Für alle, die mit vertraut sind Flugzeug , sie werden nicht anders, als zu bemerken, dass ein Designmerkmal sie alle vereint - ihre Symmetrie. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts beschloss ein NASA-Ingenieur, die Form zu brechen, was letztendlich zur Entwicklung der NASA AD führte-1, eine asymmetrische Pivot-Winged-Jet-Ebene.
Obwohl sich das Flugzeug letztendlich als Sackgasse herausstellen würde, hat es gezeigt, dass ein Denken über den Tellerrand hinaus außergewöhnliche Ergebnisse liefern kann und wird.
Was war die NASA AD-1?
Die NASA AD-1 war ein experimentelles Flugzeug und Programm, das von Forschern der NASA in den späten 1970er und frühen 1980er Jahren entwickelt wurde. Es wurde im Dryden Flight Research Center der NASA in Edwards, Kalifornien, entwickelt, gebaut und getestet und demonstrierte das Konzept der Verwendung von Schrägflügelnoder "Scherenflügel" in Flugzeugen.
Der AD-1 Ames-Dryden-1 Prototypflugzeug war ein relativ kleines Flugzeug mit Unterschallstrahlantrieb und wurde zwischen 1979 und 1982 über einen Zeitraum von 3 Jahren 79 Mal geflogen.
Während des Flugs kann der Flügel um seinen mittleren Drehpunkt gedreht werden, um zu jedem Zeitpunkt den effektivsten Winkel für die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs bereitzustellen.
Testflüge testeten ausführlich die Wirksamkeit eines Schwenkflügelkonzepts und sammelten Informationen über die Aerodynamik und das Handling dieser Art von Flügelaufbau bei verschiedenen Geschwindigkeiten und schrägen Flügelwinkeln.
Die Prinzipien hinter dem AD-1 wurden zuerst von entwickelt Robert T. Jones ein Luftfahrtingenieur, der am Ames Research Center der NASA in Moffett Field in Kalifornien arbeitete. Er kombinierte seine eigene unabhängige Arbeit mit Forschungen der NASA damals NACA über das Konzept des variablen Kehrflügels, das während des X-5-Forschungsebene Programm in den 1950er Jahren.
Jones schlug die Idee vor, Flügel nach hinten zu fegen, um die Stoßwellen und die Kompressibilität zu verzögern, wenn sich ein Flugzeug der Schallgeschwindigkeit nähert, sodass Flugzeuge bei hohen Unterschallgeschwindigkeiten effizienter fliegen können.
Flügel mit variablem Schwung, wie die der F-14, F-111, B-1 und der Britischer Panavia Tornado Kombinieren Sie das Beste aus beiden Welten von geschwungenen und festen Flügeln während des Starts und der Kreuzfahrt sowie Hochgeschwindigkeitsfahrten.
Obwohl dies nicht der erste Vorschlag für ein Flugzeug mit schrägen Flügeln war ein anderer wurde in den 1940er Jahren untersucht, war der AD-1 der erste, der einen funktionierenden Prototyp bauen und testen ließ.
Jones 'erste Studien unter Verwendung von Windkanälen zeigten, dass ein Flugzeug mit Überschalltransportgröße und Schrägflügeln eine viel höhere aerodynamische Leistung aufweisen sollte als herkömmliche Flugzeuge mit festen Flügeln. Tatsächlich sollte es sich als mindestens doppelt so hoch erweisenkraftstoffsparende!
Aufgrund dieser Studien wurde Anfang der 1970er Jahre ein funktionierender, verkleinerter Prototyp gebaut und an Dryden geliefert. Der Bau wurde von der Ames Industrial Company, Böhmen, New York, gebaut und kostete etwa 240.000 US-Dollar.
Es wurde von zwei Microturbo TRS18-046-Turbostrahltriebwerken angetrieben, die jeweils einen Schub von etwa 0,98 kN 220 lb auf Meereshöhe erzeugen konnten, und der AD-1 konnte eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 322 km / h erreichen.h war jedoch aus Sicherheitsgründen auf 270 km / h begrenzt. Es hatte auch ein herkömmliches Ruder.
Der Prototyp hatte eine Gesamtlänge von 11,8 m und eine Flügelspannweite von 9,8 m in seiner horizontalen Konfiguration. Seine Hauptkonstruktion bestand aus einer glasfaserverstärkten Kunststoffbeschichtung mit einem Hartschaumkern.
Da es sich lediglich um ein Testfeld für das unkonventionelle Flügeldesign handelte, fehlte diesem AD-1-Prototyp jede Art von Bewaffnung.
Die AD-1 wog insgesamt 973 kg brutto und hatte ein Fahrwerk mit fester Dreiradkonfiguration. Dieses Fahrwerk war sehr kurz und wurde nahe am Rumpf gehalten, um den Luftwiderstand zu verringern und dem Flugzeug eine Gesamthöhe zu verleihenOberseite des Heckstabilisators von 6,75 Fuß 2,06 m.
Der einzigartige Flügel des Flugzeugs wurde mithilfe eines elektrisch angetriebenen Mechanismus geschwenkt, der sich direkt vor den Triebwerken im Rumpf befand.
Was sind die Vorteile der Scherenflügel der NASA AD-1?
Flugzeugflügel sind im Allgemeinen so optimiert, dass sie eine von zwei Hauptaufgaben ausführen - Heben beim Start und Landen und Maximieren der Geschwindigkeit in der Luft. Flugzeugkonstrukteure müssen normalerweise eine dieser Aufgaben priorisieren.
Das Maximieren des einen bedeutet im Allgemeinen, dass das andere in gewissem Maße darunter leidet - es ist ein Kompromiss . Zum Beispiel sind feste horizontale Flügel am besten bei niedrigen Geschwindigkeiten, insbesondere in der Luft, und gekehrte Flügel zeichnen sich bei hohen Geschwindigkeiten aus.
Dies hat einige Flugzeugkonstrukteure dazu veranlasst, darüber nachzudenken, ob es möglich wäre, das "Beste aus beiden Welten" zu erzielen. Betreten Sie den schrägen Flügel mit variablem Schwung, der auch als "Scherenflügel" bezeichnet wird.
Die ultimative Inspiration des AD-1 begann mit Jones 'Arbeit im Langley-Werk der NASA in den 1940er Jahren. Hier stellte er fest, dass Flugzeuge mit hohen Geschwindigkeiten um Mach 1.0 unhandlicher und ineffizienter wurden. Schnellere Luftströme über dem Flügel erzeugen Stoßwellen, dieErhöhen Sie den Luftwiderstand und verringern Sie anschließend den Auftrieb.
Experimente ergaben später, dass sich die Leistung des Flugzeugs bei hoher Geschwindigkeit erheblich verbessern würde, wenn die Flügel nach hinten geschwenkt würden. Wellenwiderstand .
Dies ist eine Kraft Luftwiderstand, die die Vorwärtsbewegung eines Flugzeugs im Überschall- und Transsonikflug infolge der Bildung von Stoßwellen verlangsamt.
Scheint vernünftig, aber er würde noch weiter gehen.
Jones schlug vor, dass ähnliche Vorteile erzielt werden könnten, wenn nur ein Flügel nach hinten und nicht beide nach hinten geschwenkt würde.
Die Grundidee ist, dass durch Bewegen der Flügelspitzen in Richtung Heck Stoßwellen verzögert werden können, wodurch das Flugzeug effizienter fliegen kann. Jones zeigte seinen Vorgesetzten sein Konzept, das jedoch abgelehnt wurde, weil es zu kompliziert zu sein schien, um es zu verwirklichenzumindest zu dieser Zeit.
Nach dem Krieg stieß Jones auf ähnliche deutsche Konstruktionen und setzte seine Forschungen fort. Er stellte fest, dass Schrägflügelkonstruktionen die Treibstoffeffizienz und Leistung erheblich verbessern können, sodass Flugzeuge niedrigere Startgeschwindigkeiten und eine deutlich verbesserte Reichweite bei Reisegeschwindigkeit haben können.
Weitere Forschung in den 1950er Jahren Die Verwendung von Windkanälen bewies, dass Jones 'Schlussfolgerungen tatsächlich richtig waren. Erst in den 1970er Jahren konnte ein tatsächlich funktionierender Prototyp mit dem gemeinsamen NASA- und Boeing-Flugzeug AD-1 versucht werden.
Obwohl Jones ursprünglich die Entwicklung eines Flugzeugs mit festem Schrägflügel vorgeschlagen hatte, verfügte die AD-1 über einen Flügel, der mit Elektromotoren variabel überstrichen werden konnte.
Mit dieser Einstellung konnten verschiedene Flügelwinkel während des Flugs getestet werden. Der Flügelwinkel konnte mit einem Schalter im Cockpit geändert werden.
Boden- und Schütteltests der Flugzeugzelle vor dem Flugtest zeigten, dass die Flügel 15% robuster waren als zuvor in ihren Konstruktionen angegeben.
Nachdem die Flugzeugzelle grünes Licht erhalten hatte, fand ihr erster Testflug am 21. Dezember 1979 auf der Edwards Airforce Base in Kalifornien statt. Bei diesem ersten Flug wurden die Flügel in ihrer ungepeitschten Null-Grad-Konfiguration verwendet.
Zukünftige Flüge wurden dann durchgeführt, indem die Flügelwinkel schrittweise erhöht wurden, um die Auswirkungen auf das Handling und die Leistung des Flugzeugs zu bewerten. Erst 1982 wurde das Flugzeug mit seinen Flügeln in einem maximalen Winkel von 60 Grad getestet.
Dies war nicht nur aus technischer Sicht interessant, sondern schrieb auch Geschichte als erster Flug eines Flugzeugs mit schrägen Flügeln. Insgesamt würde die AD-1 zwischen 1979 und 1982 79 Flüge mit 17 absolvierenverschiedene Piloten, von denen zwei NASA-Testpiloten waren Thomas C. McMurty und Peter Knight.
Nachdem alle Testflüge abgeschlossen waren, wurde festgestellt, dass das Flugzeug die von seinem Designer Jones erwartete Leistung erbrachte. Es gab jedoch einige Probleme während des Fluges, wie eine verminderte Seitenstabilität nicht überraschend und einige Schwingungenin bestimmten Winkeln insbesondere beim Manövrieren mit den Flügeln in einem vollen 60-Grad-Winkel.
Oberhalb von 50 Grad waren sich die meisten Testpiloten auch einig, dass die Kontrolle des Flugzeugs etwas schwierig geworden ist.
Der letzte Flug der AD-1 fand am 7. August 1982 statt. Danach wurde sie an die NASA Dryden zurückgegeben und später im Hiller Aviation Museum in Kalifornien ausgestellt.
Während sich Tests des AD-1 als erfolgreich erwiesen haben, deuten Abschlussberichte aus der Pilotenbewertung darauf hin, dass zukünftige Experimente mit Überschallgeschwindigkeit unter Verwendung von Fly-by-Wire-Steuerungssystemen durchgeführt werden sollten. Bei diesen Geschwindigkeiten wurde erwartet, dass das Flugzeug Spitzenwerte aufweisen sollteLeistung und Handhabung.
Weitere Vorschläge umfassten die Berücksichtigung des Flügeldesigns für zukünftige U-Boot-Abwehrflugzeuge auf Trägerbasis. Dies liegt daran, dass sie der Ansicht waren, dass das Flugzeug niedrigere Anflug- und Landegeschwindigkeiten sowie Überschall-Dash-Fähigkeiten bieten würde.
Welche anderen Beispiele für Scherenflügelflugzeuge gibt es?
Wie wir oben bereits angesprochen haben, gab es in der Vergangenheit einige andere Versuche, ähnliche Designs zu entwickeln. Hier sind einige der interessantesten Beispiele.
1. Die Messerschmitt Me P1109 ist eines der seltsamsten Flugzeuge, die Sie jemals gesehen haben
Ein früherer Versuch, ein Flugzeug mit schrägen Flügeln zu bauen, war der Messerschmitt ME P1109 . Dieser erstaunliche Konzeptkämpfer sah zwei Sätze schwenkbarer Flügel vor - einen über und einen unter dem Rumpf.
Entwickelt im Jahr 1944, konnten die beiden Flügelsätze in einem Winkel von 60 Grad nach vorn und hinten geschwenkt werden. Die Theorie war, dass dieser Aufbau den Luftwiderstand drastisch reduzieren würde, sodass er theoretisch mit höheren Geschwindigkeiten über stark verbesserte Bereiche fahren kann.
Das Konzept sah vor, dass das Flugzeug von zwei nebeneinander im Rumpf angeordneten H3S 001-Triebwerken angetrieben wird. Die Flügelschwenkmechanismen hätten sich hinter den Treibstofftanks des Flugzeugs befunden.
Es sind keine Aufzeichnungen darüber bekannt, dass jemals ein Windkanalmodell hergestellt wurde, aber der experimentelle Jäger war Teil einer Reihe von Projekte mit dem Ziel, neue und unbewiesene aerodynamische Theorien zu entwickeln.
Die Me P1109 war ohne Zweifel eines der bizarrsten Flugzeugdesigns, die jemals entwickelt wurden.
2. Die Blohm und Voss P 202 war, soweit wir wissen, das erste seiner Art
Die Blohm und Voss P202 war ein weiteres frühes Konzept für ein Flugzeug mit Scherenflügeln. Es wurde 1942 vor der Me P1109 entworfen und war das erste bekannte Flugzeug, das das Konzept mit Scherenflügeln enthielt.
Entworfen von Richard Vogt, konnte der Hauptflügel des Flugzeugs während des Hochgeschwindigkeitsfluges bis zu 35 Grad geschwenkt werden. Das Konzeptflugzeug hatte eine Flügelspannweite von etwa 12 Metern 39,4 Fuß ungepeitscht und 10,8 Meter 32,8 Fuß, wenn es vollständig gekehrt wurde.
Der P202 wurde mit einem langen Unterwagen konstruiert, der theoretisch auch in den Flügel eingefahren werden konnte, wobei auch ein drittes einziehbares Bugrad vorhanden war. Dieses erstaunliche Flugzeug wäre von zwei Turbojets angetrieben worden, die unter dem Rumpf geschleudert wurden.
Das Flugzeug wäre auch mit vorwärts schießenden Kanonen ausgestattet gewesen, die in der Nase montiert sind. Soweit wir wissen, wurden nie Testmodelle gebaut oder Windkanäle getestet.
3. Der Sikorsky "X-Wing" ist ein weiteres interessantes unkonventionelles Flugzeugdesign
Obwohl technisch gesehen kein "Scherenflügel", der Sikorsky X-Wing basierte auf einem ähnlichen Konzept, außer mit einer kleinen Wendung im wahrsten Sinne des Wortes. Eine Mischung aus Hubschrauber und Jet, dieses interessante Konzeptflugzeug war vorgeschlagen, um die Schwebefähigkeiten des Hubschraubers mit dem Geschwindigkeitspotential von Starrflügelflugzeugen zu kombinieren.
Die X-Wing des Flugzeugs dreht sich während des Starts wie ein herkömmlicher Hubschrauber und verlangsamt sich dann schrittweise und rastet ein, wenn die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs zunimmt.
Die Entwicklung des Flugzeugs wurde zwischen 1983 und 1988 als Gemeinschaftsprojekt von NASA, DARPA und dem Hubschrauberhersteller Sikorsky durchgeführt.
Das Projekt wurde endgültig abgebrochen, und die Forschung auf diesem Gebiet verlagerte sich auf Kipprotoren im Flugzeugleben des V-22 Osprey.
Während sich letztendlich asymmetrische Flugzeuge mit schrägen Flügeln als technologische Sackgasse erweisen würden, würden Flugzeuge wie die AD-1 den Grundstein für Konstruktionen mit geschwungenen Flügeln in schnellen Jets legen, wie sie heute üblich sind.