Можно ли управлять движением самолёта, не используя ни единой подвижной плоскости? Решение этой задачки сулит целый ряд выгод, но на пути к священной цели конструкторы уже набили много шишек. Но вот новый экзотичный английский аппарат сделал, по определению его создателей, исторический полёт. Исторический не исторический, а принципиальный – это точно.
17 сентября 2010 года с аэродрома на полуострове 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 находятся, но отключаемые. Оставили их для того, чтоб ассоциировать поведение машины при управлении традиционным и новым методами.
Последний именуется жидкостный (либо, можно сказать, струйный) контроль полёта (fluidic flight control). Если гласить упрощённо, работает он так: воздух, усиленно нагнетаемый в отдельные участки наружного потока близ несущих поверхностей, меняет рассредотачивание давления вокруг аппарата и тем разворачивает его в подходящую сторону.
Так смотрится итог 5 лет работы и потраченных на неё $9,8 миллиона (фото BAE Systems).
Замудренная как бы схема имеет глубочайший смысл и в конечном счёте приводит к упрощению устройства самолёта, к увеличению надёжности аппарата.
Часть миссии DEMON, в теории, способен делать на сто процентов автономно, но пока для тестов употребляется только дистанционное управление (фото с веб-сайта cranfield.ac.uk).
Поясним, обычная механизация крыла применяется не только лишь для управления самолётом по наклону, да и для регулирования подъёмной силы на взлёте и при посадке, движении с малой скоростью, а на аппаратах-бесхвостках она делает и функцию руля высоты.
Все эти закрылки, флапероны и элероны хорошо работают со времён братьев Райт, но, разумеется, увеличивают сложность конструкции, её вес, трудоёмкость обслуживания и шанс на поломку. Поэтому инженеры отыскивают другие методы конфигурации направления либо высоты полёта.
И здесь уже много лет опыты идут в области управления пограничным слоем, отталкивающимся, в свою очередь, от эффекта Коанды. Откачивая либо вдувая воздух в главных точках крыла либо фюзеляжа, можно при помощи сравнимо тонких струй оказывать влияние на бег огромных потоков.
Слева показан общий принцип сотворения дополнительной силы на крыле для управления машиной по различным осям (нарисован разрез задней кромки крыла).
Справа: кроме управления обтеканием крыльев учёные сделали для собственного беспилотника систему, работающую как сопло с отклоняемым вектором тяги, но без подвижных частей. Тут действует тот же физический принцип – подача отдельных струй воздуха в зазор меж главным соплом мотора и корпусом вызывает отклонение всей реактивной струи (иллюстрации FLAVIIR).
Вот только обычно явление это новаторы использовали для уменьшения аэродинамического сопротивления самолёта и резкого роста подъёмной силы на малых скоростях, а другой раз и совсем — как основной способ сотворения подъёмной силы (последний пример такового рода — мини-НЛО).
А англичане нацелили свою разработку конкретно на делему управления. Не напрасно DEMON был построен в рамках программки с говорящим заглавием Интегрированное промышленное исследование летательного аппарата без управляющих поверхностей (Flapless Air Vehicle Integrated Industrial Research — FLAVIIR).
В числе теоретических преимуществ схемы управления без отклоняемых щитков – наименьшая заметность машины для радаров, каковую оценят военные (фото BAE Systems).
Весит DEMON 90 кг, размах его крыльев равен 2,5 метра, а скорость добивается 278 км в час.
Родился этот необыкновенный аппарат в кооперации транснационального аэрокосмического и оружейного гиганта BAE Systems, института Крэнфилда (Cranfield University) и 9 других организаций Англии. Финансируется программка FLAVIIR компанией BAE Systems и английским Советом по инженерным и физическим исследованиям (EPSRC).
Построив DEMON, его создатели выделили, что не просто разработали и испытали новейшую систему управления полётом аппарата. Проект включал исследования по новым материалам, технологиям производства и многие другие сопутствующие опыты (иллюстрация BAE Systems).
Итак, нагнетание воздуха в набор щелей в крыле создаёт на его поверхностях желаемые перепады давлений, что и приводит к поворотам, понижению либо набору высоты. 1-ый же полёт беспилотника DEMON без включения традиционных элеронов и закрылков показал, что данная мысль работоспособна.
Для того чтоб применить описываемый эффект для контроля за полётом беспилотника, форму задней кромки его крыла несколько изменили (в сопоставлении с классическими профилями). Но её общая толщина осталась приблизительно таковой же, как у обыденных самолётов, что принципиально в плане перспективы распространения технологии.
Это в общем-то и всё, что можно увидеть при беглом осмотре самолёта снаружи, не считая необыкновенного вида выходного сопла мотора. Другие новации (другими словами комплекс устройств, управляющих всеми этими дополнительными воздушными потоками) – укрыты снутри.
Различные нюансы работы технологии fluidic flight control были сначала испытаны в численном моделировании, а потом на целом ряде масштабных и полноразмерных моделей в аэродинамической трубе. Только позже пришла очередь лётного эталона – Беса (фото BAE Systems, FLAVIIR).
В пресс-релизе BAE Systems Ричард Уильямс (Richard Williams), директор программки нововведений Future Capability, произнес о полёте в Камбрии: Я уверен, что стал очевидцем принципиального момента в истории авиации.
Вынудить самолёт летать и маневрировать неопасно без использования обыденных рулей — это само по себе достижение. В то же время для его реализации мы применили ряд новых способов строительства и новых устройств управления. Это очень принципиальная цель. И мы её достигнули, — добавил доктор из Крэнфилда Джон Филдинг (John Fielding), главный инженер и фаворит команды, спроектировавшей Беса.
Инженеры и учёные с Туманного Альбиона издержали много часов на оптимизацию конструкции, позволившую уменьшить число деталей и упростить сборку. И даже такая экзотичная тема, как стойкость электрического оборудования к ударам молний, вошла в перечень направлений программки FLAVIIR (фото BAE Systems, FLAVIIR).
Англичане молвят, что DEMON не будет выполняться серийно, но переработанные на нём принципы в дальнейшем, полностью возможно, отыщут применение на других летательных аппаратах. DEMON, фактически говоря, для того и нужен, чтоб набить новые шишки с экзотичной технологией.