Ringplane: velivolo ad ala chiusa

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Un aeroplano con un'ala chiusa non può volare - è stato dimostrato dal tempo. Gli aeroplani ad anello sono stati tentati sin dai tempi dei fratelli Wright e nessuna struttura del genere è stata in grado di rimanere in volo per diversi minuti. Ma la mente umana non si arrende. Nel 2007, dopo 100 anni e più di 20 tentativi, è decollato un dispositivo simile. E ha dimostrato di essere un aereo maneggevole, leggero e resistente.

Questa storia è iniziata nel 1988, quando le cose si stavano già avviando verso il crollo dell'Unione, ma la speranza di stabilità era ancora cova nel cuore dei leader del grande stato. Il club di creatività tecnica presso il Minsk Gear Plant ha ricevuto un compito creativo da una struttura agricola locale: progettare un velivolo manovrabile e leggero in grado di resistere a forti venti laterali. Il "contadino" più popolare in quel momento era AN-2: poteva portare a bordo molti fertilizzanti e attrezzature per l'irrorazione. Ma il vento era il suo terribile nemico: negli infiniti campi di Kuban, l'AN-2, in termini di controllabilità, assomigliava a un elefante pazzo. Il tecnico dell'aviazione Arkady Alexandrovich Narushevich, il pilota Anatoly Leonidovich Gushchin e diverse altre persone hanno preso il caso. Dopo lunghe ricerche, Narushevich è giunto a una conclusione inaspettata: è necessario costruire un aereo con un profilo alare chiuso, ma non circolare, ma ovale. Sono stati costruiti diversi modelli, che hanno volato con successo (noto che durante la nostra conversazione Narushevich ha realizzato un modello di carta in 15 minuti - ed è volato!). Gli appassionati acquistavano materiali e costruivano un'ala ovale. E poi il 1991 si è schiantato. L'URSS è rimasta nel passato, i finanziamenti sono terminati in pochi giorni e i fondi rimanenti sono stati ritirati. L'ala è stata inviata per lo stoccaggio a lungo termine e il progetto dell'aereo è stato dimenticato. Ma questo era lontano dalla fine.

Da Bleriot a Zhivodan

Il 17 dicembre 1903 un uomo prese il volo per la prima volta su un aereo con un motore. L'uomo si chiamava Orville Wright e l'aereo si chiamava Wright Flyer I.

Nonostante il notevole successo dei fratelli Wright, numerosi inventori hanno escogitato varie configurazioni di ali, secondo i loro concetti, più efficaci dei normali aerei Wright. Uno dei pionieri dell'aviazione fu l'inventore francese Louis Bleriot, che costruì il suo primo ornitottero nel 1900. È vero, solo l'undicesimo modello, costruito nel 1909, divenne il primo vero aereo volante di Bleriot. A noi non interessa affatto, ma al velivolo Bleriot III, progettato nel 1906 e mai decollato. È stato il primo velivolo ad ala chiusa nella storia della costruzione aeronautica.

Bleriot stava solo sperimentando, a caso. Ha collegato le estremità delle ali di un biplano convenzionale in semicerchi e ha installato lo stesso design della coda. È vero, l'idrovolante "Bleriot III" risultante non è mai decollato dall'acqua da solo. Testimoni oculari hanno descritto diversi voli, quando il dispositivo è stato trainato come un aquilone, ma niente di più.

Oggi gli errori di Blériot sono evidenti: coda troppo pesante, elevate perdite di portanza dovute a un profilo alare scelto in modo errato. Ma resta il fatto: gli aerei ad ala chiusa hanno iniziato il loro viaggio nell'aviazione.

Oltre a Bleriot, diversi altri designer dell'inizio del secolo sperimentarono l'ala chiusa. L'aereo dell'ingegnere francese Zhivodan, costruito da lui nella fabbrica di Velmorel nel 1909, era famoso un tempo. Tutti e tutti, compreso Scientific American e una serie di pubblicazioni rispettate, hanno scritto della straordinaria macchina che apre una nuova era dell'aviazione. Nell'aereo di Zhivodan, il ruolo delle ali era svolto da due figure a forma di anello, tra le quali si trovava il sedile del pilota. Il motore pesava 80 kg e sviluppava 40 CV ruotando un'elica di 2,4 metri. Come ci si potrebbe aspettare, la strana struttura, che ricorda un tubo con una sezione centrale strappata, non si è sollevata in aria. Vale la pena notare che il progettista di aeromodelli francese Emmanuel Fillon ha progettato un modello funzionante dell'aereo di Zhivodan negli anni '80. E il modello è volato magnificamente. Cioè, le sue proprietà aerodinamiche non erano così male. La massa eccessiva o la bassa potenza del motore potrebbero aver impedito il decollo dell'originale.

Vale la pena menzionare un altro fantastico design: il cosiddetto Gary-Plane dell'americano William Pierce Gary. L'aereo di Gary (1910) aveva un'ala piatta a forma di anello con un diametro di 8 m - più di quattro altezze umane! È vero, l'aereo di Gary si distingueva per la sua terribile instabilità: tutti i tentativi di volare su di esso finivano per ribaltarsi in avanti.

Fine anni '90: secondo vento

Nel 1998 Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants e un certo numero di altri piloti convinsero Narushevich a continuare a lavorare sull'aereo. Una certa compagnia privata si interessò all'aereo, furono trovati i soldi, l'ala semidimenticata fu restaurata e la squadra iniziò ad assemblare la fusoliera. Tutto è stato fatto da zero. A meno che il carrello di atterraggio non sia stato preso dall'elicottero Mi-1 e il cruscotto sia stato preso dall'AN-2. L'auto è stata progettata per un potenziale consumatore: sedili per uno o due piloti e tre passeggeri a semicerchio. Al posto dei passeggeri, è stato possibile posizionare contenitori per lo stoccaggio di fertilizzanti e attrezzature per l'irrorazione …

Una caratteristica importante dell'aereo di Narushevich era che l'ala ovale non era attaccata direttamente alla fusoliera. Si trovava all'interno dell'ala su cremagliere e sospensioni. Pertanto, l'ascensore è stato creato su tutta la superficie dell'ala.

Nel 2004 sono stati effettuati i primi test sul campo della macchina ricevuta. Ha effettuato diversi voli in condizioni di calma e vento laterale. Gli inventori hanno scoperto che il dispositivo ha proprietà aerodinamiche molto insolite. In primo luogo, un aereo con un'ala ovale (lo chiameremo ulteriormente SOC) non ha reagito affatto a raffiche di vento laterale fino a 13 m / s. In secondo luogo, per una corsa di decollo, 150 m erano sufficienti (per l'AN-2 - 180 m, per altri velivoli della stessa classe a volte anche di più). Ma la cosa principale si è rivelata il rapporto pratico tra il carico utile e il peso a vuoto totale dell'aereo: 0,45! Finora, nessuno si è avvicinato a un tale coefficiente. L'aereo potrebbe essere mostrato in sicurezza ai futuri investitori.

Oggi lo strano "ovaloplane" di Louis Bleriot sembra assurdo: troppi errori sono stati fatti dal designer francese durante la sua costruzione. Ma Bleriot agì a caso: nel 1906 nessuno sapeva quale configurazione alare sarebbe stata vincente.

Anelli di decollo verticali

Tra i progetti tedeschi della seconda guerra mondiale, molti erano assolutamente sorprendenti per coraggio e originalità. Pertanto, il caccia-intercettore a decollo e atterraggio verticale "Lark" (Lerche) progettato da Ernst Heinkel (1944) aveva un'ala chiusa a nove lati e due motori indipendenti Daimler-Benz 605D, ciascuno dei quali ruotava la propria elica. Entrambe le eliche si trovavano all'interno dell'ala. Per quel tempo, l'aereo era insolito in quanto significava decollo e atterraggio verticale.

È difficile dire cosa avrebbe fatto Heinkel se Lark fosse stata incarnata nel metallo. Nel 1945, Heinkel sviluppò anche LercheII, non c'era abbastanza tempo per il primo e il progetto scomparve nell'oscurità. Tuttavia, tutti hanno l'opportunità di pilotare l'Allodola - nel gioco per computer IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946”.

Ma i francesi nel 1959 hanno trovato l'opportunità di incarnare il loro capolavoro ad anello nel metallo. L'incredibile jet SNECMA C-450 Coleoptere è persino decollato. È vero, è atterrato abbastanza duramente, quasi seppellendo il pilota sotto di sé. In effetti, Snecma sviluppò il velivolo senza pilota ad ala anulare anche prima, nel 1954. Gli fu dato il nome lirico Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) e fece più di 200 voli di prova con successo. Come il German Lark, era un aereo a decollo e atterraggio verticale. Il passo successivo fu la creazione di un veicolo con equipaggio, che divenne il C-450. Il caccia di otto metri fu lanciato con successo, ma durante la transizione dal volo verticale al volo orizzontale, dimostrò una completa incapacità di mantenere l'altitudine e precipitò come una pietra. Il pilota è stato espulso e il costoso progetto è stato immediatamente chiuso.

Snecma C-450 (1959) Poteva volare solo in verticale. Quando il pilota ha cercato di passare al volo orizzontale, la struttura sperimentale è caduta come una pietra. Il progetto di velivoli ad ala chiusa è stato immediatamente chiuso.

SNECMA C-450 (1959)

Poteva volare solo in verticale. Quando il pilota ha cercato di passare al volo orizzontale, la struttura sperimentale è caduta come una pietra. Il progetto di velivoli ad ala chiusa è stato immediatamente chiuso.

L'ultimo tentativo di creare un ringplane a decollo verticale fu il progetto americano Convair Model 49 (1967). Convair è ora ben noto per il suo design sottomarino e una serie di altri design folli. Il Model49 era un ibrido tra un aereo e un elicottero. La sua ala a forma di anello nascondeva un arsenale di cui un intero reggimento di artiglieria poteva essere orgoglioso. Mitragliatrici, lanciagranate, cannoni e lanciarazzi - "49th" potrebbe dare battaglia da solo a un esercito a tutti gli effetti. Se è stato fatto. Il folle progetto è stato saggiamente respinto dal governo degli Stati Uniti.

Ala chiusa nuova vita

Nel 2006, gli esperti si sono nuovamente interessati al tema dell'ala ovale. In una delle imprese di Minsk, è stato organizzato un lavoro di progettazione sperimentale (R&S) per ripristinare un aeromobile con un'ala ovale, testarlo e studiarne le caratteristiche aerodinamiche. Il capo progettista della ROC era Alexander Mikhailovich Anokhin, un ex pilota militare con una solida esperienza di 35 anni. Narushevich e Gushchin divennero membri dell'ufficio di progettazione. Nel 2008, il dottore in scienze fisiche e matematiche, il professor Leonid Ivanovich Grechikhin è stato coinvolto nel lavoro. Ha lavorato sulle proprietà aerodinamiche dei razzi con il famoso Korolev, e ora consulta e tiene conferenze in vari istituti della CSI. Di conseguenza, è stata costituita una squadra, che continua a lavorare su questo argomento anche adesso.

Il problema era che l'aereo non decollava in cielo dal 2004 ed era diventato praticamente inutilizzabile. Ma i lavori erano in pieno svolgimento. L'aereo è stato modificato, preparato per i voli e rimosso dall'hangar. Iniziarono le prove. La configurazione del veicolo è rimasta la stessa, ma la messa a punto è stata seria, fino alla modifica del profilo dell'ala. Un lavoro significativo (che continua ora) è andato a Grechikhin: è stato costruito un aereo con un'ala ovale, ma nessuno lo aveva precedentemente calcolato in dettaglio!

Caratteristiche tecniche

Cos'è il SOC oggi? Questo è sicuramente un aeroplano. Ma in termini di qualità nell'aria, differisce notevolmente dalle normali macchine con ali piatte o arrotondate. Un'ala piatta ordinaria è caratterizzata da una resistenza induttiva: l'aria dalla zona di alta pressione sotto l'ala tende a fluire nella zona di vuoto sulla superficie superiore attraverso le punte delle ali. In questo caso, dietro l'aereo si formano vortici terminali, la cui formazione consuma anche energia, che è il valore della resistenza induttiva.

Per un'ala ovale, il problema della resistenza induttiva non è rilevante, poiché non ha punte. Inoltre, il flusso d'aria in ingresso, passando attraverso un circuito chiuso, è diretto verso il basso, creando ulteriore forza di sollevamento. Maggiore è l'angolo di attacco dell'ala, più forte è questo effetto. E l'angolo di attacco di un tale progetto può essere senza precedenti.

Lo stallo del flusso si verifica quando il getto d'aria, con un aumento dell'angolo di attacco, cessa di fluire dolcemente attorno alla superficie superiore dell'ala e si stacca da essa con la formazione di vortici. In questo caso la portanza sull'ala scompare immediatamente e l'attrezzo perde il controllo. L'ala ovale permette un angolo di attacco dell'ala fino a 50°, mentre i suoi concorrenti più vicini raggiungono un massimo di 20-22°. L'aria all'interno dell'anta chiusa rende difficile lo stallo del flusso dalla superficie superiore della parte inferiore dell'anta. E quando il flusso lascia il circuito chiuso, a causa dell'espulsione (il processo di miscelazione di due mezzi, quando un mezzo trascina l'altro), "risucchia" l'aria che passa lungo la superficie superiore della parte superiore dell'ala. Questi dati non sono stati ottenuti empiricamente: l'ala ovale è stata "versata" nel canale d'acqua.

Prima di incarnarsi in metallo e decollare in aria, l'aereo bielorusso con un'ala chiusa ha attraversato tre "reincarnazioni": la sua costruzione è iniziata nel 1988.

La capacità di volare ad angoli di attacco estremamente elevati, insieme all'effetto di deflessione del flusso, consente all'aereo di volare a velocità estremamente basse senza l'uso di flap. Il SOK manca di meccanizzazione alare, il che non gli impedisce di decollare e atterrare in modo affidabile. La resistenza allo stallo senza precedenti consente all'aereo di volare in modo stabile e affidabile sulla più ampia gamma di velocità.

Molte qualità di SOC sono sorprendenti. Riesce ad accelerare, salire e atterrare su una pista erbosa irregolare lunga solo 400 m, a motore spento, pianifica bene e generalmente si comporta molto stabile in aria. L'ala ovale rende l'aereo più manovrabile ed efficiente nei consumi. Inoltre, l'anello chiuso conferisce all'ala una forza extra. Secondo Grechikhin, gli aerei con le ali classiche si esauriranno presto. È molto semplice: più grande è l'aereo, più pesante e potente è la sua ala, più difficile è mantenere la sua rigidità. Essenzialmente, l'aereo trasporta una massa di carico "inutile" - il peso dei suoi stessi longheroni. E l'ala ovale è due volte più leggera per la stessa portanza.

Problemi tradizionali

Il problema principale è che le leggi bielorusse sull'aviazione non prevedono affatto la creazione di aeromobili sul territorio del paese e le loro operazioni di volo. Di recente, Midivisana ha creato un ufficio di progettazione specializzato per lo sviluppo di veicoli aerei senza equipaggio sotto la guida di Anokhin. Tra i dipendenti ci sono sia Narushevich che Gushchin. Il team consolidato di appassionati non perde la speranza che almeno in un aereo senza pilota saranno in grado di realizzare la loro invenzione: un'ala ovale chiusa.

Ringplan Sukhanov

Anche in URSS furono fatti tentativi per creare un aereo ad anello. Nel 1936, uno studente dell'Istituto dell'aviazione di Mosca Sukhanov presentò come tesi il progetto di un aeroplano con un'ala anulare per la difesa. Il diametro dell'ala era di 3 m e la velocità di progetto di 600 km / h doveva essere fornita dal motore Hispano-Suiza da 800 cavalli. Nel 1940, il diploma era diventato un progetto a tutti gli effetti di un caccia-intercettore a decollo e atterraggio corto ed era stato preso in considerazione dal consiglio scientifico e tecnico di TsAGI. Ma è arrivata la guerra, non c'erano tempo e denaro per la costruzione dell'aereo, e ancora di più per i suoi test. Nel 1942, a Novosibirsk, Sukhanov costruì un modello funzionante dell'aereo ad anello. I test sui modelli hanno dimostrato che l'aereo può resistere ad angoli di attacco fino a 43 °, ha un elevato rapporto potenza-peso, proprietà anti-spin e un'eccellente manovrabilità. Sukhanov ricevette il certificato dell'autore, eseguì tutti i calcoli, ma il piano del ring, a causa della guerra e della devastazione nel paese, non vide mai la luce.

L'ala mostra le sue proprietà solo in un certo rapporto tra gli assi dell'ellisse, la lunghezza della corda dell'ala rispetto all'asse minore dell'ellisse e altre sfumature del profilo dell'ala. I progettisti hanno richiesto un brevetto e hanno ricevuto certificati di priorità per questa forma di ala in Bielorussia e Russia. Ora, a quanto pare, nessuno sarà in grado di ripetere il loro successo, perché tutti i "corridoi" disponibili di parametri alari vantaggiosi sono già stati tracciati.

Per il periodo dall'inizio dello sviluppo alla costruzione del primo modello di produzione di un aereo a motore leggero, sono necessari circa $ 12 milioni, afferma Alexander Anokhin. “Possiamo persino realizzare un deltaplano con un'ala del genere. Riesci a immaginare? Deltaplano, non abbiate paura del vento al traverso! Il problema principale non è nemmeno il finanziamento: appena SOK arriva a MAKS, ad esempio, si trovano investitori. Il problema è nella legislazione bielorussa, secondo la quale un aereo creato sul territorio del paese è estremamente difficile da registrare, e in questo caso è semplicemente impossibile, poiché non appartiene alle classi di aeromobili conosciute. Tuttavia, esiste già un accordo con l'aeroporto di Voronezh, che dovrebbe essere utilizzato per ulteriori test del veicolo.

Qual è il prossimo? Vediamo. Resta il fatto. Per la prima volta nella storia della costruzione aeronautica decollò un aereo ad ala chiusa. Forse siamo alla vigilia di nuove scoperte. O forse è solo un aereo curioso, un incidente isolato. Il tempo lo dirà.