Như bạn đã biết, phần trung tâm là phần chính của cánh máy bay kết nối các máy bay bên trái và bên phải và trên thực tế, phục vụ cho việc gắn cánh vào thân máy bay. Theo logic, phần trung tâm phải là một cấu trúc cứng nhắc. Nhưng vào ngày 21 tháng 12 năm 1979, một chiếc máy bay AD-1 của NASA đã cất cánh, cánh của nó được gắn vào thân máy bay … trên một bản lề và có thể xoay, tạo cho máy bay một hình dạng không đối xứng.
Tuy nhiên, tất cả bắt đầu sớm hơn nhiều - với thiên tài Teutonic ảm đạm Richard Vogt, thiết kế trưởng của công ty huyền thoại Blohm & Voss. Vogt, được biết đến với cách tiếp cận không điển hình của mình đối với thiết kế máy bay, đã chế tạo máy bay không đối xứng và biết rằng sơ đồ như vậy không ngăn được máy bay ổn định trên không. Và năm 1944, dự án Blohm & Voss và P.202 ra đời.
Ý tưởng chính của Vogt là khả năng giảm đáng kể lực cản khi bay ở tốc độ cao. Máy bay cất cánh bằng một cánh đối xứng thông thường (vì cánh quét nhỏ có hệ số nâng cao), và trong quá trình bay, nó quay theo mặt phẳng song song với trục thân máy bay, do đó giảm lực cản. Trên thực tế, đây là một trong những giải pháp để thực hiện quét cánh thay đổi - đồng thời người Đức đã nghiên cứu ra cách quét đối xứng cổ điển trên máy bay Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss và P.202 dường như quá điên rồ để tham gia vào bộ truyện. Cánh của nó với sải dài 11, 98 m có thể bật bản lề trung tâm ở một góc lên đến 35 ° - ở góc tối đa, nhịp thay đổi thành 10, 06 m. Không thể sử dụng cánh để lắp thiết bị bổ sung. Dự án vẫn chỉ nằm trên giấy.
Đồng thời, các chuyên gia từ Messerschmitt cũng đang thực hiện một dự án tương tự. Chiếc xe của họ, Me P.1109, nhận được biệt danh là "cánh cắt kéo". Chiếc xe có hai cánh, và độc lập với bên ngoài: một cánh nằm phía trên thân máy bay, cánh thứ hai - bên dưới nó. Khi cánh trên quay theo chiều kim đồng hồ, tương tự như vậy, cánh dưới cũng quay ngược chiều kim đồng hồ - thiết kế này có thể bù đắp định tính cho độ lệch của máy bay với sự thay đổi không đối xứng về độ quét.
Các cánh có thể xoay tới 60 °, và khi chúng vuông góc với trục thân máy bay, máy bay trông giống như một chiếc hai cánh thông thường.
Khó khăn của Messerschmitt cũng giống như Blohm & Voss: một cơ chế phức tạp và thêm vào đó là các vấn đề với thiết kế khung gầm. Kết quả là, ngay cả một chiếc máy bay được chế tạo bằng sắt với khả năng quét biến đổi đối xứng - Messerschmitt Р.1101, cũng không được đưa vào sản xuất, chưa nói đến cấu trúc bất đối xứng vẫn chỉ là dự án. Người Đức đã đi trước thời đại quá xa.
Lợi ích và mất mát
Ưu điểm của quét biến đổi không đối xứng cũng giống như ưu điểm của quét đối xứng. Khi máy bay cất cánh, cần phải có lực nâng cao, nhưng khi bay với tốc độ cao (đặc biệt là trên tốc độ âm thanh), lực nâng không còn phù hợp nữa mà lực cản lớn bắt đầu gây cản trở. Các kỹ sư hàng không phải tìm ra một thỏa hiệp. Bằng cách thay đổi độ quét, máy bay thích ứng với chế độ bay. Các tính toán cho thấy việc định vị cánh nghiêng một góc 60 ° so với thân máy bay sẽ làm giảm đáng kể lực cản khí động học, tăng tốc độ bay tối đa và giảm tiêu hao nhiên liệu.
Nhưng trong trường hợp này, một câu hỏi thứ hai được đặt ra: tại sao chúng ta cần một sự thay đổi quét không đối xứng, nếu một thay đổi đối xứng thuận tiện hơn nhiều cho phi công và không yêu cầu bồi thường? Thực tế là nhược điểm chính của quét đối xứng là sự phức tạp về mặt kỹ thuật của cơ chế thay đổi, khối lượng đặc và chi phí của nó. Với sự thay đổi không đối xứng, thiết bị này đơn giản hơn nhiều - trên thực tế là một trục có gắn cánh cứng và cơ cấu quay của nó.
Sơ đồ như vậy nhẹ hơn trung bình 14% và giảm thiểu trở kháng đặc trưng khi bay ở tốc độ vượt quá tốc độ âm thanh (nghĩa là, lợi thế cũng được thể hiện trong hiệu suất bay). Loại thứ hai là do sóng xung kích xảy ra khi một phần của luồng không khí xung quanh máy bay đạt được tốc độ siêu âm. Cuối cùng, đây là biến thể "ngân sách" nhất trong số các biến thể quét biến.
OWRA RPW
Một máy bay không người lái của NASA, được chế tạo vào đầu những năm 1970 để nghiên cứu thử nghiệm về các đặc tính bay của quét không đối xứng. Thiết bị này có thể xoay cánh 45 ° theo chiều kim đồng hồ và tồn tại ở hai cấu hình - đuôi ngắn và đuôi dài.
Vì vậy, với sự phát triển của công nghệ, nhân loại không thể không quay lại một khái niệm thú vị. Vào đầu những năm 1970, một máy bay không người lái OWRA RPW (Máy bay Nghiên cứu Cánh xiên) được sản xuất theo đơn đặt hàng của NASA để nghiên cứu các đặc tính bay của một sơ đồ như vậy. Cố vấn phát triển chính là Vogt, người đã di cư đến Hoa Kỳ sau chiến tranh, lúc đó đã là một người đàn ông rất cao tuổi, và nhà thiết kế và nhà tư tưởng chính của việc hồi sinh ý tưởng là kỹ sư NASA Richard Thomas Jones. Jones đã bắt đầu cho ý tưởng này từ năm 1945, khi ông còn là nhân viên của NACA (tiền thân của NASA, Ủy ban Cố vấn Quốc gia về Hàng không Vũ trụ), và vào thời điểm mẫu được chế tạo, tất cả các tính toán lý thuyết đã được thực hiện một cách tỉ mỉ và kỹ lưỡng. thử nghiệm.
Cánh của OWRA RPW có thể xoay tới 45 °, máy bay không người lái có thân và đuôi thô sơ - trên thực tế, đó là một cách bố trí bay, yếu tố trung tâm và thú vị duy nhất của nó là cánh. Hầu hết các nghiên cứu được thực hiện trong một đường hầm khí động học, một số được thực hiện trong chuyến bay thực tế. Cánh hoạt động tốt và NASA quyết định chế tạo một chiếc máy bay chính thức.
Và bây giờ - bay
Tất nhiên, sự thay đổi độ quét không đối xứng cũng có những nhược điểm - cụ thể là sự không đối xứng của lực cản trực diện, mômen quay ký sinh dẫn đến hiện tượng cuộn và chệch hướng quá mức. Nhưng tất cả những điều này đã có trong những năm 1970 có thể bị đánh bại bằng cách tự động hóa một phần các điều khiển.
Máy bay NASA AD-1
Anh đã bay 79 lần. Trong mỗi chuyến bay, những người thử nghiệm đặt cánh ở một vị trí mới, và dữ liệu thu được sẽ được phân tích và so sánh với nhau.
Máy bay AD-1 (Ames Dryden-1) đã trở thành sản phẩm trí tuệ chung của một số tổ chức. Nó được chế tạo bằng sắt bởi Ames Industrial Co., thiết kế tổng thể được thực hiện trên Boeing, nghiên cứu công nghệ được thực hiện bởi Scaled Composites của Bertha Rutana, và các chuyến bay thử nghiệm được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Dryden ở Lancaster, California. Cánh AD-1 có thể quay trên trục trung tâm một góc 60 ° và chỉ quay ngược chiều kim đồng hồ (điều này giúp đơn giản hóa thiết kế mà không làm mất đi lợi thế).
Cánh được điều khiển bởi một động cơ điện nhỏ gọn đặt bên trong thân máy bay ngay phía trước động cơ (loại sau này sử dụng động cơ tuốc bin phản lực cổ điển của Pháp Microturbo TRS18). Khoảng cách của cánh hình thang ở vị trí vuông góc là 9, 85 m, và ở vị trí quay - chỉ 4, 93, giúp nó có thể đạt tốc độ tối đa 322 km / h.
Vào ngày 21 tháng 12, AD-1 cất cánh lần đầu tiên, và hơn 18 tháng tiếp theo, với mỗi chuyến bay mới, cánh được quay 1 độ, ghi lại tất cả các chỉ số của máy bay. Giữa năm 1981, máy bay "đạt" góc tối đa 60 độ. Các chuyến bay tiếp tục cho đến tháng 8 năm 1982, tổng cộng AD-1 đã cất cánh 79 lần.
NASA AD-1 (1979)
Máy bay duy nhất có cánh quét không đối xứng cất cánh lên không trung. Cánh quay 60 độ ngược chiều kim đồng hồ.
Ý tưởng chính của Jones là sử dụng các thay đổi quét không đối xứng trong máy bay cho các chuyến bay xuyên lục địa - tốc độ và khả năng tiết kiệm nhiên liệu được chi trả tốt nhất ở khoảng cách cực xa. Máy bay AD-1 thực sự nhận được đánh giá tích cực từ cả giới chuyên môn và phi công, nhưng kỳ lạ thay, câu chuyện lại không nhận được bất kỳ sự tiếp nối nào. Vấn đề là toàn bộ chương trình chủ yếu là nghiên cứu. Sau khi nhận được tất cả các dữ liệu cần thiết, NASA đã gửi máy bay đến nhà chứa máy bay; 15 năm trước, anh chuyển đến kho lưu trữ vĩnh cửu tại Bảo tàng Hàng không Hillier ở San Carlos.
NASA, với tư cách là một tổ chức nghiên cứu, không tham gia vào việc chế tạo máy bay và không một nhà sản xuất máy bay lớn nào quan tâm đến khái niệm của Jones. Theo mặc định, các tấm lót liên lục địa lớn hơn và phức tạp hơn nhiều so với "đồ chơi" AD-1, và các công ty đã không dám đầu tư số tiền khổng lồ vào nghiên cứu và phát triển một thiết kế đầy hứa hẹn nhưng rất đáng ngờ. Cổ điển đã chiến thắng sự đổi mới.
Richard Gray, Phi công thử nghiệm AD-1 của NASA
Sau khi thực hiện thành công chương trình của mình trên một cánh không đối xứng, ông đã chết vào năm 1982 trong vụ tai nạn của một máy bay huấn luyện tư nhân Cessna T-37 Tweet.
Sau đó, NASA quay trở lại chủ đề "cánh xiên", đã chế tạo vào năm 1994 một máy bay không người lái nhỏ với sải cánh dài 6, 1 m và khả năng thay đổi góc quét từ 35 đến 50 độ. Nó được xây dựng như một phần của việc tạo ra một máy bay xuyên lục địa 500 chỗ ngồi. Nhưng cuối cùng, công việc trong dự án đã bị hủy bỏ vì lý do tài chính tương tự.
Nó vẫn chưa kết thúc
Tuy nhiên, "cánh xiên" đã nhận được đời thứ ba, và lần này là nhờ sự can thiệp của cơ quan nổi tiếng DARPA, vào năm 2006, cơ quan này đã đề nghị với Northrop Grumman một hợp đồng trị giá 10 triệu USD để phát triển một phương tiện bay không người lái với khả năng thay đổi quét không đối xứng..
Nhưng tập đoàn Northrop đã đi vào lịch sử ngành hàng không chủ yếu nhờ vào sự phát triển của loại máy bay “có cánh bay”: người sáng lập công ty, John Northrop là một người say mê với kế hoạch như vậy, ngay từ đầu ông đã định hướng. nghiên cứu trong nhiều năm sau đó (ông thành lập công ty vào cuối những năm 1930 và mất năm 1981).
Do đó, các chuyên gia của Northrop đã quyết định vượt qua công nghệ cánh bay và quét bất đối xứng một cách bất ngờ. Kết quả là máy bay không người lái Northrop Grumman Switchblade (đừng nhầm lẫn với sự phát triển khái niệm khác của họ - máy bay chiến đấu Northrop Switchblade).
Thiết kế của máy bay không người lái khá đơn giản. Gắn liền với cánh 61 mét là một mô-đun bản lề với hai động cơ phản lực, máy ảnh, thiết bị điện tử điều khiển và các phụ kiện cần thiết cho nhiệm vụ (ví dụ, tên lửa hoặc bom). Mô-đun không có gì thừa - thân máy bay, bộ lông, đuôi, nó giống như một chiếc gondola khinh khí cầu, ngoại trừ có lẽ có các đơn vị năng lượng.
Góc quay của cánh so với mô-đun vẫn là 60 độ lý tưởng, được tính từ những năm 1940: ở góc này, sóng xung kích phát sinh khi di chuyển ở tốc độ siêu thanh được san bằng. Khi quay cánh, máy bay không người lái có khả năng bay 2.500 dặm với tốc độ 2,0 M.
Ý tưởng về chiếc máy bay này được sẵn sàng vào năm 2007, và đến những năm 2010, công ty hứa hẹn sẽ tiến hành các thử nghiệm đầu tiên về kiểu bố trí với sải cánh 12,2 m - cả trong đường hầm gió và trong chuyến bay thực tế. Northrop Grumman đã lên kế hoạch rằng chuyến bay đầu tiên của máy bay không người lái kích thước đầy đủ sẽ diễn ra vào khoảng năm 2020.
Nhưng đã đến năm 2008, cơ quan DARPA mất hứng thú với dự án. Các tính toán sơ bộ không mang lại kết quả như kế hoạch, và DARPA đã rút hợp đồng, đóng chương trình ở giai đoạn mô hình máy tính. Vì vậy, ý tưởng quét không đối xứng lại gặp may.
Nó sẽ hay không nó?
Trên thực tế, yếu tố duy nhất giết chết một khái niệm thú vị là kinh tế học. Việc có các mạch đang hoạt động và đã được kiểm chứng khiến việc phát triển một hệ thống phức tạp và chưa được thử nghiệm là không có lợi. Nó có hai lĩnh vực ứng dụng - các chuyến bay xuyên lục địa của tàu bay hạng nặng (ý tưởng chính của Jones) và máy bay không người lái quân sự có khả năng di chuyển với tốc độ vượt quá tốc độ âm thanh (nhiệm vụ chính của Northrop Grumman).
Trong trường hợp đầu tiên, ưu điểm là tiết kiệm nhiên liệu và tăng tốc độ, những thứ khác ngang bằng với máy bay thông thường. Thứ hai, việc giảm thiểu lực cản của sóng tại thời điểm máy bay đạt đến số Mach tới hạn có tầm quan trọng lớn nhất.
Một chiếc máy bay nối tiếp với cấu hình tương tự có xuất hiện hay không chỉ phụ thuộc vào ý muốn của các nhà sản xuất máy bay. Nếu một trong số họ quyết định đầu tư tiền vào nghiên cứu và xây dựng, sau đó chứng minh trên thực tế rằng khái niệm này không chỉ hoạt động (điều này đã được chứng minh), mà còn tự duy trì, thì sự thay đổi bất đối xứng trong quá trình quét có cơ hội thành công. Nếu trong khuôn khổ cuộc khủng hoảng tài chính toàn cầu không tìm ra những kẻ liều lĩnh như vậy, thì “cánh xiên” sẽ còn là một phần nữa của lịch sử ngành hàng không giàu sự tò mò.
Đặc điểm của máy bay NASA AD-1
Phi hành đoàn: 1 người
Chiều dài: 11, 83 m
Sải cánh: vuông góc 9,85 m, xiên 4,93 m
Góc cánh: lên đến 60 °
Diện tích cánh: 8, 6 2
Chiều cao: 2, 06 m
Trọng lượng máy bay rỗng: 658 kg
Tối đa trọng lượng cất cánh: 973 kg
Hệ thống truyền lực: 2 x động cơ phản lực Microturbo TRS-18
Lực đẩy: 100 kgf mỗi động cơ
Dung tích nhiên liệu: 300 lít Tốc độ tối đa: 322 km / h
Trần dịch vụ: 3658 m
Những người tiên phong thực sự
Ít ai biết rằng chiếc máy bay đầu tiên có hình dạng cánh thay đổi không phải do người Đức chế tạo trong Chiến tranh thế giới thứ hai (như hầu hết các nguồn tin đều khẳng định) mà là do những người tiên phong trong ngành hàng không Pháp là Baron Edmond de Marcai và Emile Monin vào năm 1911. Chiếc máy bay đơn Markay-Monin được giới thiệu trước công chúng tại Paris vào ngày 9 tháng 12 năm 1911 và sáu tháng sau đó đã thực hiện chuyến bay thành công đầu tiên.
Trên thực tế, de Marcay và Monin đã đưa ra sơ đồ cổ điển về hình học biến đổi đối xứng - hai mặt phẳng cánh riêng biệt với tổng chiều dài tối đa là 13,7 m được gắn vào bản lề và phi công có thể thay đổi góc vị trí của chúng so với bên phải thân máy bay. trong chuyến bay. Trên mặt đất, để vận chuyển, các cánh có thể được gấp lại, giống như cánh của côn trùng, "sau lưng". Sự phức tạp của thiết kế và nhu cầu chuyển sang các máy bay chức năng hơn (do chiến tranh bùng nổ) đã buộc các nhà thiết kế phải từ bỏ các công việc tiếp theo trong dự án.
