NASA AD-1: هواپیما با بال چرخشی
ناسا AD-1 (Ames Dryden-1) یک هواپیمای آزمایشی است که برای کشف مفهوم یک بال چرخان نامتقارن طراحی شده است. اولین هواپیمای بال مورب جهان شد. این هواپیمای غیرمعمول در سال 1979 در ایالات متحده آمریکا ساخته شد و اولین پرواز خود را در 21 دسامبر همان سال انجام داد. آزمایش های یک هواپیما با بال چرخشی تا آگوست 1982 ادامه یافت و در این مدت 1 خلبان موفق به تسلط بر AD-17 شدند. پس از بسته شدن برنامه، هواپیما به موزه سن کارلوس فرستاده شد، جایی که هنوز در دسترس همه بازدیدکنندگان است و یکی از مهم ترین نمایشگاه ها است.
آزمایشات آلمانی
در آلمان، در طول جنگ جهانی دوم، آنها به طور جدی روی ایجاد هواپیماهایی با بال نامتقارن کار کردند. طراح ریچارد وگت به دلیل رویکرد غیرمعمول خود برای خلق شهرت داشت هواپیمایی او متوجه شد که طرح جدید مانع از پایداری هواپیما در هوا نمی شود. او در سال 1944 پروژه هواپیماهای Blohm & Voss و P.202 را ایجاد کرد. ایده اصلی طراح آلمانی امکان کاهش قابل توجه درگ در هنگام پرواز با سرعت بالا بود. این هواپیما با یک بال متقارن معمولی بلند شد، زیرا بال کوچک جارو شده دارای ضریب بالابری بالایی بود، اما در حال حاضر در طول پرواز، بال در هواپیمای موازی با محور بدنه چرخید و سطح درگ را کاهش داد. در همان زمان، کار در آلمان با جاروب متقارن کلاسیک بال بر روی جنگنده Messerschmitt P.1101 انجام شد.
اما حتی در آلمان در سال های جنگ گذشته، پروژه هواپیمای بلوم و ووس و P.202 دیوانه کننده به نظر می رسید، هرگز در فلز تجسم نشد و برای همیشه فقط در قالب نقاشی باقی ماند. هواپیمای طراحی شده توسط Vogt قرار بود دهانه بال 11,98 متر را دریافت کند که روی لولای مرکزی با زاویه تا 35 درجه می چرخید - با حداکثر انحراف، طول بال به 10,06 متر تغییر کرد. اشکال اصلی این پروژه مکانیزم سنگین و حجیم (طبق محاسبات) برای چرخاندن بال بود که فضای زیادی را در داخل بدنه هواپیما اشغال می کرد و عدم امکان استفاده از بال برای آویزان کردن سلاح های اضافی. و تجهیزات نیز یک نقص جدی بود.
با کمال تعجب، فوگت تنها طراح آلمانی نبود که به بال چرخان فکر می کرد. پروژه مشابهی توسط مهندسان مسرشمیت تهیه شد. پروژه Me P.1109 ارائه شده توسط آنها حتی نام مستعار "بال قیچی" را دریافت کرد. پروژه ای که آنها ایجاد کردند همزمان دو بال داشت. با این حال، آنها مستقل از یکدیگر بودند. یک بال در بالای بدنه هواپیما قرار داشت، دیگری - در زیر آن. هنگام چرخاندن بال بالایی در جهت عقربه های ساعت، بال پایینی به همان ترتیب چرخید، اما قبلاً در خلاف جهت عقربه های ساعت. چنین طراحی امکان جبران کیفی انحراف هواپیما را با تغییر نامتقارن در رفت و برگشت ممکن کرد. در همان زمان، بال ها می توانستند تا 60 درجه بچرخند، در حالی که زمانی که آنها عمود بر بدنه هواپیما قرار داشتند، هیچ تفاوتی با یک هواپیمای دوباله کلاسیک نداشت. در انجام این کار، مسرشمیت با مشکلات مشابه بلوم و ووس مواجه شد: مکانیزم چرخشی بسیار پیچیده. علیرغم این واقعیت که هیچ یک از هواپیماهای نامتقارن آلمانی فراتر از پروژه های کاغذی نرفتند، شایان ذکر است که آلمانی ها در پیشرفت های خود به طور جدی از زمان خود جلوتر بودند. آمریکایی ها تنها در اواخر دهه 1970 توانستند نقشه خود را محقق کنند.
NASA AD-1 - عدم تقارن پرواز
ایده های طراحان آلمانی توسط همکاران آمریکایی آنها در فلز پیاده سازی شد. آنها با تمام دقت ممکن به موضوع برخورد کردند. صرف نظر از آلمانی ها، در سال 1945، مهندس آمریکایی رابرت توماس جانسون ایده خود را در مورد نوعی "بال قیچی" مطرح کرد، طبق ایده او، چنین بال باید روی یک لولای خاص می چرخید. با این حال، در آن سال ها، او نتوانست ایده خود را محقق کند، توانایی های فنی اجازه نمی داد. این در دهه 1970 زمانی که فناوری هواپیماهای نامتقارن را ممکن کرد، تغییر کرد. در همان زمان از همان ریچارد وگت که پس از پایان جنگ جهانی دوم به آمریکا مهاجرت کرد به عنوان مشاور پروژه دعوت شد.
در آن زمان، طراحان از قبل می دانستند که هواپیماهای بال متغییر دارای اشکالاتی هستند. معایب اصلی چنین طراحی عبارتند از: تغییر تمرکز آیرودینامیکی با تغییر در رفت و برگشت، که منجر به افزایش مقاومت متعادل شد. افزایش جرم سازه به دلیل وجود یک تیر باربر و لولاهای چرخشی کنسول های ثابت روی آن و همچنین مهر و موم برای موقعیت جمع شده بال هواپیما. هر دوی این کاستی ها در نهایت منجر به کاهش برد پرواز یا کاهش جرم محموله شد.
در همان زمان، کارمندان ناسا مطمئن بودند که هواپیما با بال جابجایی متغیر نامتقارن (KAIS) از کاستی های ذکر شده محروم می شود. با چنین طرحی، بال با استفاده از یک لولای چرخشی به بدنه هواپیما متصل می شود و تغییر در جاروی کنسول ها هنگام چرخاندن بال به طور همزمان انجام می شود، اما دارای ویژگی مخالف است. تجزیه و تحلیل مقایسه ای هواپیماها با بال متغیر طرح استاندارد و KAIS، که توسط متخصصان ناسا انجام شد، نشان داد که طرح دوم کاهش پسا را 11-20 درصد نشان می دهد، جرم ساختار 14 درصد کاهش می یابد. و کشش موج هنگام پرواز با سرعت مافوق صوت باید 26 درصد کاهش یابد.
در همان زمان، یک هواپیما با بال نامتقارن دارای اشکالاتی بود. اول از همه، در یک زاویه رفت و برگشت بزرگ، کنسول رفت و برگشت رو به جلو زاویه حمله موثرتری نسبت به کنسول رفت و برگشت معکوس دارد که منجر به عدم تقارن درگ و در نتیجه ظهور لحظات چرخشی انگلی در زمین می شود. رول و انحراف مشکل دوم این بود که KAIS با افزایش دو برابر بیشتر در ضخامت لایه مرزی در امتداد دهانه بال مشخص می شود و هر گونه جداسازی جریان نامتقارن باعث ایجاد اختلالات شدید می شود. اما، با وجود این، اعتقاد بر این بود که اثرات منفی می تواند از طریق معرفی یک سیستم کنترل fly-by-wire حذف شود که به طور خودکار بر روی کنترل های آیرودینامیکی هواپیما بسته به پارامترهای مختلف عمل می کند: زاویه حمله، سرعت پرواز، زاویه رفت و برگشت بال در هر صورت، برای بررسی تمام محاسبات، نیاز به ساخت یک مدل پرنده بود.
کانسپت KAIS با موفقیت روی یک ماکت بدون سرنشین آزمایش شد و پس از آن لازم بود به سمت ایجاد یک هواپیمای تمام عیار حرکت کنیم. پروژه آزمایشی NASA AD-1 یا Ames Dryden-1 نامگذاری شد. این هواپیما پس از مراکز تحقیقاتی که روی این پروژه کار می کردند - ناسا ایمز و ناسا درایدن نامگذاری شد. در همان زمان، متخصصان بوئینگ مسئولیت طراحی کلی هواپیما را بر عهده داشتند. طبق محاسبات مهندسان ناسا و شرایط موجود، شرکت آمریکایی Rutan Aircraft Factory هواپیمای مورد نیاز را مونتاژ کرد. در عین حال یکی از الزامات پروژه تامین بودجه 250 هزار دلاری بود. برای انجام این کار، هواپیمای آزمایشی از نظر فناوری تا حد امکان ساده ساخته شد و موتورهای ارزان و نسبتا ضعیف روی هواپیما نصب شد. هواپیمای جدید در فوریه 1979 آماده شد و پس از آن در فرودگاه ناسا درایدن به کالیفرنیا تحویل داده شد.
بال هواپیمای آزمایشی AD-1 می تواند در امتداد محور مرکزی 60 درجه بچرخد، اما فقط در خلاف جهت عقربه های ساعت (این راه حل بدون از دست دادن مزایای طراحی را بسیار ساده کرد). چرخش بال با سرعت 3 درجه در ثانیه توسط یک موتور الکتریکی فشرده که در داخل بدنه هواپیما مستقیماً در مقابل موتورهای اصلی نصب شده بود، فراهم می شد. به عنوان دومی، از دو موتور توربوجت Microturbo TRS18 ساخت فرانسه کلاسیک با نیروی رانش 100 کیلوگرم در هر کدام استفاده شد. دهانه بال ذوزنقه ای، زمانی که عمود بر بدنه قرار داشت، 9,85 متر بود و در حداکثر چرخش - فقط 4,93 متر. در همان زمان، حداکثر سرعت پرواز از 400 کیلومتر در ساعت تجاوز نکرد.
این هواپیما برای اولین بار در 21 دسامبر 1979 به آسمان رفت. در اولین پرواز خود، توسط خلبان آزمایشی ناسا توماس مک مورفی پرواز کرد. برخاست هواپیما با یک بال عمود بر ثابت انجام شد، زاویه چرخش بال در حال پرواز پس از رسیدن به سرعت و ارتفاع مورد نیاز تغییر کرد. در طول 18 ماه بعد، با هر پرواز آزمایشی جدید، بال هواپیمای AD-1 1 درجه چرخانده شد، در حالی که تمام اطلاعات پرواز ثبت می شد. در نتیجه، در اواسط سال 1980، هواپیمای آزمایشی به حداکثر زاویه بال خود یعنی 60 درجه رسید. پروازهای آزمایشی تا آگوست 1982 ادامه یافت، در مجموع این هواپیما 79 بار به آسمان رفت. این اتفاق افتاد که در آخرین پرواز در 7 آگوست 1982، هواپیما توسط توماس مک مورفی بلند شد، در حالی که 17 خلبان مختلف در تمام مدت آزمایش بر روی آن پرواز کردند.
برنامه آزمایشی فرض میکرد که نتایج بهدستآمده به استفاده از تغییر نامتقارن در رفت و برگشت بال هنگام انجام پروازهای بین قارهای دوربرد کمک میکند - سرعت و مصرف سوخت بهتر است هزینههای خود را در فواصل بسیار طولانی بپردازند. هواپیمای آزمایشی ناسا AD-1 امتیاز مثبتی از خلبانان و متخصصان دریافت کرد، اما این پروژه توسعه بیشتری دریافت نکرد. مشکل این بود که این برنامه در ابتدا به عنوان یک برنامه تحقیقاتی در نظر گرفته شد. با دریافت تمام داده های لازم، ناسا به سادگی هواپیمای منحصر به فرد را به آشیانه فرستاد و از آنجا بعداً به موزه هوانوردی منتقل شد. ناسا همیشه یک سازمان تحقیقاتی غیر هوانوردی بوده است و هیچ یک از سازندگان اصلی هواپیما به مفهوم بال چرخان علاقه مند نبودند. هر خط مسافری بین قاره ای به طور پیش فرض پیچیده تر و بزرگتر از هواپیمای "اسباب بازی" AD-1 بود، بنابراین شرکت ها ریسک نکردند. آنها نمیخواستند روی تحقیق و توسعه سرمایهگذاری کنند، هرچند طرحی امیدوارکننده، اما همچنان مشکوک. به نظر آنها زمان نوآوری در این زمینه هنوز فرا نرسیده است.
عملکرد پرواز ناسا AD-1:
ابعاد کلی: طول - 11,8 متر، ارتفاع - 2,06 متر، طول بال - 9,85 متر، مساحت بال - 8,6 متر مربع.
وزن خالی - 658 کیلوگرم.
حداکثر وزن برخاست - 973 کیلوگرم.
نیروگاه 2 موتور توربوجت Microturbo TRS18-046 با رانش 2x100 kgf است.
سرعت کروز - 274 کیلومتر در ساعت.
حداکثر سرعت - تا 400 کیلومتر در ساعت.
خدمه - 1 نفر.
منابع اطلاعات:
https://www.popmech.ru/weapon/15340-s-krylom-napereves
http://www.airwar.ru/enc/xplane/ad1.html
https://zen.yandex.ru/media/main_aerodrome/nasa-ad1--kto-skazal-chto-krylo-doljno-byt-simmetrichnym-5b22885500b3dd7573269bb6
مواد از منابع باز
اطلاعات