Так называется всё это мероприятие – полёт от Тихого океана до Атлантического.
Итак, завершение истории с «Солар Импульсом» – сверхгрубый расчёт: может эта техника привести к созданию практически пригодных самолётов или не может.
Завершение – потому что нового крупного события с этим детищем швейцарских технологий можно теперь ждать только в 2015 году: обещают кругосветку на усовершенствованном варианте машины. И потому, что здесь за короткое время размещено уже четыре публикации про «Солар», которые, правда, представляют собой всего две статьи, написанные для «Техники – молодёжи». Напомню: в Интернете их нет…
Данный опус, хотя и представляет собой отдельный материал, исторически блокируется с предыдущей публикацией; там написано, почему. А тем, кто попал прямо на эту статью, советую начать с начала – с начала темы «Солар Импульса» в блоге и вообще в мире, ибо там про его первый триумф 2010 года.
...В последнем номере «Моделиста-конструктора» за 1983 г. была опубликована статья: как сделать контурную кордовую модель двухмоторного бомбардировщика Ил-4 с электрическими двигателями.
Помню, я тогда поразился: модель будет летать с электродвигателями! Я же хорошо знал жутко ревущие компрессионные моторчики обычных авиамоделей. Главным страхом было – не попасть пальцем в диск вращающегося винта – не отрубит, так сломает непременно. Мощь!
А тут – электродвигатели. Правда, их – были выбраны сравнительно доступные ДК-5-19 – надо было доработать, ибо нагружались они сильнее, чем рассчитывали конструкторы; а источник тока, конечно, был в рукоятке управления. И было совершенно понятно, что электромодель никак не сможет нести его на борту…
Вот он, чертёжик «электрического» Ил-4 из «Моделиста-конструктора» 1983 года
Конечно, мои восторги были сильно преувеличены – по неведению. В те годы с информацией было туговато. Скажем, «Технику – молодёжи» просто на почте выписать было почти невозможно, и в киосках найти тоже не удавалось – вероятно, продавцы придерживали для своих.
Иначе я бы знал, что первый настоящий, пилотируемый самолёт с электродвигателем и аккумулятором впервые взлетел за 10 с небольшим лет до моего знакомства с электрическим Ил-4. Это был австрийский мотопланер Militli МВ-1Е, совершивший первый полёт в октябре 1973 г.
И очень скоро наступила эра самолётов с солнечными батареями. Я достаточно подробно описал эту эпопею в статье, на которую уже дал ссылку; сейчас лишь скажу, что началась эта эра 7 августа 1980 г. полётом аппарата «Госсамер Пингвин», построенного знаменитым Полом Мак-Криди.
Надо сказать, переход от «просто электрического» к «солнечному» не был особенно трудным. К тому времени был накоплен большой опыт постройки мускулолётов, которые по самой своей природе обязаны быть самыми лёгкими из всех пилотируемых летательных аппаратов. Тот же «Госсамер Пингвин» строили как слегка изменённую «солнечно-электрическую» версию педального «Госсамер Альбатроса», за год до этого впервые перелетевшего Ла-Манш на одной только мускульной силе человека.
С тех пор солнечно-панельных самолётов сделано довольно много. Реализованы программы «солнечных» беспилотников, среди которых были огромные аппараты программы ERAST, осуществлявшейся в НАСА. Эти машины уже имели бортовой аккумулятор и могли лететь ночью, но они были беспилотными…
Один из громадных «солнечных» беспилотников программы ERPA – «Гелиос Прототип». Размах крыла 75,3 м – больше, чем у самых больших «настоящих» самолётов. Но при этом вес – всего 272.4 кг…
И вот теперь, наконец, летает пилотируемый круглосуточный солнцелёт «Солар Импульс».
***
А вот интересно, смогут ли когда-нибудь наследники этой уникальной машины стать практически применимым транспортным средством?
Давайте сделаем грубую, очень прикидочную оценку.
«Солар Импульс» оснащён четырьмя двигателями мощностью по 7,35 кВт, или 10 л.с., то есть общая мощность – 40 л.с. Его полётный вес – 1600 кг. Получается нагрузка на мощность – 40 кг/л.с.
Сравним его, скажем, со знаменитым «Русским витязем» Игоря Сикорского – раз уж он присутствует здесь.
Как известно, «Витязь» летал со скоростью до 90–100 км/ч и мог поднять в длительный полёт восемь человек. Эта машина массой 4000 кг приводилась в движение четырьмя «Аргусами» по 100 л.с. То есть – 10 кг/л.с.
Четырёхкратная разница. Очень много.
Но мы же говорим о будущем!
Фотоэлементы, установленные на «Солар Импульсе», имеют КПД 22,5% – хорошее значение для серийных изделий. Но в лабораториях КПД уже приближается к 45%.
А что нам надут новые нано-, био, крио- и прочие технологии? Думаю, не будет большой дерзостью предположить, что наступит время, когда эффективность элементов составит 67,5% – втрое выше, чем сегодня у «Солар Импульса». Назовём гипотетическую машину с такими элементами «Супер Солар».
Втрое выше КПД – втрое больше располагаемая мощность; с такими элементами наш «Супер Солар» имел бы нагрузку на мощность 13,3 кг/л.с.
Здесь некоторое лукавство: мы не учли, что для более мощных моторов нужны более ёмкие аккумуляторы. То есть более тяжёлые. Аккумуляторы «Солар Импульса» весят примерно 400 кг. Учитывая, что их удельная ёмкость в будущем увеличится, но вряд ли в три раза, предположим их вес на «Супер Соларе» – 800 кг. Тогда вес самолёта – 2000 кг, и нагрузка на мощность – 16,7 кг/л.с.
Казалось бы, тупик: ведь «Русский витязь» – да, летал, но не настолько хорошо, чтобы считать его полноценным лайнером. И это при нагрузке 10 кг/л.с. А тут – 16,7…
Но у современных самолётов есть одно сильнейшее преимущество перед аппаратами вековой дальности. Имя ему – аэродинамическое качество.
Аэродинамическое качество – это не образное выражение и не эстетическое ощущение. Это параметр, определяющий, если не усложнять, отношение силы сопротивления к подъёмной силе.
Сила сопротивления в установившемся полёте равна тяге винтов, а тяга, грубо говоря, пропорциональна мощности двигателя. То есть, если аэродинамическое качество самолёта «А», скажем, втрое выше, чем а самолёта «Б», то «А» может иметь втрое большую нагрузку на мощность, чем «Б».
Втрое больше килограммов веса на каждую лошадиную силу мощности.
Это подсказывает идею некоего пересчёта для сравнения «летучести». Считаем, что летает лучше тот самолёт, у которого меньше «пересчитанная» нагрузка на мощность. А эта «пересчитанная» – это реальная нагрузка, умноженная на соотношение аэродинамического качества.
Давайте проделаем эту операцию применительно к «Русскому витязю».
Аэродинамическое качество «Солар Импульса» приближается к 40; у «Русского витязя» оно вряд ли было больше 10. Это значит, что наш «Супер Солар», сделанный на том же уровне аэродинамического и весового совершенства, что сегодняшний «Солар Импульс», имеет четырёхкратную фору; он летал бы, как «Русский витязь», даже если бы имел нагрузку на мощность 40 кг/л.с.
Минуточку, но ведь нынешний, настоящий «Солар Импульс» имеет именно такую нагрузку!
Так он и летает практически как «Русский витязь»! «Витязь» чуть быстрее, «Солар Импульс» значительно выше…
Но «Витязь» возил восемь человек, а в «Солар Импульсе» нет места даже для второго пилота.
Это ничего; давайте чем-нибудь пожертвуем, трансформируя наш рекордный аппарат в «солнечный» пассажирский самолёт будущего. Например: обязательно ли, чтобы наш электролайнер мог лететь всю ночь напролёт? Наверное, не обязательно; абсолютно необходимо лишь иметь запас энергии на пару-тройку часов полёта в случае внезапно наступившего ненастья.
Тогда – уберём половину аккумуляторной батареи (т.е. 400 кг) – и сразу сможем посадить в солнцелёт ещё четырёх человек. Ну, пусть трёх – с учётом кресел и багажа.
Вспомним, что «Витязь» вдвое тяжелее «Супер Солара»: 4000 кг против 2000 кг – и отмасштабируем; пассажировместимость возрастёт до восьми человек – опять как у «Витязя»! Пилот и семь пассажиров – совершенно нормально, скажем, для воздушного такси.
Конечно, эти рассуждения не только приблизительны, но и не совсем корректны.
Во-первых, никто не будет просто геометрически увеличивать «Солар Импульс» в два раза. Летать на таком тихоходном, чувствительном к погоде электропланере можно только ради рекордов и прогресса науки, а для практики нужен самолёт других форм, с более серьёзной нагрузкой на крыло.
Во-вторых, если и увеличить, характеристики ухудшатся: при масштабировании вес растёт быстрее, чем несущая поверхность.
Наконец, в-третьих, «практический» самолёт должен быть удобен для пассажиров и эксплуатационщиков, а это, в конечном итоге, опять дополнительный вес.
Хорошо, с учётом всего этого уменьшим нашу аэродинамическую фору с четырёхкратной до двойной: будем считать, что аэродинамическое качество нашего гипотетического «Супер солара» равно 20. Тогда, учтя принятое для «Русского витязя» аэродинамическое качество, равное 10, получим «пересчитанную» нагрузку на мощность 8,35 кг/л.с.
Наш будущий «практический» солнцелёт будет летать лучше, чем «Витязь»!
Отметим, что аэродинамическое качество, равное 20, совершенно обычно для современной авиации. Например, Ту-134А имел качество 18,5, а, скажем, ветеран стратегической авиации США В-52 – даже 21,5.
***
Чтобы совсем устранить сомнения, вспомним… У-2! Учебный двухместный самолёт, сделанный Поликарповым ещё в 1928 г., приобретший множество специальностей, прозванный «кукурузником», в 1944 г. сменивший название на По-2. Кстати, у него даже было кодовое имя НАТО: «Мул».
Летал У-2 прекрасно, хотя высший пилотаж «не тянул» – для этого мотор был слабоват. Так ведь и пассажирскому самолёту петли с иммельманами ни к чему. Если «Супер Солар» будет летать, как У-2, можно смело считать, что задача создания самолёта на солнечных элементах триумфально решена. По крайней мере, для малой авиации.
Нормально летает… почти что боевой разворот
А что у «кукурузника» с нагрузкой на мощность?
Подавляющее большинство этих машин имело двигатель мощностью 115 л.с. В войну У-2 использовались в качестве ночных бомбардировщиков и с бомбами имели вес до 1400 кг. Это даёт нагрузку на мощность чуть больше 12 кг/л.с. А аэродинамическое качество У-2 вряд ли было больше 12 – даже у более позднего биплана Ан-2 с закапотированным мотором, с закрытой кабиной оно равнялось 10.
Пересчитываем нагрузку на мощность «Супер Солара» (16,7 кг/л.с.) с учётом соотношения аэродинамического качества: 12 и 20. Получаем почти точно 10 кг/л.с.
Лучше, чем у превосходного летуна У-2!
***
Ещё раз повторю: всё это – грубейшая прикидка, здесь множество упрощений и вольных предположений. Тем не менее, она даёт твёрдое ощущение, что практически значимый солнцелёт возможен. Осталось только дождаться солнечных элементов с КПД хотя бы процентов 55...
Если вы считаете, что данный текст или изображения нарушают ваши авторские и/или смежные права,
сообщите об этом администрации сайта через Гостевую книгу или на e-mail vemsev@gmail.com для принятия мер по устранению нарушения.
Мастер. а не проще ли предположить, что электроавиация будет почти исключительно беспилотной, да и плясать от этой посылки? Ведь при таком раскладе, насколько я понимаю, снимается куча проблем?
Конечно, в практику пойдут прежде всего "атмосферные спутники" на солнечных батареях и прочие беспилотники, для которых главное - долго находиться в воздухе. Просто моя спекуляция- не об этом! Она специально затеяна под конкретный вопрос: теоретически - можно ли рассчитывать на создание самолётов на СБ, способных выполнять "обыкновенные" функции? Теоретически - вне зависимости от того, нужно это или нет.
Ну и взял я простейшую такую функцию - перевозку нескольких пассажиров. И всё.
В порядке каламбура: если ставить вопрос так, то не имеет значения, есть у аэротакси пилот или нет.
Кстати, первичное значения слова "спекуляция" - философское умозрительное построение. Я очень обрадовался, когда это узнал, и теперь люблю применять
Есть мнение, что электролеты на солнечных батареях будут актуальны применительно к каркасным дирижаблям. Почему - достаточно очевидно: огромные площади оболочки позволяют снять приличную мощность, и в то же время на удержание аппарата в воздухе тратится относительно скромная мощность, а грузоподъемность велика.
Разумеется, разгонять дирижабли до 120-200 кмч на электроприводе не получится - но это может быть и не нужно.
Скорость у "Импульса" заявляют 70 км/ч, но, скажем, на первом этапе трансамериканского перелёта средняя была - 49 км/ч.
Кажется, Вы восприняли мой коммент как спор. Нет, это был просто вопрос. А то я не понимаю, что "Импульс" ну совсем не приспособлен к погодным неурядицам! Я просто спрашивал.
Но уж если на то пошло, то скажу: 120 км/ч - это, как вы понимаете, 33 м/с. По Бофорту это - как раз НИЖНЯЯ граница урагана. То есть много, но вполне реально.
И всё же вопрос-то я повторю: какая считается скорость необходимой такому дирижаблю? Или, если нет таких цифр, то как вы её оцениваете?
Например, современные сухогрузы и контейнеровозы так сильно стараются экономить топливо (точнее, так сильно стараются его экономить судовладельцы), что ходят по маршруту САМЫМ МАЛЫМ ходом, то есть на уровне минимально разрешенных в постоянном режиме для дизелей оборотов. Скорость хода при этом - узлов пять, то есть около 9 км/ч. И ничего, возят грузы.
С другой стороны, есть гигантские контейнеровозы, дающие на маршруте гари в 35 узлов - это около 63 км/ч. Знаете - есть быстропортящиеся грузы, которые надо быстро везти.
Так вот применительно к грузовым дирижаблям разумная скорость может быть внутри этой вилки. А применительно к пассажирским - достаточно 100 кмч, это средняя скорость нормального поезда.
Как вы, возможно, знаете - реально построенный и летавший через Атлантику дирижабль "Гинденбург" развивал скорость до 135 километров в час, причем обходился четырьмя дизельными двигателями «Даймлер-Бенц» LOF-6 эксплуатационной мощностью 800—900 л. с. и максимальной мощностью 1200 л.с. - для современных газовых турбин такая мощность смешна. Для примера - один турбовинтовой двигатель Ту-95 (НК-12МП) имеет мощность 15.000 л.с.
Так вот Гинденбург поднимал в воздух 100 тонн полезной нагрузки - это в пять раз больше, чем поднимает Ту-95 с четыремя двигателями НК-12МП.
Простые расчеты показывают, что современные дирижабли с жесткой оболочкой легко могут держать скорость за 200 км/ч, при этом значительную часть подъемной силы можно получить при помощи наддува оболочки горячим выхлопом турбин - его же все равно надо сбрасывать куда-то, так почему бы не сбрасывать в специальные объемы оболочки.
Проблема только в том, что подобные системы обрушат рынок перевозок. И потому ни железные дорожники, ни авиаторы не позволят выйти на трассы дирижаблям мало-мальски серьезного размера.
Теперь по ветру. В гражданской авиации сдвиг ветра более 4 м/с считается опасным и полеты при таком ветре по возможности не производятся. Я почему говорю сдвиг - потому что сам по себе спокойный ветер даже в 20 м/с может быть приемлим для полета и даже помогает экономить топливо, если дует попутно. Опасны изменения. Они могут быть в виде порывов или в виде пространственного изменения потоков - скажем, ветер над горой меняет направление.
Отлично, спасибо. Я не знал или крепко забыл, что "Гинденбург" летал столь быстро. Тем более не знал, что сейчас можно делать 200 км/ч этого, на мой взгляд, достаточно для чего угодно.
А насчёт того, что "царствующие" транспортники не дадут строить дирижабли... Один из многочисленных аспектов дурацкого сегодняшнего мироустройства... Ещё сто лет назад такого тупика не было...
Интересно, понимаете ли вы, отчего все проекты термоядерной энергетики имеют нулевой результат? При том, что в исследования вбуханы гигантские средства. Отчего вдруг такая непруха?
И отчего вместо финального удара по термояду лучшие умы ядерных физиков мира занимаются бессмысленной хренью на гудронном коллайдере? За хорошие деньги, между прочим, занимаются.
Я полагаю, что вы читали "Сумму технологии" Лема? Книжица написана в 1963 году, но достаточно точно предсказала нынешнюю ситуацию.
Там Лем задался вопросом - к чему приведет функционирование цивилизации в условиях свободы от технологических и материальных ограничений.
Сейчас, в общем-то, для человечества практически нет невозможных задач - и человечество замерло и не хочет решать задачи.
Вот вам хороший пример: автомобиль за последние 100 лет принципиально не изменился. Возникли компьютеры, ядерная энергетика, человек вышел в космос - а автомобиль как был телегой с мотором старика Отто, так ей и остался. Более того - весь "прогресс" ушел в переделку внешнего дизайна и всякие свистелки и грелки для пупка.
Или посмотрите на гражданскую авиацию. В ней последние лет 40 вообще не происходит ничего существенного. Идет какая-то возня нанайских мальчиков - сцепились Боинг с Эйрбасом, а их самолеты неспециалист даже и не отличит друг от друга, настолько они одинаковые, сделаны по одной и той же схеме. Погосян делает с чистого листа SSJ-100 - и опять же он лишь в нюансах отличается от какого-нибудь Эйрбаса А-318. А знаете почему? Потому что в авиакомпаниях сидят идиоты, забитые шаблонами настолько, что просто не купят ничего, что непривычно выглядит.
Все хотят "такое же, только немножко получше". Никто не хочет серьезных изменений, кроме маргиналов. Такое ощущение, что все уснули и спят.
Вот получается у Вас писать кратко и весомо. Прямо меморандум В котором я подписываюсь под каждым словом.
Только вот "Сумму технологий" я всё хочу прочитать, с тех пор, как узнал про неё, т.е. с 1978-го, кажется, года. Теперь уж совсем просто, скачал и читай... А я всё собираюсь. Обязательно прочту!
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
