Как запуск бумажных самолётиков повлиял на карьеру инженера

Экспериментируя на протяжении многих лет с различными модификациями базового самолета, сделанного из квадратного листка бумаги, он узнавал о понятиях, с которыми не сталкивается большинство людей до тех пор, пока они не начнут обучаться на пилота или изучать аэродинамику в ВУЗе: углы  между  двумя  аэродинамическими поверхностями, вертикальные скорости и аэродинамические качества.

Идеи мальчика развивались на протяжении всего периода бумажных самолетов. Например, он делал дырочки в крыльях, чтобы создать турбулентный поток воздуха, таким образом, воздух не "прилипал" к поверхности крыла; позже крошечные отверстия были заменены горизонтальными складками крыла, которые в конечном счете уступили место диагональным складкам.

В 1983 году, прежде, чем получить степень бакалавра по авиакосмической технике в государственном университете Северной Каролины, Блэкберн попал в книгу рекордов Гинесса за самое долгое парение бумажного самолётика. Он улучшил прежний рекорд в три раза, а его последний зафиксированный рекорд составлял 27.6 секунды. Этот рекорд продержался в течение десятилетия. В 1994 году он опубликовал некоторые свои проекты в книге «The World Record Paper Airplane Book » (Книга бумажных самолётиков рекордсменов).

В принципе, с тех пор Блэкберн ушёл не так далеко от бумажных самолётиков. Сегодня 45-летний проектировщик занимается созданием прототипов военных беспилотных летательных аппаратов (БЛА), настолько крошечных, что их вес измеряется в граммах и настолько медленных, что они проверяют самые низкие пределы аэродинамики. Вместе с другими инженерами из научно-исследовательской лаборатории ВВС, расположенной на авиационной базе Эглин во Флориде, он работает в новой области самолётостроения, которая в последние годы расширялась лавинообразно: в Ираке и в Афганистане для разведки использовались тысячи запускаемых с рук БЛА, достаточно маленьких, чтобы размещаться в рюкзаках солдат.

Всего пять-десять сантиметров дополнительного размаха крыла и вес в 450 граммов отделяют последний профессиональный проект Блэкберна носящий название BATCAM (акроним, расшифроваемый как, летательный аппарат для воздушной съёмки поля боя) от планеров, которые он создавал из 20-28 сантиметровых листков бумаги. Фактически, оба типа самолётов летают медленно, они изучалась и создавались поразительно похожими способами.

Блэкберн, например, проектировал свои бумажные самолётики систематически: модель сворачивалась и запускалась, её полет оценивался, в её проект вносились изменения. Потом переделанный самолет снова запускался, снова изменялся и снова запускался. Блэкберн назвал этот процесс методом проб и ошибок.

BATCAM, разработанный для «Управления Боеприпасов», был спроектирован почти таким же способом, называемым профессионалами “спиральным методом”. Этот процесс развития также полагается на повторение, хотя здесь присутствует более сложное разнообразие изменений, начальный опытный образец разрабатывается компьютером, затем строится и проверяется, потом строится и испытывается улучшенный опытный образец, затем следует третий прототип, и так далее.

Когда Блэкберн присоединился к комманде «Jacobs Engineering» в Эглине, оригинальный прототип BATCAM уже существовал. Блэкберн помогал разрабатывать первую улучшенную модель. Спецназ ВВС, расквартированный в Хурлбурт Филдс, Флорида, испытал восемь таких самолетов в 2006 году.

“Воздушные силы и я согласны с тем, что мы получаем много данных при испытании, – рассказывает Блэкберн. – Я могу придумать новое хвостовое оперение, рассчитать его на компьютере, и в течение недели построить опытный образец готовый к испытаниям. Когда вы работаете с маленькими самолетами и имеете все инструменты, тогда опытные образцы могут производиться очень быстро”. (Лётный опыт Блэкберна не ограничен крошечными самолетами. Еженедельно он летает на своём тренировочном самолёте «Piper Warrior»).

Бумажные самолётики научили Блэкберна, что воздух - реальное препятствие для медленных летательных аппаратов. Чтобы быть полезным на поле боя, маленький БЛА должен иметь двигатель, способный произвести достаточный толчок для коррекции аэродинамически неустойчивого состояния. “Ветер составляет большую проблему, - рассказывает Блэкберн, являющийся специалистом по укрощению ветра микросамолётами. – Ошибочно предполагать, что достаточно движения по ветру, ведь иногда вы хотите увидеть то, что находится с другой стороны холма, а для этого БЛА иногда должен летать против ветра”.

Весом менее полукилограмма, BATCAM имеет размах крыла в 45 сантиметров, которые достаточно гибки, чтобы их можно было обернуть вокруг фюзеляжа из угольного графита, таким образом аппарат может размещаться в виде заплечной трубы (Крылья автоматически выпрямляются, когда БЛА достают из трубы). Пропеллерный двигатель питаемый батареями, может поднять GPS управляемый аппарат на сто метров. С такого выгодного положения две телевизионные камеры посылают изображения на экран компьютера наземного диспетчера.

При всей своей изощренности BATCAM больше походит на игрушку. Фактически, легко зазубренная задняя кромка крыла напоминает машину Бэтмена. Но Блэкберн вежливо отклоняет мнение, что этот миниатюрный самолет просто игрушка.

“Я думаю, что большое число людей действительно думают, что этот аппарат больше предмет для развлечения, чем инструмент,- делится Блэкберн. – Я убедился в их неправоте, когда поговорил с солдатами и услышал, как они описывали, как он спас им жизнь”.

БЛА не были приоритетным направлением министерства обороны, когда Блэкберн начал работу в Сент-Луисе в компании «McDonnell Douglas», позже приобретенную Боингом, в 1980-ые годы,. Его первая техническая работа была связана с такими полноразмерными самолетами как реактивный самолёт с вертикальным взлётом и вертикальной посадкой AV-8 Harrier. Только спустя 19 лет проведённых в Сент-Луисе, Блэкберн начал проектировать БЛА.

Для энтузиаста бумажного самолётостроения это было возвращение к построению самолета, достаточно маленького, чтобы помещаться в руках. БЛА Боинга был военный патрульный аппарат, под названием «Доминатор», 25 килограмовый самолет с размахом крыла в 4 метра, способный нести несколько видов вооружения. Однажды, техническая команда даже ломала голову, как подзаправить в полете «Доминатора» горючим.

“Этот БЛА был слишком маленьким для танкера KC-135, - объясняет Блэкберн. - Таким образом то, что я создал, должно было помочь определить основные концепции заправки БЛА топливом”.

Благодаря своим бумажным самолётикам Блэкберн научился избегать предвзятых мнений о лётных качествах крыла и фюзеляжа. “Иногда формы удивляют меня,- рассказывает он об своих бумажных самолетах. – Я думаю, ‘хорошо, эта форма должна действительно преуспеть’, и иногда испытания показывают что эта форма никуда не годится. Иногда я придумываю форму, про которую я думаю, ‘хорошо, это выглядит хорошо, но это не будет летать хорошо’, а затем это действительно летит хорошо. Вы обучаетесь на практике. В основном именно это заставило меня ценить сохранение объективности”.

Блэкберн экспериментировал с асимметричными проектами в бумажных самолётиках и знал, что такие конфигурации, мене маневренны, однако они могут быть устойчивыми в полете. Его коллеги заинтересованные его неортодоксальной идеей и попросили демонстрацию.

Итак, Блэкберн принёс на встречу бумажный самолётик странной формы со стабилизирующей уткой справа спереди и слева сзади, с обычным крылом, направленным вверх. Быстрым броском он запустил в воздух это сооружение через зал заседаний и сквозь инстанции принятия решений как прототип самолёта заправщика для БЛА.

На заре программы «Dominator», опытный образец установил стандарты продолжительности полёта и лётных качеств маленьких БЛА. Так как заправщик им не соответствовал, то это чудо с асимметричными крыльями, за которую Блэкберн получил награду « Meritorious Invention Award», так и остался на чертежной доске.

В конце концов, бумажные самолётики Блэкберна помогли ему получить свою работу в «Jacobs Engineering». Он сталкивался с онлайн предложением работы для инженера с опытом разработки миниатюрных самолетов. “Это объединило мои две страсти – самолётостроение и маленькие самолеты — и я видел возможность улучшить своё резюме моим опытом строительства бумажных самолётиков”, - рассказывает Блэкберн.

Спустя две недели после интервью в «Jacobs Engineering», он приступил к работе в Эглине. “В качестве хобби, я попытался найти каждый технический документ, который я мог найти, чтобы исследовать маленькие и очень медленные летающие самолеты. Это, как оказалось, стало тем самым знанием, в котором я нуждался для своей текущей работы, и люди в «Jacobs Engineering» признали это”.

По стандартам будущих БЛА «доминатора» с его 4-метровыми крыльями и даже полукилограмовый BATCAM архаично негабаритны. Уже летают микротранспортные аппараты весом в 200 грамм. Управление перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ США финансирует исследования аэродинамических поверхностей с радикально улучшенными аэродинамическими свойствами и эффективных двигательных установок, всё это в бесконечно малом масштабе. Проекты включают летающих роботов размером с насекомое, изготовленных в калифорнийском университете в Беркли, и воздушные аппараты нано-размеров в оклахомском государственном университете в Стиллвотере, которые весят меньше 10 грамм и всего 10 сантиметров в длину. По сравнению с такой нанотехнологией бумажные самолётики - неуклюжее изобретение.

«В конце концов, вы всё равно обязаны повиноваться законам физики», - считает Блэкберн, хотя он и признает, что “наступит время, когда разработка таких аппаратов действительно начинает терять основные аэродинамические принципы, но этот размер действительно, действительно маленький, когда ваше крыло размеры, сопоставимые с размерами молекул”.

Работа Блэкберна направлена на решение более непосредственные целей инженеров из Управления Боеприпасов сосредоточенных на самолетах, больших чем молекула, но настолько маленьких, чтобы потребовать фундаментальные исследования их пилотажных характеристик. Чтобы быть эффективным, маленький БЛА должен быть достаточно компактным — а его крылья достаточно большими — чтобы сделать тихоходное запускание с рук возможным для солдата, который вероятно не изучал биомеханику и методы толкания ядра, которые использовал Блэкберн, чтобы улучшить запуск его самолета рекордсмена. Поиски мини БЛА следующего поколения сформировали связь работа-игра в лаборатории «Jacobs Engineering»: “Почти все в нашей группе управляют радиоуправляемыми самолетами”, - рассказывает Блэкберн. Он называет технологии в сегодняшних радиоуправляемых игрушках "замечательными" и добавляет, “наша работа состоит в том, чтобы удостовериться, что мы не пропускаем кое-что” в компонентах радиоуправления, которые могли бы использоваться для военных БЛА.

Опыт Блэкберна с игрушечными самолетами, как пластмассовыми, так и бумажными, преподал ему заключительный урок: “чем меньше размер, тем труднее сделать хороший самолет”. Так что если вы преподаёте в школе, то не конфискуйте бумажный самолётик, который врезается в доску, в то время как вы отвернулись от доски. Поощрите проектировщика. Он или она может быть тем, кто решит завтрашние проблемы в медленном, легком, беспилотном полете.

По материалам Air & Space Magazine