Проект: Історія розвитку літаків із дисковим крилом

ТЕМА РОБОТИ:

«Історія розвитку літаків із дисковим крилом»

Зміст

   Вступ……………………………………………………………………………………………………………………3

1. Історія створення дископланів………………………………………………………………………….3

2. На початку 20-го століття………………………………………………………4                                                               

3. Друга світова війна……………………………………………………………………………………….6                                                                                         

4. Після Другої світової війни і перед новою ………………………………………………….11                                                           

5. НЛО? ВПС? ………………………………………………………………………………………………..12                                

6. Випробування апаратів "ЕКІП"……………………………………………………………………13

7.Дискове крило……………………………………………………………………13

8. Висновки………………………………………………………………………….15

9. Список використаної літератури………………………………………………..16

"Легше говорити про таку машину,

ніж побудувати її і підняти в повітря ...".

 Зведенборг

На світі є речі важливіші за найпрекрасніші відкриття, це - знання методу, якими вони були зроблені.” (Готфрід Вільгельм Лейбніц).

ВСТУП

У цій роботі розповідається про дископлани (дискольоти) - літальні апарати, що використовують дископодібну форму крила, фюзеляжу або всього корпусу апарату. Актуальність роботи підтверджується багаторічною, точніше багатовіковою історією дископланів. А також тим, що такі апарати проектуються, створюються та використовуються нині.

Приношу щиру подяку всім авторам використаних мною матеріалів. А також вибачення за те, що не завжди наведено посилання на джерело інформації. Часто до мене потрапляли матеріали без посилання на джерело. Сподіваюся, інтерес до дискольотів спокутує мою провину, а дископлани гідні того, щоб ще трохи розповісти про них…

1. Історія створення дископланів

Дископлан - літальний апарат, що має крило круглої форми у плані.

Особливістю крила Д. на малих швидкостях польоту є безвідривність його обтікання до великих кутів атаки ... (Енциклопедія «Авіація»).

Одним із проектів класичного дископлану є проект літального апарату Е.Сведенборга (Швеція, 1716). Літальний апарат, запропонований шведським філософом і дослідником Еммануелем Сведенборгом (1688-1772), повинен був бути забезпечений жорсткою нерухомою поверхнею. Для підйому і переміщення повітрям були передбачені невеликі махаючи поверхні, які рухаються людиною. При зльоті машина мала буксируватися людьми.

У проекті Сведенборгом було передбачено багато конструктивних особливостей, що застосовуються в сьогоднішніх літаках - поздовжні та поперечні силові елементи крила, колісне шасі, кермо напряму (на малюнку не показано). Розрахункова злітна вага апарату Сведенборгом становила 180 кг, площа крила – 195 м2, подовження крила – 0,75. Основний матеріал - дерево та полотно.

У 1894 р. К. Е. Ціолковський опублікував роботу «Аероплан, або птахоподібна (авіаційна) літальна машина». У ній він докладно обґрунтував ідею аероплана з нерухомим вільно несучим крилом трапецієподібної форми, товстого профілю, з поперечним V при ввігнутості за типом «чайка», розмахом 14,7 м та площею 54 м2.

Нас у цьому ескізі цікавить форма та товстий профіль крила, що практично переходить у фюзеляж краплеподібної форми.

2. На початку 20-го століття…

Першим у світі реальним дископланом був «Літак з дисковим крилом конструкції російського винахідника А.Г.Уфимцева, так званий "сфероплан", побудований в 1909-му році.

А.Г.Уфімцев побудував чотири оригінальні авіаційні двигуни і два літаки «Сфероплан». У 1909 р. він побудував двоциліндровий двотактний ротативний авіаційний двигун у двох варіантах, у 1910-1911 р. р. - два біротативний двигуни: чотири- і шестициліндровий з співвісними гвинтами кожен. У 1912 році на III Всеросійському повітроплавному з'їзді та авіаційній виставці А.Г.Уфимцеву за біротативний двигун було присуджено велику срібну медаль. Винахідник запатентував двадцять два винаходи. Був його проект літака із пристосуванням для катапультного зльоту за допомогою стисненого повітря. (Один із двигунів А.Г.Уфімцева, а саме – біротативний авіаційний двигун представлений у Музеї ЦДАіК – автор.).

«Сфероплан» №1—оригінальний за схемою літак, побудований влітку 1909 р. «Сфероплан» мав крило круглої у плані форми, таке ж кругле горизонтальне оперення на плоскій розчалочній фермі та триколісне шасі (з носовим колесом). Апарат був забезпечений двоциліндровим двигуном (20 км/с.) його конструкції з чотирилопатевим повітряним гвинтом - теж власної конструкції. Дві лопаті повітряного гвинта були прикріплені до циліндрів двигуна, а дві до носка картера. Таке кріплення лопатей було зроблено вперше у світі, так само як і кругла форма крила та оперення. Триколісне шасі з носовим колесом було виконано А. Г. Уфімцевим вперше в Росії і одночасно з Г. Кертісом (США).

«Сфероплан» № 2. Площа крила 36 м2, площа керма висоти 4 м2. У крилі 11 нервюр. Вертикальна бамбукова ферма відповідно збільшена та ускладнена. Сидіння містилося між задніми стійками шасі на нижньому поясі ферми. Власної конструкції біротативний шестициліндровий двигун 60 км/с. був встановлений під передньою кромкою крила на вертикальній рамі. Закінчений будівництвом у червні 1910 р. літак випробовувався. Його центрування виявилося надто переднім. Зліт не вийшов, і, раніше, ніж конструктор встиг зробити необхідні переробки, 11 липня 1910 р. літак був перевернутий і зруйнований шквалом.

У США (01.01.1911 р.) один із ранніх (і невдалих) експериментів авіаконструктора Чанса Воута (Chance Vought) є першим американським літаком дископодібної форми. «…У цьому апарати більше тканин та дерев'яних конструкцій, ніж аеродинаміки, тому апарат канув у небуття, хоча сам конструктор продовжив розробку літаків. Про те, чи піднімалася "парасолька" у повітря взагалі, нічого невідомо»…

      «Німут Парасол»

Першим «американським літаком з ідеально круглим крилом, який… літав, був американський «Німут Парасол», збудований у 1934 р.). Кругле крило літака мало на законцівках елерони. На думку розробників, головною перевагою цього двомісного літака оснащеного радіальним двигуном потужністю 110 л. с. (80,8 кВт), було те, що мале подовження крил дозволяло виконувати політ при великих, ніж звичайні, кутах атаки, що, своєю чергою, гарантувало повільне і безпечне зниження, аналогічне зниження парашуті. Немає потреби говорити, що «Німут Парасол», побудований студентами університету м.Майамі, так ніколи і не вийшов зі статусу досвідченого літака».

У 30-ті – 40-ті роки Німеччина проводила інтенсивні роботи зі створення дископодібних літальних апаратів, що використовують нетрадиційні способи створення підйомної сили.

Аеродинамічні дослідження тієї пори дали на дозвукових швидкостях добре відомий результат – при заданих питомих навантаженнях на крило еліпсоїдальне крило має найменший індуктивний опір, порівняно з прямокутним. Чим вища еліптичність, тим менший цей опір. А це – приріст швидкості літака. Подивіться на крила літаків тих часів. Дуже багато з них мають еліпсоїдальну форму, наприклад, 112

3. Друга світова війна

Настала черга за «тарілками»!

Турбореактивні двигуни в Німеччині вже є (виробництво двигунів BMW-003 було розпочато в 1939 р). Перший двигун був випробуваний на стенді 1940 р., ракетні - теж (на ФАУ-2). Наприкінці 1942 р. - новий двигун з тягою до 550 кг. Серійним зразком був двигун BMW-003 A 1, сто штук яких було поставлено фірмою до серпня 1944 р. (Від автора доповіді. Розробки ТРД та РД у Німеччині – це, можливо, одна з найцікавіших тем в історії авіакосмічної техніки.).

  За роки війни у кількох секретних німецьких центрах (у Штеціні, Дортмунді, Ессені, Пенемюнді, Празі, Бреслау та ін.) розробили понад 100 моделей незвичайних за формою літальних апаратів (дископодібних, сигароподібних та ін.). Над їх створенням працювали кращі фахівці Німеччини, серед них Шуманн, Шаубергер, Хабермоль, Міте, Шрівер, італієць Беллуццо та інших.

Все різноманіття розроблених під час війни апаратів можна умовно розділити на чотири основні типи: дископлани (як з поршневими, так і реактивними двигунами), вертольоти-диски (із зовнішнім або внутрішнім розташуванням ротора), літаки вертикального зльоту та посадки (з поворотним або обертовим крилом) ), диски-снаряди ("диски Беллуццо").

HAUNEBU BMW Flugelrad, Фокке-Вульф.500, «Кульова блискавка"

  "Диски Беллуццо" розроблялися за секретними програмами "Feuerball" та "Kugelblitz".

Беллуццо, що народився у Вероні 1876-го, був великим фахівцем у галузі двигун будування. Він побудував першу італійську парову турбіну, пізніше вдосконалену ним для встановлення на крейсерах та лінкорах. Це були безпілотні дискові апарати з реактивними двигунами з обох боків. Як двигуни використовувалися прямоточні ВРД. Диски запускалися з наземної установки в такий спосіб. Попередньо вони розкручувалися навколо своєї осі за допомогою спеціального пускового пристрою або стартовими прискорювачами, що скидаються. Після досягнення необхідної швидкості запускалися ПВРД.

Реактивні струмені ПВРД диска, що обертається в польоті, створювали ілюзію швидко біжать по кромці диска переливаються вогнів. Паливо в польоті подавалося у двигуни з бака за рахунок відцентрових сил. У першому варіанті бойового застосування після вироблення пального диск падав на землю та вибухав. У другому варіанті при наближенні до ладу бомбардувальників спрацьовував дистанційний підривник.

Аеродинаміка Чарльз Циммерман оригінально вирішив проблему кінцевих вихорів: на кінцях крила встановили гвинти, що розкручують повітря проти них. В результаті аеродинамічна якість нібито зросла в 4 рази, а всі здібності диска до польоту на будь-яких кутах атаки збереглися! Низькобортні гвинти великого діаметра за достатньої енергоозброєності дозволяли висіти, як гелікоптеру поперечної схеми, і здійснювати вертикальний зліт, а низький лобовий опір давав літакову швидкість. Наприкінці квітня 1938-го Циммерман запатентував свій літак, розрахований на двох пасажирів та пілота. Його розробками зацікавилося військове відомство. На початку 1939 року в рамках конкурсу на винищувач нетрадиційної схеми, в якому, окрім Chance-Vought, взяли участь фірми Curtiss та Nortrop, Чарльз зайнявся розробкою та будівництвом легкомоторного аналога V-173.

Паралельно з конструюванням та випробуваннями V-I73 фірма Chance-Vought почала проектувати винищувач. Контракт на його розробку отримала від ВМС 16 вересня 1941. Перший прототип XF5U-I був викоченій з ангару 25 червня 1945 року. Після встановлення на перший прототип "розвантажених пропелерів", нарешті літак піднявся в повітря в середині січня 1947 року. Scimmer, як прозвали машину на фірмі, з честю пройшов програму льотних випробувань, досягнувши рекордної для того часу швидкості 811 км/год. Швидкості він досяг на висоті 8808 м-коду на форсажному режимі. Були продемонстровані можливості вертикального зльоту зі спеціальної трапеції "по-вертольоту", гвинтами вгору, висіння так само "по-вертольоту".

"Класичний" дископлан AS-6. Його збудували на початку 1944-го в майстернях авіабази Брандіс. Він був цільнодерев'яним літаком (довжина 6,4 м, висота 2,56 м, злітна вага 900 кг) з круглим у плані крилом (розмах 5,0 м, площа 19,62 м2) і звичайним хвостовим оперенням на його задній кромці. Попереду розташовувався двигун "Аргус" As.10C-3 потужністю 240 км/с., що обертав гвинт, що тягнув. Шасі було три стійковим: дві основні колісні стійкі, що не забираються, і задній милиця. Ліхтар кабіни, сидіння льотчика та основні стійкі шасі запозичували від винищувача Bf.109В. Випробування дископлану проводилися 1944-го на авіабазі Брандіс. Взимку 1944-1945 років він згорів під час одного із нальотів союзних бомбардувальників.

       Після закінчення війни дискові літальні апарати розроблялися і фірмах країн-переможниць. Насамперед ці апарати становили інтерес для військових. Диск має відмінні жорсткі характеристики, хорошу стійкість при вертикальному наборі висоти, низький аеродинамічний опір, великий внутрішній об'єм для розміщення обладнання, палива і корисного навантаження.

4.  Після Другої світової війни і перед новою?

Коли до роботи над дисколетом залучили самого Анрі Коанду, справа начебто пішла швидше. Коанда вирішив, що економічніша обтікатиме газовими струменями не весь апарат, як у проекті "струменеві парасольки", а спеціальні щитки в соплах. Вже у жовтні 1955 року міністр авіації США офіційно оголосив, що канадська корпорація "АВРО" працює на замовлення Пентагону над створенням дископланів. Канадці побудували два досвідчені зразки, але обидва вони, незважаючи на широкомовні запевнення, ледве відривалися від землі і були вкрай нестійкими.

                     Американський дисколет Avrocar AVRO VZ-9AV, був після реставрації, розсекречений у 1964 році.

      Потужності реактивного двигуна вистачало лише на те, щоб створити під "Аеропланом" повітряну подушку. Авіаконструктори не врахували, що газовий струмінь, багаторазово повертаючись і проходячи через щитки та закрилки, втрачає левову частку енергії, яку "ефект Коанда" не може компенсувати. Установку додаткових двигунів виключали обмеження ваги апарату. "З 1958 року у фахівців з'явилося безліч сумнівів у здійсненні проекту. На підставі різноманітних випробувань лабораторія зазначила, що, ймовірно, "Аероплан" не зможе розвинути в польоті надзвукову швидкість... Проте робота над проектом виявилася багато в чому дуже корисною"…

Наприкінці війни німці приховали свої документи, деякі з них іноді виявляли… На території нацистської Німеччини та окупованих держав були знайдені широко відомі ракети "Фау-1" і "Фау-2", а також менш відомі теплові ракети "земля - повітря" , звукові торпеди, передові електричні субмарини "U-XXI" та "U-XXIII", реактивні винищувачі "Ме-262", літаки з ракетними двигунами, швидші за "месершміти", моделі реактивних літаків з вертикальним зльотом, креслення атомної бомби ... Не дивно, що між союзниками та росіянами точилася запекла боротьба за володіння безцінною технічною документацією, а також за німецьких учених та інженерів.

У наприкінці 50-х років були створені одномісні планери за програмою "Дископлан" (планери "Дископлан-1", 1956 - 57 рр., та "Дископлан-2", 1960-і рр.) для проведення досліджень дископодібного крила.

5. НЛО? ВПС?

Дисколет - це універсальна машина, що поєднує властивості вертольоте і літаючого крила ... (polarcom.ru)

У фашистській Німеччині при будівництві "тарілок" особливу повагу конструктори виявляли до групи, що займається енергією полів (яка пізніше повністю переїхала до США). Достовірно відомо, що на "Локхід" існувала (а може, і існує) "група з вивчення гравітації". Є відомості про існування "відділів з вивчення левітації, антигравітації, полів і в інших американських і радянських КБ. Отже, можна зробити обережний висновок: офіційні відомості про випробування "тарілок" з традиційними типами рушіїв - це ще не всі відомості. ».

              «У 1959 році в Лондоні вийшла книга "Німецька таємна зброя у другій світовій війні". Її автор, Рудольф Луссар, стверджує, що завод у Бреслау (нині Вроцлав), де під керівництвом конструктора Мітте будувалася одна з альтернативних "тарілок" (діаметром 42 м і з реактивним двигуном), був захоплений російськими військами та з усім обладнанням вивезений до Києва . Сюди ж, нібито, було перевезено полонених німецьких інженерів, які спільно з радянськими конструкторами продовжили роботу над "тарілками, що літають". Побічно це підтвердив і відомий радянський конструктор ракетно-космічної техніки академік В.П. Мішин, який казав, що документи про німецькі дисколет ретельно вивчали наші конструктори… Є відомості про існування "відділів з вивчення левітації, антигравітації, полів і в інших американських і радянських КБ. Отже, можна зробити обережний висновок: офіційні відомості про Рано чи пізно, але наша аерокосмічна техніка зрівняється за всіма показниками з невловимими техногенними НЛО».

     Так, наприклад, у квітні 1992 року видатний англійський вчений Брайєн Янг, професор університету Salford і директор стратегічних проектів компанії British Aerospace Defence, зробив у лондонському Institute of Mechanical Engineers досить незвичну для серйозного діяча науки лекцію про те, чому пошуки антигравітації мають важливе значення для аерокосмічної індустрії.

6. Апарати проекту "ЕКІП"

        Апарати ЕКИП стали першими працюючими і дієвими апаратами з дисковим крилом. Розробку в 80-х почав Щукін Л.Н.  Щукіну вдалося залучити найкращих молодих інженерів розробка велася ракетно-конструкторської корпорації "Енергія" імені Корольова та центральному аерогідродинамічному інституті імені професора М. Є. Жуковського на протязі всього часу Щукін очолював усі процеси.

     Ідея товстого крила представляючи єдність фюзеляжу і крила не була новою але саме проекту ЕКІП вдалося вивести її з паперу та теорії в практику. Головною проблемою всіх попередніх дископланів був лобовий опір і саме вирішення цієї проблеми дозволило створити перші робочі моделі повноцінних дископланів. рішенням же стало всмоктування поперечних вихорів всередину корпусу, що дозволило звести нанівець лобове опір і змусити рухатися машину в ламінарному аеродинамічному потоці. На жаль історія апаратів ЕКІП була не надто тривалою так як практичне застосування припало на занепад 90-х. У 1993 було створено два повноцінні апарати і зібрано на Саратовському авіазаводі того ж року уряд Росії затвердив фінансування. Однак ініціативи губернатора Саратовської області Д. Ф. Аяцкова з приводу серійного виробництва не були затверджені. У 1999 році розробка апарату ЕКІП (в Корольові) була включена окремим рядком до бюджету країни, проте фінансування було перервано і гроші не було отримано.

  1. "ЭКИП Л2-1"

  Він став першим чинним апаратом в процесі випробувань він повністю виконував всі свої завдання. Він був унікальним цей тип екрано-дископланів мав високу швидкість об'єм і вантажопідйомність.

Технічні показники цих апаратів досягали дальності полету до 6000 км і висоту польоту від 3-10км та вантажопідйомність від 4-120 тонн і швидкість від 120 до 700 км/ч. на висотах від 3-11 км. Перечислювати переваги апаратів ЕКІП можна довго але одне з переважних це безаеродромність навіть у найбільших апаратів розбіг при посадці не перевищує 600 метрів. При відключенні всіх маршових установок апарат здатний здійснити безаварійну посадку на непідготовлені ґрунтові майданчики або воду навіть на одному допоміжному двигуні.

"ЭКИП Л2-2"

    Силова установка в залежності від модифікації включає два і більше двоконтурних маршевих турбореактивних двигуна і кілька допоміжних двогенераторних турбувальних двигунів.

      Але на жаль після відсутності фінансування в Росії директор Саратовського авіазаводу був змушений шукати фінансування в Америці і в штаті Меріленд він знайшов фінансування в армії після демонстрації на базі ВМС перед інженерами. Декількома роками раніше йому і генеральному конструктору концерну було видано пропозицію побудувати в США завод, оскільки передбачуваний ринок апаратів класу ЕКІП у США оцінювався в 2—3 мільярди доларів. Сторони домовились про партнерське співробітництво; умову Єрмішина про фінансування паралельного виробництва в Росії американською стороною було відкинуто. Створено російсько-американський літальний апарат на основі ЕКІПу; його льотні випробування планувалися на 2007 рік у Меріленді. Консорціум, який об'єднує кілька європейських і російських дослідницьких груп з університетів та промислових підприємств, отримав грант на проведення дослідження течій, створюваних крилом, подібним до обтічника ЕКІПу. Робоча назва проекту - «Вихровий осередок-2050» (англ. Vortex Cell 2050). Дослідження відбуваються в рамках європейської цільової програми фінансування FP6.

   На жаль, далі історія розробки апаратів ЕКІП закінчується.

7. Дискове крило.

  Пропонується розробка дискового крила. Крило є осесиметричним тонкостінним диском з соплами видування газу по периметру для створення обертання крила. На зльоті та посадці апарата з крила висуваються лопаті, перетворюючи його на гвинт, що несе. У горизонтальному польоті лопаті прибрані в диск, що обертається, а підйомна сила створюється за рахунок кута атаки крила. У порожнині крила є канали для подачі газу від двигуна до сопла. Прибирання лопатей здійснюється за рахунок енергії обертання крила шляхом навертання тросів їх кріплення на барабан.

Таким крилом може бути "замінено" крило будь-якого літака, який отримує в цьому випадку здатність вертикального зльоту та посадки і може використовуватися як засіб порятунку при відмові двигунів, здійснюючи посадку на режимі авторотації. У надзвукового літака профіль крила може бути сочевице подібним. У вертольоту великої вантажопідйомності лопаті можуть бути згортання.

Літаки з дисковим крилом комфортабельні та економічні (у 4-5 разів економічніша за гелікоптери).

              На цьому, на жаль, закінчую цей дуже короткий огляд дископланів. Сподіваюся, мені ще буде можливість повернутися до вивчення цієї теми.

«Дисколет» є літаком вертикального зльоту і посадки типу "літаюче крило" - на 3 - 5 місць. Японці вважають такий транспорт – особистим транспортом майбутнього та посилено працюють над його створенням. Працюють над створенням малих апаратів з вертикальним злетом та посадкою і американці, і французи, і канадці та скандинави.

Назва проекту - "ДИСКОЛЕТ" - ОСОБИСТИЙ ТРАНСПОРТ ЗАВТРАШНЬОГО ДНЯ!

Дисколет) - літальний апарат, що поєднує найкращі якості літака та вертольоте. Політ відбувається на літаючому крилі оригінальної конструкції, вертикальний зліт і посадку здійснюють рахунок зміни вектор тяги. Доставка людей та вантажів "від ганку" до "ганку". Зліт без розбігу, посадка без пробігу.

Крім того, дисколет відрізняє:

Висока надійність. Вся поверхня дисколет є крилом, що несе, з дуже малим навантаженням, всього 20 даН/м ; два рушії, взаємозамінні один одного; розвинена механізація крила; ручне та автоматичне управління.

Відмінні технічні характеристики. Швидкість польоту дисколет в 2-3 рази більша за вертолітну (але може бути і надзвуковою). Можливість зависання у повітрі. Вантажопідйомність на марші, або при зльоті "по літаковому" - більша за вертолітну. Низький рівень шуму;

Економічність. Дисколет в 4-5 разів економічній за гелікоптер (вертоліт більше 80% палива витрачає на обертання несучого гвинта, що підтримує його в польоті).

Безпека. Дисколет може оснащуватися системою проти зіткнення у повітрі, для польоту "наосліп" та іншими системами за погодженням із замовником.

Висновки

1. На всіх етапах розвитку авіації конструктори зверталися до літальних апаратів з дисковим крилом. Ідея дископлана була і є міжнародною ідеєю, а чи не ідеєю однієї країни чи нації. У розвиток цієї ідеї зробили великий внесок вчені та інженери.

2. З аналізу історико-науково-технічних даних ясно, що дископлан розглядається не тільки як апарат експериментального значення, але і для вирішення конкретних завдань, як цивільних, так і військових.

3. Оскільки країни-лідери (США) після 2-ї Світової війни використовували багато німецьких розробок, у тому числі, в галузі досліджень ЛА з дисковим крилом, багато документів про дископлани залишилися засекреченими досі. Безумовно, ці матеріали становлять великий інтерес для істориків та фахівців.

4. У роботі показано значних інженерний, науковий та промисловий потенціал фахівців у галузі вивчення, проектування та створення найсучасніших літальних апаратів, у тому числі, дископланів.

Список використаної літератури

1. Бауерс П. Літальні апарати нетрадиційних схем. 1991р.

2. Вікіпедія  https://uk.wikipedia.org/wiki

3. Авіація   https://vue.gov.ua/

4. Історія Авіації  https://chota.plast.org.ua/materials/istoriya-aviatsiyi/

5. "Der Grosse Flugzeugtypenbuch" (3.durchgesehene Auflage), VEB Verlag, Берлин, 1984 г.