Замкнутое крыло
Крыло современных самолетов имеет одну не очень полезную особенность — кольцевые вихри. С ними, конечно, идет борьба. В основном при помощи законцовок, которые можно видеть практически на каждом современном пассажирском лайнере.
Бесконечное крыло — странная идея
Но есть и кардинальное решение проблемы, сделать крыло бесконечным (в смысле не имеющим концов). А необычные крылья самолета должны должны давать необычные эффекты.
Крыло замкнутого контура
Замкнутое крыло — очень старая идея, родилась она практически на самой заре авиации. Еще в начале 20-го века предпринимались попытки создать аэроплан с кольцевым крылом. Они все были безуспешными.
Самолет Живодана 1909. Позже появился и Givaudan 2, но оба не взлетели
Вторая попытка была предпринята в конце Второй мировой войны в Германии. В компании Хенкель разрабатывался Lerche, но дальше разработки дело не пошло. Немцы вообще были очень увлечены всевозможными экзотическими компоновками в те годы. Но время для вертикального взлета и замкнутого крыла еще не пришло.
Он должен был взлетать и садится «на хвост»
В конце 60-х компания Convair из США попыталась начать разработку опытного летательного аппарата Model 49 с кольцевым крылом, но, как и немцы ранее, ничего действительно летающего создать не смогла. Не справились с задачей и во французской Snecma.
Аэродинамика кольцевого крыла
Главное преимущество замкнутого крыла — отсутствие концов. Это означает отсутствие концевых вихрей, а значит и снижение сопротивления. Точнее — снижение индуктивного сопротивления до нуля. Меньшее сопротивление означает, меньший расход топлива (и больше прибыль), меньшее загрязнение окружающей среды и еще несколько мелких плюсов. Из минусов — больший вес, что для самолета очень плохо.
Сейчас с концевыми вихрями и индуктивным сопротивлением борются установкой аэродинамических законцовок: «винглетов» или «шарклетов». Но сделать крыло бесконечным — это более смелое решение.
Концевые вихри на F-18. Но для военных экономика не на первом месте.
Индуктивное сопротивление — это часть суммарного сопротивления (оно состоит из лобового, индуктивного и волнового) наибольшее его значение наблюдается на низких скоростях и больших углах атаки, например, во время взлета и посадки.
Кольцевое крыло кроме меньшего сопротивления имеет значительное преимущество в виде высокого значения критического угла атаки (в два раза выше), увеличенного коэффициента подъемной силы, устойчивость к боковому ветру, а также повышенной прочностью и жесткостью.
Еще один не очевидный плюс, это отсутствие необходимости в развитой механизации. Закрылки и предкрылки становятся уже не нужны, значит и возить «лишнюю» массу этих агрегатов не нужно. К тому же, уменьшенный вес, большой критических угол атаки и повышенная подъемная сила позволит взлетать с более коротких взлетно-посадочных-полос.
Ложечки дегтя
Вышесказанное относится к эллиптическому крылу, при взгляде на него сверху, оно становится очевидно, что по сути это то же прямоугольное крыло, то есть предназначенное для относительно невысоких скоростей. Разогнаться до скорости даже близкой к сверхзвуковой самолету такой конструкции не даст уже лобовое сопротивление.
Кольцеплан. Самолет Нарушевича. Разрабатывался для замены Ан-2, ему большая скорость не нужна.
Выходит, что решив одну проблему, конструкторы увеличивают влияние другой. К тому же боковая часть эллипса вообще не создает подъемную силу, зато создает сопротивление и имеет «мертвую» массу. Вопрос с его прочностью при маневрах также не ясен.
Parsifal
В этом проекте кроме всех перечисленных преимуществ надеются получить еще одно — снижение шума. Такая компоновка крыла по задумке конструкторов должна создавать две ударные волны, которые за счет интерференции будут «гасить» друг-друга.
Также можно заметить сдвиг верхней и нижней частей относительно друг-друга, ведь Parsifal задумывается скоростным, — получается уже стреловидное крыло, причем верхняя его часть отрицательной стреловидности, а нижняя положительной.
Работает (или уже нет) на своей версией и крупнейший в мире производитель военной техники Lockheed Martin. Но к сожалению, никакой конкретной информации о проекте нет.
Кольцевое крыло от Lockheed Martin
Вполне вероятно, что такие кардинальные изменения конструкции столкнуться с непреодолимыми трудностями или создадут ранее неизвестные проблемы, решить которые на сегодняшнем техническом уровне не удастся, как это уже было и в начале прошлого века и в его середине. В прошлый раз у конструкторов не оказалось ни подходящих материалов, ни информационных мощностей для расчетов, которые есть сегодня.
Неясным пока остается и экономический эффект, не «съест» ли стоимость создания, а главное, обслуживания и ремонта новаторской конструкции все преимущества аэродинамики?
Финская летающая лодка Fly Nano
Первый «Парсифаль» должен подняться в воздух только в 2035 году, а о разработки от Локхид давно нет новостей, но время летит быстро. А пока замкнутое крыло вполне неплохо используется на небольших летательных аппаратах, где вопросы прочности не так критичны из-за небольшого размера.
