Без назви
Електричний літак
6 серпня 2009 року
Оновлення від 12 вересня 2009 року. Перший політ електричного Cri-Cri. Жан-Люк Суллієр за кермом
****Оновлення від 2 жовтня 2010 року
Роки, які ми зараз переживаємо, означають появу електричного літака, електричного автомобіля. Просто подивіться на життя та невдачі електромобілів:
Коротка відступка про електричний велосипед із деякими даними:
Акумулятор: Panasonic Іон-Літій, ємність: 8 А·год, 26 В, автономність: 50–70 км; 3 рівні допомоги, час зарядки: 3 години, двигун: у педалі, 180 Вт, рама: міська, алюміній, розмір: 45 см, вилка: сталь, сидіння: Kinetic, диски: 26" алюміній, гальма: V-brake передні та задні, швидкості: Nexus 3 з автоматичним переключенням, шини: 26 x 1,75, габарити: 175 x 65 см, вага: 22 кг
У Китаї один із двох елементів акумулятора велосипеда є змінним. Користувач звик виймати його з гнізда, коли повертається з роботи, і заряджати його вдома. Те саме в місці роботи. Ця змінність акумулятора збільшує автономність транспортного засобу (яка, втім, для різних моделей становить 50–70 кілометрів). Коли ми задаємо собі питання про ідеальний електричний транспортний засіб, виникає кілька проблем. Бажано, щоб цей засіб був двомісним і міг використовуватися для покупок. Що ми часто забуваємо, порівнюючи з невеликими автомобілями, як-от Smart, — це те, що електричний транспорт повністю не забруднює навколишнє середовище і може входити в торгові галереї, використовувати підземні проїзди, їхати... куди завгодно. Ми можемо навіть уявити інтеграцію такої системи в міжміському транспорті.
Крім того, це не створить жодних проблем з наявністю двох режимів руху — електричного двигуна і теплового двигуна, що виступає системою резерву. Ось що особисто я б рекомендував, спираючись на китайські триколі, з вузькою колією:
Двомісний електричний трицикл
Цей двомісний трицикл (намальований за зразком китайської версії) вузький і мало займає місця. Кузов (у Китаї — легкий сплав та плексиглас) частково змінний. Акумулятор більший, ніж для звичайного електричного велосипеда, але має змінний елемент, який користувач може переносити куди завгодно для зарядки. Можна передбачити розетки на стоянках або в паркувальних місцях.
Акумулятор: Panasonic Іон-Літій, ємність: 8 А·год, 26 В, автономність: 50–70 км; 3 рівні допомоги, час зарядки: 3 години, двигун: у педалі, 180 Вт, рама: міська, алюміній, розмір: 45 см, вилка: сталь, сидіння: Kinetic, диски: 26" алюміній, гальма: V-brake передні та задні, швидкості: Nexus 3 з автоматичним переключенням, шини: 26 x 1,75, габарити: 175 x 65 см, вага: 22 кг
Щодо зберігання електричної енергії, за останні десятиліття було досягнуто значних успіхів, так що сьогодні всі домашні електричні свердла працюють на перезаряджуваних акумуляторах, що було немислиме кілька десятиліть тому. Китайці далеко не вкінці списку у цій галузі.
Ефективність сонячних елементів зросла, перейшовши 20 %
У сфері таких "ультра-ультралегких" назва МакКреді виникає в усіх мов. Безпосередньо.
Пол МакКреді
Відразу виникає питання: що це за дивна машина, що стоїть позаду нього? Це просто електричний автомобіль, яким він виграв австралійську гонку сонячних автомобілів 1987 року, вийшовши на день вперед у порівнянні з наступним учасником (...)
Сонячний автомобіль Пола МакКреді, 1987 рік, під час австралійської гонки
Більш профільований, ніж можна було б бажати. Перетин Австралії; 3500 км з піковою швидкістю 113 км/год
Знятий капот спереду
Позиція пілота та задній капот
Як видно, задня верхня частина була повністю складена з з'єднаних сонячних елементів. Транспортний засіб спирається на плоску платформу з жорсткими елементами. Форма транспорту забезпечувала підйомну силу, зменшуючи навантаження на шасі.
Народився в 1925 році. Перший самостійний політ — у 16 років. У 1941 році — чемпіон США з глибокого польоту, у 23 роки. Виграв чемпіонат світу з глибокого польоту в Франції.
Потім він створив перший літальний апарат, що підтримується за рахунок м'язової сили пілота — Gossamer Condor.
Три вигляди Gossamer Condor
МакКреді обрав схему "канар", щоб мати підтримуючий стабілізатор. Справді, підйомна сила крила "коштує" пари зниження. Див. мою комікс-історію "Якби ми могли літати", яку можна безкоштовно завантажити на сайті http://www.savoir-sans-frontieres.com, разом із 350 іншими у 33 мовах.
Компанія, що існує три роки, про яку жодні засоби масової інформації ніколи не згадували
Щоб зменшити вагу, МакКреді обрав розташування крила на стрижні, що зменшило навантаження на балку, яка тепер не несе жодного зусилля згинання.
Gossamer Condor: перший людський політ
Такий же швидкий, як велосипед...
Gossamer Albatross перетинає Ла-Манш
Всі ці політи виконуються "на ефекті землі". Велосипедист керував за допомогою руля, який спочатку дав опору, потім дозволяв регулювати підйомну силу переднього стабілізатора, а врешті — дозволяв зробити легкий поворот, нахиляючи цей стабілізатор. Нахил крил забезпечувався за рахунок крену. Алеронів не було. Але машина не була розрахована на сильні повороти.
Відео про досягнення машин Пола МакКреді
Потім — перший політ з енергією сонця, який виконав син Марка Реді, 13 років, 40 кг, на борту Gossamer Penguin, обладнаного 3900 сонячними елементами з нікель-кадмієвим складом, що розробляли 500 Вт. Вага безпілотного апарата: 34 кг. Запуск відбувався за допомогою катапульти.
Перший політ із енергією сонця, 1974 рік. Навіть велосипеди та ефект землі
Перша людина, що полетіла на сонячній енергії: син МакКреді, 13 років
Маршалл, 13 років, під час вильоту
Але НАСА взяла на себе ініціативу, і МакКреді зміг у 1981 році випробувати Solar Challenger. Потужність: 2,5 кВт
Solar Challenger Пола МакКреді
Тут все змінилося повністю. З'явилася більш струнка форма, призначена для витримання турбулентності.
Збоку. Звертає увагу на те, що він має алерони.
Хвостова частина апарата має профіль, що зменшує крутний момент крила. Верхня частина — повністю плоска і містить велику кількість сонячних панелей.
Solar Challenger, зверху
Фіксована частина несе панелі. Рухома частина виглядає як біла смуга і не має панелей. Під час перельоту з Франції до Англії на відстань 300 км цей апарат був у повітрі 5 годин 23 хвилини у липні 1981 року. Утричі важчий, ніж Gossamer Penguin (без пілота), оснащений 16 000 сонячними елементами, що живлять два електричні двигуни, розташовані в ряд, кожен потужністю три кінські сили, з постійними магнітами з самарію-кобальту. Апарат має всі досягнення у сфері нових матеріалів із високим співвідношенням міцності до ваги, а також гвинт з регульованим кроком.
Якісний стрибок є дуже великим.
З урахуванням технологічного рівня матеріалів, які потрібно використовувати, ми бачимо, що довготривалий, довгий політ на сонячній енергії стає повністю реалізованим, з машинами, лінії яких залишаються досить близькими до традиційних літаків, наприклад, щодо розтягнутості. Але це не те, що цікавило МакКреді на той час. Він думав про безпілотний апарат — "UAV" (безпілотний повітряний засіб), здатний досягати великих висот, у день — 30 км, а вночі трохи знижуватися, літаючи на глибокому спуску, або повернути частину електричної енергії, зібраної та збереженої у батареях, що дозволило б йому залишатися в повітрі безкінечно.
Тоді він звернувся до "безхвостих" конструкцій із великою розтягнутістю, де пориви вітру поглинаються за рахунок гнучкості балки, що дозволяє значний дідр. Стабільність апарату покладена на бортовий комп'ютер, який, діючи на комплекс вентильних елементів, розташованих вздовж всього заднього краю крила з великою розтягнутістю, відповідає за контроль аероеластичності.
****Повний проект (pdf англійською мовою)
Висота 30 км (100 000 футів) була дійсно досягнута. Ефективність сонячних елементів перевищує 20%. Апарат може відлітати самостійно. Були послідовно реалізовані різні конфігурації — від "повністю сонячних" до гібридних систем, коли апарат несе енергію у батареях або виробляє електрику за допомогою водневих паливних елементів.
У середині 90-х НАСА розпочала програму ERAST (Environmental Research Aircraft and Sensor Technology) з центру випробувань Dryden. Дослідження проводилися компанією Aero Vironment, заснованою МакКреді.
Перший апарат — Pathfinder. Розмах крил 30 метрів, шість двигунів. Після польоту на батареях він продовжив політ за допомогою сонячних елементів. У 1995 році досяг висоти 17 000 метрів, а у 1997 — 23 000 метрів.
Pathfinder: розмах крил 30 метрів, вісім двигунів
Крило розвиває підйомну силу лише за рахунок крутного моменту, який потрібно компенсувати. Профіль крила цього типу машини є еволюційним. Центральна частина крила найбільш "підйомна" і має позитивну вигнутість. Кінці крил мають самостійний профіль у формі "S", добре видно на цьому знімку. Ці елементи крила створюють меншу підйомну силу. Саме це рішення МакКреді використав для досягнення схеми "без хвоста", на одному крилі великої розтягнутості. Ми багато покладалися, можливо, трохи занадто, на керування політом за допомогою комп'ютера.
Вигляд збоку Pathfinder з дідром
НАСА переходить до прототипу Centurion (1996–1998), обладнаного чотирнадцятьма двигунами, розмахом 70 метрів, призначеним для досягнення висоти 100 000 футів (30 км).
Centurion (1996–1998). Розмах крил 70 метрів, чотирнадцять електричних двигунів.
Знімок знизу. На задній частині профілю чітко видно тонкі ребра. Це вказує на те, що це випробування кваліфікації крила, оцінка літних якостей у відсутності дорогих сонячних елементів. Верхня і нижня частини крила покриті тонкою плівкою майлару, прозорою, як і у попередніх апаратів, створених МакКреді.
Що ще ми бачимо?
Ми бачимо чотирнадцять електричних двигунів у дії, з двопелюстковими гвинтами діаметром два метри, ймовірно, працюють на батареях, призначених для відносно коротких польотів. Кожен двигун розвиває потужність 1,5 кВт. Передня чверть крила непрозора. Там має бути основна частина конструкції — балка. Над цією балкою продовження ребер, доповнене легким переднім краєм з екструзійного полістиролу (стіропору, обклеєного майларом), як у попередніх апаратів.
Як буде показано далі, апарат Centurion, обладнаний сонячними елементами, і все ще з чотирнадцятьма двигунами, був перетворений додаванням додаткового центрального елемента на машину Helios HP01, обладнану сонячними елементами, максимально злегчену (1160 кг, навантаження на крило 5 кг/м²), налаштовану для перевірки можливості досягнення дуже великих висот за рахунок електричної тяги, що живиться лише сонячною енергією. Випробування було успішним (30 км висоти).
Як буде показано далі, версія HP03 зламалася під час другого польоту, і ми побачимо, як. Збільшення уламків, що плавають на поверхні, дозволяє побачити балку, яка має, здавалося б, циліндричну форму і ребра. Здається, МакКреді зосередив у цій балці всю механічну міцність своєї машини, а решта — лише обшивка. Коли дивишся на це крило з гігантським розмахом (розтягнутість: 30), без будь-яких стрижнів, можна питати, як воно може витримувати явище аероеластичності. Це явище досить легко зрозуміти. При найменшому пориві вітру кінець крила може відхилитися. Місцевий кут атаки стає більшим. Ділянка крила піднімається, згинається. Потім механічна еластична реакція конструкції намагається повернути його до початкової позиції. В результаті машина починає "батати крилами", і цей процес може зростати до розриву.
Багато виробників літаків стикалися з таким типом проблем на різних машинах. На початку авіації рішення полягало у використанні стрижнів, що створювали опір. Лише покращивши механічні якості внутрішньої конструкції, літаки змогли бути звільнені від цієї справжньої мережі кабелів. У машинах НАСА — жодних стрижнів. Можна питати, чи може сама балка протистояти всім силам, пов'язаним із "батанням" крила. Це здається складним.
Існує інший спосіб подолання цього явища: зробити крило "активним", "розумним". На графіку, що наведено нижче, видно, що машина реєструє свій "швидкість кутового зміщення" (швидкість зміни кута атаки) в градусах на секунду, що свідчить про те, що це ключовий параметр для керування політом. Крило наповнене (на рівні циліндричної балки) сенсорами, що виявляють кутову прискорення, згинальну силу. Все це передається комп'ютеру, який передбачає і одразу активує серію з 72 вентилів, що охоплюють весь задній край крила (довжина одиниці — 1 метр). Ці вентилі не лише забезпечують керування креном машини, а й протидіють будь-якій тенденції до батання, до цього небезпечного батання крил. У англійській мові "flutter" означає батання (крила птаха).
Поворот машини забезпечується диференційним регулюванням потужності, що подається до двигунів (у польоті: 1,5 кВт на двигун). Тому немає потреби у вертикальному стабілізаторі. Крен автоматично виникає через "індукований крен" (зовнішня частина крила під час повороту рухається повільніше). Швидкість машини становить 38 футів на секунду, тобто 45 км/год.
Американська авіація стикалася з цим питанням десятиліття тому, коли хотіла ввести в експлуатацію свій найбільший військовий літак (здається, це був Lookeed Galaxy). Навіть якщо його розрахували з максимальною увагою, апарат виявився чутливим до явища аероеластичності, почав "батати крилами" під час польоту. Рух був не дуже великим: менше одного метра на кінці крила. Але ці чергування згинань були неприйнятними, що призвело до різкого скорочення терміну служби крила через виснаження матеріалів.
Було дві можливості:
- Перебудувати крило з нуля (занадто дорого)
- Обладнати його вентилями, що протидіють цьому явищу батання
Було обрано друге рішення. З того часу американці отримали досвід у активному керуванні геометрією крила за допомогою вентилів, керованих системою "акселерометри + комп'ютер". Для читача очевидно, що таке керування не може бути здійснене вручну. Дуже чутливі акселерометри виявляють найменшу локальну зміну кута атаки (або згинання) і одразу протидіють цьому рухові, активуючи вентилі — поведінку, яку жоден людина не зможе реалізувати так швидко. Без потужного бортового комп'ютера машина Helios (без Centurion) взагалі не могла б літати.
Цей аспект дуже обмежує можливості "пілота" такої машини, який може лише контролювати "чи все йде добре". Не варто уявляти, що він тримає кермо безперервно. Все це працює... якщо все було передбачено розрахунками і правильно програмовано. Але при знищенні Helios HP03 ми побачимо, що розробка іншого виду нестабільності в носовому напрямку, хоча й була передбачена, була недооцінена щодо її наслідків і швидкості розвитку, і система бортового комп'ютера виявилася неспроможною уникнути цього вчасно. Якщо комп'ютер міг дати адекватні команди для протидії початку нестабільності; на першому етапі другий "удар" вивів машину "з області польоту" дуже швидко. Але тут я заздалегідь.
Повернемося до циліндричної конструкції балки. Вона піддається двом типам навантажень:
- Згинання
- Кручення
Під час явища батання, аероеластичності, балка навантажується у всіх напрямках. Локальна зміна кута атаки під час пориву викликає силу згинання у напрямку "вгору-вниз". Але локальна зміна опору також створює сили "вперед-назад". Циліндрична форма, здається, найкраща для витримання згинання у всіх напрямках.
Але аеродинамік знає, що зміна підйомної сили викликає зміну крутного моменту (див. мою комікс-історію L'Aspirisouffle). Локальна зміна цього моменту викликає небезпечні сили кручення, особливо шкідливі, оскільки балка дуже довга. Здається, що фотографія, на якій видно цю балку без обшивки, показує колові ребра, призначені для запобігання поширенню явища втрати стійкості вздовж цієї циліндричної балки. Звичайно, якщо комп'ютер не працює, щоб миттєво реагувати на кожен поворот крила, розрив балки гарантований.
Балка
На мою думку, лише повне активне керування машиною дозволяє їй літати, і навіть витримувати турбулентність і значні зсуви, які виникають... на всіх висотах. У нижніх шарах, до, скажімо, 5000 метрів, а потім можливо й у високих шарах, непередбачувано, навіть у великих коридорах, що утворюються струмами. На наступному знімку видно, що Helios вилітає в умовах, далеко не спокійних. У час катастрофи Helios HP03, див. інший знімок далі, можна побачити формування куполу, на відстані. Ми знаходимося ще в червні, не в глибокій зимі, і польот відбувався в північній півкулі. Якби випробування проводилися в глибоку зиму, у більш спокійному повітрі, вони, можливо, не закінчилися б так раптово і так швидко (під час другого польоту).
Але НАСА не метить просто рекорду висоти, досягнутого з Helios HP01, а розробку машини для усіх погодних умов, здатної забезпечувати службу в будь-який час року, при будь-яких широтах, на стратосферних висотах (від 15 до 30 км), з метою неперервних польотів.
Прототип Centurion тоді був модифікований додаванням центрального елемента, що збільшило розмах до 82 метрів, залишаючи чотирнадцять двигунів. Він став машинею Helios HPO1, призначеною для перевірки можливості виконання польотів на дуже великих висотах.
Helios, 14 двигунів, налаштований для рекордів висоти (максимально злегчений)
З 62 000 сонячними елементами 13 серпня 2001 року Helios досяг висоти 97 000 футів (30 км). Це абсолютний рекорд висоти для літака з крилами. Раніше вищі висоти досягалися апаратами з реактивними двигунами (турбореактивними або ракетними, як X-15) під час балістичних польотів, коли крила не брали участь у підтримці польоту в цей етап місії.
На такій висоті атмосферний тиск не перевищує кількох мілібарів. Існує два способи забезпечити тривалий політ:
- Або схема Helios, з низькою швидкістю і дуже низьким навантаженням на крило (на квадратний метр крила): 5 кг/м² під час високих польотів Helios. Розмах крил 82 метри. Хорда крила: 8 футів (2,64 метра). Розтягнутість: 82 / 2,64 = 31 (....). Площа крила 216 м². Максимальна товщина 28 см. Носова частина крила — стіропор (екструзійний), обклеєний тонкою плівкою. Вага Helios: 1160 кг, максимально злегчена (вага піднята до 2320 кг для Helios HP03 через встановлення системи електроприводу на водневих паливних елементах, що важать понад тонну). Номінальна швидкість 38 футів/секунду, тобто 12 м/с або 45 км/год
- Або високе навантаження на крило, але рух у гіперзвуковому режимі (Aurora)
У 2003 році НАСА планувала досягти тривалих польотів (одна-дві тижні), забезпечуючи підтримку вночі за допомогою водневих паливних елементів, на висоті 50 000 футів (16 000 метрів), розробляючи 18 кВт. Конфігурація Helios була змінена. Перейшли до десяти двигунів. Паливний елемент був розміщений у центральній підвісці, а додаткові резервуари розташовані на кінцях крил (по 7 кг кожен).
Helios, налаштований для тривалих польотів. Стрілки вказують на резервуари на кінцях крил
Helios HP03 у польоті. Зверніть увагу на резервуари на кінцях крил.
Коли апарат фотографується збоку, дідр виглядає вражаючим. Але на знімку вище (де він фотографується з 3/4 ззаду) або нижче (де він майже з лиця) видно, що цей дідр "дуже обмежений".
Посадка проти вітру
Можна подумати, що розтягнутість 31 є абсолютним обмеженням. Так і ні. Helios надто легкий для того, щоб витримувати атмосферні збурення своєю ж жорсткістю. Тому ми зробили його крило "розумним", обладнавши 72 вентилями, керованими комп'ютером. Але при більшому навантаженні на крило ми виявимо німецький двомісний ETA (фонетична транскрипція грецької літери ета), розтягнутість якого досягає... 51!
Моторний планер ETA збоку
Точність зростає з розтягнутістю. Потім ми побачимо Stemme з точністю, що перевищує 50. Точність ETA досягає 72. Це означає, що втративши 1000 метрів висоти, він може пролетіти одним ударом крилом... 72 кілометри!
Моторний планер ETA з вийнятим мотором (Solo 2625 потужністю 64 к.с.)
Розмах досягає тридцяти метрів. Маса при повному навантаженні — 950 кг. Максимальна швидкість — 270 км/год. Перші польоти у 2008 році. Було збудовано три ETA. Один був втрачений під час випробувань, при повороті. Обидва пілоти змогли використовувати свої парашути.
2 жовтня 2010 року: Французьких планерів більше немає
Більшість планерів, що літають у наших центрах, виготовлені в Німеччині. Моторні планери швидко розвиваються, через дві причини. Вони дозволяють власникам обходитися без послуг авіатраспорту. Цей моторний привід (одна хвилина підготовки) дозволяє досягти швидкості підйому до 2,5 метрів на секунду. Коли двигун повертається на місце, його присутність не створює додаткового опору.
Але така швидкість підйому не дозволила б нещасному пілоту вирватися з сильного спуску, які іноді трапляються під час гірських польотів і часто перевищують 5 метрів на секунду.
Ці двигуни надають пілотам додаткову безпеку, комфорт польоту, дозволяючи уникати надмірних ризиків, віддалятися від "локального терену". Насправді, коли аерологія зруйнується, коли куполи зникнуть, можна завжди запустити двигун і повернутися, уникнувши "корови", яка іноді неможлива в гірських районах.
Менш спортивно, але й менш небезпечно.
Helios здійснив два польоти, перш ніж був знищений у повітрі. Перший — 7 червня 2003 року, другий — 25 червня. Ось Helios HP03 на підйомі, день катастрофи:
Helios на підйомі під час свого другого і останнього польоту, знято з ескорту гелікоптера
Швидкість підйому — 0,5 м/с
Якщо звернутися до pdf, що описує проект, можна побачити, що технологія неперервного польоту ґрунтувалася на дуже простому принципі: протягом дня — електроліз води, яку везуть на борт, і зберігання у формі кисню та водню (стиснутого). Ніччю гази, отримані в результаті електролізу, надходять у паливні елементи, а вода, що утворилася, знову зберігається. У цій ідеї проблемним елементом є компресор.
Теоретична схема роботи Helios
Простіше, ніж можна було б бажати
Відомо, що апарат був знищений у повітрі. Можна очікувати, що це сталося через надмірні зусилля згинання, які крило витримало під час перетину турбулентності та зсувів. Але коли досліджуємо звіт про аварію, бачимо, що причина інша. Дійсно, убираючись у ці турбулентності, крило набуває вражаючого дідра:
Helios, збільшений дідр у турбулентній зоні, починає рух нестабільності в носовому напрямку
Те, що призвело до знищення машини, — це не розрив балки, а вхід у неперервний рух носового кута, що став непідконтрольним. Машина піддається явищу аероеластичності. Коли дідр стає великим, розміщення резервуарів на кінцях крила збільшує момент інерції машини в носовому напрямку. Номінальна швидкість польоту — 38 футів/секунду, приблизно 45 км/год. Швидкість "крила дельта". Апарат не розрахований на більші швидкості. Його коливання в носовому напрямку призведуть до пікових швидкостей, що перевищують 70 км/год, за даними записника польоту. Ці швидкості викликають ефект засмоктування на елементах переднього краю, з екструзійного полістиролу, приклеєних, які миттєво відірвалися. Так само відірвалася вся обшивка крила, у тому числі сонячні панелі.
Проте балка тримається. Крило не розбилося через турбулентність або зсув повітряних мас, а просто було "розбрано" через надмірну швидкість, викликану його нестабільністю в носовому напрямку.
Helios, за кілька хвилин до того, як машина зникла в морі
Уламки на поверхні води
[Звіт про аварію] Helios досить заплутаний. Особисто мені здається, що додавання хвостової частини достатньо легкої, щоб не збільшувати момент інерції при крені, але з достатньою площею для створення «загасання» щодо цієї нестабільності було б рішенням, яке слід було принаймні розглянути. Звичайно, ім'я МакКреді не згадується в цьому звіті. Нижче — зростання моменту інерції при крені машини в залежності від кута стрілоподібності.
Вгорі — читання аварії. У середині графіка перше зростання кута стрілоподібності, яке комп'ютер зміг впоратися. Потім через десять хвилин (загальна тривалість польоту — тридцять хвилин) знову з'явилася нестабільність. Кут стрілоподібності перевищив 30 футів (десять метрів). Машина "почала відбиватися крилами" (аероеластична нестабільність). Швидкі коливання при крені (нижня крива), потім зростання швидкості понад 60 футів/секунду.
Тут аеродинамічні навантаження на передніх краях розширили їх, вони відірвалися, те саме стосується обшивки крила, і за кілька секунд залишився лише... салазка. Звіт вказує: "комп'ютерні розрахунки не передбачали, що нестабільність розвинеться так швидко і жорстоко".
Висновок: ризики, пов'язані з експлуатацією такого типу машин, не обмежуються лише ризиком розриву салазки під впливом поривів вітру. Аероеластична нестабільність може виконувати також катастрофічну роль.
Поки ми залишаємо сферу сонячного літака, ми можемо перейти до електричного літака, який летить завдяки енергії, зберіганій у батареях. Це ринок, що швидко розвивається. І в цьому плані вже визначено кілька ключових моментів. Нагадаємо перший польот французького моноплана у грудні 2007 року:
Перша в світі в Франції: підйом електричного літака
23 грудня 2007 року
****Асоціація по просуванню аеропланів з електричними двигунами
Це перша в світі, APAME виконала перший польот електричного літака ELECTRA F-WMDJ, обладнаного електродвигуном потужністю 25 к.с. та літій-полімерними батареями.
Перший підйом відбувся 23 грудня минулого року з аеродрому Аспрес-сюр-Бюеш у Верхніх Альпах. Під час 48 хвилинного польоту електричний літак подолав 50 км по замкнутому маршруту.
Цей винятковий досвід у сфері рекреаційної авіації дозволяє запропонувати неперевзятну альтернативу сучасним тепловим двигунам для літаків, які потребують потужності від 15 до 50 к.с.
Характеристики літака:
Моноплан Размах крил: 9 м Довжина: 7 м Маса без батарей: 134 кг Максимальна дозволена маса при вильоті: 265 кг Швидкість крейсерського польоту: 90 км/год Коефіцієнт ефективності: 13 Конструкція — дерево та тканина Характеристики електричної силової установки:
Промисловий двигун постійного струму типу "щітковий" потужністю 18 кВт (25 к.с.) Електроніка потужності, розроблена спеціально для цієї мети Батареї літій-полімерні (загальна маса: 47 кг) Гвинт із регульованим кроком ARPLAST, адаптований до цієї моторизації Приладова панель, керування потужністю, шасі двигуна, фланець двигуна тощо — розроблені й виготовлені спеціально для цього літака Про APAME Асоціація, заснована у 2007 році під головуванням Анн Лавран, має мету просувати проектування, виготовлення та використання аеропланів із електричними двигунами. Вона мала амбіційний план розробити невеликий електричний літак. У серпні минулого року APAME вже здійснила "безшумний польот" на літаку ULM ( ).
Зв'язатися з APAME Тел: 04 92 57 99 40 Факс: 04 92 57 99 41 Веб-сайт:
Це перша в світі, APAME виконала перший польот електричного літака ELECTRA F-WMDJ, обладнаного електродвигуном потужністю 25 к.с. та літій-полімерними батареями.
Перший підйом відбувся 23 грудня минулого року з аеродрому Аспрес-сюр-Бюеш у Верхніх Альпах. Під час 48 хвилинного польоту електричний літак подолав 50 км по замкнутому маршруту.
Цей винятковий досвід у сфері рекреаційної авіації дозволяє запропонувати неперевзятну альтернативу сучасним тепловим двигунам для літаків, які потребують потужності від 15 до 50 к.с.
Характеристики літака:
Моноплан Размах крил: 9 м Довжина: 7 м Маса без батарей: 134 кг Максимальна дозволена маса при вильоті: 265 кг Швидкість крейсерського польоту: 90 км/год Коефіцієнт ефективності: 13 Конструкція — дерево та тканина Характеристики електричної силової установки:
Промисловий двигун постійного струму типу "щітковий" потужністю 18 кВт (25 к.с.) Електроніка потужності, розроблена спеціально для цієї мети Батареї літій-полімерні (загальна маса: 47 кг) Гвинт із регульованим кроком ARPLAST, адаптований до цієї моторизації Приладова панель, керування потужністю, шасі двигуна, фланець двигуна тощо — розроблені й виготовлені спеціально для цього літака Про APAME Асоціація, заснована у 2007 році під головуванням Анн Лавран, має мету просувати проектування, виготовлення та використання аеропланів із електричними двигунами. Вона мала амбіційний план розробити невеликий електричний літак. У серпні минулого року APAME вже здійснила "безшумний польот" на літаку ULM ( ).
Зв'язатися з APAME Тел: 04 92 57 99 40 Факс: 04 92 57 99 41 Веб-сайт:
Моноплан, 25 к.с., 48 хвилин і 50 км по замкнутому маршруту зі швидкістю 90 км/год ---
Перший комерційно доступний електричний літак для туристичних цілей — англо-китайський
http://www.avem.fr/actualite-le-premier-avion-electrique-commercialise-en-2010-874.html
**Yuneec E 430 — це двомісний літак з кабіною поруч, із дуже виваженою аеродинамікою. **
Крило має великий розмах, що означає зменшення опору.
Великий розмах (більше вінглетів), але сумісний із зручним розташуванням у гаражі
Цікаво, що продуктивність польоту на двох осіб із максимальною швидкістю 90 км/год:
Дві години
Оголошена ціна: 65 000 євро, що не є надто високою для двомісного туристичного літака. Виготовлений у Китаї, але не може бути комерційно використаний там. Справа в тому, що китайське небо не відкрите для туристичних польотів.
Тут ми знаходимося в діапазоні використання невеликого туристичного літака, який може використовуватися для навчання та місцевих польотів. Його лінії та великий розмах, на відміну від двигунованого Cri Cri, надають йому більше зовнішній вигляд моторизованого глибокого планера (з низькою потужністю двигуна або гвинт, що просто висить як прапор). Він, звичайно, може вилітати самостійно.
Оцінка Жан-Лу Суллієра
: "Ми знаходимося в класі 450 кг максимальна маса (міжнародна класа ULM для двомісних літаків). Приблизно 120 кг машини, 150 кг пасажирів, 180 кг батарей, ймовірно, літій-полімерні, з енергетичною ємністю 0,2 кВт·год на кілограм. Середня потужність 18 кВт достатня для польоту цього моторизованого планера. Отже, автономія становить 2 години.
Мені здається, що майбутнє в галузі електричних моторизованих планерів, можливо, з додатковим джерелом енергії за допомогою сонячних сенсорів. Щодо моторизації, ми думаємо про Rolls Royce серед моторизованих планерів — німецька машина Stemme S10, де гвинт може повністю збиратися в капоті передньої частини і розкриватися під дією центробіжної сили.
**Stemme S10 — найкращий моторизований планер у світі. Двомісний, кабіна поруч, збирається гвинт. Двигун потужністю 85 кВт (тепловий) розташований під крилом. Видно вхід повітря, відкритий. Забезпечений електричним збором. Максимальна швидкість 270 км/год, розмах — 30. Размах — ... 23 метри! Розбирається і перевозиться на причепі. Коефіцієнт ефективності понад ... п'ятдесят. **
Повний бак, відстань, яку можна подолати, перевищує ... тисячу кілометрів. Але навантаження в міні-багажнику залишається... символічним (зубна щітка і піжама для двох). Ось відео, що демонструє
За словами мого друга Жака, який має цей літак (я також літав на ньому, базуючись у Вінон), ідея комбінації збираємого гвинта, високих показників як планера, електричної моторизації та сонячних сенсорів була б цікавою формулою. Як і ETA, Stemme може вилітати самостійно (але потрібен довгий злітний шлях!). Його вертикальна швидкість залишається низькою. Це дозволяє користувачеві уникнути необхідності використання тяглового літака.
Мій друг Жак Легал, чистий прихильник планерного польоту, використовує свій двигун лише для вильоту. Але в повітрі можуть з'явитися зони спуску, і я пам'ятаю, що після обертання над ущелинами Вердону ми мали дати кілька секунд двигуну, щоб повернутися на аеродром з хорошим запасом безпеки.
Перевага Stemme перед іншими моторизованими планерами, у яких гвинт, прибранний під час планерного польоту, розташований на пілоні, в задній частині корпусу та виходить (див. фото ETA з двигуном вгорі), полягає в тому, що якщо двигун затримується з запуском, гвинт, який у випадку Stemme розкривається лише за рахунок центробіжної сили, одразу прибирається в своє місце, чекаючи на новий запуск. Поки це відбувається, літак зберігає свої показники ефективності та швидкості падіння (вертикальна швидкість). Але якщо моторизований планер із гвинтом на пілоні видає свій пропульсатор, його потрібно швидко запустити, інакше цей вузол, що створює велику опір, погіршує показники, а "ліки" лише погіршують стан.
Фактично, за словами тих, хто ними користується, рідко буває випадок, коли пілот моторизованого планера може врятуватися в скрутній ситуації, якщо він потрапив у сильний спуск у гірських районах. Вертикальна швидкість (2,5 м/с) є занадто низькою.
Завдання: перетин Атлантичного океану електричним літаком: Давид проти Голіафа
У сфері електричних літаків ніхто не може не знати про дуже медійно висвітлений і дуже добре спонсорований проект Бернара Піккарда, під назвою Solar Impulse. Провівши пошук, я знайшов відео, що демонструє два дуже різні проекти: один Піккарда, інший — деякого Жан-Лу Суллієра, який не має спонсорів і не висвітлюється у ЗМІ. Я пропоную своїм читачам спочатку подивитися на цей короткий репортаж, зроблений під час виставки, де було представлено одна з творів Суллієра — Cri Cri, що працює на двох електродвигунах, і макет Solar Impulse команди Піккарда.
Репортаж euronews про сонячну авіацію на виставці досліджень та інновацій
Розпочнемо з проекту Піккарда. Як відомо, великий бюджет, 65 співробітників, що працювали повний час протягом років, сильне спонсорство, значний медіа-баттл. Тут можна побачити зображення початкового проекту, більш амбіційного, що передбачав незупинний обліт Землі, із літаком, який тоді очевидно був двомісним.
Початковий проект Бернара Піккарда, двомісний, відкинутий
Вище згадувана американська компанія, що створює машини, як Helios, була згадана раніше. Спільна ознака: повільна швидкість, тому тривалість польоту велика (нескінченна для нащадків Helios, розроблених як платформи спостереження для пілота, що рухається високо над висотами, що відповідають комерційним повітряним шляхам, що дозволяє їм, здавалося б, уникнути метеорологічних збурень у нижніх шарах).
Швидкість Helios: 45 км/год. На екваторі, периферія Землі: 40 000 км. Отже, порядок величини — 1000 годин для обходу Землі на цій широті нуль: більше місяця. Менше, на більш високій широті.
Швидкість машин Піккарда: 70 км/год. На середній широті обхід Землі без зупинок займає все ж три тижні. Тому слід передбачити, що двох людей потрібно буде тримати в кабіні протягом усього цього часу, яка повинна бути опалювана та герметизована. Якщо це було можливо в капсулі, що піднялася на повітряному шарі, де підтримання плавучості поєднувало використання гелію та роботу типу повітряної кулі за допомогою балонів пропану, то така формула була б занадто важкою для сонячного літака.
Бернар Піккард, лікар-психіатр та авіатор
(Піонер "дельтапланів", чемпіон Європи з акробатики)
Погляньмо на (вражаючий) досягнення, досягнуте командою Бернар Піккард — Брайан Джонс, яка в 1999 році завершила обхід Землі на повітряному шарі (40 000 км пройдено за 17 днів).
Breitling Orbiter III. 18 000 м³ гелію
Це досягнення, як і перша підйом на Еверест, але не призведе до створення регулярних туристичних повітряних шарів. Керування повітряним шаром здійснюється шляхом пошуку сприятливих повітряних потоків, щодо їх напрямку та інтенсивності. Можна сказати, що справжнім пілотом Breitling Orbiter III залишався... на землі. Це був координатор метеослужби. Використання струмів високих шарів дозволило шару досягати швидкості до 250 км/год.
Аерологічна структура завжди дуже складна, складається з шарів, де напрямок вітру змінюється. Я пам'ятаю польот на повітряній кулі, де, регулюючи висоту, можна було чергувати мінливий ранковий вітер, трохи зростаючий, пов'язаний із нагріванням схилу хребта, що освітлювався сонцем, напрямлений загалом на північ, з високим вітром, що дув на південь-захід. Використовуючи ці два повітряних потоки та чергуючи висоти, було можливо наблизитися до зручного поля.
Пам'ятайте, що цей комбінований гелієвий шар — повітряна куля має 55 метрів у висоту і важить 8 тонн при вильоті. Він несе модуль життя для двох людей, живлення енергією від перезаряджуваних сонячних батарей. Спонсор — виробник годинників Breitling, який виділив на цей проект три мільйони євро. Для нього це закінчиться фантастичною рекламною акцією.
Повторити обхід Землі "сонячним" способом ставало проблемою нерозв'язних вагових завдань. Тому Піккард повернувся до більш скромного проекту: утримувати літак, що використовує лише сонячну енергію, протягом одного дня і однієї ночі, що передбачає зберігання частини енергії, зібраної протягом дня, у батареях, щоб забезпечити польот уночі. Це вже було зроблено в 2005 році з безпілотним апаратом розмахом 5 метрів, створеним
Алан Кокконі (AC Propulsion)
У 2005 році Алан Кокконі зумів здійснити безперервний польот цього макету розмахом 5 метрів протягом 48 годин із денним перезарядженням бортової батареї для забезпечення нічного польоту
До цього Алан Кокконі зосереджувався на рекорді швидкості електромобіля масою менше 1000 кг
**"White Lightning" Алан Кокконі. 400 км/год у 1997 році. **
Проста додаткова інформація: межа ста кілометрів на годину (яка була тоді абсолютним максимумом швидкості, досягнутою людиною) була перейдена у 1899 році електромобілем "Jamais contente". Отже, зростання швидкості на чотири рази за століття.
"Jamais contente", від бельгійця Каміля Женатзі, 105 км/год у 1899 році, маса — тонна, потужність — 68 к.с.
Женатзі та інші боролися на ринку "електричних таксі", які швидко вийшли з гри з появою двигуна внутрішнього згорання.
Повернемося до проекту Піккарда. Він і його велика команда зосереджуються на моноплані з чотирма двигунами, непресуризованою кабіною, призначеною для висоти польоту, що не перевищує 8500 метрів. Не передбачається стійкість крила до флаттеру шляхом керування з 72 клапанами, керованими комп'ютером, як у Helios (розмах 32). Тут розмах більш помірний, порівнянний із розмахом планерів 5 20 і більше. Міцний ніж (що вимагає товщини крила) забезпечує жорсткість.
Моноплан версія проекту Піккарда
Якщо не враховувати фантастичний медіа-баттл, пов'язаний із великим бюджетом комунікації, цей польот нічого особливого не має. Прорив у сфері сонячного польоту вже був здійснений у 1981 році Полом МакКреді з його Solar Challenger, що розробляв 2,5 кВт, тобто трохи більше 3 к.с. (один к.с. дорівнює 736 ват), здатний триматися в повітрі 5 годин і подолати сотні кілометрів. Англо-китайський літак, представленої вище, є його продовженням.
Solar Challenger Пола МакКреді
З боку
**Solar Challenger, зверху під час перетинання Ла-Манша. **
Ціль, яку Піккард визначив, вище Solar Impulse, — це польот трьох днів і трьох ночей, зі швидкістю 70 км/год, все ще моноплан, із пресурізованою кабіною, що становить 5000 кілометрів, що дозволяє трансокеанський польот. Після цього команда Піккарда розгляне обхід Землі, з багатьма зупинками, оскільки важко вимагати від людини керувати такою машиною більше 72 годин поспіль: зміна пілота на кожній зупинці.
Жан-Лу Суллієр узяв участь у проекті "Etincelle", крик-кри, який використовувався як тестовий стенд.
Жан-Лу Суллієр, 58 років, сидить за кермом Cri Cri MC15E з електродвигунами
Чоловік скромний, можна сказати, незначний. Він їздить на старенькому авто, уникнути уваги. Я не міг отримати від нього приємну фотографію і мусив знайти цю, переробити її з відео, що було представлене вище, збільшити та відредагувати.
Немає спонсорів. Він сам фінансував усе на суму 200 000 євро, щороку витрачаючи свої заощадження пілота лінійних рейсів. Його перша робота полягала в тому, щоб разом із конструктором перетворити відомий та малий Cri Cri, створений у 1973 році Мішелем Коломбаном, на електричний.
Класичний Cri Cri, обладнаний двома двигунами по 15 к.с. (22 кВт)
Сотні екземплярів у службі у світі
У польотіhttp://video.google.fr/videosearch?q=Cri+Cri&oe=utf-8&rls=org.mozilla:fr:official&client=firefox-a&um=1&ie=UTF-8&ei=Bjx4StnMCc-i_QaWqKmKBg&sa=X&oi=video_result_group&ct=title&resnum=8#
Розмах крил — 5 метрів. Швидкість польоту — 220 км/год. Маса без навантаження (70 кг) — легша, ніж корисне навантаження, пілот. Коломбан створив цей гібридний апарат з нуля, здатний виконувати акробатичні трюки (+4,5 g, -2,5 g). Він сам тестував крилесалазку на витривалість, піддавши її ста мільйонам згинань, використовуючи ексцентричний механізм, який працював від дрібної дрібки.
Ось модифікований апарат Суллієра, обладнаний двома електродвигунами по 15 кВт кожен.
Електричний Cri Cri, обладнаний двома електродвигунами. Передня частина була модифікована для розміщення батарей.
Автономія: 45 хвилин, з 45 кг літій-полімерних батарей
Існує кілька типів літій-батарей. У літій-полімерних батареях електроліт міститься у гелі. Ті, що доступні та встановлені на електричному Cri Cri, мають обмежену ємність, 0,2 кВт·год на кілограм маси.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Accumulateur_lithium
Кожен двигун живиться від свого власного пакету батарей, щоб збільшити безпеку. Електрична моторизація призводить до зникнення небажаних опорів від вихлопної труби, свічок, циліндрів, що дає зменшення опору приблизно на 45%. Якщо обидва двигуни разом можуть розвивати 30 кВт, "железний синиця" може летіти з 10 кВт, що дає загальну автономію 45 хвилин, враховуючи резерв у 15 хвилин під час процедур посадки. Тестування триває.
**Один із двох електричних двигунів Cri Cri, без капоту. **
Зправа — сам двигун. Зліва — конденсатор. По центру — система, яка перетворює постійний струм, що надходить від батарей, на "перемінний струм", трифазний (насправді у формі імпульсів).
Перший польот електричного Cri-Cri
Жан-Лу Суллієр за кермом:
Перший вильот, 8 вересня 2009 року, Жан-Лу Суллієр за кермом
Ці чудові безумці, що літають у своїх дивних машинах
У польоті, знято Пієром Лейно на гелікоптері, керованому Даниєлем Мішо ---
2 жовтня 2010 року: Оновлення
На наданих вище фотографіях можна помітити недолік концепції, який змусив Суллієра відмовитися від цієї форми (див. нижче). Система електричної моторизації потребує потужного охолодження. Але в цій формі Cri-Cri це охолодження забезпечується двома вхідними отворами повітря, розташованими на капотах гвинтів, у передній частині. Це працює лише тоді, коли апарат рухається, і забороняє статичну точку, необхідну для тестування моторизації перед польотом.
Cri Cri був створений на початку 70-х років. З того часу було зроблено значні успіхи у галузі матеріалів, що призвело до покращення аеродинамічних характеристик і зменшення ваги. Вуглецеве волокно замінює всюди класичний легкий сплав. Апарат, що ілюструє ці досягнення, — наприклад, Quickie.
У 1977 році Том Джеветт, Джин Шіан та відомий Берт Рутан створили Quickie, моноплан, розмах крил 5 метрів, швидкість 200 км/год, навантаження на крило 45 кг/м². Загальна маса — 200 кг. Дальність польоту при швидкості 175 км/год: 950 км. Виготовлено 3000 екземплярів.
Quickie
Розташування шасі, неприбране, дозволяє мінімальну опір (немає стійок шасі) **Максимальна ефективність при землі. **
Фактично існує багато монопланів, дуже малих, що використовують передові технології та надають помітні показники.
Arnlod AR5, 340 км/год лише з 65 к.с.
Французький апарат, також "все вуглецеве", LH10, двомісний у тандемі з чотирилопастним гвинтом і двигуном з поршневим розташуванням Rotax потужністю 100 к.с., повітряним охолодженням, був недавно представлено. Лише переднє шасі може бути прибране.
LH-10 від LH Aviation. Літак-комплект за 100 000 євро
Дальність польоту: 1480 км. Швидкість: 340 км/год. Лише переднє шасі може бути прибране. ---
Проект Sunbird (Птах-сонце)
Це... уявний проект, заснований на апараті розмахом 5 метрів, який був використаний Аланом Кокконі, який виявився здатним летіти 48 годин у 2005 році, під час нічного польоту, використовуючи енергію, зібрану вдень.
Подвоївши розмах і збільшивши його до 8-10 метрів, можна було б створити апарат того ж типу, здатний обійти Землю і навіть... літати безкінечно. Але замість бути вкритим логотипами брендів, літати за гроші, долари, євро, швейцарські франки, він був би просто міжнародним, фінансувався анонімами, і несе сподівання людей на використання сонячної енергії. Цей проект був би дуже доступним. Особисто я думав про це понад десять років тому. Апарат можна було б спостерігати, керувати і підтримувати всіми країнами, через які він пролітає, повертаючи зображення землі за допомогою міні-камери з можливістю орієнтації. Під час своїх проходів на низьких висотах його можна було б виявити за допомогою радарів (встановивши на борті радарний відповідач у формі трьох взаємно перпендикулярних металевих пластин), освітлювати і знімати. Те саме можна зробити і вдень, під час етапів підйому, або вночі, коли він спускається. Літаки лінійного руху могли б перетинати його, і пасажири могли б помітити цього Птаха-Сонця.
*Найбільш здатним на виконання такого проекту є сам Алан Кокконі завдяки своєму досвіду. Можливо, він уже про це думав? * ---
Щоб завершити цей огляд, згадаємо про дивовижну машину, що працює на 100% сонячній енергії, використовуючи найбільш передові технології нанотехнологій, перетворюючи вуглекислий газ на вільний кисень і вуглець, без жодного забруднення, з цікавими наслідками для фіксації ґрунтів, синтезу біорозкладних будівельних матеріалів, регулювання клімату, харчування, здоров'я, збереження біорізноманіття. Використовуючи на межі можливостей нанотехнологій, ця машина ще й... самовідтворюється:
Повернення до верху сторінки, важливий матеріал про електричний літак загалом ---
2 жовтня 2010 року: Оновлення
Електричний літак для Жан-Лу Суллієра — це реалізація мрії, яку він має протягом двадцяти років. Це далеко не любитель у галузі авіації. Професійний пілот, він літав на всіх можливих машинах. Він був інструктором, зараз — пілот середньої дальності B757 для перевезення вантажу. Він також має значний досвід як пілот гелікоптера, гідроплану, пілота льодовиків, і загалом має 14 000 годин польоту. Протягом десятиліть він працював над відновленням та реставрацією для музеїв, клубів або окремих осіб близько двадцяти різних літальних апаратів, від антикваріату, що набув статусу національного спадку, до суперсучасних Міг-21, які були вилучені з чеської авіації.
Старанний, як тридцять шість буряків, не засмучений проблемами перегріву, які виникли під час першої моторизації, він переходить до мономоторного.
Ні, це не він. Я помиляюся з зображенням ...
Нове дитя. Видно вентиляційні отвори, з обох сторін капоту гвинта. Зроблено в Віноні
Літак був розроблений Мішель Коломбані, виготовлений (частини фюзеляжу) Жаком Лабруссом. Моторна адаптація Lean-Luc Soullier
Літак важить 200 кг, максимальна маса при підйомі (MTOW)
Це зараз найефективніший електричний літак, що пілотується . Проект першої поштової лінії Монако-Ніцца (тобто міжнародної )
Намет, що був випущений для цієї аерофіліателістичної операції
Поки що багато змагань у 2011 році, перший польот у Віноні, з годиною польоту:
**Перший підйом у Віноні, після добрих стаціонарних точок. **
Ці чудові божевільні пілоти, у їх дивних машинах....
Слідкуйте за подіями ---