Кіріспе

Ұшақ қанаттары геометриясын өзгертуге мүмкіндік беретін орналасуын өзгерте алады.

Айнымалы қанат (көбінесе "қозғалмалы қанат" деп аталады) – ұшу кезінде артқа бұрылып, кейін бастапқы тік күйіне қайта оралатын ұшақ қанаты немесе қанаттар жиынтығы. Бұл ұшақтың пішінін ұшу барысында өзгертуге мүмкіндік береді, сондықтан ол айнымалы геометриялы ұшақтың мысалы болып табылады. Тік қанат төмен жылдамдықпен ұшу үшін тиімді, бірақ транссондық немесе дыбыс жылдамдығынан асып ұшуға арналған ұшақ үшін қанаттың бұрылуы маңызды. Мұндай жылдамдықпен ұшатын ұшақтардың көпшілігінде (бұрылған немесе дельта қанаттар) белгілі бір бұрышпен бекітілген қанаттары болады. Бұл жоғары жылдамдықпен ұшуға арналған қарапайым және тиімді қанат конструкциясы, бірақ олардың өнімділігінде кемшіліктері бар. Бірі – қону жылдамдығының артуы, бұл ұзын ұшу-қону жолағын қажет етеді (күрделі жоғары көтергіштік құрылғылары болмаса). Екіншісі – ұшақтың субдық жылдамдықпен круиз кезінде отын тұтынуы, бұрылмаған қанатқа қарағанда жоғары болады. Бұл кемшіліктер теңіз кемелеріндегі ұшақтар үшін айқынрақ байқалады. Айнымалы қанат пилотқа ұшақтың ағымдағы жылдамдығына (баяу немесе жылдам) сәйкес ең қолайлы бұрышты таңдауға мүмкіндік береді. Қол жетімді тиімді бұрыштар қанаттың механикалық жүйесінен туындаған салмақ пен көлемдік кемшіліктерді өтемелейді. Оның күрделілігі мен құны оны негізінен әскери ұшақтарда қолдануға ыңғайлы жасайды. 1940-1970 жылдар аралығында бірқатар тәжірибелік және өндірістік ұшақтар ұсынылды. Айнымалы қанаттармен жабдықталған ұшақтардың көпшілігі Микоян-Гуревич МиГ-27, Туполев Ту-22М және Панавия Торнадо сияқты соққы беруге бағытталған ұшақтар болды. Бұл конфигурация сондай-ақ бірнеше истребительдер мен перехватчиктер үшін де қолданылды, оның ішінде Микоян-Гуревич МиГ-23, Грумман F-14 Томкат және Панавия Торнадо ADV. 1980 жылдардан бастап, ұшуды басқару технологиясы мен конструкциялық материалдардағы жетістіктер мұндай ұшақтардың дамуын шектеді, бұл дизайнерлерге ұшақтың аэродинамикасы мен құрылымын қажетті өнімділікке жету үшін айнымалы бұрыш қанатынсыз қатайтуға мүмкіндік берді; керісінше, қанаттарға алдыңғы және артқы жиектерінде компьютермен басқарылатын жапқыштар орнатылады, олар ұшу режиміне бейімделу үшін қанаттың қисықтығын немесе хордасын автоматты түрде арттырады немесе азайтады; бұл техника айнымалы геометрияның тағы бір түрі болып табылады.

Өзгермелі сыпыру

Тіке, сыпырылмаған қанаттың соққысы дыбыс жылдамдығына жақындағанда жоғары қарсылық тудырады, себебі дыбыстық соққы толқындары біртіндеп күшейеді. Қанатты бұрыштап, артқа немесе алға қарай созу, олардың пайда болуын кешіктіріп, жалпы қарсылығын азайтады. Дегенмен, бұл берілген қанаттың жалпы ұзындығын да қысқартады, нәтижесінде круиздік тиімділік төмендеп, ұшу мен қону жылдамдықтары артады. Қанаттың конструкциясы осы екі талаптың арасындағы шарттылықты қамтамасыз етуі керек. Ұшу барысында қанаттың бұрышын өзгертуге мүмкіндік беру, оны ұшудың әр кезеңіне оңтайландыруға болады, бұл кішкентай ұшақтың жоғары өнімділігін қамтамасыз етеді. Алайда, оның ескерілуі тиіс кемшіліктері де бар. Қанат бұрышын өзгертетін кезде, оның көтеру центрі де осымен бірге жылжиды. Осы өзгерістерді теңестіру және тік ұшуды сақтау үшін жылғы қанат тамыры немесе үлкен құйрық тұрақтандырғышы сияқты механизмдер енгізілуі керек. Қанатты бұру және теңестіру механизмдарының қосымша салмағы өнімділіктің артуын азайтады, ал олардың күрделілігі құн мен техникалық қызмет көрсетуді арттырады. Қанаттың оқпақтарын сыртқа жылжытып, қанаттың тек бір бөлігін ғана бұру арқылы, теңестіруге қажетті өзгерістер азаяды, бірақ сонымен қатар қанат ұзындығының өзгеруі және оның нәтижесіндегі жұмыс істеу икемділігі де төмендейді.

Қанатпен басқарылатын аэродинамика

Британдық инженер Барнс Уоллис жоғары жылдамдықты ұшу үшін ұшақтың радикалды конфигурациясын жасады, ол кәдімгі тұрақты қанатты ұшақтан өзгеше деп есептеді және оны қанатты аэродинамика деп атады. Оның әуе кемелерінің тұрақтылығы жөніндегі бұрынғы жұмысы, ұшақтың корпусына өте кішкентай бұрылулар арқылы қолданылатын жоғары басқару күштерін оған түсіндірді. Ол қарапайым ихтиоидты (балық тәрізді) фюзеляж және өзгермелі қанатты ұшақ құрастырды. Басқа басқару беттері қажет болмады. Қанаттардың нәзік қозғалыстары ұшу бағытын басқаруға қажетті кішкентай бұрылуларды тудырады, ал жылдамдыққа байланысты көтерілу центрінің орнының өзгеруін өтеу үшін қанаттың бұрылу бұрышын реттеу арқылы тұрақталды. Ұшу жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан асып кеткенде, дельта пішіндес көтергіш корпус қарапайым ихтиоидтан тиімдірек. Сондай-ақ, тұрақтандыру үшін қажетті қанаттың бұрылу бұрышы мен жоғары жылдамдықты ұшу үшін оңтайлы бұрыш арасында да қақтығыс туындайды. Уоллис бұл мәселені қозғалтқыштарды, әдетте, қанаттың ұштарына жылжыту және қанат бұрылу кезінде оларды итергіш күш бағытын сақтау үшін айналдыру арқылы шешті. Егер бір қозғалтқыш істен шықса, қалған қозғалтқыштарды итергіш күш бағытын қысым центріне жақындату және асимметрияны басқарылатын деңгейге дейін азайту үшін бұруға болады. Бұл жеке көлденең тұрақтандырғышсыз бойлық тұрақтандыруға мүмкіндік берді. Бұл тұжырымдама кейін Барнс Уоллистің қанатты аэродинамикасына енгізілді. Оның тек 30, 40 және 45 градус үш бөлек күйде жерде ғана реттелетін бұрылу механизмі тек сынақтар үшін ғана арналған және жауынгерлік операцияларға жарамсыз болды.

Даму

Соғыс аяқталғаннан кейін жартылай толық P.1101 АҚШ-қа жеткізілді, онда оны Bell Aircraft компаниясы терең зерттеді. Алайда, құжаттаманың жетіспеуіне және кейбір құрылымдық зақымдануларға байланысты, осы жылжымалы типті өзгермелі қанат 1952 жылы Grumman XF10F Jaguar прототипінде сынақтан өтті. Бірақ, F10F ұшу сынақтарының нәтижелері қанағаттандырмас болды, себебі қозғалтқыштың жеткілікті қуаты болмады және басқару мәселелері болды. 1940-жылдардың соңында британдық инженер Л.Э. Бейнс өзгермелі қанатты зерттеуді бастады. Ол, көтеру күшінің ортасын тұрақтандыру үшін, қанатпен қатар, құйрық бөлігінің геометриясын өзгерту әдісін ойлап тапты. Мұнда жылжымалы механизм қажет болмады, керісінше, қанаттың ағыны өзгермелі құйрықпен өзара әрекеттесіп, қажетті түзетулерді жасады. 1949 және 1951 жылдары Бейнс осы жұмысына қатысты патенттік өтінімдерді берді. Жоба физикалық модельдеу сатысына жетіп, жел тоннелінде толық сынақтардан өтті. Бірақ, сол кездегі бюджеттік шектеулерге байланысты, британдық үкімет жұмысты қаржылық тұрғыдан қолдамады. Бейнстен тәуелсіз, тағы бір британдық инженер, Барнс Уоллис, жылдам ұшу экономикасын арттыру мақсатында, қанатпен басқарылатын аэродинамика деп аталатын, радикалды өзгермелі геометрия концепциясын дамытты. Оның алғашқы зерттеуі – «Жабайы қаз» жобасы болды. Кейін Уоллис «Салаң» ұшағын жасады. 1958 жылдың соңында зерттеу жұмыстары НАТО-ның Бірлескен қару-жарақ дамыту бағдарламасымен ынтымақтастық арқасында жанданды, осы бағдарлама аясында Уоллистің барлық өзгермелі геометрия зерттеулері американдықтармен бөлісті. Уоллис НАСА-ның Лэнгли зертханасымен бірлесіп, өзгермелі қанатты истребительді жобалау бойынша жұмыс істеді. Ол өзі әзірлеген півоттық механизмді пайдаланғанмен, НАСА тримдеу және маневрлеу мәселелерін жеңілдету үшін дәстүрлі көлденең тұрақтандырғышты енгізуді талап етті. Бұл Уоллис көздеген қанатпен басқарылатын аэродинамика болмаса да, оның және Bell-дің шешімдерінен гөрі практикалық шешім болар еді. «Салаң» зерттеулері бірнеше жаңа конфигурацияларға әкелді, соның ішінде ықшамдатылған бүгілетін құйрық бөлігі және қанатшалар. Уоллистің жұмысы көптеген зерттеулерге түрткі болды, соның ішінде OR.346 жоғары дыбысты STOL истребитель-бомбардировщигіне жауап ретінде жасалған қанатпен басқарылатын аэродинамика, содан кейін BAC компаниясы Naval ER.206 және NATO NBMR.3 талаптарына сәйкес 583 және 584 типтерін ұсынды, екеуі де V/STOL талаптарын қанағаттандыруға бағытталған. Осыған сәйкес, мұндай қанатты фирманың Folland Gnat жеңіл ұшағымен екі тұжырымдама үшін біріктірді – бірі құйрықсыз, екіншісі дәстүрлі құйрығы бар, көп мақсатты истребитель/шабуылдаушы/жаттығушы ұшақ ретінде, Fo.147 деп белгіленді. Оның қанатының ішкі жағында орналасқан гидравликалық шарлы бұрандалармен қозғалатын, қанат жақтарындағы және қанаттың астындағы жолақты біріктіретін ерекше механизмі болды. Қанаттарды 20 градустан 70 градусқа дейін бұруға болады; 70 градус позициясында бойлық басқару қанат ұшына орнатылған лифтермен қамтамасыз етілді, ал 20 градус позициясында ауыстырылғанда, толық автоматты тұрақтандыруды қолдана отырып, кері тартылатын канардтармен қамтамасыз етілді. Қанат арқылы түзету функцияларын қамтамасыз ету арқылы үлкен құйрық ұшағының қажеттілігі жойылды. Fo.147 ұшағының жылдамдығы 2 Махтан асып кететіні айтылды, бірақ бұл жылдамдықпен ұшудан пайда болатын жылу жинақтауымен шектелді. Ақырында, бұл концепция прототипке дейін жеткізілмеді, ал RAF болашақ өзгермелі геометриялық жаттығушыға қызығушылық танытпады. F 111 – өзгермелі геометриялық қанаттары бар алғашқы өндірістік ұшақ және ол басқа жүйелермен бірге, мысалы, жерді бақылау радары және артта күйдіретін қондырғылары бар турбофенді қозғалтқыштар, сол дәуірдің инновациялық технологиялары болды. Осы бастамаға қарамастан, F 111 ұшағының дамуы ұзаққа созылды; F 111A үлгісінің ұшу сынақтары тек 1973 жылы аяқталды. 1968 жылы F 111 қанатының бекіту нүктелерінде жарықтар табылды, бұл мәселе келесі жылы F 111 ұшағының жоғалуымен байланысты болды. Осыған сәйкес, бекіту нүктелері қайта жобаланды және жобалау мен өндіріс сапасының қарқынды сынақтарына ұшырады. F 111B, АҚШ Әскери-теңіз күштеріне арналған, 1968 жылы ұшақтың салмағы мен жұмыс істеу қабілеті, сондай-ақ қызметтің истребитель талаптарына сәйкес келмеуіне байланысты тоқтатылды. FB 111A стратегиялық бомбалаушы сияқты бірнеше нұсқалары ұзартылған қанаттармен жабдықталған, бұл ұзын қашықтыққа және жүк тасымалдауға мүмкіндік берді. F 111 қанаты айналмалы пилондармен жабдықталған (әр қанаттың астында екі), бұл пилондар қанат бұрылысына автоматты түрде бейімделді. Panavia Tornado және Sukhoi Su 24 сияқты келесі өзгермелі қанатты ұшақтар да осы сияқты жабдықталды. КСРО-да әскери жоспарлаушылар да ұқсас талаптарды қойды, бұл TsAGI, советтік аэродинамика бюросын, өзгермелі геометриялық қанаттарды кеңінен зерттеуге итерді. TsAGI екі ерекше жобаны жасады, олардың арасындағы ең басты айырмашылық – қанаттың півоттары арасындағы қашықтық (қанаттың жалпы ұзындығының пайызында). Бұл қашықтықты ұлғайту арқылы, қанаттың бұрылуының теріс әсерлерін азайту ғана емес, сонымен қатар қону шассиі немесе қару пилондары үшін пайдаланылатын үлкен бекітілген қанат бөлігін қамтамасыз етуге мүмкіндік берді. Советтер осыны, мысалы, ертерек бұрылған қанатты Sukhoi Su 7 негізінде жасалған Sukhoi Su 17 сияқты, әртүрлі ұшақтарға бейімдеді. Алайда, кең аралықтың шектеуі – өзгермелі геометрияның артықшылықтарын азайту болды, сонымен қатар техникалық қиындықтарды да азайтуға мүмкіндік берді. Сондықтан, жаңадан, «бос парақтан» советтік жобаларды жасау қажеттігі сақталды. Осы мақсатта TsAGI F 111 сияқты, бірақ тар аралықпен жобалады. Бұл жоба Микоян-Гуревич МиГ 23 истребителі және Sukhoi Su 24 тактикалық бомбалаушысы үшін әртүрлі масштабта қолданылды, екеуі де 1960-жылдардың соңында прототиптер түрінде ұшты және 1970-жылдардың басында пайдалануға енгізілді. 1962 жылы Туполевтің жобалау тобы, жақында ұсынылған Туполев Ту 22 бомбалаушысын жақсартуға мүмкіндік бар екенін түсініп, өзгермелі геометриялық қанаттары бар кеңейтілген нұсқасын жасауға кірісті, бұл Ту 22-нің нашар басқарылу сипаттамаларын жақсартуға, жылдамдықпен ұшудағы тиімділігін арттыруға бағытталған. 100-ден астам Туполев Ту 22M стратегиялық бомбалаушылары пайдалануда. 1950-жылдардың соңы мен 1960-жылдардың басында Ұлыбритания BAC TSR 2, төмен қабатта ұшатын жоғары дыбысты стратегиялық бомбалаушыны жасап жатты. Бұл типтің кейінгі нұсқалары өзгермелі геометриялық қанаттармен жабдықталған болар еді. Бірақ, 1965 жылдың 1 сәуір күні TSR 2 жобасы ұшу сынақтары кезінде, бағдарламаның өсетін құнына байланысты тоқтатылды. TSR 2-ні алмастыру үшін Әуе министрлігі алдымен американдық General Dynamics F 111K опциясын қарастырды; бірақ F 111K арзан болғанымен, ол да 1968 жылдың қаңтарында құнға байланысты тоқтатылды. TSR 2 жобасы тоқтатылғаннан кейін BAC өзгермелі геометриялық жұмыстарын Уортонға көшірді, онда AST 362-ге P.45 жеңіл шабуылдаушы/жаттығушы ұшағын ұсынды. Бұл жұмыс Ұлыбритания-Францияның өзгермелі геометриялық шабуылдаушы ұшақты – Ұлыбритания-Францияның өзгермелі геометриялық ұшағын (AFVG) жасауға бағытталған бірлескен бағдарламаға түрткі болды. Бұл көп мақсатты ұшақ өзгермелі геометриялық қанаттармен жабдықталмақ және шабуыл, барлау және ұрыс қимылдарына қатысуға арналған. Алайда, 1966 жылдың басында француз ұшақ жасаушысы Dassault AFVG-ге белсенді түрде қарсылық көрсетті, өйткені ол өзінің екі бәсекелес жобасы – өзгермелі геометриялық Mirage G және Mirage F1 үстінде жұмыс істеді. Авиация авторы Дерек Вудтың сөзіне сәйкес, Dassault және француз әуе күштері AFVG-ге ынталы қатысушылар болған жоқ, алғашқысы өзінің жеке өзгермелі...

Ескіру

Өзгермелі қанаттар Boeing компаниясының FAA агенттігінің 2707 үдемелі жылдамдықты ұшақ жобасына ұсынған нұсқасының жеңімпаз дизайны ретінде таңдалды. Алайда, жобалау кезеңінде ол бірнеше конфигурациядан өтті, соңында канард қосылды, бірақ дизайн тым ауыр болып шығатыны және қажетті отын мөлшері үшін жеткілікті жүк көтеру қабілеті болмайтыны анық болды. Кейіннен бұл конструкция дәстүрлі қанатты дельта қанатына ауыстырылды. 1970 жылдардағы жаңа басқару жүйелерінің пайда болуы, қанаттың бекітілген конфигурациясының көптеген кемшіліктерін жойды. Ту-160 (1992 жылға дейін өндірілді) ұшағынан бері жаңа өзгермелі қанатты ұшақтар жасалмады. 2015 жылы Ресей Қорғаныс министрлігі Tu-160 өндірісін қайта бастау жоспарларын жариялады, бұл қазіргі ұшақтардың ескіруімен және олардың болашақ PAK DA жобасымен ұзаққа созылатын ауыстыру процесімен байланысты болды. 2021 жылы өндіріс қайта басталды, соның арқасында 29 жылдан бері алғашқы жаңа өзгермелі қанатты ұшақтардың фюзеляждары жасалды.