, могут возникать проблемы, связанные с приёмами боевых действий и тактикой управления БПЛА на дальних расстояниях в перенасыщенном воздушном пространстве, где присутствуют пилотируемые аппараты и другие силы. Но над их решением, скорее всего, ещё размышляют конструкторы.
Если С-70 "Охотник" будет работать в связке с Су-57, то сможет выполнять разведывательные и отвлекающие функции, вести радиоэлектронную борьбу. В этом случае дрон-гигант способен проникать в воздушное пространство противника, мешать работе радаров и передаче сигналов, открывая таким образом "окно" для ракет и пилотируемых истребителей.
Постройка самолётов схемы «летающее крыло» в будущем
В связи с растущей популярностью стелс-технологий наблюдается всплеск интереса к схеме «летающее крыло». Схема "летающее крыло" привлекает возможностью получить очень высокое аэродинамическое качество крейсерского полёта, а также кардинально уменьшить шум на местности путём экранирования двигателей элементами планёра.
Нидерланды. Голландская авиакомпания KLM начала финансирование нового проекта — разработка самолёта «Flying-V», радикально новой конструкции летательного аппарата, которая помещает пассажирские места в крылья самолёта – по задумке это может уменьшить количество топлива, необходимого для полётов, на весьма существенные 20%. Ожидается, что Flying-V сможет брать на борт до 314 пассажиров и до 160 кубометров грузов. Пассажиры разместятся в передней кромке его «летающего крыла», а грузы и топливо — в задней. Размах крыльев составит 65 метров, длина — 55 метров, высота — 17 метров. На первом этапе на самолете планируется устанавливать два керосиновых турбовентиляторных двигателя, хотя в будущем они могут быть заменены на более современные, эффективные и «чистые» приводы. По словам инженеров, необычная форма фюзеляжа разработана для более удобной и комфортной обстановки для пассажиров.
Сотрудники Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского продолжают работать над реализацией проекта по созданию перспективного магистрального самолёта в схеме «летающее крыло».
«В новой конфигурации явно выделен фюзеляж, что позволяет увеличить пассажировместимость и благоприятно влияет на аэродинамическую интерференцию c двигателями на верхней поверхности центроплана», — рассказал начальник отдела отделения аэродинамики самолетов и ракет ФГУП «ЦАГИ» Иван Чернышев.
Модель имеет длину более метра и размах крыла — 1,8 метра. Конструкция изделия монолитная, представляет собой массивный центроплан с пристыкованными к нему консолями крыла и V-образным двухкилевым хвостовым оперением.
Преимущества и недостатки самолётов схемы «летающее крыло»
По моему мнению преимущества и недостатки самолётов схемы «летающее крыло» следующие:
К недостаткам самолётов схемы «летающее крыло» относятся:
плоскости управления самолётом в "летающем крыле" менее эффективны по сравнению с традиционной аэродинамической схемой, поэтому для "летающего крыла" характерно высокое рысканье во время полёта;
низкое относительное удлинение крыла заставляет конструктора выбирать толстый профиль для размещения необходимой нагрузки;
неспособность достичь максимального коэффициента подъемной силы — эффективные закрылки в хвостовой части крыла при отклонении создают пикирующий момент, который нечем сбалансировать;
"летающее крыло" не обладает гибкостью в смысле его загрузки, особенно при малой плотности полезной нагрузки. Ограничения по размещению полезной нагрузки необходимы как в продольном, так и поперечном направлениях, что нежелательно при эксплуатации транспортного самолёта.
К преимуществам самолётов схемы «летающее крыло» относятся:
чистая схема "летающее крыло" не имеет фюзеляжа и горизонтального оперения, на ней могут быть получены малые коэффициенты сопротивления при нулевой подъемной силе;
схема "летающее крыло" позволяет резко снизить радиолокационную заметность самолёта из-за уменьшения эффективной площади рассеяния;
масса пустого самолёта схемы "летающее крыло" меньше главным образом в результате более благоприятного распределения массы внутри крыла, что уменьшает изгибающий момент в корневой части.
Проектирование и изготовление радиоуправляемой авиамодели схемы «летающее крыло»
Современный авиамоделизм — важное вспомогательное средство для конструирования самолётов. Без снятия аэродинамических, прочностных и других характеристик путём продувок модели-копии будущего самолёта в аэродинамической трубе немыслима постройка опытного образца самолёта.
Модель схемы «летающее крыло» достаточно просто изготовить – этой модели хватает для того чтобы обучиться основам полета и простым фигурам пилотажа.
Что понадобится.
Инструмент:
канцелярский нож
линейка
шариковая ручка
наждачная бумага на бруске
канцелярские булавки
Материалы:
Потолочная плитка (или подложка под ламинированный пол)
Пеноплэкс
Клей для потолочной плитки Титан (или аналоги)
Скотч армированный или стеклотканевая лента
Фанера для моторамы.
Вот такая модель получилась у меня.
Заключение
На основании проведенного мной исследования, можно сделать следующие выводы:
Возникновение идеи об использовании схемы «летающее крыло», относится к временам XIX века;
Впервые в 1876-х году французы Альфонс Пено и Поль Гошо получили патент на летательный аппарат, имевший все характерные признаки «летающего крыла»;
Дальнейшими разработками самолётов схемы «летающее крыло» занимались многие изобретатели из разных стран;
Аэродинамическая схема «летающее крыло» получила серьёзное развития в рамках стелс-технологии;
В настоящее время сотрудники Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского продолжают работать над реализацией проекта по созданию перспективного магистрального самолёта в схеме «летающее крыло»;
БПЛА схемы «летающее крыло» в связке с истребителями нового поколения смогут выполнять разведывательные и отвлекающие функции, вести радиоэлектронную борьбу.
Аэродинамические формы современных летательных аппаратов становятся всё ближе к схеме «летающее крыло», и это означает, что она действительно обладает высокой эффективностью, особенно если мы говорим о военной авиации.
