Kanalinis sparnas

Kanalinis sparnas – propeleriu varomo fiksuoto sparno orlaivio (lėktuvo) sparno tipas, pasižymintis papildomą keliamąją galią kuriančiu apverstos arkos formos išlinkiu / kanalu po propeleriu. Kanalinio spanro idėją XX amžiaus trečiame dešimtmetyje pasiūlė Jungtinių Amerikos Valstijų inžinierius Vilardas Rėjus Kasteris (angl. Willard Ray Custer).

Nepaisant teikiamų pranašumų koncepcija nepapilto – per beveik šimtą metų nuo koncepcijos atsiradimo buvo pagaminta tik keletas vienetinių eksperimentinių tokio tipo lėktuvų.

Idėjos kilmė ir vystymas 

1925 m. V. Kasteris pats stebėjo kaip labai stiprus vėjo gūsis pakėlė tvarto stogą. Šis efektas aiškinamas dideliu vėjo greičiu ir dėl to virš stogo susiformavusia mažesnio slėgio zona. Uždaryto tvarto viduje likus aukštam slėgiui, dėl slėgių skirtumo susiformavusi keliamoji jėga pakėlė stogą. Tokiu pačiu slėgių skirtumu aiškinama ir lėktuvo sparnų keliamosios galios principas.

Kasteris tyrė šį reiškinį ir 1928 m. sukūrė pirmąjį pusvamzdžio, o ne įprasto profilio sparno modelį. 1929 m. jis gavo atitinkamą patentą. Išradėjas 1942 m. lapkričio 12 d. išbandė CCW-1 (angl. Custer Channel Wing 1) – pirmąjį lėktuvą su kanaliniu sparnu. Vėliau Kasteris sukūė dar keletą tokio tipo lėktuvų, paskutinis kurių – CCW-5 – pagamintas 1964 m.

Veikimo principas 

Kanalinio sparno veikimo principas yra tai, kad keliamoji jėga yra kuriama ne sparną aptenančio oro srauto, sąlygojamo lėktuvo greičio, o propelerio traukiamo oro srauto, judančio propelerio kanalu. Propelerio kanalas iš apačios nėra pralaidus orui, ir propeleris negali įsiurbti oro iš po sparno, todėl oro srautas propelerio kanale pasižymi žemesniu slėgiu nei po sparnu esantis oras.

Lėktuvo su kanaliniu sparnu keliamoji galia priklauso ne nuo lėktuvo greičio oro atžvilgiu, o nuo propelerio kuriamo oro srauto greičio propelerio kanale.

Dėl šio skirtumo lėktuvo su kanaliniu sparnu pakilimui pakanka nedidelio greičio. Kastardo teigimu, jo lėktuvas galėjo kilti beveik vertikaliai. Visgi praktiškai, kadangi fiksuoto sparno lėktuvų vairų efektyvumas priklauso nuo lėktuvo greičio, net jei ir šis Kastardo teiginys būtų teisingas, tokiu lėktuvu kilti vertikaliai būtų nesaugu dėl neefektyvių vairų. Visiškas vertikalus kilimas yra teoriškai įmanomas, tačiau tam reikia papildomų valdymo priemonių.

Taikymas ir apribojimai 

Kanalinio sparno konstrukcija nepaplito, nepaisant teorinių ir eksperimenių Kasterio įrodymų, kad šis principas veikia, o jo lėktuvai gali kilti vertikaliai. Viena to priežasčių – įprastinių vairų naudojimas. Jų veikimui reikalingas tam tirkas oro greitis. Dėl šios priežasties Kasterio lėktuvai buvo įvardinti ne vertikalaus pakilimo, o tik kaip STOL (angl. Short Take-Off and Landing; liet. – trumpo kilimo ir tūpimo). Šių lėktuvų pakilimui pakako labai trumpų kilimo ir tūpimo takų – 200 pėdų (61 m.) CCW-1, 66 pėdų (20 m.) CCW-2, kilimo greičiui esant tik 20 mylių per valandą (32 km/h).

Kasteris eksperimentavo tiek su grynais kanaliniais sparnais, tiek ir su orlaiviais, kuriuose greta kanalinio sparno už kanalo buvo įrengiamas papildomas tradicinis sparnais. Tokia konstrukcija labai gerai pasirodė tik esant santykinai mažam greičiui. Augant greičiui, didėjant sraigto apsisukimų dažniui atsiranda vibracijos, auga triukšmas, kyla konstrukcijos deformacijos grėsmė.

XXI a. trečiame dešimtyje žinota apie du išlikusius Kasterio lėktuvus. CCW-1 yra demonstruojamas JAV Merilendo valstijos Suitland mieste esančiame Smithso nacionaliniame aviaicjos ir kosmoso muziejuje. Verslo lėktuvo „Baumann Brigadier“ pagrindu sukurtas CCW-5 buvo eksponuojamas Vidurio Atlanto aviacijos muziejuje Pensilvanijoje.

1975–1990 m. Antonovo konstruktorių biure Kijive buvo kuriamas sovietinis lėktuvo su kanaliniu sparnu modelis. Orlaivis, gavęs indeksą „Izdelyje 181“ (An-181) buvo varomas vienu varikliu, sukusiu du propelerius. Lėktuva sbuvo kuriamas kaip bandomasis, sėkmės atveju buvo planuojama kurti didesnį jo variantą. Esant didesnių prioritetų konstravimas ir bandymai vyko labai lėtai, o žlugus SSRS buvo visiškai nutraukti. Vientelis pagamintas lėktuvas eksponuojamas Kijivo aviacijos muziejuje.

Konstrukcijos privalumai ir trūkumai 

Nedidelė kanalinio sparno kuriamos keliamosios galios priklausomybė nuo lėktuvo greičio leidžia lėktuvui skristi mažais greičiais. CCW-5 atveju jo smukos greitis siekė apie 56 km/h.

Daugiausiai tirta lėktuvų su kanaliniu sparnu aerodinaminė schema – dvimotoris monoplanas. Tokia schema didino skrydžio stabilumą, tačiau kartu kėlė grėsmę, jog sugedus vienam varikliui lėktuvas taps sunkiai valdomas kai vienas sparnas neteks kanalo kuriamos keliamosios galios.

NASA atlikti tyrimai nustatė, kad kanalinio sparno schemos siiūlomi keliamosios galios ir pakilimo tako ilgio pranašumai jos trūkumų, susijusių su kilimu, valdymu (pvz. vertikaliam tūpimui ar kilimui reikia labai aukštai kelti nosį), skrydžiu didesniais greičiais (pvz. konstrukcijos sąlygojamas oro pasipriešinimas ir polinkis į vibracijas), kas būtų labai apsubkinę sertifikavimą pagal bendrosios aviacijos reikalavimus.

Hibridinis kanalinis sparnas 

1999–2004 m. Atlantos technologijų tyrimų instituto Džordžijos instituto (angl. Georgia Institute of the Technology Research Institute in Atlanta) vadovaujamo Langlio tyrimų centro (angl. Langley Research Center) finansuojamo jungtinio mokslinių tyrimų projekto metu buvo tiriamos kanalinio sparno principu veikiančių Koandos efektą išnaudojančių spanų galimybės.

Tyrimas leido sukurti sparną su geresniais keliamosios jėgos, mažesnio atakos kampo galimybėmis, išspręsti kai kurie kanalinio sparno konstrukciniai trūkumai. Šis sparnas buvo užpatentuotas.

Orlaiviai su kanaliniu sparnu

Papildoma literatūra 
 (EN) Boyne, Walt (May 1977). „The Custer Channel Wing Story“. Airpower Magazine. Vol. 7, no. 3. pp. 8–19, 58.
 (EN) Brown, Kevin (September 1964). „Cockpit-Testing the Legendary Channel-Wing“. Popular Mechanics.
 (EN) „Channel Wing Flown in Demonstration“. Aviation Week. Washington D.C. 1959-09-28.
 (EN) „Custer’s Production Model Takes Bow“. Air Progress Magazine. October 1964.
 (EN) Englar, Robert; Campbell, Brian (2002). Development of Pneumatic Channel Wing Powered-Lift Advanced Super-STOL Aircraft. 1st Flow Control Conference 24–26 June 2002. St. Louis, Missouri: AIAA. pp. 2002–3275. doi:10.2514/6.2002-3275.
 (EN) Liska, Donald (March 1953). „Channel Wing Aircraft“. The Wisconsin Engineer. 57 (6): 16–19, 44.

Išorinės nuorodos 
 Custer-Channelwing archyvas
 „Custer Channel Wing“ svetainė
 Vaizdo įrašas, kuriame Kasteris paaiškina savo teoriją ir tikra skrydžio filmuota medžiaga
 Custer CCW-1 Nacionalinio aviacijos ir kosmoso muziejuje. Nuotraukos
 Custer CCW-5 Vidurio Atlanto aviacijos muziejuje. Nuotraukos.
 Modern channelwing aircraft design „Stavatti“ sukurtas kanalinio sparno orlaivio modelis
 Kasterio kanalinis sparnas

Išnašos 

Orlaivių konstrukcija