- Самолёт Болдырева
-
Самолёт Болдырева 
Фотография Самолёта Болдырева Тип высокоплан Производитель МАИ Главный конструктор А. И. Болдырев Первый полёт не испытан Статус разобран Годы производства 1947 Единиц произведено 1 Самолет Бо?лдырева (Самолет «Болдырев» с колеблющимся предкрылком; Самолет Болдырева с качающимся предкрылком) — экспериментальный самолет советского инженера Александра Ивановича Болдырева, основанный на совершенно новом принципе получения тяги и увеличения коэффициента подъемной силы. Вибрирующий предкрылок, установленный чуть впереди и выше носка крыла, приводится в быстрое колебательное движение, поворачиваясь вокруг своего носка на углы порядка ±15°, чем и достигаются оба эффекта. Это было проверено на летающих моделях и на стендовых испытаниях натурного самолета.
Содержание
Теоретическая основа
Кривая зависимости подъёмной силы от угла атаки Лобовое сопротивление, штопор, критическая скорость - все эти жизненно важные для авиатора понятия проявили крайнюю снисходительность, судя по расчетам, к системе Болдырева. Как известно, отношение подьемной силы к лобовому сопротивлению определяет аэродинамические качества самолета. Но сама подьемная сила, увы, тоже создает сопротивление движению. Из за скоса потока воздуха, обтекающего верхнюю поверхность крыла, вектор подьемной силы отклоняется немного назад от вертикали, и появляется отрицательная, направленная против движения компонента. Её называют индкутивной и она увеличивается с ростом подьемной силы.
Как показали эксперименты в аэродинамической трубе, в системе Бодырева угол подьема потока воздуха на передней кромке равен углу скоса за задней кромкой. То есть подсасывающая сила компенсирует индуктивное сопротивление. На обычном самолете такой эффект достигается только увеличением удлинения (отношение длины к ширине) крыла. В системе Бодырева достаточно крыла малого удлинения — оно проще и прочнее.
Кривые эффективности обычного самолёта и Самолёта Болдырева Представим тяжелую ситуацию — штопор. Из за трения тонкий слой воздуха, соприкасающийся с поверхностью крыла, тормозится и словно прилипает к ней. Увеличение угла атаки повышает подьемную силу, но одновременно с этим растет и толщина заторможенного пограничного слоя, в какой-то момент он резко срывается с поверхности крыла, вызывая завихрение всего обтекающего слоя - подьемная сила резко падает, самолет попадает в штопор. Существует эффективный способ защиты — сдувать заторможенный слой, вернее ускорять его дополнительным потоком воздуха. Колеблющийся предкрылок здесь, естественно вне конкуренции. Ускоряя пограничный слой по всей поверхности крыла, он создает идеальный противоштопорный режим и возможность полета на больших, вплоть до 45° - 50° углах атаки.
Что можно сказать о критической скорости — нижнем скоростном пределе, когда подьемная сила начинает падать, но сохраняется устойчивость и управляемость? Идя на посадку, пилот должен поддерживать скорость машины не ниже этой границы — иначе произойдет срыв потока и сваливание в штопор на малой высоте, где не поможет никакое летное мастерство. Снижение этого предела означает сокращение дистанции пробега после посадки, что весьма желательно. Судя по расчетам и экспериментам, дополнительная подьемная сила в системе Болдырева в сочетании с противоштопорной характеристикой приближают его самолет к аппаратам с несущим винтом. Подобно автожиру, оригинальная машина должна сохранять устойчивость и управляемость даже при скоростях ниже критической, плавно, как на парашюте теряя высоту. Мало того, дополнительная подьемная сила, по всей видимости даже превысит собственный вес самолета — и тогда, при угле атаки около 45° он сможет зависать неподвижно, как вертолёт.
История развития проекта
Александр Иванович Болдырев, старший инженер на кафедре аэродинамики самолета в МАИ, вынашивал свою идею еще с 30-х годов. В то время появилась книга Л. Прандтля и О. Титьенца «Аэро- и гидродинамика», где говорилось об интересном явлении: интенсивный принудительный обдув верхней поверхности крыла заметно увеличивает подьемную силу и сокращает дистанцию разбега. Это явление давно нашло обьяснение в вихревой теории крыла, но не смотря на свою перспективность, в практике использовалось нечасто. Причин было много, как обьективных - трудно обеспечить равномерность дополнительной циркуляции (крыло плоское, а струя воздуха от винта или газов от реактивного двигателя имеет круглое сечение), так и субьективных — сказывалась привычка рассматривать крыло и движитель в отдельности.
Практические эксперименты
Александр Болдырев начал экспериментировать прямо дома с простыми моделями крыльев, подвешенных на ниточках. Обдув с помощью винта не привел к ощутимым результатам. Тогда Болдырев заменил винт на длинную узкую пластину, расположенную параллельно передней кромке крыла. Держа пластину в руках, он легким движением пальцев придавал ей колебательное движение — крыло двигалось вперед.
Отбрасываемый пластиной воздушный поток, обтекая верхнюю поверхность крыла, срывался с задней кромки, в результате чего на передней возникала подсасывающая сила. Скос потока на задней кромке и подсос спереди формировали общий вихрь, обтекающий крыло. Это и была принудительная циркуляция, причем равномерно распределенная. При этом возникала тяга и подьемная сила.
Наверное тогда Болдырев и убедился, что нашел новый путь — свой. Ведь именно колеблющаяся пластина может стать движителем и необходимость в винте отпадёт. Разбег машины станет минимальным, расход топлива уменьшится.
Изобретатель начал строить модели. Вместо пластины появился предкрылок, укрепленный на самом крыле. В 1939 году Александр Болдырев получил авторское свидетельство на "Разрезное крыло с колеблющимся предкрылком". Тема исследований была утверждена, эксперименты проводились уже в лаборатории МАИ.
В 1946 г. он представил проект своего оригинального самолета и добился финансирования его постройки со стороны ЦАГИ. К концу 1947 г. самолет был построен в учебно-производственных мастерских МАИ. Была сделана и продута модель самолета в половину натуральной величины и по продувке выполнен аэродинамический расчет.
Технические данные
Схема Самолёта Болдырева и устройство вибрирующего предкрылка Аппарат имел очень небольшие размеры:
- размах: 6,07 м;
- длина: 5,0 м;
- хорда крыла: 1,2 м;
- площадь крыла: 7,2 кв.м;
- масса конструкции: около 180 кг;
- масса взлётная: 290 кг;
- профиль: NАСА-23020 (без предкрылка).
Предкрылок симметричного упрощенного профиля с носком по дуге круга и плоскими поверхностями сверху и снизу, его хорда 286 мм. Схема аппарата — подкосный высокоплан с одноместной кабиной впереди, с тонким балочным хвостом, с обычным хвостовым оперением и элеронами.
Двигатель М-72 в 22-25 л.с. при 4500 об/мин, двухцилиндровый, оппозитного типа, установлен под крылом, перед его задним лонжероном. От его носка шел вал к коробке с механическим приводом к предкрылку, дающий ему колебательное движение. Конструкция предкрылка смешанная, его ось — труба из Д16, нервюры также из этого материала, концы их и задняя кромка предкрылка проволока. Носок предкрылка из 1 мм фанеры, обшивка — полотно. Все было статически и динамически уравновешено.
Конструкция аппарата смешанная. Крыло — двухлонжеронное с деревянным каркасом и с миллиметровой фанерной обшивкой со стрингерами-рейками под ней. Кабина-гондола — деревянная ферма с такой же фанерной обшивкой, передняя часть ее — съемный кок с дверью в левом борту, замененный потом выпуклым коком из плексигласа. Хвостовая балка — фанерная труба со стрингерами-рейками. Шасси пирамидальной схемы с резиновой пластинчатой амортизацией. Костыль сварной из труб. Управление элеронами жесткое, рулями тросовое.
Судьба проекта
Испытания в полёте, к сожалению, провести не удалось. В первой машине Болдырева вал двигателя через редуктор (коническая шестерня) был подсоединен к кривошипно-шатунному механизму, который преобразовывал вращение от двигателя в колебательное движение, а оно передавалось на ось вибрирующего предкрылка. Это ответственнийшая часть в конструкции и редуктор должен быть особенно надежным. При стендовых испытаниях готового аппарата все узлы были признаны надежными, только редуктор не годился — шестеренки были прямозубыми. Шестерня сломалась.
На этом все было прекращено в конце 1947 г. Машина так и осталась в ангаре, и через некоторое время ее разобрали. Сохранились лишь фотография и упоминание об этой разработке в книге В. Шаврова «История развития конструкций самолетов в СССР 1938-1950».
Приближалась эра реактивной авиации, журналисты и многие специалисты сулили скорую смерть поршневым машинам. Тему Болдырева сочли неперспективной и непристижной, но все же окончательно не закрыли, она еще теплилась.
Сейчас мысли изобретателя заняты мускуло- и электролетами. Болдырев считает, что мускулолет с колеблющимся предкрылком может иметь меньшие габариты, чем существующие рекордные конструкции, а следовательно, его можно строить из доступных материалов, не применяя дорогостоящие углепластик и майларовую пленку. Привод будет намного проще.
Площадь крыла позволит разместить на ней солнечные батареи, а предкрылок можно приводить в движение не электромотором, а двумя соленоидами, в которые поочередно будет втягиваться якорь, прикрепленный к оси предкрылка. Система с дополнительной циркуляцией хороша и для дельта- и параплана.
Современные разработки
Современную схожую разработку представляет аэромобиль «ЛАРК-4» конструкторов Николая М. Бабешко и Владимира Саенко.
Аналогичная концепция, но с другим техническим решением, с использованием роторного предкрылка, приследуется британскими разработчиками в аппарате "FanWing".
См. также
- «ЛАРК-4»
- "FanWing"
- Вибрирующий предкрылок
- Роторный предкрылок ( англ. "FanWing") — другое техническое решение проблемы обтекания потоком верхней кромки крыла.
Ссылки
- Информация с сайта «Тринадцатая база»
- Информация с сайта «Строим самолет» (Автор: Г. Георгиев, Москва, по материалам «Техника-Молодежи» 1989 г.)
- «ЛАРК-4»
- "FanWing" (англ.)
Видеоматериал
Wikimedia Foundation. 2010.
