Главная » 2013 » Июнь » 6 » Фотоэлементарно, Ватсон! Продолжение
22:28
Фотоэлементарно, Ватсон! Продолжение
Повествование наше, начавшись с первых электрических беспилотников и транс-ламаншного перелёта «Солар Челленджера» конструкции Пола Мак-Криди, прервалось на огромном насавском беспилотнике «Центурион» (Centurion) с размахом 62,8 м и четырнадцатью двигателями.
Это он на фотографии – считайте И пойдём дальше.
В честь бога Солнца
«Центруиону» не довелось заниматься практической работой. Он выполнил всего три полёта, причём не под солнечной батареей, а с использованием аккумуляторов. Однако правильность избранного пути была доказана, и в 1999 г.оду аппарат стали дорабатывать, уже под новым именем – «Гелиос» (Helios).
Тенденция продолжилась – крыло новой машины, состоящее из шести одинаковых секций, имело длину 75,3 м – больше, чем у самых крупных американских «транспортников» – гражданского Boeing 747 (65,6 м) и военного С-5 Galaxy (67,9 м). И это при максимальном взлётном весе всего 272,4 кг! В названных самолётах тонн больше, чем в «Гелиосе» – килограммов…
Хорда крыла была такой же, как у Centurion’а и Pathfinder’а – 2,44 м; за счёт большего размаха количество фотоэлементов было доведено до 62120. Внешние секции, для повышения устойчивости по крену, устанавливались с углом поперечного V = 10º. Пять подкрыльевых гондол располагались в местах стыка секций крыла. Количество двигателей уменьшили до 10.
Последнее достижение (на 2010 год) программы ERPA, «Гелиос Прототип». Интересно, что на первых порах в его испытаниях принимали участие и лётчики, для которых к «летающему крылу» подвешивалась специальная кабина
В рамках программы ERAST Helios должен был продемонстрировать возможность достижения двух целей: (1) установившийся полёт на высоте порядка 30 км и (2) полёт длительностью не менее 24 часов, из которых не менее 14 на высоте не менее 15 км. Вторая задача определила состав энергетической системы: это была комбинация из солнечных батарей, аккумуляторов и воздушно-водородных топливных элементов для полёта ночью.
Что ж, с первой из задач Helios практически справился: 13 августа 2001 г. была достигнута высота 29 523 м – новый рекорд для нереактивных аппаратов. При этом более 40 мин он летел выше 29,3 км, доказывая, что может стать прототипом воздушного ретранслятора или разведчика, способного очень долго находиться на очень большой высоте – во всяком случае, по своим аэродинамическим решениям.
Однако едва ли не те же решения привели этот действительно многообещающий прототип к печальному концу. 26 июня 2003 г. во время второго предварительного полёта по программе подготовки к 40-часовому испытанию, аппарат потерял управление, частично разрушился и упал в Тихий океан.
Подробности Как всегда, в процессе набора высоты «Гелиос» должен был пройти через зону атмосферной турбулентности на подветренной стороне острова. Надо сказать, прогноз погоды в этот день был не слишком благоприятным; впрочем, он не был и совсем уж «запретительным».
Однако из-за небольшой неисправности аппарат задержался на старте. Погода ещё немного изменилось по сравнению с моментом принятия решения на старт – появилась облачность. А это очень большая опасность для солнцелёта. Мощность силовой установки уменьшилась, а с ней и скорость набора высоты.
«Гелиос» задержался в зоне турбулентности… Под её воздействием концы крыла стали чрезмерно загибаться кверху. Это произошло через 16 мин после старта. Аппарат начал колебаться относительно поперечной оси (по тангажу), но система управления пока справлялась, и скоро колебания прекратились.
Такой изгиб крыла – ещё в пределах нормы…
Ещё через 15 мин, когда солнцелёт был на высоте порядка 850 м, явление повторилось, причём в значительно более сильном варианте. Крыло выгнулось уже за пределы допустимого угла. Колебания стали расходящимися – «Гелиос» потерял продольную устойчивость. С каждым новым «клевком» скорость полёта увеличивалась. Нагрузка от скоростного напора росла и в конце концов превысила то значение, на которую была рассчитана конструкция.
Разрушение началось с элементов передних кромок внешних секций крыла. Стали отрываться солнечные панели и обшивка на верхней стороне. Солнцелёт – не штурмовик; этих повреждений с запасом хватило для того, чтобы аппарат упал в воду в границах испытательной зоны.
Думается, дело тут в недостатке, органически присущем «летающему крылу». У самолёта нормальной схемы стабилизатор с рулём высоты находятся на хвосте, на большом удалении от центра масс. Это значит, что даже небольшое усилие на них создаёт большой момент, возвращающий аппарат в нужное положение. Небольшое изменение угла атаки стабилизатора, небольшое отклонение руля высоты – и возмущение парировано.
У «Гелиоса», который был типичным, «генетически чистым» «летающим крылом», было 72 маленьких руля на задней кромке средней секции крыла. Плечо, на котором приложена аэродинамическая сила – мизерное, всего-то 1,5 м. При большом возмущении, как ни отклоняй хоть все рули сразу – момента не хватит. Это называется – недостаточный запас рулей…
Обратите внимание: все солнцелёты, о которых пойдёт речь ниже, и действующие рекордсмены, и проекты из будущего, все они имеют нормальную аэродинамическую схему.
А длительность – за Европой!
В Европе занялись «солнечной авиацией» сравнительно поздно. Цели для разрабатываемых аппаратов заявлялись примерно те же – мониторинг окружающей среды, ретрансляция сигналов в линиях связи (в этом качестве их часто называют «псевдоспутниками»). Соответственно, и основные требования к аппаратам такие же, как и у заокеанских конструкторов: большие потолок и продолжительность полёта.
В 2000–03 годах группа специалистов Туринского политехнического университета (Италия) совместно с коллегами из британского Йоркского университета разработала концепцию аппарата «Хелиплат» (Heliplat) – крупной машины, построенной по двухбалочной схеме, с размахом крыла 70 м и восемью двигателями. Система питания, как и у «американцев», комбинированная – солнечная батарея плюс топливные элементы. Самолёт должен кружить над большим городом, покрывая территорию размером в 1000 км в поперечнике. 425 тыс. преобразователей, установленных на нём, по расчёту, должно хватить для обслуживания 8,5 млн абонентов сотовой связи.
Практические шаги этой итало-британской программы пока скромны: в 2007 г. совершил серию испытательных полётов малоразмерный демонстратор, предназначенный для тестирование солнечных элементов и электрической силовой установки. Он сделан из модели мотопланера «Супер Димона 2400» (Super Dimona 2400) с размахом крыла 7 м. Панели с монокристалличнескими кремниевыми фотоэлементами поставили поверх обшивки, в дополнение к ним аппарат нёс литиевые аккумуляторы, так что возможность полётов в тёмное время суток тоже была обеспечена. Полезной нагрузкой служили ИК-прибор и видеокамера; вместо «штатной» аппаратуры дистанционного управления на модели был установлен автопилот.
Модель-демонстратор по программе «Гелиплат», испытанная в Туринском политехническом университете
По заявлению руководителя исследований, профессора Джулио Ромео, это были первые полёты солнцелёта в Италии…
Даже раньше, чем итальянцы, солнцелётами занялись англичане: компания QinetiQ провела первые испытания своего БЛА «Зефир» (Zephyr) ещё в 2006 году.
«Зефир» – это не отдельный образец, а программа, в ходе которой создаются аппараты, сходные по аэродинамике и конструкции, но различающиеся в размерах. Схема у них вполне классическая – моноплан с рейкой-фюзеляжем и обычным хвостовым оперением, двигатели на крыле, винты тянущие. Внешние части консолей примерно на 40% размаха установлены с положительным V для повышения поперечной устойчивости, на верхней поверхности крыла – солнечные батареи толщиной в лист бумаги, внутри – литиевые аккумуляторы. Основные силовые элементы сделаны из углеродных композитов.
Испытания «Зефира» на знаменитом полигоне Уайт Сэндз, штат Нью-Мехико
Первые два аппарата испытывались на американском полигоне Уайт Сэндз а марте 2006 года. Это были машины с размахом 12 м, весом 27 кг. Лучшие результаты – 6 часов в воздухе, высота 8,2 км. А в сентябре следующего года был установлен рекорд. Если американский «Гелиос» достиг рекордных показателей по одному из двух главных направлений – высоте полёта, – то «Зефир» стал лидером по другому – его продолжительности.
Рекорд был поставлен аппаратом следующего поколения – весом 31 кг, с размахом крыла 18 м. «Зефир» летал 54 часа – это больше, чем официальный мировой рекорд продолжительности полёта, остающийся пока за «обычным» американским беспилотником «Глобал Хок» (Global Hawk) – 31 ч. 30 мин.
(Напоминаю: статья 2010 года. Я не стал утруждаться обновлением информации, извините. Считаю, что для основной темы это непринципиально).
«Зефир» взлетает под управлением оператора, а в некоторый момент времени управление берёт на себя автопилот, направляющий аппарат с помощью спутниковой навигационной системы.
У программы «Зефир» есть практическое будущее. Поверив в возможности электролёта – а разработчики обещают 30 км высоты и три месяца продолжительности, – этот аппарат выбрали в качестве воздушной платформы европейского проекта «Пегасус» (Pegasus).
Проект подразумевает создание Европой собственной системы сбора визуальной информации – картография, погода, урожай, рост лесов, пожары. Помимо беспилотнков, в нём будут работать спутники и, конечно, наземные станции приёма и обработки информации. Если всё получится, оснащённый целевой аппаратурой «Зефир» получит «штатное» название «Меркатор» (Mercator).
Пока же… Пока аппарат перекрыл своё же достижение. Стартовав 28 июля 2008 года, Zephyr летал до 31-го и налетал 82 ч 37 мин. Этот рекорд тоже был неофициальным, так как не регистрировался ФАИ; но разработчики говорили, что это их не очень заботит – они делают технику для будущего практического использования, а не для сегодняшних формальных рекордов.
Наконец, в июле 2010 года «Зефир» показал совсем уж заоблачную цифру – 336 ч 21 мин! На этот раз официальный рекорд должен быть зафиксирован. И это будет не только «беспилотная» победа над «Глобал Хоком», давно заслуженная. Теперь, похоже, это будет абсолютный рекорд продолжительности беспосадочного полёта неорбитального аппарата тяжелее воздуха. Потому что перекрыто достижение рутановского «Вояджера» – 216 ч 3 мин. 44с, – время его кругосветного перелёта в 1986 году.
…Надо сказать, что далеко не все группы разработчиков считают, что «псевдоспутник» обязательно должен быть большим. Так, Немецкий авиационно-космический центр работает над аппаратом такого же назначения «Солитэйр» (Solitair), размах крыла которого – всего 5,2 м.
Сравнимой величины машину делают студенты и преподаватели израильского технологического института «Технион». Конечная цель усилий – кругосветный перелёт, но до этого, похоже, ещё довольно далеко. Их сверхлёгкий БЛА «Сан Сейлор» (Sun Sailor) с солнечными элементами общей мощностью 90 Вт начал летать в июле 2006 года.
«Сан Сэйлор» из «Техниона» – пока ещё типичная авиамодель
Правда, вместо побития рекорда самолётик пролетел всего 25 км и упал из-за плохой работы системы управления. Следующий аппарат, «Сын Сан Сэйлора» (Son of Sun Sailor) создавался уже в сотрудничестве с Israel Aircraft Industries, испытывался в том же году; но и он разбился. Работа продолжается…
В мире ведутся и другие работы по маленьким аппаратам на солнечной энергии, естественно, беспилотным. С другой стороны, строятся более крупные пилотируемые мотопланеры, такие, как «Сан Сикер II» (Sunseeker II). Но самое, наверное, интересное, – это возможность длительного, в несколько суток, полёта человека на самолёте, не требующем для работы ничего, кроме энергии нашего дневного светила.
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.
И пойдём дальше. 
