Ringplane: aeronave com um loop de asa fechada

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Um avião com uma asa fechada não pode voar - isso foi comprovado pelo tempo. Os ringplanes foram tentados desde a época dos irmãos Wright, e nenhuma estrutura desse tipo foi capaz de permanecer no ar por vários minutos. Mas a mente humana não desiste. Em 2007, após 100 anos e mais de 20 tentativas, um dispositivo semelhante decolou. E ele provou ser uma aeronave manobrável, leve e durável.

Essa história começou em 1988, quando as coisas já estavam caminhando para o colapso da União, mas a esperança de estabilidade ainda ardia no coração dos líderes do enorme estado. O clube de criatividade técnica da Fábrica de Engrenagens de Minsk recebeu uma tarefa criativa de uma estrutura agrícola local: projetar uma aeronave manobrável e leve que possa suportar fortes ventos laterais. O "fazendeiro" mais popular na época era o AN-2: ele podia levar muitos fertilizantes e equipamentos de pulverização. Mas o vento era seu terrível inimigo - nos campos infinitos de Kuban, o AN-2, em termos de controlabilidade, parecia um elefante louco. O técnico de aviação Arkady Alexandrovich Narushevich, o piloto Anatoly Leonidovich Gushchin e várias outras pessoas assumiram o caso. Após longa pesquisa, Narushevich chegou a uma conclusão inesperada: é necessário construir uma aeronave com contorno de asa fechada, mas não circular, mas oval. Vários modelos foram construídos, que voaram com bastante sucesso (noto que durante nossa conversa Narushevich fez um modelo de papel em 15 minutos - e voou!). Os entusiastas compraram materiais e construíram uma asa oval. E então 1991 caiu. A URSS ficou no passado, o financiamento terminou em poucos dias e o restante foi sacado. A asa foi enviada para armazenamento de longo prazo e o projeto da aeronave foi esquecido. Mas isso estava longe de ser o fim.

De Bleriot a Zhivodan

Em 17 de dezembro de 1903, um homem voou pela primeira vez em um avião com motor. O nome do homem era Orville Wright, e o avião se chamava Wright Flyer I.

Apesar do notável sucesso dos irmãos Wright, vários inventores criaram várias configurações de asas, de acordo com seus conceitos, mais eficazes do que os aviões comuns de Wright. Um dos pioneiros da aviação foi o inventor francês Louis Bleriot, que construiu seu primeiro dispositivo Ornithopter em 1900. É verdade que apenas o 11º modelo, construído em 1909, se tornou o primeiro avião verdadeiramente voador de Bleriot. Não estamos interessados em nada, mas na aeronave Bleriot III, projetada em 1906 e nunca decolada. Foi a primeira aeronave com asa fechada na história da construção de aeronaves.

Bleriot estava apenas experimentando - ao acaso. Ele conectou as pontas das asas de um biplano convencional em semicírculos e instalou o mesmo desenho da cauda. É verdade que o hidroavião resultante "Bleriot III" nunca decolou sozinho. Testemunhas descreveram vários voos - quando o dispositivo foi rebocado como uma pipa, mas nada mais.

Hoje os erros de Blériot são óbvios: cauda muito pesada, grandes perdas de sustentação devido a um contorno de asa escolhido incorretamente. Mas o fato permanece - as aeronaves de asa fechada começaram sua jornada na aviação.

Além de Bleriot, vários outros designers do início do século fizeram experiências com a ala fechada. O avião do engenheiro francês Zhivodan, construído por ele na fábrica da Velmorel em 1909, já ficou famoso. Todos e todos, incluindo a Scientific American e várias publicações respeitadas, escreveram sobre a máquina incrível que inaugura uma nova era da aviação. No avião de Zhivodan, o papel das asas era desempenhado por duas figuras em forma de anel, entre as quais ficava o assento do piloto. O motor pesava 80 kg e desenvolveu 40 cv ao girar uma hélice de 2,4 metros. Como era de se esperar, a estranha estrutura, que lembra um cano com a seção central arrancada, não se ergueu no ar. É importante notar que o projetista de aeromodelismo francês Emmanuel Fillon projetou um modelo funcional da aeronave de Zhivodan na década de 1980. E o modelo voou lindamente. Ou seja, suas propriedades aerodinâmicas não eram tão ruins. Massa excessiva ou baixa potência do motor podem ter impedido o original de decolar.

Vale a pena mencionar outro projeto incrível - o chamado Gary-Plane do americano William Pierce Gary. O avião de Gary (1910) tinha uma asa plana em forma de anel com um diâmetro de 8 m - mais de quatro alturas humanas! É verdade que o avião de Gary era notável por sua terrível instabilidade: todas as tentativas de voar nele terminavam em capotamento.

Final da década de 1990: segundo vento

Em 1998, Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants e vários outros pilotos persuadiram Narushevich a continuar trabalhando no avião. Uma certa empresa privada se interessou pelo avião, o dinheiro foi encontrado, a asa meio esquecida foi restaurada e a equipe começou a montar a fuselagem. Tudo foi feito do zero. A menos que o trem de pouso tenha sido retirado do helicóptero Mi-1 e o painel do AN-2. O carro foi projetado para um consumidor potencial: assentos para um ou dois pilotos e três passageiros em semicírculo. Em vez de passageiros, foi possível colocar recipientes para armazenamento de fertilizantes e equipamentos de pulverização …

Uma característica importante da aeronave de Narushevich era que a asa oval não era fixada diretamente na fuselagem. Ele foi localizado dentro da asa em racks e suspensões. Assim, a sustentação foi criada em toda a superfície da asa.

Em 2004, foram realizados os primeiros testes de campo da máquina recebida. Ela fez vários voos em condições calmas e de vento cruzado. Os inventores descobriram que o dispositivo tem propriedades aerodinâmicas muito incomuns. Em primeiro lugar, um avião com asa oval (vamos chamá-lo de SOC) não reagiu de forma alguma a rajadas de vento laterais de até 13 m / s. Em segundo lugar, para uma corrida de decolagem, 150 m foram suficientes (para o AN-2 - 180 m, para outras aeronaves da mesma classe às vezes até mais). Mas o principal acabou sendo a relação prática entre a carga útil e o peso total da aeronave - 0,45! Até agora, ninguém chegou perto de tal coeficiente. O avião pode ser mostrado com segurança a futuros investidores.

Hoje o estranho "ovaloplane" de Louis Bleriot parece absurdo: muitos erros foram cometidos pelo designer francês durante sua construção. Mas Bleriot agiu ao acaso: em 1906, ninguém sabia qual configuração de asa estaria ganhando.

Anéis de decolagem vertical

Entre os projetos alemães da Segunda Guerra Mundial, muitos foram absolutamente incríveis em sua coragem e originalidade. Assim, o caça-interceptor de decolagem e pouso vertical "Lark" (Lerche) projetado por Ernst Heinkel (1944) tinha uma asa de nove lados fechada e dois motores Daimler-Benz 605D independentes, cada um girando sua própria hélice. Ambas as hélices estavam localizadas dentro da asa. Para aquela época, o avião era incomum, pois significava decolagem e aterrissagem verticais.

É difícil dizer o que Heinkel teria feito se Lark fosse incorporado ao metal. Em 1945, Heinkel também desenvolveu LercheII, não houve tempo suficiente para o primeiro, e o projeto desapareceu na obscuridade. No entanto, todos têm a oportunidade de voar no Skylark - no jogo de computador IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Mas os franceses em 1959 encontraram a oportunidade de incorporar sua obra-prima com asas em forma de anel no metal. O incrível jato SNECMA C-450 Coleoptere até decolou. É verdade que ele pousou com bastante força, quase enterrando o piloto embaixo dele. Na verdade, a SNECMA desenvolveu o veículo aéreo não tripulado de asa em anel ainda antes, em 1954. Recebeu o nome lírico de Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) e realizou mais de 200 voos de teste com sucesso. Como o German Lark, era uma aeronave de decolagem e aterrissagem vertical. O próximo passo foi a criação de um veículo tripulado, que se tornou o C-450. O caça de oito metros foi lançado com sucesso, mas durante a transição do vôo vertical para o horizontal, ele demonstrou uma incapacidade completa de manter a altitude e mergulhou como uma pedra. O piloto foi ejetado e o caro projeto foi encerrado imediatamente.

SNECMA C-450 (1959) Ele só podia voar na vertical. Quando o piloto tentou mudar para o vôo horizontal, a estrutura experimental caiu como uma pedra. O projeto da aeronave de asa fechada foi imediatamente encerrado.

SNECMA C-450 (1959)

Ele só podia voar verticalmente. Quando o piloto tentou mudar para o vôo horizontal, a estrutura experimental caiu como uma pedra. O projeto da aeronave de asa fechada foi imediatamente encerrado.

A última tentativa de criar um plano de decolagem vertical foi o projeto americano Convair Model 49 (1967). Convair agora é bem conhecido por seu design de submarino e uma série de outros designs insanos. O Model49 era um híbrido de avião e helicóptero. Sua asa em forma de anel escondia um arsenal do qual todo um regimento de artilharia poderia se orgulhar. Metralhadoras, lançadores de granadas, canhões e lançadores de foguetes - o "49º" poderia sozinho dar batalha a um exército completo. Se foi feito. O projeto maluco foi sabiamente rejeitado pelo governo dos Estados Unidos.

Nova vida de asa fechada

Em 2006, os especialistas voltaram a se interessar pelo tema da asa oval. Em uma das empresas de Minsk, foi organizado um trabalho de projeto experimental (P&D) para restaurar uma aeronave com asa oval, testá-la e estudar suas características aerodinâmicas. O projetista-chefe do ROC foi Alexander Mikhailovich Anokhin, um ex-piloto militar com uma sólida experiência de 35 anos. Narushevich e Gushchin tornaram-se membros do bureau de design. Em 2008, o Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, Professor Leonid Ivanovich Grechikhin esteve envolvido no trabalho. Ele trabalhou nas propriedades aerodinâmicas de foguetes com o famoso Korolev, e agora ele dá consultoria e dá palestras em vários institutos do CIS. Como resultado, foi formada uma equipe que continua trabalhando neste tema até hoje.

O problema é que o avião não decola no céu desde 2004 e ficou praticamente inutilizável. Mas o trabalho estava em pleno andamento. A aeronave foi modificada, preparada para voos e retirada do hangar. Os testes começaram. A configuração do veículo permaneceu a mesma, mas o ajuste fino foi sério - até a mudança no perfil da asa. Um trabalho significativo (que continua agora) foi para Grechikhin: um avião com uma asa oval foi construído, mas ninguém o havia calculado em detalhes antes!

Características técnicas

O que é SOC hoje? Este é definitivamente um avião. Mas em termos de suas qualidades no ar, ele difere notavelmente das máquinas comuns com asas planas ou arredondadas. Uma asa plana comum é caracterizada pela resistência indutiva: o ar da zona de alta pressão sob a asa tende a fluir para a zona de vácuo na superfície superior através das pontas das asas. Neste caso, formam-se vórtices finais atrás da aeronave, cuja formação também consome energia, que é o valor da resistência indutiva.

Para uma asa oval, o problema da resistência indutiva não é relevante, uma vez que não possui pontas. Além disso, o fluxo de ar que entra, passando por um circuito fechado, é direcionado para baixo, criando uma força de elevação adicional. Quanto maior o ângulo de ataque da asa, mais forte é o efeito. E o ângulo de ataque de tal projeto pode ser incomparavelmente grande.

O estol de fluxo ocorre quando o jato de ar, com o aumento do ângulo de ataque, deixa de fluir suavemente em torno da superfície superior da asa e se separa dela com a formação de vórtices. Nesse caso, a sustentação na asa desaparece imediatamente e o aparelho perde o controle. A asa oval permite um ângulo de ataque da asa de até 50 °, enquanto seus competidores mais próximos atingem um máximo de 20-22 °. O ar dentro da asa fechada torna difícil estancar o fluxo da superfície superior da parte inferior da asa. E quando o fluxo sai do circuito fechado, devido à ejeção (processo de mistura de dois meios, quando um meio arrasta o outro), ele "suga" o ar que passa pela superfície superior da parte superior da asa. Esses dados não foram obtidos empiricamente - a asa oval foi "derramada" no canal de água.

Antes de encarnar em metal e decolar, a aeronave bielorrussa com asa fechada passou por três “reencarnações” - sua construção começou em 1988.

A capacidade de voar em ângulos de ataque extremamente altos, juntamente com o efeito de deflexão de fluxo, permite que a aeronave voe em velocidades extremamente baixas sem o uso de flaps. O SOK carece de mecanização das asas, o que não o impede de decolar e pousar de forma confiável. A resistência de estol sem precedentes permite que a aeronave voe de forma constante e confiável sobre a mais ampla faixa de velocidade.

Muitas qualidades do SOC são surpreendentes. Ele consegue acelerar, voar para cima e pousar em uma pista irregular gramada de apenas 400 m de comprimento, com o motor desligado, ele planeja bem e geralmente se comporta muito estável no ar. A asa oval torna a aeronave mais manobrável e econômica. Além disso, o loop fechado dá força extra à asa. De acordo com Grechikhin, aeronaves com asas clássicas logo ficarão sem fôlego. É muito simples: quanto maior o avião, mais pesada e poderosa sua asa, mais difícil é manter sua rigidez. Essencialmente, o avião carrega uma massa de carga "inútil" - o peso de suas próprias longarinas. E a asa oval é duas vezes mais leve para o mesmo levantamento.

Problemas tradicionais

O principal problema é que as leis bielorrussas sobre a aviação não prevêem a criação de aeronaves no território do país e suas operações de vôo em tudo. Recentemente, Midivisana criou um escritório de design especializado para o desenvolvimento de veículos aéreos não tripulados sob a liderança de Anokhin. Entre os funcionários estão Narushevich e Gushchin. A equipe estabelecida de entusiastas não perde a esperança de que, pelo menos em uma aeronave não tripulada, eles serão capazes de realizar sua invenção - uma asa oval fechada.

Ringplan Sukhanov

Tentativas de criar um plano circular também foram feitas na URSS. Em 1936, um estudante do Instituto de Aviação de Moscou Sukhanov apresentou como tese o projeto de um avião com asa anular para defesa. O diâmetro da asa era de 3 m, e a velocidade projetada de 600 km / h seria fornecida pelo motor Hispano-Suiza de 800 cavalos. Em 1940, o diploma havia se tornado um projeto completo de uma curta decolagem e pouso de caça-interceptador e foi considerado no conselho científico e técnico de TsAGI. Mas veio a guerra, não houve tempo e dinheiro para a construção da aeronave e ainda mais para os seus testes. Em 1942, em Novosibirsk, Sukhanov construiu um modelo funcional do plano circular. Os testes do modelo mostraram que a aeronave pode suportar ângulos de ataque de até 43 °, tem uma alta relação potência / peso, propriedades anti-spin e excelente capacidade de manobra. Sukhanov recebeu o certificado do autor, realizou todos os cálculos, mas o ringplan, devido à guerra e devastação no país, nunca viu a luz do dia.

A asa mostra suas propriedades apenas em uma certa proporção dos eixos da elipse entre si, o comprimento da corda da asa em relação ao eixo menor da elipse e outras nuances do perfil da asa. Os designers solicitaram uma patente e receberam certificados de prioridade para este formato de asa na Bielo-Rússia e na Rússia. Agora, ao que parece, ninguém será capaz de repetir o sucesso, porque todos os "corredores" disponíveis de parâmetros de asas vantajosos já foram demarcados.

Para o período que vai do início do desenvolvimento à construção do primeiro modelo de produção de uma aeronave leve, são necessários cerca de US $ 12 milhões, diz Alexander Anokhin. “Podemos até fazer uma asa-delta com essa asa. Você pode imaginar? Asa delta, sem medo do vento cruzado! O principal problema nem é o financiamento: assim que o SOK chegar ao MAKS, por exemplo, encontrarão investidores. O problema está na legislação bielorrussa, segundo a qual uma aeronave criada no território do país é extremamente difícil de registrar e, neste caso, é simplesmente impossível, uma vez que não pertence às classes de aeronaves conhecidas. No entanto, já existe um acordo com o aeródromo de Voronezh, que deve ser usado para testes adicionais do veículo.

Qual é o próximo? Vamos ver. O fato permanece. Pela primeira vez na história da construção de aeronaves, uma aeronave de asa fechada decolou. Talvez estejamos à beira de novas descobertas. Ou talvez seja apenas uma aeronave curiosa, um incidente isolado. O tempo vai dizer.