Чем больше я (автор - Сергей Арасланов) узнаю о Берте Рутане
(Burt Rutan) , тем больше понимаю, что этот конструктор сломал
формальные представления о проектировании самолетов. Не знаю, как лучше
написать: "он увидел нормальное в ненормальном" или "доказал своими работами,
что традиционные представления о нормальном - ненормальны". Извините меня за
игру слов, но, согласитесь, что сложно отнести к самолетам нормальной схемы,
например, Boomerang Model 202 с несимметричными
консолями крыла, несимметричным стабилизатором, двигателями, создающими разную
тягу, и гондолой, расположенной параллельно фюзеляжу и близкой к нему по
размерам . Хотя с
формальной позиции этот самолет, несомненно, нормальной схемы по способу
балансировки.
Также к самолетам нормальной схемы относится и NASA AD-1
Model 35, который был
разработан по инициативе Берта Рутана на его фабрике Rutan Aircraft
Factory (RAF) и был поднят в воздух
21 декабря 1979 г. Описание этого проекта я делаю по данным .
C первого взгляда на этот самолет понятно, что он "ненормален". В отличие от "Бумеранга", появившегося много позже, AD-1 имеет асимметричное стреловидное
крыло. Точнее, поскольку геометрия крыла изменяемая, самолет может иметь как
симметричную, так и асимметричную конфигурацию. В специальной литературе она
получила название КАИС - крыло асимметрично изменяемой стреловидности. Однако эту особенность рассмотрим несколько позже, поскольку она не
единственная в этом самолете.
Идея косого крыла (Skew Wing, Scissor Wing или Oblique Wing) принадлежит
инженеру Роберту Джонсу (Robert T. Jones), работавшему в 70-е годы в
исследовательском центре Эймса NASA (NASA Ames Research Center). Он же провел
аэродинамические исследования модели такого крыла в трубе этого центра,
расположенной в Moffett Field (Калифорния), которые показали, что на
сверхзвуковых режимах полета косое крыло может вдвое повысить экономическую
эффективность по сравнению с традиционными крыльями.
Проект стартовал в декабре 1975 г. с предложения RAF в адрес NASA
создать самолет AD-1. В агентстве первоначально не оценили это обращение, что
вполне понятно, так как предложение исследовать самолет необычной схемы от
32-летнего владельца фирмы, существующей менее двух лет, скорее всего, не
вызвало доверия. Однако со временем было принято компромиссное решение: компания
Ames Industrial Corporation (AIC), Bohemia, Long Island (Нью-Йорк), разработчик
двигателей, стала генподрядчиком NASA, а RAF - субподрядчиком и разработчиком
самолета. Думаю, что произошло это неслучайно, и не потому, что Рутан просто
договорился с Ames Industrial.
Еще в декабре 1976 г. Берт завершил на своей фабрике рабочий проект
исследовательского самолета для использования технологий VariEze в проектах NASA.
Дело в том, что композитные технологии в те годы не были распространены, в то
время как Рутан уже понял, насколько они перспективны в опытном
самолетостроении. Рутан предлагал одноместный композитный самолет для
исследований управляемости перспективного самолета с поворотным крылом (yawed-wing).
При этом указывалось, что конструкция разработана на основе конфигурации,
исследуемой компанией Boeing. Позже Рутан писал, что AD-1 представляет собой
модель околозвукового лайнера компании Boeing в масштабе 15%. Вполне вероятно,
так как в конце 60-х, вплоть до начала 70-х годов, Boeing разрабатывал концепты
скоростных околозвуковых и сверхзвуковых самолетов. Но можно предположить, что
упоминание Рутаном проекта крупной компании Boeing при обращении в
аэрокосмическое агентство было своеобразным тактическим ходом.
Так или иначе, в период с мая 1976 г. по февраль 1977 г. RAF разработала
проектную документацию AD-1 с косым крылом, затратив на этот проект всего 12
тысяч долларов.
Имея такой задел Рутана, Ames Industrial спустя 10 месяцев выиграла контракт на
строительство опытного самолета за 240 тысяч долларов. В действительности
компания построила самолет в определенный договором срок и всего за 239 тыс.
долларов. До этого прецедента никто в авиационной промышленности не верил, что
на разработку и изготовление опытного реактивного самолета с двумя
турбореактивными двигателями потребуется меньше нескольких миллионов долларов. В
1979 году Рутан шутливо заметил, что RAF и AIC выполнили работу за гораздо
меньшие средства налогоплательщиков, чем NASA затратило на действия по надзору
за подрядчиками по этому проекту. Но добавил более серьезно, что хотя
разработчики надеются подтвердить ожидаемые преимущества косого поворотного
крыла, основным влиянием проекта на будущее является доказательство выгодности
сотрудничества государственных учреждений с небольшими подрядчиками и
использования современных композитных технологий. Так что этот проект был
направлен не только на исследование аэродинамики и динамики скоростного полета,
но и на внедрение новых технологий и организации самих исследований.
AD-1 действительно был первым самолетом, изготовленным по технологии VariEze не
в домашних условиях. Он имел такой же диаметр, как утка Рутана, и изготовлен из
стеклопластика. Два турбореактивных двигателя, разработанные AIC,
развивали тягу по 220 фунтов на уровне моря (2x0,98 кН). При массе пустого около
658 кг самолет с этими двигателями имел относительно небольшую скорость, поэтому
в конструкции было использовано неубирающееся шасси. Совершенно обычной была и
пилотская кабина.
Главным новшеством самолета было поворотное относительно вертикальной оси
шарнирное трапециевидное крыло большого удлинения, способное занимать несколько
положений со стреловидностью от 0° до 60°. По итогам исследований Роберта Джонса
ожидалось, что оно позволит существенно улучшить аэродинамические характеристики
самолета до М = 1,4: уменьшить на 11-20% лобовое сопротивление, на 14% - массу
конструкции. Ожидалось также, что в дальнейшем можно на 26% сократить волновое
сопротивление на сверхзвуковых скоростях. По сравнению с КАИС обычное крыло
изменяемой стреловидности имеет несколько недостатков:
- смещение аэродинамического фокуса при изменении стреловидности, приводящее к
росту балансировочного сопротивления;
- увеличение массы конструкции из-за силовой балки и закрепляемых на ее концах
массивных шарниров и уплотнителей убранного положения поворотных консолей.
В конечном итоге эти два недостатка привели впоследствии к отказу от
использования стреловидных крыльев в современных самолетах (за исключением уже
построенных).
Но это произошло гораздо позже. А в то время исследования крыльев изменяемой
геометрии продолжались.
Прежде чем говорить о результатах испытаний AD-1, резонно отметить и недостатки
КАИС:
- при большом угле стреловидности консоль с прямой стреловидностью (отступающая)
имеет больший эффективный угол атаки по сравнению с консолью с обратной
стреловидностью (наступающей), что приводит к асимметрии лобового сопротивления,
возникновению разворачивающих моментов крена, тангажа и рыскания;
- вдвое больший рост толщины пограничного слоя вдоль размаха, вызывающий
интенсивные возмущения при любом несимметричном срыве.
Устранить эти недостатки можно использованием цифровой системы электродистанционного управления, которая без участия пилота в автоматическом
режиме способна корректировать паразитные моменты и управлять системой сдува или
отсоса пограничного слоя.
AD-1 развивал относительно небольшие скорости (по одним
данным - до 170 миль/ч, по
другим - до 400 км/ч. Кроме того, вместо электродистанционной системы
управления на самолете использовалась обычная механическая проводка. Поэтому
проверить гипотезы Джонса во всем диапазоне скоростей до М = 1,4 не было
возможно. Помимо отсутствия электродистанционного управления выявилось, что и
стеклопластиковая конструкция крыла, в частности, консоль в положении обратной
стреловидности обеспечивала недостаточную жесткость, поэтому полеты при
стреловидности 60° и на скоростях выше 170 миль/ч в целях безопасности не
проводили.
В период с 21 декабря 1979 г. по 7 августа 1982 г. на AD-1 было выполнено 79
полетов. В испытаниях в общей сложности приняли участие 17 летчиков, первый и
последний полеты выполнил испытатель NASA Thomas C. McMurtry. Несмотря на то,
что исследования были проведены в ограниченном диапазоне скоростей, общее
заключение по итогам испытаний было сделано положительное: крыло асимметричной
изменяемой стреловидности было рекомендовано к использованию в перспективных
самолетах следующего поколения.
Спустя некоторое время после завершения испытаний Джулиан Волкович (Julian
Wolkovitch) получил контракт на модификацию AD-1, но в связи с его смертью
проект не состоялся. Также был закрыт и проект Boeing околозвукового самолета, в
котором могли быть использованы наработки по проекту AD-1. В 1985 г. корпорация
Rockwell International заключила контракт на разработку сверхзвукового
экспериментального самолета с КАИС на базе модернизации F-8 Crusader. Однако эта
история не имеет прямого отношения к теме статьи.
Самолет AD-1 был успешно разработан, построен, испытан и сегодня доступен
посетителям Hiller Aviation Museum в Сан Карлосе (Калифорния) . Проект в
целом оказался успешным.
экспериментальные
AD-1
ЛТХ
Авиация
Общего Назначения 2016-01. Сергей Арасланов. Самолеты
Рутана
Уголок неба. 2018
