КРЫЛЬЯ ИЛИ ПАРАШЮТ?

[Вадим Лукашевич]

Весьма интересна их концепция, мне, например, непонятно зачем раскрывать крыло на скорости 3M.

На  трансформируемом "Клипере" крыло раскрывается в диапазоне скоростей 16-17 Махов. И тому есть несколько причин. Нужно понимать, какие вообще плюсы дает крыло. Вот смотрите - абляция и/или крыло как явление. Абляция очень хорошо решает задачу теплозащиты. Больше она ничего не рашает (она не влияет напрямую ни на точность посадки, перегрузки и т.д. - она просто хорошо один раз срабатывает при условиях, в которые ее поместили).
Крыло обеспечивает высокую точность посадки (за счет бокового маневра и предпосадочного маневрирования), до метров. В принципе, вы правы в том, что даже если выпустить (правильно, без срывов) крыло на высоте нескольких км и на дозвуке, то если аппарат находится в зоне достижения по своей энергетике (высоте и вектору скорости) ВПП, то и в этом случае можно обеспечить точность до метра и нулевые вертикальные скорости в момент касания.
Но помимо локальной точности применение крыла позволяет существенно облегчить решение и других задач, с самим крылом как бы и не связанных. Основная - это сгладить за счет подъемной силы крыла крутизну траектории снижения, удлинив ее. А уже из этого вытекают ряд "полезных" следствий:
- более комфортные условия по перегрузкам - это относится не только к экипажу, но и к ресурсу конструкции - она теперь может стать или легче, или иметь больший ресурс;
- появляется возможность бокового маневра. На точность посадки и прочее она как бы и не влияет, но она позволяет увеличить число посадочных витков и снизить время ожидания на орбите. При этом такой казус - например, стоит задача посадки на территорию России. Капсула с малым качеством будет иметь меньшее количество посадочных витков, а сесть может куда угодно, с точностью в десятки км. Крылатый аппарат имеет большее количество витков, но при этом ему для посадки нужно будет всего 4-5 аэродромов, равномерно разнесенных по широте. Другими словами - точек посадки может быть несравненно меньше за счет точности;
- снижение тепловых нагрузок на конструкцию, позволяющих уйти от одноразовой абляционной теплозащиты к многоразовой (горячей, охлаждаемой, аккумулирующей тепло и т.д.).
Проще говоря, крыло, решая "свои посадочные" задачи, позволяет изменить облик аппарата в целом, изменив идеологию его возвращения и реализовав полную многоразовость конструкции.
Поэтому если крыло существует изначально или вводится на ранних этапах спуска, то его "дополнительные" благоприятные качества реализуются в полной мере. Если его вводить перед самой посадкой, то оно решит только задачу непосредственной посадки на ВПП, но никаких других плюсов не принесет - ни снижения перегрузок, ни бокового маневра, ни возможность замены абляции многоразовой теплозащитой. Конструктор как бы выбирает: или без крыла, с абляцией, высокими перегрузками и проблемой касания (парашют и/или РДТТ, ротор, и т.д.), или с крылом, с многоразовой теплозащитой, многоразовостью, более комфортной посадкой, но и с авиационными системами (ВСУ, шасси, системой наведения/автопилотом) и более дорогой отработкой. Тут нужно понимать, что наличие крыла автоматически "тащит" за собой некоторые системы (например, механизацию и гидравлику), независимо от того, на какой высоте появляется крыло. Это как стоимость автомобиля в автосалоне, которая не особо зависит от намерений владельца по планируемому годовому пробегу.
Поэтому конструкторы "Клипера" решали вопрос наличия крыла не из желания снизить вертикальную скорость при касании земли, а исходя из анализа всех факторов, вытекающих из наличия крыла. В принципе, почему появилось крыло на первом "Клипере"? Да потому, что он сначала примеривался для Плесецка, а там при аварии РН на участке выведения "несущий корпус" требовал вырубать в тайге массу просек для нештатной посадки. Крыло в этом случае резко повышало маневренные качества и позволяло привести корабль на ВПП в точке старта, или на один-два аэродрома по трассе выведения. Решение по крылу, я думаю, далось не сразу, т.к. крыло – это геморрой для космического корабля на спуске и прямые потери при выведении и в космосе. Да и РККЭ прекрасно понимало, что крыло им «не по зубам», и придется привлекать и соответственно делиться с авиаторами. Но уж если оно все-таки будет, то его наличие нужно использовать по максимуму, во всех качествах. И поэтому, даже когда под давлением Роскосмоса крыло попытались «спрятать», сделав аппарат трансформируемым, его все равно решили вводить на гиперзвуке, чтобы снизить и тепловые нагрузки, и оставить приличный боковой маневр. Ранний ввод крыла (на гиперзвуке) позволяет крылу оптимально включиться в работу по углу атаки. Вспомним, что у «Спирали» (несущий корпус) гиперзвуковой угол атаки более 50 градусов, а у крылатого «Бурана» - чуть более тридцати. Поэтому раскрытие крыла на гиперзвуке в диапазоне углов атаки 30-50 градусов происходит без срывных проблем. Чем ниже скорость ввода крыла, тем более жесткими становятся условия по углу атаки. В пределе – ввод крыла на дозвуке должен происходить внутри дозвукового эксплуатационного диапазона, а это менее 10-12 градусов. Причем сначала нужно обеспечить этот диапазон и потом вводить крыло, а не наоборот.
Еще соображение по времени ввода крыла в работу. Когда мы говорим про альтернативу абляция-крыло, мы имеем оптимизационную задачу, в которой нужно правильно учесть влияние всех факторов и верно выбрать критерий. В зависимости от критерия (например, разновидностей стоимость-эффективность) крыло может выигрывать или проигрывать абляции. Но если говорить о выпуске крыла только перед самой посадкой (на дозвуке), то альтернатива абляция-крыло превращается в альтернативу крыло-парашют (или другие технические средства обеспечения мягкой посадки), и в этом случае крыло однозначно проигрывает. И дело здесь не только в весе – сама сложность и стоимость отработки крыла как технического решения против парашюта проигрышны. Да и смысла в этом нет – все равно что купить «Бэнтли» и использовать его как кладовку для какой-нибудь ерунды.
До сих пор мы говорим безотносительно схемы крыла – высокоплан/низкоплан. Среднеплан не рассматриваем, хотя в промежуточном варианте «Клипера» и была «суховцами» сделана попытка приблизиться к этой схеме. Все схемы имеют свои достоинства и недостатки, все они в разной степени реализованы в авиации. Но в каждом конкретном случае конструкторы на основе параметрического анализа сначала нарабатывают все варианты, возможные для технической реализации, а затем выбирают из них либо оптимальный (лучший из возможных), либо рациональный (лучший из предложенных). Высокоплан в нашем случае не является оптимальным или рациональным. Это не означает, что его нельзя сделать – можно, и аппарат будет летать, но он будет проигрывать по ряду показателей (весу, надежности, безопасности и т.д.) другим, альтернативным вариантам – в частности, низкоплану. Ведь высокоплан – это не только верхний центроплан, это еще и все коммуникации крыла над головами экипажа. А от этого всегда стараются уйти при первой возможности. Есть еще одна заведомо неудачная компоновочная схема в авиации – самолет с заднерасположенным двигателем, который всегда при аварийной посадке влетает в кабину, ломая позвоночники экипажу и пассажирам. Но бывают и исключения – вертолеты, например, с верхним расположение двигателя и втулки несущего винта. Там иначе не сделаешь, но именно из-за этого статистика жертв при аварийных посадках вертолетов гораздо хуже, чем самолетов.
Выпуск крыла потоком – идея замечательная в том, что среда будет страховать систему выпуска, но она никогда ее не заменит. Если это не легкие, беспилотные или экспериментальные аппараты, то по существующим нормативам они никогда не будут сертифицированы. Хотя, конечно, для КК могут быть какие-то другие, особые криетрии, но не думаю, что они настолько будут игнорировать существующие авиационные мормы безопасности и методологию ее обеспечения

Кстати, такой вопрос - а почему он вращается?

По той же причине, по которой вращается вертолётный винт при авторотации, — его раскручивает аэродинамическая сила.
 Спускаемый аппарат "Союза" вообще неустойчив, а при больших возмущающих воздействиях и определённых значениях скоростных напоров он ещё и начинает совершать такое вот "кувыркание", самопроизвольно раскручиваясь до угловых скоростей ~250 градусов в секунду.

Непонятно. Непонятно в том смысле, что СА "Союза" должен быть как раз-то устойчивым за счет сочетания формы (определяющей аэродинамический фокус, т.е. положение центра давления), и полежения центра масс. Именно это обеспечивает его вход в атмосферу строго определенным положением по отношению к набегающему потоку и небольшую подъемную силу. В процессе спуска на гиперзвуковом участке СА устойчив, и управляется только по крену. Другими словами - без каких-либо серьезных возмущений со стороны СА должен лететь в потоке с замедлением, покачиваясь относительно некоего устойчивого положения. Но перед выпуском парашюта он вращается "по всем осям" - почему? Что качественно меняется на дозвуке и сверхзвуке по сравнению с гиперзвуком? Почему устойчивый на гиперзвуке СА вдруг перестает таковым быть при снижении скорости?

[zyxman]

Что качественно меняется на дозвуке и сверхзвуке по сравнению с гиперзвуком? Почему устойчивый на гиперзвуке СА вдруг перестает таковым быть при снижении скорости?

Думаю, вот почему: на трансзвуке уже очень существенный вклад в аэродинамику вносит не очень аэродинамичная форма верхней части, провоцирующая турбулентное обтекание (на сверх-гиперзвуке оно не критично, тк основной вклад вносит другая часть), и плюс отсутствие киля, который мог-бы стабилизировать, и все это на типичных для гиперзвука углах атаки и приводит к.
Кстати, фантастическая идея, но все-же - теоритически можно было-бы на трансзвуке вводить надувной киль и плюс балансировочным щитком смещать ЦД назад, чтобы был нормальный для дозвука угол атаки.

[mrvyrsky]

Бродяга, ну зачем упираться в одну характеристику? Меньше всего зависим от ветра ПТК, потому как он является свободно падающим камнем.

Так и Бродягин крылатик, коий я поддерживаю, до относительно небольшой высоты падает почти что камнем. Только вот не РДТТ врубает, а крыло разворачивает.

[mrvyrsky]

Скажи, какие зарплаты у ученых в США?
А знаешь, какие зарплаты у программистов в конторах вроде goldman sachs?
Ну вобщем наука даже в США не в состоянии дать сравнимые с финансами зарплаты, и как еще привлечь людей, кроме как интересной работой?

Знаешь, вот несколько лет назад, Натлья Иосифовна Абрамсон решила организовать лабораторию палео ДНК. Теперь - это одна из ведущих лабораторий мира (при ЗИН). Так вот: все её сотрудники работали до этого на западе. Она позвала - и все её студенты приехали.
Так вот: з\п у нас меньше не на порядки. Раза в полтора-два меньше. Проблемы совершенно другие.
Но много ли у нас таких Абрамсон, которые могут заинтересовать и пробить всё на свете? В Штатах получить частный грант получить куда проще, чем у нас госфинансирование.
А интересная работа - это не обязательно крылья из жопы  :wink:

[Бродяга]

...
- снижение тепловых нагрузок на конструкцию, позволяющих уйти от одноразовой абляционной теплозащиты к многоразовой (горячей, охлаждаемой, аккумулирующей тепло и т.д.).

Сразу относительно этого момента.

 Крыло, если иметь в виду шаттловское крыло, не снижает тепловую нагрузку на конструкцию, а увеличивает.
 СА "Союза" остаётся холодным за абляционным щитом, а конструкция Шаттла нагревается до таких температур, что космонавты при такой температуре корпуса СА "Союза" просто умерли бы от перегрева.

 Использование радиационной защиты на Шаттле ВЫНУЖДЕННАЯ МЕРА, это не преимущество Шаттла, а его недостаток.

[Бродяга]

Относительно преимуществ гиперзвукового крыла, которые перечислил Вадим Лукашевич.

 Эти преимущества известны, но они представляют "погоню за всеми зайцами сразу".

 Например, боковой манёвр хоть раз Шаттлу понадобился?

 Если мы хотим недорогой космический корабль, то надо будет ограничивать его функциональность, по крайней мере функциональность как гиперзвукового маневрирующего летательного аппарата.

[Бродяга]

Еще соображение по времени ввода крыла в работу. Когда мы говорим про альтернативу абляция-крыло, мы имеем оптимизационную задачу, в которой нужно правильно учесть влияние всех факторов и верно выбрать критерий. В зависимости от критерия (например, разновидностей стоимость-эффективность) крыло может выигрывать или проигрывать абляции. Но если говорить о выпуске крыла только перед самой посадкой (на дозвуке), то альтернатива абляция-крыло превращается в альтернативу крыло-парашют (или другие технические средства обеспечения мягкой посадки), и в этом случае крыло однозначно проигрывает. И дело здесь не только в весе – сама сложность и стоимость отработки крыла как технического решения против парашюта проигрышны. Да и смысла в этом нет – все равно что купить «Бэнтли» и использовать его как кладовку для какой-нибудь ерунды.

Это ваша точка зрения и она ошибочна.

 Примером этому служит хоть та же отработка орбитального самолёта "Спирали", у которого тоже было раскладное крыло.

 Что-то я не заметил особой сложности и какой-то "фантастической дороговизны" отработки процесса приземления.

[Бродяга]

Ведь высокоплан – это не только верхний центроплан, это еще и все коммуникации крыла над головами экипажа. А от этого всегда стараются уйти при первой возможности.

В данном случае "вариантом" является расположение тех же коммуникаций крыла за теплозащитным щитом.

 Мне как-то кажется, что это не слишком удобно.

Выпуск крыла потоком – идея замечательная в том, что среда будет страховать систему выпуска, но она никогда ее не заменит. Если это не легкие, беспилотные или экспериментальные аппараты, то по существующим нормативам они никогда не будут сертифицированы. Хотя, конечно, для КК могут быть какие-то другие, особые криетрии, но не думаю, что они настолько будут игнорировать существующие авиационные мормы безопасности и методологию ее обеспечения

Вот с этим спорить не буду, однако могу сказать, что если в моём варианте раскрывать крыло вниз, то потребуется система для преодоления возникшей подъёмной силы, что не есть здорово.

[Бродяга]

Кстати, такой вопрос - а почему он вращается?

По той же причине, по которой вращается вертолётный винт при авторотации, — его раскручивает аэродинамическая сила.
 Спускаемый аппарат "Союза" вообще неустойчив, а при больших возмущающих воздействиях и определённых значениях скоростных напоров он ещё и начинает совершать такое вот "кувыркание", самопроизвольно раскручиваясь до угловых скоростей ~250 градусов в секунду.

Непонятно. Непонятно в том смысле, что СА "Союза" должен быть как раз-то устойчивым за счет сочетания формы (определяющей аэродинамический фокус, т.е. положение центра давления), и полежения центра масс.

Ничего СА "Союза" никому не должен, кстати, эта неустойчивость сперва тоже удивила разработчиков СА.

 Кстати, фокус это точка приложения приращения подъёмной силы, а не самой подъёмной силы.
 Я не знаю, где у СА "Союза" фокус, врать не буду.

Именно это обеспечивает его вход в атмосферу строго определенным положением по отношению к набегающему потоку и небольшую подъемную силу.

СА "Союза" вращается по тангажу при входе в атмосферу, СА "Аполлона" тоже вращался, причём для СА "Аполлона" это было критично, — необходимость наличия вращения.

В процессе спуска на гиперзвуковом участке СА устойчив, и управляется только по крену. Другими словами - без каких-либо серьезных возмущений со стороны СА должен лететь в потоке с замедлением, покачиваясь относительно некоего устойчивого положения.

Да, только это "покачивание" самопроизвольно нарастает до амплитуды 40 градусов после прекращения торможения.

 Колебания относительно балансировочного угла расходятся.

Но перед выпуском парашюта он вращается "по всем осям" - почему? Что качественно меняется на дозвуке и сверхзвуке по сравнению с гиперзвуком? Почему устойчивый на гиперзвуке СА вдруг перестает таковым быть при снижении скорости?

Описанный мной режим авторотации СА возникает в случае аварии на части участка выведения, когда СА влетает в поток люком вперёд.

 В случае штатной посадки он может раскачаться до этих самых 40 градусов перед вводом парашюта.

[zyxman]

Но много ли у нас таких Абрамсон, которые могут заинтересовать и пробить всё на свете?

А они нам такие не просто не нужны, а реально слишком многим жить мешают.
См далее.

В Штатах получить частный грант получить куда проще, чем у нас госфинансирование.
А интересная работа - это не обязательно крылья из жопы  :wink:

Вот я поэтому и спрашиваю, зачем мы тут трепемся?
- Лично я не хочу давать что-то нормальное попильщикам даже как непроработанную идею.
Хотя вот кстати НАСА охотно подарю что-то.
Потому что "we came in peace for all mankind"
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Apollo11Plaque.jpg

[Notfound]

1. Почему так ставится вопрос: ЛИБО крыло, ЛИБО 1-разовая абляционная защита?

Тот же бескрылый X-38 с парапланом должен был иметь теплозащиту, похожую на таковую у Шаттла:
http://www.nasa.gov/centers/dryden/news/FactSheets/FS-038-DFRC.html
«Thermal Protection System... will be similar to materials used on the space shuttles, but much more durable - carbon and metallic-silica tiles for the hottest regions, and flexible blanket-like material for areas receiving less heat during atmospheric reentry.»

Причём точность и манёвр там были на уровне крылатого СА; X-38 даже собирались сажать по-самолётному, аки X-24, но потом из-за сложности и слишком большой необходимой скорости посадки добавили параплан. Видео "самолётной" посадки X-24:
http://www.dfrc.nasa.gov/gallery/movie/X-24A/HTML/EM-0054-02.html

2. Когда говорится про "устойчивость параплана к вихрям" и т. п., не совсем корректно держать в голове "обычный" параплан, т. к. A) для большого параплана нужен и больший дестабилизирующий вихрь; Б) можно сделать форму менее агрессивной, уменьшив слегка дальность маневрирования, но увеличив надёжность.

[mrvyrsky]

А они нам такие не просто не нужны, а реально слишком многим жить мешают.
См далее.

Неа, именно благодаря ним жива земля русская  :wink:
Да и не только русская.

Вот я поэтому и спрашиваю, зачем мы тут трепемся?
- Лично я не хочу давать что-то нормальное попильщикам даже как непроработанную идею.

А пильщикам вообще никакие идеи не нужны. Они и без них хорошо живут.

Хотя вот кстати НАСА охотно подарю что-то.
Потому что "we came in peace for all mankind"
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Apollo11Plaque.jpg

Да...
А Гагарин всю дорогу орал: "Лечу бомбить Пёрл-Хабор"  :lol:
И да, амы как раз в то время несли мир в юго-восточную Азию просто с нечеловеческой силой.  :wink:

[mrvyrsky]

...Тут нужно понимать, что наличие крыла автоматически "тащит" за собой некоторые системы (например, механизацию и гидравлику)...

Механизация на простом прямом крыле не нужна. А гидравлика... ЭДСУ или вообще простейшие тяги. Электродистанционная система уже применяется без всякой гидравлики.

[Бродяга]

...
2. Когда говорится про "устойчивость параплана к вихрям" и т. п., не совсем корректно держать в голове "обычный" параплан, т. к. A) для большого параплана нужен и больший дестабилизирующий вихрь; Б) можно сделать форму менее агрессивной, уменьшив слегка дальность маневрирования, но увеличив надёжность.

Вы когда-нибудь видели штилевую зону на воде или зону где дует ветер при полном безветрии вокруг?

 Это горизонтальные вихри, они могут иметь протяженность в сотни метров и более, — надеюсь вам этого достаточно?

[Бродяга]

...Тут нужно понимать, что наличие крыла автоматически "тащит" за собой некоторые системы (например, механизацию и гидравлику)...

Механизация на простом прямом крыле не нужна. А гидравлика... ЭДСУ или вообще простейшие тяги. Электродистанционная система уже применяется без всякой гидравлики.

Учитывая то, что я хочу наддувать крыло для увеличения жесткости, можно использовать вообще пневматику, — можно не особо морочиться с герметичностью.

[mrvyrsky]

...Тут нужно понимать, что наличие крыла автоматически "тащит" за собой некоторые системы (например, механизацию и гидравлику)...

Механизация на простом прямом крыле не нужна. А гидравлика... ЭДСУ или вообще простейшие тяги. Электродистанционная система уже применяется без всякой гидравлики.

Учитывая то, что я хочу наддувать крыло для увеличения жесткости, можно использовать вообще пневматику, — можно не особо морочиться с герметичностью.

Два проводочка с моторчиком проще и дешевле.

[Бродяга]

Два проводочка с моторчиком проще и дешевле.

У электропривода меньше создаваемое усилие при той же массе, иначе всё и везде давным-давно было бы на электроприводе.

 Возьми те же тормоза крупного автотранспорта.

[Notfound]

горизонтальные вихри, они могут иметь протяженность в сотни метров и более, — надеюсь вам этого достаточно?

Мне это ни о чём не говорит Т. к. я не знаю, какими должны быть параметры вихрей, чтобы сделать опасным спуск на параплане.

Я могу только сравнить с "обычными" парапланами, и сделать вывод, что раз они в основном летают, нежели падают, то параплан большего размера и с более тяжёлым грузом и, возможно, менее агрессивного профиля сможет, наверное(?), обеспечить ещё большую степень надёжности, требуемый для СА.

P.S. А вы про вихри на какой высоте говорите? Имхо, параплан надо раскрывать не выше нескольких км, а до этого лететь как тот X-24.

[mrvyrsky]

Два проводочка с моторчиком проще и дешевле.

У электропривода меньше создаваемое усилие при той же массе, иначе всё и везде давным-давно было бы на электроприводе.

 Возьми те же тормоза крупного автотранспорта.

Это не мешает делать маневренные самолёты на электроприводе, и электрические тормоза на поездах  :wink:

[Бродяга]

горизонтальные вихри, они могут иметь протяженность в сотни метров и более, — надеюсь вам этого достаточно?

Мне это ни о чём не говорит Т. к. я не знаю, какими должны быть параметры вихрей, чтобы сделать опасным спуск на параплане.

Яхту такой "шквалик" может завалить.

Я могу только сравнить с "обычными" парапланами, и сделать вывод, что раз они в основном летают, нежели падают, то параплан большего размера и с более тяжёлым грузом и, возможно, менее агрессивного профиля сможет, наверное(?), обеспечить ещё большую степень надёжности, требуемый для СА.

Вы серьёзно думаете, что чем больше летательный аппарат, тем ему, грубо говоря, "легче летать"?

 "Обычные" парапланы "в основном летают" именно потому, что они маленькие.

P.S. А вы про вихри на какой высоте говорите? Имхо, параплан надо раскрывать не выше нескольких км, а до этого лететь как тот X-24.

На той самой высоте, поближе к поверхности, — чем ниже, тем больше "всякой турбулентной гадости".