Ringplane: máy bay có vòng cánh khép kín

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Máy bay có vòng cánh khép kín không thể bay - điều đó đã được chứng minh bằng thời gian. Máy bay Ringplanes đã được thử nghiệm kể từ thời của anh em nhà Wright, và không có cấu trúc nào như vậy có thể ở trên cao trong vài phút. Nhưng tâm trí con người không bỏ cuộc. Năm 2007, sau 100 năm và hơn 20 lần thử nghiệm, một thiết bị tương tự đã cất cánh. Và anh ấy đã chứng tỏ mình là một chiếc máy bay cơ động, nhẹ và bền.

Câu chuyện này bắt đầu vào năm 1988, khi mọi thứ đã hướng đến sự sụp đổ của Liên minh, nhưng hy vọng về sự ổn định vẫn còn âm ỉ trong lòng những người đứng đầu bang rất lớn. Câu lạc bộ sáng tạo kỹ thuật tại Minsk Gear Plant đã nhận một nhiệm vụ sáng tạo từ một cơ cấu nông nghiệp địa phương: thiết kế một chiếc máy bay nhẹ và cơ động có thể chịu được gió mạnh từ bên hông. Người nông dân "ưa chuộng" nhất lúc bấy giờ là AN-2: anh ta có thể mang trên tàu rất nhiều phân bón và thiết bị phun thuốc. Nhưng gió là kẻ thù khủng khiếp của anh ta - trong cánh đồng Kuban bất tận, AN-2, về khả năng điều khiển, giống như một con voi điên. Kỹ thuật viên hàng không Arkady Alexandrovich Narushevich, phi công Anatoly Leonidovich Gushchin và một số người khác đã tiếp nhận vụ việc. Sau thời gian dài nghiên cứu, Narushevich đưa ra một kết luận bất ngờ: cần phải chế tạo một chiếc máy bay có đường viền cánh khép kín, nhưng không phải hình tròn mà là hình bầu dục. Một số mô hình đã được chế tạo, chúng bay khá thành công (tôi lưu ý rằng trong cuộc trò chuyện của chúng tôi, Narushevich đã làm một mô hình giấy trong 15 phút - và nó đã bay!). Những người đam mê đã mua vật liệu và chế tạo một cánh hình bầu dục. Và sau đó năm 1991 bị rơi. Liên Xô vẫn ở trong quá khứ, tiền tài trợ kết thúc chỉ trong vài ngày, và số tiền còn lại đã bị rút. Cánh đã được gửi đi để cất giữ lâu dài, và dự án máy bay đã bị lãng quên. Nhưng điều đó còn lâu mới kết thúc.

Từ Bleriot đến Zhivodan

Vào ngày 17 tháng 12 năm 1903, một người đàn ông lần đầu tiên lên máy bay bằng một động cơ. Người đàn ông được gọi là Orville Wright, và chiếc máy bay được gọi là Wright Flyer I.

Bất chấp thành công đáng chú ý của anh em nhà Wright, nhiều nhà phát minh đã đưa ra nhiều cấu hình cánh khác nhau, theo quan niệm của họ, hiệu quả hơn các máy bay Wright thông thường. Một trong những người tiên phong trong lĩnh vực hàng không là nhà phát minh người Pháp Louis Bleriot, người đã chế tạo thiết bị Ornithopter đầu tiên của mình vào năm 1900. Đúng vậy, chỉ có chiếc thứ 11, được chế tạo vào năm 1909, trở thành chiếc máy bay thực sự bay đầu tiên của Bleriot. Chúng tôi không quan tâm đến nó chút nào, nhưng ở chiếc máy bay Bleriot III, được thiết kế vào năm 1906 và chưa bao giờ cất cánh. Nó là chiếc máy bay đầu tiên có vòng cánh khép kín trong lịch sử chế tạo máy bay.

Bleriot chỉ đang thử nghiệm - một cách ngẫu nhiên. Ông đã kết nối các đầu của cánh của một chiếc máy bay hai cánh thông thường theo hình bán nguyệt và lắp đặt thiết kế tương tự như phần đuôi. Đúng như vậy, chiếc thủy phi cơ "Bleriot III" không bao giờ tự cất cánh từ mặt nước. Những người chứng kiến đã mô tả một số chuyến bay - khi thiết bị được kéo giống như một con diều, nhưng không có gì hơn.

Ngày nay những sai lầm của Blériot là quá rõ ràng: đuôi quá nặng, lực nâng bị mất nhiều do đường viền cánh được chọn không chính xác. Nhưng thực tế vẫn là - máy bay cánh kín đã bắt đầu hành trình trong ngành hàng không.

Ngoài Bleriot, một số nhà thiết kế khác từ đầu thế kỷ này đã thử nghiệm cánh kín. Chiếc máy bay của kỹ sư người Pháp Zhivodan do ông chế tạo tại nhà máy Velmorel năm 1909 nổi tiếng một thời. Mọi người và mọi người, bao gồm cả Scientific American và một số ấn phẩm có uy tín, đã viết về cỗ máy tuyệt vời mở ra kỷ nguyên hàng không mới. Trong chiếc máy bay của Zhivodan, vai trò của đôi cánh được thể hiện bởi hai hình chiếc nhẫn, giữa đó là chỗ ngồi của phi công. Động cơ nặng 80 kg và phát triển 40hp bằng cách quay một cánh quạt dài 2,4 mét. Như bạn có thể mong đợi, cấu trúc kỳ lạ, gợi nhớ đến một đường ống với phần trung tâm bị xé toạc, đã không bay lên không trung. Điều đáng chú ý là nhà thiết kế máy bay mô hình người Pháp Emmanuel Fillon đã thiết kế một mô hình máy bay hoạt động của Zhivodan vào những năm 1980. Và mô hình bay rất đẹp. Đó là, các đặc tính khí động học của nó không quá tệ. Khối lượng quá lớn hoặc công suất động cơ thấp có thể đã ngăn cản ban đầu cất cánh.

Điều đáng nói là một thiết kế tuyệt vời khác - cái gọi là Gary-Plane của William Pierce Gary, người Mỹ. Máy bay của Gary (1910) có một cánh phẳng, hình vành khuyên với đường kính 8 m - cao hơn bốn chiều cao của con người! Đúng vậy, chiếc máy bay của Gary đáng chú ý vì sự bất ổn định khủng khiếp của nó: mọi nỗ lực bay trên nó đều kết thúc bằng việc lật nhào về phía trước.

Cuối những năm 1990: cơn gió thứ hai

Năm 1998 Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants và một số phi công khác đã thuyết phục Narushevich tiếp tục làm việc trên máy bay. Một công ty tư nhân nào đó bắt đầu quan tâm đến chiếc máy bay, số tiền được tìm thấy, phần cánh bị lãng quên đã được khôi phục và nhóm bắt đầu lắp ráp thân máy bay. Tất cả mọi thứ đã được thực hiện từ đầu. Trừ khi bộ phận hạ cánh được lấy từ trực thăng Mi-1, và bảng điều khiển được lấy từ AN-2. Chiếc xe được thiết kế cho một khách hàng tiềm năng: chỗ ngồi cho một hoặc hai phi công và ba hành khách theo hình bán nguyệt. Thay vì hành khách, người ta có thể đặt các thùng chứa phân bón và thiết bị phun thuốc …

Một đặc điểm quan trọng của máy bay Narushevich là cánh hình bầu dục không được gắn trực tiếp vào thân máy bay. Nó nằm bên trong cánh trên các giá đỡ và hệ thống treo. Do đó, lực nâng được tạo ra trên toàn bộ bề mặt cánh.

Đến năm 2004, những thử nghiệm thực địa đầu tiên của chiếc máy nhận được đã được thực hiện. Cô đã thực hiện một số chuyến bay trong điều kiện yên tĩnh và gió ngang. Các nhà phát minh đã phát hiện ra rằng thiết bị này có các đặc tính khí động học rất khác thường. Thứ nhất, một chiếc máy bay có cánh hình bầu dục (chúng tôi sẽ gọi nó là SOC) hoàn toàn không phản ứng với những luồng gió bên hông lên tới 13 m / s. Thứ hai, đối với một lần cất cánh, 150 m là đủ (đối với AN-2 - 180 m, đối với các máy bay khác cùng loại đôi khi thậm chí còn nhiều hơn). Nhưng điều chính hóa ra là tỷ lệ thực tế của trọng tải và tổng trọng lượng giới hạn của máy bay - 0,45! Cho đến nay, chưa có ai tiến gần đến hệ số như vậy. Máy bay có thể được trình diễn an toàn cho các nhà đầu tư trong tương lai.

Ngày nay, "ovaloplane" kỳ lạ của Louis Bleriot có vẻ vô lý: nhà thiết kế người Pháp đã mắc quá nhiều lỗi trong quá trình xây dựng nó. Nhưng Bleriot đã hành động một cách ngẫu nhiên: vào năm 1906, không ai biết cấu hình cánh nào sẽ chiến thắng.

Vòng cất cánh thẳng đứng

Trong số các dự án của Đức trong Chiến tranh thế giới thứ hai, nhiều dự án hoàn toàn tuyệt vời về sự dũng cảm và độc đáo của chúng. Do đó, tiêm kích đánh chặn cất cánh và hạ cánh thẳng đứng "Lark" (Lerche) do Ernst Heinkel (1944) thiết kế có một cánh chín cạnh khép kín và hai động cơ Daimler-Benz 605D độc lập, mỗi động cơ quay cánh quạt riêng. Cả hai cánh quạt đều được đặt bên trong cánh. Vào thời điểm đó, chiếc máy bay khác thường ở chỗ nó có nghĩa là cất cánh và hạ cánh thẳng đứng.

Thật khó để nói Heinkel sẽ làm gì nếu Lark được hiện thân trong kim loại. Năm 1945, Heinkel cũng phát triển LercheII, không có đủ thời gian cho lần đầu tiên, và dự án biến mất trong bóng tối. Tuy nhiên, mọi người đều có cơ hội bay Skylark - trong trò chơi máy tính IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. Năm 1946”.

Nhưng người Pháp vào năm 1959 đã tìm thấy cơ hội để thể hiện kiệt tác cánh nhẫn của họ bằng kim loại. Chiếc máy bay phản lực SNECMA C-450 Coleoptere tuyệt vời thậm chí còn cất cánh. Đúng như vậy, anh ta tiếp đất khá khó khăn, gần như chôn vùi viên phi công dưới anh ta. Trên thực tế, SNECMA đã phát triển máy bay không người lái cánh vòng thậm chí sớm hơn, vào năm 1954. Nó được đặt cho cái tên trữ tình Atar Volant C-400 P-1 (Ngôi sao bay) và đã thực hiện hơn 200 chuyến bay thử nghiệm thành công. Giống như German Lark, nó là một máy bay cất và hạ cánh thẳng đứng. Bước tiếp theo là việc tạo ra một phương tiện có người lái, trở thành C-450. Máy bay chiến đấu dài 8 mét đã được phóng thành công, nhưng trong quá trình chuyển đổi từ bay thẳng đứng sang bay ngang, nó hoàn toàn không thể duy trì độ cao và lao xuống như một hòn đá. Phi công bị loại bỏ, và dự án tốn kém ngay lập tức bị đóng cửa.

SNECMA C-450 (1959) Anh ta chỉ có thể bay thẳng đứng. Khi phi công cố gắng chuyển sang bay ngang, cấu trúc thử nghiệm rơi xuống như một hòn đá. Dự án máy bay cánh kín ngay lập tức bị đóng cửa.

SNECMA C-450 (1959)

Anh ta chỉ có thể bay theo phương thẳng đứng. Khi phi công cố gắng chuyển sang bay ngang, cấu trúc thử nghiệm rơi xuống như một hòn đá. Dự án máy bay cánh kín ngay lập tức bị đóng cửa.

Nỗ lực cuối cùng để tạo ra một chiếc máy bay nhẫn có khả năng cất cánh thẳng đứng là dự án Convair Model 49 (1967) của Mỹ. Convair hiện nay nổi tiếng với thiết kế tàu ngầm và một số thiết kế điên rồ khác. Model49 là sự kết hợp giữa máy bay và trực thăng. Cánh hình nhẫn của nó che giấu một kho vũ khí mà cả một trung đoàn pháo binh có thể tự hào. Súng máy, súng phóng lựu, đại bác và súng phóng tên lửa - "thứ 49" có thể một mình giao chiến cho một đội quân chính thức. Nếu nó đã được thực hiện. Dự án điên rồ đã bị chính phủ Hoa Kỳ từ chối một cách khôn ngoan.

Cánh khép kín cuộc sống mới

Năm 2006, các chuyên gia lại quan tâm đến chủ đề cánh hình bầu dục. Tại một trong những xí nghiệp Minsk, công việc thiết kế thử nghiệm (R&D) đã được tổ chức để khôi phục một chiếc máy bay có cánh hình bầu dục, thử nghiệm nó và nghiên cứu các tính năng khí động học của nó. Nhà thiết kế chính của ROC là Alexander Mikhailovich Anokhin, một cựu phi công quân sự với kinh nghiệm 35 năm vững chắc. Narushevich và Gushchin trở thành thành viên của phòng thiết kế. Năm 2008, Tiến sĩ Khoa học Vật lý và Toán học, Giáo sư Leonid Ivanovich Grechikhin đã tham gia vào công việc này. Ông đã làm việc về các đặc tính khí động học của tên lửa với Korolev nổi tiếng, và hiện ông làm cố vấn và giảng dạy tại các viện khác nhau của CIS. Kết quả là, một nhóm đã được thành lập, tiếp tục làm việc về chủ đề này cho đến bây giờ.

Vấn đề là chiếc máy bay đã không cất cánh từ năm 2004 và thực tế đã trở nên không thể sử dụng được. Nhưng công việc đang diễn ra sôi nổi. Máy bay đã được sửa đổi, chuẩn bị cho các chuyến bay và đưa ra khỏi nhà chứa máy bay. Các cuộc thử nghiệm đã bắt đầu. Cấu hình của chiếc xe vẫn được giữ nguyên, nhưng việc tinh chỉnh là rất nghiêm túc - cho đến sự thay đổi của hình dạng cánh. Công việc quan trọng (hiện đang tiếp tục) thuộc về Grechikhin: một chiếc máy bay có cánh hình bầu dục đã được chế tạo, nhưng trước đó chưa ai tính toán chi tiết về nó!

Đặc tính kỹ thuật

SOC ngày nay là gì? Đây chắc chắn là một chiếc máy bay. Nhưng về chất lượng của nó trong không khí, nó khác biệt rõ rệt so với các máy thông thường có cánh phẳng hoặc tròn. Một cánh phẳng thông thường được đặc trưng bởi điện trở cảm ứng: không khí từ vùng áp suất cao dưới cánh có xu hướng tràn vào vùng chân không ở mặt trên qua các đầu cánh. Trong trường hợp này, các xoáy cuối được hình thành phía sau máy bay, sự hình thành của chúng cũng tiêu thụ năng lượng, là giá trị của điện trở cảm ứng.

Đối với một cánh hình bầu dục, vấn đề về điện trở cảm ứng là không liên quan, vì nó không có mẹo. Ngoài ra, luồng không khí đi vào, đi qua một vòng kín, hướng xuống, tạo thêm lực nâng. Góc tấn của cánh càng lớn thì hiệu ứng này càng mạnh. Và góc tấn công của một thiết kế như vậy có thể lớn chưa từng có.

Hiện tượng ngừng dòng xảy ra khi tia không khí, với sự gia tăng góc tấn, không còn lưu thông mượt mà xung quanh bề mặt trên của cánh và tách ra khỏi nó cùng với sự hình thành của các xoáy. Trong trường hợp này, lực nâng trên cánh ngay lập tức biến mất và bộ máy mất kiểm soát. Cánh hình bầu dục cho phép góc tấn của cánh lên đến 50 °, trong khi các đối thủ cạnh tranh gần nhất của nó đạt tối đa 20-22 °. Không khí bên trong cánh đóng kín gây khó khăn cho dòng chảy từ bề mặt trên của phần dưới của cánh. Và khi dòng chảy rời khỏi vòng kín, do sự phóng ra (quá trình trộn hai môi trường, khi một môi trường cuốn vào môi trường kia), nó sẽ "hút" không khí đi dọc theo bề mặt phía trên của phần trên của cánh. Những dữ liệu này không thu được theo kinh nghiệm - cánh hình bầu dục đã bị "rơi vãi" trong kênh nước.

Trước khi hóa thân vào kim loại và cất cánh lên không trung, chiếc máy bay Belarus với vòng cánh khép kín đã trải qua ba lần “tái sinh” - việc chế tạo nó bắt đầu từ năm 1988.

Khả năng bay ở góc tấn cực cao, cùng với hiệu ứng làm lệch dòng cho phép máy bay bay với tốc độ cực thấp mà không cần sử dụng cánh đảo gió. SOK thiếu cơ giới hóa ở cánh, điều này không ngăn cản nó cất cánh và hạ cánh một cách đáng tin cậy. Khả năng chống chòng chành chưa từng có cho phép máy bay bay ổn định và đáng tin cậy trên dải tốc độ rộng nhất.

Nhiều phẩm chất của SOC là đáng ngạc nhiên. Anh ta cố gắng tăng tốc, bay lên và hạ cánh trên một đường chạy cỏ không bằng phẳng chỉ dài 400 m, khi động cơ tắt, anh ta lập kế hoạch tốt và nhìn chung hoạt động rất ổn định trong không khí. Cánh hình bầu dục giúp máy bay cơ động hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn. Ngoài ra, vòng lặp khép kín cung cấp thêm sức mạnh cho cánh. Theo Grechikhin, những chiếc máy bay có đôi cánh cổ điển sẽ sớm hết hơi. Rất đơn giản: máy bay càng lớn, cánh càng nặng và càng mạnh thì càng khó duy trì độ cứng của nó. Về cơ bản, máy bay mang một khối lượng tải "vô dụng" - trọng lượng của chính các thanh của nó. Và cánh hình bầu dục nhẹ gấp đôi cho cùng một lực nâng.

Vấn đề truyền thống

Vấn đề chính là luật hàng không của Belarus hoàn toàn không quy định việc chế tạo máy bay trên lãnh thổ đất nước và hoạt động bay của chúng. Gần đây, Midivisana đã thành lập một phòng thiết kế chuyên biệt cho việc phát triển các phương tiện bay không người lái dưới sự lãnh đạo của Anokhin. Trong số các nhân viên có cả Narushevich và Gushchin. Nhóm những người đam mê được thành lập không mất hy vọng rằng ít nhất trong một chiếc máy bay không người lái, họ sẽ có thể hiện thực hóa phát minh của mình - một cánh hình bầu dục khép kín.

Ringplan Sukhanov

Các nỗ lực tạo ra một chiếc máy bay vòng cũng đã được thực hiện ở Liên Xô. Năm 1936, một sinh viên tại Viện Hàng không Moscow Sukhanov đã trình bày một dự án về một chiếc máy bay có cánh hình khuyên để bảo vệ luận án như một luận án. Đường kính cánh là 3 m và tốc độ thiết kế 600 km / h được cung cấp bởi động cơ Hispano-Suiza 800 mã lực. Đến năm 1940, bằng tốt nghiệp đã trở thành dự án chính thức về máy bay chiến đấu đánh chặn cất cánh và hạ cánh trong thời gian ngắn và được xem xét tại hội đồng khoa học và kỹ thuật của TsAGI. Nhưng chiến tranh ập đến, không còn thời gian và tiền bạc để chế tạo chiếc máy bay, và thậm chí còn nhiều hơn nữa để thử nghiệm nó. Năm 1942, tại Novosibirsk, Sukhanov đã chế tạo một mô hình hoạt động của chiếc máy bay. Các cuộc thử nghiệm mô hình cho thấy máy bay có thể chịu được góc tấn công lên tới 43 °, có tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao, đặc tính chống xoáy và khả năng cơ động tuyệt vời. Sukhanov đã nhận được giấy chứng nhận của tác giả, thực hiện tất cả các tính toán, nhưng bản phác thảo, do chiến tranh và sự tàn phá ở đất nước, không bao giờ nhìn thấy ánh sáng ban ngày.

Cánh chỉ thể hiện các đặc tính của nó ở một tỷ lệ nhất định giữa các trục của hình elip với nhau, độ dài của dây cung với trục nhỏ của hình elip và các sắc thái khác của mặt cắt cánh. Các nhà thiết kế đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế và nhận được các chứng chỉ ưu tiên cho hình dạng cánh này ở Belarus và Nga. Bây giờ, có vẻ như, sẽ không ai có thể lặp lại thành công của họ, bởi vì tất cả các "hành lang" sẵn có của các thông số thuận lợi về cánh đã được vạch sẵn.

Alexander Anokhin cho biết, trong giai đoạn từ khi bắt đầu phát triển đến khi chế tạo mô hình sản xuất đầu tiên của máy bay động cơ hạng nhẹ, cần khoảng 12 triệu USD. “Chúng tôi thậm chí có thể tạo ra một chiếc tàu lượn có cánh như vậy. Bạn có thể tưởng tượng được không? Treo tàu lượn, không sợ gió giật! Vấn đề chính thậm chí không phải là tài chính: chẳng hạn như ngay khi SOK đến MAKS, các nhà đầu tư sẽ được tìm thấy. Vấn đề là trong luật pháp của Belarus, theo đó một chiếc máy bay được tạo ra trên lãnh thổ nước này là cực kỳ khó đăng ký, và trong trường hợp này, điều đó đơn giản là không thể, vì nó không thuộc các loại máy bay đã biết. Tuy nhiên, đã có một thỏa thuận với sân bay Voronezh, sân bay này được lên kế hoạch sử dụng để thử nghiệm thêm phương tiện này.

Cái gì tiếp theo? Hãy xem nào. Thực tế vẫn còn. Lần đầu tiên trong lịch sử chế tạo máy bay, một chiếc máy bay cánh kín đã cất cánh. Có thể chúng ta đang trên bờ vực của những khám phá mới. Hoặc có thể đó chỉ là một chiếc máy bay tò mò, một sự cố cá biệt. Thời gian sẽ trả lời.