Ngay cả những chiếc máy bay khác thường nhất cũng được chế tạo theo nguyên tắc đối xứng vào buổi bình minh của ngành công nghiệp máy bay. Bất kỳ máy bay nào cũng có thân máy bay thông thường, trong đó các cánh thông thường được gắn vuông góc với nhau. Tuy nhiên, dần dần, với sự phát triển của khí động học, các nhà thiết kế bắt đầu suy nghĩ về việc tạo ra một chiếc máy bay có cánh không đối xứng. Đại diện của thiên tài ảm đạm người Đức là những người đầu tiên đạt được điều này: vào năm 1944, một dự án tương tự được đề xuất bởi Richard Vogt, thiết kế trưởng của Blohm & Voss. Tuy nhiên, dự án của ông không được thể hiện bằng kim loại; NASA AD-1 của Mỹ thực sự là chiếc máy bay đầu tiên có cánh quay.
NASA AD-1 (Ames Dryden-1) là một máy bay thử nghiệm được thiết kế để nghiên cứu khái niệm về một cánh quay quét biến đổi không đối xứng. Trở thành máy bay cánh xiên đầu tiên trên thế giới. Chiếc máy bay khác thường được chế tạo tại Hoa Kỳ vào năm 1979 và thực hiện chuyến bay đầu tiên vào ngày 21 tháng 12 cùng năm. Các cuộc thử nghiệm máy bay có cánh quay tiếp tục cho đến tháng 8 năm 1982, trong thời gian đó 17 phi công đã điều khiển thành thạo AD-1. Sau khi chương trình kết thúc, chiếc máy bay đã được gửi đến Bảo tàng Thành phố San Carlos, nơi nó vẫn dành cho tất cả du khách và là một trong những hiện vật quan trọng nhất được trưng bày.
Thí nghiệm của Đức
Ở Đức, trong Chiến tranh thế giới thứ hai, họ đã làm việc khá nghiêm túc trong việc chế tạo máy bay có cánh không đối xứng. Nhà thiết kế Richard Vogt nổi tiếng với cách tiếp cận không điển hình trong việc tạo ra công nghệ hàng không, ông hiểu rằng kế hoạch mới sẽ không ngăn cản máy bay hoạt động ổn định trên không. Năm 1944, ông tạo ra dự án máy bay Blohm & Voss và P.202. Ý tưởng chính của nhà thiết kế người Đức 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 một cánh xuôi nhỏ có hệ số nâng cao, nhưng trong quá trình bay, cánh đã quay theo mặt phẳng song song với trục thân máy bay, làm giảm mức độ cản. Đồng thời, công việc được thực hiện ở Đức với kiểu quét cánh đối xứng cổ điển trên máy bay chiến đấu Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss và P.202
Nhưng ngay cả ở Đức trong những năm chiến tranh vừa qua, dự án máy bay Blohm & Voss và P.202 dường như điên rồ, nó không bao giờ được thể hiện bằng kim loại, mãi mãi chỉ còn lại dưới dạng bản thiết kế. Máy bay do Vogt thiết kế được cho là có sải cánh 11,98 mét, xoay trên bản lề trung tâm một góc tới 35 độ - với độ lệch tối đa, sải cánh thay đổi thành 10,06 mét. Nhược điểm chính của dự án được cho là cơ cấu quay cánh nặng và cồng kềnh (theo tính toán), chiếm nhiều diện tích bên trong thân máy bay, không thể sử dụng cánh để treo thêm vũ khí và thiết bị. cũng là một bất lợi nghiêm trọng.
Đáng ngạc nhiên, Vogt không phải là nhà thiết kế người Đức duy nhất nghĩ đến cánh xoay. Một dự án tương tự đã được chuẩn bị bởi các kỹ sư tại Messerschmitt. Dự án Me P.1109 do họ trình bày thậm chí còn nhận được biệt danh "cánh cắt kéo". Dự án mà họ tạo ra có hai cánh cùng một lúc. Hơn nữa, họ độc lập với nhau. Một cánh nằm phía trên thân máy bay, cánh còn lại - bên dưới nó. Khi quay cánh trên theo chiều kim đồng hồ, cánh dưới cũng quay theo chiều tương tự, nhưng ngược chiều kim đồng hồ. Thiết kế này giúp nó có thể bù đắp định tính cho độ lệch của máy bay với sự thay đổi không đối xứng về độ quét. Đồng thời, cánh có thể quay một góc tới 60 độ, còn khi nằm vuông góc với thân máy bay, nó không khác gì những chiếc máy bay hai cánh cổ điển. Khi làm như vậy, Messerschmitt phải đối mặt với những vấn đề tương tự như Blohm & Voss: một cơ chế quay rất phức tạp. Mặc dù thực tế là không máy bay không đối xứng nào của Đức không vượt ra khỏi các dự án trên giấy, nhưng cần phải thừa nhận rằng người Đức đã đi trước thời đại một cách nghiêm túc trong quá trình phát triển của họ. Người Mỹ chỉ có thể hiện thực hóa kế hoạch của họ vào cuối những năm 1970.
NASA AD-1 - bay không đối xứng
Ý tưởng của các nhà thiết kế người Đức đã được thực hiện bằng kim loại bởi các đồng nghiệp người Mỹ của họ. Họ đã tiếp cận vấn đề một cách thấu đáo nhất có thể. Độc lập với người Đức vào năm 1945, kỹ sư người Mỹ Robert Thomas Johnson đã đưa ra ý tưởng về một loại "cánh cắt kéo", theo ý tưởng của ông, loại cánh như vậy phải bật một bản lề đặc biệt. Tuy nhiên, trong những năm đó, anh không thể hiện thực hóa ý tưởng của mình, khả năng kỹ thuật không cho phép. Điều này đã thay đổi vào những năm 1970 khi công nghệ cho phép tạo ra máy bay không đối xứng. Đồng thời, cũng chính Richard Vogt, người di cư đến Hoa Kỳ sau khi Thế chiến II kết thúc, được mời làm cố vấn dự án.
Vào thời điểm đó, các nhà thiết kế đã biết rằng máy bay có cánh quét thay đổi có một số nhược điểm. Những nhược điểm chính của thiết kế này bao gồm: sự thay đổi trọng tâm khí động học khi thay đổi độ quét, dẫn đến tăng lực cản cân bằng; sự gia tăng khối lượng của cấu trúc do sự hiện diện của chùm công suất và bản lề trục của bảng điều khiển gắn vào nó, cũng như các vòng đệm của vị trí thu vào của cánh máy bay. Cả hai thiếu sót này cuối cùng đều là nguyên nhân làm giảm phạm vi bay hoặc giảm khối lượng trọng tải.
Đồng thời, các nhân viên NASA tin tưởng rằng một chiếc máy bay có cánh quét biến đổi không đối xứng (KAIS) sẽ không có những nhược điểm được liệt kê. Với sơ đồ như vậy, cánh sẽ được gắn vào thân máy bay bằng một bản lề trục, và sự thay đổi độ quét của bảng điều khiển khi cánh được quay sẽ được thực hiện đồng thời, nhưng có đặc điểm ngược lại. Một phân tích so sánh các máy bay có cánh quét thay đổi của sơ đồ tiêu chuẩn và KAIS do các chuyên gia NASA thực hiện cho thấy sơ đồ thứ hai cho thấy lực cản giảm 11-20%, khối lượng của cấu trúc giảm 14% và lực cản sóng khi bay ở tốc độ siêu thanh sẽ giảm 26 phần trăm. …
Đồng thời, máy bay có cánh không đối xứng cũng có những hạn chế. Trước hết, với góc quét lớn, công xôn quét thẳng có góc tấn công hiệu quả lớn hơn công xôn quét ngược, dẫn đến lực cản không đối xứng và hậu quả là làm xuất hiện các mô men quay ký sinh trong cao độ, lăn và ngáp. Vấn đề thứ hai là KAIS được đặc trưng bởi sự gia tăng lớn gấp hai lần độ dày của lớp biên dọc theo sải cánh, và bất kỳ sự dừng không đối xứng nào của dòng chảy đều gây ra nhiễu loạn dữ dội. Tuy nhiên, bất chấp điều này, người ta tin rằng các tác động tiêu cực có thể được loại bỏ bằng cách đưa vào hệ thống điều khiển fly-by-wire, hệ thống này sẽ tự động ảnh hưởng đến các điều khiển khí động học của máy bay, tùy thuộc vào các thông số khác nhau: góc tấn, tốc độ bay, cánh quét. góc. Trong mọi trường hợp, để kiểm tra tất cả các tính toán, cần phải xây dựng một mô hình bay.
Ý tưởng KAIS đã được thử nghiệm thành công trên một mô hình không người lái, sau đó cần chuyển sang chế tạo một chiếc máy bay chính thức. Dự án thử nghiệm được NASA đặt tên là AD-1 hoặc Ames Dryden-1. Máy bay được đặt tên theo các trung tâm nghiên cứu đã làm việc trong dự án - NASA Ames và NASA Dryden. Đồng thời, các chuyên gia của Boeing chịu trách nhiệm thiết kế tổng thể của máy bay. Theo tính toán của các kỹ sư NASA và các điều khoản tham khảo có sẵn, công ty Rutan Aircraft Factory của Mỹ đã lắp ráp chiếc máy bay theo yêu cầu. Đồng thời, một trong những yêu cầu của dự án là giữ trong phạm vi ngân sách 250 nghìn đô la. Vì vậy, máy bay thử nghiệm được chế tạo đơn giản nhất có thể về mặt công nghệ và giá rẻ; động cơ khá yếu được lắp đặt trên máy bay. Máy bay mới đã sẵn sàng vào tháng 2 năm 1979, sau đó nó được chuyển đến California tại sân bay Dryden của NASA.
Cánh của máy bay thử nghiệm AD-1 có thể quay theo trục trung tâm một góc 60 độ, nhưng chỉ quay ngược chiều kim đồng hồ (giải pháp này đã đơn giản hóa thiết kế một cách đáng kể mà không làm mất đi những ưu điểm của nó). Cánh máy bay quay với tốc độ 3 độ / giây được cung cấp bởi một động cơ điện nhỏ gọn, được lắp bên trong thân máy bay ngay phía trước các động cơ chính. Sau này, hai động cơ tuốc bin phản lực Microturbo TRS18 cổ điển do Pháp sản xuất với lực đẩy 100 kgf mỗi chiếc đã được sử dụng. Khoảng cách của cánh hình thang khi được đặt vuông góc với thân máy bay là 9, 85 mét, và khi rẽ tối đa - chỉ 4, 93 mét. Đồng thời, tốc độ bay tối đa không quá 400 km / h.
Máy bay cất cánh lần đầu tiên vào ngày 21 tháng 12 năm 1979. Trong chuyến bay đầu tiên, nó đã được phi công thử nghiệm Thomas McMurphy của NASA bay. Việc máy bay cất cánh được thực hiện với một cánh cố định vuông góc, góc quay của cánh đã thay đổi trong quá trình bay sau khi đạt đến tốc độ và độ cao cần thiết. Trong 18 tháng tiếp theo, với mỗi chuyến bay thử nghiệm mới, cánh của máy bay AD-1 được xoay 1 độ, đồng thời ghi lại tất cả các chỉ số bay. Kết quả là vào giữa năm 1980, chiếc máy bay thử nghiệm đã đạt được góc cánh tối đa là 60 độ. Các chuyến bay thử nghiệm tiếp tục cho đến tháng 8 năm 1982, với tổng số 79 chuyến bay của máy bay. Sự việc xảy ra như vậy là trong chuyến bay cuối cùng vào ngày 7 tháng 8 năm 1982, chiếc máy bay được nâng bởi Thomas McMurphy, trong khi 17 phi công khác nhau đã bay trên nó trong toàn bộ thời gian thử nghiệm.
Chương trình thử nghiệm giả định rằng các kết quả thu được sẽ giúp sử dụng sự thay đổi không đối xứng trong độ quét của cánh khi thực hiện các chuyến bay liên lục địa dài - tốc độ và khả năng tiết kiệm nhiên liệu đáng lẽ phải được đền đáp một cách tốt nhất ở khoảng cách rất xa. Máy bay thử nghiệm AD-1 của NASA đã nhận được đánh giá tích cực từ các phi công và chuyên gia, nhưng dự án không nhận được sự phát triển thêm. Vấn đề là chương trình ban đầu được xem như một chương trình nghiên cứu. Sau khi nhận được tất cả các dữ liệu cần thiết, NASA chỉ cần gửi một chiếc máy bay duy nhất đến nhà chứa máy bay, từ đó sau đó nó được chuyển đến bảo tàng hàng không. NASA luôn là một tổ chức nghiên cứu không liên quan đến việc chế tạo máy bay, và không có nhà sản xuất máy bay nào lớn nhất quan tâm đến khái niệm cánh quay. Theo mặc định, bất kỳ chuyên cơ chở khách liên lục địa nào phức tạp hơn và lớn hơn máy bay AD-1 "đồ chơi", vì vậy các công ty không mạo hiểm. Họ không muốn đầu tư vào nghiên cứu và phát triển, mặc dù một thiết kế đầy hứa hẹn, nhưng vẫn còn đáng ngờ. Theo họ, thời điểm cho sự đổi mới trong lĩnh vực này vẫn chưa đến.
Hiệu suất bay của NASA AD-1:
Kích thước tổng thể: dài - 11, 8 m, cao - 2, 06 m, sải cánh - 9, 85 m, diện tích cánh - 8, 6 m2.
Trọng lượng rỗng - 658 kg.
Trọng lượng cất cánh tối đa - 973 kg.
Nhà máy điện là 2 động cơ tuốc bin phản lực Microturbo TRS18-046 với lực đẩy 2x100 kgf.
Tốc độ hành trình - 274 km / h.
Tốc độ tối đa lên đến 400 km / h.
Phi hành đoàn - 1 người.
