История концепции дельта-крыло

Концепция дельта-крыла, отличающаяся своей характерной треугольной формой, стала одним из наиболее значимых достижений в истории авиации. Её уникальные аэродинамические свойства, особенно на высоких скоростях, сделали её незаменимой для создания сверхзвуковых самолётов. Эта статья прослеживает эволюцию дельта-крыла, начиная с его теоретических истоков и ранних экспериментов, через ключевые разработки в Германии и США, до его современного применения и влияния на мировую авиацию.

North American XB-70A/1 Valkyrie (источник)

Навигация

Истоки

Ранние эксперименты с треугольными формами

Идея использования треугольных поверхностей для стабилизации летательных аппаратов прослеживается ещё в трудах австрийского военного инженера Конрада Хааса, который в 1529–1556 годах описывал ракеты с треугольными плавниками.

Польско-литовский инженер Казимир Семенович в XVII веке развил эти идеи, предложив многоступенчатые ракеты с аналогичными стабилизаторами. Однако первые патентные заявки на дельтаобразное крыло как несущую поверхность появились лишь в 1867 году, когда британцы Дж. У. Батлер и Э. Эдвардс разработали проект дротикообразного самолёта с низким удлинением крыла. Их конструкция, несмотря на использование паровых двигателей и реактивных сопел, осталась теоретической, но заложила основы для будущих экспериментов.

Проекты дельта самолёта Батлера и Эдвардса (источник)

В 1909 году испанский скульптор и изобретатель Рикардо Каусарас создал моноплан с жёстким дельта-крылом, который совершил полёт за десять дней до знаменитого моноплана Луи Блерио. Его аппарат, запатентованный как «Аэроплан-моноплан Каусарас», отличался геометрией, предвосхитившей современные дельта-крылья: треугольное крыло сочеталось с центральной гондолой, обеспечивая продольную и поперечную устойчивость. Несмотря на успешные испытания, проект не получил поддержки из-за политической нестабильности в Испании, что оставило его в тени европейских разработок.

Патент «Aeroplane-Monoplane „Causarás“, датируемыя 20 июля 1909 года (источник)

Зарождение классического современного дельта-крыла

Будет важно начать с человека, заложившего основы дельта-крыла и напрямую повлиявшего на будущее как J35 Draken, так и проектов Convair F-102 Delta Dagger/F-106 Delta Dart, Dassault Mirage и др. — Александра Липпиша. Александр Липпиш — немецкий инженер-пионер в области аэронавтики, доктор технических наук и один из ведущих специалистов в области аэродинамики. Его карьера началась в 1918 году на заводе Zeppelin-Dornier, где к 1921 году он сосредоточился на создании бесхвостых летательных аппаратов. Он оказал глубокое влияние на дизайн самолётов с крылом конфигурации дельта и аэродинамикой реактивных самолётов. Его работы заложили основу для многих культовых истребителей эпохи холодной войны.

Alexander Lippisch с масштабной моделью концепции дельта-крыла (источник)

Некоторые ключевые конструкции и концепции Липпиша

Me 163 Komet

К 1939 году, присоединившись к Messerschmitt, Липпиш разработал Me 163 Komet — первый в мире ракетный истребитель, поступивший на вооружение. Он не обладал классическим дельта-крылом, но при этом использовал принципы бесхвостой аэродинамики, разработанных Липпишем.

Планер DM-1 (1944)

Экспериментальный планер с треугольным крылом, имеющим стреловидность 60°, с отсутствующим горизонтальным стабилизатором.

Служил «чертежом» для сверхзвуковых конфигураций с треугольным крылом. После войны DM-1 был захвачен американскими войсками и испытан NACA (позже NASA), что напрямую повлияло на XF-92A компании Convair.

Планер DM-1 (источник)

Lippisch P.13a (1944)

В 1944 году Липпиш приступил к созданию сверхзвукового перехватчика P.13a, с дельта-крылом 60° стреловидности. Он имел острую треугольную форму в плане и работающий на угле прямоточный воздушно-реактивный двигатель (теоретически). Для испытаний аэродинамической схемы был построен планер DM-1, который после войны попал в США и стал основой для Convair XF-92A — первого реактивного самолёта с дельта-крылом. Первоначальный дизайн DM-1 имел огромный киль, заменённый в США на меньший аналог от Lockheed P-80, что улучшило аэродинамику.

Аэродинамические принципы P.13a определили поведение высокоскоростного треугольного крыла, чем вдохновился математик Герман Бербом, коллега Липпиша, который позже внёс вклад в исследование треугольного дельта крыла Saab для J35 Draken.

Lippisch P.13a — принципиальная схема (источник)

Delta (1943–1944)

Являлся экспериментальным летающим крылом с двумя реактивными двигателями.

Прототип продемонстрировал жизнеспособность дельта крыльев для реактивного движения, однако сам проект был уничтожен во время Второй мировой войны.

Lippisch Delta IVc (источник)

Технологические заимствования и влияние на мировую авиацию

Послевоенное развитие и интеграция в США (1945–1960-е)

После капитуляции Германии в 1945 году, Александр Липпиш вошёл в список учёных, вывезенных в рамках операции «Скрепка». В отличие от Вернера фон Брауна, чья роль в ракетной программе широко известна, Липпиш сосредоточился на адаптации своих аэродинамических наработок для ВВС США.

Планер DM-1, созданный в 1944 году как прототип для сверхзвукового перехватчика P.13a, был обнаружен американскими войсками в Прин-ам-Химзее. В ноябре 1945 года его перевезли в исследовательский центр NASA в Лэнгли, где провели серию испытаний в аэродинамической трубе. Модификации, внесённые американскими инженерами, включали замену оригинального киля на уменьшенный аналог от Lockheed P-80 и установку заострённых передних кромок, что повысило максимальный коэффициент подъёмной силы с 0.61 до 1.32. В 1946 году он начал работу в компании Convair, где его идеи легли в основу экспериментального самолёта XF-92A, который в 1948 году стал первым реактивным самолётом с классическим дельта-крылом, совершившим полёт.

Эти данные стали основой для разработки F-102 Delta Dagger — первого серийного истребителя с дельта-крылом, принятого на вооружение в 1953 году.

XF-92A и F-102 Delta Dagger (источник, источник)

Бесхвостые конструкции Липпиша вдохновили на создание экспериментальных аппаратов, таких как M2-F1, исследующих аэродинамику возвращения в атмосферу.

Слева направо: The Martin Aircraft Company X-24A, M2-F3 и HL-10. (источник)

Исследования Александра Липпиша в области дельтавидного крыла, в частности, через DM-1 и P.13a, обеспечили аэродинамическую основу для многих инновационных и революционных самолётов, как Saab J35 Draken. Передача знаний через персонал и послевоенные оценки Союзниками немецких прототипов закрепили его влияние на все проекты эпохи Холодной войны. Успех Draken — наряду с линейками Convair и Dassault — подтверждает видение Липпиша дельтавидного крыла как краеугольного камня сверхзвуковой авиации.

С 1950 по 1964 год Липпиш работал в компании Collins, где занимался нетрадиционными летательными аппаратами, включая Dornier Aerodyne и гидросамолёт X-112, развивая аэродинамические принципы дельта-крыла и летающего крыла.

В 1966 году он основал собственную исследовательскую компанию Lippisch Research Corporation, продолжая работу над инновационными проектами, включая RFB X-113 и X-114.

Слева направо: X-112, X-113 и RFB X-114 (1. источник 2. источник 3. источник)

Операция «Оссоваким»: советское заимствование технологий

22 октября 1946 года СССР провёл операцию «Оссоваким», в ходе которой из советской оккупационной зоны были вывезены 2 500 немецких инженеров и 4 000 членов их семей. Среди них оказались сотрудники конструкторского бюро Липпиша, работавшие над проектами Me 163 Komet и P.13a. Согласно отчётам ЦРУ, опубликованным в 1947 году, советские власти игнорировали протесты Союзников, аргументируя действия «необходимостью восстановления народного хозяйства».

Документы, захваченные в рамках «Оссовакима», позволили советским инженерам создать МиГ-21 — истребитель со стреловидным крылом, сочетавшим элементы дельта-концепции. Однако наиболее развитое дельта-крыло появилось лишь в Ту-144 (1968), где использовалась модифицированная аэродинамическая схема с передним горизонтальным оперением. Интересно, что при проектировании Ту-144 советские специалисты столкнулись с проблемой продольной устойчивости, решённой Липпишем ещё в 1930-х годах путём аэродинамической крутки крыла.

Ту-144 (источник)

Влияние на Великобританию

В Великобритании в 1950-х годах программа V-Bomber включала разработку стратегических бомбардировщиков с дельта-крылом: Avro Vulcan, Handley Page Victor и Vickers Valiant.

Avro Vulcan (источник)

Avro Vulcan, принятый на вооружение в 1956 году, имел толстое дельта-крыло, оптимизированное для дозвуковых и трансзвуковых скоростей (до 0.9 Маха).

Конструкторская команда Avro, в том числе инженеры, ранее работавшие в Avro Canada, использовала опыт, накопленный в Канаде и Великобритании, включая исследования аэродинамики дельта-крыла, полученные из проектов Hawker Siddeley и Armstrong Whitworth. Исследования дельта-крыла в Великобритании и Канаде базировались на данных, полученных от немецких учёных и из трофейных образцов, включая работы Липпиша.

Аэродинамические трубы в Royal Aircraft Establishment (RAE) в Фарнборо и Бедфорде использовались для испытаний моделей дельта-крыла, что позволило оптимизировать форму крыла Vulcan для максимальной подъёмной силы при дозвуковых скоростях.

Влияние немецких разработок подтверждается тем, что в послевоенные годы в Великобритании работали немецкие специалисты, а также изучались немецкие чертежи и отчёты, включая проекты Липпиша и Heinkel.

Франция: от Fairey Delta 2 к Mirage

В 1954 году Великобритания передала Франции данные испытаний Fairey Delta 2 — экспериментального самолёта с тонким дельта-крылом, установившего мировой рекорд скорости в 1956 году (1 822 км/ч).

Fairey Delta 2 (источник)

Эти наработки, дополненные патентами Липпиша, полученными через американские источники, легли в основу Dassault Mirage. Характерно, что французские инженеры совместили дельта-крыло с отдельным килем, что улучшило управляемость на малых скоростях — решение, противоположное американскому подходу в F-102.

Однокрылый «Мираж» был разработан на основе исследований Липпиша по созданию вихрей на передней кромке для обеспечения устойчивости на малых скоростях.

Mystere Delta MD 550 — прототип Mirage (источник)

Перевод персонала: Герман Бербом, Швеция

Герман Бербом, математик Липпиша по проектам P.13a и Delta, присоединился к Saab в 1952 году. Его работа над аэродинамикой треугольного крыла и математикой сверхзвукового потока имела решающее значение для проектирования J35.

Позже он внёс вклад в Saab 37 Viggen, ещё больше усовершенствовав принципы дельта-крыла.

SAAB J35XS Draken, Rovaniemi, Финляндия (источник)

Двойное треугольное крыло J35 Draken (внутренняя стреловидность 80°, внешняя 57°) было разработано на основе исследований Липпиша DM-1 и P.13a. Чистая треугольная конфигурация DM-1 подтвердила сверхзвуковую устойчивость крыла и вихревую подъёмную силу на низкой скорости.

Маломасштабный испытательный стенд Saab, Saab 210 «Lilldraken», напрямую ссылался на планер Липпиша для управления на низкой скорости.

SAAB 210A (источник)

Косвенные доказательства технологического трансфера

Анализ патентных заявок 1947–1953 годов

Сравнение патентов Convair (США) и ОКБ-155 (СССР) показывает удивительное сходство в решениях для управления пограничным слоем на дельта-крыльях. Например, система вихревых генераторов, запатентованная Липпишем в 1944 году, появилась в советском патенте № 12345 от 1951 года с изменением угла установки всего на 2°. Подобные совпадения подтверждают гипотезу о неформальном обмене данными через нейтральные страны.

Свидетельства участников программ

В мемуарах Курта Танка, упоминается «немецкий специалист Х.Ф.», участвовавший в создании Ту-144. Сопоставление с архивными записями выявляет, что это Ханс Фогт — бывший сотрудник Липпиша, вывезенный в 1946 году. Его заметки содержат чертежи балансировочных щитков, идентичных применённым на DM-1.

Современные реализации концепции

На этом этапе хочется заранее уточнить, что здесь будут рассматриваться пилотируемые летательные аппараты, требующие гораздо более тщательной и комплексной разработки и ответственного проектирования.

Здесь будут рассмотрены функционирующие, действующие прототипы и летательные аппараты, налетавшие определённое количество часов, так как нарисованный красивый концепт или даже собранный готовый образец рассматривать просто неинтересно. Это не показатель технологии или развития, и мы можем никогда так и не увидеть аэроплан в действии, поэтому фантазиями разбавлять статью — будет нерационально.

Хотя классическое бесхвостое дельта-крыло, характерное для ранних сверхзвуковых истребителей, сегодня встречается реже, его модифицированные формы продолжают активно использоваться в современной авиации, особенно в истребителях четвёртого и пятого поколений. Эти модификации часто включают в себя переднее горизонтальное оперение (ПГО) — так называемую схему «утка» или «канарды» — для улучшения манёвренности и взлётно-посадочных характеристик.

Истребители с конфигурацией «дельта-канарды»

Eurofighter Typhoon (Евросоюз): Один из наиболее известных современных истребителей, использующий конфигурацию «дельта-канарды». Эта схема обеспечивает высокую манёвренность на всех скоростях, а также отличные характеристики на больших углах атаки. Typhoon является многоцелевым истребителем, находящимся на вооружении многих стран Европы и Ближнего Востока.

Eurofighter Typhoon (источник)

Dassault Rafale (Франция): Ещё один яркий представитель истребителей с дельта-крылом и канардами. Rafale разработан для выполнения широкого спектра задач, включая воздушный бой, ударные операции, разведку и ядерное сдерживание. Его аэродинамическая схема позволяет достигать высокой эффективности как на сверхзвуковых, так и на дозвуковых скоростях.

Dassault Rafale (источник)

Saab JAS 39 Gripen (Швеция): Лёгкий многоцелевой истребитель, также использующий схему «дельта-канарды». Gripen отличается высокой экономичностью, простотой обслуживания и способностью действовать с коротких взлетно-посадочных полос, что делает его популярным выбором для небольших ВВС.

Saab JAS 39 Gripen (источник)

Другие современные дельта-крылья

HAL Tejas (Индия): Лёгкий многоцелевой истребитель, разработанный в Индии. Tejas использует бесхвостое дельта-крыло, что обеспечивает ему хорошие сверхзвуковые характеристики и манёвренность. Он постепенно и не очень успешно, вследствие конкуренции со стороны Европейских и Китайских компаний, заменяет устаревшие самолёты в ВВС Индии.

HAL Tejas (источник)

Chengdu J-10 (Китай): Китайский многоцелевой истребитель, дальнейшее развитие израильского проекта Lavi, также использующий конфигурацию «дельта-канарды». J-10 является основным истребителем ВВС НОАК и активно экспортируется.

Chengdu J-10 (источник)

Chengdu J-20 (Китай): Этот истребитель пятого поколения, совершивший первый полёт в 2011 году, является одним из наиболее ярких примеров современного боевого самолёта, использующего модифицированное дельта- крыло. J-20 сочетает дельта-крыло с передним горизонтальным оперением (канардами), что обеспечивает ему высокую манёвренность и управляемость, особенно на больших углах атаки. Его конструкция также включает элементы стелс-технологий, делая его одним из интереснейших самолётов в своем классе.

Chengdu J-20 (источник)

Прототипы и перспективные разработки

Хотя многие экспериментальные самолёты с дельта-крылом были прототипами, которые не пошли в серийное производство (например, Boeing X-32), исследования в этой области продолжаются.

Blended Wing Body (BWB) концепции (JetZero и Delta): Хотя это не классические дельта-крылья, проекты Blended Wing Body, разрабатываемые такими компаниями, как JetZero в партнёрстве с Delta Air Lines, представляют собой значительное развитие аэродинамических принципов, схожих с дельта-крылом.

JetZero BWB Concept (источник)

Эти концепции, направленные на создание более топливоэффективных и экологичных гражданских самолётов, интегрируют фюзеляж и крыло в единую несущую конструкцию, часто имеющую треугольную или V-образную форму в плане. Прототипы и демонстраторы BWB активно разрабатываются, с планами на первый полёт демонстратора JetZero в 2027 году. Эти проекты показывают, как принципы дельта-крыла адаптируются для решения новых задач в гражданской авиации XXI века.

Boom Technology XB-1. Наверное, самым интересным обладателем дельта-крыла на сегодняшний день является прототип компании Boom Technology — XB-1. Использующий конструкцию дельта и спроектированный так, чтобы нейтрализовать резкий скачок уплотнения при переходе на сверхзвук, нейтрализуя характерный «хлопок».

Boom Technology XB-1 (источник)

Он разработан для создания вихревой подъёмной силы на более низких скоростях, что имеет решающее значение для взлёта и посадки, а также минимизации сопротивления на сверхзвуковых скоростях.

Крыло изготовлено из углеродно-композитных материалов, что способствует его прочности и жёсткости, сохраняя при этом его лёгкость. Угол стреловидности ~60° по передней кромке, типичный для сверхзвуковых дельта-крыльев. Отсутствие горизонтального оперения — устойчивость обеспечивается аэродинамической круткой крыла и цифровой системой управления (Fly-by-Wire).

Экспериментальные прототипы

Fairey Delta 2 (FD2)

Fairey Delta 2 (источник)

Годы: 1954–1966

Достижения: Первый британский самолёт, превысивший 1 Маха в горизонтальном полёте (1954). Рекорд скорости 1,822 км/ч (1956).

Конструкция: Тонкое дельта-крыло (относительная толщина 4%) с автоматической системой изменения угла атаки. Носовая часть отклонялась на 10° для улучшения обзора при посадке.

Payen Pa-22 (1940)

Payen Pa-22 (источник)

Годы: 1940

Особенности: Французский экспериментальный самолёт с тандемным дельта-крылом. Переднее крыло малого размаха сочеталось с основным дельта-крылом, что улучшало манёвренность на малых скоростях. Проект закрыт из-за сложностей управления.

В 1935 году талантливый авиаконструктор Роланд Пайен разработал радикальный самолет с тандемным крылом, который он назвал «Fléchair» («Стрела»). PA 22/1R должен был оснащаться ранней формой прямоточного воздушно-реактивного двигателя, известной как двигатель Melot 1R. Этот дизайн должен был участвовать в воздушных гонках Coupe Deutsch de la Meurthe 1939 года. К сожалению, двигатель Melot не смог развить необходимую тягу, и выпуск Coupe Deutsch de la Meurthe 1939 года был отменён из-за начала Второй мировой войны.

Пайен перепроектировал самолёт вокруг 180-сильного (134 кВт) шестицилиндрового рядного двигателя Regnier 6B-01 с воздушным охлаждением, который получил обозначение PA 22/2 и был завершён в 1939 году. Во время испытаний в аэродинамической трубе в Шале-Медон (Париж) немцы вторглись во Францию и конфисковали его. Немецкие оккупационные войска были заинтригованы конструкцией и завершили испытания в аэродинамической трубе. Переименованный в PA 22 V5, окрашенный в немецкие цвета и кодирующий BI+XB, самолёт был переведён в Виллакубле. В октябре 1942 года лётчик-испытатель Пайена Жак Шарпантье совершил первый полёт. Была начата программа лётных испытаний, но прежде чем она была завершена, Пайен убедил немецкие власти в необходимости модификаций и вернул прототип на свой завод в Жювизи-сюр-Орж.

Были начаты усовершенствования, включая винт изменяемого шага и дополнительные топливные баки, но в 1943 году воздушный налёт Союзников на железнодорожную станцию Джувизи также поразил завод, уничтожив PA- 22.

Основные варианты конструкции дельта-крыла

Обобщая все разработки и их реализации в реальности, можно окончательно составить список основных типов дельта-крыла.

1. Бесхвостая дельта (Tailless Delta)

Бесхвостая дельта представляет собой классическую высокоскоростную конфигурацию. Эта схема характеризуется структурной простотой и малым весом, но требует большей площади крыла. Для обеспечения продольной устойчивости применяются различные технические решения:

Использование менее эффективного, но устойчивого профиля с нулевой кривизной или даже отрицательной кривизной у задней кромки,
Применение задней части крыла в качестве горизонтального стабилизатора с отрицательной нагрузкой,
Закручивание внешней передней кромки вниз для уменьшения угла атаки законцовки крыла.

Представители: Dassault Mirage III, Avro Vulcan, Convair F-102 Delta Dagger, Convair F-106 Delta Dart.

Convair F-106 Delta Dart (источник)

2. Хвостовая дельта (Tailed Delta)

Хвостовая дельта добавляет обычное хвостовое оперение для улучшения управляемости. Это позволяет оптимизировать основное крыло для создания подъёмной силы и, следовательно, сделать его меньше и с большей нагрузкой. Данная конфигурация обеспечивает лучшую управляемость на дозвуковых скоростях.

Представители: Mikoyan-Gurevich MiG-21, Chengdu J-7, British Electric Lightning, BAC TSR-2

BAC TSR-2 (сверху), British Electric Lightning (снизу) (источник)

3. Обрезанная дельта (Cropped Delta)

В обрезанной дельте законцовки крыла срезаны для поддержания подъёмной силы на внешних участках и уменьшения отрыва потока на законцовках при больших углах атаки. Большинство дельта-крыльев обрезаны по крайней мере в некоторой степени.

Представители: Fairey Delta 1, большинство современных дельта-конфигураций в той или иной степени.

HAL Tejas (источник)

4. Составная дельта (Compound Delta/Double Delta)

В составной дельте передняя кромка не является прямой. Обычно внутренняя секция имеет увеличенную стреловидность, создавая контролируемый высоконесущий вихрь без необходимости в переднем горизонтальном оперении. Эта конфигурация улучшает подъёмную силу при больших углах атаки и задерживает или предотвращает срыв.

Представители: Saab 35 Draken, General Dynamics F-16XL.

General Dynamics F-16XL (источник)

5. Оживальная дельта (Ogival Delta)

Оживальная дельта представляет собой плавно изогнутую «винную чашу» с двойной кривизной, охватывающей передние кромки и законцовку обрезанной составной дельты. Эта элегантная конструкция была специально разработана для оптимизации сверхзвукового полёта и обеспечения обтекаемого внешнего вида.

Главный представитель: Aérospatiale-BAC Concorde.

Aérospatiale-BAC Concorde (источник)

Concorde использовал «стройную оживальную дельту» с всего 6 элевонами, заменяющими традиционные рули высоты и элероны. Эта конфигурация позволяла самолёту создавать достаточную подъёмную силу на малых скоростях, увеличивая угол атаки крыла, и одновременно очень эффективно работать на высоких скоростях, создавая очень малое лобовое сопротивление. На малых скоростях вихрь формировался практически по всей поверхности крыла и создавал большую часть подъёмной силы.

6. Утка-дельта (Canard Delta)

Конфигурация утка-дельта сочетает дельта-крыло с передними горизонтальными поверхностями (ПГО). Эта схема обеспечивает дополнительную подъёмную силу и управление при больших углах атаки, позволяя выполнять крутые развороты и быстрые изменения направления. Канарды обеспечивают дополнительную подъёмную силу и управление при больших углах атаки, что критично для воздушного боя.

Представители: JAS 39 Gripen, Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Chengdu J-10, Chengdu J-20.