Cамолет X-Plane DARPA: новейшие принципы управления полетом (Scientific American, США) - «Военное дело»

  • 16:00, 29-янв-2020
  • Технологии / Новости дня / Европа / Судьи / Видео / Команды / Мнения / Энергетика / Военные действия
  • Edgarpo
  • 0

© РИА Новости, Максим Блинов | Перейти в фотобанкВ Европе и США разрабатывают летательные аппараты, у которых отсутствуют подвижные поверхности управления полетом. Министерства обороны США предполагает к 2024 году спроектировать и построить самолет, который сможет маневрировать без помощи подвижных плоскостей управления.

Недавно транснациональная авиастроительная компания «Эйрбас» (Airbus) впервые продемонстрировала модель нового беспилотного летательного аппарата под аббревиатурой LOUT (Low Observable UAV Testbed — Экспериментальный малозаметный БПЛА), который, по некоторым данным, объединит в себе несколько засекреченных технологий «Стелс». Подсказки, содержащиеся в изображении самолета, заставили некоторых авиационных экспертов предположить, что LOUT умеет скрываться от радаров благодаря отсутствию у него подвижных аэродинамических элементов, управляющих полетом (плоскостей управления).


В прошлом веке управление самолетом, как известно, осуществлялось с помощью подвижных элементов управления, таких как элероны и рули направления: стоит изменить их положение, как изменится форма крыльев или хвоста, а с ними — обтекающий воздушный поток и, следовательно, давление воздуха. Назначение подвижных поверхностей — управлять маневрированием самолета. Но с другой стороны, наличие таких подвижных элементов управления предполагает появление в конструкции внешних швов, которые несложно обнаружить с помощью радара. Вот если бы удалось создать бесшовный самолет, тогда бы его труднее было обнаружить. К тому же в этом случае можно было бы уменьшить его вес, размеры, упростить конструкцию и снизить стоимость по сравнению с самолетами, которые используют подвижные плоскости управления.


Представители «Эйрбаса» отказались что-либо говорить по поводу того, установлена такая система на LOUT или нет. Но, судя по всему, работы по созданию самолета, у которого отсутствуют подвижные плоскости управления, определенно ускоряются. Совсем недавно, в августе нынешнего года, Управление перспективных исследовательских проектов и разработок Министерства обороны США (DARPA) создало программу CRANE (Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effecters), в которой разработчикам предлагалось спроектировать и построить самолет, который смог бы маневрировать без помощи подвижных плоскостей управления. Такой летательный аппарат должен быть полностью готов к 2024 году.


Активное управление обтеканием


DARPA заявила, что управление таким самолетом должно осуществляться с помощью технологии под названием «активное управление обтекающим потоком» (AFC от англ. Active Flow Control). Вместо того, чтобы изменять воздушный поток, обтекающий самолет, при помощи отклонения подвижных элементов управления, AFC делает это по-другому. Например, один из методов заключается в следующем: воздушный поток, созданный реактивным двигателем, выпускается через отверстия шириной от одного до четырех миллиметров, которые расположены в разных частях обшивки корпуса. Другой метод подразумевает использование электродов; они дают электрические разряды, которые мгновенно нагревают прилегающий воздух, вызывая его расширение — таким образом, происходит термическое изменение воздушного потока. С помощью точно рассчитанных электрических разрядов можно влиять на подъемную силу и лобовое сопротивление в любой точке корпуса и тем самым управлять углом тангажа (подъем или опускание носа), крена (поворот вокруг продольной оси движения) или рыскания (поворот корпуса в горизонтальной плоскости).


Теоретические работы по созданию технологии AFC велись уже в начале 1900-х годов. Но особый интерес к ним появился после Второй мировой войны. По словам Даниэля Миллера (Daniel Miller), старшего научного сотрудника по авиационным системам и научным исследованиям в области авиации в одном из подразделений «Локхид Мартин» (Lockheed Martin), некоторые из наиболее значительных разработок уже проводились в одном из опытных подразделений этой компании — «Сканк уоркс» (Skunk Works). (Добавим, что у «Сканк уоркс» — более пятидесяти патентов в области технологий AFC, при этом «Локхид Мартин» даже включила некоторые элементы AFC в свои самолеты «SR-71 Blackbird» и «F-104 Starfighter».)


Несмотря на это, технологии AFC так и не получили распространение, потому что управление воздушным потоком, обтекающим самолет, слишком энергозатратно. «Систему AFC не удавалось интегрировать в большинство самолетов из-за того, что у самолета на это оставалось лишь 10% [доступной энергии]», — поясняет Миллер.


Однако, начиная с 1950-х годов, разработчики научились эффективнее управлять воздушным потоком; им удалось точно определять те места корпуса самолета, где необходимо менять силу воздушного потока или создавать электрический импульс, — образно говоря, инженеры научились стрелять по мишени вместо того, чтобы кидать в нее бомбу. В наше время, благодаря сильному снижению энергозатратности методы активного управления обтекающим воздушным потоком (AFC) стали намного более точными. «Сейчас у нас все идет неплохо, поскольку мы уже хотим использовать всего один процент всей энергии самолета», — говорит Миллер.


Как DARPA планирует запускать свой проект?


Коммерческие и научные разработчики уже провели несколько независимых аэродинамических и летных испытаний технологии AFC. По словам менеджера программы Александра Уолана (Walan), DARPA проводило испытания в этой области на протяжении последних пяти лет. Например, в 2015 году НАСА и компания «Боинг» провели совместные испытания отдельной системы, установленной в хвостовой части авиалайнера «Боинг-757». В 2018 году небольшой бесхвостый беспилотник, известный под аббревиатурой ICE (Innovative Control Effectors), разработанный совместно корпорацией «Локхид Мартин», ВВС США и Иллинойским технологическим институтом, провел демонстрационный полет в рамках одного из исследовательских проектов НАТО. В рамках этой программы проводился также полет самоуправляемого самолета MAGMA, разработанного британской компанией BAE Systems и Манчестерским университетом (Великобритания).


Здесь были достигнуты некоторые успехи. Они убедили DARPA в том, что пришло время создавать экспериментальный самолет (X-Plane), в котором использовались бы технологии активного управления обтекающим потоком (AFC). «На стадии проектирования и во время проведения экспериментов, а также испытаний компонентов и демонстрационных полетов мы осознали, что наша технология уже созрела и пора начинать полномасштабную программу создания таких самолетов», — полагает Уолан.


CRANE включает в себя четыре стадии. Первая (она уже началась) включает конкурс предложений. Свои проекты уже представили промышленные и научные разработчики (включая таких как «Сканк уоркс» и «Локхид Мартин»). Эти планы тщательно охраняются, поэтому трудно сказать, как будет выглядеть X-Plane. «Мне бы не хотелось, чтобы люди слишком рано привязывались к какой-то определенной концепции и картинке», — поясняет Уолан. По его словам, X-Pane может быть выполнен и в виде пилотируемого самолета, и беспилотника; он может быть как с хвостовым оперением, так и без него. В этом самолете может быть использована система AFC в сочетании с традиционной механизацией крыла (то есть вместе с подвижными поверхностями управления). «Если возникнет желание расширить диапазон возможностей, характерных для [неуправляемых боевых самолетов] при больших числах Маха, то при взлете и посадке можно также воспользоваться подвижными поверхностями управления. При этом технология AFC сможет повысить вертикальную маневренность», — полагает Уолан.


И здесь, по мнению Уолана, наибольшая трудность заключается в том, чтобы вмонтировать передовую систему AFC под обшивку самолета. Но потенциальные подрядчики проекта CRANE, включая команду «Сканк уоркс», настроены оптимистично. «Наш вывод таков: этот проект вполне осуществим, — заключает Миллер. — Думаю, что мы близко подошли к тому, чтобы объединить все имеющиеся технологии и, наконец, осуществить демонстрационный полет».



Рекомендуем


Комментарии (0)

Комментарии для сайта Cackle



Уважаемый посетитель нашего сайта!
Комментарии к данной записи отсутсвуют. Вы можете стать первым!