Кто знаком с самолетами, не может не заметить, что их всех объединяет одна черта дизайна - их симметрия. Но инженер NASA решил сломать стереотипы, что в конечном итоге привело к разработке NASA AD-1, реактивного самолета с асимметричным поворотным крылом.
NASA AD-1 был экспериментальный самолет, разработанной исследователями в начале 1980 - х годов. Он был разработан, построен и испытан в Центре летных исследований NASA Драйден в Эдвардсе, Калифорния, и продемонстрировал концепцию использования наклонных крыльев «ножничных крыльев» на самолетах.
Прототип AD-1 ( Ames-Dryden-1 ) представлял собой относительно небольшой реактивный самолет, который совершил 79 полетов в течение трех лет.
В полете крыло можно было поворачивать вокруг центральной оси, чтобы обеспечить наиболее эффективный угол воздушной скорости самолета в любой момент времени.
В ходе испытательных полетов была тщательно проверена эффективность концепции поворотного крыла и собрана информация об аэродинамике и управляемости этого типа крыла при различных скоростях и наклонных углах крыла.
Принципы, лежащие в основе AD-1, были впервые разработаны Робертом Т. Джонсом, авиационным инженером, работавшим в Исследовательском центре Эймса NASA в Моффетт Филд в Калифорнии. Он совмещал свою независимую работу с исследованиями по концепции крыла с изменяемой стреловидностью, которая исследовалась в рамках программы исследовательского самолета X-5 в 1950-х годах.
Джонс предложил идею поворота крыльев назад, чтобы задержать ударные волны и сжимаемость, когда самолет приближается к скорости звука, что позволяет самолету летать более эффективно на высоких скоростях.
Крылья с изменяемой стреловидностью, такие как у F-14, F-111, B-1 и британского Panavia Tornado, сочетают в себе лучшее из двух миров стреловидности и неподвижного крыла во время взлета и крейсерского полета, а также при движении на высоких скоростях.
Первоначальные исследования Джонса с использованием аэродинамических труб показали, что если можно построить сверхзвуковой транспортный самолет с наклонными крыльями, он должен иметь гораздо более высокие аэродинамические характеристики, чем обычные самолеты с неподвижными крыльями. Фактически, он должен быть как минимум в два раза экономичнее!
На основании этих исследований в начале 1970-х годов был построен и доставлен в Драйден в уменьшенном масштабе рабочий прототип. Построенный компанией Ames Industrial Company, Богемия, Нью-Йорк, его создание обошлось примерно в 240 000 долларов.
Он был оснащен двумя турбореактивными двигателями Microturbo TRS18-046, каждый из которых мог развивать тягу около 0,98 кН, а AD-1 был способен развивать максимальную скорость около 322 км / ч, но в целях безопасности был ограничен до 270 км / ч.
Прототип имел общую длину 11,8 м и размах крыла 9,8 м в горизонтальной конфигурации. Его основная конструкция была сделана из пластика, армированного стекловолокном, и жесткого пенопласта.
AD-1 весил 973 кг и имел фиксированное шасси трехопорной конфигурации. Это шасси было очень коротким и держалось близко к фюзеляжу для уменьшения лобового сопротивления, в результате чего общая высота самолета до вершины хвостового стабилизатора составляла 2,06 м.
Уникальное крыло самолета поворачивалось с помощью механизма с электроприводом, расположенного прямо перед двигателями внутри фюзеляжа.
Крылья самолета обычно оптимизированы для выполнения одной из двух основных задач - подъема (во время взлета и посадки) и увеличения скорости в воздухе. Конструкторам самолетов обычно нужно уделять приоритетное внимание одному из них.
Максимизация одного обычно означает, что другой в некоторой степени пострадает - это компромисс. Например, неподвижные горизонтальные крылья лучше всего работают на низких скоростях, особенно при взлете, а стреловидные крылья превосходны на высоких скоростях.
Это заставило некоторых авиаконструкторов задуматься, можно ли получить «лучшее из обоих миров».
Источником вдохновения для AD-1 послужила работа Джонса на объекте NASA. Здесь он понял, что по мере того, как самолеты достигают высоких скоростей, около 1,0 Маха, они становятся более громоздкими и неэффективными. Более быстрые потоки воздуха над крылом создают ударные волны, которые увеличивают сопротивление и, как следствие, уменьшают подъемную силу.
Позже эксперименты показали, что за счет поворота крыльев назад летные характеристики самолета на высокой скорости значительно улучшатся. Это потому, что такая конфигурация крыла помогает уменьшить то, что называется волновым сопротивлением.
Джонс предположил, что аналогичные преимущества могут быть достигнуты, если только одно крыло будет повернуто назад, а не оба.
Основная идея заключается в том, что, перемещая законцовки крыла к хвосту, можно задержать ударные волны, позволяя самолету летать с большей эффективностью. Джонс показал начальству свою концепцию, но она была отклонена, так как казалась слишком сложной для реализации - по крайней мере, в то время.
Но Джонс обнаружил, что конструкция с наклонным крылом может значительно улучшить топливную экономичность и характеристики, позволяя самолету иметь более низкие взлетные скорости и значительно увеличивать дальность полета на крейсерской скорости.
Дальнейшие исследования в 1950-х годах с использованием аэродинамических труб подтвердили, что выводы Джонса действительно верны. Однако только в 1970-х годах можно было попробовать создать действующий прототип.
Хотя Джонс изначально предлагал разработать крылатый самолет с фиксированным углом наклона, AD-1 имел крыло, которое можно было изменять стреловидностью с помощью электродвигателей.
Такая установка позволяла испытывать крыло под разными углами в полете. Угол наклона крыла можно было изменять с помощью переключателя в кабине.
Наземные и вибрационные испытания планера перед полетными испытаниями показали, что крылья были на 15% прочнее, чем было указано ранее в их конструкции.
Когда планер получил зеленый свет, его первый испытательный полет состоялся 21 декабря 1979 года на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии. В этом первом полете крылья использовались в их конфигурации с нулевым углом наклона.
В дальнейшем полеты выполнялись путем постепенного увеличения углов крыла для оценки влияния на управляемость и летно-технические характеристики самолета. Только в 1982 году самолет был испытан с максимальным углом наклона крыльев в шестьдесят градусов.
Это было не только интересно с инженерной точки зрения, но и вошло в историю, как первый полет косокрылого самолета. В целом, AD-1 совершил 79 полетов в период с 1979 по 1982 год с участием 17 разных пилотов, двое из которых были летчиками-испытателями.
После того, как все испытательные полеты были завершены, было обнаружено, что самолет работал так, как ожидал его конструктор Джонс. Однако у него были некоторые проблемы в полете, такие как снижение поперечной устойчивости (что неудивительно) и некоторые колебания под определенными углами (особенно при маневрировании крыльями под полным углом 60 градусов).
При температуре выше 50 градусов большинство летчиков-испытателей также согласились с тем, что управлять самолетом стало непросто.
Последний полет AD-1 состоялся 7 августа 1982 года, после чего он был возвращен в NASA Драйден и позже выставлен в Музее авиации Хиллера в Калифорнии.
