Главная    Кафедра прогнозов     Морфное крыло истребителей будущего: забытые истоки

Размещено на сайте 06.03.2008.



                          ПРЕДИСЛОВИЕ   КАФЕДРЫ  ПРОГНОЗОВ

 

Добрый  день  дорогие  читатели.

Судьба  некоторых  журналистских  материалов   бывает  удивительной.  Примерно  год  назад  я предпринимал попытку   стать  «нормальным»   журналистом   и   начал  писать  для   известных  изданий  очерки  об  истории  развития  техники.

Первым,  кто откликнулся  на  моё  предложение  публиковать  материалы  такого  рода,  был  портал  R&D.CNews.  Мне   выслали  расценки,  и я   достаточно  быстро подготовил материал к  публикации.  После  того, как  материал  был опубликован,  редакция  прекратила   отвечать  на  мои  письма.

Я  решил,  что   причиной  является  очень низкое  качество  текстов, поэтому постеснялся  как-то  дальше  выяснять  судьбу  полагавшегося  мне  гонорара.

Мои  сомнения  были связаны  с  тем,  что  я как  мог,  избегал  «тризовской»  терминологии и  подходов  в  изложении  темы,  но решил,  что  непонятность моего  взгляда   на  рассматриваемую тему  всё-таки  отпугнула  читателей, журнал  на  меня  за  это  рассердился  и решил  наказать.

Однако  прошло  примерно  10 месяцев,  и   я  случайно обнаружил,  что  текст  о  проблеме  морфного  крыла,  так  назывался  материал,  перепечатали:

Научно-исследовательский институт экономики авиационной промышленности 1 
Сайт Академии имени Н.Е. Жуковского (ВВИА) и ее выпускников 2
Сайт Hi-Tech в  сфере  военных технологий  3
Форум   Книги, фильмы, ссылки по авиации 4
Сайт  Авиабаза =KRoN=  (авиаблог)  5
Сайт и форум посвященные Пилотажным группам и Авиации в целом  6
Сайт  ASNews.ru    7
Надо сказать,  что многие перепечатавшие  (первые  три в  списке)  даже  указали мою  фамилию.

Есть ли у  меня  чувство  досады?  Скорее  нет,  чем – да. Для  меня  осталось  загадкой:  как   выживают  журналисты  при  таких  низких  расценках на  их  труд?

Сумма  моей  «потери»  была  невелика,  около  50 у. е.

А  главное,  возникло  желание  показать  ту  часть   материала,  которую  я  не  решился  показать редакции,   и он  не  вошёл в  текст  опубликованной  статьи,  потому  что  был  совершенно  «тризовский». Его я  поместил в  послесловии  к   статье, о   которой  идёт  речь.

Жанр  исторической  миниатюры,  сделанный  в  формате  инженерной  философии  кажется  мне  очень привлекательным и  этим  пока  совсем  небольшим  опытом  я  хотел бы  поделиться  с  вами.

Статью  из  портала   R&D.CNews  я немного  дополнил  полезными  ссылками, которых не  было   в момент   её  выпуска  5  апреля 2007  года.

Приятного  чтения,
С  уважением, Юрий  Даниловский



Морфное крыло истребителей будущего: забытые истоки

Опубликовано  впервые 05.04.07, Чт, 18:28, Мск  на  R&D.CNews

Ю.Даниловский

                                                                                             

Возврат конструкторской мысли к принципам управления летательными аппаратами, использовавшимися на заре авиации, подтверждает: всё новое – это хорошо забытое старое. Морфная концепция в современной авиации восходит к принципам управления летательными аппаратами, разработанными еще Отто Лилиенталем.

Картинка 2 из 35

Морфная революция в авиации

Сто лет спустя после появления первых летающих аэропланов, в США начались работы над созданием гибкого крыла для боевых сверхзвуковых летательных аппаратов. В испытательном центре НАСА им. Драйдена на авиабазе Эдвардс в Калифорнии проходит испытания так называемый трансформный, или морфный, сверхзвуковой самолет F/A-18, на котором установлены специальные эластичные крылья (система AAW, Active Aeroelastic Wing).

 

Концепция гибкого, или морфного, крыла очень перспективна по многим причинам. Скорости самолётов растут, и это приводит к тому, что аэродинамическая нагрузка на крыло возрастает, а любой шов или выступ, конечно, влияет на расход топлива. Борьба за «плавность» аэродинамических форм становится актуальной задачей.

Возврат конструкторской мысли к принципам управления летательными аппаратами, использовавшимися на заре авиации, подтверждает: всё новое – это хорошо забытое старое. Морфная концепция в современной авиации восходит к принципам управления летательными аппаратами, разработанными еще Отто Лилиенталем.

В параплане кривизна крыла изменяется относительно оси, параллельной направлению движения аппарата; в оснащенном элеронами крыле кривизна изменяется относительно оси, которая перпендикулярна направлению движения.

Это отличие условно можно назвать «феноменом поворота плоскости или оси вращения в исполнительном органе механизма».

На рисунке слева - гоширование крыла на планере Отто Лилиенталя, справа гоширование крыльев в биплане братьев Райт

До появления элеронов проблема изменения крена самолёта и его поворота в горизонтальной плоскости решалась с помощью метода «гоширования» - от французского слова gauchissement, что означает искривлённость; смещение; изгиб; перекашивание, пучение, вспучивание – «перекашивания» крыльев. Впервые гоширование крыльев было применено пионером планеризма - Отто Лилиенталем в 1895 году, а впоследствии и пионерами самолётостроения - братьями Райт.

 На заре авиации применялось 2 вида гоширования. В первом варианте тяги работали в плоскости крыла, и крыло как бы становилось «короче» за счет искривления кончиков крыла. Во втором варианте тяги работали в плоскости, ортогональной плоскости крыла. Крыло «скручивалось», превращаясь в элемент спирали. Первый вариант использовался Отто Лилиенталем, второй – братьями Райт.

Почему братья Райт отказались от схемы Отто Лилиенталя? Объяснений много. Во-первых, они столкнулись с тем, что все таблицы промеров скорости и профилей крыла, которые они взяли у Лилиенталя, у них не «подтвердились» из-за различий в аэродинамическом обтекании моторного и безмоторного аппарата.

Во-вторых, искривление в спираль по сравнению со «сморщиванием» обеспечивает более высокую эффективность управления креном.

Вдвойне это важно для военных – их морфные аэродинамические поверхности привлекают возможностью снизить эффективную отражающую поверхность самолета в радиодиапазоне, уменьшить вес механических приводов – а тем самым получить резервы для увеличения дальности, манёвренности и живучести самолёта при боевых столкновениях.

Но и это не все – учёные настойчиво ищут пути эффективного управления формой крыла самолётов, что позволит менять его аэродинамику. Вот как выглядит в представлениях НАСА самолёт с морфинг – крылом.

Парапланы и концепция морфности

Нетрудно догадаться, что концепция морфного крыла уже много лет применяется в малой авиации – в парапланах.

Движение строповых систем, управляемых левой и правой рукой, позволяет изменять кривизну и уменьшать эффективные площади крыла слева или справа, что позволяет управлять креном аппарата и совершать повороты.

Параплан  в полете. Первый  полёт Ю.Даниловского

В «обычных» летательных аппаратах аналогичная задача решается с помощью элеронов, появившихся в 1914 году на самолетах Игоря Сикорского, и рулей хвостового оперения.

Глядя на фотографию параплана и рисунок элерона, любопытно отметить, что различия в движениях частей крыла очевидны:

Для увеличения эффективности братья Райт использовали загибание одной кромки крыла вверх, а другой вниз – причём одним движением. Но эта схема тоже оказалась не лишена недостатков. Как только скорости самолетов возросли, потребовалось иметь возможность независимо изменять профили одного из крыльев в полёте. Так и появился элерон, который позволял изменять кривизну крыла независимо.

Управление крылом: анализ подходов

В представленных примерах решения проблемы управления креном самолёта мы снова наблюдаем «феномен поворота осей», как в первом примере с элероном и крылом параплана ( или гибким крылом современного военного самолёта F/A-18 ).

В конструкции гоширования Отто Лилиенталя ось, относительно которой фрагменты крыла перемещались, была направлена вертикально, т.е. была ортогональна по отношению к направлению движения аппарата, а в конструкции перекашивания тяг братьев Райт ось вращения расположена горизонтально.

Говоря о техническом решении, которое применил Отто Лилиенталь сразу приходит на ум конструкция самолётов с изменяющейся геометрией крыла. В аппарате О.Лилиенталя, вообще говоря, изменялась стреловидность части крыла. У некоторых самолётов с изменяемой геометрией крыла – например, истребителя-бомбардировщика Су-17 конструкции Сухого – тоже изменяется стреловидность только части крыла.

Истребитель Су-17 - первый в СССР самолет с изменяемой в полете стреловидностью крыла

Если представить в хронологическом порядке применение различных инженерных решений для решения проблемы поворотов летательных аппаратов и борьбы с уменьшением аэродинамического сопротивления по отношению к свойствам применяемых конструкций, то получится довольно любопытное наблюдение.

Я  собрал  в  таблицу:  Закономерности в повторении инженерных решений в области управления аэродинамическими поверхностями летательных аппаратов, которую вы  видите  ниже.

Наблюдения 1 и 4 совпадают: планер Отто Лилиенталя «повторился» в самолётах с изменяемой геометрией крыла. Наблюдения 2 и 5 очень похожи: система гоширования в биплане братьев Райт по типу связи повторилась в парапланах и концепции гибкого крыла.

Могут ли все эти рассуждения помочь «сочинить» конструкцию самолёта, «которого ещё нет»? Хочется ответить - «Да», потому что в развитии техники очень много похожих сценариев и плохо изученных закономерностей. Например, феномен поворотов оказался очень распространённым. Известно не менее 70 примеров его проявления в различных областях техники. Еще раз подтверждается старая и, в сущности, банальная истина чтобы приблизить будущее, необходимо очень хорошо знать прошлое.

Классически идея «морфной» аэродинамической поверхности воплотилась в живой природе. В какой мере ее удастся использовать в технических решениях? Идея машущего полёта, как буквальный перенос конструкций природы в техническую область, по мнению большинства экспертов, нереализуема. Но этот вердикт может измениться в любое мгновение.

"Морфные" крылья в природе

Юрий Даниловский  R&D.CNews



                             ПОСЛЕСЛОВИЕ  КАФЕДРЫ  ПРОГНОЗОВ

Может быть,  так  и  следует  выполнять  эти  очерки  инженерной  философии, которые  я  задумал делать   регулярно?  В  первой  части попытаться  написать  то, о чём я хочу  сказать в  формате  «для  всех»,  а вторую  часть  сделать  дополнительной  или  «литургической*».

Термин я  взял в  кавычки,  потому  что  употребление  этого слова  в таком  контексте  я  встретил  в  книге  Станислава  Лемма «Сумма  технологий».

*От (греч. leiturgia), - общественная   служба  или  повинность, в  Новом  Завете – служба,  служение,  услуга – система  официальных  религиозных обрядов.

Речь идёт о том,  чтобы  выявить определённые  смыслы  во  всех описанных  исторических  фактах  с  позиции  наших   сегодняшних  знаний  о ЗРТС (закономерности  развития  технических систем).

Первоначальное   название  статьи  было  таким:

Гибкое  крыло:  новинка   или  повтор  в  эволюции  техники?

Я  хотел показать,  что  известный  нам  из  курса  диалектического  материализма  закон  отрицания  отрицания  имеет   очень  много  проявлений  в  развитии  техники. Это  название  закономерности  может быть  удобно  для  философов, но не  удобно  для  нас.

Напомню  кратко  описание  этого  закона.

«…Отрицания отрицания закон, один из основных законов диалектики, характеризующий направление процесса развития, единство поступательности и преемственности в развитии, возникновения нового и относительной повторяемости некоторых моментов старого. Впервые был сформулирован Г. Гегелем, хотя отдельные черты этого закона (диалектический характер отрицания, роль преемственности в развитии, нелинейный характер направления развития) фиксировались и в предшествующей истории философии.

Уже сам этот закон предполагает повторное отрицание в ходе развития, которым "снимается", или преодолевается, первое отрицание, имевшее место раньше в процессе того же развития. Отсюда вытекает, что повторное отрицание (или отрицание отрицания) является вместе с тем как бы частичным возвратом к тому, что уже однажды возникало в процессе развития, а в последующем исчезло, подверглось отрицанию. Это и выражается в том, что на новом этапе развития повторяются некоторые черты, признаки или свойства вещей и явлений, которые обнаруживались раньше, на уже пройденных к настоящему времени ступенях развития…»
Кедров Б. М. О повторяемости в процессе развития

 

В  конце  концов,  речь  идёт о том,  что  техника  в  своём  развитии  проходит  путь  двойного  «отрицания»  по  цепочке:

               Система Асистема  «не  А» система «не ( не  А)», 

где  третий  элемент  похож  на  первый, но  не  совпадает  с ним.

Проиллюстрирую  эту  последовательность  на  примере  с  гибким  крылом.

Если  говорить  о  механизме,  с  помощью  которого  произошёл повтор  в  развитии  на  отрезке   А не А не (не А),  то   можно сказать,  что   речь идёт о  двух  трендах:

1. Монолит, шарнир,  много  шарниров,  эластичная  связь,  поля…

2.  Изменение  ориентации  плоскости,  в  которой  выполняет  движение  рабочий  орган (РО) подсистемы  или  оси.

Для  пояснения  этой  ситуации  проще  всего рассмотреть  аналогию в  совершенно  далёкой  от  авиации  области. Например,  в истории развития  стиральных  машин.

Условно,  для  краткости,  можно  называть  этот феномен  «поляризации  движения  РО»

Можно  посмотреть   потрясающие  видеоролики  на  сайте  музея  стиральных   машин.  Прошло  115   лет   и появившаяся  проблема  бережной  стирки  шерстяного  и  шёлкового   белья   заставила    сделать повтор  в  типе  движения   или  спираль

У  стиральной  машины  нового поколения  вновь появился маятниковый  тип  движения,  как  в  машинах   столетней  давности.

Подробное  описание   этого  феномена с  большим  количеством  примеров  можно  изучить  в  моей  коллекции  «Движение  движения»

Метод, с  помощью  которого  можно  было бы  производить  анализ  как  рекурсивный, т.е.  исторический  так   и   футурологический, т.е.  получать   образы  возможных  реализаций  в  будущем -   разработан  и проходит практическую апробацию.

Метод  анализа, как  видно  из   схемы  основан  на  классификации  видов  движения (левая  половина  диаграммы)    и на  классификации  видов  ориентации  оси  или  плоскости в  которой  движется  РО  подсистемы.

Значки суммы, которые  есть и в  левой  и в  правой  части  диаграммы  подразумевают  возможность  сложения  всех  типов  движения  и  видов  поляризации.

Какой-либо  алгоритм,  который  сопровождал  бы  работу  с  этой  диаграммой -  пока   отсутствует,  что, безусловно,  является  недостатком  метода  и  ясно  указывает  направление   его  дальнейшего совершенствования.

Очевидно,  что  он  должен применяться в  совокупности со  всеми  разработанными  методами  прогнозирования, особенно,  такими  как  ЗРТС (закономерности  развития  технических систем).

Кроме  того, говоря  о   законах  диалектики, в  частности  «законе  двойного отрицания»,  и  ЗРТС  я  хотел  бы  вернуться   к  неудобству  понимания   этого   закона  в  рамках  прикладной  диалектики,  инструментом  которой  является  совокупность  закономерностей, сформулированная  в  ЗРТС.

Мне  кажется,  что  для  наших  целей  было  бы  удобно  перейти к  рассмотрению  таких  категорий  как   «спиральность  развития»   и  «повторяемость   развития»,  различая  их  тем,  что   исполнение  первого  феномена  обусловлено  процессами  переноса  технологий  внутри   одного  семейства  родственных  машин,  а    исполнение  второго   опирается  на  перенос  технологий  из  машин  далёких   от   рассматриваемой: например,  авиация  и стиральные  машины.

 

Тогда  проявлением  спиральности   в  материале   статьи о  морфном  крыле  можно  было бы  считать  феномен  переноса  идеи  шарнира  в  крыле  Отто  Лилиенталя   в  крыло  с  использованием  элерона. Это  переход , типа  « шарнир – много  шарниров»  по  тренду  о   уровне  динамичности  и переход    типа  «маятниковое  движение-  маятниковое  движение»  по  диаграмме  исследования   возможности  «изменения  поляризации».

А  примером  повторяемости  можно  было  считать  заимствование  идеи  морфного  крыла   из  области  бионики.

Экспорт  физических  эффектов  в авиационных  аппаратах  тяжелее  воздуха по  механизму  повторяемости  можно проиллюстрировать  на  примере  сопоставления  полёта  птеродактиля (птиц)   и  дельтаплана. Для  выполнения  поворота   и птеродактиль  и  дельтапланерист  используют   эффект  смещения  центра  масс  аппарата. 

Тот  же  физический  эффект -  смещение  центра  масс аппарата   для  выполнения  поворота, в  совокупности  с  другими эффектами  использует  и  параплан  и вертолёт. Эту  ситуацию  можно  уже  интерпретировать как  «спиральность»,  потому  что перенос  технологий  происходит в  рамках  одного  большого семейства  машин: аппараты  тяжелее воздуха.



 

Приём,  который  здесь  использован  для  построения  толковательных  моделей,  очень  хорошо  известен  в  истории   науки.

Произошла  замена  неудобной  модели  А не А не (не А),  на   модель,  в  которой  мы  разделили  явление   по  основным  механизмам.  Можно  сделать  следующий  шаг  и сделать  эту  классификацию  ещё  более  подробной.

Например,  так, как  это  сделано  на  следующей  диаграмме,  в  которой  мы  уже  смогли  использовать   большую  часть  трендов, известных в ЗРТС. 

  1. Повтор агрегатного состояния  вещества Рабочего  органа(*вещество)
  2. Повтор структуры  вещества Рабочего  органа (* В)
  3. Повтор типа  движения   (повороты)  (движение)
  4. Повтор типа   энергии  (энергия)
  5. Размерность : точка - линия - плоскость - объём (пространство)
  6. Цикл  Потребления  (время)
  7. Количество  элементов  в  системе  и надсистеме ( И -информация)
  8.  Повтор  типа  связи  между  элементами ( И )
  9. Повтор физического  эффекта   ( И )
  10. Повтор  системного  принципа  ( И )
  11. Предназначение: добавлять/убирать/удерживать/отражать# вещество/энергию/информацию  ( И )
  12. Недостаток ( И )
  13. Достоинство ( И )
  14. Повтор  Рыночного  Механизма  ( например, "техногенная  мимикрия" ( И )

Эта  модель  толкования  закона   двойного отрицания  уже  позволяет  формулировать  научные  исследовательские  программы  для  формирования  банков  данных  по  выбранным   признакам,  что  само  по  себе  является  привлекательным  обстоятельством..

Замечу,  что в  диаграмме  перечислены  далеко не  все  выявленные  на  сегодняшний  день  механизмы, потому  что процесс  уточнения   можно  продолжить.

Классификация   механизмов  на   расположенной  выше диаграмме построена  на  основе  классификации  ресурсов, поэтому  в  более  простой  форме   процесс  исполнения  закона  двойного отрицания  может быть представлен и так как  мы  видим это  на  схеме «Механизмы  спиральности».

Причинами  развития  техники  являются  потребности,  следствием  является  факт  появления  новых товаров. В  каждом  акте  появления  нового товара  использованы  ресурсы, которые  классифицированы  так:

  1. Вещество (совпадает  с  общепринятым)
  2. Энергия  (совпадает  с  общепринятым)
  3. Пространство  (совпадает  с  общепринятым)
  4. Время  (совпадает  с  общепринятым)
  5. Движение  (совпадает  с  общепринятым)
  6. Информация  (совпадает  с  общепринятым)
  7. Недостатки (которые  можно определить  через  понятие  «вредная  машина»  в  контексте   работ  В.А. Леняшина  и  моих  выпусков КП)

Завершая  короткий  обзор по  новым  возможным  моделям  закона  двойного отрицания  в  контексте  прикладных  смыслов   диалектики   или  инженерной  философии  можно  рассмотреть   диаграмму,  которая  описывает  процесс  спиральности  развития  техники  в  категориях  потребностей  и  вредных  машин.

На  этом  рисунке  используется  термин  «система  аттракторов»,   который  уже  использовался  в  предыдущих выпусках  КП  и   термин  «вспомогательные   машины»,  который  тоже  вводился   в  одном  из  выпусков  КП.

Все  эти  модели,  а  также  модели  двух  других  законов  диалектики: перехода  количества  в качество  и  единства  и борьбы  противоположностей  мы  рассмотрим  подробно  в   последующих  выпусках  кафедры  прогнозов.

Соотношение  законов  диалектики  и ЗРТС  является  чрезвычайно важным   для  задач  прогнозирования,  поскольку  они  являются  смысловым  фундаментом  для  построения  всех   моделей  в  прикладной  области, которой  мы  занимаемся. Кроме  того, я  думаю, что законы  диалектики, ЗРТС  и ресурсы находятся  в  определённой иерархии  как  это показано  на  расположенном  ниже  рисунке.

Заключение.

1
Мы  рассмотрели  факт  появления  концепции  морфного  крыла  с  позиции  проявления  закона  отрицания  отрицания  и  сделали  обзор  современных  моделей   для  практического  использования  этого   закона  в  целях  построения  прогнозных  решений.

2
Аппарат  связывания  ЗРТС  с  законами  диалектики   чрезвычайно  важен  для  использования     всех  онтологических  контекстов  ЗРТС в  практике  прогнозирования. Мы  сделали короткий  предварительный  и поверхностный  обзор,  наметив  план  последующих  публикаций  по  этой  важной  теме.

3
Формат  короткого  исторического очерка  о  развитии  какой-нибудь ветви  техники  удобное  средство  для  иллюстрации  подходов  инженерной  философии. Будем  развивать  этот  уникальный  жанр.

С  уважением,  ведущий  рубрики   Кафедра  Прогнозов
Юрий  Даниловский

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.


Главная    Кафедра прогнозов     Морфное крыло истребителей будущего: забытые истоки