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.
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,
базирующиеся, в свою очередь, на эффекте Коанды. Откачивая или вдувая воздух в
ключевых точках крыла или фюзеляжа, можно с помощью сравнительно тонких струй
влиять на бег больших потоков.
Вот только обычно явление Коанды 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
(последний пример такого рода - мини-НЛО).
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).
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).
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.
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".
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.
беспилотные аппараты
Demon
ЛТХ
Леонид
Попов. Демон-демонстратор справился с полётом без элеронов
Уголок неба. 2015
