Ringplane: Flugzeug mit geschlossener Flügelschleife

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Ein Flugzeug mit geschlossener Flügelschleife kann nicht fliegen - das hat sich in der Zeit bewährt. Ringflugzeuge wurden seit der Zeit der Gebrüder Wright versucht, und keine solche Struktur konnte mehrere Minuten in der Luft bleiben. Aber der menschliche Verstand gibt nicht auf. Im Jahr 2007, nach 100 Jahren und mehr als 20 Versuchen, hob ein ähnliches Gerät ab. Und er erwies sich als wendiges, leichtes und langlebiges Flugzeug.

Diese Geschichte begann 1988, als die Union bereits auf den Zerfall zusteuerte, aber die Hoffnung auf Stabilität noch in den Herzen der Führer des riesigen Staates schwelte. Der Club für technische Kreativität im Minsker Getriebewerk erhielt von einer lokalen Agrarstruktur eine kreative Aufgabe: ein wendiges und leichtes Flugzeug zu konstruieren, das starken Seitenwinden standhält. Der beliebteste "Bauer" war damals AN-2: Er konnte viele Düngemittel und Spritzgeräte an Bord nehmen. Aber der Wind war sein schrecklicher Feind - in den endlosen Kuban-Feldern ähnelte die AN-2 in Bezug auf die Steuerbarkeit einem verrückten Elefanten. Der Flugtechniker Arkady Alexandrovich Narushevich, der Pilot Anatoly Leonidovich Gushchin und mehrere andere Personen nahmen den Fall auf. Nach langer Recherche kam Narushevich zu einem unerwarteten Ergebnis: Es ist notwendig, ein Flugzeug mit geschlossener Flügelkontur zu bauen, aber nicht mit einer kreisförmigen, sondern einer ovalen. Es wurden mehrere Modelle gebaut, die recht erfolgreich flogen (ich stelle fest, dass Narushevich während unseres Gesprächs in 15 Minuten ein Papiermodell gebaut hat - und es flog!). Enthusiasten kauften Materialien und konstruierten einen ovalen Flügel. Und dann stürzte 1991 ab. Die UdSSR blieb in der Vergangenheit, die Finanzierung endete in wenigen Tagen und die restlichen Mittel wurden abgezogen. Der Flügel wurde zur Langzeitlagerung geschickt, und das Flugzeugprojekt geriet in Vergessenheit. Aber das war noch lange nicht das Ende.

Von Bleriot bis Zhivodan

Am 17. Dezember 1903 flog zum ersten Mal ein Mann in einem Flugzeug mit Motor in die Luft. Der Mann hieß Orville Wright und das Flugzeug hieß Wright Flyer I.

Trotz des bemerkenswerten Erfolgs der Wright-Brüder haben zahlreiche Erfinder verschiedene Flügelkonfigurationen entwickelt, die gemäß ihren Konzepten effektiver sind als gewöhnliche Wright-Flugzeuge. Einer der Pioniere der Luftfahrt war der französische Erfinder Louis Bleriot, der bereits 1900 sein erstes Ornithopter-Gerät baute. Es stimmt, nur das 11. Modell, Baujahr 1909, war das erste wirklich fliegende Flugzeug von Bleriot. Uns interessiert das gar nicht, sondern das Flugzeug Bleriot III, das 1906 konstruiert und nie abgehoben wurde. Es war das erste Flugzeug mit geschlossener Flügelschleife in der Geschichte des Flugzeugbaus.

Bleriot experimentierte nur - zufällig. Er verband die Enden der Flügel eines konventionellen Doppeldeckers in Halbkreisen und installierte die gleiche Konstruktion wie das Leitwerk. Das daraus resultierende Wasserflugzeug "Bleriot III" ist zwar nie alleine vom Wasser abgehoben. Augenzeugen beschrieben mehrere Flüge - als das Gerät wie ein Drachen geschleppt wurde, aber mehr nicht.

Heute liegen Blériots Fehler auf der Hand: zu schweres Heck, hohe Auftriebsverluste durch falsch gewählte Flügelkontur. Aber die Tatsache bleibt - Flugzeuge mit geschlossenem Flügel begannen ihre Reise in der Luftfahrt.

Neben Bleriot experimentierten mehrere andere Designer zu Beginn des Jahrhunderts mit dem geschlossenen Flügel. Berühmt war einst das Flugzeug des französischen Ingenieurs Zhivodan, das er 1909 im Werk Velmorel baute. Jeder und jeder, einschließlich Scientific American und einer Reihe angesehener Publikationen, haben über die erstaunliche Maschine geschrieben, die ein neues Zeitalter der Luftfahrt eröffnet. In Zhivodans Flugzeug wurde die Rolle der Flügel von zwei ringförmigen Figuren gespielt, zwischen denen sich der Pilotensitz befand. Der Motor wog 80 kg und entwickelte 40 PS, indem er einen 2,4-Meter-Propeller drehte. Erwartungsgemäß ragte das seltsame Gebilde, das an eine Pfeife mit herausgerissenem Mittelteil erinnert, nicht in die Höhe. Es ist erwähnenswert, dass der französische Modellflugzeugdesigner Emmanuel Fillon in den 1980er Jahren ein funktionierendes Modell von Zhivodans Flugzeug entwarf. Und das Modell flog wunderschön. Das heißt, seine aerodynamischen Eigenschaften waren nicht so schlecht. Zu viel Masse oder zu geringe Motorleistung können das Abheben des Originals verhindert haben.

Erwähnenswert ist ein weiteres erstaunliches Design - das sogenannte Gary-Plane des Amerikaners William Pierce Gary. Garys Flugzeug (1910) hatte einen flachen, ringförmigen Flügel mit einem Durchmesser von 8 m - mehr als vier Menschenhöhen! Es stimmt, Garys Flugzeug zeichnete sich durch seine schreckliche Instabilität aus: Alle Versuche, darauf zu fliegen, endeten mit einem Umkippen nach vorne.

Ende der 1990er Jahre: zweiter Wind

1998 überredeten Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants und eine Reihe anderer Piloten Narushevich, weiter an dem Flugzeug zu arbeiten. Eine gewisse Privatfirma interessierte sich für das Flugzeug, das Geld wurde gefunden, der halb vergessene Flügel wurde restauriert und das Team begann mit dem Zusammenbau des Rumpfes. Alles wurde von Grund auf neu gemacht. Es sei denn, das Fahrwerk wurde vom Mi-1-Hubschrauber und das Armaturenbrett vom AN-2 genommen. Das Auto wurde für einen potentiellen Verbraucher entworfen: Sitze für einen oder zwei Piloten und drei Passagiere im Halbkreis. Anstelle von Passagieren konnten Container zur Aufbewahrung von Düngemitteln und Spritzgeräten aufgestellt werden …

Ein wichtiges Merkmal von Narushevichs Flugzeug war, dass der ovale Flügel nicht direkt am Rumpf befestigt war. Es befand sich im Inneren des Flügels an Gestellen und Aufhängungen. Somit wurde der Auftrieb über die gesamte Flügelfläche erzeugt.

Bis 2004 wurden die ersten Feldtests der erhaltenen Maschine durchgeführt. Sie machte mehrere Flüge bei Windstille und Seitenwind. Die Erfinder entdeckten, dass die Vorrichtung sehr ungewöhnliche aerodynamische Eigenschaften hat. Erstens reagierte ein Flugzeug mit ovalem Flügel (wir nennen es weiter SOC) überhaupt nicht auf Seitenwindböen bis 13 m / s. Zweitens reichten für einen Startlauf 150 m (für die AN-2 - 180 m, für andere Flugzeuge der gleichen Klasse manchmal sogar mehr). Als Hauptsache stellte sich jedoch das praktische Verhältnis von Nutzlast und Gesamtleergewicht des Flugzeugs heraus - 0,45! Bisher ist noch niemand an einen solchen Koeffizienten herangekommen. Das Flugzeug könnte zukünftigen Investoren sicher gezeigt werden.

Heute wirkt der seltsame "Ovaloplane" von Louis Bleriot absurd: Zu viele Fehler wurden dem französischen Konstrukteur bei seiner Konstruktion unterlaufen. Aber Bleriot handelte willkürlich: 1906 wusste niemand, welche Flügelkonfiguration gewinnen würde.

Senkrechtstartringe

Unter den deutschen Projekten des Zweiten Weltkriegs waren viele in ihrem Mut und ihrer Originalität absolut erstaunlich. So hatte der von Ernst Heinkel (1944) konstruierte senkrecht startende und landende Abfangjäger „Lark“(Lerche) einen geschlossenen Neunseitenflügel und zwei unabhängige Daimler-Benz 605D-Motoren, die jeweils einen eigenen Propeller drehten. Beide Propeller befanden sich im Flügel. Für diese Zeit war das Flugzeug insofern ungewöhnlich, als es senkrechtes Starten und Landen bedeutete.

Es ist schwer zu sagen, was Heinkel getan hätte, wenn Lark in Metall verkörpert wäre. 1945 entwickelte Heinkel auch LercheII, für den ersten reichte die Zeit nicht und das Projekt geriet in Vergessenheit. Allerdings hat jeder die Möglichkeit, die Feldlerche zu fliegen – im Computerspiel IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Aber die Franzosen fanden 1959 die Gelegenheit, ihr ringgeflügeltes Meisterwerk in Metall zu verkörpern. Der erstaunliche SNECMA C-450 Coleoptere-Jet hob sogar ab. Es stimmt, er landete ziemlich hart und begrub fast den Piloten unter sich. Tatsächlich entwickelte SNECMA das unbemannte Luftfahrzeug mit Ringflügeln sogar noch früher, im Jahr 1954. Es erhielt den lyrischen Namen Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) und absolvierte mehr als 200 erfolgreiche Testflüge. Wie die German Lark war sie ein vertikal startendes und landendes Flugzeug. Der nächste Schritt war die Entwicklung eines bemannten Fahrzeugs, das zum C-450 wurde. Der 8-Meter-Jäger wurde erfolgreich gestartet, zeigte jedoch beim Übergang vom Vertikalflug zum Horizontalflug eine völlige Unfähigkeit, die Höhe zu halten, und stürzte wie ein Stein ab. Der Pilot wurde ausgeworfen, und das teure Projekt wurde sofort geschlossen.

SNECMA C-450 (1959) Er konnte nur senkrecht fliegen. Als der Pilot versuchte, in den Horizontalflug umzuschalten, fiel der Versuchsaufbau wie ein Stein zu Boden. Das Projekt mit geschlossenen Flügeln wurde sofort geschlossen.

SNECMA C-450 (1959)

Er konnte nur senkrecht fliegen. Als der Pilot versuchte, in den Horizontalflug umzuschalten, fiel der Versuchsaufbau wie ein Stein zu Boden. Das Projekt mit geschlossenen Flügeln wurde sofort geschlossen.

Der letzte Versuch, ein Senkrechtstart-Ringflugzeug zu bauen, war das amerikanische Projekt Convair Model 49 (1967). Convair ist heute für sein U-Boot-Design und eine Reihe anderer verrückter Designs bekannt. Das Model49 war ein Hybrid aus Flugzeug und Hubschrauber. Sein ringförmiger Flügel verbarg ein Arsenal, auf das ein ganzes Artillerieregiment stolz sein konnte. Maschinengewehre, Granatwerfer, Kanonen und Raketenwerfer - "49th" könnte einer vollwertigen Armee im Alleingang den Kampf liefern. Wenn es gemacht wurde. Das verrückte Projekt wurde klugerweise von der US-Regierung abgelehnt.

Geschlossener Flügel neues Leben

Auch 2006 interessierte sich die Fachwelt wieder für das Thema Ovalflügel. In einem der Minsker Unternehmen wurden experimentelle Konstruktionsarbeiten (F&E) organisiert, um ein Flugzeug mit ovalem Flügel zu restaurieren, zu testen und seine aerodynamischen Eigenschaften zu untersuchen. Der Chefdesigner des ROC war Alexander Mikhailovich Anokhin, ein ehemaliger Militärpilot mit solider 35-jähriger Erfahrung. Narushevich und Gushchin wurden Mitglieder des Designbüros. Im Jahr 2008 war der Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, Professor Leonid Ivanovich Grechikhin, an der Arbeit beteiligt. Er arbeitete mit dem berühmten Korolev an den aerodynamischen Eigenschaften von Raketen und berät und lehrt jetzt an verschiedenen Instituten der GUS. Daraus hat sich ein Team gebildet, das auch jetzt noch an diesem Thema arbeitet.

Das Problem war, dass das Flugzeug seit 2004 nicht mehr in den Himmel gestartet war und praktisch unbrauchbar geworden war. Aber die Arbeit war in vollem Gange. Das Flugzeug wurde umgebaut, für Flüge vorbereitet und aus dem Hangar entfernt. Die Tests begannen. Die Konfiguration des Fahrzeugs blieb gleich, aber der Feinschliff war gravierend – bis hin zur Änderung des Flügelprofils. Bedeutende Arbeit (die jetzt andauert) ging an Grechikhin: Ein Flugzeug mit ovalem Flügel wurde gebaut, aber niemand hatte es zuvor im Detail berechnet!

Technische Eigenschaften

Was ist SOC heute? Das ist definitiv ein Flugzeug. Aber in seinen Flugeigenschaften unterscheidet es sich deutlich von gewöhnlichen Maschinen mit flachen oder abgerundeten Flügeln. Ein gewöhnlicher Flachflügel zeichnet sich durch induktiven Widerstand aus: Luft aus der Hochdruckzone unter dem Flügel neigt dazu, durch die Flügelspitzen in die Vakuumzone an der Oberseite zu strömen. Dabei bilden sich hinter dem Flugzeug Endwirbel, deren Bildung ebenfalls Energie verbraucht, die dem Wert des induktiven Widerstandes entspricht.

Für einen ovalen Flügel ist das Problem des induktiven Widerstands nicht relevant, da er keine Spitzen hat. Darüber hinaus wird der einströmende Luftstrom, der durch eine geschlossene Schleife strömt, nach unten gerichtet, was eine zusätzliche Auftriebskraft erzeugt. Je größer der Anstellwinkel des Flügels ist, desto stärker ist dieser Effekt. Und der Anstellwinkel einer solchen Konstruktion kann beispiellos groß sein.

Der Strömungsabriss tritt auf, wenn der Luftstrahl mit zunehmendem Anstellwinkel die Flügeloberseite nicht mehr gleichmäßig umströmt und sich unter Wirbelbildung von dieser löst. In diesem Fall verschwindet der Auftrieb am Flügel sofort und das Gerät verliert die Kontrolle. Der ovale Flügel erlaubt einen Anstellwinkel des Flügels von bis zu 50°, während seine engsten Konkurrenten maximal 20-22° erreichen. Die Luft innerhalb des geschlossenen Flügels macht es schwierig, die Strömung von der oberen Oberfläche des unteren Teils des Flügels abzuwürgen. Und wenn die Strömung die geschlossene Schleife verlässt, "saugt" sie die Luft, die entlang der oberen Oberfläche des oberen Teils des Flügels strömt, aufgrund des Ausstoßes (der Vorgang des Mischens zweier Medien, wenn ein Medium das andere mitnimmt). Diese Daten wurden nicht empirisch erhoben - der ovale Flügel wurde im Wasserkanal "verschüttet".

Bevor das belarussische Flugzeug mit geschlossener Flügelschleife in Metall inkarnierte und in die Luft startete, durchlief es drei „Reinkarnationen“- sein Bau begann bereits 1988.

Die Fähigkeit, mit extrem hohen Anstellwinkeln zu fliegen, gepaart mit dem Strömungsablenkungseffekt, ermöglicht es dem Flugzeug, mit extrem niedrigen Geschwindigkeiten ohne den Einsatz von Klappen zu fliegen. Dem SOK fehlt eine Flügelmechanisierung, was ihn nicht daran hindert, zuverlässig zu starten und zu landen. Ein beispielloser Überziehwiderstand ermöglicht es dem Flugzeug, über den breitesten Geschwindigkeitsbereich gleichmäßig und zuverlässig zu fliegen.

Viele Qualitäten von SOC sind überraschend. Er kann beschleunigen, hochfliegen und auf einer nur 400 m langen unebenen Graspiste landen, bei ausgeschaltetem Motor plant er gut und verhält sich im Allgemeinen sehr stabil in der Luft. Der ovale Flügel macht das Flugzeug wendiger und treibstoffeffizienter. Darüber hinaus verleiht die geschlossene Schlaufe dem Flügel zusätzliche Festigkeit. Flugzeugen mit klassischen Tragflächen, so Grechikhin, wird bald die Puste ausgehen. Ganz einfach: Je größer das Flugzeug, je schwerer und leistungsstärker sein Flügel, desto schwieriger ist es, seine Steifigkeit beizubehalten. Im Wesentlichen trägt das Flugzeug eine Masse "nutzloser" Last - das Gewicht seiner eigenen Holme. Und der ovale Flügel ist bei gleichem Auftrieb doppelt so leicht.

Traditionelle Probleme

Das Hauptproblem besteht darin, dass die belarussischen Gesetze über die Luftfahrt die Schaffung von Flugzeugen auf dem Territorium des Landes und deren Flugbetrieb überhaupt nicht vorsehen. Vor kurzem hat Midivisana unter der Leitung von Anokhin ein spezialisiertes Konstruktionsbüro für die Entwicklung unbemannter Fluggeräte geschaffen. Unter den Mitarbeitern sind sowohl Narushevich als auch Gushchin. Das etablierte Team von Enthusiasten verliert die Hoffnung nicht, zumindest in einem unbemannten Flugzeug ihre Erfindung – einen geschlossenen Ovalflügel – verwirklichen zu können.

Ringplan Suchanow

Versuche, ein Ringflugzeug zu bauen, wurden auch in der UdSSR unternommen. Im Jahr 1936 stellte ein Student des Moskauer Luftfahrtinstituts Suchanow als Abschlussarbeit ein Projekt eines Flugzeugs mit einem ringförmigen Flügel zur Verteidigung vor. Der Flügeldurchmesser betrug 3 m, die Auslegungsgeschwindigkeit von 600 km/h sollte vom 800 PS starken Hispano-Suiza-Motor bereitgestellt werden. Bis 1940 war das Diplom zu einem vollwertigen Projekt eines kurz startenden und landenden Abfangjägers geworden und wurde im wissenschaftlichen und technischen Rat der TsAGI behandelt. Aber der Krieg kam, es fehlte Zeit und Geld für den Bau des Flugzeugs und noch mehr für seine Erprobung. 1942 baute Suchanow in Nowosibirsk ein funktionierendes Modell des Ringflugzeugs. Modellversuche haben gezeigt, dass das Flugzeug Anstellwinkeln bis 43° standhält, ein hohes Leistungsgewicht, Anti-Spin-Eigenschaften und eine hervorragende Manövrierfähigkeit besitzt. Suchanow erhielt das Autorenzertifikat, führte alle Berechnungen durch, aber der Ringplan erblickte aufgrund des Krieges und der Verwüstung im Land nie das Licht der Welt.

Der Flügel zeigt seine Eigenschaften nur bei einem bestimmten Verhältnis der Ellipsenachsen zueinander, der Länge der Flügelsehne zur Nebenachse der Ellipse und anderen Nuancen des Flügelprofils. Für diese Flügelform haben die Konstrukteure in Weißrussland und Russland ein Patent angemeldet und Prioritätszertifikate erhalten. Nun, so scheint es, wird niemand ihren Erfolg wiederholen können, denn alle verfügbaren "Korridore" mit vorteilhaften Flügelparametern sind bereits abgesteckt.

Für den Zeitraum vom Entwicklungsbeginn bis zum Bau des ersten Serienmodells eines Leichtmotorflugzeugs werden rund 12 Millionen Dollar benötigt, sagt Alexander Anokhin. „Wir können sogar einen Hängegleiter mit einem solchen Flügel bauen. Kannst Du Dir vorstellen? Drachenflieger, keine Angst vor Seitenwind!“Das Hauptproblem ist nicht einmal die Finanzierung: Sobald die SOK zum Beispiel bei der MAKS ankommt, werden Investoren gefunden. Das Problem liegt in der belarussischen Gesetzgebung, nach der ein auf dem Territorium des Landes erstelltes Flugzeug äußerst schwer zu registrieren ist und in diesem Fall einfach unmöglich ist, da es nicht zu den bekannten Flugzeugklassen gehört. Es besteht jedoch bereits eine Vereinbarung mit dem Flugplatz Woronesch, die für weitere Tests des Fahrzeugs genutzt werden soll.

Was weiter? Mal sehn. Es bleibt die Tatsache. Erstmals in der Geschichte des Flugzeugbaus hob ein Flugzeug mit geschlossenem Flügel ab. Vielleicht stehen wir kurz vor neuen Entdeckungen. Oder vielleicht ist es nur ein merkwürdiges Flugzeug, ein Einzelfall. Die Zeit wird zeigen.