Юный техник, 2000 № 02
Шрифт:
Успехи авиации очевидны. Но изобретатели непрерывно работают над новыми схемами летательных аппаратов. Счет новым патентам идет на сотни в год. Многие работают над аппаратами, способными на то, что самолетам и вертолетам делать не под силу. Что волнует их умы?
У любого изобретения есть прототип. Авторы патента РФ № 2135323, сообщая о прототипе, упоминают источник. Это — журнал «Юный техник» № 4 за 1989 год, с. 16. Перед вами экспериментальный летательный аппарат П. Моллера из Калифорнии.
Он имеет дискообразное крыло с размещенными в нем 6–8 воздушными винтами. Каждый винт имеет свой двигатель внутреннего сгорания. Аппарат способен к вертикальному взлету, развивает скорость 360 км в час, может пролететь 1300 км. Управление полетом производится путем согласованного управления работой всех двигателей.
Авторы изобретения, о котором идет речь, задумались над идеей спасательного летательного аппарата, способного садиться в лесу или на дне горного ущелья. Обычный вертолет этого сделать не сможет: достаточно зацепить лопастью винта за ствол дерева или горный склон — трагедия неминуема.
Летательный аппарат Моллера этого не боится, но имеет очень плохой обзор вниз и потому для столь деликатных задач не пригоден.
Взяв все же конструкцию Моллера за основу, наши авторы значительно ее изменили. Кабину пилота разместили внизу, что значительно улучшает обзор при посадке и повышает устойчивость. На краю крыла в специальной канавке, как шину на ободе колеса, расположили «пневмотор» — кольцевую камеру, наполненную сжатым воздухом и способную поворачиваться относительно оси аппарата. Пневмотор смягчает удары о склоны гор и деревья. Винты, размещенные в отверстиях крыла, соединены механическими передачами с двигателем.
Управляется аппарат при помощи струйных рулей — поворотных пластин в потоках воздуха от винтов. Этот летательный аппарат, вероятно, сможет садиться даже среди домов в густонаселенных районах города и его можно будет использовать как машину «Скорой помощи», способную достичь любой у точки в считанные минуты даже в часы пик (изображение аппарата дано на заставке).
А теперь советы по моделированию. Если решитесь построить модель, вас ждет интересная конструкторская работа. Модель лучше делать с электроприводом, получающим энергию от провода.
Начинать работу придется с создания устройства для изучения работы винтов в дисковом крыле. Ввиду того, что диаметр их невелик, должен сказаться масштабный эффект. Ведь подъемная сила винта пропорциональна четвертой степени его диаметра. Очевидно, что у крохотного винта она будет слишком мала. Увеличить ее придется за счет повышения скорости вращения. Но здесь появятся и неожиданные аэродинамические эффекты, потребуются очень быстроходные двигатели, возможно высокочастотные.
Предстоит также изучить влияние дискового крыла на тягу винта. Все эти тонкости можно изучать на модели, подвешенной к потолку и уравновешенной с помощью гири, примерно так, как это делал некогда Ломоносов с моделью геликоптера.
Проблема вертикального взлета самолетов сегодня чаще всего решается с помощью специальных реактивных двигателей, создающих вертикальную тягу. Их недостаток — большой вес и способность пожирать при взлете и посадке до 20 % топлива. Крайне сложны и не получили распространения другие способы создания вертикальной тяги, например, с помощью поворота крыла или отклонения специальных закрылков. Остроумно решается эта проблема в патенте РФ № 2059534 (рис. 1).
Рис. 1
У самолета крылья необычной формы. В каждом из них вырезаны отверстия, где установлены (один за другим) по два винта. При взлете они создают потоки воздуха в противоположных направлениях (если догадаетесь. как это сделать, напишите нам), а крыло разворачивает эти потоки вниз, что и порождает вертикальную тягу. При переходе к горизонтальному полету винты создают тягу вперед. Такой самолет мог бы даже зависать в воздухе и подобно мухе пятиться назад, но… Автор отмечает, что современные газотурбинные или поршневые двигатели не смогут создать необходимое для взлета кратковременное 4 — 5-кратное повышение мощности, поэтому предлагает поставить на самолете дополнительные подъемные газотурбинные реактивные двигатели. Это сильно портит прелесть изобретения. И все же есть основание надеяться, что «самолет-муха» на этом принципе будет построен более изящно.
Начнем с того, что существуют патенты на поршневые двигатели, способные к нужному увеличению мощности на взлете, и рано или поздно их реализуют.
Вполне возможно, что применение крыла иного, не классического типа, например, решетчатого или многощелевого, позволит получать достаточную подъемную силу на взлете с обычными двигателями. Авиамодельный эксперимент в этом случае может очень многое прояснить.
Между прочим, и здесь полезно пойти уже описанным путем Ломоносова. К тому же есть смысл применить электродвигатели. Они по природе своей способны к кратковременной работе на мощности в 2–3 раза выше номинальной.
Не секрет, что давно существуют гиперзвуковые самолеты, способные летать даже с космическими скоростями. Первый из них — истребитель спутников типа «Бор» — был создан академиком Лозино-Лозинским еще в 60-е годы нашего века. Подобные сверхскоростные самолеты имеют громадный расход топлива, так как отдельные участки их поверхности при движении в атмосфере нагреваются до тысяч градусов.
Авторы патента РФ № 2107010 предлагают способ 100-кратного снижения сопротивления при полете на скорости около 10 000 км в час с одновременным избавлением от аэродинамического нагрева.
Физический процесс, положенный в основу, весьма необычен и сложен, поэтому расскажем о нем в самых общих чертах. Но вначале немного физики.
Любое тело, движущееся со сверхзвуковой скоростью, неизбежно сжимает перед собой воздух. Это приводит к его нагреву и образованию ударных волн, на что тратится много энергии. При движении с дозвуковой скоростью воздух успевает расступиться перед телом, ударные волны не образуются, а сопротивление получается сравнительно небольшим Авторы изобретения нашли способ заставить воздух раздвигаться перед телом, движущимся с гиперзвуковой скоростью (рис. 2).