Летающее крыло

редактировать
Northrop B-2 Spirit Стелс-бомбардировщик

A летающее крыло - это бесхвостый самолет без определенного фюзеляжа, с экипажем, полезной нагрузкой, топливом и оборудованием, размещенными внутри основной конструкции крыла. Летающее крыло может иметь различные небольшие выступы, такие как гондолы, гондолы, пузыри, стрелы или вертикальные стабилизаторы.

Подобные конструкции самолетов, которые технически не являются летающими крыльями, иногда небрежно называют такой. Эти типы включают самолеты со смешанным крылом и подъемные тела самолеты, которые имеют фюзеляж и не имеют определенных крыльев. Базовая конфигурация летающего крыла стала объектом значительных исследований в течение 1920-х годов, часто в сочетании с другими бесхвостыми конструкциями.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Ранние исследования
    • 1.2 Вторая мировая война
    • 1.3 Послевоенный
  • 2 Дизайн
    • 2.1 Обзор
    • 2.2 Инженерное проектирование
    • 2.3 Устойчивость по направлению
    • 2.4 Контроль рыскания
  • 3 Двунаправленное летающее крыло
  • 4 Связанные конструкции
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
    • 6.1 Цитаты
    • 6.2 Библиография
  • 7 Внешние ссылки

История

Ранние исследования

Опытный образец бомбардировщика Northrop YB-35 начал разрабатываться во время Второй мировой войны.

Бесхвостые самолеты экспериментировались с самых ранних попыток летать. Британская J. У. Данн был одним из первых пионеров, его конструкции биплана и моноплана со стреловидным крылом демонстрировали присущую им стабильность еще в 1910 году. Его работа напрямую повлияла на нескольких других конструкторов, включая Г. Т. Р. Хилл, который разработал серию экспериментальных бесхвостых самолетов, известных под общим названием Westland-Hill Pterodactyl, в 1920-х и начале 1930-х годов. Несмотря на попытки выполнить приказы Министерства авиации, программа Pterodactyl была в конечном итоге отменена в середине 1930-х годов до того, как появился какой-либо заказ на Mk. VI.

Немецкий Хьюго Юнкерс запатентовал свою собственную концепцию воздушного транспорта только с крыльями в 1910 году, рассматривая ее как естественное решение проблемы постройки авиалайнера Достаточно большой, чтобы нести разумный пассажирский груз и достаточно топлива, чтобы пересечь Атлантику на регулярных рейсах. Он считал, что потенциально большой внутренний объем летающего крыла и низкое сопротивление сделали его очевидным дизайном для этой роли. Его крыло моноплана с глубокой хордой было встроено в обычный Junkers J1 в декабре 1915 года. В 1919 году он начал работу над своей конструкцией «Гигант», предназначенной для размещения пассажиров в толстом пространстве. крыло, но два года спустя Союзная авиационная комиссия приказала уничтожить неполный JG1 за превышение послевоенных предельных размеров для немецких самолетов. Юнкерс изобрел футуристические летающие крылья, вмещающие до 1000 пассажиров; Ближайшим к реализации этого был 34-местный авиалайнер Grossflugzeug Junkers G.38 1931 года, который отличался большим толстокордным крылом, обеспечивающим место для топлива, двигателей и двумя пассажирскими кабинами. Однако для размещения экипажа и дополнительных пассажиров требовался короткий фюзеляж.

Советский Борис Иванович Черановский начал испытания бесхвостых летающих планеров в 1924 году. После 1920-х годов советские конструкторы, такие как Черановский, работали независимо и тайно при Сталине. Благодаря значительному прорыву в материалах и методах изготовления стали возможны такие самолеты, как БИЧ-3, БИЧ-14, БИЧ-7А. Такие люди, как Чижевский и Антонов, также оказались в центре внимания Коммунистической партии, разработав такие самолеты, как бесхвостый БОК-5 (Чижевский) и ОКА-33 (первый из построенных Антоновым), которые были названы «моторизованными планерами» из-за их схожести. популярным планерам того времени. BICh-11, разработанный Черановским в 1932 году, соревновался с братьями Хортенами H1 и Адольфом Галландом на Девятых соревнованиях планеров в 1933 году, но не был продемонстрирован на летних Олимпийских играх 1936 года в Берлине.

В Германии Александр Липпиш сначала работал над бесхвостыми типами, прежде чем постепенно перейти к летающим крыльям, в то время как братья Хортен разработали серию летающих крылатые планеры в 1930-е годы. Планер H1 летал с частичным успехом в 1933 году, а последующий H2 успешно летал как в планере, так и в варианте с двигателем.

Northrop YB-49 был бомбардировщиком YB-35, преобразованным в реактивный двигатель.

В Соединенных Штатах, с 1930-х годов Джек Нортроп и Честон Л. Эшелман независимо друг от друга работали над своими собственными проектами. Northrop N-1M, прототип дальнего бомбардировщика, впервые поднялся в воздух в 1940 году. Eshelman FW-5, который обычно назывался The Wing, был кабина экспериментального моноплана. Другие примеры истинно летающих крыльев 1930-х годов включают планер AV3 француза Шарля Фовеля 1933 года и американский планер Freel Flying Wing 1937 года с самостабилизирующимся аэродинамическим профилем на прямом крыле..

Вторая мировая война

Во время Второй мировой войны общее понимание аэродинамических проблем стало достаточно понятным для начала работы над рядом прототипов, представляющих серийные образцы. В нацистской Германии братья Хортен были активными сторонниками конфигурации летающего крыла, разрабатывая свои собственные конструкции на ее основе. Одним из таких самолетов был планер Horten H.IV, который производился небольшими партиями в период с 1941 по 1943 год. Несколько других немецких военных конструкций в конце войны были основаны на концепции летающего крыла или ее вариациях., в качестве предлагаемого решения для увеличения дальности полета самолетов с очень малой дальностью полета, оснащенных ранними реактивными двигателями.

Немецкий Horten Ho 229 летал в последние дни Второй мировой войны и был первое летающее крыло с реактивным двигателем. Часть Horten Ho 229 V3, не ремонтировавшаяся по состоянию на 2007 год, на заводе Пола Гарбера

Смитсоновского института

Самым известным примером такой конструкции является истребитель-бомбардировщик Horten Ho 229, который впервые поднялся в воздух в 1944 году. Он сочетал в себе конструкцию летающего крыла, или Nurflügel, с парой реактивных двигателей Junkers Jumo 004 во втором, или Планер прототипа "V2" (V - Versuch); как таковое, это было первое в мире чисто летающее крыло, оснащенное двумя реактивными двигателями . По сообщениям, он впервые был запущен в марте 1944 года. V2 пилотировал Эрвин Циллер, который погиб в результате возгорания в одном из крыльев. двигатели привели к аварии. Планировалось создать модель Gotha Go 229 на завершающей стадии конфликта. Несмотря на намерение разработать Go 229 и улучшенный Go P.60 для нескольких ролей, в том числе в качестве ночного истребителя, ни один Go 229 или P.60, построенный на Gotha, так и не был завершен. Неработающий, почти завершенный уцелевший "V3" или третий прототип был захвачен американскими войсками и отправлен обратно для изучения; он оказался на хранении в Смитсоновском институте.

. Союзники также добились нескольких важных успехов в этой области. В декабре 1942 года «Нортроп» пилотировал Н-9М, опытный самолет в масштабе одной трети для предполагаемого дальнего бомбардировщика; несколько были произведены, все, кроме одного, были списаны после прекращения программы бомбардировщика. В Великобритании планер Baynes Bat летал во время войны; это был экспериментальный самолет в масштабе одной трети, предназначенный для проверки конфигурации для потенциального преобразования танков во временные планеры.

Британский Armstrong Whitworth AW52 G 1944 года был испытательным стендом для планеров для бесхвостые исследования, компания планирует разработать большой авиалайнер с летающим крылом, способный обслуживать трансатлантические маршруты. Позднее за A.W.52G последовала Armstrong Whitworth A.W.52, цельнометаллическая модель с реактивным двигателем, способная развивать высокие скорости для той эпохи; Большое внимание было уделено ламинарному потоку. Первый полет 13 ноября 1947 года A.W.52 дал неутешительные результаты; первый прототип разбился без человеческих жертв 30 мая 1949 года, когда британским пилотом впервые было экстренно использовано катапультное кресло . Второй AW52 продолжал летать с Royal Aircraft Establishment до 1954 года.

Послевоенный

Projects продолжали исследовать летающее крыло в послевоенную эпоху.. Работа над Northrop N-1M привела к созданию дальнего бомбардировщика YB-35, предсерийные машины которого летали в 1946 году. В следующем году он был заменен переоборудованием от типа к реактивной мощности, как YB-49 1947 года. Конструкция не давала большого преимущества по дальности полета, вызывала ряд технических проблем и не была запущена в производство. В Советском Союзе БИЧ-26 стал одной из первых попыток создания в 1948 году сверхзвукового реактивного летающего крыла; Автор авиации Билл Ганстон назвал БИЧ-26 опередившим свое время. Однако самолет не приняли советские военные, и конструкция погибла вместе с Черановским.

Несколько других стран также решили заняться проектами летающих крыльев. Одной из таких стран была Турция, Turk Hava Kurumu Ucak Fabrikasi, производившая бесхвостый планер THK-13 в 1948 году. Несколько британских производителей также изучали эту концепцию в это время. Ранние предложения по Avro Vulcan, ядерному стратегическому бомбардировщику, разработанному Роем Чедвиком, также исследовали несколько вариантов конструкции летающего крыла; одна такая конфигурация, исследованная для Vulcan, сочетала летающее крыло с элементарной передней частью фюзеляжа и вертикальным стабилизатором на каждой законцовке крыла; фактически принятое на вооружение треугольное крыло было получено за счет уменьшения размаха крыла при сохранении площади крыла за счет заполнения пространства между законцовками крыла.

После прибытия сверхзвуковой самолет. В 1950-е годы интерес военных к летающему крылу резко снизился, поскольку концепция использования толстого крыла, в котором размещались экипаж и оборудование, напрямую противоречила оптимальному тонкому крылу для сверхзвукового полета.

Интерес к летающим крыльям возобновился в 1980-х годах из-за их потенциально низкого радиолокационного поперечного сечения отражения. Технология Stealth основана на формах, отражающих радиолокационные волны только в определенных направлениях, что затрудняет обнаружение самолета, если приемник радара не находится в определенном положении относительно самолета - положение, которое постоянно меняется по мере движения самолета.. Этот подход в конечном итоге привел к созданию Northrop Grumman B-2 Spirit, летающего крыла стелс-бомбардировщика. В этом случае аэродинамические преимущества летающего крыла не являются основными причинами принятия конструкции. Однако современные управляемые компьютером электронные системы позволяют свести к минимуму многие из аэродинамических недостатков летающего крыла, создавая эффективный и стабильный бомбардировщик дальнего действия.

Из-за практической необходимости в глубоком крыле, концепция летающего крыла наиболее практична для дозвуковых самолетов. Постоянный интерес к его использованию в больших транспортных средствах, когда крыло достаточно глубокое, чтобы удерживать груз или пассажиров. На сегодняшний день ряд компаний, в том числе Boeing, McDonnell Douglas и Armstrong Whitworth, выполнили значительные работы по проектированию летающих крыльев авиалайнеров., по состоянию на 2020 год такие авиалайнеры еще не поступали в производство.

С конца холодной войны появилось множество беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с летающим крылом. был произведен. Страны обычно использовали такие платформы для воздушной разведки ; К таким БПЛА относятся Lockheed Martin RQ-170 Sentinel, Northrop Grumman Tern и летающее крыло Nanning Huishi. Гражданские компании также экспериментировали с БЛА, такими как Facebook Aquila, в качестве атмосферных спутников. Были изготовлены различные прототипы беспилотных боевых летательных аппаратов (БЛА), в том числе Dassault nEUROn, Сухой С-70 Охотник-Б и BAE Systems Taranis.

Дизайн

Обзор

A Northrop N-1M на выставке в Национальном музее авиации и космонавтики Стивена Ф. Удвар-Хейзи Центр

Чистое летающее крыло иногда представляется как теоретически наиболее аэродинамически эффективная (с наименьшим сопротивлением) конструктивная конфигурация для самолета с неподвижным крылом. Он также обеспечит высокую конструктивную эффективность для заданной глубины крыла, что приведет к легкому весу и высокой топливной эффективности.

. Поскольку у него отсутствуют обычные стабилизирующие поверхности и связанные с ними управляющие поверхности, летающее крыло в чистом виде страдает от присущих ему недостатки в том, что они нестабильны и их трудно контролировать. Эти компромиссы трудно согласовать, и усилия по их достижению могут уменьшить или даже свести на нет ожидаемые преимущества конструкции летающего крыла, такие как уменьшение веса и лобового сопротивления. Более того, решения могут привести к окончательному дизайну, который все еще будет слишком небезопасным для определенных целей, например для коммерческой авиации.

Дальнейшие трудности возникают из-за проблемы размещения пилота, двигателей, летного оборудования и полезной нагрузки в пределах глубины секции крыла. Другие известные проблемы с конструкцией летающего крыла относятся к тангажу и рысканию. Вопросы тангажа обсуждаются в статье Бесхвостый самолет. Проблемы рыскания обсуждаются ниже.

Технический проект

Крыло, которое сделано достаточно глубоким, чтобы вмещать пилота, двигатели, топливо, шасси и другое необходимое оборудование, будет иметь увеличенную лобовую площадь по сравнению с обычным крылом и длинное -тонкий фюзеляж. Фактически это может привести к более высокому лобовому сопротивлению и, следовательно, более низкой эффективности, чем у традиционной конструкции. Обычно в этом случае принимается решение, чтобы крыло было достаточно тонким, и затем самолет оснащался набором блистеров, гондол, гондол, килей и так далее, чтобы удовлетворить все потребности практического самолета.

Проблема становится более острой на сверхзвуковых скоростях, когда сопротивление толстого крыла резко возрастает и очень важно, чтобы крыло было тонким. Сверхзвукового летающего крыла еще не построили.

курсовая устойчивость

Чтобы любой самолет мог летать без постоянной коррекции, он должен иметь курсовую устойчивость по рысканью.

У летающих крыльев нет места, чтобы прикрепить эффективный вертикальный стабилизатор или оперение. Любой плавник должен прикрепляться непосредственно к задней части крыла, создавая небольшой рычаг момента от аэродинамического центра, что, в свою очередь, означает, что плавник неэффективен, а для эффективности его площадь должна быть большой. Такой большой плавник имеет штрафы за вес и сопротивление и может свести на нет преимущества летающего крыла. Проблему можно свести к минимуму, увеличив стреловидность крыла и разместив сдвоенные ребра снаружи около законцовок, как, например, в треугольном крыле с низким удлинением, но многие летающие крылья имеют более мягкую стреловидность и, следовательно, в лучшем случае имеют предельную устойчивость.

Другое решение состоит в том, чтобы наклонить или повернуть секции законцовки крыла вниз со значительным углом, увеличивая площадь в задней части самолета, если смотреть сбоку.

Фронтальная площадь стреловидного крыла, если смотреть в направлении воздушного потока, зависит от угла рыскания относительно воздушного потока. Рыскание увеличивает сопротивление ведущего крыла и снижает сопротивление ведомого. При достаточной обратной стреловидности дифференциального сопротивления достаточно для естественного выравнивания самолета. Эта схема стабилизации использовалась в первых летающих крыльях Northrop в сочетании с вертикальными гондолами двигателей (YB-35) или миниатюрными стабилизаторами (YB-49).

Дополнительный подход использует дифференциальное скручивание или размывку вместе со стреловидной формой крыла в плане и подходящим сечением аэродинамического профиля. Прандтль, Панконин и другие обнаружили, что вымывание было основополагающим для устойчивости к рысканью в обороте братьев Хортен летающих крыльев 1930-х и 1940-х годов. Из-за необходимости расположения элевонов рядом с законцовками крыла, элевон на крыле, движущемся вверх, вызывает сопротивление, затрудняющее поворот, поскольку он отклоняет воздушный поток высокого давления под крылом. Гортенс описал «колоколообразное распределение подъемной силы» по размаху крыла с большей подъемной силой в центральной части и меньшей на концах из-за их меньшего угла атаки или размывания. Восстановление внешней подъемной силы элевоном создает небольшую тягу задней (внешней) секции крыла при развороте. При смещении этот вектор по существу тянет заднее крыло вперед, чтобы компенсировать "неблагоприятный рыскание", вызванное элевоном. На практике это не сработало.

Контроль рыскания

В некоторых конструкциях летающих крыльев любые стабилизирующие стабилизаторы и связанные с ними рули направления были бы слишком далеко вперед, чтобы иметь большой эффект, поэтому альтернативные средства для рыскание управление иногда предусмотрено.

Одним из решений проблемы управления является дифференциальное лобовое сопротивление: сопротивление около одной законцовки крыла искусственно увеличено, в результате чего самолет отклоняется от курса в направлении этого крыла. Типичные методы включают:

  • Разделение элеронов. Верхняя поверхность движется вверх, а нижняя - вниз. Разделение элеронов на одну сторону вызывает рыскание, создавая эффект дифференциального воздушного тормоза.
  • Спойлеры. Поверхность спойлера в верхней обшивке крыла приподнята, чтобы нарушить воздушный поток и увеличить сопротивление. Этот эффект обычно сопровождается потерей подъемной силы, которую должен компенсировать либо пилот, либо сложные конструктивные особенности.
  • Спойлероны. Спойлер на верхней поверхности, который также снижает подъемную силу (эквивалентен отклонению элеронов вверх), вызывая крен самолета в направлении разворота - угол крена заставляет подъемную силу крыла действовать в направлении разворота, уменьшая величина сопротивления, необходимая для поворота продольной оси самолета.

Следствием метода дифференциального сопротивления является то, что если самолет часто маневрирует, он часто создает сопротивление. Таким образом, летающие крылья наиболее эффективны при крейсерском движении в неподвижном воздухе: в турбулентном воздухе или при изменении курса самолет может быть менее эффективным, чем при обычной конструкции.

Двунаправленное летающее крыло

Двунаправленное летающее крыло, вид сверху вниз

Конструкция сверхзвукового двунаправленного летающего крыла состоит из низкоскоростного крыла с большим размахом и высокоскоростного крыла с коротким размахом крыло соединено в виде неравномерного креста.

Предлагаемый аппарат будет взлетать и приземляться с низкоскоростным крылом поперек воздушного потока, а затем совершать поворот на четверть оборота так, чтобы высокоскоростное крыло было обращено к воздушному потоку для сверхзвукового полета. НАСА профинансировало исследование этого предложения.

Утверждается, что конструкция отличается низким волновым сопротивлением, высокой дозвуковой эффективностью и небольшим или отсутствующим звуковым ударом.

Предлагаемое низкоскоростное крыло будет иметь толстый закругленный аэродинамический профиль, способный удерживать полезную нагрузку, и большой размах для повышения эффективности, в то время как высокоскоростное крыло будет иметь тонкий аэродинамический профиль с острыми краями и более короткий аэродинамический профиль. пролет для низкого сопротивления на сверхзвуковой скорости.

Родственные конструкции

Некоторые родственные самолеты, которые не являются строго летающими крыльями, были описаны как таковые.

Некоторые типы, такие как Northrop Flying Wing (NX-216H), по-прежнему имеют хвостовой стабилизатор, установленный на хвостовых балках, хотя у них нет фюзеляжа.

Многие дельтапланы и сверхлегкие самолеты бесхвостые. Хотя иногда их называют летающими крыльями, эти типы несут пилот (и двигатель, если он установлен) ниже конструкции крыла, а не внутри него, и поэтому не являются настоящими летающими крыльями.

Самолет с резко стреловидным треугольником и глубоким центральным сечением представляет собой пограничный случай между конфигурациями летающего крыла, составного корпуса и / или подъемного корпуса.

См. Также

Ссылки

Цитаты

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с самолетами с летающими крыльями.
Последняя правка сделана 2021-05-20 09:45:28
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте