Ringplane: avión con un ala cerrada

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

Un avión con un ala cerrada no puede volar, ha sido probado por el tiempo. Se han intentado Ringplanes desde la época de los hermanos Wright, y ninguna estructura de este tipo ha podido permanecer en el aire durante varios minutos. Pero la mente humana no se rinde. En 2007, después de 100 años y más de 20 intentos, despegó un dispositivo similar. Y demostró ser un avión maniobrable, ligero y duradero.

Esta historia comenzó en 1988, cuando las cosas ya se dirigían hacia el colapso de la Unión, pero la esperanza de estabilidad aún ardía en los corazones de los líderes del gran estado. El club de creatividad técnica en la planta de engranajes de Minsk recibió una tarea creativa de una estructura agrícola local: diseñar un avión maniobrable y ligero que pueda soportar fuertes vientos laterales. El "granjero" más popular en ese momento era AN-2: podía llevar a bordo muchos fertilizantes y equipos de aspersión. Pero el viento era su terrible enemigo: en los interminables campos de Kuban, el AN-2, en términos de controlabilidad, parecía un elefante loco. El técnico de aviación Arkady Alexandrovich Narushevich, el piloto Anatoly Leonidovich Gushchin y varias otras personas se hicieron cargo del caso. Después de una larga investigación, Narushevich llegó a una conclusión inesperada: es necesario construir un avión con un contorno de ala cerrado, pero no circular, sino ovalado. Se construyeron varios modelos, que volaron con bastante éxito (observo que durante nuestra conversación Narushevich hizo un modelo de papel en 15 minutos, ¡y voló!). Los entusiastas compraron materiales y construyeron un ala ovalada. Y luego 1991 se estrelló. La URSS quedó en el pasado, la financiación terminó en solo unos días y los fondos restantes se retiraron. El ala se envió para un almacenamiento a largo plazo y el proyecto de la aeronave se olvidó. Pero eso estuvo lejos del final.

De Bleriot a Zhivodan

El 17 de diciembre de 1903, un hombre despegó por primera vez en un avión con motor. El hombre se llamaba Orville Wright y el avión se llamaba Wright Flyer I.

A pesar del notable éxito de los hermanos Wright, numerosos inventores han creado varias configuraciones de alas, según sus conceptos, más efectivas que los aviones Wright ordinarios. Uno de los pioneros de la aviación fue el inventor francés Louis Bleriot, quien construyó su primer dispositivo Ornitóptero en 1900. Es cierto que solo el undécimo modelo, construido en 1909, se convirtió en el primer avión verdaderamente volador de Bleriot. No nos interesa en absoluto, sino en el avión Bleriot III, diseñado en 1906 y que nunca despegó. Fue el primer avión con un ala cerrada en la historia de la construcción de aviones.

Bleriot solo estaba experimentando, al azar. Conectó los extremos de las alas de un biplano convencional en semicírculos e instaló el mismo diseño que la cola. Es cierto que el hidroavión resultante "Bleriot III" nunca despegó del agua por sí solo. Los testigos describieron varios vuelos, cuando el dispositivo fue remolcado como una cometa, pero nada más.

Hoy en día, los errores de Blériot son obvios: cola demasiado pesada, grandes pérdidas de sustentación debido a un contorno de ala elegido incorrectamente. Pero el hecho es que los aviones de ala cerrada comenzaron su viaje en la aviación.

Además de Bleriot, varios otros diseñadores de principios de siglo experimentaron con el ala cerrada. El avión del ingeniero francés Zhivodan, construido por él en la fábrica Velmorel en 1909, fue famoso en un momento. Todos y cada uno, incluido Scientific American y una serie de publicaciones respetadas, han escrito sobre la asombrosa máquina que abre una nueva era de la aviación. En el avión de Zhivodan, el papel de las alas lo desempeñaban dos figuras en forma de anillo, entre las cuales se encontraba el asiento del piloto. El motor pesaba 80 kg y desarrollaba 40 CV girando una hélice de 2,4 metros. Como era de esperar, la extraña estructura, que recuerda a una tubería con una sección central rota, no se elevó por los aires. Vale la pena señalar que el diseñador de aviones modelo francés Emmanuel Fillon diseñó un modelo funcional del avión de Zhivodan en la década de 1980. Y la modelo voló maravillosamente. Es decir, sus propiedades aerodinámicas no eran tan malas. La masa excesiva o la baja potencia del motor pueden haber impedido el despegue del original.

Vale la pena mencionar otro diseño asombroso: el llamado Gary-Plane del estadounidense William Pierce Gary. El avión de Gary (1910) tenía un ala plana en forma de anillo con un diámetro de 8 m, ¡más de cuatro alturas humanas! Es cierto que el avión de Gary se destacó por su terrible inestabilidad: todos los intentos de volar en él terminaron volcando hacia adelante.

Finales de la década de 1990: segundo viento

En 1998, Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants y varios otros pilotos convencieron a Narushevich de que continuara trabajando en el avión. Cierta empresa privada se interesó en el avión, se encontró el dinero, se restauró el ala medio olvidada y el equipo comenzó a ensamblar el fuselaje. Todo se hizo desde cero. A menos que se quitó el tren de aterrizaje del helicóptero Mi-1 y el tablero de instrumentos del AN-2. El automóvil fue diseñado para un consumidor potencial: asientos para uno o dos pilotos y tres pasajeros en semicírculo. En lugar de pasajeros, fue posible colocar contenedores para almacenar fertilizantes y equipos de aspersión …

Una característica importante del avión de Narushevich era que el ala ovalada no estaba unida directamente al fuselaje. Se ubicó en el interior del ala sobre bastidores y suspensiones. Por lo tanto, la sustentación se creó sobre toda la superficie del ala.

En 2004, se llevaron a cabo las primeras pruebas de campo de la máquina recibida. Realizó varios vuelos en condiciones de calma y viento cruzado. Los inventores descubrieron que el dispositivo tiene propiedades aerodinámicas muy inusuales. En primer lugar, un avión con un ala ovalada (lo llamaremos más SOC) no reaccionó en absoluto a las ráfagas de viento lateral de hasta 13 m / s. En segundo lugar, para una carrera de despegue, 150 m fueron suficientes (para el AN-2 - 180 m, para otras aeronaves de la misma clase a veces incluso más). Pero lo principal resultó ser la relación práctica de la carga útil y el peso en vacío total de la aeronave: ¡0,45! Hasta ahora, nadie se ha acercado a tal coeficiente. El avión podría mostrarse de forma segura a futuros inversores.

Hoy el extraño "ovaloplane" de Louis Bleriot parece absurdo: el diseñador francés cometió demasiados errores durante su construcción. Pero Bleriot actuó al azar: en 1906, nadie sabía qué configuración de ala ganaría.

Anillos de despegue verticales

Entre los proyectos alemanes de la Segunda Guerra Mundial, muchos fueron absolutamente asombrosos por su coraje y originalidad. Así, el caza-interceptor de despegue y aterrizaje vertical "Lark" (Lerche) diseñado por Ernst Heinkel (1944) tenía un ala cerrada de nueve lados y dos motores Daimler-Benz 605D independientes, cada uno de los cuales hacía girar su propia hélice. Ambas hélices estaban ubicadas dentro del ala. Para ese momento, el avión era inusual porque significaba despegue y aterrizaje verticales.

Es difícil decir qué habría hecho Heinkel si Lark estuviera encarnado en metal. En 1945, Heinkel también desarrolló LercheII, no hubo tiempo suficiente para el primero y el proyecto desapareció en la oscuridad. Sin embargo, todos tienen la oportunidad de volar Skylark, en el juego de computadora IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Pero los franceses en 1959 encontraron la oportunidad de encarnar en metal su obra maestra de alas anilladas. El asombroso jet SNECMA C-450 Coleoptere incluso despegó. Es cierto que aterrizó con bastante fuerza, casi enterrando al piloto debajo de él. De hecho, SNECMA desarrolló el vehículo aéreo no tripulado de ala circular incluso antes, en 1954. Se le dio el nombre lírico Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) y realizó más de 200 vuelos de prueba con éxito. Al igual que el German Lark, era un avión de despegue y aterrizaje vertical. El siguiente paso fue la creación de un vehículo tripulado, que se convirtió en el C-450. El caza de ocho metros fue lanzado con éxito, pero durante la transición del vuelo vertical al vuelo horizontal, demostró una total incapacidad para mantener la altitud y se hundió como una piedra. El piloto se expulsó y el costoso proyecto se cerró de inmediato.

SNECMA C-450 (1959) Solo podía volar verticalmente. Cuando el piloto intentó cambiar al vuelo horizontal, la estructura experimental se derrumbó como una piedra. El proyecto de aviones de ala cerrada se cerró de inmediato.

SNECMA C-450 (1959)

Solo podía volar verticalmente. Cuando el piloto intentó cambiar al vuelo horizontal, la estructura experimental se derrumbó como una piedra. El proyecto de aviones de ala cerrada se cerró de inmediato.

El último intento de crear un anillo plano de despegue vertical fue el proyecto estadounidense Convair Model 49 (1967). Convair ahora es bien conocido por su diseño submarino y una serie de otros diseños locos. El Model49 era un híbrido de avión y helicóptero. Su ala en forma de anillo ocultaba un arsenal del que todo un regimiento de artillería podía estar orgulloso. Ametralladoras, lanzagranadas, cañones y lanzacohetes: "49th" podría dar batalla por sí solo a un ejército en toda regla. Si fue hecho. El loco proyecto fue sabiamente rechazado por el gobierno de Estados Unidos.

Ala cerrada nueva vida

En 2006, los expertos volvieron a interesarse por el tema del ala ovalada. En una de las empresas de Minsk, se organizó un trabajo de diseño experimental (I + D) para restaurar un avión con un ala ovalada, probarlo y estudiar sus características aerodinámicas. El diseñador jefe de la República de China fue Alexander Mikhailovich Anokhin, un ex piloto militar con una sólida experiencia de 35 años. Narushevich y Gushchin se convirtieron en miembros de la oficina de diseño. En 2008, el Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, el profesor Leonid Ivanovich Grechikhin participó en el trabajo. Trabajó en las propiedades aerodinámicas de los cohetes con el famoso Korolev, y ahora consulta y da conferencias en varios institutos del CIS. Como resultado, se formó un equipo que continúa trabajando en este tema incluso ahora.

El problema era que el avión no había despegado hacia el cielo desde 2004 y se había vuelto prácticamente inutilizable. Pero el trabajo estaba en pleno apogeo. La aeronave fue modificada, preparada para vuelos y retirada del hangar. Comenzaron las pruebas. La configuración del vehículo siguió siendo la misma, pero el ajuste fue serio, hasta el cambio en el perfil del ala. Un trabajo significativo (que continúa ahora) fue para Grechikhin: se construyó un avión con un ala ovalada, ¡pero nadie lo había calculado previamente en detalle!

Características técnicas

¿Qué es el SOC hoy? Definitivamente es un avión. Pero en términos de sus cualidades en el aire, se diferencia notablemente de las máquinas ordinarias con alas planas o redondeadas. Un ala plana ordinaria se caracteriza por una resistencia inductiva: el aire de la zona de alta presión debajo del ala tiende a fluir hacia la zona de vacío en la superficie superior a través de las puntas de las alas. En este caso, los vórtices finales se forman detrás de la aeronave, cuya formación también consume energía, que es el valor de la resistencia inductiva.

Para un ala ovalada, el problema de la resistencia inductiva no es relevante, ya que no tiene puntas. Además, el flujo de aire entrante, que pasa a través de un circuito cerrado, se dirige hacia abajo, creando una fuerza de elevación adicional. Cuanto mayor sea el ángulo de ataque del ala, más fuerte será este efecto. Y el ángulo de ataque de tal diseño puede ser sin precedentes.

La pérdida de flujo ocurre cuando el chorro de aire, con un aumento en el ángulo de ataque, deja de fluir suavemente alrededor de la superficie superior del ala y se desprende de ella con la formación de vórtices. En este caso, la sustentación del ala desaparece inmediatamente y el aparato pierde el control. El ala ovalada permite un ángulo de ataque del ala de hasta 50 °, mientras que sus competidores más cercanos alcanzan un máximo de 20-22 °. El aire dentro del ala cerrada dificulta detener el flujo desde la superficie superior de la parte inferior del ala. Y cuando el flujo sale del circuito cerrado, por eyección (el proceso de mezclar dos medios, cuando un medio arrastra al otro), "succiona" el aire que pasa por la superficie superior de la parte superior del ala. Estos datos no se obtuvieron empíricamente: el ala ovalada se "derramó" en el canal de agua.

Antes de encarnarse en metal y despegar en el aire, el avión bielorruso con un ala cerrada pasó por tres "reencarnaciones": su construcción comenzó en 1988.

La capacidad de volar en ángulos de ataque extremadamente altos, junto con el efecto de deflexión del flujo, permite que la aeronave vuele a velocidades extremadamente bajas sin el uso de flaps. El SOK carece de mecanización de alas, lo que no le impide despegar y aterrizar de forma fiable. La resistencia a la pérdida sin precedentes permite que la aeronave vuele de manera constante y confiable en el rango de velocidad más amplio.

Muchas cualidades del SOC son sorprendentes. Logra acelerar, volar y aterrizar en una pista de hierba desigual de solo 400 m de largo, con el motor apagado, planea bien y en general se comporta muy estable en el aire. El ala ovalada hace que el avión sea más maniobrable y ahorra combustible. Además, el circuito cerrado le da al ala una fuerza adicional. Según Grechikhin, los aviones con alas clásicas pronto perderán fuerza. Es muy simple: cuanto más grande es el avión, más pesado y poderoso es su ala, más difícil es mantener su rigidez. Esencialmente, el avión lleva una masa de carga "inútil": el peso de sus propios palos. Y el ala ovalada es dos veces más liviana para la misma elevación.

Problemas tradicionales

El principal problema es que las leyes bielorrusas sobre aviación no prevén la creación de aviones en el territorio del país y sus operaciones de vuelo en absoluto. Recientemente, Midivisana ha creado una oficina de diseño especializada para el desarrollo de vehículos aéreos no tripulados bajo el liderazgo de Anokhin. Entre los empleados se encuentran Narushevich y Gushchin. El equipo establecido de entusiastas no pierde la esperanza de que al menos en un avión no tripulado puedan realizar su invento: un ala ovalada cerrada.

Ringplan Sukhanov

En la URSS también se intentó crear un plano de anillo. En 1936, un estudiante del Instituto de Aviación de Moscú Sukhanov presentó como tesis un proyecto de un avión con un ala anular para la defensa. El diámetro del ala era de 3 my la velocidad de diseño de 600 km / h debía ser proporcionada por el motor Hispano-Suiza de 800 caballos de fuerza. Para 1940, el diploma se había convertido en un proyecto completo de un caza-interceptor de despegue y aterrizaje corto y fue considerado en el consejo científico y técnico de TsAGI. Pero llegó la guerra, no hubo tiempo ni dinero para la construcción del avión, y más aún para su prueba. En 1942, en Novosibirsk, Sukhanov construyó un modelo funcional del plano circular. Las pruebas de modelos han demostrado que la aeronave puede soportar ángulos de ataque de hasta 43 °, tiene una alta relación potencia / peso, propiedades anti-giro y excelente maniobrabilidad. Sukhanov recibió el certificado del autor, realizó todos los cálculos, pero el ringplan, debido a la guerra y la devastación en el país, nunca vio la luz.

El ala muestra sus propiedades solo en una cierta proporción de los ejes de la elipse entre sí, la longitud de la cuerda del ala al eje menor de la elipse y otros matices del perfil del ala. Los diseñadores solicitaron una patente y recibieron certificados de prioridad para esta forma de ala en Bielorrusia y Rusia. Ahora, al parecer, nadie podrá repetir su éxito, porque ya se han replanteado todos los "corredores" disponibles de parámetros de ala ventajosos.

Para el período comprendido entre el inicio del desarrollo y la construcción del primer modelo de producción de un avión con motor ligero, se necesitan alrededor de $ 12 millones, dice Alexander Anokhin. “Incluso podemos hacer un ala delta con tal ala. ¿Puedes imaginar? ¡Ala delta, sin miedo al viento cruzado! El problema principal ni siquiera es la financiación: tan pronto como SOK llegue a MAKS, por ejemplo, se encontrarán inversores. El problema está en la legislación bielorrusa, según la cual una aeronave creada en el territorio del país es extremadamente difícil de registrar, y en este caso es simplemente imposible, ya que no pertenece a las clases de aeronaves conocidas. Sin embargo, ya existe un acuerdo con el aeródromo de Voronezh, que está previsto que se utilice para realizar más pruebas del vehículo.

¿Que sigue? Veamos. El hecho permanece. Por primera vez en la historia de la construcción de aviones, despegó un avión de ala cerrada. Quizás estemos al borde de nuevos descubrimientos. O tal vez sea solo un avión curioso, un incidente aislado. El tiempo dirá.