NASA AD-1: letoun s rotačním křídlem
Dokonce i na úsvitu leteckého průmyslu byla i ta nejneobvyklejší letadla stavěna podle principů symetrie. Každé letadlo mělo podmíněný trup, ke kterému byla kolmo připojena podmíněná křídla. Postupně však s rozvojem aerodynamiky začali konstruktéři uvažovat o vytvoření letadla s asymetrickým křídlem. Zástupci ponurého německého génia byli první, kdo dosáhl tohoto bodu: v roce 1944 navrhl podobný projekt Richard Vogt, hlavní designér Blohm & Voss. Jeho projekt však nebyl ztělesněn v kovu, americká NASA AD-1 byla skutečně prvním letounem s rotačním křídlem.
NASA AD-1 (Ames Dryden-1) je experimentální letoun určený k prozkoumání konceptu asymetricky zahnutého otočného křídla. Stal se prvním letounem se šikmým křídlem na světě. Neobvyklý letoun byl postaven v USA v roce 1979 a svůj první let uskutečnil 21. prosince téhož roku. Zkoušky letounu s otočným křídlem pokračovaly až do srpna 1982, za tu dobu se 1 pilotům podařilo zvládnout AD-17. Po ukončení programu byl letoun odeslán do muzea San Carlos, kde je stále k dispozici všem návštěvníkům a patří k nejvýznamnějším exponátům.
Německé experimenty
V Německu za druhé světové války docela vážně pracovali na vytvoření letadel s asymetrickým křídlem. Designér Richard Vogt proslul svým atypickým přístupem k tvorbě letectví technologie, pochopil, že nové schéma nezabrání letadlu, aby bylo ve vzduchu stabilní. V roce 1944 vytvořil projekt letadla Blohm & Voss a P.202. Hlavní myšlenkou německého konstruktéra byla možnost výrazného snížení odporu při letu vysokou rychlostí. Letoun startoval s konvenčním symetrickým křídlem, protože malé šikmé křídlo mělo vysoký součinitel vztlaku, ale již během letu se křídlo natáčelo v rovině rovnoběžné s osou trupu, čímž se snížila úroveň odporu. Zároveň se v Německu pracovalo s klasickým symetrickým rozmítáním křídla na stíhačce Messerschmitt P.1101.
Ale i v Německu v posledních válečných letech projekt letadel Blohm & Voss a P.202 vypadal šíleně, nikdy nebyl ztělesněn v kovu, navždy zůstal jen ve formě kreseb. Letoun navržený Vogtem měl dostat rozpětí křídel 11,98 metru, které se otáčelo na středovém závěsu v úhlu až 35 stupňů - s maximální odchylkou se rozpětí křídel změnilo na 10,06 metru. Za hlavní nevýhodu projektu byl považován těžký a objemný (podle výpočtů) mechanismus natáčení křídla, který zabíral mnoho místa uvnitř trupu letadla, a nemožnost použít křídlo pro zavěšení přídavných zbraní. a vybavení bylo také vážnou nevýhodou.
Kupodivu Vogt nebyl jediným německým konstruktérem, který o kyvném křídle uvažoval. Podobný projekt připravili inženýři Messerschmitt. Jimi prezentovaný projekt Me P.1109 dokonce dostal přezdívku „nůžkové křídlo“. Projekt, který vytvořili, měl dvě křídla najednou. Byly však na sobě nezávislé. Jedno křídlo bylo umístěno nad trupem letadla, druhé - pod ním. Při otáčení horního křídla ve směru hodinových ručiček se spodní křídlo otočilo stejným způsobem, ale již proti směru hodinových ručiček. Taková konstrukce umožnila kvalitativně kompenzovat zešikmení letadla s asymetrickou změnou sklonu. Křídla se přitom mohla otáčet až o 60 stupňů, přičemž když byla umístěna kolmo na trup letounu, nelišila se od klasického dvouplošníku. Messerschmitt přitom čelil stejným problémům jako Blohm & Voss: velmi složitému soustružnickému mechanismu. Navzdory skutečnosti, že žádné z německých asymetrických letadel nepřesáhlo papírové projekty, stojí za to uznat, že Němci ve svém vývoji vážně předběhli dobu. Svůj plán se Američanům podařilo uskutečnit až koncem 1970. let.
NASA AD-1 - asymetrie létání
Nápady německých designérů realizovali v kovu jejich američtí kolegové. K problematice přistoupili se vší možnou důkladností. Bez ohledu na Němce předložil v roce 1945 americký inženýr Robert Thomas Johnson svou představu o jakémsi „nůžkovém křídle“, podle jeho představy se takové křídlo mělo otáčet na speciálním závěsu. V těchto letech však nemohl realizovat svůj nápad, technické možnosti to nedovolily. To se změnilo v 1970. letech, kdy technologie umožnila asymetrická letadla. Ve stejné době byl jako konzultant projektu přizván tentýž Richard Vogt, který po skončení druhé světové války emigroval do Spojených států.
V té době již konstruktéři věděli, že letouny s proměnným sklonem křídel mají řadu nevýhod. Hlavní nevýhody takové konstrukce byly: posun aerodynamického zaměření se změnou rozmítání, což vedlo ke zvýšení vyvažovacího odporu; zvýšení hmotnosti konstrukce v důsledku přítomnosti nosného nosníku a na něm upevněných otočných závěsů konzol, jakož i těsnění pro zataženou polohu křídla letadla. Oba tyto nedostatky nakonec vedly ke snížení letového dosahu nebo snížení hmotnosti užitečného zatížení.
Zaměstnanci NASA přitom byli přesvědčeni, že letoun s asymetricky variabilním zametacím křídlem (KAIS) bude zbaven vyjmenovaných nedostatků. Při takovém schématu by bylo křídlo připevněno k trupu letadla pomocí jednoho otočného závěsu a změna vychýlení konzol při natočení křídla by byla provedena současně, ale měla by opačný charakter. Srovnávací analýza letounů s variabilně zametacím křídlem standardního schématu a KAIS, kterou provedli specialisté NASA, ukázala, že druhé schéma ukazuje pokles odporu o 11-20 procent, hmotnost konstrukce je snížena o 14 procent, a vlnový odpor při letu nadzvukovou rychlostí by se měl snížit o 26 procent.
Letoun s asymetrickým křídlem měl přitom své nevýhody. Za prvé, při velkém úhlu rozmítání má konzola rozmítání vpřed větší efektivní úhel náběhu než konzola rozmítání vzad, což vede k asymetrii odporu a v důsledku toho ke vzniku parazitních točivých momentů ve stoupání, rolovat a stáčet. Druhým problémem bylo, že KAIS se vyznačuje dvojnásobným nárůstem tloušťky mezní vrstvy podél rozpětí křídla a jakákoli asymetrická separace proudění vyvolává intenzivní poruchy. Navzdory tomu se však věřilo, že negativní účinky lze eliminovat zavedením systému řízení typu fly-by-wire, který by automaticky působil na aerodynamické řízení letadla v závislosti na různých parametrech: úhel náběhu, rychlost letu, úhel sklonu křídla. V každém případě pro kontrolu všech výpočtů bylo nutné postavit létající model.
Koncept KAIS byl úspěšně testován na bezpilotní maketě, poté bylo nutné přejít k vytvoření plnohodnotného letounu. Pilotní projekt byl označen NASA AD-1 nebo Ames Dryden-1. Letoun byl pojmenován podle výzkumných center, která na projektu pracovala – NASA Ames a NASA Dryden. Specialisté Boeingu přitom odpovídali za celkovou konstrukci letadla. Podle výpočtů inženýrů NASA a stávajících zadání sestavila americká společnost Rutan Aircraft Factory požadovaný letoun. Jedním z požadavků projektu přitom bylo dodržení rozpočtu 250 tisíc dolarů. K tomu byl experimentální letoun maximálně technologicky vyroben a do letounu byly instalovány levné, spíše slabé motory. Nový letoun byl připraven v únoru 1979, poté byl dodán do Kalifornie na letiště NASA Dryden.
Křídlo experimentálního letounu AD-1 se mohlo otáčet podél středové osy o 60 stupňů, ale pouze proti směru hodinových ručiček (toto řešení značně zjednodušilo konstrukci bez ztráty výhod). Rotaci křídla rychlostí 3 stupně za sekundu zajišťoval kompaktní elektromotor, který byl instalován uvnitř trupu letadla přímo před hlavní motory. Jako poslední byly použity dva klasické francouzské proudové motory Microturbo TRS18 s tahem každého 100 kgf. Rozpětí lichoběžníkového křídla, když je umístěno kolmo k trupu, bylo 9,85 metru a při maximálním otočení - pouze 4,93 metru. Maximální rychlost letu přitom nepřesáhla 400 km/h.
Letoun poprvé vzlétl k nebi 21. prosince 1979. Při svém prvním letu ho pilotoval testovací pilot NASA Thomas McMurphy. Vzlet letounu byl prováděn s kolmo pevným křídlem, úhel natočení křídla se měnil již za letu po dosažení požadované rychlosti a výšky. Během následujících 18 měsíců bylo při každém novém zkušebním letu křídlo letounu AD-1 otočeno o 1 stupeň, přičemž se zaznamenávaly všechny letové údaje. Výsledkem bylo, že v polovině roku 1980 experimentální letoun dosáhl maximálního úhlu křídla 60 stupňů. Zkušební lety pokračovaly až do srpna 1982, celkem letoun vzlétl k nebi 79krát. Stalo se, že při posledním letu 7. srpna 1982 letoun zvedl Thomas McMurphy, přičemž za celou dobu testování na něm létalo 17 různých pilotů.
Testovací program předpokládal, že získané výsledky pomohou využít asymetrickou změnu vychýlení křídla při provádění dálkových mezikontinentálních letů – rychlost a spotřeba paliva se nejlépe vyplatily na velmi dlouhé vzdálenosti. Experimentální letoun NASA AD-1 získal kladné hodnocení od pilotů a specialistů, ale projekt se dalšího vývoje nedočkal. Problém byl v tom, že program byl zpočátku považován za výzkumný program. Poté, co NASA obdržela všechna potřebná data, jednoduše poslala unikátní letadlo do hangáru, odkud bylo později převezeno do leteckého muzea. NASA byla vždy neletecká výzkumná organizace a žádný z velkých výrobců letadel se o koncept otočného křídla nezajímal. Jakýkoli mezikontinentální osobní parník byl standardně složitější a větší než „hračka“ letadla AD-1, takže společnosti neriskovaly. Nechtěli investovat do výzkumu a vývoje, sice slibného, ale stále podezřelého designu. Čas na inovace v této oblasti podle jejich názoru ještě nenastal.
Letový výkon NASA AD-1:
Celkové rozměry: délka - 11,8 m, výška - 2,06 m, rozpětí křídel - 9,85 m, plocha křídla - 8,6 m2.
Prázdná hmotnost - 658 kg.
Maximální vzletová hmotnost je 973 kg.
Elektrárnou jsou 2 proudové motory Microturbo TRS18-046 s tahem 2x100 kgf.
Cestovní rychlost - 274 km / h.
Maximální rychlost - až 400 km / h.
Posádka - 1 osoba.
Zdroje informací:
https://www.popmech.ru/weapon/15340-s-krylom-napereves
http://www.airwar.ru/enc/xplane/ad1.html
https://zen.yandex.ru/media/main_aerodrome/nasa-ad1--kto-skazal-chto-krylo-doljno-byt-simmetrichnym-5b22885500b3dd7573269bb6
Materiály z otevřených zdrojů
NASA AD-1 (Ames Dryden-1) je experimentální letoun určený k prozkoumání konceptu asymetricky zahnutého otočného křídla. Stal se prvním letounem se šikmým křídlem na světě. Neobvyklý letoun byl postaven v USA v roce 1979 a svůj první let uskutečnil 21. prosince téhož roku. Zkoušky letounu s otočným křídlem pokračovaly až do srpna 1982, za tu dobu se 1 pilotům podařilo zvládnout AD-17. Po ukončení programu byl letoun odeslán do muzea San Carlos, kde je stále k dispozici všem návštěvníkům a patří k nejvýznamnějším exponátům.
Německé experimenty
V Německu za druhé světové války docela vážně pracovali na vytvoření letadel s asymetrickým křídlem. Designér Richard Vogt proslul svým atypickým přístupem k tvorbě letectví technologie, pochopil, že nové schéma nezabrání letadlu, aby bylo ve vzduchu stabilní. V roce 1944 vytvořil projekt letadla Blohm & Voss a P.202. Hlavní myšlenkou německého konstruktéra byla možnost výrazného snížení odporu při letu vysokou rychlostí. Letoun startoval s konvenčním symetrickým křídlem, protože malé šikmé křídlo mělo vysoký součinitel vztlaku, ale již během letu se křídlo natáčelo v rovině rovnoběžné s osou trupu, čímž se snížila úroveň odporu. Zároveň se v Německu pracovalo s klasickým symetrickým rozmítáním křídla na stíhačce Messerschmitt P.1101.
Blohm & Voss a P.202
Ale i v Německu v posledních válečných letech projekt letadel Blohm & Voss a P.202 vypadal šíleně, nikdy nebyl ztělesněn v kovu, navždy zůstal jen ve formě kreseb. Letoun navržený Vogtem měl dostat rozpětí křídel 11,98 metru, které se otáčelo na středovém závěsu v úhlu až 35 stupňů - s maximální odchylkou se rozpětí křídel změnilo na 10,06 metru. Za hlavní nevýhodu projektu byl považován těžký a objemný (podle výpočtů) mechanismus natáčení křídla, který zabíral mnoho místa uvnitř trupu letadla, a nemožnost použít křídlo pro zavěšení přídavných zbraní. a vybavení bylo také vážnou nevýhodou.
Kupodivu Vogt nebyl jediným německým konstruktérem, který o kyvném křídle uvažoval. Podobný projekt připravili inženýři Messerschmitt. Jimi prezentovaný projekt Me P.1109 dokonce dostal přezdívku „nůžkové křídlo“. Projekt, který vytvořili, měl dvě křídla najednou. Byly však na sobě nezávislé. Jedno křídlo bylo umístěno nad trupem letadla, druhé - pod ním. Při otáčení horního křídla ve směru hodinových ručiček se spodní křídlo otočilo stejným způsobem, ale již proti směru hodinových ručiček. Taková konstrukce umožnila kvalitativně kompenzovat zešikmení letadla s asymetrickou změnou sklonu. Křídla se přitom mohla otáčet až o 60 stupňů, přičemž když byla umístěna kolmo na trup letounu, nelišila se od klasického dvouplošníku. Messerschmitt přitom čelil stejným problémům jako Blohm & Voss: velmi složitému soustružnickému mechanismu. Navzdory skutečnosti, že žádné z německých asymetrických letadel nepřesáhlo papírové projekty, stojí za to uznat, že Němci ve svém vývoji vážně předběhli dobu. Svůj plán se Američanům podařilo uskutečnit až koncem 1970. let.
NASA AD-1 - asymetrie létání
Nápady německých designérů realizovali v kovu jejich američtí kolegové. K problematice přistoupili se vší možnou důkladností. Bez ohledu na Němce předložil v roce 1945 americký inženýr Robert Thomas Johnson svou představu o jakémsi „nůžkovém křídle“, podle jeho představy se takové křídlo mělo otáčet na speciálním závěsu. V těchto letech však nemohl realizovat svůj nápad, technické možnosti to nedovolily. To se změnilo v 1970. letech, kdy technologie umožnila asymetrická letadla. Ve stejné době byl jako konzultant projektu přizván tentýž Richard Vogt, který po skončení druhé světové války emigroval do Spojených států.
V té době již konstruktéři věděli, že letouny s proměnným sklonem křídel mají řadu nevýhod. Hlavní nevýhody takové konstrukce byly: posun aerodynamického zaměření se změnou rozmítání, což vedlo ke zvýšení vyvažovacího odporu; zvýšení hmotnosti konstrukce v důsledku přítomnosti nosného nosníku a na něm upevněných otočných závěsů konzol, jakož i těsnění pro zataženou polohu křídla letadla. Oba tyto nedostatky nakonec vedly ke snížení letového dosahu nebo snížení hmotnosti užitečného zatížení.
Zaměstnanci NASA přitom byli přesvědčeni, že letoun s asymetricky variabilním zametacím křídlem (KAIS) bude zbaven vyjmenovaných nedostatků. Při takovém schématu by bylo křídlo připevněno k trupu letadla pomocí jednoho otočného závěsu a změna vychýlení konzol při natočení křídla by byla provedena současně, ale měla by opačný charakter. Srovnávací analýza letounů s variabilně zametacím křídlem standardního schématu a KAIS, kterou provedli specialisté NASA, ukázala, že druhé schéma ukazuje pokles odporu o 11-20 procent, hmotnost konstrukce je snížena o 14 procent, a vlnový odpor při letu nadzvukovou rychlostí by se měl snížit o 26 procent.
Letoun s asymetrickým křídlem měl přitom své nevýhody. Za prvé, při velkém úhlu rozmítání má konzola rozmítání vpřed větší efektivní úhel náběhu než konzola rozmítání vzad, což vede k asymetrii odporu a v důsledku toho ke vzniku parazitních točivých momentů ve stoupání, rolovat a stáčet. Druhým problémem bylo, že KAIS se vyznačuje dvojnásobným nárůstem tloušťky mezní vrstvy podél rozpětí křídla a jakákoli asymetrická separace proudění vyvolává intenzivní poruchy. Navzdory tomu se však věřilo, že negativní účinky lze eliminovat zavedením systému řízení typu fly-by-wire, který by automaticky působil na aerodynamické řízení letadla v závislosti na různých parametrech: úhel náběhu, rychlost letu, úhel sklonu křídla. V každém případě pro kontrolu všech výpočtů bylo nutné postavit létající model.
Koncept KAIS byl úspěšně testován na bezpilotní maketě, poté bylo nutné přejít k vytvoření plnohodnotného letounu. Pilotní projekt byl označen NASA AD-1 nebo Ames Dryden-1. Letoun byl pojmenován podle výzkumných center, která na projektu pracovala – NASA Ames a NASA Dryden. Specialisté Boeingu přitom odpovídali za celkovou konstrukci letadla. Podle výpočtů inženýrů NASA a stávajících zadání sestavila americká společnost Rutan Aircraft Factory požadovaný letoun. Jedním z požadavků projektu přitom bylo dodržení rozpočtu 250 tisíc dolarů. K tomu byl experimentální letoun maximálně technologicky vyroben a do letounu byly instalovány levné, spíše slabé motory. Nový letoun byl připraven v únoru 1979, poté byl dodán do Kalifornie na letiště NASA Dryden.
Křídlo experimentálního letounu AD-1 se mohlo otáčet podél středové osy o 60 stupňů, ale pouze proti směru hodinových ručiček (toto řešení značně zjednodušilo konstrukci bez ztráty výhod). Rotaci křídla rychlostí 3 stupně za sekundu zajišťoval kompaktní elektromotor, který byl instalován uvnitř trupu letadla přímo před hlavní motory. Jako poslední byly použity dva klasické francouzské proudové motory Microturbo TRS18 s tahem každého 100 kgf. Rozpětí lichoběžníkového křídla, když je umístěno kolmo k trupu, bylo 9,85 metru a při maximálním otočení - pouze 4,93 metru. Maximální rychlost letu přitom nepřesáhla 400 km/h.
Letoun poprvé vzlétl k nebi 21. prosince 1979. Při svém prvním letu ho pilotoval testovací pilot NASA Thomas McMurphy. Vzlet letounu byl prováděn s kolmo pevným křídlem, úhel natočení křídla se měnil již za letu po dosažení požadované rychlosti a výšky. Během následujících 18 měsíců bylo při každém novém zkušebním letu křídlo letounu AD-1 otočeno o 1 stupeň, přičemž se zaznamenávaly všechny letové údaje. Výsledkem bylo, že v polovině roku 1980 experimentální letoun dosáhl maximálního úhlu křídla 60 stupňů. Zkušební lety pokračovaly až do srpna 1982, celkem letoun vzlétl k nebi 79krát. Stalo se, že při posledním letu 7. srpna 1982 letoun zvedl Thomas McMurphy, přičemž za celou dobu testování na něm létalo 17 různých pilotů.
Testovací program předpokládal, že získané výsledky pomohou využít asymetrickou změnu vychýlení křídla při provádění dálkových mezikontinentálních letů – rychlost a spotřeba paliva se nejlépe vyplatily na velmi dlouhé vzdálenosti. Experimentální letoun NASA AD-1 získal kladné hodnocení od pilotů a specialistů, ale projekt se dalšího vývoje nedočkal. Problém byl v tom, že program byl zpočátku považován za výzkumný program. Poté, co NASA obdržela všechna potřebná data, jednoduše poslala unikátní letadlo do hangáru, odkud bylo později převezeno do leteckého muzea. NASA byla vždy neletecká výzkumná organizace a žádný z velkých výrobců letadel se o koncept otočného křídla nezajímal. Jakýkoli mezikontinentální osobní parník byl standardně složitější a větší než „hračka“ letadla AD-1, takže společnosti neriskovaly. Nechtěli investovat do výzkumu a vývoje, sice slibného, ale stále podezřelého designu. Čas na inovace v této oblasti podle jejich názoru ještě nenastal.
Letový výkon NASA AD-1:
Celkové rozměry: délka - 11,8 m, výška - 2,06 m, rozpětí křídel - 9,85 m, plocha křídla - 8,6 m2.
Prázdná hmotnost - 658 kg.
Maximální vzletová hmotnost je 973 kg.
Elektrárnou jsou 2 proudové motory Microturbo TRS18-046 s tahem 2x100 kgf.
Cestovní rychlost - 274 km / h.
Maximální rychlost - až 400 km / h.
Posádka - 1 osoba.
Zdroje informací:
https://www.popmech.ru/weapon/15340-s-krylom-napereves
http://www.airwar.ru/enc/xplane/ad1.html
https://zen.yandex.ru/media/main_aerodrome/nasa-ad1--kto-skazal-chto-krylo-doljno-byt-simmetrichnym-5b22885500b3dd7573269bb6
Materiály z otevřených zdrojů
informace