Авиация россии как на ладони. Самые нестандартные летающие конструкции
👁 811
Турбовинтовой космолет Rotary Rocket Roton ATV
Именно таким вот экзотическим образом компания Rotary Rocket пыталась в 90-е годы прошлого века преодолеть базовые ограничения , существенно повысив КПД их движителей. А то, прямо, какая-то беда: одноступенчатые ракеты на химическом топливе не могут выйти на … Сущее разорение. Но, как было сказано в одном хорошем фильме: “тот кто нам мешает – тот нам и поможет!”. А кто нам мешает, кроме конечно? Воздух!
Опирались они на ту идею, что турбовинтовые двигатели имеют существенно больший КПД, чем чисто реактивные и турбореактивные. А поскольку один из самых энергозатратных участков – именно протыкание плотных слоев , – то нельзя ли на этом этапе схитрить?
Суть хитрости состояла в том, что на макушке пирамидального аппарата размещался винт, типа вертолетного (на прототипе – именно от вертолета, для простоты), который приводился в действие (глубоко вздохнул) от кольцевой вращающейся системы из 72 жидкостных (керосин+кислород) двигателей, находящейся на традиционном для ракет месте – снизу.
В смысле, сквозь весь аппарат проходил вал от двигательной системы, крутившейся на 720 оборотов в минуту (12 в секунду, на минуточку) к редуктору НВ.
Ну, не считая привода НВ – конструкторы решили таким образом резко сэкономить на массе турбонагнетателей (подача компонентов топлива осуществляется за счет центробежной силы) и системы стабилизации – само кольцо двигателей работает гироскопом.
Но и это еще не все – при посадке вместо традиционной термозащиты предполагалось использовать хитрую схему с подачей воды(!) под днище корабля, с тем, чтобы существенно снизить температуру за счет паровой подушки и сэкономить на массе термозащиты (честно говоря, я не уверен в том, что это работоспособная идея – неочевидно, что будет легче: традиционная теплозащита или вся эта система подачи воды вместе с запасом оной).
Они рассчитывали, что 180-тонная транспортная система будет выводить на низкие от 2700 до 3200 кг полезной нагрузки – и возвращаться в целости и сохранности. Да-да, это все планировалось многоразовым.
Несущий винт – работал, помимо роли парашюта, на финальном участке полета еще и системой мягкой посадки “по вертолетному”, в этом режиме, конечно, основные реактивные двигатели уже не работали (топливо и окислитель выгорели при взлете), а раскрутку лопастей должны были обеспечить небольшие реактивные двигатели на перекиси водорода на концах лопастей.
Планируемое конструкторами конкурентное преимущество перед “самолетными” многоразовыми системами состояло в том, что никаких особых условий, как шаттлам, способным приземляться только на трех (если память не изменяет) аэродромах в мире – системе не требовалось – для посадки годилась любая ровная площадка, на котором помещался аппарат.
Кстати, и для взлета тоже – никаких особых хитрых конструкций не предполагалось, ведь никакие опорные системы не нужны (аппарат стоит на собственных опорах) – нужно просто яма для отвода выхлопа (относительно небольшого при отрыве, основная тяга создается несущим винтом) – и все, собственно.
Всего компанией Rotary Rocket было построено несколько макетов и один летающий прототип, Roton С-9. Причем, прототип был в масштабе 1:1 – высотой около 20 метров и 6,6 метров диаметром у основания. Пропеллер, правда, подкачал – взяли от разбитого S-58, но поскольку первоначальные испытания планировались в “посадочном” режиме, без заправки топливом и без полезной нагрузки – то четырехлопастного винта с пероксидными двигателями на лопастях должно было хватить на полет. Зато – в 20 раз дешевле, чем оценивалась стоимость специального “космического” ротора. И вертолетного винта хватило, надо сказать.
Всего было проведено три полета пепелаца, которые показали что (а) летать оно может, но (б) плохо. Никакой обзор, настолько что летать просто небезопасно (по высоте пилоты ориентировались только по высотомеру) и управляемость ниже плинтуса.
А потом компания разорилась…. Инвесторы решили, что перспектив нет, и 33 миллиона долларов были списаны в убытки. В настоящее время Rotary Rocket Roton C-9 экспонируется в музее авиации, но без вертолетного винта.
Необычные летательные аппараты
Человек давно мечтал научиться летать как птица, и летательные аппараты - именно то, к чему привело его это стремление и научно-технический вектор развития человечества. Летательные аппараты - длинная ветвь эволюции и прогресса, начиная первыми неудачными попытками создать мускулолет (вроде того, с которым оплошал Икар) и заканчивая современными «Боингами», истребителями, бомбардировщиками, космическими аппаратами - всем, что позволяет нам перемещаться, минуя сушу и море. Несмотря на, казалось бы, невообразимо сложные технологии, лежащие в их основе, летательные аппараты по большей части считаются относительно безопасным и быстрым средством передвижения. Особый резонанс вызывают лишь трагедии, уносящие жизни сразу нескольких сотен человек. Впрочем, желание человека - закон, и можно с уверенностью сказать, что он перевыполнил план по повторению подвига пернатых мира сего.
Hybrid Air Vehicles, компания, построившая летательный аппарат Airlander 10 (самый длинный в мире летательный аппарат, известный также как «летающий зад» за свое сходство с задницей), заявила, что ее нынешний прототип перестраиваться не будет, однако она займется созданием нового поколения летающих дирижаблей. HAV уже получила одобрение от Управления гражданской авиации на создание новой серии летательных аппаратов, запланированной на начало 2020-х.
Большинство современных беспилотников имеют такую конструкцию, которая позволяет эффективно двигаться лишь в одном-двух направлениях. К примеру, привычное расположение винтов в верхней части летательного аппарата дает хорошую подъемную силу, но позволяет двигаться лишь в положении, параллельном земле, не давая «переворачиваться», что может быть большой проблемой в условиях сильного ветра. Совсем иной подход используется в беспилотнике Omnicopter, пропеллеры которого расположены таким образом, что аппарат одинаково эффективно может двигаться в любом направлении и, по сути, не имеет ни «верха», ни «низа».
Здравствуйте!
Сразу хочу сказать, что поверить в это сложно, почти невозможно во всём виноват стереотип, но попытаюсь изложить это понятно и аргументировать конкретными испытаниями.
Моя статья предназначается для людей, связанных, с авиацией или тем кому интересна авиация.
В 2000 году, возникла идея, траектория движения механической лопасти по окружности с разворотом на своей оси. Как изображено на Рис.1.
И так представим, лопасть (1), (плоская прямоугольная пластина, вид сбоку) вращаясь по окружности (3) разворачивается на своей оси (2) в определённой зависимости, на 2 градуса вращения по окружности, 1 градус разворота на своей оси (2). В результате мы имеем изображенную на Рис.1 траекторию движения лопасти (1). А теперь представим, что лопасть находится в текучей среде, в воздухе или воде, при таком движении происходит следующее, двигаясь в одну сторону (5) по окружности, лопасть имеет максимальное сопротивление текучей среде, а двигаясь в другую сторону (4) по окружности, имеет минимальное сопротивление текучей среде.
Это и есть принцип работы движителя, осталось изобрести механизм исполняющий траекторию движения лопасти. Этим я и занимался с 2000 по 2013 год. Механизм назвал ВРК, расшифровывается как вращающееся разворачивающееся крыло. В данном описании крыло, лопасть, и пластина имеют одинаковое значение.
Создал свою мастерскую и начал творить, варианты пробовал разные, приблизительно в 2004-2005 получил следующий результат.
Рис. 2
Рис. 3
Сделал тренажёр для проверки подъёмной силы ВРК Рис.2. ВРК выполнен трёх лопастным, лопасти по внутреннему периметру имеют натянутую красную плащевую ткань, смысл тренажера преодолеть силу тяжести в 4 кг. Рис.3. Безмен я крепил к валу ВРК. Результат Рис.4:
Рис. 4
Тренажёр с легкостью поднял этот груз, был репортаж по местному телевидению ГТРК Бира, это кадры из этого репортажа. Потом добавил скорость и отрегулировал на 7 кг., тренажер поднял и этот груз, после этого попытался добавить ещё скорость, но механизм не выдержал. Поэтому судить об эксперименте могу по этому результату, хотя он и не окончательный, а в цифрах это выглядит так:
На клипе изображен тренажёр для испытания подъёмной силы ВРК. На ножках, шарнирно закреплена горизонтальная конструкция, с одной стороны установлено ВРК с другой привод. Привод – эл. двигатель 0,75кВт, КПД эл. двигателя 0,75% то есть фактически двигатель выдаёт 0,75*0,75=0,5625КВт, нам известно что 1л.с=0,7355кВт.
Перед включением тренажера я безменом взвешиваю вал ВРК, вес составляет 4кг. Это видно из клипа, после репортажа я изменил передаточное число, добавил скорость и добавил вес, в итоге тренажер поднял 7 килограмм, после при увеличении веса и оборотов, он не выдержал. Вернёмся к расчётам по факту, если 0,5625кВт поднимает 7 кг то 1л.с=0,7355кВт поднимет 0,7355кВт/0,5625КВт=1,3 и 7*1,3=9,1кг.
Движитель ВРК при испытании показал вертикальную подъёмную силу 9,1кг/на одну лошадиную силу. К примеру у вертолёта подъёмная сила в два раза меньше. (сравниваю технические характеристики вертолётов, где максимальная взлётная масса на мощность двигателя составляет 3,5-4 кг./на 1л.с., у самолёта она составляет 8 кг./на 1 л.с.). Хочу заметить, что это не окончательный результат, для испытаний, ВРК необходимо сделать в заводских условиях и на стенде с точными приборами, определить подъёмную силу.
Движитель ВРК, имеет техническую возможность, изменять направление движущей силы на 360 градусов, это позволяет осуществлять вертикальный взлёт и переходить на движение по горизонтали. В этой статье я не останавливаюсь на этом вопросе, это изложено в моих патентах.
Получил 2 патента за ВРК Рис.5, Рис.6, но сегодня они не действуют за неуплату. Но всей информации для создания ВРК в патентах нет.
Рис. 5
Рис. 6
Теперь самое сложное, у всех сложился стереотип о существующих летательных аппаратах, это самолёт и вертолёт (я не беру примеры на реактивной тяге или ракеты).
ВРК – обладая преимуществом перед винтом такими как, более высокая движущая сила и изменением направления движения на 360 градусов, позволяет создавать совершенно новые летательные аппараты различного назначения, которые будут вертикально взлетать с любой площадки и плавно переходить в горизонтальное движение.
По сложности производства, летательные аппараты с ВРК не сложнее автомобиля, назначение летательных аппаратов может быть самое различное:
- Индивидуальные, надел на спину, и полетел как птица;
- Семейный вид транспорта, на 4-5 чел, Рис.7;
- Муниципальный транспорт: скорая помощь, полиция, администрация, пожарная, МЧС и т.п., Рис.7;
- Аэробусы для периферийного, и междугороднего сообщения, Рис.8;
- Летательный аппарат, взлетающий вертикально на ВРК, переходящие на реактивные двигатели, Рис. 9;
- И любые летательные аппараты для всевозможных задач.
Рис. 7
Рис. 8
Рис. 9
Вид у них и принцип полёта, сложен к восприятию. Кроме летательных аппаратов ВРК может быть использован как движитель для плавательных аппаратов, но этой темы мы здесь не касаемся.
ВРК это целое направление, с которым мне одному не справиться, хочется надеяться что это направление потребуется в России.
Получив результат 2004-2005 году, я был окрылён и надеялся, что быстро донесу свои мысли до специалистов, но пока этого не случилось, все годы делал новые варианты ВРК, применял разные кинематические схемы, но результат испытаний был отрицательным. В 2011 году, повторил вариант 2004-2005 года, эл. двигатель включил через инвертор, этим обеспечил плавный пуск ВРК, правда, механизм ВРК выполнил из доступных мне материалов по упрощённому варианту, поэтому максимальную нагрузку дать не могу, отрегулировал на 2 кг.
Медленно поднимаю обороты эл. двигателя, в результате ВРК показывает бесшумный плавный взлёт.
Полный клип последнего испытания:
На этой оптимистичной ноте прощаюсь с Вами.
С уважением, Кохочев Анатолий Алексеевич.
За последние сто лет человечество придумало массу самых разнообразных летательных аппаратов. Мы увидели и самолёты и вертолёты, летательные аппараты и с пропеллером, и с реактивной тягой, способные взлетать с суши и с моря, взлетать и садиться с разбегом и вертикально. Мы увидели летательные аппараты разной формы — без фюзеляжа, без хвоста и крыльев, с изменяемой геометрией, в форме диска, цилиндра или конуса. Мы увидели необычные гибриды — летающие автомобили и мотоциклы, летающие лодки и даже подлодки, летающие ранцы и гибрид самолёта с космическим кораблём. К сожалению, дать обзор всех необычных летательных аппаратов просто невозможно, поэтому постараемся рассказать про самые необычные и по-настоящему уникальные.
Самолёты на солнечных батареях
Может ли самолёт летать без топлива и почти бесконечно? Может, и современные технологии позволяют построить подобные самолёты.
На фото самолёт «Solar Impulsе» («Солнечный импульс»), построенный в 2014 г. в Швейцарии. Для облегчения массы самолёт сделан из композитных материалов, при этом его масса 2300 кг при размахе крыльев 72 метра. Самолёт оснащён солнечными батареями, расположенными на крыльях, и мощными аккумуляторами, способными запасать энергию днём и поддерживать полёт ночью. В 2015-2016 годах самолёт совершил кругосветный перелёт, при этом полёт на самом длинном участке от Японии до Гавайских островов занял больше четырёх суток.
«Solar Impulsе» — пилотируемый самолёт, поэтому он всё-таки не может летать слишком долго. Беспилотные же самолёты аналогичной конструкции не имеют подобных ограничений. Ещё в 2010 беспилотный самолёт на солнечных батареях Zephyr смог провести в воздухе 2 недели, летая на высоте больше 20 километров. Этот успех привёл к разработке ещё более амбициозных проектов в разных странах, в т. ч. и в России. Подобные самолёты, потенциально способные проводить в воздухе месяцы и даже годы, смогут выполнять многие задачи, сейчас возложенные на спутники — наблюдать за погодой, проводить исследования, обеспечивать связь и беспроводный интернет в удалённых районах.
Испытания российского беспилотника на солнечных батареях «Сова»
Мускулолёты
С древних времён человек думал о том, чтобы летать подобно птицам. Возникали мифы, в которых люди, прицепив крылья, поднимались в воздух. Правда на практике все подобные попытки оканчивались неудачно или просто трагически. Но уже после того, как человек освоил полёты при помощи самолётов с мощными двигателями, люди продолжали задаваться вопросом — а всё же, может ли человек летать лишь при помощи своей мышечной силы, используя летательные аппараты без двигателей? На этот счёт существовали сомнения, ведь самые крупные летающие птицы имеют вес всего 15-20 кг.
Но энтузиасты взялись за решение этой задачи и всё-таки добились успеха. Применив максимально лёгкие материалы, удалось создать мускулолёт массой всего 30 кг. Впервые достаточно продолжительный успешный полёт на подобном летательном аппарате в 1979 г. совершил велосипедист Брайан Аллен, перелетев на нём через Ла-Манш. Расстояние в 35 км он преодолел за 2 ч 49 мин.
Перелёт через Ла-Манш
В 1988 г. энтузиасты решили пойти ещё дальше и воспроизвести в реальности древнегреческий миф о Дедале и Икаре. Согласно мифу, талантливый изобретатель Дедал сбежал с Крита, от злобного правителя Миноса, сделав себе крылья и перелетев по воздуху с острова в Грецию. В Массачусетском технологическом институте был построен мускулолёт, а греческий велосипедист, чемпион Греции по велогонкам Канеллос Канеллопулос выполнял полёт. Несмотря на сомнения скептиков, полёт прошёл успешно, 116 км Канеллос преодолел менее, чем за 4 часа, развив скорость около 30 км/ч. Правда при заходе на посадку порыв ветра сломал крыло и мускулолёт упал в воду рядом с берегом. Этот полёт до сих пор является рекордным.
Мускулолёт «Дедал»
Видео — полёт «Дедала»:
Самолёт с паровым двигателем
А вот и ещё один пример, показывающий, что если у множества людей после множества попыток ничего не получается, это ещё не значит, что это невозможно. Паровой двигатель промышленность стала использовать ещё в 18 веке и тогда же были предприняты первые попытки приспособить его для транспортных средств. Появились , а в начале 19 века — паровозы. С самого начала 19 века в разных странах предпринимались и попытки построить летательный аппарат с паровым двигателем. Но ничего не получалось, паровые самолёты едва отрывались от земли и падали, пролетев не более пятидесяти метров.
Первый самолёт, который действительно мог летать, братья Райт сконструировали, применив лёгкий двигатель внутреннего сгорания, работавший на керосине. После этого сложилось убеждение, что самолёт с паровым двигателем построить вообще невозможно, т. к. он слишком тяжёлый. Ведь помимо самого двигателя нужен был котёл, топка, запасы топлива, а также вода.
Но в 1933 г. братья Бесслеры из США опровергли это убеждение, построив самолёт с паровым двигателем, который вполне успешно летал.
Airspeed 2000 — самолёт с паровым двигателем
Более, того, этот самолёт даже имел определённые преимущества перед обычными, например, мощность двигателя не падала с высотой, самолёт был более надёжен и прост в обслуживании, двигатель был очень малошумным. Но более низкий КПД и дальность полёта привели к тому, что паровой самолёт так и остался построенным в единственном экземпляре.
Видео — паровой самолёт Бесслеров:
Гибрид самолёта, вертолёта и дирижабля
Airlander 10 — уникальный летательный аппарат, построенный в 2012 г. в Великобритании, в котором соединили черты сразу трёх основных типов воздушных судов — самолёта, вертолёта и дирижабля.
Огромный гибридный дирижабль имеет длину 92 м (самый большой летательный аппарат в мире) и грузоподъёмность 10 тонн. Заполненный гелием корпус создаёт подъёмную силу и позволяет экономить топливо на удержание аппарата в воздухе. 4 двигателя позволяют развивать скорость до 150 км/ч. А в воздухе этот летательный аппарат может находиться до трёх недель непрерывно.
Видео — Airlander 10:
Орнитоптеры
Воздушные шары, самолёты, вертолёты, ракеты — практически все летательные аппараты, построенные человеком, не имеют аналогов в природе. Все же летающие живые существа, от насекомых до птиц и летучих мышей летают потому, что машут крыльями. Не удивительно, что люди хотя бы просто из интереса стали пробовать воспроизвести принцип полёта, доминирующий в природе. Летательные аппараты подобного типа стали называть махолётами или орнитоптерами.
Как ни странно, создать орнитоптеры оказалось куда сложнее, чем самолёты и вертолёты. На сегодняшний момент все орнитоптеры беспилотные и имеют сравнительно небольшие размеры.
Вот видео некоторых орнитоптеров.
Орнитоптеры, похожие на птиц:
Тяжёлый орнитоптер весом около 30 кг, созданный российскими изобретателями:
Когда приступают к классификации предметов или явлений, то ищут основные, наиболее общие черты, свойства, которые служат доказательством их родства. Наряду с этим изучают и такие признаки, которые резко отличали бы их друг от друга.
Если мы, следуя этому принципу, начнем классифицировать современные летательные аппараты, то прежде всего встанет вопрос: какие же признаки или свойства летательных аппаратов считать наиболее важными?
Может быть, можно классифицировать их, исходя из материалов, из которых изготовлены аппараты? Да, можно, но это будет мало наглядно. Ведь из разных материалов можно сделать одно и то же. Алюминий, сталь, дерево, полотно, резина, пластмассы в тон или иной степени применяются при изготовлении н самолетов, и вертолетов, н дирижаблей, и воздушных шаров.
Может быть основой для классификации летательных аппаратов избрать: когда и кем сделан аппарат впервые? Можно классифицировать в историческом плане - это вопрос важный, но тогда под одну рубрику попадут несхожие между собой по многим признакам аппараты, предложенные в одно время и в одной стране.
Очевидно, не эти признаки для классификации нужно считать наиболее важными.
Ввиду того что летательные аппараты предназначены для перемещения в воздушной среде, их принято подразделять на аппараты легче воздуха и аппараты тяжелее воздуха . Итак, основой классификации летательных аппаратов является их вес по отношению к воздуху.
Мы видим, что к аппаратам легче воздуха относятся дирижабли, воздушные шары и стратостаты . Они поднимаются и держатся в воздухе за счет наполнения их легкими газами. К аппаратам тяжелее воздуха принадлежат самолеты, планеры, ракеты и винтокрылые аппараты.
Самолет и планер поддерживаются в воздухе подъемной силой, создаваемой крыльями; ракеты удерживаются в воздухе силой тяги, развиваемой ракетным авигателем, а винтокрылые аппараты - подъемной силой несущего винта. Существуют (пока в проектах) аппараты, занимающие промежуточное положение между самолетами и винтокрылыми аппаратами, самолетами и ракетами. Это так называемые преобразуемые самолеты, или конверто-планы, которые должны объединить с себе положительные свойства как тех, так и других и сочетать огромные скорости полета с возможностью висения в воздухе, возможностью взлетать без разбега и садиться без пробега.
Вертолет, как и автожир, относится к винтокрылым летательным аппаратам. Их различие состоит в том, что несущий винт автожира не связан с двигателем и может свободно вращаться.
Несущий винт вертолета (или несколько несущих винтов) в отличие от несущего винта автожира в процессе взлета, полета и посадки приводится во вращение двигателем и служит как для создания подъемной силы, так и тяги. Создаваемая винтом аэродинамическая сила используется как для поддержания вертолета в воздухе, так и для его движения вперед Кроме того, несущий винт является также органом управления вертолетом.
Если у самолета тягу создает воздушный винт или реактивный двигатель, подъемную силу - крылья, а органами управления служат рули и элероны, то у вертолета все эти функции выполняет несущий винт. Из этого становится понятным, насколько важно значение несущего винта на вертолете.
Вертолеты отличаются друг от друга по количеству несущих винтов, по их расположению, по способу привода вращения. В соответствии с этими признаками и разделены вертолеты, изображенные.