Aviacijos idėjos: žiedinio lėktuvo koncepcija (Video) (23)
Laikas įrodinėjo, kad lėktuvas su uždaru sparnų kontūru (vadinkime jį tiesiog žiediniu lėktuvu) skraidyti negali, nors tokius konstruoti bandyta nuo pat brolių Raitų laikų. Nė vienas iš originaliųjų kūrinių nesugebėdavo ore išsilaikyti ilgiau nei keletą minučių. Tačiau žmogaus protas taip lengvai nepasiduoda. Praėjus maždaug 100 metų nuo paskutiniųjų bandymų, žiedinis lėktuvas vis tik pakilo. Paaiškėjo, kad „(ne)gimusysis skraidyti“ iš tikrųjų gali būti labai manevringa, lengva ir patikima oro transporto priemonė. Dar įdomiau, kad unikalus lėktuvas buvo sukonstruotas ir išbandytas visai šalia Lietuvos – kaimyninėje Baltarusijoje.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kūrybinio užsakymo ėmėsi aviatechnikas Arkadijus Naruševič, lakūnas Anatolijus Guščinas ir dar keletas žmonių. Ilgai ieškojusi tinkamiausios sprendimo, darbo grupė priėjo netikėtą išvadą: reikia konstruoti žiedinį lėktuvą su uždaru sparnų kontūrų. Tiksliau – sparnų kontūras turėtų būti ne apskrito, bet ovalaus žiedo formos. Konstruktoriai iš paprastų medžiagų (popieriaus, kartono) pabandė „nulipdyti“ keletą bandomųjų egzempliorių, ir šie nepriekaištingai skraidė. (Beje, konstruktorius po kelių dešimtmečių kalbinę žurnalistai pasakoja, jog pokalbio metu A.Naruševič per 15 minučių išlankstė popierinį žiedinio lėktuvo modelį, kuris sėkmingai skrido).
Tačiau atėjo 1991-ieji, Sovietų Sąjunga griuvo ir apie tinkamą finansinį rėmimą baltarusių konstruktoriams beliko tik pasvajoti. Ovalinio sparno brėžiniai buvo padėti į archyvus, o lėktuvo projektas – pamirštas. Tiesa, tai buvo toli gražu ne pabaiga.
Žiupsnelis istorijos
Žmogus į orą motorizuotu lėktuvu pirmąsyk pakilo 1903 m. gruodžio 13 d. Orlaivį, pavadinimu „Wright Flyer I“ („Raito skraidyklė I“) pilotavo Orvilis Raitas (Orville Wright).
Nepaisant sėkmingo brolių Raitų techninio sprendimo, gausios išradėjų gretos mėgino išgalvoti pačių įvairiausių ir netikėčiausių sparnų konstrukcijų – buvo ieškoma efektyvesnio (efektyviausio) sprendimo. Vienas aviacijos pionierių buvo prancūzas Lui Blerijo (Louis Bleriot), dar 1900-aisiais sukonstravo skraidantį aparatą – ornitopterį ("ornithopter"). Tačiau rimtai skraidyti sugebančiu L.Blerijo aparatu tapo tik 11-asis jo kūrinys, pasaulį išvydęs 1909 m. Tiesa, kalbant apie žiedinį lėktuvą, įdomus visai kitas modelis – hidroplanas „Bleriot III“, kurį konstruktorius sumeistravo 1906 m. Jis niekada taip ir nebuvo pakilęs į orą, tačiau tai buvo pirmasis lėktuvas aviacijos istorijoje su uždaru sparnų kontūru.
L.Blerijo tiesiog eksperimentavo – aklai. Jis puslankiais sujungė įprasto biplano sparnų galus ir panašią konstrukciją pasodino lėktuvui „ant uodegos“. Tačiau hidroplanas nuo vandens paviršiaus savarankiškai taip ir nebuvo atsiplėšęs, nors liudininkai pasakojo, jog aparatas keletą sykių skrido – kai buvo tempiamas kita transporto priemone. Gali būti, kad sėkmingai pakilti lėktuvui trukdė per sunki uodegos konstrukcija ir keliamosios galios praradimas dėl neteisingo sparnų kontūro. Tačiau žiedinių lėktuvų istorijai impulsas buvo duotas. Be L.Berlijo, uždaro sparno idėją išmėgino dar keletas XX a. pradžios konstruktorių. 1909 m. kitas prancūzų inžinierius Živodanas (Givaudan) Vermorelio gamykloje sukonstravo savo skraidyklės su uždaru sparnų kontūru versiją. Apie keistą kūrinį tada rašė visi, kas netingėjo – įskaitant ir būsimąjį technologijų bei mokslo populiarinimo gigantą „Scientific American“. Živodano žiedinio lėktuvo modelyje piloto kabina buvo įsprausta tarp priekinio ir galinio sparnų žiedų. Lėktuvo variklis svėrė 80 kg ir suko 2,4 metro skersmens propelerį. Keista konstrukcija, kaip ir buvo galima tikėtis, į orą taip pat nesugebėjo pakilti. Tačiau Živodano modelis buvo atgaivintas 1980-aisiais. Aparatą su žiedinėmis sparnų konstrukcijomis „reanimavo“ Emanuelis Filonas (Emmanuel Fillon). „Reanimuotasis“ sėkmingai skraidė: aerodinaminės orlaivio charakteristikos buvo pakankamai neblogos, o pakilti į orą nuolatinių skrydžių šio aparato pirmtakui, kaip spėjama, kliudė per didelė masė ar variklio galios stoka. Verta paminėti ir dar vieną stebinančią konstrukciją – vadinamąjį „geripleiną“ („Gary-Plane“), kurį 1910 m. sukūrė amerikietis Viljamas Pirsas Geris (William Pierce Gary). Tiesa, žiedinės konstrukcijos skersmuo siekė 8 metrus, ir skraidyklė labai stigo stabilumo – visi bandymai pakilti baigdavosi „griuvimais“ nosimi pirmyn.Vertikalaus pakilimo žiedai
Nemažai Antrojo pasaulinio karo laikų Vokietijoje kurtų orlaivių projektų savo užmojų drąsumu ir standartų laužymu buvo tiesiog neįtikėtini. Ernsto Heinkelio (Ernst Heinkel) 1944 m. nubraižytas naikintuvo „Lerche“ („Vieversys“) modelis turėjo uždarą devynkampį sparną ir du savarankiškai veikusius „Daimler-Benz 605D“ variklius, sukusius po atskirą propelerį. Abu propeleriai buvo montuojami sparno viduje. Lėktuvas buvo neįprastas ne tik savo išvaizda, bet ir numatomu gebėjimu vertikaliai kilti bei tūpti.
Jei vokiečių žiedinis lėktuvas taip ir liko brėžiniuose, 1959 m. prancūzų žiedasparnis šedevras ne tik įsikūnijo metalo pavidalu, bet ir pakilo į orą. Tiesa, ypatingasis reaktyvinis lėktuvas SNECMA C-450 Coléoptére nutūpė (jei taip galima pavadinti smigimą akmeniu žemyn) gana „skaudžiai“ – vos neužmušdamas juo skridusio piloto-bandytojo. Beje, bendrovė SNECMA analogišką bepilotį skraidymo aparatą buvo sukonstravusi dar 1954 m. – jis buvo romantiškai pavadintas „Skrajojančia žvaigžde“ („Atar Volant C-400 P-1“). Bepilotis SNECMA žiedasparnio lėktuvo pirmtakas sėkmingai atlaikė dvi dešimtis bandomųjų skrydžių. Šis lėktuvas taip pat sugebėjo kilti ir tūpti vertikaliai. Kaip jau užsiminėme, pilotuojamos versijos pilotui bandomojo skrydžio metu teko katapultuotis – kai jis vertikaliai pakilusį orlaivį pamėgino nukreipti horizontaliai. Po šio įvykio projektas buvo nedelsiant nutrauktas. Vienas paskutinių mėginimų sukurti žiedasparnį lėktuvą avacijos istorijoje buvo atliktas 1967-aisiais. Amerikiečių projektas „Convair Model 49“ (beje, bendrovė „Convair“ šiandien garsi savo kūrybos povandeniniais lėktuvais ir kitomis beprotiškomis konstrukcijomis) buvo lėktuvo ir sraigtasparnio hibridas. Po žiedinio pavidalo sparnu buvo slepiamas ginklų arsenalas – toks nebūtų padaręs gėdos visam artilerijos pulkui: kulkosvaidžiai, granatsvaidžiai, pabūklai ir raketos. Tačiau šis modelis taip ir liko brėžiniuose – JAV vyriausybė atšaukė projekto finansavimą. Bene įspūdingiausias žiedinio lėktuvo projektas – 1980 m. bendrovės „Lockheed“ kurtas civilinio lainerio modelis „Ring Wing“. Konstruktoriai modelį kūrė dvejus metus. Žiedinis sparnas užtikrino orlaivio tvirtumą ir mažino indukcinį pasipriešinimą. Tačiau keliamosios galios generavimo procese nepavyko išnaudoti šoninių sparno dalių. Šis trūkumas sumenkino projekto sėkmės tikimybę ir projektas buvo nutrauktas. Baltarusių konstruktoriai tvirtina kaip ant delno matą įspūdingo „Lockheed Ring Wing“ lainerio projektavimo klaidas. Pirmiausiai, projektuotojai sparno kontūrą „uždarė“ ties uodegos atrama. Tai gerokai menkina aerodinamines lėktuvo charakteristikas. Kitas stambus trūkumas – grubus sparnų tvirtinimas prie lėktuvo korpuso – tokiu atveju papildomos keliamosios galios generavimui neišnaudojama apatinė žiedinio sparno plokštuma. Žiedinio sparno renesansas Antrąjį kvėpavimą žiedinio lėktuvo istorija įgavo praėjusio šimtmečio pabaigoje. Grįžkime į Baltarusiją. 1998 m. jau minėtas A.Guščinas, Anri Naskidijansas ir dar keletas lakūnų įkalbėjo A.Naruševič tęsti žiedinio lėktuvo konstravimo darbus. Lėktuvo modeliu susidomėjo viena privati bendrovė, tad atsirado ir finansinis projekto rėmimas. Pamiršti žiedinio sparno konstrukcijos brėžiniai buvo vėl ištraukti į dienos šviesą, o juos kūrusi konstruktorių komanda ėmėsi surinkinėti korpusą. Konstravimo darbai buvo pradėti „nuo nulio“. Inžinieriai iš kitų oro transporto priemonių „pasiskolino“ tik keletą techninių elementų: rėmo konstrukcijos fragmentus – iš sraigtasparnio Mi-1, ir prietaisų skydelius – iš senuko An-2. Bandomasis lėktuvas buvo konstruojamas taip, kad juo skristi galėtų du pilotai ir trys pusračiu susėdę keleiviai. Keleivių sėdynes buvo įmanoma pakeisti trąšų barstymo įranga ar kitu panašios paskirties įrengimu. Išskirtinė konstruojamo lėktuvo ypatybė – žiedinis sparnas nebuvo tvirtinamas prie lėktuvo korpuso – korpusas buvo sumontuotas žiedinio sparno viduje. Tokiu būdu keliamąją galią galėjo generuoti visas žiedinio sparno paviršiaus plotas. 2004 m. buvo atlikti pirmieji neįprasto lėktuvo bandymai. Orlaivis keletą kartų pakilo – visai be vėjo ir pučiant šoniniam vėjui. Konstruktoriai atkreipė dėmesį į tai, kad naujasis aparatas pasižymi gana neįprastomis aerodinaminėmis charakteristikomis. Pirmiausiai, ovalinio sparno lėktuvas (OSL) visiškai nereagavo į šoninio vėjo gūsius, siekiančius net 13 m/s. Kad orlaivis pakiltų, užteko vos 150 m ilgio įsibėgėjimo tako (An-2 įsibėgėjimo tako ilgis – 180 m, kitų šios klasės lėktuvų – dar ilgesnis). Tačiau svarbiausia, kad lėktuvo naudingojo krovinio ir bendros jo masės santykio koeficientas siekė net 0,45.Baltarusijos inžinieriai prie ovalinio pavidalo sparnų projekto grįžo 2006 m.. Bėda ta, kad 2004 m. sukonstruotas sėkmingas bandomasis modelis nenaudojamas kiek paseno. Esminių aparato konfigūracijų buvo nuspręsta nekeisti, apsiribojant kosmetiniais patobulinimo ir atnaujinimo darbais.
Taigi, baltarusiai sutvėrė lėktuvą, pasižymintį ypatingomis charakteristikomis. Įprastam plokštuminiam sparnui yra būdingas indukcinis pasipriešinimas: iš didesnio slėgio zonos oras veržiasi į vadinamą „iškrovos zoną“. Tokiu būdu paskui lėktuvą nusidriekia oro sūkuriai, kurių suformavimui energija eikvojama bereikalingai. Ši energija ir apsprendžia indukcinio pasipriešinimo koeficientą.
Ovalinio kontūro sparnui indukcinio pasipriešinimo problema neaktuali – mat tokio kontūro sparnas, priešingai nei plokščio paviršiaus sparnai, neturi užlenktų galų (angl. k. – „wingtip device“). Be to, tekančio oro srautas, perėjęs uždaro kontūro sparną, nukreipiamas žemyn ir tokiu būdu generuoja papildomą keliamąją galią. Šis efektas tuo ryškesnis, kuo didesnis sparno atakos kampas. O tokios konstrukcijos sparne jis gali būti nepadoriai didelis.
Padidinus plokščio sparno atakos kampą, oro srautas nebeapgaubia sparno plokštumos tolygiai, tad skrodžiamo oro srautas pradedamas „laužyti“ – ima formuotis oro sūkuriai ir išsyk krenta sparno keliamoji galia. Tai pavojinga – orlaivis gali tapti nekontroliuojamu. Visa tai – įprastų plokščiasparnių lėktuvų bėdos.
O štai žiedinio kontūro sparnuose atakos kampą galima nustatyti net 50º. Pajėgiausi konkurentai pasižymi tik 20-22º maksimaliu sparnų atakos kampu. Tokį pranašumą žiedinis sparnas įgyja todėl, kad pro jį praskriejęs oro srautas ne „laužomas“, o pastiprinamas. Be to, papildomą keliamąją galią generuoja apatinė ovalinio sparno plokštuma. Itin didelis sparno atakos kampas sudaro galimybę lėktuvui skraidyti labai plačiu greičio diapazonu ir, pabrėžtina – itin mažu greičiu. Stebina ir kitos baltarusių žiedinio lėktuvėlio savybės. Orlaiviui įsibėgėti ir pakilti užtenka ir trumpos, nelygios (žolėtos) dangos. Maža to, lėktuvas puikiai sklendžia (planiruoja) ir su įjungtais varikliais. Apskritai ore ši transporto priemonė elgiasi labai stabiliai. Be to, ovalinis sparno kontūras suteikia orlaiviui manevringumo ir ekonomiškumo. Problemos Esminė problema – Baltarusijos aviacijos įstatymai skraidančių aparatų kūrimo, konstravimo ir išbandymo galimybių nenumato. Neseniai bendrovėje „Midivisana“ įsteigtas bepiločių skraidymo aparatų konstravimo padalinys, į kurį susibūrę aviakonstravimo entuziastai nepraranda vilties, jog savo darbo vaisius – ištobulintą žiedinio sparno konstrukciją – galės pritaikyti bent jau bepilotėms skraidyklėms.Konstruktoriai jau parašė prašymą užpatentuoti savo konstrukciją ir gavo pažymą apie tai, kad jiems suteikiamos tokios formos sparno autorystės teisės Baltarusijos ir Rusijos teritorijose. Projektui vadovaujantis Aleksandras Anochinas teigia, kad serijinei lengvojo žiedinio lėktuvo gamybai pradėti reikėtų 12 mln. JAV dolerių, o jo konstruktorių grupė žiedinės konstrukcijos sparną gali pritaikyti kad ir deltaplanui.
„Įsivaizduojate? Deltaplanas, kuriam nebaisūs šoniniai vėjai!“ – pabrėžė A.Anochinas. Tačiau pagrindine problema projekto vadovas įvardija ne lėšų trūkumą (investuotojų atsirastų gana greit), bet Baltarusijos įstatyminę bazę, pagal kurią, šioje šalyje sukonstruotą oro transporto priemonę įregistruoti yra ypatingai sunku ar net faktiškai neįmanoma.
Kas toliau - nežinia. Faktas tas, kad baltarusiams pavyko sukurti ne tik sėkmingą uždaro sparno koncepciją, bet ir sėkmingai skraidžiusį bandomąjį žiedasparnį lėktuvą. O ar jis nevirs eiliniu vienetiniu atveju aviacijos istorijoje – parodys laikas.
Baltarusių ovalinio sparno lėktuvo (OSL) esminės techninės charakteristikos:
Maksimalus pakilimo svoris – 1350 kg
Nepakrauto lėktuvo svoris – 1018 kg
Bendras sparno ilgis – 7,5 m
Sparno plotas – 19,5 kvadratinių metrų
Variklio galingumas – 260 AG
Maksimalus greitis – 300 km/h
Tūpimo greitis – 85 km/h
Įsibėgėjimo tako ilgis – 150 m