Авиация и воздухоплавание    Новости    Библиотека    Энциклопедия    Ссылки    Карта проектов    О сайте






29.09.2010

Демон-демонстратор справился с полётом без элеронов

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.

Самолёт DEMON выполнен по схеме летающее крыло, но главная его изюминка по внешнему виду не распознаётся (фото BAE Systems)
Самолёт DEMON выполнен по схеме летающее крыло, но главная его изюминка по внешнему виду не распознаётся (фото BAE Systems)

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.

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

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.

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

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.

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

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.

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)
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 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.

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)
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)
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.

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)
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)

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".

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)
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)

"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.


Источники:

  1. MEMBRANA





История воздухоплавания


Диски от INNOBI.RU
© Карнаух Лидия Александровна, подборка материалов, оцифровка; Злыгостева Надежда Анатольевна, дизайн;
Злыгостев Алексей Сергеевич, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://fly-history.ru/ "Fly-History.ru: История авиации и воздухоплавания"