Растрясая автожиры: революция ввоздухе
- Ценитель инноваций
В собственном аппарате Джей Картер не только уникальным образом соединил изюминке вертолёта и самолёта, но и применил с дюжина вторых ноу-хау
Зоологам прекрасно знакомо правило о том, что скрестить лошадь и осла возможно, но их дети не будут способны к воспроизведению потомства. Обстоятельство — различное количество хромосом: у осла их 62, у лошади — 64.
Авиаконструкторы знают второе правило: скрестить вертолёт и самолёт теоретически возможно, но однако ни один из аналогичных «мулов» до тех пор пока особенным успехом не пользовался. Гибридный аппарат, вопреки начальной задумке, брал от своих своих родителей не только наилучшее.
Но правила правилами, а кое-какие из них удается нарушать. Всю вторую половину прошлого века самолеты с вертолетами не прекращали спаривать, а в двадцать первом веке перемещение за выведение здорового «авиационного мула» как словно бы получило второе дыхание. Во главе армии авиаторов-селекционеров шагает техасский изобретатель Джей Картер.
Многие глубокоуважаемые люди считают, что недалек тот момент, в то время, когда данный авиаконструктор выстроит машину собственный грезы — недорогой летательный аппарат, что, подобно самолету, будет покрывать приличные расстояния с высокой скоростью, а взлетать и садиться по-вертолетному — на любых ограниченных и неподготовленных площадках. Разработкой собственного аппарата Картер с командой энтузиастов занимается уже около 15 лет, и за последнюю «пятилетку» достиг заметных удач.
Во-первых, Картеру удалось разогнать собственный автожир с прыжковым взлетом до непривычно высокой для этого летательного аппарата скорости 270 км/ч и лететь на ней, расходуя в два раза меньше топлива, чем потребовалось бы вертолету. А во-вторых, Картер осуществил собственную давешнюю мечту: он первым в мире вывел винтокрылый аппарат на режим полета с числом m, равным 1, в то время, когда скорость горизонтального перемещения автомобили была равна скорости законцовки лопасти несущего винта относительно воздуха. Раньше скорость полета всегда была ниже скорости законцовки лопасти несущего винта.
Дорога к автожиру с крыльями
Не смотря на то, что проектом крылатого автожира Джей Картер начал заниматься приблизительно в первой половине 90-ых годов двадцатого века, мысль создания таковой автомобили появилась в голове изобретателя намного раньше. Легко прежде для ее реализации у Джея не хватало денег.
С автожирами Картер познакомился еще школьником: его папа Джей Картер-старший также был конструктором и в качестве хобби конструировал автожир. Сын, очевидно, помогал отцу в столь захватывающем занятии, а в то время, когда выстроенный автожир наконец начал летать, Джей Картер-младший решил собственноручно выстроить новый аппарат, более прогрессивный в техническом замысле.
При постройке аппарата Джей применял лопасти и фюзеляж из композитных материалов, маршевый винт в кольце Джей не был уверен, что полеты на этом через чур передовом для собственного времени аппарате будут надёжны, и композитный автожир ни разу по-настоящему не летал. Дело было во второй половине 60-ых годов XX века. Опять к разработке передового автожира Джей возвратится лишь через четверть века.
В промежутке между этими двумя событиями Джей получил диплом Техасского технологического институт и поступил на работу в компанию Bell Helicopter. Тут он трудился над проектом Bell XV-15 Tiltrotor, что потом стал причиной появлению армейского конвертоплана Bell V-22 Osprey. По всей видимости, на протяжении данной работы Джей и увлекся гибридной техникой. Видя недочёты конвертопланов, он начал мечтать о второй возможности винтокрылой достоинств машины и объединения самолёта.
Но скоро Джей на долгое время расстался с миром авиации.
В начале 1970-х правительство США начало борьбу с автомобильными выбросами. И Картеры, сын и отец, в духе времени создали миниатюрный паровой двигатель для автомобиля. В первой половине 70-ых годов XX века разработка Картеров стала первым в Соединенных Штатах автомобилем, отвечавшим ужесточившимся требованиям Агентства по охране внешней среды (EPA).
Но машина Джеев недолго приковывала публичное внимание: грянул нефтяной кризис, и экологичная, но далеко не экономичная машина Картера прекратила принимать во внимание перспективной разработкой. Картеры занялись конструированием ветроэлектростанций, и это дело выяснилось достаточно прибыльным. Скоро Картер разбогател, но душа его рвалась в небо.
«Я желал, дабы в моей жизни показалось что-то, что наполняло бы ее смыслом. Мне нужна была обстоятельство, дабы подниматься в пять часов утра», — говорит Джей о том времени. Наконец, конструктор решился выстроить автожир с крыльями, о котором он в далеком прошлом думал. «Я сообщил жене, — вспоминает Картер, — что мне пригодится пара пара и лёт сотен тысяч американских долларов, дабы вынудить эту штуку летать. Каким же я был оптимистом!»
Но Джей взял то, о чем в далеком прошлом грезил. Он поднимался в пять утра, временами ночи напролет занимался разработкой собственного детища. В нем он видел прототип популярного летательного аппарата будущего.
В погоне за скоростью
Цель Джея — создать устройство, которое при многих вертолетных преимуществах сможет летать в три раза стремительнее простого гражданского вертолета и владеть в пять раз большей дальностью полета без дозаправок. Добиться этого Джей планирует за счет перевода собственного аппарата с автожирного режима работы на самолетный по мере роста скоростей, в то время, когда крылья аппарата смогут снабжать достаточную подъемную силу.
Задача может показаться довольно простой, в случае если забыть про несущий винт, что будет мешать перемещению аппарата на высокой скорости. Чем выше частота вращения винта, тем выше создаваемое им сопротивление полету, исходя из этого в автожире Джея Картера с ростом скорости ротор переходит на режим медленной авторотации.
Пилот сокращает до нуля углы атаки лопастей, и несущий винт теряет подъемную силу. «Понижение втрое частоты вращения несущего ротора приблизительно в 27 раз снижает его сопротивление перемещению», — заявляет конструктор. Наряду с этим, дабы лопасти сохранили жёсткость и управляемость, Картер утяжелил их законцовки — это делает их неизменно «натянутыми», подобно рыбацкой леске, к концу которой привязали грузило. На протяжении полета на своем экспериментальном аппарате в июне 2005 года пилоту удалось достигнуть скорости 270 км/ч, и на пара секунд выйти на режим полета с m=1, но в тот же сутки аппарат пострадал при неудачном приземлении, что стало причиной окончанию серии опробований.
на данный момент команда Картера занята постройкой новых экспериментальных автомобилей. В ближайшее будущее в небо должны взмыть двухместная и четырехместная модели. Первый летательный аппарат будет снаружи и по конструкции напоминать прошлый прототип, но летать чуть медленнее.
Крыло увеличиться — для устойчивого полета на высоких скоростях при замедленном вращении несущего винта. Четырехместная модель сможет лететь со скоростью 370 км/ч, но в будущем Картер планирует представить еще более замечательные предположения. К примеру, 1200-сильную, оборудованную газовой турбиной, которая будет развивать скорость 480 км/ч.
И это лишь начало: Джей Картер считает, что в будущем его аппараты смогут летать со скоростью до 800−900 км/ч, но это уже предел: в случае если лететь стремительнее, то законцовки лопастей будут оказывать через чур высокое сопротивление.
Не все эксперты верят в успех проекта Картера. Мартин Холлман, узнаваемый В США разработчик вертолетов, настроен скептически. «Основная неприятность, — говорит он, — в лопастях несущего ротора. Через чур легкомысленно вычислять, что при полете на высокой скорости они будут нормально молотить воздушное пространство, не создавая ощутимого сопротивления.
Таковой аппарат вряд ли когда-нибудь сможет стать серийным».
Озадачивает и вопрос безопасности. Как бы ни завлекали людей экономичность автожира и высокая скорость Картера, никто не будет летать на нем, если он покажет себя менее надежным, чем другие аппараты. Так что серийное будущее крылатых автожиров конструкции Джея Картера — Carter-Copter — до тех пор пока остается под вопросом.
без сомнений только одно: мир продолжит смотреть за разработками Картера с неподдельным интересом.
Проекты Джея Картера
Машина энтузиастов
Двухместный аппарат Картера находится в стадии строительства, так что уже в недалеком будущем он взмоет в небо. По конструкции он будет очень сильно напоминать собственного предшественника, но пара проигрывать ему в скоростных чертях, но будет дешевле в производстве и надёжнее. В зависимости от типа выбранного двигателя Rotax 912S либо Rotax 914 большая скорость аппарата составит 190−210 км/ч.
Это будет самый дешёвый аппарат Картера, продажи которого он планирует начать еще в этом десятилетии.
Личная авиация
Согласно точки зрения Картера, его автожир возьмёт широчайшее использование в личной авиации. На скорости около 160 км/ч крыло формирует главную подъемную силу, в то время как несущий винт замедляется и разгружается. Дальность полета пассажирского варианта автожира без дозаправки возможно доведена до 5000 км.
Большая скорость аппарата приблизится к 750 км/ч, не смотря на то, что экономически целесообразней не быть больше 670 км/ч: на более высокой скорости несущий винт начинает создавать ощутимо большее сопротивление.
Боевой аппарат
Армейский автожир CHT (Carter’s Heliplane Transport), проект которого Джей Картер создал по заказу агентства DARPA, согласно расчетам команды конструкторов, будет перевозить до 32 т грузов. За счет применения крыла он сможет лететь со скоростью 670 км/ч на высоте около 12 км — заметно стремительнее, чем сейчас существующие вертолеты, — и наряду с этим расходовать меньше топлива. Так, при нужной нагрузке 20 т автожир, согласно расчетам компании Картера, может преодолеть расстояние 2500 км без дозаправок.
Предел винтовой скорости
Джей Картер первым в истории винтокрылой техники смог достигнуть предела m=1. Пилот его экспериментального аппарата пролетел пара секунд в таком режиме. На новых умелых автомобилях Картер планирует выйти на режим m>1.
Это разрешит винтокрылым аппаратам летать со скоростью поршневых самолетов и расходовать не намного больше топлива.
Из-за чего винтокрылая техника с одним несущим винтом не имеет возможности летать стремительнее 400 км/ч? Главная неприятность содержится в том, что скорость полета ограничена числом m — отношением скорости горизонтального полета к скорости законцовки лопасти несущего винта относительно воздуха. Чем стремительнее движется аппарат, тем выше это число, но большая скорость аппарата ограничена: в теории число m не может быть больше единицы, а на практике оно ограничено еще меньшими значениями.
Неприятность содержится в отличии между воздушными скоростями наступающей лопасти (идущей вперед) и противоположной — отступающей. Скорость первой складывается со скоростью набегающего воздушного потока, в то время как скорость второй, напротив, значительно уменьшается на то же число.
В следствии подъемная сила наступающей лопасти возрастает, а отступающей — падает, что ведет к асимметрии неспециализированной подъемной силы. Дабы компенсировать это явление, используется стандартное ответ — изменение угла атаки. У наступающей лопасти он значительно уменьшается, а у отступающей возрастает, что и ведет к выравниванию подъемной силы.
Но в случае если скорость летательного аппарата будет так высока, что скорость отступающей лопасти относительно воздуха окажется нулевой и она лишится подъемной силы, аппарат опрокинется набок, потому, что подъемная сила на наступающей лопасти сохранится. Наряду с этим на практике это может случиться раньше, чем при m=1. У возможности компенсации подъемной силы углом наклона также имеется собственный предел.
Так что чтобы не было срыва потока с лопасти запрещено через чур очень сильно увеличивать угол атаки.
Дабы при росте скорости полета не доводить угол атаки до критического, на вертолете возможно расширить частоту вращения ротора, но и тут имеется собственный предел. При приближении скорости вращения лопасти к скорости звука быстро возрастает сопротивление вращению — так что, дабы КПД был не через чур низким, приходится ограничивать скорости законцовок лопастей тремя четвертями скорости звука.
Исходя из этого правила, теоретический предел скорости вертолета с одним несущим винтом не может быть намного выше 400 км/ч. Но на практике вертолеты летают медленней. Считается, что для сохранения работоспособности несущего винта число m не должно быть больше значения 0,4.
Однако полвека назад экспериментальному конвертоплану-автожиру McDonnell XV-1 удалось достигнуть значения m=0,92, а в июне 2005 года Джей Картер достиг собственной заветной цели — m на протяжении полета его автожира пара секунд было равняется единице. Наряду с этим пилот не ощущал какого-либо дискомфорта при полете.
На протяжении следующих опробований Картер планировал еще повысить колличество m, но его аппарат при через чур твёрдом приземлении был поврежден. Сейчас исполнение данной задачи ляжет на следующие умелые автомобили Джея Картера.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№60, октябрь 2007).
<
h4>