Техника - молодёжи 2006-11, страница 20

18 2006 №11 ТМ

СМЕЛЫЕ ПРОЕКТЫ

ВОКРУГ СВЕТА - БЕЗ МОТОРА! $

Юрий САЗОНОВ, кандидат технических наук, г. Оренбург

Широко известны рекордные кругосветные полёты американских самолётов с винтомоторной установкой и с реактивным двигателем. Есть сообщения о подготовке для таких рейсов беспилотного, а затем и пилотируемого самолёта, использующего энергию от солнечных батарей, установленных на крыльях. Но если говорить о будущих рекордных полётах, то следует упомянуть идею самолёта без двигателя вообще.

Речь идет именно о самолёте, о летательном аппарате тяжелее воздуха. Давайте рассмотрим главный вопрос — вопрос о соблюдении известных физических законов.

Для выполнения полёта, а иначе — для выполнения работы нужна энергия. Запас энергии можно иметь на борту в виде топлива либо надо использовать внешний источник энергии, как в примере с солнечными батареями. Но солнечными лучами перечень внешних источников энергии, способных обеспечить кругосветный полёт, не заканчивается.

Есть и другой природный источник энергии. По оценочным данным, речь идет о мощности в 100 кВт на каждый квадратный метр условного сечения воздушного пространства на высоте 12 км от поверхности Земли. Это — струйное течение, иногда его называют реактивным потоком или «jet stream».

Васабуро Оиши японский ученый, занимающийся метеорологией, опубликовал в 1923 г. сведения о своём открытии струйного течения. Поднявшись на высоту девять или десять километров, можно попасть в воздушную реку, текущую с запада на восток. И эта река не имеет ни начала, ни конца, потому что воздушный поток замкнут и, подобно обручу, вращается вокруг всей планеты. Огромная сила сосредоточена в струйном течении и размеры этой воздушной реки просто колоссальны. По некоторым данным ширина воздушного потока достигает 200 км, а толщина — 4 км. И вот внутри такой широкой и толстой воздушной ленты, окольцевавшей Землю, воздух постоянно носится вокруг планеты с ураганной скоростью — до 300 и даже до 500 км/ч.

С открытием струйных течений фактически появились технические возможности для полётов спутников на сверхнизких орбитах, но тогда еще не пришло время обсуждать подобные вопросы. Эти необычные спутники сколь угодно долго могут летать в атмосфере Земли, внутри струйного течения, например —

на высотах от 9 до 14 км. Такие спутники не нуждаются в топливе, а используют энергию ветра — энергию самого струйного течения. Конечно, это может быть и высотный дирижабль. Но мне показался интересным летательный аппарат тяжелее воздуха, совершающий полёт за счет аэродинамической подъёмной силы.

Но как технически решить подобную задачу? В данной статье на обсуждение выносится один из множества возможных вариантов решения.

Такой летательный аппарат должен иметь, по крайней мере, две секции, одна из которых (назовем её носовой секцией) совершает полёт внутри струйного течения. Вторая, хвостовая секция, совершает полет позади первой и на меньшей высоте, за пределами струйного течения, в зоне, где скорость ветра кратно меньше. Секции связаны между собой легким и прочным тросом, например длиной до восьми километров. Здесь можно использовать технологию и уже сделанный экспериментальный образец троса, который разрабатывался американцами для проекта космического лифта, о котором уже много писали. Схема секционного летательного аппарата представлена на рисунке.

Каждая секция в рабочем режиме представляет собой планер, парящий в воздухе за счет аэродинамической подъемной силы, действующей на крыло. Причём крыло может быть не только классической трапециевидной формы — не исключено и ис

Скорость ветра внутри струйного течения Vo

пользование крыла круглого, способного надежно работать при больших углах атаки.

В таком тандеме носовая секция работает в весьма необычных условиях. Например, при скорости ветра в струйном течении 300 км/ч, носовая секция и летательный аппарат в целом летят со скоростью 150 км/ч. Воздушный поток, имеющий в два раза большую скорость, обгоняет летательный аппарат, а за счёт разности скоростей обеспечивает подъёмную силу на носовой секции. Получается, что воздушный поток набегает на крыло носовой секции со стороны хвоста летательного аппарата. Если наблюдать со стороны, то покажется, что носовая секция летит вперёд при отрицательном угле атаки у крыла (это напоминает полет воздушного змея, когда мы его отпускаем от себя по ветру). Хвостовая секция летит в воздушных невозмущённых массах, ниже струйного течения, и представляет собой классический планер, который буксируют с помощью троса. Хвостовая секция как бы притормаживает всю систему и снижает скорость полёта носовой секции и системы в целом, но здесь такое торможение играет положительную решающую роль. Именно оно позволяет получить разность между скоростью ветра струйного течения и скоростью полёта самого летательного аппарата, которая обеспечивает возникновение устойчивой аэродинамической подъемной силы в носовой секции, позволяя использовать

- Скорость полета носовой

.- секции Vh=0,5Vo

. Скорость полета хвостовой секции Vx=0,5Vo

Граница между струйным течением и нижележащими воздушными невозмущенными массами

Схема двухсекционного летательного аппарата. использующего для полета энергию ветра струйного течения, вместо энергии топлива