БПЛА - конвертоплан
Итак, БПЛА-конвертоплан. Убедительная просьба авиаконструкторам и авиастроителям запастись валерьянкой перед тем, как начнете читать все ниже написанное. Те проблемы, которые не смогли решить вы в рамках “большой” авиации с легкостью решаются на относительно миниатюрных БПЛА. Мы используем те же материалы, что и вы, но… Детали меньших размеров имеют гораздо больший запас прочности. Для некоторых узлов такой запас исчисляется сотнями и тысячами раз. Нам не приходится заботиться и перегрузках и самочувствии пилотов и пассажиров.
Итак, тема конвертоплана разрабатывается не одно десятилетие. В настоящий момент существует как минимум пара удачных конструкций:
V-22 Osprey
Bell/Agusta BA609
Их разработка стоила сотни миллионов, их стоимость - десятки миллионов. Они напичканы электроникой, чтобы преодолеть те проблемы, которые сами себе создали. У нас нет таких денег. Поэтому чтобы построить БПЛА-конвертоплан мы заглянули еще глубже в историю.
Boeing Vertol VZ-2 (модель 76)
Bell XV-3 (Bell 200)
Именно! Для БПЛА-конвертоплана мы выбрали схему с поворотным крылом и размещением силовой установки (2-х двигателей) в фюзеляже. Да, в фюзеляже, чтобы не пришлось синхронизировать 2 автономно работающих двигателя. Для полноразмерных летательных аппаратов передача крутящего момента с помощью вала внутри крыла - почти нерешаемая задача, т.к. обеспечение жесткости вала на изгиб и скручивание влечет за собой значительное увеличение его массы (не говоря уже о вибрациях).
Итак, мы выбрали следующую схему БПЛА-конвертоплана:
Небольшое отступление. Все изображения условны. Да, господа студенты-отличники по инженерной графике, мы тоже учились на пятерки, но сейчас пытаемся донести информацию даже до тех, кто не имеет навыков чтения чертежей. И хватит заваливать нашу почту своими критическими замечаниями по этому поводу.
Как видно из предложенной схемы, мы использовали два двигателя, вращающие один вал (комбинация металла и кевлара позволила создать вал максимально технологичный и одновременно прочный на изгиб и скручивание)
На рисунке а двигатели расположены рядом (рекомендуем сместить относительно друг друга циклы работы двс с целью снижения вибраций)
На рисунке b мы представили вариант размещения двигателей, чтобы они вращались в разные стороны (Опять же снижение вибрации и улучшение развесовки аппарата. Про то как мы гонялись за центром масс мы расскажем в следующих публикациях)
Какую из схем выбрали мы - закрытая информация. Думайте, считайте, экспериментируйте!
У нас получилось приблизительно следующее:
Да, мы поворачиваем крыло, чтобы не снизить эффективность аппарата в режиме зависания. Как ведут себя лопасти винтов при изменении вектора тяги? Это Спарта БПЛА! Мы даже не армировали их кевларом. Мы сделали их из материалов, доступных каждому авиамоделисту. Запас прочности - колоссальный.
Как себя чувствует крыло, ведь лобовое сопротивление при переходе из режима горизонтального в режим вертикального полета значительно возрастает? Угол атаки крыла увеличивается до неприличных 90 градусов:
Если быть кратким, то можно сказать, что крыло потерпит!
А если подробнее, то.. Мы провели серию испытаний. Посадочная скорость (а точнее скорость при переходе в режим зависания) колеблется в районе 60-70 км.ч. Мы не стали обращаться в ЦАГИ и проситься в аэродинамическую трубу. Скорости-то вполне автомобильные. Да, мы установили аппарат на крыше нашего Шевроле Тахо и гоняли по проселкам со скоростью 60-70 км.ч Каждые 10 секунд меняя угол атаки крыла от 0 до 90 градусов и обратно. Время за которое менялся угол атаки равнялось 3 секундам. Всего было проведено более 2500 циклов при размахе крыльев в районе 3-х метров (более подробные параметры аппарата - закрытая информация).
В ходе испытаний мы прекрасно понимали, что испытываем аппарат в нереально жестких условиях, т.к. при свободном полете (в режиме перехода) происходит торможение БПЛА-конвертоплана и давление потока воздуха на крыло ослабевает очень быстро. А вот на крыше автомобиля давление не падает, т.к. автомобиль не тормозит.
Итак, лабораторные исследования (ультразвуковое сканирование и т.д. ) показали, что внутренняя структура материала не имеет никаких повреждений, не говоря уже о внешних. Приводной вал не изменил свою геометрию. В конструкции планера применены широкодоступные материалы, стекловолокно, которое можно купить в любом городе. Прочность более чем достаточная. Обеспечить такую прочность на больших пилотируемых аппаратах невозможно.
А вот багажник с крыши нашего автомобиля пришлось выбросить - не вынес.
Следующая часть повествования посвящяется “настоящим” авиаконструкторам, которые брызжат слюной от негодования. Мы расскажем им о поведении БПЛА-конвертоплана при переходе с режима на режим полета (с зависания на горизонтальный полет и наоборот):
Итак в поведении БПЛА-конвертоплана с изменяемым углом атаки крыла есть свои особенности. На рисунке а показан феномен “подскока” аппарата при переходе из режима горизонтального полета в режим зависания и посадки. “Подскок” вызван одновременым изменением вектора тяги и угла атаки крыла.
На рисунке b показан феномен “провала” (потери высоты) при переходе из режима вертикального взлета и зависания в режим горизонтального полета.
Мы не стали решать эти проблемы никак. Мы не стали нашпиговывать аппарат электроникой для нивелирования вышеописанных явлений. Наш аппарат дешев, прост и надежен как автомат Калашникова. А зачем усложнять кострукцию, господа “правильные” авиаконструкторы? Ни пассажиров, ни экипажа на борту нет. Некому блевать и менять подгузники при “подскоках” и “провалах”. Снимите шоры с глаз, академические мои! У нас беспилотник!
Просто для взлета мы сначала поднимали аппарат на 10 метров вертикально вверх, потом переводили в режим горизонтального полета. “Провал” траектории составил около 3-4х метров. И все.
Да, совсем забыл написать про стабилизацию аппарата в режиме зависания. Никакой электроники, никакого лишнего “фарша”. Просто мы наклонили оси вращения роторов (угол - закрытая информация. Экспериментируйте!). После этого аппарат выдерживал хороший пинок в корпус и только смещался в горизонтальной плоскости:
Про расход топлива. Вертикальный взлет, когда 2 двигателя работают на полную мощность, расход большой, но как показали практические испытания, после перехода в режим горизонтального полета достаточно четверти мощности каждого двигателя для обеспечения необходимых режимов пилотажа. Снизив в полете мощность мы сэкономим не только топливо но и ресурс самих двигателей.
Были проведены испытания по аварийным отказам двигателей. Результаты:
1. На одном двигателе аппарат может полностью выполнить всю программу в горизонтальном полете, не может взлететь, зависать в воздухе, но может безопасно вертикально сесть со скоростью снижения 1.5-2 метра в секунду. Все остается целым и невредимым.
2. Аппарат способен садиться в режиме авторотации при отказе обоих двигателей. (Испытания еще не завершились)
Мы не открыли Америки и не придумали ничего нового. Мы скомпоновали старые решения, забытые в большой авиации. Дерзайте и у вас все получится. Удачи!
В наших следующих публикациях:
Этого мы еще не построили, но есть наметки по реализации концепции “вертикальный взлет и посадка на авианесущий крейсер (полноценных авианосцев у России просто нет, что усложняет задачу), 24 часа в воздухе“.
Мы будем складывать крылья во время полета и гоняться за центром масс. Будем экономить топливо при взлете и “дадим прикурить”.
Спасибо за внимание.