De NASA AD-1 (Ames Dryden-1) is een experimenteel vliegtuig dat is ontworpen om het concept van een asymmetrisch geveegde draaibare vleugel te verkennen. Werd 's werelds eerste vliegtuig met schuine vleugels. Het ongebruikelijke vliegtuig werd in 1979 in de VS gebouwd en maakte zijn eerste vlucht op 21 december van hetzelfde jaar. De tests van een vliegtuig met een roterende vleugel gingen door tot augustus 1982, gedurende die tijd slaagden 1 piloten erin de AD-17 onder de knie te krijgen. Na afloop van het programma werd het vliegtuig naar het San Carlos Museum gestuurd, waar het nog steeds beschikbaar is voor alle bezoekers en een van de belangrijkste exposities is.
Duitse experimenten
In Duitsland hebben ze tijdens de Tweede Wereldoorlog heel serieus gewerkt aan het maken van vliegtuigen met een asymmetrische vleugel. Ontwerper Richard Vogt stond bekend om zijn atypische benadering van creëren luchtvaart technologie begreep hij dat de nieuwe regeling niet zou voorkomen dat het vliegtuig stabiel in de lucht zou blijven. In 1944 creëerde hij het Blohm & Voss en P.202 vliegtuigproject. Het belangrijkste idee van de Duitse ontwerper was de mogelijkheid van een aanzienlijke vermindering van de luchtweerstand bij het vliegen met hoge snelheid. Het vliegtuig vertrok met een conventionele symmetrische vleugel, aangezien de kleine geveegde vleugel een hoge liftcoëfficiënt had, maar al tijdens de vlucht draaide de vleugel in een vlak evenwijdig aan de as van de romp, waardoor de weerstand werd verminderd. Tegelijkertijd werd in Duitsland gewerkt met de klassieke symmetrische vleugelzwaai op de Messerschmitt P.1101-jager.
Blohm & Voss en P.202
Maar zelfs in Duitsland in de laatste oorlogsjaren leek het Blohm & Voss en P.202 vliegtuigproject gek, het was nooit belichaamd in metaal en bleef voor altijd alleen in de vorm van tekeningen. Het door Vogt ontworpen vliegtuig moest een spanwijdte van 11,98 meter krijgen, die op het centrale scharnier in een hoek van maximaal 35 graden draaide - met een maximale afwijking veranderde de spanwijdte naar 10,06 meter. Het belangrijkste nadeel van het project werd beschouwd als een zwaar en omvangrijk (volgens berekeningen) mechanisme voor het draaien van de vleugel, dat veel ruimte in beslag nam in de romp van het vliegtuig, en het onvermogen om de vleugel te gebruiken voor het ophangen van extra wapens en uitrusting was ook een ernstig nadeel.
Verrassend genoeg was Vogt niet de enige Duitse ontwerper die aan de swingwing dacht. Een soortgelijk project werd voorbereid door de ingenieurs van Messerschmitt. Het door hen gepresenteerde project Me P.1109 kreeg zelfs de bijnaam "schaarvleugel". Het project dat ze creëerden had twee vleugels tegelijk. Ze waren echter onafhankelijk van elkaar. Eén vleugel bevond zich boven de romp van het vliegtuig, de andere - eronder. Bij het draaien van de bovenste vleugel met de klok mee, draaide de onderste vleugel op dezelfde manier, maar al tegen de klok in. Een dergelijk ontwerp maakte het mogelijk om de scheefheid van het vliegtuig kwalitatief te compenseren met een asymmetrische verandering in bereik. Tegelijkertijd konden de vleugels tot 60 graden draaien, terwijl wanneer ze loodrecht op de romp van het vliegtuig stonden, dit niet anders was dan een klassieke tweedekker. Daarbij stuitte Messerschmitt op dezelfde problemen als Blohm & Voss: een zeer complex draaimechanisme. Ondanks het feit dat geen van de Duitse asymmetrische vliegtuigen verder ging dan papieren projecten, is het de moeite waard om te erkennen dat de Duitsers hun tijd serieus vooruit waren in hun ontwikkelingen. De Amerikanen konden hun plan pas eind jaren zeventig realiseren.
NASA AD-1 - vliegende asymmetrie
De ideeën van Duitse ontwerpers werden door hun Amerikaanse collega's in metaal omgezet. Ze benaderden de kwestie met alle mogelijke grondigheid. Ongeacht de Duitsers, in 1945 bracht de Amerikaanse ingenieur Robert Thomas Johnson zijn idee naar voren van een soort "schaarvleugel", volgens zijn idee had zo'n vleugel op een speciaal scharnier moeten draaien. In die jaren kon hij zijn idee echter niet realiseren, technische mogelijkheden lieten het niet toe. Dat veranderde in de jaren zeventig toen technologie asymmetrische vliegtuigen mogelijk maakte. Tegelijkertijd werd dezelfde Richard Vogt, die na het einde van de Tweede Wereldoorlog naar de Verenigde Staten emigreerde, uitgenodigd als projectadviseur.
Tegen die tijd wisten de ontwerpers al dat vliegtuigen met variabele vleugel een aantal nadelen hadden. De belangrijkste nadelen van een dergelijk ontwerp waren: de verschuiving van de aerodynamische focus met een verandering in sweep, wat leidde tot een toename van de balanceringsweerstand; een toename van de massa van de constructie door de aanwezigheid van een dragende balk en de draaischarnieren van de consoles die erop zijn bevestigd, evenals afdichtingen voor de ingetrokken positie van de vliegtuigvleugel. Beide tekortkomingen leidden uiteindelijk tot een afname van het vliegbereik of een afname van het laadvermogen.
Tegelijkertijd hadden NASA-medewerkers er vertrouwen in dat het vliegtuig met een asymmetrisch variabele sweepwing (KAIS) de genoemde tekortkomingen zou missen. Met een dergelijk schema zou de vleugel met één draaischarnier aan de romp van het vliegtuig worden bevestigd, en de verandering in de zwaai van de consoles wanneer de vleugel werd gedraaid, zou gelijktijdig worden uitgevoerd, maar had het tegenovergestelde karakter. Een vergelijkende analyse van vliegtuigen met een variabele vleugel van het standaardschema en KAIS, uitgevoerd door NASA-specialisten, toonde aan dat het tweede schema een afname van de weerstand met 11-20 procent laat zien, de massa van de structuur wordt met 14 procent verminderd, en golfweerstand bij het vliegen met supersonische snelheden moet met 26 procent worden verminderd.
Tegelijkertijd had een vliegtuig met een asymmetrische vleugel zijn nadelen. Ten eerste heeft de forward-sweep-console bij een grote sweep-hoek een grotere effectieve aanvalshoek dan de reverse-sweep-console, wat leidt tot drag-asymmetrie en als gevolg daarvan tot het optreden van parasitaire draaimomenten in de pitch, rollen en gieren. Het tweede probleem was dat KAIS wordt gekenmerkt door een twee keer zo grote toename van de dikte van de grenslaag langs de spanwijdte van de vleugel, en elke asymmetrische stroomscheiding veroorzaakt intense verstoringen. Maar ondanks dit geloofde men dat de negatieve effecten konden worden geëlimineerd door de introductie van een fly-by-wire-besturingssysteem dat automatisch zou inwerken op de aerodynamische bedieningselementen van het vliegtuig, afhankelijk van verschillende parameters: aanvalshoek, vliegsnelheid, hoek van de vleugelslag. Om alle berekeningen te controleren, was het in ieder geval nodig om een vliegend model te bouwen.
Het KAIS-concept is met succes getest op een onbemande mock-up, waarna het noodzakelijk was om over te gaan tot het maken van een volwaardig vliegtuig. Het proefproject werd NASA AD-1 of Ames Dryden-1 genoemd. Het vliegtuig is vernoemd naar de onderzoekscentra die aan het project hebben gewerkt - NASA Ames en NASA Dryden. Tegelijkertijd waren Boeing-specialisten verantwoordelijk voor het algehele ontwerp van het vliegtuig. Volgens berekeningen van NASA-ingenieurs en het bestaande mandaat heeft het Amerikaanse bedrijf Rutan Aircraft Factory het benodigde vliegtuig in elkaar gezet. Tegelijkertijd was een van de vereisten van het project om het budget van 250 duizend dollar te halen. Om dit te doen, werd het experimentele vliegtuig technisch zo eenvoudig mogelijk gemaakt en werden goedkope, vrij zwakke motoren in het vliegtuig geïnstalleerd. Het nieuwe vliegtuig was in februari 1979 gereed, waarna het op het NASA-vliegveld Dryden werd afgeleverd in Californië.
De vleugel van het AD-1-experimentele vliegtuig kon 60 graden langs de centrale as draaien, maar alleen tegen de klok in (deze oplossing vereenvoudigde het ontwerp aanzienlijk zonder voordelen te verliezen). Vleugelrotatie met een snelheid van 3 graden per seconde werd verzorgd door een compacte elektromotor, die direct voor de hoofdmotoren in de vliegtuigromp was geïnstalleerd. Als laatste werden twee klassieke, in Frankrijk vervaardigde Microturbo TRS18-turbojetmotoren met een stuwkracht van elk 100 kgf gebruikt. De spanwijdte van de trapeziumvormige vleugel, loodrecht op de romp, was 9,85 meter en bij maximale draai slechts 4,93 meter. Tegelijkertijd was de maximale vliegsnelheid niet hoger dan 400 km / u.
Het vliegtuig ging voor het eerst de lucht in op 21 december 1979. Tijdens zijn eerste vlucht werd het gevlogen door NASA-testpiloot Thomas McMurphy. De start van het vliegtuig werd uitgevoerd met een loodrecht vaste vleugel, de rotatiehoek van de vleugel veranderde al tijdens de vlucht na het bereiken van de vereiste snelheid en hoogte. In de komende 18 maanden werd bij elke nieuwe testvlucht de vleugel van het AD-1-vliegtuig 1 graad gedraaid, terwijl alle vluchtgegevens werden vastgelegd. Als gevolg hiervan bereikte het experimentele vliegtuig medio 1980 zijn maximale vleugelhoek van 60 graden. Testvluchten gingen door tot augustus 1982, in totaal ging het vliegtuig 79 keer de lucht in. Het gebeurde zo dat tijdens de laatste vlucht op 7 augustus 1982 het vliegtuig werd opgetild door Thomas McMurphy, terwijl 17 verschillende piloten erop vlogen gedurende de hele testperiode.
Het testprogramma ging ervan uit dat de verkregen resultaten zouden helpen om de asymmetrische verandering in de zwaai van de vleugel te gebruiken bij het uitvoeren van intercontinentale langeafstandsvluchten - snelheid en brandstofverbruik waren het beste te betalen op zeer lange afstanden. Het experimentele AD-1-vliegtuig van NASA kreeg positieve beoordelingen van piloten en specialisten, maar het project werd niet verder ontwikkeld. Het probleem was dat het programma aanvankelijk werd beschouwd als een onderzoeksprogramma. Na alle benodigde gegevens te hebben ontvangen, stuurde NASA het unieke vliegtuig eenvoudig naar de hangar, vanwaar het later naar het luchtvaartmuseum werd vervoerd. NASA is altijd een niet-luchtvaartonderzoeksorganisatie geweest en geen van de grote vliegtuigfabrikanten was geïnteresseerd in het concept van de draaibare vleugel. Elk intercontinentaal passagiersschip was standaard complexer en groter dan het "speelgoed" AD-1-vliegtuig, dus de bedrijven namen geen risico's. Ze wilden niet investeren in onderzoek en ontwikkeling, zij het een veelbelovend, maar toch verdacht ontwerp. De tijd voor innovatie op dit gebied is volgens hen nog niet aangebroken.
Vliegprestaties NASA AD-1:
Totale afmetingen: lengte - 11,8 m, hoogte - 2,06 m, spanwijdte - 9,85 m, vleugeloppervlak - 8,6 m2.
Leeg gewicht - 658 kg.
Maximaal startgewicht - 973 kg.
De krachtcentrale is 2 Microturbo TRS18-046 turbojetmotoren met een stuwkracht van 2x100 kgf.
Kruissnelheid - 274 km/u.
Maximale snelheid - tot 400 km/u.
Bemanning - 1 mensen.
Bronnen van informatie:
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
Materialen uit open bronnen