Un differenziale attivo sembra allettante, high-tech e qualcosa che vorresti acquistare quando acquisti un crossover o un SUV, ma cos'è esattamente, cosa fa ed è davvero necessario? Queste domande più importanti verranno esplorate in un test comparativo dei SUV Mitsubishi Outlander con due diverse trasmissioni: con un differenziale convenzionale e con il nuovo differenziale attivo S-AWC.
Per un'analisi comparativa delle prestazioni in diverse condizioni, sono state prese due auto Mitsubishi Outlander completamente identiche, con l'unica differenza che un Outlander ha un tradizionale differenziale aperto installato nella parte anteriore e l'altro ha un sistema differenziale attivo S-AWC, che è stato installato su questi veicoli dall'autunno del 2014. crossover equipaggiati con un motore a benzina a sei cilindri da 3 litri.
S-AWC è un sistema di trazione integrale intelligente sviluppato da Mitsubishi. È un'abbreviazione della frase " Super All Wheel Control”, che può essere tradotto come “controllo di livello super di tutte le ruote”.
Il sistema S-AWC è installato sulle auto nella configurazione "Sport", che costa 20.000 rubli in più rispetto alla configurazione "Altimet". Quasi tutto questo importo è il costo del differenziale attivo.
In condizioni normali, è molto difficile identificare la differenza di comportamento di queste vetture con differenziali diversi, poiché si manifesta solo quando il crossover perde traiettoria e stabilità direzionale, quando esce dall'arco in curva o manovra su una strada con un'aderenza molto elevata. coefficiente di adesione irregolare (ad esempio ghiaccio - asfalto).
Outlander fa a turno
La prima cosa da fare è stata una prova in curva su una normale superficie asfaltata. All'inizio di questi test, sembra che le caratteristiche di guida delle auto siano le stesse, ma per il momento è così: sono state testate a velocità diverse! Quindi, un Mitsubishi Outlander con differenziale convenzionale, a partire da una certa velocità, e più era alto, più chiaramente si manifestava il suo modo di raddrizzare la traiettoria di svolta. Cioè, maggiore è la velocità con cui si entra in una curva, più questa devia verso l'esterno sotto l'influenza della forza centrifuga.
La forza centrifuga è una forza fittizia che nasce a causa dell'inerzia di un corpo in un sistema di riferimento rotante. Il corpo tende a muoversi diritto, quindi, quando è “rivolto” verso il centro, tende ad “allontanarsi” da questo centro.
Inoltre questo sintomo non dipende dal fatto che il crossover si muova senza trazione o con il pedale dell'acceleratore premuto. "Outlander" con differenziale attivo S-AWC segue un determinato percorso molto più volentieri. Il sottosterzo pronunciato nell'Outlander normale è diventato neutro: ora il crossover inizia a scivolare dolcemente lateralmente, ma con tutte e quattro le ruote. Allo stesso tempo, mantiene sia la traiettoria che la stabilità direzionale. In effetti, ciò si manifesterà in una migliore conservazione della traiettoria di movimento all'aumentare della velocità in curva, il che significa che il conducente avrà maggiori possibilità di rimanere nella sua corsia piuttosto che volare nella corsia opposta o in un fosso.
Va notato che entrambi i crossover differiscono anche nelle impostazioni dell'elettronica stabilizzatrice. Il modello senza S-AWC interrompe semplicemente l'alimentazione del carburante in caso di improvvisa perdita di trazione, impedendo così al veicolo di adattare la traiettoria utilizzando la trazione. Allo stesso tempo, l'Outlander, dotato del sistema differenziale attivo S-AWC, non rimuove completamente la coppia del motore, ma la limita solo. Eppure si è notato che il comportamento delle auto durante la marcia per inerzia è diverso. In questo caso il differenziale attivo non è inserito (ovvero non viene trasmessa la trazione alle ruote anteriori). Pertanto, è ovvio che la nuova versione ha ricevuto miglioramenti globali e non solo una nuova parte.
Movimento circolare
Una delle fasi per identificare le differenze tra gli "Outlanders" è stata lo spostamento in un cerchio con un diametro di 30 metri, contrassegnato da pali. In un normale Mitsubishi Outlander, dotato di trazione integrale a controllo elettronico, è presente un interruttore per tre modalità operative: trazione integrale con distribuzione intelligente della trazione tra gli assi (4WD Auto), trazione integrale con frizione bloccata (4WD Lock) e trazione anteriore con asse posteriore collegato (4WD Eco). L'interruttore è contrassegnato con la designazione 4WD standard. I veicoli equipaggiati con la trasmissione S-AWC hanno aggiunto una quarta modalità chiamata Snow, che fornisce elettronicamente una trazione ottimale su tutte le ruote su superfici scivolose.
Durante la guida in tondo, la velocità media in entrambe le varianti è rimasta a circa 50 km/h. Abbiamo controllato il movimento in diverse direzioni, con diversa pressione sul pedale dell'acceleratore, con diversi stati del sistema di stabilizzazione. Di conseguenza, l'Outlander "attivo" si è rivelato costantemente un po 'più veloce - di una frazione di secondo, ma se si disattiva il sistema di stabilizzazione, il divario temporale aumenta. Sì, il divario è piccolo, ma il guidatore seduto al volante dei modelli testati prova sensazioni completamente diverse. Quando si guida un Outlander normale, è necessario impostare il volante sull'angolo di sterzata richiesto, premere l'acceleratore e non azionare il volante. Ritornavano sulla traiettoria precedente; quando si verificava uno sbandamento in curva, solo rallentare aiutava e le azioni del volante non portavano a nulla. E il sistema di stabilizzazione non consentiva di aumentare la velocità. Sensazioni completamente diverse sono emerse durante la guida di un crossover con differenziale attivo, che ha restituito la sensazione di controllo reale di un'auto e non di un robot da gioco: un simulatore. Qui, quando si verifica uno sbandamento o una premonizione del suo verificarsi, devi solo girare il volante nella misura richiesta, premere leggermente il pedale dell'acceleratore e il gioco è fatto: l'auto è già sulla sua traiettoria! Pertanto, Outlander con trasmissione S-AWC attiva diventa più sicuro e più prevedibile da guidare.
Scivolando sul basalto
Il coefficiente di aderenza delle ruote con il basalto bagnato è approssimativamente lo stesso del ghiaccio e in tali condizioni i modelli Mitsubishi Outlander testati hanno mostrato differenze significative nel loro comportamento. La Mitsubishi “attiva”, quando guida come un serpente, consente leggere oscillazioni ed è più suscettibile allo slittamento.
Uno sbandamento è una violazione della direzione di movimento di un veicolo lungo il piano longitudinale.
Ma questo non fa paura, perché se succede qualcosa, interviene l'elettronica: avvicinandosi alle curve vicine al critico, spegne la trazione e assume parzialmente il controllo, il che rende la guida di un crossover del genere più interessante e allo stesso tempo più sicura.
Accelerando da fermo sulla stessa superficie, l'Outlander con differenziale attivo era di nuovo avanti: partiva con maggiore sicurezza con un minore slittamento delle ruote, mentre il crossover con differenziale convenzionale intendeva andare di lato, ma il sistema di stabilizzazione lo ha immediatamente corretto . Non c'era alcuna differenza nel movimento quando l'intera vettura o parte di essa si trovava su una superficie scivolosa.
A cosa serve S-AWC?
Il Mitsubishi Outlander in prova è dotato di un motore abbastanza potente che sviluppa 230 CV, ma non può essere considerato un crossover sportivo e anche il differenziale attivo installato in uno di essi non aggiunge effettivamente velocità. La trasmissione S-AWC offre guadagni in pista solo in una frazione di secondo, quindi il suo scopo principale è aumentare la sicurezza attiva, che si manifesta non solo durante la guida in trazione, ma anche quando si rilascia bruscamente il gas. Un differenziale attivo può aiutare anche durante la guida fuoristrada: in questo caso il conducente ha un bloccaggio anteriore controllato elettronicamente. Ma questo non è ancora un SUV e in condizioni fuoristrada gravi il differenziale attivo non aiuterà: molto probabilmente l'accoppiamento interasse si surriscalderà e un design intelligente potrebbe non venire in aiuto.
Nello sport e nella guida di tutti i giorni, il differenziale attivo svolge diversi compiti: il conducente con esso sviluppa una maggiore velocità e il conducente normale riceve una maggiore sicurezza dell'auto, poiché la tendenza dell'auto a sbandare è ridotta. E allo stesso tempo, in una situazione difficile, un differenziale attivo consente a una persona che non ha capacità di guida profonde di evitare molti errori. Per i professionisti, forse, un'auto con differenziale convenzionale sarà ancora più interessante dal punto di vista della guida, poiché consente di rimanere tutt'uno con la vettura senza intervento elettronico.
Quindi vale sicuramente la pena pagare più del dovuto 20.000 rubli per un differenziale attivo così intelligente quando l'auto costa un milione e mezzo!
Schema di funzionamento del differenziale attivo sull'Outlander
Il principio di funzionamento del differenziale attivo S-AWC si basa sull'implementazione del controllo del vettore di spinta, ma lo schema del suo funzionamento sulla Lancer Evolution e sul Mitsubishi Outlander è significativamente diverso. Quindi, sull'Evolution, il differenziale attivo è situato sull'asse posteriore e aggiunge trazione alla ruota esterna in relazione alla svolta effettuata, eliminando il sottosterzo. Ciò è ottenuto da due frizioni, ciascuna delle quali dirige la coppia sulla propria ruota.
Ma il modo in cui funziona l'S-AWC sull'Outlander è completamente diverso, se non altro perché è installato sull'asse anteriore. Il ruolo principale qui è svolto dalla frizione multidisco, che funge da blocco morbido. Per comprimere le frizioni, l'elettronica invia un segnale anticipato al momento giusto e un autoblocco meccanico agirebbe con un leggero ritardo. Il servosterzo elettrico attivo della Mitsubishi testata compensa il differenziale, eliminando lo sterzo brusco a causa della differenza di coppia sulle ruote anteriori destra e sinistra, che impedisce al volante di staccarsi dalle mani. Naturalmente, qualsiasi situazione di emergenza non si verifica senza l'intervento del sistema di stabilizzazione elettronica del crossover, che limita la potenza del motore e i meccanismi dei freni che afferrano le ruote.
S-AWC: storia della creazione
I giapponesi furono i primi a crearlo e ad introdurre questo concetto in uso. Così, nel 1996, Mitsubishi installò il primo differenziale attivo sull'asse posteriore della Lancer Evo IV con trazione integrale e nel 1997 Honda installò un sistema di torque vectoring sulla coupé Prelude con trazione anteriore. Stranamente, i tedeschi, che sono sempre tra i primi, se non a creare, a installare oggetti ad alta tecnologia, questa volta hanno iniziato a introdurre un nuovo prodotto solo nel 2007 (anche se che nuovo prodotto è già!). Tali unità divennero disponibili come optional sulla BMW X6 e sull'Audi S4, ma il differenziale attivo divenne veramente diffuso solo per la Lancer Evolution. Oggi possiamo affermare con sicurezza che circa la metà delle case automobilistiche offre la funzione di distribuzione della coppia tra le ruote. Tuttavia, non dobbiamo dimenticare che questa non è una meccanica speciale, ma solo una sua imitazione elettronica.
video Mitsubishi Outlander supera il fuoristrada e la neve
Oggi gli aerei a decollo e atterraggio verticale non sono più una novità. Il lavoro in questa direzione iniziò principalmente a metà degli anni '50 e andò in varie direzioni. Durante il lavoro di sviluppo sono stati sviluppati velivoli con installazioni rotanti e numerosi altri. Ma tra tutti gli sviluppi che hanno assicurato il decollo e l'atterraggio verticale, solo uno ha ricevuto uno sviluppo degno: un sistema per modificare il vettore di spinta utilizzando ugelli rotanti di un motore a reazione. Allo stesso tempo, il motore rimase fermo e i caccia Harrier e Yak-38, dotati di propulsori simili, furono portati alla piena produzione.
Tuttavia, l'idea di utilizzare ugelli rotanti per garantire il decollo e l'atterraggio verticale affonda le sue radici a metà degli anni '40, quando tra le mura dell'OKB-155, guidato dal capo progettista A.I. Mikoyan, di propria iniziativa, ha sviluppato un progetto per un simile aereo. Il suo autore era Konstantin Vladimirovich Pelenberg (Shulikov), che ha lavorato presso l'OKB dal giorno della sua fondazione.
Vale la pena notare che nel 1943 K.E. Pelenberg ha anche sviluppato in modo proattivo un progetto per un caccia con decollo e atterraggio brevi. L'idea di creare una macchina del genere è nata dal desiderio del progettista di ridurre la distanza di decollo per garantire il lavoro di combattimento dagli aeroporti di prima linea danneggiati dagli aerei tedeschi.
A cavallo tra gli anni '30 e '40, molti progettisti di aerei prestarono attenzione al problema della riduzione della distanza di decollo e atterraggio di un aereo. Tuttavia, nei loro progetti hanno cercato di risolvere il problema aumentando la portanza dell'ala utilizzando varie innovazioni tecniche, di conseguenza è apparsa un'ampia varietà di progetti, alcuni dei quali hanno raggiunto i prototipi. Sono stati costruiti e testati biplani con un'ala inferiore retrattile in volo (caccia IS progettati da V.V. Nikitin e V.V. Shevchenko) e monoplani con un'ala retrattile in volo (velivoli RK progettati da G.I. Bakshaev). Inoltre, è stata sottoposta a test un'ampia varietà di meccanizzazione delle ali: lamelle retrattili e battenti, vari tipi di alette, ali divise e molto altro. Tuttavia, queste innovazioni non potrebbero ridurre in modo significativo la distanza di decollo e di corsa.
Nel suo progetto, K.V. Pelenberg ha concentrato la sua attenzione non sull'ala, ma sulla centrale elettrica. Nel periodo 1942-1943. sviluppò e analizzò attentamente diversi progetti di caccia che utilizzavano una modifica nel settore della spinta dovuta ad eliche deflessibili per abbreviare il decollo e la corsa. L'ala e la coda in questi casi hanno solo aiutato a raggiungere il compito principale.
Il caccia che alla fine fu sviluppato era un monoplano a due bracci con un carrello di atterraggio a tre ruote con supporto anteriore. Travi distanziate collegavano l'ala alla coda, che aveva uno stabilizzatore completamente mobile. I supporti principali del carrello di atterraggio erano posizionati sulle travi, mentre le armi leggere e i cannoni erano posizionati nella parte anteriore della fusoliera.
La centrale elettrica era situata nella parte posteriore della fusoliera dietro la cabina di pilotaggio. La potenza veniva trasmessa attraverso un cambio e alberi allungati a viti di spinta accoppiate che avevano controrotazione. Quest'ultimo eliminava la coppia di reazione e aumentava l'efficienza del gruppo elica-motore.
Durante le modalità di decollo e atterraggio, le doppie eliche, utilizzando un azionamento idraulico, potevano essere ruotate verso il basso rispetto all'asse del cambio, creando così una forza di portanza verticale. Il design a due travi facilitava completamente il libero movimento delle eliche, mentre nella posizione deviata erano leggermente ombreggiate dalla fusoliera e dall'ala. Quando si avvicinavano al suolo o volavano vicino ad esso, le eliche avrebbero dovuto formare un'area di aria addensata sotto l'aereo, creando l'effetto di un cuscino d'aria. Allo stesso tempo, anche la loro efficienza è aumentata.
Naturalmente, quando le eliche si sono abbassate rispetto all'asse longitudinale, si è verificato un momento di immersione, ma è stato contrastato in due modi. Da un lato, la deflessione dello stabilizzatore mobile, che opera nella zona di soffio attivo delle eliche, ad un angolo negativo. D'altra parte, la deflessione della console alare nel piano della corda in avanti di un angolo corrispondente alle condizioni di bilanciamento per una data direzione del vettore di spinta. Quando l'aereo veniva trasferito al volo orizzontale dopo essere salito a un'altitudine di sicurezza, le eliche tornavano nella posizione originale.
Se questo progetto fosse implementato, il caccia proposto potrebbe avere una distanza di decollo molto breve, ma per il decollo verticale la potenza dei motori esistente in quel momento chiaramente non era sufficiente. Pertanto, per un tale progetto, al fine di ridurre le distanze di decollo e atterraggio, nonché il decollo e l'atterraggio lungo una traiettoria ripida vicina alla verticale, erano necessari uno o due motori ad alta potenza, funzionanti in modo sincrono sullo stesso albero.
Progettato da K.B. Il progetto del caccia di Pelenberg è interessante in quanto utilizzava la spinta dell'elica con grande efficienza per creare portanza aggiuntiva per l'aereo e mezzi di bilanciamento aerodinamico insoliti per quel tempo: un'ala mobile o, come viene ora chiamata, un'ala a geometria variabile, nonché come stabilizzatore controllato. È interessante notare che queste e alcune altre innovazioni tecniche proposte dal designer in questo progetto erano significativamente in anticipo sui tempi. Tuttavia, in seguito trovarono una degna applicazione nella costruzione di aeromobili.
Il progetto del caccia a decollo e atterraggio corto è rimasto un progetto, ma ha solo rafforzato il desiderio dell'autore di creare un velivolo a decollo e atterraggio verticale. Konstantin Vladimirovich capì che la possibilità del decollo verticale apriva preziose opportunità tattiche per l'aviazione militare. In questo caso, gli aerei potrebbero basarsi su aeroporti non asfaltati, utilizzando aree di dimensioni limitate, e sui ponti delle navi. La rilevanza di questo problema era chiara già allora. Inoltre, con l'aumento della velocità massima di volo dei caccia, la loro velocità di atterraggio inevitabilmente aumentava, il che rendeva l'atterraggio difficile e pericoloso; inoltre, aumentava la lunghezza richiesta delle piste.
Alla fine della Grande Guerra Patriottica, con la comparsa nel nostro paese dei motori a reazione tedeschi YuMO-004 e BMW-003 catturati e poi dei motori Derwent-V, Nin-I e Nin-II acquistati dalla società inglese Rolls-Royce ", è stato possibile risolvere con successo molti problemi nel settore degli aerei a reazione domestici. È vero, il loro potere era ancora insufficiente per risolvere il compito, ma ciò non ha fermato il lavoro del progettista dell'aereo. In questo momento, Konstantin Vladimirovich non solo lavorava nell'ufficio di progettazione del capo progettista A.I. Mikoyan, ma insegnò anche all'Istituto di aviazione di Mosca.
Per lo sviluppo di un caccia con decollo e atterraggio verticale, che utilizzava un motore a turbogetto (TRD) come centrale elettrica, K.V. Pelenberg iniziò di propria iniziativa all'inizio del 1946 e verso la metà dell'anno il progetto della macchina era generalmente completato. Come nel progetto precedente, ha scelto un progetto con una centrale elettrica fissa e il decollo verticale è stato fornito da un vettore di spinta variabile.
Una caratteristica dello schema proposto era che l'ugello cilindrico del motore a reazione terminava con due canali simmetricamente divergenti, all'estremità dei quali erano installati ugelli rotanti su un piano verticale.
Un vantaggio significativo del dispositivo proposto era la semplicità del design, l'assenza della necessità di modificare l'ugello del motore stesso e la relativa facilità di controllo. Allo stesso tempo, la rotazione degli ugelli non richiedeva più sforzo e dispositivi complessi, come, ad esempio, nel caso della modifica del vettore di spinta ruotando l'intera centrale elettrica.
Il caccia sviluppato da Konstantin Vladimirovich era un monoplano con una disposizione del motore modificata. La centrale elettrica dell'epoca doveva essere il più potente motore turboreattore inglese "Nin-II" con una spinta di 2270 kgf. L'alimentazione dell'aria è stata effettuata attraverso la presa d'aria frontale. Durante la configurazione della macchina, uno dei requisiti principali era che l'asse del vettore di spinta, durante la deflessione degli ugelli, passasse vicino al centro di gravità dell'aereo. A seconda della modalità di volo, gli ugelli dovevano essere ruotati negli angoli più favorevoli, compresi tra 0 e 70°. La massima deflessione dell'ugello corrispondeva all'atterraggio, che doveva essere effettuato alla massima modalità di funzionamento del motore. La modifica del vettore di spinta avrebbe dovuto essere utilizzata anche per frenare l'aereo.
Nel frattempo, a causa del posizionamento del propulsore ad un angolo di 10-15° rispetto al piano orizzontale del caccia, l'intervallo di deviazione degli ugelli dall'asse del motore variava da +15° a -50°. Il design proposto si adatta bene alla fusoliera. La corrispondente rotazione ed inclinazione del piano di rotazione degli ugelli ha permesso di non distanziarli troppo l'uno dall'altro. A sua volta, ciò ha permesso di aumentare il diametro dei canali: questo parametro piuttosto critico è stato ottimizzato tenendo conto della sezione centrale della fusoliera in modo che i canali si adattino alle sue dimensioni.
Tecnologicamente, entrambi i canali collegati alla parte fissa, insieme al meccanismo di controllo della rotazione, costituivano un'unità, che era collegata all'ugello cilindrico del motore tramite una flangia. Gli ugelli erano fissati alle estremità dei canali mediante cuscinetti reggispinta. Per proteggere il giunto mobile dagli effetti dei gas caldi, i bordi dell'ugello hanno bloccato lo spazio nel piano di rotazione. Il raffreddamento forzato dei cuscinetti è stato organizzato aspirando aria dall'atmosfera.
Per deviare gli ugelli, si prevedeva di utilizzare un azionamento idraulico o elettromeccanico montato sulla parte fissa dell'ugello e un ingranaggio a vite senza fine con un settore di ingranaggi montato sull'ugello. Il propulsore era controllato dal pilota in remoto o automaticamente. L'uguaglianza degli angoli di rotazione è stata ottenuta mediante l'attivazione simultanea degli azionamenti. Il loro controllo era sincronizzato e l'angolo di deflessione massimo era fissato da un limitatore. L'ugello era inoltre dotato di alette guida e di un involucro atto a raffreddarlo.
Pertanto, il getto di gas è diventato un mezzo abbastanza potente per garantire il decollo e l'atterraggio verticale. Il suo utilizzo come carrello di atterraggio per un caccia con una spinta del motore di circa 2000 kgf ridusse così tanto la superficie alare da poter essere effettivamente trasformato in un elemento di controllo. Una significativa riduzione delle dimensioni dell'ala, che ad alti numeri di Mach, come è noto, costituisce la principale resistenza dell'aereo, ha permesso di aumentare significativamente la velocità di volo.
Dopo aver conosciuto il progetto. A.I. Mikoyan consigliò K.V. Pelenberg di registrarla come invenzione. I documenti pertinenti furono inviati all'Ufficio delle Invenzioni del Ministero dell'Industria Aeronautica il 14 dicembre 1946. Nella domanda, inviata insieme a una nota esplicativa e disegni dal titolo "Ugello rotante di un motore a turbogetto", l'autore ha chiesto di registrarlo proposta come un’invenzione “per garantire la priorità”.
Già nel gennaio 1947 si tenne una riunione della commissione di esperti presso il dipartimento tecnico del MAP sotto la presidenza del candidato alle scienze tecniche V.P. Gorskij. Della commissione faceva parte anche A.N. Volokov, B.I. Cheranovsky e L.S. Kamennomostsky. Nella sua decisione del 28 gennaio, la commissione ha constatato che questa proposta era corretta in linea di principio e ha raccomandato all'autore di continuare a lavorare in questa direzione. Oltre a ciò, ha osservato che ridurre l'area alare non è appropriato, poiché in caso di guasto della centrale elettrica, l'atterraggio dell'aereo sarebbe problematico.
Ben presto, il progetto dell'aereo ricevette un'elaborazione costruttiva a tal punto che ciò diede all'autore la base per la sua considerazione presso TsAGI, CIAM, OKB dello stabilimento n. 300 e altre organizzazioni, dove il progetto ricevette anche una valutazione positiva. Di conseguenza, il 9 dicembre 1950, la domanda di K.V. Pelenberg fu accettato per l'esame dall'Ufficio per le invenzioni e le scoperte del Comitato statale per l'introduzione della tecnologia avanzata nell'economia nazionale. Allo stesso tempo, è stata vietata la pubblicazione dell'invenzione proposta.
Naturalmente, il progetto non ha ancora coperto e non potrebbe coprire immediatamente tutte le sottigliezze associate alla creazione di un aereo a decollo verticale. Inoltre, dovevo lavorare da solo. Ma sebbene siano sorte molte difficoltà tecniche e nuovi problemi, anche allora divenne chiaro che il progetto era reale, che era l'inizio di una nuova direzione nell'aviazione moderna.
L'ugello rotante da solo non ha risolto tutti i problemi che si presentano durante il decollo verticale. Come affermato nella decisione della commissione di esperti MAP,
"...quando la direzione del getto di gas cambia, la stabilità e l'equilibrio dell'aereo cambieranno, il che causerà difficoltà di controllo durante il decollo e l'atterraggio."
Pertanto, oltre a modificare il vettore di spinta, è stato necessario risolvere il problema della stabilizzazione del veicolo, poiché in assenza di flusso d'aria attorno all'ala e alla coda, non svolgevano più il ruolo di stabilizzatori.
Per risolvere questo problema, Konstantin Vladimirovich ha elaborato diverse opzioni di stabilizzazione. In primo luogo, lo squilibrio dell'aereo quando il vettore di spinta viene deviato durante il volo può essere contrastato modificando gli angoli di attacco dello stabilizzatore. In secondo luogo, a basse velocità di volo, ha proposto l'uso di un dispositivo a getto aggiuntivo (autonomo o utilizzando lo scarico del gas dalla parte post-compressore del motore). Lavorare con il secondo metodo è stato un compito arduo, poiché senza la ricerca e lo spurgo nella galleria del vento era impossibile giudicare il comportamento dell'aereo con un getto di gas deviato vicino al suolo.
Il fatto è che quando si verificano i primi disturbi trasversali vicino al suolo, le accelerazioni angolari dell'ala aumentano rapidamente, il che porta ad angoli di rollio critici dell'aereo. Quando si controlla manualmente la stabilizzazione laterale, il pilota, per ragioni soggettive, non ha il tempo di reagire in tempo all'apparizione del rollio iniziale. A causa del ritardo nell'input di controllo, nonché di una certa inerzia del sistema, il controllo manuale non può garantire un ripristino rapido e affidabile del bilanciamento laterale danneggiato. Inoltre, il flusso di gas che scende dal motore a reazione, catturando le masse d'aria adiacenti, fa sì che l'aria fluisca dalla superficie superiore dell'ala a quella inferiore, provocando un aumento della pressione sulla parte superiore dell'ala e una diminuzione al di sotto di essa. Ciò riduce la portanza dell'ala, riduce lo smorzamento e rende difficile stabilizzare l'aereo in rollio. Pertanto, in particolare, il controllo del rollio richiedeva una sensibilità doppia rispetto al controllo del beccheggio.
A questo proposito, nel 1953 K.V. Pelenberg ha sviluppato un sistema di stabilizzazione laterale per il suo progetto di caccia VTOL. La sua particolarità era l'utilizzo di due girostabilizzatori roll sull'aereo, posizionati sull'ala (uno in ciascuna console) alla massima distanza dall'asse longitudinale della macchina. Per il loro funzionamento è stata utilizzata parte dell'energia del getto di gas del motore a turbogetto. Il sistema è stato messo in funzione con l'ausilio di giroscopi, che sono sensori della posizione stabilizzata dell'aereo in rollio e allo stesso tempo distributori della direzione di ripristino delle forze reattive.
Quando l'aereo rollava, i girostabilizzatori creavano due momenti reattivi uguali applicati alle console e agenti nella direzione opposta al rollio. All'aumentare del rollio dell'aereo, i momenti di ripristino aumentavano e raggiungevano il loro valore massimo quando veniva raggiunto l'angolo di rollio massimo consentito sotto condizioni di sicurezza. Un tale sistema aveva il vantaggio di essere messo in funzione automaticamente, senza la partecipazione del pilota e senza collegamenti intermedi, era privo di inerzia, aveva un'elevata sensibilità e una costante prontezza al lavoro e creava anche le condizioni per lo smorzamento aerodinamico dell'ala.
Gli stabilizzatori giroscopici sono stati messi in funzione durante le modalità di decollo e atterraggio contemporaneamente alla rotazione degli ugelli principali del motore a turbogetto e al trasferimento dei motori alla spinta verticale. Per stabilizzare l'aereo su tutti e tre gli assi, in questo momento è stato messo in funzione anche il sistema di stabilizzazione del beccheggio. Per attivare gli stabilizzatori di rollio, il pilota ha aperto gli ammortizzatori situati nella parte della turbina del motore a reazione. Parte del flusso di gas, che in questo luogo aveva una velocità di circa 450 m/s, si riversava nel gasdotto e da lì nel giroscopio, che lo dirigeva nella direzione necessaria affinché il rotolo si sollevasse. Quando i lembi venivano aperti, i lembi superiore e inferiore si aprivano automaticamente, coprendo i ritagli nell'ala.
Nel caso in cui l'ala dell'aereo occupasse una posizione strettamente orizzontale rispetto agli assi longitudinale e trasversale, le finestre superiore e inferiore dei giroscopi destro e sinistro erano aperte a metà della loro dimensione. I flussi di gas uscivano alla stessa velocità su e giù, creando forze di reazione uguali. Allo stesso tempo, il deflusso del gas verso l'alto dal blocco giroscopico impediva il flusso d'aria dalla superficie superiore dell'ala a quella inferiore e, di conseguenza, il vuoto sopra l'ala diminuiva quando il vettore di spinta del motore veniva deviato.
Quando appariva un rollio, lo smorzatore dello stabilizzatore del gas giroscopico sulla console dell'ala abbassata riduceva l'uscita del gas verso l'alto e aumentava l'uscita del gas verso il basso, e il contrario accadeva sulla console sollevata. Di conseguenza, la forza reattiva diretta verso l'alto sulla console abbassata è aumentata e si è creato un momento di ripristino. Sulla mensola dell'ala ascendente, al contrario, la forza reattiva agente verso il basso aumentava e si creava un uguale momento di richiamo, agente nella stessa direzione. Quando il rollio era vicino al massimo livello di sicurezza, gli smorzatori del giroscopio si aprivano completamente - sulla console abbassata per consentire al gas di fluire verso il basso, e sulla console sollevata per consentire al gas di fluire verso l'alto, a seguito del quale si sono verificati due momenti uguali, creando un momento di totale rigenerazione.
La parte principale dello stabilizzatore sviluppato era l'unità giroscopica. Il semiasse anteriore era fissato rigidamente alla scatola esterna e il semiasse posteriore era fissato rigidamente al ricevitore del gas. I semiassi fornivano al blocco giroscopico una rotazione libera rispetto all'asse, che, quando si installava lo stabilizzatore di rollio nell'ala, doveva essere posizionato rigorosamente parallelo all'asse longitudinale dell'aereo. Nel piano di collegamento del ricevitore del gas con l'idroblocco era presente una finestra sagomata, parzialmente chiusa inferiormente e superiormente con una serranda. Su questo piano, il giroscopio e il ricevitore si sono avvicinati l'uno all'altro con uno spazio minimo, garantendo la libera rotazione del giroscopio. Per evitare inutili perdite di gas, il piano di giunzione era dotato di tenuta a labirinto.
Il ricevitore ospitava un meccanismo di distribuzione del gas. Il suo ruolo era quello di dirigere il flusso di gas dalla linea principale alle camere superiori o inferiori del blocco giroscopico, che poi fuoriusciva attraverso le finestre tra le pale dei dischi del blocco giroscopico. A seconda della direzione in cui veniva girato il blocco, la serranda chiudeva la finestra superiore o quella inferiore, trasferendo il gas dalla linea principale in una delle camere. Quando il giroscopio era in funzione, il blocco manteneva costantemente una posizione orizzontale e la rotazione dello smorzatore e il bypass del gas nelle camere avvenivano a seguito della rotazione del ricevitore del gas rispetto all'asse trasversale causata dall'inclinazione del giroscopio. ala. Maggiore è l'angolo di rollio, più una finestra del giroscopio si aprirà e l'altra si chiuderà.
Il blocco giroscopico è stato installato in una scatola rigida, sulla quale sono state fissate due paia di scudi mediante cerniere, coprendo i ritagli nell'ala in alto e in basso. In posizione chiusa, le alette si adattano perfettamente alle lamelle e al resto della superficie dell'ala, senza disturbarne il contorno. Inoltre venivano aperti dal pilota contemporaneamente alla valvola del gas del motore a reazione.
I girostabilizzatori erano montati sulle console delle ali in modo tale che i piani dei giroscopi si trovassero nel piano degli assi longitudinale e trasversale dell'aereo. Per velivoli di dimensioni relativamente piccole, che possono avere angoli di oscillazione del beccheggio significativi, per evitare il fenomeno della precessione del giroscopio, è stato previsto l'introduzione di un collegamento a parallelogramma tra gli assi trasversali dei blocchi giroscopici destro e sinistro per tenerli insieme.
Secondo i calcoli, la stabilizzazione laterale di un caccia a decollo verticale del peso di 8.000 kg con un rapporto spinta-peso pari a uno e una potenza prelevata dal motore a turbogetto del 3-4% potrebbe essere fornita da girostabilizzatori situati a 2,25 m dal asse longitudinale In questo caso, erano sufficienti diametro 330 mm, altezza - 220 mm, lunghezza della scatola esterna - 350 mm, larghezza della scatola interna - 420 mm, diametro del gasdotto - 142 mm, distanza tra gli assi del blocco e gasdotto - 295 mm. Tali installazioni alari potrebbero creare momenti raddrzzanti di 100 kgm ciascuno con un angolo di rollio di 10° e di 220 kgm con un angolo di rollio di 25-30°.
Tuttavia, questo progetto di caccia con decollo e atterraggio verticale non era destinato a realizzarsi in quel momento: era anche molto più avanti rispetto alle capacità tecniche di quel tempo. E gli ambienti ufficiali erano molto scettici nei suoi confronti. Poiché in URSS l’economia pianificata, elevata a livello assoluto, apparentemente implicava anche invenzioni pianificate, negli uffici di progettazione mancava sempre capitale circolante libero per la propria ricerca e sviluppo su larga scala. Pertanto, il progetto di iniziativa per un aereo domestico a decollo e viaggio verticale è rimasto sulla carta anche in futuro.
Nel frattempo, nel Regno Unito, l'idea di sviluppare un aereo a reazione a decollo e giro verticale (VTOL) è stata presa più sul serio. Nel 1957, la società "Hauker Siddley" iniziò in modo proattivo a sviluppare un simile aereo e, sebbene non avessero esperienza nella creazione di macchine di questa classe, dopo soli tre anni decollò il caccia sperimentale R. 1127 "Kestrel". E sei anni dopo, sulla sua base fu costruito un aereo d'attacco sperimentale Harrier: un prototipo di veicoli con lo stesso nome, ora adottato non solo dalla Royal Air Force britannica ma anche da altri paesi del mondo.
In Unione Sovietica forse solo la LII studiò effettivamente la possibilità di realizzare un aereo a reazione a decollo e atterraggio verticale. Nel 1958, un gruppo guidato da A.H. Rafaeliani, svilupparono e costruirono un dispositivo sperimentale chiamato “Turbolet”.
I suoi voli hanno dimostrato la possibilità fondamentale di creare un aereo con controllo del jet nelle modalità di decollo verticale, volo stazionario e atterraggio, nonché durante la transizione al volo orizzontale. Tuttavia, l'idea di creare un velivolo a decollo e atterraggio verticale non aveva ancora catturato le menti delle autorità ufficiali, sebbene il "portfolio" dei progettisti nazionali includesse un progetto per un tale velivolo e l'esperienza accumulata durante i test del “Turbolet”.
Fu solo alla fine del 1960, quando l'aereo R. 1127 Kestrel stava già volando, e apparvero le prime pubblicazioni dettagliate al riguardo che sembrò “sfondare” negli ambienti ufficiali. Il Comitato Centrale del PCUS e il Consiglio dei Ministri dell’URSS pensarono seriamente e decisero ancora una volta di “raggiungere e superare l’Occidente in decomposizione”. Di conseguenza, dopo quasi un anno di corrispondenza tra tutte le organizzazioni interessate, i lavori per la progettazione e la costruzione di un velivolo a decollo e atterraggio verticale, sulla base della risoluzione congiunta del 30 ottobre 1961, furono affidati all'OKB-115 dal capo progettista A.S. Yakovleva. Lo sviluppo della centrale è stato affidato a OKB-300, capo progettista S.K. Tumansky. È vero, vale la pena notare che nel 1959, il vicepresidente del Consiglio dei ministri dell'URSS D.F. Ustinov, presidente del comitato statale per la tecnologia aeronautica P.V. Dementiev e comandante in capo dell'aeronautica militare SA K, A. Vershinin preparò un progetto di risoluzione, in cui si prevedeva di affidare la creazione di un caccia sperimentale con decollo e atterraggio verticale all'ufficio di progettazione del capo progettista G.M. Berneva.
Nell'autunno del 1962, il primo dei tre prototipi dell'aereo, denominato Yak-Zb, destinato alle prove al banco di laboratorio, lasciò l'officina di assemblaggio; il 9 gennaio 1963, il pilota collaudatore Yu.A. Garnaev ha eseguito il primo aggancio legato alla seconda copia dello Yak-Z6 e il 23 giugno - gratuitamente. Durante i test Yu.A. Garnaev è stato sostituito dal pilota collaudatore V.G. Mukhin, che il 24 marzo 1966 eseguì il primo volo di decollo e atterraggio verticale sulla terza macchina sperimentale. La centrale Yak-Zb era alimentata da due motori turbogetto R-27-300 dotati di ugelli rotanti. Successivamente, l'esperienza di costruzione e test dell'aereo sperimentale Yak-36 è servita come base per la creazione dell'aereo da combattimento VTOL Yak-38 (Yak-ZbM), che è stato messo in produzione in serie e utilizzato dall'aviazione della Marina.
Nel frattempo, il 29 agosto 1964 (18 anni dopo!) il Comitato statale per le invenzioni e le scoperte emise K.V. Certificato di copyright di Shulikov (Pelenberg) n. 166244 per l'invenzione di un ugello rotante per motore a reazione con priorità datata 18 dicembre 1946. Tuttavia, a quel tempo l'URSS non era membro dell'organizzazione internazionale per le invenzioni e le scoperte, e quindi questo progetto non poteva ricevere un riconoscimento mondiale, poiché il diritto d'autore si applicava solo al territorio dell'URSS. A questo punto, il design dell'ugello rotante aveva trovato applicazione pratica nell'ingegneria aeronautica e l'idea di un aereo a decollo verticale si stava diffondendo nell'aviazione mondiale. Ad esempio, il già citato R.1127 Kestrel inglese era equipaggiato con un motore turbogetto Pegasus con quattro ugelli rotanti.
Nell'ottobre 1968, P. O. Sukhoi, nel cui ufficio di progettazione Konstantin Vladimirovich lavorava a quel tempo, inviò una petizione a S. K. Tumansky per pagare una remunerazione all'autore, poiché l'impresa guidata da quest'ultimo aveva padroneggiato la produzione in serie di motori a reazione con un dispositivo a ugello realizzato secondo la proposta K.V. Schema di Shulikov. Come ha notato Pavel Osipovich nel suo discorso, in termini di significato tecnico, questa invenzione è stata una delle più grandi realizzate nel campo della tecnologia aeronautica.
E il 16 maggio 1969, l'appello di P. O. Sukhoi fu sostenuto da A. A. Mikulin, il quale sottolineò che l'invenzione di K.V. Shulikov fu da lui recensito nel 1947 e "considerato una nuova, interessante soluzione tecnica che promette in futuro una reale prospettiva di utilizzare la spinta del motore per facilitare il decollo e l'atterraggio degli aerei". Inoltre, a questo punto, erano state ricevute conclusioni positive sul progetto VTOL del 1946 da CIAM (n. 09-05 del 12 aprile 1963, firmato da V.V. Yakovlovsky), TsAGI (n. 4508-49 del 16 gennaio 1966, firmato G.S. Byushgens), consiglio tecnico dell'OKB-424, nonché la decisione di BRIZ MAP (datata 22 luglio 1968).
La richiesta di pagamento del compenso per l'invenzione dell'ugello rotante fu presa in considerazione in una riunione del consiglio tecnico OKB-300 tenutasi il 10 ottobre 1969. Durante la discussione, è stato notato che la proposta di K.V. Lo schema degli ugelli rotanti di Shulikov è stato introdotto per la prima volta in URSS sul motore R-27-300 (edizione 27), ovvero il suo utilizzo ha permesso di creare il primo progetto domestico di questa classe. Inoltre, questo schema è stato sviluppato tre volte anche dallo sviluppo del motore P-27B-300 (ed. 49). A conferma di ciò, al consiglio tecnico 0KB-ZO0 è stato presentato un atto sull'attuazione dell'invenzione con certificato di copyright n. 166244, redatto dal capo dell'OKB M.I. Markov e il rappresentante responsabile di BRIZ OKB I.I. Motin, L'atto lo ha rilevato
Poiché i motori creati secondo questo schema rappresentavano una nuova direzione promettente nello sviluppo della tecnologia, la royalty era fissata a 5.000 rubli. Pertanto, il consiglio tecnico di OKB-300 ha riconosciuto che il lavoro di K.V. Shulikova ha costituito la base per la creazione del primo aereo domestico con decollo e atterraggio verticale.
Tenuto conto di ciò, il consiglio tecnico-scientifico della Direzione Tecnica MAP, presieduto da IT. Zagainova nell'ottobre 1969 lo considerò legittimo
"riconoscere la priorità nello sviluppo tecnico del progetto per il primo aereo a decollo verticale per la tecnologia dell'aviazione nazionale."
Considerando il grande significato tecnico e le prospettive di questa invenzione, che anticipò per molti anni l’avvento dell’aviazione a decollo e atterraggio verticale, e il conseguente primato dell’aviazione nazionale nello sviluppo di questo campo tecnologico, la ricerca scientifica e il consiglio tecnico lo ha valutato come un miglioramento tecnico vicino in termini di importanza per la scoperta tecnica e ha raccomandato che all'autore venisse pagato il dovuto compenso.
Questa è una breve storia del primo progetto di aereo a decollo verticale al mondo. E sebbene sia il frutto dell'ingegno di un eccezionale ingegnere e designer K.V., appassionato del concetto tecnico. Shulikov nell'Unione Sovietica non era incarnato nel metallo; ciò non toglie nulla ai diritti d'autore e alla scienza e tecnologia dell'aviazione nazionale alla priorità nella creazione dell'aviazione a decollo verticale.
Per la preparazione della pubblicazione è stato utilizzato il materiale documentario gentilmente fornito da K.V. Shulikov dal suo archivio personale, nonché documenti dell'Archivio di Stato russo dell'economia.
Curriculum vitae
SHULIKOV (PELENBERG) Konstantin Vladimirovich
Konstantin Vladimirovich Shulikov (Pelenberg) è nato il 2 dicembre 1911 nella città di Pskov nella famiglia di un militare. Nel 1939 si laureò con lode presso il dipartimento di ingegneria aeronautica dell'Istituto di aviazione di Mosca con la qualifica di ingegnere meccanico. Le sue attività pratiche nel settore aeronautico K.V. Shulikov iniziò nel 1937, combinando il lavoro con gli studi presso l'istituto. Come dipendente del Design Bureau del capo progettista N.N. Polikarpov, passò da ingegnere progettista a capo del settore alare KB-1. Ha partecipato alla progettazione e costruzione dei caccia I-153 Chaika e I-180.
Dal dicembre 1939 al 1951 K.V. Shulikov ha lavorato nel Design Bureau del capo designer A.I. Mikoyan, dove ha preso parte attiva allo sviluppo e alla costruzione dei caccia MiG-1, MiG-3, I-250, I-270, MiG-9, MiG-15, MiG-17, del caccia sperimentale MiG-8 “Duck " e altri aerei. Nella primavera del 1941 fu inviato come parte della brigata dell'impianto n. 1 omonimo. Aviakhim è a disposizione delle forze aeree dei distretti militari speciali occidentali e baltici per assistere il personale tecnico di volo delle unità da combattimento nella padronanza dei caccia MiG-1 e MiG-3. Il compito del team prevedeva anche l’eliminazione delle carenze individuate durante il funzionamento e il perfezionamento dell’attrezzatura secondo i bollettini del produttore. Durante la Grande Guerra Patriottica, Konstantin Vladimirovich prese parte al restauro dei caccia MiG-3, che erano in servizio con i reggimenti di aviazione dell'Aeronautica del Fronte Occidentale e della 6a Difesa Aerea IAK di Mosca. Nel 1943 sviluppò una tecnologia per la produzione di serbatoi per carburante morbido.
Parallelamente al suo lavoro all'OKB-155, dal 1943 al 1951, K. V. Shulikov insegnò molto part-time presso l'Istituto di aviazione di Mosca, dove era membro del dipartimento di progettazione di aeromobili. Ha tenuto circa 600 ore di lezioni sulla progettazione aeronautica per gli studenti del 5° anno, è stato anche supervisore di progetti di diploma, revisore e ha preso parte allo sviluppo di sussidi didattici per studenti e laureati.
Nel 1951, secondo l'ordine del MAP, Konstantin Vladimirovich fu trasferito a lavorare presso l'Aviastroyspetstrust n. 5 e nel 1955 - a disposizione dell'OKB-424 dello stabilimento n. 81 del MAP. Nel 1959 passò al Design Bureau della General Designer S.A. Lavochkin, dove ha guidato lo sviluppo e l'organizzazione di un punto di guida automatica per il sistema missilistico Dal presso il campo di addestramento di Saryshagan nell'area del lago Balkhash. Dal 1968 K.V. Shulikov ha continuato la sua carriera nel Design Bureau del General Designer P.O. Sukhoi. Ha partecipato attivamente allo sviluppo e alla costruzione dell'aereo portamissili supersonico T-4.
Dal 1976 al 2003, Konstantin Vladimirovich ha lavorato presso l'Associazione di ricerca e produzione Molniya, guidata da G. E. Lozino-Lozinsky. Ha preso parte alla progettazione e alla creazione della navicella spaziale riutilizzabile "Buran", dei suoi campioni analoghi e sperimentali. Molte delle soluzioni tecniche da lui proposte furono accettate per lo sviluppo e la produzione.
K.V. Shulikov possiede numerosi lavori scientifici e più di 30 invenzioni nel campo dell'aviazione e dell'astronautica. Con la sua partecipazione (congiunto TsAGI, TsNII-30 MO, NII-2 MAP), è stato svolto il lavoro di ricerca sulla "Ricerca del complesso aerospaziale per il lancio aereo di missili", compreso "Studio dell'aspetto del booster aereo del prodotto “100” V.N. Chelomeya basato sull'aereo supersonico T-4." Ha sviluppato un progetto per un velivolo a decollo e atterraggio verticale, progetti per vari sistemi nel campo della stabilizzazione e controllabilità degli aerei, un progetto per una piattaforma stabilizzatrice per una stazione astronomica ad alta quota dell'Accademia delle Scienze dell'URSS per il sollevamento di un un grande telescopio del peso di 7,5 tonnellate nella stratosfera, un progetto per una scala gonfiabile per i cosmonauti per lavorare nello spazio e altro.
Ladoga-9UV
Recentemente ha sviluppato progetti per velivoli anfibi bimotore multiuso “Ladoga-bA” da 6 posti e “Ladoga-9I” da 9-11 posti. Nel 1997, il progetto dell'aereo anfibio Ladoga-bA è stato premiato con la medaglia d'oro all'esposizione mondiale Bruxelles-Eureka-97.
O parti di esso.
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I primi esperimenti relativi all'implementazione pratica del vettore di spinta variabile sugli aerei risalgono al 1957 e furono condotti nel Regno Unito come parte di un programma per la realizzazione di un aereo da combattimento con decollo e atterraggio verticale. Il prototipo, denominato P.1127, era dotato di due ugelli rotanti di 90° situati sui lati dell'aereo nel centro di gravità, che fornivano il movimento nelle modalità di volo verticale, transitorio e orizzontale. Il primo volo dell'R.1127 ebbe luogo nel 1960 e nel 1967 sulla base fu creato il primo velivolo VTOL di produzione, l'Harrier.
Un passo avanti significativo nello sviluppo di motori con spinta variabile nell'ambito dei programmi VTOL è stata la creazione nel 1987 del supersonico sovietico VTOL Yak-41. La caratteristica distintiva fondamentale di questo velivolo era la presenza di tre motori: due di sollevamento e uno di sollevamento-propulsione con un ugello rotante situato tra i bracci di coda. Il design a tre sezioni dell'ugello del motore di propulsione di sollevamento consentiva di ruotare verso il basso di 95° da una posizione orizzontale. \
Espansione delle caratteristiche di manovrabilità
Anche durante il lavoro sull'R.1127, i tester hanno notato che l'uso di un vettore di spinta deflesso in volo facilita in qualche modo la manovra dell'aereo. Tuttavia, a causa del livello insufficiente di sviluppo tecnologico e della priorità dei programmi VTOL, fino alla fine degli anni '80 non furono condotti lavori seri nel campo dell'aumento della manovrabilità attraverso velivoli ad alta tecnologia.
Nel 1988, sulla base del caccia F-15 B, fu creato un velivolo sperimentale con motori con ugelli piatti e deflessione del vettore di spinta sul piano verticale. I risultati dei voli di prova hanno mostrato l'elevata efficienza dell'OVT nell'aumentare la controllabilità dell'aereo ad angoli di attacco medi e alti.
Più o meno nello stesso periodo, nell'Unione Sovietica fu sviluppato un motore con una deflessione assialsimmetrica di un ugello a sezione trasversale circolare, il cui lavoro fu svolto parallelamente al lavoro su un ugello piatto con deflessione sul piano verticale. Poiché l'installazione di un ugello piatto su un motore a reazione è associata a una perdita del 10-15% della spinta, è stata data preferenza a un ugello rotondo con deflessione assialsimmetrica e nel 1989 è avvenuto il primo volo del caccia Su-27 con un motore sperimentale posto.
Principio operativo
Uno schema con deflessione del flusso nella parte subsonica è caratterizzato dalla coincidenza dell'angolo di deflessione meccanica con quello gasdinamico. Per un circuito con deflessione solo nella parte supersonica, l'angolo gasdinamico è diverso da quello meccanico.
Il design del diagramma degli ugelli mostrato in riso. 1a, deve avere un'unità aggiuntiva che garantisca la deflessione dell'intero ugello. Schema ugelli con deviazione del flusso solo nella parte supersonica riso. 1b non presenta infatti particolari elementi atti a garantire la deviazione del vettore di spinta. Le differenze nel funzionamento di questi due schemi sono espresse nel fatto che per garantire lo stesso angolo effettivo di deflessione del vettore di spinta, lo schema con deflessione nella parte supersonica richiede grandi coppie di controllo.
Gli schemi presentati richiedono inoltre la risoluzione dei problemi volti a garantire caratteristiche peso-dimensionali accettabili, affidabilità, durata e velocità.
Esistono due schemi di controllo del vettore di spinta:
- con controllo su un piano;
- con controllo su tutti i piani (con deflessione su tutti gli angoli).
Controllo vettoriale gas-dinamico della spinta (GUVT)
È possibile ottenere un'elevata efficienza del controllo del vettore di spinta utilizzando controllo gas-dinamico del vettore di spinta (GUVT) a causa dell'alimentazione asimmetrica dell'aria di controllo nel percorso dell'ugello.
Un ugello gasdinamico utilizza una tecnica a “getto” per modificare l’area effettiva dell’ugello e deviare il vettore di spinta, mentre l’ugello non è regolabile meccanicamente. Questo ugello non ha parti mobili calde e fortemente caricate; si adatta bene alla struttura dell'aereo, riducendone il peso.
I contorni esterni dell'ugello fisso possono fondersi perfettamente con i contorni dell'aereo, migliorando le caratteristiche di bassa osservabilità del progetto. In questo ugello, l'aria proveniente dal compressore può essere diretta agli iniettori nella sezione critica e nella parte in espansione per modificare rispettivamente la sezione critica e controllare il vettore di spinta.
La formazione delle forze di controllo è assicurata dal seguente ordine di operazioni.
- Nella prima fase di funzionamento dell'ugello (figura 5) aumentare l'angolo di deflessione delle alette della parte divergente dell'angolo dell'ugello α installazione delle alette di uscita della parte espandibile 3 ugelli
- Nella seconda fase (Fig. 6), nel modo di generare forze di controllo su parte della superficie dell'ugello, gli smorzatori si aprono 8 affinché l'aria atmosferica entri in parti della superficie laterale della parte espandibile dell'ugello 3 . SU Fig.6 vista mostrata UN e la direzione del flusso d'aria atmosferica attraverso fori aperti con serrande su parte della superficie laterale. Ammortizzatori di commutazione 8 sulla metà opposta della parte laterale in espansione dell'ugello porta alla deflessione del getto e del vettore di spinta del motore ad angolo β nella direzione opposta.
Per creare forze di controllo in un motore con un ugello supersonico, puoi modificare leggermente la parte supersonica di un ugello esistente. Questo aggiornamento relativamente semplice richiede modifiche minime alle parti principali e ai gruppi dell'ugello standard originale.
Durante la progettazione, la maggior parte (fino al 70%) dei componenti e delle parti del modulo ugello non può essere modificata: la flangia di montaggio sul corpo motore, il corpo principale, gli azionamenti idraulici principali con unità di fissaggio, leve e staffe, nonché mentre la sezione critica si apre. Cambiano i disegni delle alette e dei distanziatori della parte espandibile dell'ugello, la cui lunghezza aumenta e in cui sono stati realizzati fori con ammortizzatori rotanti e attuatori idraulici. Inoltre, viene modificato il design delle alette esterne e i relativi cilindri pneumatici vengono sostituiti con cilindri idraulici, con una pressione di esercizio fino a 10 MPa (100 kg/cm2).
Vettore di spinta deflessibile
Vettore di spinta deflessibile (OVT) - funzione dell'ugello, modificando la direzione del getto. Progettato per migliorare le caratteristiche tattiche e tecniche dell'aereo. Un ugello a getto regolabile con vettore di spinta deflessibile è un dispositivo con dimensioni della sezione trasversale critica e di uscita variabili a seconda delle modalità operative del motore, nel canale del quale il flusso di gas viene accelerato per creare la spinta del getto e la capacità di deviare il vettore di spinta in tutte le direzioni.
Applicazione su aerei moderni
Attualmente, il sistema di deflessione del vettore di spinta è considerato uno degli elementi obbligatori di un moderno aereo da combattimento a causa del significativo miglioramento delle qualità di volo e di combattimento causato dal suo utilizzo. Anche le questioni relative alla modernizzazione della flotta esistente di aerei da combattimento che non dispongono di OVT vengono studiate attivamente sostituendo i motori o installando unità OVT su motori standard. La seconda opzione è stata sviluppata da uno dei principali produttori russi di motori a turbogetto: la società Klimov, che produce anche l'unico ugello seriale al mondo con deflessione del vettore di spinta a tutti gli angoli per l'installazione sui motori RD-33 (famiglia di caccia MiG-29 ) e AL-31F (caccia di marca Su).
Aerei da combattimento con vettorizzazione della spinta:
Con deviazione assialsimmetrica del vettore di spinta
- Su-27SM2 (motore AL-31F-M1, prodotto 117S)
- Su-30 (motore AL-31FP)
- PAK FA (prototipo)
- F-15 S (sperimentale)
Nello slalom i rollio sono identici, cioè sono anche alti, ma non c'è traccia di sottosterzo! Alla stessa velocità con cui la versione “non sistematica” faceva scorrere il frontale con tutta la sua forza, l’Outlander Sport semplicemente gira e va avanti. Il contrasto è particolarmente evidente su un arco con raggio decrescente, dove il comportamento dell’auto sembrava del tutto irrealistico. Se la versione normale riusciva a malapena a completare questo esercizio a una velocità di 30 km/h, la nuova modifica, dotata di S-AWC, lo ha completato facilmente a 40 km/h.
L'auto si comporta in modo molto più sicuro sia sul cerchio (lo scivolamento inizia più tardi) che durante il “riarrangiamento”, che può essere completato anche a una velocità maggiore e, a differenza della versione normale, quasi senza deriva. In breve, il comportamento dell'Outlander Sport in modalità estreme non può essere definito altro che miracoloso: il crossover sembra ignorare le leggi della fisica. Ora vediamo se la differenza si noterà durante la guida su strade pubbliche.
Quasi un atleta
Per prima cosa ricordiamo le sensazioni di guidare un normale Outlander, senza il prefisso Sport nel nome, cioè senza S-AWC. Il crossover si trova perfettamente su una linea retta, ignora dossi e solchi, ma entrando rapidamente in curva, il guidatore ha una sensazione di incertezza dovuta ai grandi rollio e alla mancanza di forza reattiva sul volante. Ma se guidi con calma, tutto torna alla normalità. La scorrevolezza della guida è eccellente, anche se il telaio non riesce più a far fronte all'asfalto francamente rotto. Tuttavia, nelle vicinanze di San Pietroburgo, dove si è svolto il test, in alcuni punti le strade sono così pessime che è ora di guidare un carro armato anziché un’auto. Tra le carenze noto un netto peggioramento della fluidità di guida sul divano posteriore rispetto ai sedili anteriori. Inoltre, i passeggeri della seconda fila difficilmente sentono chi siede davanti a causa del forte rumore dei pneumatici.
Vale la pena dire che questa vettura è stata prodotta nel 2013. E nel 2014, il crossover ha ricevuto miglioramenti molto significativi. Quindi ho l'opportunità non solo di scoprire come guida la modifica Outlander Sport, ma anche di valutare altre innovazioni nella pratica. Innanzitutto noto una sospensione più assemblata, che ha iniziato a replicare un po' più nel dettaglio il microprofilo dell'asfalto. Ma il telaio aggiornato resiste meglio agli urti gravi ed è più resistente al rotolamento in condizioni di guida normali. Dal 2014, tutte le modifiche dell'Outlander hanno ricevuto questa sospensione.
Ma il volante più stretto è prerogativa esclusiva della versione Outlander Sport. E la sensazione dell'auto è diventata completamente diversa: sembra che abbia teso i muscoli e non mi sento più insicuro nei turni veloci. Inoltre, il comportamento del crossover ha note sportive! Mi piace molto di più questa macchina.
Inoltre, il comfort per i passeggeri posteriori è stato notevolmente migliorato, soprattutto acustico. Tutte le modifiche dell'Outlander del 2014 hanno ricevuto un isolamento acustico aggiuntivo, e questo è evidente a orecchio nudo: ora posso parlare tranquillamente con l'autista stando seduto sul sedile posteriore. E la sospensione più rigida, sorprendentemente, si è rivelata meno tremante. Sì, sì, questo accade quando lo chassis è configurato correttamente.
Per quanto riguarda l'S-AWC, il suo funzionamento non si avverte affatto durante la guida normale. Questo è prevedibile. Il sistema fa il suo lavoro inosservato, per questo gli va dato onore e lode. In breve, la Mitsubishi Outlander migliora ogni anno. Nel 2015, il crossover subirà un aggiornamento globale. Aspettiamo quindi un nuovo incontro.
Caratteristiche tecniche della Mitsubishi Outlander Sport 3.0
Equazione differenziale
Come funziona il sistema di controllo del vettore di spinta?
Equazione differenziale
Come funziona il sistema di controllo del vettore di spinta?
Pavel Mikhailov, pubblicato il 2 maggio 2017Nella foto: aziende manifatturiere
C'è un differenziale in ogni macchina, ma perché è necessario? Cos'è un "differenziale attivo" con funzione di torque vectoring e perché aiuta a girare? Scopriamolo!
Durante la guida, tutte le ruote di un'auto ruotano a velocità diverse. Se non altro perché la strada è irregolare e se una delle ruote colpisce un dosso, percorre una distanza maggiore rispetto a tutte le altre guidando su una strada pianeggiante. Ma in curva va tutto davvero male: ciascuna delle quattro ruote percorre il proprio raggio (attenzione alle tracce lasciate dalle auto sulla neve).
E se questo non è un problema per le ruote non motrici, allora con le ruote motrici tutto non è così semplice. Quando due ruote motrici sono collegate da un albero rigido, i pneumatici scivoleranno o scivoleranno costantemente, il che significa che si consumeranno rapidamente. Allo stesso tempo, il consumo di carburante aumenterà e l'auto si comporterà peggio. Per evitare questi problemi, le auto sono dotate di differenziali.
L'inventore del differenziale è considerato il matematico francese Onesiphore Peccoeur, e l'evento stesso risale al 1825. Anche se secondo alcune fonti un dispositivo simile esisteva già nell’Antica Roma, lasciamo la questione storica agli specialisti. In questo articolo presteremo maggiore attenzione a un sistema relativamente giovane noto come torque vectoring, che tradotto dall'inglese significa "controllo del vettore di spinta".
Innanzitutto, vale la pena capire come funziona un differenziale in generale. È composto da quattro elementi principali: l'alloggiamento, i satelliti, l'asse satellitare e gli ingranaggi dell'asse. Il principio del suo funzionamento è semplice: l'alloggiamento del differenziale è rigidamente collegato all'ingranaggio condotto dell'ingranaggio principale, l'asse dei satelliti è rigidamente collegato all'alloggiamento. La coppia viene trasmessa al corpo, da esso all'asse dei satelliti e, di conseguenza, ai satelliti stessi - e questi, a loro volta, trasmettono la forza agli ingranaggi dei semiassi.
Ricorda come, da bambino, mettevi in equilibrio un amico della stessa corporatura su un'altalena: potevi restare sospeso in aria senza toccare il suolo. In un differenziale, gli ingranaggi del semiasse sono gli stessi, quindi anche il braccio di forza per i semiassi sinistro e destro è lo stesso, il che significa che la coppia sulle ruote sinistra e destra è la stessa.
Il differenziale consente alle ruote di girare in direzioni diverse l'una rispetto all'altra. Prova a girare una ruota motrice dell'ascensore: la seconda ruoterà nella direzione opposta. Tuttavia, rispetto all'auto, queste ruote ruotano in una direzione: dopo tutto, ruota anche l'alloggiamento del differenziale! È come camminare all'indietro su un autobus e allontanarsi comunque dalla persona rimasta alla fermata. Si scopre quindi che le due ruote ruotano con la stessa forza e hanno la capacità di farlo a velocità diverse. Questo è mostrato nel modo più chiaro possibile nel video:
Questo design ha uno svantaggio: entrambe le ruote ricevono la stessa coppia e, per far girare meglio l'auto, sarebbe bello fornire più coppia alla ruota esterna. Quindi, quando premi il gas, l'auto girerà letteralmente in curva e l'effetto sarà molto più pronunciato rispetto a un'auto con trasmissione a asse singolo e differenziale libero. Ma come implementare un sistema del genere in un progetto reale?
Oggi tali sistemi stanno diventando sempre più popolari. L'espressione “torque vectoring” si è sentita per la prima volta nel 2006, ma un sistema simile, chiamato Active yaw control, è apparso sulle piste da rally negli anni Novanta: era equipaggiato con la Mitsubishi Lancer Evolution IV, che ha debuttato nel 1996. Ma prima di esaminare in dettaglio il design di un differenziale a tutti gli effetti con un sistema di torque vectoring, diamo prima un'occhiata al suo analogo semplificato utilizzato nella Ford Focus RS. Un sistema simile viene utilizzato nella trasmissione della Land Rover Discovery Sport e della Cadillac XT5.
Il sistema è abbastanza semplice: è anche un po' più semplice della tradizionale trazione integrale, perché non ha differenziale posteriore. Ci sono solo due giunti, ciascuno dei quali collega il proprio semiasse. Quando si guida in linea retta senza scivolare, l'auto rimane a trazione anteriore, le ruote posteriori vengono innestate solo quando si scivola e si gira (in una svolta a sinistra - la ruota posteriore destra e viceversa). La ruota può ricevere fino al 100% della coppia trasmessa all'asse posteriore, quindi il sistema compensa il sottosterzo risultante, come se l'auto girasse.
Ma cosa succede se c'è un solo asse motore e in modalità silenziosa è necessario un differenziale, e per di più aperto, ma in curva si desidera fornire più coppia alla ruota esterna per controllare più efficacemente l'auto con il gas? , e ridurre anche il sottosterzo?
Tali soluzioni esistono anche nella moderna industria automobilistica. Ad esempio, l'ultima generazione Lexus RC F e GS F sono dotate di un differenziale posteriore in grado di distribuire la coppia tra le ruote sinistra e destra. In tale unità nel cambio posteriore, l'ingranaggio principale ruota l'alloggiamento del differenziale più comune, ci sono anche due ingranaggi planetari overdrive che, con l'aiuto di un pacco frizione, possono collegare l'alloggiamento del differenziale al semiasse. Pertanto, attraverso un ingranaggio planetario, viene fornita una coppia aggiuntiva alla ruota esterna, grazie alla quale si verifica l'effetto di avvitamento in curva.
Una soluzione simile è stata applicata all'asse posteriore delle BMW X6 M e X5 M a trazione integrale: sia per BMW che per Lexus, mentre per Cadillac e Land Rover il sistema è stato sviluppato e prodotto da GKN. La differenza, in linea di massima, sta solo nella scatola della trasmissione finale: ad esempio la BMW lo ha in alluminio, mentre la Lexus lo ha in ghisa. L'azionamento delle frizioni a frizione di entrambi i produttori è meccanico, viene eseguito da frizioni GKN identiche.
Anche le auto Audi con differenziale sportivo opzionale hanno un sistema simile, ma qui non ci sono ingranaggi planetari, ma semplici ingranaggi interni. Ma il principio di funzionamento è assolutamente lo stesso: utilizzando un pacco frizione, due marce sono collegate e l'albero dell'asse è collegato all'alloggiamento del differenziale tramite un overdrive. Per una comprensione più completa potete guardare questo video:
Quanto è grande l’effetto dell’utilizzo dei differenziali avanzati? La rivista americana Car and Driver ha condotto un test comparativo di due Lexus RC F, una delle quali era dotata di un sistema differenziale torque vectoring e la seconda di un convenzionale "autoblocco". Grazie alle accelerazioni massime più elevate, agli angoli di sterzata più bassi e ai tempi sul giro migliori per l'auto con differenziale attivo, il carattere dell'auto è cambiato verso il sovrasterzo. E sono contento che sia disponibile non solo per le auto sportive, ma anche per il crossover compatto Nissan Juke, anche se in una versione un po' semplificata.
Per ora, non aspettatevi che tali sistemi sostituiscano i differenziali tradizionali: dopo tutto, sono più complessi, più costosi e più necessari ai guidatori attivi. Tuttavia, con l'avvento dell'era dei veicoli elettrici, appariranno le più ampie opportunità per controllare il torque vectoring: dopotutto, se ogni ruota motrice ha il proprio motore elettrico, l'implementazione dell'effetto torque vectoring sarà solo una questione di software .
