Ringplane : avion à voilure fermée

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Un avion avec une voilure fermée ne peut pas voler - cela a été prouvé par le temps. Des ringplanes ont été tentés depuis l'époque des frères Wright, et aucune structure de ce type n'a pu rester en l'air pendant plusieurs minutes. Mais l'esprit humain n'abandonne pas. En 2007, après 100 ans et plus de 20 tentatives, un dispositif similaire a décollé. Et il s'est avéré être un avion maniable, léger et durable.

Cette histoire a commencé en 1988, alors que les choses se dirigeaient déjà vers l'effondrement de l'Union, mais l'espoir de stabilité couvait toujours dans le cœur des dirigeants de l'immense État. Le club de créativité technique de l'usine d'engrenages de Minsk a reçu une tâche créative d'une structure agricole locale: concevoir un avion maniable et léger qui peut résister à de forts vents latéraux. Le « fermier » le plus populaire à l'époque était AN-2: il pouvait embarquer beaucoup d'engrais et de matériel de pulvérisation. Mais le vent était son terrible ennemi - dans les champs sans fin du Kouban, l'AN-2, en termes de contrôlabilité, ressemblait à un éléphant fou. Le technicien de l'aviation Arkady Alexandrovich Narushevich, le pilote Anatoly Leonidovich Gushchin et plusieurs autres personnes se sont occupés de l'affaire. Après de longues recherches, Narushevich est arrivé à une conclusion inattendue: il est nécessaire de construire un avion avec un contour d'aile fermé, mais pas avec un circulaire, mais un ovale. Plusieurs modèles ont été construits, qui ont volé avec beaucoup de succès (je note que lors de notre conversation Narushevich a fait un modèle en papier en 15 minutes - et il a volé !). Les passionnés ont acheté des matériaux et construit une aile ovale. Et puis 1991 s'est écrasé. L'URSS est restée dans le passé, le financement a pris fin en quelques jours seulement et les fonds restants ont été retirés. L'aile a été envoyée pour un stockage à long terme et le projet d'avion a été oublié. Mais c'était loin d'être la fin.

De Blériot à Jivodan

Le 17 décembre 1903, un homme s'envole pour la première fois dans un avion à moteur. L'homme s'appelait Orville Wright, et l'avion s'appelait Wright Flyer I.

Malgré le succès notable des frères Wright, de nombreux inventeurs ont imaginé différentes configurations d'ailes, selon leurs concepts, plus efficaces que les avions Wright ordinaires. L'un des pionniers de l'aviation était l'inventeur français Louis Blériot, qui a construit son premier appareil Ornithoptère en 1900. Certes, seul le 11e modèle, construit en 1909, est devenu le premier avion vraiment volant de Blériot. Cela ne nous intéresse pas du tout, mais à l'avion Blériot III, conçu en 1906 et qui n'a jamais décollé. C'était le premier avion à voilure fermée de l'histoire de la construction aéronautique.

Blériot ne faisait qu'expérimenter - au hasard. Il a connecté les extrémités des ailes d'un biplan conventionnel en demi-cercles et a installé le même design que la queue. Certes, l'hydravion résultant "Blériot III" n'a jamais décollé de l'eau tout seul. Des témoins oculaires ont décrit plusieurs vols - lorsque l'appareil a été remorqué comme un cerf-volant, mais rien de plus.

Aujourd'hui les erreurs de Blériot sont flagrantes: empennage trop lourd, pertes de portance importantes dues à un contour d'aile mal choisi. Mais le fait demeure - les avions à voilure fermée ont commencé leur voyage dans l'aviation.

Outre Blériot, plusieurs autres dessinateurs du début du siècle expérimentent l'aile fermée. L'avion de l'ingénieur français Zhivodan, construit par lui à l'usine de Velmorel en 1909, était célèbre à une époque. Tout le monde, y compris Scientific American et un certain nombre de publications respectées, ont écrit sur l'étonnante machine qui ouvre une nouvelle ère de l'aviation. Dans l'avion de Zhivodan, le rôle des ailes était joué par deux figures en forme d'anneau, entre lesquelles se trouvait le siège du pilote. Le moteur pesait 80 kg et développait 40 ch en faisant tourner une hélice de 2,4 mètres. Comme on pouvait s'y attendre, l'étrange structure, rappelant un tuyau avec une section centrale arrachée, ne s'est pas élevée dans les airs. Il convient de noter que le modéliste français Emmanuel Fillon a conçu un modèle fonctionnel de l'avion de Zhivodan dans les années 1980. Et le modèle a volé magnifiquement. C'est-à-dire que ses propriétés aérodynamiques n'étaient pas si mauvaises. Une masse excessive ou une faible puissance du moteur peuvent avoir empêché l'original de décoller.

Il convient de mentionner un autre design étonnant - le soi-disant Gary-Plane de l'Américain William Pierce Gary. L'avion de Gary (1910) avait une aile plate en forme d'anneau d'un diamètre de 8 m - plus de quatre hauteurs humaines ! Certes, l'avion de Gary se distinguait par sa terrible instabilité: toutes les tentatives pour voler dessus se terminaient par un renversement vers l'avant.

Fin des années 90: second souffle

En 1998, Anatoly Gushchin, Anri Naskidyants et un certain nombre d'autres pilotes ont persuadé Narushevich de continuer à travailler sur l'avion. Une certaine entreprise privée s'est intéressée à l'avion, l'argent a été trouvé, l'aile à moitié oubliée a été restaurée et l'équipe a commencé à assembler le fuselage. Tout a été fait à partir de zéro. À moins que le train d'atterrissage n'ait été pris de l'hélicoptère Mi-1, et que le tableau de bord ait été pris de l'AN-2. La voiture a été conçue pour un consommateur potentiel: des sièges pour un ou deux pilotes et trois passagers en demi-cercle. A la place des passagers, il était possible de placer des conteneurs pour stocker les engrais et le matériel de pulvérisation…

Une caractéristique importante de l'avion de Narushevich était que l'aile ovale n'était pas attachée directement au fuselage. Il était situé à l'intérieur de l'aile sur des crémaillères et des suspensions. Ainsi, la portance a été créée sur toute la surface de l'aile.

En 2004, les premiers tests sur le terrain de la machine reçue ont été effectués. Elle a effectué plusieurs vols dans des conditions de vent calme et de travers. Les inventeurs ont découvert que le dispositif a des propriétés aérodynamiques très inhabituelles. Premièrement, un avion avec une aile ovale (nous l'appellerons plus loin SOC) n'a pas du tout réagi aux rafales de vent latéral jusqu'à 13 m/s. Deuxièmement, pour une course au décollage, 150 m suffisaient (pour l'AN-2 - 180 m, pour d'autres avions de la même classe parfois même plus). Mais l'essentiel s'est avéré être le rapport pratique de la charge utile et du poids à vide total de l'avion - 0,45! Jusqu'à présent, personne ne s'est approché d'un tel coefficient. L'avion pourrait être montré en toute sécurité aux futurs investisseurs.

Aujourd'hui, l'étrange "ovaloplane" de Louis Blériot paraît absurde: trop d'erreurs ont été commises par le designer français lors de sa construction. Mais Blériot a agi au hasard: en 1906, personne ne savait quelle configuration d'aile serait gagnante.

Anneaux de décollage verticaux

Parmi les projets allemands de la Seconde Guerre mondiale, beaucoup étaient absolument étonnants par leur courage et leur originalité. Ainsi, le chasseur-intercepteur à décollage et atterrissage vertical "Lark" (Lerche) conçu par Ernst Heinkel (1944) avait une aile fermée à neuf côtés et deux moteurs Daimler-Benz 605D indépendants, chacun faisant tourner sa propre hélice. Les deux hélices étaient situées à l'intérieur de l'aile. À cette époque, l'avion était inhabituel en ce sens qu'il impliquait un décollage et un atterrissage verticaux.

Il est difficile de dire ce que Heinkel aurait fait si Lark avait été incarné dans le métal. En 1945, Heinkel développa également LercheII, il n'y avait pas assez de temps pour le premier, et le projet disparut dans l'obscurité. Cependant, tout le monde a la possibilité de piloter le Skylark - dans le jeu informatique IL-2 Sturmovik: Forgotten Battles. 1946.

Mais les Français en 1959 ont trouvé l'occasion d'incarner leur chef-d'œuvre aux ailes annulaires en métal. L'étonnant jet SNECMA C-450 Coleoptere a même décollé. Certes, il a atterri assez fort, enterrant presque le pilote sous lui. En fait, la SNECMA a développé le véhicule aérien sans pilote à ailes annulaires encore plus tôt, en 1954. Il a reçu le nom lyrique d'Atar Volant C-400 P-1 (Flying Star) et a effectué plus de 200 vols d'essai réussis. Comme l'Allemand Lark, c'était un avion à décollage et atterrissage verticaux. L'étape suivante a été la création d'un véhicule habité, qui est devenu le C-450. Le chasseur de huit mètres a été lancé avec succès, mais lors de la transition du vol vertical au vol horizontal, il a démontré une incapacité totale à maintenir l'altitude et a plongé comme une pierre. Le pilote s'est éjecté et le projet coûteux a été immédiatement fermé.

SNECMA C-450 (1959) Il ne pouvait voler qu'à la verticale. Lorsque le pilote a tenté de passer en vol horizontal, la structure expérimentale est tombée comme une pierre. Le projet d'avion à voilure fermée a été immédiatement fermé.

SNECMA C-450 (1959)

Il ne pouvait voler qu'à la verticale. Lorsque le pilote a tenté de passer en vol horizontal, la structure expérimentale est tombée comme une pierre. Le projet d'avion à voilure fermée a été immédiatement fermé.

La dernière tentative de création d'un plan circulaire à décollage vertical fut le projet américain Convair Model 49 (1967). Convair est maintenant bien connu pour sa conception de sous-marin et un certain nombre d'autres conceptions insensées. Le Model49 était un hybride d'un avion et d'un hélicoptère. Son aile annulaire dissimulait un arsenal dont tout un régiment d'artillerie pouvait être fier. Mitrailleuses, lance-grenades, canons et lance-roquettes - le "49e" pourrait à lui seul livrer bataille à une armée à part entière. Si c'était fait. Le projet fou a été sagement rejeté par le gouvernement américain.

Aile fermée nouvelle vie

En 2006, les experts se sont à nouveau intéressés au sujet de l'aile ovale. Dans l'une des entreprises de Minsk, des travaux de conception expérimentale (R&D) ont été organisés pour restaurer un avion à aile ovale, le tester et étudier ses caractéristiques aérodynamiques. Le concepteur en chef du ROC était Alexander Mikhailovich Anokhin, un ancien pilote militaire avec une solide expérience de 35 ans. Narushevich et Gushchin sont devenus membres du bureau d'études. En 2008, docteur en sciences physiques et mathématiques, le professeur Leonid Ivanovich Grechikhin a participé aux travaux. Il a travaillé sur les propriétés aérodynamiques des fusées avec le célèbre Korolev, et maintenant il consulte et donne des conférences dans divers instituts de la CEI. En conséquence, une équipe a été formée, qui continue à travailler sur ce sujet même maintenant.

Le problème était que l'avion n'avait pas décollé dans le ciel depuis 2004 et était devenu pratiquement inutilisable. Mais les travaux battaient leur plein. L'avion a été modifié, préparé pour les vols et retiré du hangar. Les tests ont commencé. La configuration du véhicule est restée la même, mais la mise au point a été sérieuse - jusqu'au changement de profil de l'aile. Un travail important (qui continue maintenant) est allé à Grechikhin: un avion avec une aile ovale a été construit, mais personne ne l'avait auparavant calculé en détail !

Caractéristiques techniques

Qu'est-ce que le SOC aujourd'hui ? Il s'agit bien d'un avion. Mais par ses qualités dans l'air, il diffère sensiblement des machines ordinaires à ailes plates ou arrondies. Une aile plate ordinaire se caractérise par une résistance inductive: l'air de la zone à haute pression sous l'aile a tendance à s'écouler dans la zone de vide sur l'extrados par les extrémités des ailes. Dans ce cas, des tourbillons d'extrémité se forment derrière l'aéronef, dont la formation consomme également de l'énergie, qui est la valeur de la résistance inductive.

Pour une aile ovale, le problème de la résistance inductive n'est pas pertinent, puisqu'elle n'a pas de pointes. De plus, le flux d'air entrant, passant à travers une boucle fermée, est dirigé vers le bas, créant une force de levage supplémentaire. Plus l'angle d'attaque de l'aile est grand, plus cet effet est fort. Et l'angle d'attaque d'une telle conception peut être sans précédent.

Le décrochage d'écoulement se produit lorsque le jet d'air, avec une augmentation de l'angle d'attaque, cesse de s'écouler doucement autour de l'extrados de l'aile et s'en sépare avec la formation de tourbillons. Dans ce cas, la portance sur l'aile disparaît immédiatement et l'appareil perd le contrôle. L'aile ovale permet un angle d'attaque de l'aile allant jusqu'à 50°, tandis que ses concurrents les plus proches atteignent un maximum de 20-22°. L'air à l'intérieur de l'aile fermée rend difficile le décrochage de l'écoulement de l'extrados de la partie inférieure de l'aile. Et lorsque le flux sort de la boucle fermée, du fait de l'éjection (processus de mélange de deux milieux, lorsqu'un milieu entraîne l'autre), il « aspire » l'air passant le long de l'extrados de la partie supérieure de l'aile. Ces données n'ont pas été obtenues empiriquement - l'aile ovale a été "déversée" dans le canal d'eau.

Avant de s'incarner dans le métal et de décoller dans les airs, l'avion biélorusse à voilure fermée a connu trois « réincarnations » - sa construction a commencé en 1988.

La capacité de voler à des angles d'attaque extrêmement élevés, associée à l'effet de déviation du flux, permet à l'avion de voler à des vitesses extrêmement basses sans utiliser de volets. Le SOK manque de mécanisation des ailes, ce qui ne l'empêche pas de décoller et d'atterrir de manière fiable. Une résistance au décrochage sans précédent permet à l'avion de voler de manière stable et fiable sur la plage de vitesse la plus large.

De nombreuses qualités du SOC sont surprenantes. Il parvient à accélérer, s'envoler et atterrir sur une piste herbeuse inégale de seulement 400 m de long, moteur arrêté, il planifie bien et se comporte généralement très stable dans les airs. L'aile ovale rend l'avion plus maniable et économe en carburant. De plus, la boucle fermée donne à l'aile une résistance supplémentaire. Selon Grechikhin, les avions aux ailes classiques s'essouffleront bientôt. C'est très simple: plus l'avion est gros, plus son aile est lourde et puissante, plus il est difficile de maintenir sa rigidité. Essentiellement, l'avion transporte une masse de charge "inutile" - le poids de ses propres espars. Et l'aile ovale est deux fois plus légère pour la même portance.

Problèmes traditionnels

Le principal problème est que les lois biélorusses sur l'aviation ne prévoient pas du tout la création d'avions sur le territoire du pays et leurs opérations aériennes. Récemment, Midivisana a créé un bureau d'études spécialisé pour le développement de véhicules aériens sans pilote sous la direction d'Anokhin. Parmi les employés figurent à la fois Narushevich et Gushchin. L'équipe de passionnés établie ne perd pas espoir qu'au moins dans un avion sans pilote, ils pourront réaliser leur invention - une aile ovale fermée.

Ringplan Soukhanov

Des tentatives pour créer un ringplane ont également été faites en URSS. En 1936, un étudiant de l'Institut d'aviation de Moscou Sukhanov a présenté comme thèse un projet d'avion à aile annulaire pour la défense. Le diamètre de l'aile était de 3 m, et la vitesse de conception de 600 km/h devait être fournie par le moteur Hispano-Suiza de 800 chevaux. En 1940, le diplôme était devenu un projet à part entière d'un chasseur-intercepteur à décollage et atterrissage courts et a été examiné au conseil scientifique et technique de TsAGI. Mais la guerre est arrivée, il n'y avait ni temps ni argent pour la construction de l'avion, et encore plus pour ses essais. En 1942, à Novossibirsk, Sukhanov a construit un modèle fonctionnel de l'avion annulaire. Des essais sur modèles ont montré que l'avion peut résister à des angles d'attaque jusqu'à 43 °, a un rapport puissance/poids élevé, des propriétés anti-rotation et une excellente maniabilité. Sukhanov a reçu le certificat de l'auteur, a effectué tous les calculs, mais le plan de l'anneau, en raison de la guerre et de la dévastation du pays, n'a jamais vu le jour.

L'aile ne montre ses propriétés qu'à un certain rapport entre les axes de l'ellipse, la longueur de la corde de l'aile au petit axe de l'ellipse et d'autres nuances du profil de l'aile. Les concepteurs ont déposé une demande de brevet et ont reçu des certificats de priorité pour cette forme d'aile en Biélorussie et en Russie. Maintenant, il semble que personne ne pourra répéter leur succès, car tous les "couloirs" disponibles de paramètres d'aile avantageux ont déjà été jalonnés.

Pour la période allant du début du développement à la construction du premier modèle de production d'un avion léger, environ 12 millions de dollars sont nécessaires, explique Alexander Anokhin. « On peut même faire un deltaplane avec une telle aile. Peux-tu imaginer? Deltaplane, pas peur du vent de travers ! Le principal problème n'est même pas le financement: dès que SOK arrivera à MAKS, par exemple, les investisseurs seront trouvés. Le problème réside dans la législation biélorusse, selon laquelle un aéronef créé sur le territoire du pays est extrêmement difficile à enregistrer, et dans ce cas, c'est tout simplement impossible, car il n'appartient pas aux classes d'aéronefs connues. Cependant, il existe déjà un accord avec l'aérodrome de Voronej, qui devrait être utilisé pour d'autres tests du véhicule.

Et après? Voyons voir. Le fait demeure. Pour la première fois dans l'histoire de la construction aéronautique, un avion à voilure fermée a décollé. Peut-être sommes-nous à la veille de nouvelles découvertes. Ou peut-être est-ce juste un avion curieux, un incident isolé. Le temps nous le dira.