Крыло-вентилятор: fanwing

Крыло-вентилятор: fanwing

Какие бы конструкции ни придумывал человек, распространение получили самолеты традиционной компоновки и вертолеты. Кольцепланы, автожиры, экранопланы существуют, но выглядят скорее диковинками, чем функциональными летательными средствами. Тем не менее есть люди, которые не сдаются.

Американец Патрик Пиблс не имел желания сдаваться. Ведь произвести революцию в авиастроении — это не только очень почетно, но и весьма прибыльно. И он придумал проект, который назвал FanWing. Подлинно новых концепций в авиастроении практически нет. Недавно мы писали о белорусском кольцеплане — кажется, впервые в истории поднялся в воздух самолет с замкнутым контуром крыла… Но нет, авиация знала полтора десятка попыток сконструировать подобный самолет. А вот идея Пиблса, пусть и вытекающая из уже известных концепций летательных аппаратов (в частности, цикложира), достаточно свежа. Если обычный самолет с пропеллером можно сравнить с моторной лодкой, то FanWing — это скорее пароход с гребным колесом.

Что такое FanWing

Банальная аэродинамическая истина звучит так: принудительный обдув верхней плоскости крыла заметно увеличивает подъемную силу и сокращает дистанцию разбега. Вопрос заключается в том, как обеспечить принудительный обдув, не затратив на это всю энергию, которую он позволит сэкономить.


ТТХ модели FanWing UAV Airframe

Максимальный взлётный вес — 12 кг;
Размах ротора — 1.6 м;
Полный размах крыла - 2.4 м;
Двигатель — 1.2 кВ/электромотор;
Полётная скорость — 8−10 м/сек;
Длительность автономного полёта — 80 мин;
Полезная нагрузка — 2 кг.

Технические особенности: очень короткий разбег при взлёте и посадке; самостоятельный взлёт и посадка; высокая длительность автономного полёта; высокая стабильность при турбулентности; хорошая маневренность на низких скоростях.

Патрик Пиблс разместил перед крылом горизонтальный ротор с лопатками. Воздух, нагоняемый ротором, поступает на переднюю кромку верхней плоскости крыла, создавая и тягу, и подъемную силу. Надо сказать, что еще до Пиблса исследования в этой области проводили специалисты NASA. Они размещали вдоль передней кромки крыла авиамодели вращающийся от электромотора цилиндр. Подъемная сила увеличивалась, хотя не очень существенно и заметно зависела от рельефа поверхности цилиндра. Пиблс довел идею NASA до совершенства (хотя в какой-то мере — до абсурда) и превратил цилиндр в «гребное колесо». Теперь, когда ротор создает над верхней плоскостью крыла необходимое разрежение, подъемная сила сохраняется достаточно высокой даже на очень серьезных углах атаки, вплоть до вертикального взлета. Предполагаемая частота вращения ротора полноценного самолета (не модели) — около 1000 об/мин; конструкция лопаток подразумевается легкой и потому практически не вызовет вибрации машины.

Компания FanWing приступает к созданию первого самолета, имеющего функциональное назначение. Это небольшой беспилотник, который может работать наблюдательным аппаратом или перевозить грузы средних габаритов. Конструкторы полагают, что такой проект приведет в итоге к созданию управляемого самолета взлетной массой 13 т и с размахом крыльев 22 м.

Преимущества аппарата типа FanWing заметны сразу. Во‑первых, он требует гораздо меньшей мощности двигателя, чем обычный самолет, при такой же массе. 400-килограммовый FanWing спокойно взлетает с 40-сильным двигателем, его соперник традиционной компоновки требовал бы как минимум в три раза более мощного силового агрегата. Кроме того, несмотря на видимую сложность, FanWing гораздо проще в изготовлении и эксплуатации, чем вертолет. Наконец, у вертолета отношение тяги к мощности источника энергии (двигателя) в среднем равно 50 Н/кВт в состоянии зависания и 75 Н/кВт в полете. Аналогичный показатель у FanWing равен 250 Н/кВт.

А вот аэродинамика FanWing заметно подкачала. Сам изобретатель утверждает, что в будущем летательные аппараты подобного типа смогут «обогнать» обычные самолеты в том числе и по скоростным характеристикам, но сегодня в это верится слабо. Ротор и его обтекаемый кожух имеют достаточно высокое лобовое сопротивление, и аэродинамические качества самолета оставляют желать лучшего. Он экономичен и прекрасно управляем, но вряд ли появятся сверхскоростные самолеты типа FanWing. Правда, для предполагаемых целей — использования в качестве грузовиков, воздушных такси или сельскохозяйственных машин- крейсерской скорости в 70 км/ч будет вполне достаточно (именно такую скорость закладывают в конструкцию первого полноразмерного беспилотника).

Сегодня разработаны многочисленные компьютерные скетчи различных типов FanWing. Например, самолет Пиблса незаменим при тушении пожаров — как в городских условиях, так и в случае возгорания в лесу, а также в армейских подразделениях, где он может прийти на смену вертолетам. Разработан также проект самолета-амфибии и более того — самолета-подлодки! Одной из предполагаемых модификаций FanWing может стать самолет скорой помощи для доставки медикаментов в труднодоступные районы и эвакуации пострадавших. Проект предложен к рассмотрению в том числе и Международному комитету Красного Креста.

Серьезной проблемой могут быть посторонние тела в воздухе, например птицы. Реактивные самолеты летают на высотах, где птиц немного, да и вероятность попадания залетного альбатроса в сравнительно небольшое отверстие турбины невелика. Иное дело ротор на всю ширину размаха крыльев… Другой проблемой может стать отказ роторов. Если обыкновенный самолет пилот-профессионал может посадить без двигателей, то FanWing планировать не умеет, и летчику придется выкручиваться за счет автовращения ротора. Но в любом случае вероятность благоприятного исхода при аварии на FanWing минимальна.

Путь самолета

FanWing уже давно вышел из стадии патента и даже концепта. Модели самолетов Пиблса летают без видимых проблем: не хватает только финансирования для создания полноразмерного экземпляра самолета. Первую действующую модель FanWing Пиблс построил еще в 1998 году и 1 сентября запустил ее в самостоятельный полет.


Самолет Болдырева

Принцип принудительного обдува верхней поверхности крыла неоднократно «всплывал» в авиационной промышленности, но так ни разу и не был претворён в жизнь. Наиболее близким к идее Пиблса летательным аппаратом был самолёт, спроектированный в 1946 году советским инженером Александром Болдыревым. Болдырев работал в МАИ, идею свою вынашивал ещё в 1930-х годах, и в 1939 году получил авторское свидетельство «Разрезное крыло с колеблющимся предкрылком». Сразу по наступлении мирного времени он начал работу над самолётом. В его конструкции перед крылом по всей его длине крепилась короткая пластина-предкрылок, которая отбрасывала воздушный поток по линии верхней поверхности крыла. Поток срывался с задней кромки крыла, а на передней возникала подсасывающая сила. Равномерно распределённая по крылу принудительная циркуляция воздуха создавала дополнительную тягу и подъёмную силу. Но инженер не успел даже поднять свой опытный самолёт в воздух. Несколько раз ЛА выезжал на лётное поле, затем сломалась шестерня в механизме вращения предкрылка, а потом тема была сочтена бесперспективной, и проект закрыли в момент, когда самолёт не был достроен. От единственного построенного самолёта с колеблющимся предкрылком осталось только несколько фотоснимков.


Зимой того же года изобретатель познакомился с Саймоном Форшоу из Имперского колледжа Лондона, одного из самых престижных технических вузов Великобритании. FanWing был продут в аэродинамической трубе с целью выяснить возможности авторотации и определить динамические свойства летательного аппарата. Результаты тестов оказались намного более многообещающими, нежели мог предсказать Пиблс. Заключение Форшоу звучало так: «Было проведено сравнительное теоретическое исследование самолета типа FanWing и обычного вертолета аналогичной грузоподъемности. При одинаковом весе потребляемая мощность оказалась примерно в одних границах. Но при этом крыло типа FanWing работает гораздо тише и представляет собой конструкцию гораздо более простую в производстве и эксплуатации».

А вот надежды Пиблса на возможность авторотации крыла были разрушены. Автовращение ротора не происходило ни при каких условиях. Было рекомендовано предусмотреть автономные аварийные системы для обеспечения движения самолета после отказа основных двигателей. Правда, Пиблс и его команда (к тому времени он работал уже не в одиночку) решили пойти наперекор авторитетному заключению. В 2001 году они объявили, что сумели найти конфигурацию ротора, при которой автовращение позволяло самолету идти на скорости, достаточной для контролируемой посадки.

В год компания FanWing делает несколько новых моделей — для различных шоу, выставок, презентаций. С каждым экспериментом в аэродинамической трубе характеристики улучшаются. В 2006 году при содействии Имперского колледжа Лондона был сделан трехмерный авиасимулятор, позволяющий в реальном времени управлять виртуальной моделью FanWing. В 2008 году на модели начали ставить измерительные приборы. В частности, модификация VT получила спидометр, альтиметр, тахометр для ротора, измеритель температуры двигателя и прочее оборудование. Модели, сделанные после 2008 года, — это не просто исследовательские базы для изучения свойств роторного крыла, а уменьшенные копии планируемого полноразмерного беспилотника.


Изделие №7

История развития проекта FaqnWing знала множество побед и поражений. Впрочем, в последнее время побед гораздо больше. С 2000 года началась активная реклама проекта и поиск инвесторов. FanWing ждал успех на технической выставке BBC, а канал Discovery снял о «самоделкиных» небольшую передачу. Вскоре FanWing дебютировал на ежегодном авиашоу Inter-Ex — выставке экспериментальных и безумных моделей летательных аппаратов. Летала модель №7 уже прекрасно — без перекосов, идеально слушаясь управления. Затем была изготовлена очередная модель с размахом крыльев 1,8 метра, весом 6 килограмм, а год спустя Патрик Пиблс с супругой Диклой основал компанию по продвижению (и, возможно, производству) самолётов подобного типа. К слову, на прошедшем авиашоу в Фарнборо были проведены демонстрационные полёты последней версии FanWing — по информации британской прессы вполне успешные.

FanWing сегодня

В первую очередь FanWing позиционируется как удобный самолет для полетов на небольшие расстояния, использования в труднодоступных районах, для сельскохозяйственных и промышленных нужд. Одно из основных преимуществ крыла-ротора- повышенная маневренность на низких скоростях, а также короткий пробег при взлете и посадке. В частности, Пиблс утверждает, что подобное летательное средство способно подниматься даже с крыши здания, подобно вертолету. Еще одно положительное качество — высокая устойчивость при боковых ветрах и турбулентности. Последний фактор позволяет надеяться на использование FanWing в пассажирской авиации (и в самом деле — многие пассажиры готовы променять скорость на надежность). Впрочем, компания прекрасно осознаёт, что новая технология несет целый ряд рисков. В частности, Пиблс предвидит возможное обледенение лопастей ротора при работе на больших высотах, но до испытаний полноразмерной модели утверждать что-либо все равно невозможно.

Надо отметить, что самолёт типа FanWing имеет примерное столько же недостатков, сколько и преимуществ. Ротор имеет высокое лобовое сопротивление, и аэродинамические качества самолёта оставляют желать лучшего. Проблемой могут быть посторонние тела в воздухе: ротор на всю ширину размаха крыльев может засосать в себя немало сторонних объектов. Отказ ротора является серьёзной опасностью для FanWing: если обыкновенный самолёт можно посадить без двигателей, то FanWing планировать не умеет, и лётчику придётся выкручиваться за счёт автовращения ротора. Эта фотография сделана во время всемирного авиасалона «Фарнборо-2010» близ Хэмпшира, Великобритания. Испытательная модель FanWing UAV в очередной раз подтвердила свою надёжность и эффективность.

Сегодня разработаны компьютерные скетчи различных типов FanWing. Например, самолет Пиблса может быть незаменим при тушении пожаров — как в городских условиях, так и в случае возгорания в лесу, а также в армейских подразделениях, где он может прийти на смену вертолетам. Разработан также проект самолета-амфибии и более того — самолета-подлодки (в последнем случае ротор превращается в гребное колесо). Наиболее безумным выглядит проект по организации постоянного городского транспорта на базе FanWing: по идее изобретателя, сеть платформ на высоте крыш зданий может заменить метрополитен.

Компания FanWing приступает к созданию первого самолета, имеющего функциональное назначение. Это небольшой беспилотник, который может вести наблюдение или перевозить грузы средних габаритов. Пиблс и компания надеются, что проект, получивший название «Небесный грузовик» (Sky Truck), приведет в итоге к созданию управляемого самолета взлетной массой 13 т и размахом крыльев 22 м. Проектируемый расход топлива подобного гиганта примерно в полтора раза ниже, чему у аналогичного самолета традиционной компоновки (в данном случае речь идет о ДВС).

С каждым испытанием разработчики совершенствуют свою конструкцию. Единственное, чего не хватает, это полноценной модели. Здесь действует принцип «уловки 22»: для того чтобы получить финансирование, нужно построить самолет и продемонстрировать его в работе. В свою очередь, для постройки самолета нужны деньги. Тот, у кого получается вырваться из этого заколдованного круга, срывает банк. Удастся ли это Пиблсу и его команде? Время покажет.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2010).
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.