Как в NASA разработали самолет с поворачивающимся крылом, и почему сегодня он стал музейным экспонатом ( 16 фото + 1 гиф )

Авиаконструкторы не останавливаются в стремлении создать такие технологии, чтобы сделать полет более безопасным и эффективным. Именно так появился экспериментальный NASA AD-1, который был и остается единственным на планете реактивным самолетом с асимметричным поворотным крылом, сделанным по технологии «ножничных крыльев». И, несмотря на то, что такой концепт противоречит одной из главных черт лайнеров - симметрия их дизайна, инженеры известного американского ведомства все-таки решили попробовать. Вот только при явной перспективности проекта, единственный путь, который оказался возможным для NASA AD-1 - это пополнить музейную экспозицию.


Один из самых оригинальных концептов от НАСА.

Экспериментальный самолет NASA AD-1 был разработан специалистами исследовательского центра Эймса - отделения правительственного агентства американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Сборкой и испытаниями опытного образца занимались в Центре летных исследований NASA Драйден в калифорнийском Эдвардсе.


Вид на Центр Эймса с высоты птичьего полета.

По сути, NASA AD-1 представляет собой воплощение в жизнь концепции наклонных или так называемых «ножничных крыльев» на самолетах. Под аббревиатурой AD-1, которая расшифровывается как Ames-Dryden-1, имеется ввиду реактивный лайнер небольшого размера, чье крыло полете было способно поворачиваться вокруг центральной оси - таким образом обеспечивался наиболее эффективный угол воздушной скорости в нужный момент.


Фишкой этого самолета было несимметричное вращающееся крыло.

Всего в период с 1979 по 1982 годы, когда самолет проходил испытания, им было совершено 79 полетов, во время которых как тестировалась эффективность концепции поворотного крыла в общем, так и производился сбор данных относительно показаний аэродинамики и уровня управляемости этого типа крыла в условиях различных скоростей и наклонных углов крыла.


Наземная съемка AD-1 во время одного из испытательных полетов.

Однако основные принципы концепта, который стал основой при разработке AD-1, появились куда раньше, чем сам самолет. Одним из первых, кто стал активно изучать нетривиальные типы крыла, был Роберт Т. Джонс - аэродинамик и авиационный инженер, сотрудник того самого исследовательского центра Эймса NASA в Моффетт Филд в Калифорнии. В свободное от основной работы время он занимался исследованиями по концепции крыла с изменяемой стреловидностью.


Авиационный инженер Роберт Т. Джонс.

Справедливости ради, следует уточнить, что данные для своих исследований он брал не из неоткуда: похожий концепт уже воплощали в жизнь в рамках проекта по созданию самолета X-5 еще в пятидесятых годах прошлого столетия. В результате своих изысканий Джонс предложил интересную задумке: поворота крыльев назад - это должно использоваться с целью задержки ударных волн и сжимаемости во время приближения самолета к звуковому барьеру. Предполагалось, что таким образом машина будет летать эффективнее на высоких скоростях.


Самолет Х-5 с изменяемой стреловидностью.

Проведя исследования в аэродинамических трубах, Джонс пришел к выводу, что строительство сверхзвукового транспортного самолета с наклонными крыльями повысит аэродинамические характеристики машины, в сравнении с аналогами, имеющие неподвижные крылья: по данным редакции Novate.ru, предполагалось, что он будет как минимум вдвое экономичнее. Итогом этих поисков стала разработка в начале семидесятых годов опытного образца в уменьшенном масштабе. Его собрала компания Ames Industrial Company, которая базируется в Богемии, Нью-Йорк, и этот процесс обошелся почти в 240 тысяч долларов.


Сборка нового самолета тоже проводилась силами НАСА.

Известны конструктивные решения и отдельные технические характеристики оригинального авиационного концепта. Так, например, в воздух самолет поднимался с помощью двух турбореактивных двигателей Microturbo TRS18-046, каждый из которых был способен развить тягу около 0,98 кН, а сам AD-1 - максимальную скорость больше 320 км/час. Однако в эксплуатационных документах на последнем показатели поставили ограничение - в целях безопасности был установлен порог в 270 км/час.


Чертеж AD-1.

Прототип AD-1 был в длину почти 12 метров и имел размах крыла в десять метров (в горизонтальном положении), высота - чуть более двух метров, масса самолета составляла 973 килограмм. В качестве материала для основной конструкции был выбран пластик, армированный стекловолокном, а также жесткий пенопласт. Среди конструктивных особенностей опытного образца можно выделить фиксированное шасси трехопорной конфигурации, отличающиеся небольшой длиной и крепежом в непосредственной близости к фюзеляжу с целью снижения лобового сопротивления.


Приборная панель прототипа.

Однако наибольший интерес представляет, конечно, воплощение уникальной концепции крыла самолета. Правда, путь к его созданию оказался очень долгим. Все дело в том, что традиционно крылья оптимизировались для максимального выполнения одной из двух основных функций - либо подъема машины во время взлета и посадки, либо увеличения скорости при полете.


Различные положения крыла изменяемой стреловидности F-111.

Соответственно, конструкторы оказывались в рамках поиска компромисса, ведь максимизация одной способности неизбежно приводила к снижению эффективности второй. Ярким примером подобной тенденции был выбор типа крыла в зависимости от того, какая характеристика для определенной модели предпочтительнее: если предполагалось улучшить работу на низких скоростях, в частности, во время взлета, то избирались неподвижные конструкции, а если приоритет отдавался эксплуатации при высоких скоростях - стреловидные.


Именно поэтому сверхзвуковые самолеты проектируются со стреловидными крыльями.

Именно проблема этого компромисса и побудила целую группу авиаконструкторов задуматься о создании такой концепции крыла, чтобы «убить одним выстрелом двух зайцев». Одним из таких энтузиастов и стал инженер Джонс, который во время работы на объекте NASA, пришел к выводу, что по достижению высоких скоростей самолеты становятся не такими маневренными и эффективными. А выход из ситуации он видел в приобретении крыльями способности поворачиваться. И испытания по этому концепту продемонстрировали улучшение летных характеристик самолета на высокой скорости. Тогда же Джонс предположил, что для достижения таких же результатов хватит повернуть назад только одно крыло.


Оказалось, что поворачивать одно крыло даже проще.

Окрыленный результатами своих исследований, инженер Джонс показал руководству агентства свою концепцию. Вот только тогда ее отклонили, посчитав ее слишком сложной для воплощения в жизнь. Однако на стороне Джонса все еще были безусловные плюсы, которые можно было получить, если концепт будет реализован: например, наблюдалось значительная экономия топлива, что давало бы возможность самолету достичь более низких взлетных скоростей и значительно увеличить дальность полета на крейсерской скорости.


Джонс просчитал все достоинства своего концепта.

В пятидесятых годах были продолжены исследования и тестирования в аэродинамической трубе, которые подтверждали жизнеспособность задумки Джонса, однако через два десятилетия руководства NASA дало добро на начало разработок по созданию действующего прототипа с поворотным «ножничным крылом». Причем первоначальный концепт был доработан Ames Research Center и Бертом Рутаном - авторами собственно проекта AD-1: если Джонс предполагал проектирование крылатого самолета с фиксированным углом наклона, то крыло опытного образца было с изменяемой стреловидностью за счет использования электродвигателей, которые переключались пилотом в кабине.


Положение пилота в необычном самолете.

В 1979 году опытный образец был завершен и начались наземные и вибрационные испытания планера, которые проводятся непосредственно перед полетными испытаниями. Их результаты были весьма многообещающими: выяснилось, что крылья были на 15% прочнее, чем было рассчитано ранее. Первый испытательный полет прошел 21 декабря 1979 года на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии, а всего было совершено 79 полетов, во время которых крылья самолета располагали в различных конфигурациях. А до максимального угла наклона - шестьдесят градусов - дошли только в 1982 году.


Пилот Ричард Грей во время испытаний самолета.

Период испытаний продемонстрировал, что по большинству характеристик он оправдал ожидания и Рутана, и Джонса. Но были у концепта и недостатки: например, наблюдалась сниженная поперечная устойчивость машины, а также появление колебаний при определенных конфигурациях крыльев. Еще одной проблемой оказалось ухудшение характеристики управляемости самолета при температуре выше 50 градусов - этот недостаток отметили многие летчики-испытатели, которые летали на AD-1.


Прототип AD-1 в музейной экспозиции.

Кроме того, в NASA этому проекту присвоили статус «разработок с высоким риском», поэтому дорабатывать самолет не стали, а решили попросту закрыть проект. В последний раз AD-1 взлетел 7 августа 1982 года, в рамках ежегодной выставки Experimental Aircraft Association в Ошкоше, штат Висконсин. А после этого прототип уникального самолета сначала вернули в NASA Драйден, а через некоторое время он стал частью экспозиции Музея авиации Хиллера в Калифорнии.