Lėktuvo sparnuose įprastai yra nemažai judančių dalių – jų pagalba valdomas orlaivis. Tačiau joks lėktuvas neturi tokių sparnų kaip NASA prototipas AD-1, bandytas 1979-1982 metais – šio keistuolio sparnai buvo sujungti į vieną ir galėjo būti pasukti net 60 laipsnių kampu.
Tai, kad abu AD-1 sparnai sudarė vieną mazgą, nestebina – tokių lėktuvų yra daug. Tačiau keista tai, kad šio lėktuvo sparnai galėjo būti pasukti įžambiai fiuzeliažo atžvilgiu. Taip skrydžio metu dešiniojo sparno galas buvo pastumiamas pirmyn, kairiojo – atgal, ir sparnas gulėjo įstrižai fiuzeliažo. Tik kam to reikėjo?
NASA AD-1 buvo inžinieriaus Roberto Thomaso Joneso tyrimų rezultatas. Nors Jonesas buvo gerbiamas aerodinamikos specialistas ir labai geras matematikas, jis buvo savamokslis. Galima pamanyti, kad formalaus išsilavinimo trūkumas Jonesui tik padėjo, nes jo idėjos nebuvo įrėmintos ankstesnių inžinierių bandymais.
Robertas Jonesas ir jo aštrūs sparnai
1945 metais Jonesas išvystė delta sparno idėją, kuri tuo metu nebuvo šiltai priimta. Tiesą sakant, kiti NACA (NASA pirmtakė) inžinieriai laikė Jonesą keistuoliu, tačiau iš karto sukluso, kai sužinojo, kad panašaus sparno idėją karo metu bandė ir vokiečiai. Delta sparnas – tai trikampio formos sparnai, taip pavadinti dėl graikiškos raidės delta raidės (Δ) formos. Delta sparnai idealiai tiko itin greitiems lėktuvams, nes yra standesni ir pasižymi geresniu keliamosios jėgos/oro pasipriešinimo santykiu. Daugybė vėliau gamintų reaktyvinių naikintuvų turi delta tipo sparnus – tai iš dalies yra ir Joneso tyrimų nuopelnas.
Jei delta sparnai neturėtų trūkumų, tikriausiai juos naudotų visi lėktuvai, įskaitant ir tuos, kurie jus skraidina atostogauti. Bet tų trūkumų yra. Visų pirma, jie nesukuria tiek daug keliamosios jėgos kaip ilgi įprastos formos sparnai. Labai galingiems lengviems naikintuvams (kaip Convair Sea Dart), kurie greitai išvysto milžinišką greitį (didesnis greitis – didesnė keliamoji jėga) tai nėra problema. Skirtingas užduotis geriau atlieka skirtingi sparnai – ilgi puikiai tinka kilimui ir tūpimui, trumpesni – skrydžiui kreiseriniu ir maksimaliu greičiu. Bet kas skrydžio metu permontuos lėktuvo sparnus?
Ir tokių lėktuvų, kurie tarsi medžiojantis erelis suglaudžia sparnus, yra. Vokietijoje dar Antrojo pasaulinio karo metais buvo kuriamas Messerschmitt Me P.1101 su keičiamo strėliškumo sparnais. Po karo nebaigtas P.1101 prototipas atsidūrė JAV, kur amerikiečiai toliau tobulino šią idėją. Galiausiai keičiamos geometrijos sparnus turėjo visa eilė amerikietiškų, britiškų ir rusiškų lėktuvų. Tokie lėktuvai kyla naudodami ilgų sparnų privalumus, o vėliau juos suskleidžia siekdami didesnio greičio.
Problema ta, kad keičiamo strėliškumo sparnams reikia labai sudėtingo mechanizmo, kuris ne tik suglaustų sparnus, bet ir kompensuotų pasikeitusią keliamosios jėgos pusiausvyrą (centruotę). Ir tai buvo viena iš priežasčių, kodėl Robertas Jonesas labiau susidomėjo kitais Vokietijos aviacijos kūriniais.
Antrojo pasaulinio karo metu Vokietijos inžinieriai vystė ir pasukamų sparnų idėją – buvo kuriami Blohm & Voss P.202 ir Messerschmitt Me P.1009-01 eksperimentiniai lėktuvai. Jie nebuvo užbaigti, bet Jonesas, kuris po karo dirbo garsioje NACA laboratorijoje Ames, labai susidomėjo tokia konstrukcija.
NASA AD-1 – keistuolis su pasukamais sparnais
Keičiamo strėliškumo mechanizmas, paprastai tariant, efektyviai sumažina lėktuvo plotį ir pagerina jo aptakumą. Tačiau nukreipus abu sparnus atgal pasikeičia keliamosios jėgos centras ir tai turi būti kompensuota naudojant kitus mechanizmus. Ir būtent dėl to Jonesui taip patiko pasukamų (skersuojamų) sparnų idėja. Ant vienos ašies sumontuota sparnų pora, kaip manė Jonesas, galėtų būti pasukta įžambiai ir taip sumažintų oro pasipriešinimą, išlaikydama keliamosios jėgos centrą toje pačioje vietoje. Be to, pats sparnų pasukimo mechanizmas būtų paprastesnis nei keičiamo strėliškumo orlaiviuose, nes teoriškai čia tėra viena judanti detalė – tas sparnų mazgas.
Jonesas atliko bandymus vėjo tunelyje ir išsiaiškino, kad pasukami sparnai leistų sumažinti oro pasipriešinimą. Tai leistų siekti didesnio greičio arba sumažintų degalų sąnaudas. 1979 metais idėja tapo kūnu – NASA bazę Kalifornijoje pasiekė baltutėlis AD-1 prototipas, Niujorke pagamintas už 240 tūkstančių dolerių. Tai – labai maža suma ir buvo akivaizdu, kad AD-1 yra biudžetinis prototipas
NASA AD-1 ilgis – 11,83 m. Įprastoje kilimo-tūpimo padėtyje jo sparnų ilgis siekė 9,85 metrus, bet pasukus sparnu 60 laipsnių kampu lėktuvo plotis sumažėdavo iki 4,93 m. Stiklo pluoštu sustiprintame plastiko fiuzeliaže buvo pora mažyčių turboreaktyvinių variklių Microturbo TRS 18, kurie mažiau nei toną sveriantį skrydžiui paruoštą lėktuvą galėjo pastumti iki 270 km/val. greičio. Tiesa, AD-1 teoriškai būtų galėjęs pasiekti ir 320 km/val., tačiau maksimalus lėktuvo greitis buvo apribotas vardan saugumo.
Pirmam skrydžiui AD-1 pakilo 1979-ųjų gruodžio 21 dieną. Iš pradžių sparnas buvo pasukamas tik truputį, stengiantis išlaikyti saugumą. Kadangi AD-1 buvo pagamintas labai pigiai, sparno pasukimo mechanizmas buvo labai paprastas – tiesiog elektrinis varikliukas su keliais krumpliaračiais. Į priekį visada keliaudavo dešiniojo sparno galas – AD-1 neturėjo galimybės pasukti sparną kitaip. Pilnas 60 laipsnių kampas buvo pasiektas tik 1981-ųjų viduryje. Bet AD-1 veikė! Prototipas įrodė, kad pasuktas sparnas gali efektyviai sumažinti oro pasipriešinimą.
NASA AD-1 buvo pagamintas pigiai ir tai jautėsi. Sparno pasukimo galimybė būtų aktuali greitiems lėktuvams, tačiau AD-1 neturėjo galingų variklių didesnio greičio bandymams. Taigi, pasukus sparną didesniu nei 45 laipsnių kampu orlaivis tapdavo prastai valdomas. Be to, pigiai stiklo pluošto konstrukcijai trūko standumo. Kitaip tariant, nors savo užduotis įvykdė, NASA AD-1 buvo prastas lėktuvas.
Jonesas buvo užsidegęs bandyti daug didesnius pasukamus sparnus. Jis svarstė, kad ši konstrukcija tiktų ne tik kariniams lėktuvams, bet ir komerciniams laineriams. Po paskutinių bandymų 1982 metais AD-1 iškeliavo į muziejų, bet NASA 1991-1994 metais bandė nedidelį radijo bangomis valdomo lainerio modelį. Jis buvo puikiai valdomas net pasukus sparnus 35-50 laipsnių kampu. Inžinieriai skaičiavo, kad pasukamus sparnus galėtų turėti net 500 vietų lėktuvas, bet ši idėja kūnu nevirto.
Kodėl? Pasukamas sparnas neišvengiamai turėtų labai sudėtingą mechanizmą. AD-1 buvo visai nedidelis lėktuvėlis – ar galite įsivaizduoti, kokio dydžio sparną turėtų pasukti Boeing 747 dydžio lėktuvas? Laineriai savo sparnuose gabenasi degalus, ledo tirpdymo sistemas, hidraulinius mechanizmus – kokio sudėtingumo aparatas užtikrintai ir saugiai pasuktų tokį sparną? Be to, tik viduryje ant besisukiojančios platformos pritvirtintas sparnas nebūtų ir pakankamai standus. Tos standumo ir tvirtumo problemos iš esmės palaidojo pasukamo sparno idėją ir karinės aviacijos inžinieriai liko prie keičiamo strėliškumo lėktuvų. Dabar Joneso idėjos prisimenamos tik kuriant dronus, bet ir šioje srityje proveržio nėra.