16:08

Самолёт DEMON без элеронов, закрылков и рулей

Можно ли управлять движением самолёта, не используя ни единой подвижной плоскости? Решение этой задачи сулит целый ряд выгод, но на пути к заветной цели конструкторы уже набили немало шишек. Но вот новый экзотический британский аппарат совершил, по определению его создателей, "исторический полёт". Исторический не исторический, а важный – это точно.

17 сентября 2010 года с аэродрома на острове Уолни (Walney) в Камбрии в небо поднялся беспилотный турбореактивный самолёт DEMON. Этот уникальный аппарат избавлен своими создателями от необходимости использования для манёвров элеронов, закрылков и рулей.

Правда, эти подвижные элементы оперения на "Демоне-демонстраторе" всё же присутствуют, но отключаемые. Оставили их для того, чтобы сравнивать поведение машины при управлении классическим и новым способами.

Последний называется "жидкостный (или, можно сказать, струйный) контроль полёта" (fluidic flight control). Если говорить упрощённо, работает он так: воздух, усиленно нагнетаемый в отдельные участки внешнего потока близ несущих поверхностей, меняет распределение давления вокруг аппарата и тем самым разворачивает его в нужную сторону.



Так выглядит результат пяти лет работы и потраченных на неё $9,8 миллиона (фото BAE Systems).

Замысловатая вроде бы схема имеет глубокий смысл и в конечном счёте приводит к упрощению устройства самолёта, к повышению надёжности аппарата.



Часть миссии DEMON, в теории, способен выполнять полностью автономно, но пока для тестов используется только дистанционное управление (фото с сайта cranfield.ac.uk).

Поясним, традиционная механизация крыла применяется не только для управления самолётом по крену, но и для регулирования подъёмной силы на взлёте и при посадке, движении с малой скоростью, а на аппаратах-бесхвостках она выполняет и функцию руля высоты.

Все эти закрылки, флапероны и элероны неплохо работают со времён братьев Райт, но, очевидно, повышают сложность конструкции, её вес, трудоёмкость обслуживания и шанс на поломку. Потому инженеры ищут альтернативные способы изменения направления или высоты полёта.

И тут уже много лет эксперименты идут в области управления пограничным слоем, отталкивающимся, в свою очередь, от эффекта Коанды. Откачивая или вдувая воздух в ключевых точках крыла или фюзеляжа, можно с помощью сравнительно тонких струй влиять на бег больших потоков.



Слева показан общий принцип создания дополнительной силы на крыле для управления машиной по разным осям (нарисован разрез задней кромки крыла).

Справа: помимо управления обтеканием крыльев учёные создали для своего беспилотника систему, работающую как сопло с отклоняемым вектором тяги, но без подвижных частей. Здесь действует тот же физический принцип – подача отдельных струй воздуха в зазор между основным соплом двигателя и корпусом вызывает отклонение всей реактивной струи (иллюстрации FLAVIIR).


Вот только обычно явление это новаторы использовали для уменьшения аэродинамического сопротивления самолёта и резкого увеличения подъёмной силы на малых скоростях, а иной раз и вовсе — как основной метод создания подъёмной силы.

А британцы нацелили свою разработку именно на проблему управления. Не зря DEMON был построен в рамках программы с говорящим названием "Интегрированное промышленное исследование летательного аппарата без управляющих поверхностей" (Flapless Air Vehicle Integrated Industrial Research — FLAVIIR).



В числе теоретических преимуществ схемы управления без отклоняемых щитков – меньшая заметность машины для радаров, каковую оценят военные (фото BAE Systems).

Весит DEMON 90 килограммов, размах его крыльев равен 2,5 метра, а скорость достигает 278 километров в час.

Родился этот необычный аппарат в кооперации транснационального аэрокосмического и оружейного гиганта BAE Systems, университета Крэнфилда (Cranfield University) и девяти других организаций Великобритании. Финансируется программа FLAVIIR компанией BAE Systems и британским Советом по инженерным и физическим научным исследованиям (EPSRC).



Построив DEMON, его авторы подчеркнули, что не просто разработали и испытали новую систему управления полётом аппарата. Проект включал исследовательские работы по новым материалам, технологиям производства и многие другие сопутствующие эксперименты (иллюстрация BAE Systems).

Итак, нагнетание воздуха в набор щелей в крыле создаёт на его поверхностях желаемые перепады давлений, что и приводит к поворотам, снижению или набору высоты. Первый же полёт беспилотника DEMON без включения классических элеронов и закрылков показал, что данная идея работоспособна.

Для того чтобы применить описываемый эффект для контроля за полётом беспилотника, форму задней кромки его крыла несколько изменили (в сравнении с традиционными профилями). Однако её общая толщина осталась примерно такой же, как у обычных самолётов, что важно в плане перспективы распространения технологии.

Это в общем-то и всё, что можно заметить при беглом осмотре самолёта снаружи, не считая необычного вида выходного сопла двигателя. Остальные новации (то есть комплекс механизмов, управляющих всеми этими добавочными воздушными потоками) – скрыты внутри.



Разные аспекты работы технологии fluidic flight control были сперва проверены в численном моделировании, а затем на целом ряде масштабных и полноразмерных моделей в аэродинамической трубе. Только потом пришла очередь лётного образца – "Демона" (фото BAE Systems, FLAVIIR).

В пресс-релизе BAE Systems Ричард Уильямс (Richard Williams), директор программы инноваций Future Capability, сказал о полёте в Камбрии: "Я уверен, что стал свидетелем важного момента в истории авиации".


"Заставить самолёт летать и маневрировать безопасно без использования обычных рулей — это само по себе достижение. В то же время для его реализации мы применили ряд новых методов строительства и новых механизмов управления. Это очень амбициозная цель. И мы её достигли", — добавил профессор из Крэнфилда Джон Филдинг (John Fielding), главный инженер и лидер команды, спроектировавшей "Демона".



Инженеры и учёные с Туманного Альбиона потратили немало часов на оптимизацию конструкции, позволившую сократить число деталей и упростить сборку. И даже такая экзотическая тема, как стойкость электрооборудования к ударам молний, вошла в список направлений программы FLAVIIR (фото BAE Systems, FLAVIIR).

Британцы говорят, что DEMON не будет производиться серийно, но отработанные на нём принципы в будущем, вполне вероятно, найдут применение на других летательных аппаратах. DEMON, собственно говоря, для того и нужен, чтобы набить новые шишки с экзотической технологией.


Membrana

Просмотров: 1784
Рейтинг: 5.0/1
Добавлено: 30.09.2010

Темы: струйный, рулей, закрылков, без элеронов, жидкостный контроль полёта, demon, самолёт
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]