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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Voyager-Flugzeug. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Das Voyager-Modell 76 war das erste Flugzeug, das ohne Auftanken nonstop um die Welt flog. Chefdesigner - Burt Rutan. Pilotiert wurde das Flugzeug von Dick Rutan, dem älteren Bruder des Designers, und Jeana Yeager. Das Flugzeug startete am 4600. Dezember 14 von der 1986 Meter langen Landebahn der Edwards Air Force Base in Mojave und landete dort am 23. Dezember, 9 Tage, 3 Minuten und 44 Sekunden später, sicher. Während des Fluges legte das Flugzeug 42 km (FAI zählte die Distanz mit 432 km) in einer durchschnittlichen Höhe von 40 km zurück. Dieser Rekord übertraf schließlich den vorherigen, der 212 von einer B-3,4-Besatzung der US Air Force aufgestellt wurde, die 52 Meilen (12 km) flog. Dieses Flugzeug wurde für eine lange Reise entwickelt. Daher erhielt er den Namen "Voyager" - "Reisender". Der Rekordflug amerikanischer Piloten auf der Voyager kann nur Bewunderung hervorrufen. Das Flugzeug wurde von Testpilot Dick Rutan und der 34-jährigen Sportpilotin Gina Yeager geflogen. Neun Tage und vier Minuten waren sie in der Luft und landeten am 23. Dezember 1986 auf der Edwards Air Force Base in den Vereinigten Staaten, von wo aus sie ihren Flug begannen. Die Voyager legte in neun Tagen eine Strecke von 40 Kilometern zurück. Experten behaupteten, er könne noch 500 Kilometer weit fliegen.
Der Mensch hat zu allen Zeiten versucht, neue Grenzen zu erobern. Der weltweit erste Flugstreckenrekord wurde zu Beginn des 220. Jahrhunderts von dem Brasilianer Alberto Santos-Dumont aufgestellt, der mit einem Flugzeug seiner eigenen Konstruktion flog ... 25 Meter. Die vom sowjetischen Flugzeugkonstrukteur Andrei Nikolaevich Tupolev entwickelte ANT-1937 kann als eigenartiger Vorgänger der Voyager angesehen werden. Es wurden Chkalovsky-Rekorde aufgestellt, die für damalige Zeiten fantastisch waren, was der Entwicklung der sowjetischen Wissenschaft einen starken Impuls gab. Die ganze Welt applaudierte den sowjetischen Piloten, die XNUMX einen Nonstop-Flug von der UdSSR über den Nordpol nach Amerika unternahmen. Die Reise der Voyager zog auch die Aufmerksamkeit des Pentagon auf sich. Sein Sprecher erinnerte daran, dass der bisherige Weltrekord im Geradeausflug 1962 mit einem B-52-Bomber der US Air Force aufgestellt worden war. Dann startete die amerikanische „fliegende Festung“ in Tokio und landete auf dem US-Luftwaffenstützpunkt in Spanien, wobei sie über zwanzigtausend Kilometer flog. Die prominentesten Vertreter von Experimentalflugzeugen aus Verbundwerkstoffen waren zwei vom Designer Bert Rutan entworfene Flugzeuge: das Boeing-Geschäftsreiseflugzeug Beechcraft Starship-1 und das Rekord-Langstreckenflugzeug Rutan Voyager. Das erste dieser Flugzeuge, das 1983 hergestellt wurde, wurde mit Hilfe eines Computers entworfen, während Kohlefaser mit erhöhten technischen Indikatoren als Hauptkonstruktionsmaterial verwendet wurde. Gemäß dem Schema war das Beechcraft Starship-1-Flugzeug ein zweimotoriges "Enten" -Flugzeug, und das beabstandete vertikale Leitwerk befand sich an den Enden des Flügels und erfüllte gleichzeitig die Funktionen von Endscheiben. 1981 begann Rutan mit der Arbeit am Voyager-Flugzeug, das nonstop um die Welt fliegen sollte. Das bescheidene Wohnzimmer von Bert Rutans Haus in Mojave, Kalifornien, wurde zum Hauptquartier der Flugvorbereitung und diente diesem Zweck ganze fünf Jahre lang. Sein Bruder Dick und Gina Yeager, ein ehemaliger Zeichner, arbeiteten mit ihm zusammen. Und im Hangar Nr. 77 auf dem örtlichen Flugplatz gab es während dieser ganzen Zeit kein Ende für Freiwillige. Viele Anwohner äußerten den Wunsch, beim Bau des Flugzeugs mitzuhelfen. Besonders stolz waren die Brüder darauf, dass sie ihre Idee auf eigene Kosten umsetzten, ohne einen einzigen Cent vom Staat zu bekommen. Aber es wäre ein Fehler, ihnen völlige Desinteresse zu unterstellen. Mit der Gründung von Voyager Aircraft Incorporated legten die Rutans ein Programm auf, um ihr Geld zurückzubekommen und sogar von Showflügen und Werbung zu profitieren. Beispielsweise stellte die Mobile Oil Corporation ein neues synthetisches Öl für die Triebwerke der Voyager bereit, als Gegenleistung für den Erwerb des Rechts, das Bild des Flugzeugs in ihren Produktbroschüren zu verwenden. Der erste Testflug, der im Juni 1984 von Dick durchgeführt wurde, dauerte 30 Minuten. Die maximal geschätzte Flugzeit des Flugzeugs ohne Landung betrug 14 Tage, die Länge 45060 Kilometer. Doch der absolute Streckenrekord – ein Flug ohne Landung und ohne Tanken – fand zwei Jahre später statt. Die Flugreichweite hängt in erster Linie vom Verhältnis des Treibstoffgewichts zum Startgewicht des Flugzeugs ab. Die Masse des leeren Voyager-Flugzeugs betrug nur 840 Kilogramm bei einer Treibstoffmasse von 4052 Kilogramm. Das Startgewicht betrug 5137 Kilogramm. 72 Prozent des Startgewichts der Voyager waren Treibstoff! Zum Vergleich: Die heutigen Langstrecken-Passagierflugzeuge haben ein relatives Treibstoffgewicht von etwa 40 Prozent, während die ANT-25, ein Wunderwerk der 1930er Jahre, 52 Prozent hatte. Nicht umsonst wurde er in der amerikanischen Presse als „fliegender Gastank“ bezeichnet. Die Erhöhung der Treibstoffversorgung ist ein besonders schwieriges Problem für kleine Flugzeuge. Schließlich haben sie nicht genug Innenvolumen, um einen so großen Kraftstoffvorrat aufzunehmen. Auf der Voyager wurden die Treibstoffmengen durch die Verwendung eines zweistrahligen Anordnungsschemas erhöht. Neben herkömmlichen Containern, vor allem im Flügel, sowie im Rumpf und Höhenleitwerk, wurden zusätzliche Container dieser beiden Träger verwendet. Eine weitere wichtige Aufgabe bestand darin, das Gewicht des leeren Flugzeugs zu reduzieren. Die Reduzierung des Gewichts der Struktur wurde durch die Verwendung der neuesten Verbundwerkstoffe mit den besten Eigenschaften erleichtert. So ist die hauptsächlich verwendete Kohlefaser fünf- bis zehnmal stärker als Stahl und viel leichter als herkömmliche Aluminiumlegierungen. Das angewandte Zwei-Balken-Layout trug auch dazu bei, das Gewicht der Struktur zu reduzieren, da diese Balken, wie sie sagen, den Flügel "entlasteten" (das Biegemoment entlang des Flügels durch aerodynamische Kräfte aufgrund der Belastung des Flügels mit einem Moment in der entgegengesetzte Richtung, nach unten, von den Gewichtskräften der Balken mit Inhalt). Das Gewicht des Kraftwerks, der Ausrüstung und der Ausrüstung hat abgenommen. All dies trug zu einer Verringerung des erforderlichen Schubs oder der Motorleistung und damit ihres Gewichts und Kraftstoffverbrauchs bei. Eine weitere Möglichkeit, die Flugreichweite zu erhöhen, besteht darin, die Aerodynamik des Flugzeugs zu verbessern. Dadurch können Sie einen weniger leistungsstarken und gleichzeitig leichteren Motor mit geringerem Kraftstoffverbrauch wählen. Da es sich bei der Voyager um ein Langsamflugzeug handelt, ist ein erheblicher Anteil des Luftwiderstands der sogenannte induzierte Widerstand, der durch Wirbelbildung an den Flügelspitzen entsteht und mit zunehmender Spannweite abnimmt. Um dem entgegenzuwirken, wurde im Flugzeug ein extrem langer Flügel mit einem Seitenverhältnis von 33,8 (das Verhältnis der Spannweite zur durchschnittlichen Sehnenbreite) installiert, während in modernen Passagierflugzeugen das Flügelseitenverhältnis in der Regel nicht überschritten wird 10. Auf der Tragfläche befand sich die Gondel mit dem Cockpit und zwei Kolbenmotoren. Der luftgekühlte 130-PS-Frontmotor mit Zugpropeller wurde für den Start verwendet, während der flüssigkeitsgekühlte 110-PS-Heckmotor für den Hauptflug verwendet wurde. Die Triebwerke wurden von Teledine Continental für unbemannte Aufklärungsflugzeuge des Pentagon hergestellt. "... Der größte Fund des Designers B. Rutan", schreibt V. A. Kiselev in der Zeitschrift "Technology and Science", "ist die Entwicklung und Anwendung des Konzepts von zwei Motoren auf Voyager. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass zu sparen Kraftstoff, Sie müssen eine Motormindestleistung verwenden.Aber beim Fliegen in die Ferne wird das Gewicht des Flugzeugs aufgrund des Kraftstoffverbrauchs reduziert.Voyager hat auch eine Rekordabnahme - um das Fünffache!Daher ist es wünschenswert Reduzieren Sie die Kraftwerksleistung um dieses 5-fache. Eine Leistungsreduzierung aufgrund einer so starken Drosselung und Verringerung der Motordrehzahl ist unrentabel. Der spezifische Kraftstoffverbrauch steigt. Es ist wünschenswert, mit Drehzahlen zu fliegen, die nahe an den berechneten liegen. In einem solchen In dieser Situation war es sehr vorteilhaft, in der Anfangsphase des Fluges zwei funktionierende Motoren zu verwenden und nur einen - in der restlichen Zeit, wenn der Kraftstoffverbrauch das Gewicht des Flugzeugs reduzierte." Infolgedessen betrug der Kraftstoffverbrauch der Voyager im Durchschnitt nur 91 Gramm pro Kilometer. Dies entspricht etwa dem Verbrauch gewöhnlicher Personenkraftwagen vom Typ Zhiguli. Aber das Flugzeug ist um ein Vielfaches schwerer und fuhr außerdem nicht, sondern flog mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 185 Stundenkilometern. Zwei Motoren, das ist nicht nur Kraftstoffeinsparung, sondern auch erhöhte Sicherheit. Sie ermöglichen es Ihnen auch, im Notfall die Leistung zu erhöhen, wenn Sie eine Gewitterfront oder Berggipfel überwinden müssen. Anscheinend war es das Konzept der zwei Motoren, das das letzte Glied war, das schließlich den Erfolg ermöglichte. „Es ist unmöglich, zwei Triebwerke auf dem Flügel zu platzieren“, fährt Kiselev fort, „schließlich arbeitet nur eines für einen erheblichen Teil des Fluges und erzeugt einen asymmetrischen Schub.“ Das bedeutet, dass beide Schrauben entlang der Symmetrieachse liegen müssen des Flugzeugs. Verwenden Sie zwei koaxiale Schrauben, von denen sich jede mit einem eigenen Motor dreht, schlecht: Sie benötigen eine lange und schwere Welle vom hinteren Motor zum Propeller; ein gestoppter Propeller verringert die Effizienz des anderen. Dann kann es sein, dass Propeller und Motoren an den Enden des Rumpfes verteilen?Diese Lösung wird nicht funktionieren, da der hintere Propeller beim Landen und Starten entweder den Boden berührt oder um dies zu vermeiden, ein langes und schweres Fahrwerk erforderlich wäre, was klar ist unrentabel. Dann bewegen wir den hinteren Propeller nach vorne, verkürzen den Rumpf, aber bewegen das Höhenleitwerk (GO) nicht nach vorne, ohne seine Schulter zu verkürzen. Dies kann erreicht werden, indem das GO an zwei zusätzlichen Rumpfträgern befestigt wird. Das resultierende Layout ist bereits zufriedenstellend das überlegte Konzept von zwei Motoren. Aber achten wir auf die optimale FormFlügel der Voyager. Es ist sehr lang und schmal (mit einer kleinen Sehne). Bei einer so kleinen Sehne ist es schwierig, die Steifigkeit der Befestigung des Rumpfes und zweier Balken sicherzustellen; Die relativen Verformungen des GO und des Flügels werden erheblich sein, was die Stabilität und Steuerbarkeit des Flugzeugs verschlechtern wird. Außerdem gibt es GO in der Strömung von den Propellern, was, obwohl es das Handling verbessern kann, den Propellerschub verringert. Der letzte Umstand für ein Ultralangstreckenflugzeug hat einen bedeutenderen negativen Wert. In dieser Situation findet B. Rutan eine originelle Lösung: Um den Flügel und das GO auszutauschen, dh vom üblichen aerodynamischen Schema mit einem Heck, wechseln Sie zum "Enten" -Schema, bei dem sich das GO vor dem Flügel befindet . Jetzt verbindet das vordere GO die Träger und den Rumpf selbst, dh es ist eine zusätzliche Stütze für die Rumpfträger. Ein solches Schema bietet eine größere Steifigkeit und eine geringere Winkelverformung des GO relativ zum Flügel. Jetzt bremst nichts die Strömung vom Propeller des hinteren Hauptmotors. Daher ist die von B. Rutan gefundene Lösung die profitabelste, optimalste.“ Als ein Flugzeug zum ersten Mal aus dem Hangar Nr. 77 auf dem Mojave-Flugplatz gerollt wurde, waren die versammelten Experten und Journalisten von seiner seltsamen Ähnlichkeit mit einem riesigen fossilen Vogel – einem Pterodaktylus – beeindruckt. Am 14. Dezember 1986 konnte die Voyager, nachdem sie die Landebahn mit einer Geschwindigkeit von 70 Meilen pro Stunde hinaufgelaufen war (später lag die Fluggeschwindigkeit der Voyager zwischen 90 und 150 Meilen pro Stunde), einige Zeit nicht starten. Der voll mit Kraftstoff beladene Flügel gab trotz der Erhöhung seiner Biegesteifigkeit eine sehr große Durchbiegung. Am Ende des Starts des Flugzeugs, als starke elastische Biegeschwingungen des Flügels einsetzten, kam es zu mehreren Stößen der schwingenden Enden der Konsolen auf der Oberfläche der Landebahn. Die Flügellager sind abgefallen: der linke am Boden und der rechte in der Luft. Aufgrund dieser "Kleinigkeiten" wurde jedoch entschieden, den Flug nicht zu unterbrechen. V. Biryukov sprach ausführlich über den Voyager-Flug in der Zeitschrift Nature and Man: „...Dick verbrachte die ersten zwei Tage des Fluges fast immer am Steuer der Voyager, der Flug über den Pazifischen Ozean bereitete keine besonderen Schwierigkeiten , dann weiter über Malaysia, über den Indischen Ozean und vor allem über das Territorium Afrikas stießen Reisende auf Zonen starker atmosphärischer Unruhe ... ... Die Besatzung war gezwungen, den Kurs abrupt zu ändern (manchmal bis zu 90 Grad) und hastig nach unten oder oben zu gehen, um vor heimtückischen turbulenten Strömungen zu fliehen. Am dritten Tag der Reise im Gebiet des philippinischen Archipels kam es zu einem seltenen Moment, in dem auf Drängen des Expeditionsarztes, der auf dem Flugplatz in Mojave blieb, der Autopilot eingeschaltet wurde. Dick und Gina konnten sich ausruhen. Das Cockpit ist so klein - 70 x 210 x 140 Zentimeter, dass Dick mit zurückgelehntem Kopf im Pilotensitz döste und Gina sich rechts von ihm hinlegte, umgeben von zahlreichen Instrumenten und Gegenständen, die für den Flug notwendig waren. Was nicht im Cockpit war: Kraftstofftankschalter (es waren nur 16 an Bord), eine Nothandkraftstoffpumpe, automatisches und erzwungenes Betanken von Motoren mit Öl, ein Walkie-Talkie, Navigationsinstrumente, zwei Kanister Trinkwasser (40 Liter ), Container mit Proviant. Und eine weitere Schwierigkeit, die die Reisenden die ganzen neun Flugtage begleitete, war der ohrenbetäubende Lärm der Triebwerke. Fluglotsen am Boden in Mojave hielten über Satelliten Funkkontakt mit der Voyager oder nutzten die Dienste von Flugzeugrelais, die sich zufällig in unmittelbarer Nähe der Reisenden befanden. Sie berichteten, dass Dick und Gina nicht sofort auf Funkanfragen reagierten. Oft dauerte es mindestens fünf Minuten, bis die Piloten ihre Gedanken gesammelt hatten. Als die Voyager über den zentralen Atlantik flog und auf die Küste Lateinamerikas zusteuerte, leuchtete plötzlich ein rotes Licht auf dem Instrumentenbrett des Cockpits auf. Der Heckmotor ist sehr heiß, der Öldruck ist abgefallen. Und bald ging der Motor aus, nachdem er mehrmals niesen musste. Bodenlotsen schickten an Bord: „Achtung! Bereiten Sie sich auf eine Notlandung vor“ – und begannen auszurechnen, welcher der brasilianischen Flugplätze es schaffen könnte, Gina und Dick, denen der Rückenwind über dem westlichen Teil des Atlantiks eine kleine Pause gönnen durfte, wurden von unangenehmen Nachrichten überwältigt. Doch wenige Minuten später teilte die Besatzung dem Boden freudig mit, dass der Flug fortgesetzt werde. Müde vom Kampf gegen die Elemente, vergaßen die Piloten rechtzeitig Öl in den Motor zu füllen. Der Fehler wurde behoben, der Motor konnte starten. In der Endphase der Route, als die Voyager fast eineinhalb Tage lang buchstäblich zwischen Wirbelstürmen entlang der Westküste der Vereinigten Staaten und Mexikos hindurchgeschlichen war und sich der Edwards Air Force Base näherte, wurde die Treibstoffversorgung plötzlich unterbrochen. Und in demselben unglückseligen Heckmotor. Gina kletterte bis zu ihrer Hüfte in den rechten Flügel, stellte die automatische Pumpe ab und begann mit einer manuellen Kraftstoffversorgung. Aber die Missgeschicke endeten nicht dort - der Starter versagte. Dick schaltete den Autopiloten ein und kletterte auf die linke Tragfläche, wo sich die Sicherungen für die Elektrik befanden. Erst dann fing der Anlasser an zu arbeiten, und dann, nach etwas Fummelei, fing auch der Motor an zu arbeiten. Dann schaltete sich die automatische Kraftstoffpumpe ein und Gina konnte zu ihrem Platz im Cockpit zurückkehren. Am Ende überstanden Dick und Gina die mühselige neuntägige Tortur aus kontinuierlichem Lärm, rauen Schwankungen und den Unannehmlichkeiten eines kleinen Cockpits und beendeten diesen historischen Flug mit Auszeichnung bei Edwards AFB. Autor: Musskiy S.A.
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