.jpg/1280px-Airlander_-_Flight_Take-off_Front_(cropped).jpg)
Гибридный дирижабль — это летательный аппарат с двигателем , который получает часть своей подъемной силы как дирижабль легче воздуха (LTA) , а часть — за счет аэродинамической подъемной силы как аэродин тяжелее воздуха .
Династат — это гибридный дирижабль с неподвижными крыльями и/или несущим корпусом , который обычно предназначен для длительных полетов. Для создания аэродинамического компонента подъемной силы требуется полет вперед.
Ротастат — это гибридный дирижабль с поворотными крыльями , который обычно предназначен для подъема тяжелых грузов. Его вращающиеся крылья могут обеспечивать подъемную силу даже при вертикальном зависании или маневрировании, как у вертолета .
Серийных образцов не было построено, но совершили полеты несколько пилотируемых и беспилотных прототипов.
Термин «гибридный дирижабль» также использовался для описания дирижабля, состоящего из сочетания жесткой , полужесткой и нежесткой конструкции.
Обычные дирижабли имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку им не нужна мощность двигателя, чтобы оставаться в воздухе, но они ограничены по нескольким причинам, включая низкое соотношение полезной нагрузки и объема и низкие скорости. Кроме того, наземное обслуживание дирижабля может быть затруднено. Поскольку он плавает, даже при легком ветре он подвержен ударам ветра.
С другой стороны, самолеты тяжелее воздуха или аэродинамические аппараты, особенно винтокрылые , требуют постоянного использования энергии для создания подъемной силы, а обычным самолетам также требуются взлетно-посадочные полосы .
Гибридный дирижабль сочетает в себе аэростатическую подъемную силу дирижабля, создаваемую газом легче воздуха, например гелием, с динамической подъемной силой корабля тяжелее воздуха, возникающей за счет движения по воздуху. Такой гибридный летательный аппарат все же тяжелее воздуха, что делает его в чем-то похожим на обычный самолет. Динамическая подъемная сила может обеспечиваться поворотными крыльями, подобными вертолету ( ротастат ), или формой, создающей подъемную силу, подобной подъемному телу, в сочетании с горизонтальной тягой ( династат ), или комбинацией этих двух. [1] [2]
Гибридные дирижабли призваны заполнить золотую середину между низкими эксплуатационными расходами и низкими скоростями традиционных дирижаблей и более высокой скоростью, но более высоким расходом топлива у самолетов тяжелее самолетов. Сочетая динамическую и плавучую подъемную силу, гибриды призваны обеспечить улучшенную воздушную скорость, грузоподъемность и (в некоторых типах) способность зависания по сравнению с чистым дирижаблем, при этом имея большую выносливость и большую грузоподъемность по сравнению с чистым аэродином.
Утверждается, что технология гибридных самолетов обеспечивает более широкий диапазон оптимизации летных характеристик: от значительно тяжелее воздуха до почти плавучего. Утверждается, что такое ощущение необычной динамической дальности полета в сочетании с соответствующей системой посадки позволяет осуществлять сверхтяжелые и доступные перевозки по воздуху. [3]
По сравнению с обычным дирижаблем гибрид можно сделать меньше, и ему не нужно нести балласт для управления высотой, а по сравнению с летательным аппаратом тяжелее воздуха гибриду требуется либо меньший винт, либо более короткая взлетно-посадочная полоса. [2]
В то время как династат считается более перспективным для пассажирских и грузовых перевозок на большие расстояния, ротастат, как ожидается, будет более подходящим в качестве « летающего крана », способного поднимать тяжелые внешние грузы на более короткие расстояния. [2]
Некоторые дирижабли используют управление вектором тяги , обычно с использованием поворотных вентиляторных движителей с воздуховодами, чтобы обеспечить дополнительную подъемную силу, когда тяга двигателя больше не требуется для движения вперед. Как только воздушная скорость набрана, корабль может использовать подъемную силу корпуса, чтобы нести груз, превышающий только его аэростатическую подъемную силу. [ нужна цитата ] Однако такие дирижабли обычно не считаются гибридами.
Династат получает дополнительную подъемную силу, летая по воздуху. Изученные конфигурации включали использование дельтовидного (треугольного), чечевицеобразного (круглого) или сплющенного корпуса, а также добавление неподвижного крыла.
Некоторые ранние дирижабли были оснащены плоскостями крыльев с целью обеспечения дополнительной динамической подъемной силы. [ нужна цитата ] Однако дополнительная подъемная сила самолетов может быть менее эффективной, чем простое увеличение объема дирижабля. При низких скоростях полета, 60 миль в час (97 км/ч) или меньше, увеличение подъемной силы, полученное за счет использования самолетов на дирижабле, потребует непропорционального увеличения мощности двигателя и расхода топлива по сравнению с увеличением размера газовых баллонов. . [4] Более того, прикрепление летающих поверхностей к оболочке дирижабля потребует значительного усиления конструкции с соответствующим увеличением веса. [2]
Обычные дирижабли часто используют аэродинамическую подъемную силу, используя свои рули высоты для установки носа вверх, так что основной корпус дирижабля обеспечивает некоторую подъемную силу во время полета; однако обычно это делается для противодействия незначительным отклонениям от дифферентовки, и вполне вероятно, что нос придется направить вниз, чтобы уменьшить подъемную силу.
В некоторых гибридных конструкциях, таких как Lockheed Martin LMZ1M (продолжающий испытательный автомобиль Lockheed Martin P-791 ), используется уплощенный или многолопастной корпус для увеличения достижимой аэродинамической подъемной силы. Аэродинамический подход аналогичен самолету с несущим корпусом , хотя задействованные воздушные скорости намного ниже. Достигаемые показатели динамической подъемной силы и лобового сопротивления значительно ниже, чем у эффективных неподвижных крыльев, отчасти потому, что индуцированное сопротивление увеличивается с уменьшением удлинения. [5] В результате подъемная сила сопровождается более высоким сопротивлением, чем при использовании крыльев. С другой стороны, по сравнению с вертолетом, династат имеет лучшую топливную экономичность в заданном диапазоне скоростей. [2]
Другая проблема возникает во время взлета и посадки, когда в более спокойных условиях скорость полета может оказаться слишком низкой для обеспечения достаточной аэродинамической подъемной силы. [6] По этой причине dynastat часто рассматривается как самолет вертикального взлета и посадки , а не вертикального взлета и посадки , которому требуется более короткая взлетно-посадочная полоса, чем у обычного самолета. [2]
Ротастат получает дополнительную подъемную силу от приводных винтов, как и вертолет. Были изучены одно-, двух- и четырехроторные конструкции.
Ранние примеры в межвоенный период включали проекты Омихена и Зодиака . В них использовались винты только для вертикального управления, с дополнительными пропеллерами с приводом для полета вперед, как в гирокоптере . [2]
В последнее время экспериментальный Piasecki PA-97 «Helistat» прикрепил к гелиевому дирижаблю четыре корпуса вертолета, а SkyHook JHL-40 остается проектом. Обычно аэростатической подъемной силы достаточно, чтобы выдержать вес самого корабля, в то время как при перевозке груза винты обеспечивают дополнительную подъемную силу по мере необходимости.
Если дирижаблю не хватает подъемной силы, он затонет под действием силы тяжести. Если наклонить нос вниз, это может привести к планирующему полету вперед, как у обычного планера . Если у дирижабля есть избыточная подъемная сила, он поднимется. Подняв нос вверх, это также может привести к движению вперед. Таким образом, дирижабль, который периодически меняет свою плавучесть между положительной и отрицательной, при этом соответствующим образом корректируя свое положение, может получить почти постоянную аэродинамическую тягу вперед. Таким образом, полет протекает по неторопливой вертикальной зигзагообразной схеме. Поскольку на создание тяги непосредственно не расходуется энергия, этот принцип позволяет совершать длительные полеты, хотя и на малых скоростях. Предлагаемый Hunt GravityPlane — это гибридный дирижабль, предназначенный для полного использования преимуществ гравитационного планирования. [7]
Этот принцип также работает под водой, где он оперативно используется в подводном планере .
Исторически этот принцип воздушной навигации под названием Wellenflug (волнообразный полет) был впервые сформулирован и экспериментально проверен в 1899 году Константином Данилевским в Харькове , Украина, и подробно описан в его книге [8].
Планирование под действием гравитации относится к периоду во время и вскоре после Гражданской войны в США , когда Соломон Эндрюс построил два таких дирижабля. Первый из них, Aereon , использовал три отдельных воздушных шара сигарообразной формы, соединенных вместе в плоской плоскости; второй, Aereon #2 , использовал один воздушный шар «лимонной» формы. [9] «Аэреоны» Эндрюса приводились в движение за счет наклона воздушных шаров вверх и сбрасывания балласта, затем процесс был обращен вспять: воздушные шары были наклонены вниз и было выпущено большое количество подъемного газа. [10]
В 1905 году Альберто Сантос-Дюмон провел различные эксперименты со своим первым самолетом Santos-Dumont 14-bis , прежде чем впервые попытаться на нем полететь. Они включали подвешивание его на стальном тросе и буксировку, а затем подвешивание под оболочкой ранее построенного дирижабля (номер 14) – это сродни обучению плаванию на « водных крыльях ». Объединенный корабль был непригоден для использования и был разобран, получив название «чудовищный гибрид». [11] После того, как эти «репетиции» были завершены, Сантос-Дюмон провел первую публичную демонстрацию самолета тяжелее воздуха в Европе.
В 1907 году впервые поднялся в воздух дирижабль № 1 британской армии (названный Nulli Secundus ). Для управления ориентацией в полете использовались аэродинамические поверхности, а для первого полета он также был оснащен большими крыльями в средней части корабля. Крылья предназначались для обеспечения устойчивости, а не для обеспечения подъемной силы, и для всех последующих полетов их снимали. [12] [13] Использование динамической подъемной силы путем наклона носа дирижабля вверх или вниз также было признано и практиковалось на этом дирижабле. [14]
В июне 1907 года Альберто Сантос Дюмон построил свой № 16, который L'Aérophile описал как смесь одежды . Он имел объем 99 м 3 (3500 куб. футов), но был слишком тяжелым для полета без дополнительной подъемной силы, обеспечиваемой поверхностью крыла площадью 4 м (13 футов). Он был безуспешно испытан 8 июня 1907 года. [15]
Aereon 26 — самолет, совершивший свой первый полет в 1971 году. Это был небольшой прототип гибридного дирижабля Aereon Dynairship , являвшийся частью проекта «TIGER». Но он так и не был построен из-за отсутствия рынка для гибридного дирижабля. [16]
В 1984 году вертолет AeroLift CycloCrane ненадолго совершил полет. [ нужна цитата ]
Экспериментальный проект Piasecki PA-97 Helistat 1986 года объединил четыре вертолета с дирижаблем в попытке создать тяжелую машину для лесохозяйственных работ. Он распался в конце своего первого полета.
Автомобильная технология SkyCat или «Небесный катамаран» представляет собой объединение гибридных самолетов; масштабная версия высотой 12 метров под названием «SkyKitten», построенная компанией Advanced Technologies Group Ltd, поднялась в воздух в 2000 году. Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) в 2005 году инициировало программу Walrus Hybrid Ultra Large Aircraft , инициативу по развитию технологий, ориентированную на исследования технологии сверхтяжелых воздушных перевозок. Программа была прекращена в 2007 году .
В 2006 году Lockheed Martin P-791 прошел беспилотные летные испытания. Это был неудачный кандидат для военной программы Long Endurance Multi-Intelligence Vehicle , хотя это был единственный успешный гибридный дирижабль, который когда-либо летал до 7 августа 2016 года .
В 2008 году компания Boeing объявила, что объединяется с SkyHook для разработки тяжелого грузоподъемного автомобиля SkyHook JHL-40. Впоследствии компания Boeing отложила этот проект. [17]
Гибридные летательные аппараты HAV 304 были построены для программы Long Endurance Multi-Intelligence Vehicle (LEMV) армии США . В августе 2012 года он успешно пролетел 90 минут. [18] [19] [20] После отмены проекта LEMV компания Hybrid Air Vehicles выкупила самолет HAV 304 и привезла его обратно в Великобританию. Он был отремонтирован и переименован в Airlander 10 . 17 августа 2016 года Airlander 10 совершил свой первый успешный испытательный полет за пределами ангаров Кардингтон в Королевских ВВС Кардингтон. Главный летчик-испытатель Дэйв Бернс заявил в своем заявлении: «Для меня было привилегией впервые управлять Airlander, и он летел чудесно. Я очень рад возможности поднять его в воздух. Он летел как мечта». [21] Для полной сертификации необходимо налетать еще более 200 часов.
Airlander 10 завершил сертификационные испытания конструкции, прежде чем был списан [22], когда он оторвался от швартовки из-за сильного ветра 18 ноября 2017 года на аэродроме Кардингтон .
Канадский стартап Solar Ship, Inc. разрабатывает гибридные дирижабли, работающие на солнечной энергии, которые могут работать только на солнечной энергии. Идея состоит в том, чтобы создать жизнеспособную платформу, которая сможет путешествовать в любую точку мира, доставляя холодные медикаменты и другие предметы первой необходимости в места Африки и Северной Канады, не нуждаясь в каком-либо топливе или инфраструктуре. Есть надежда, что технологических разработок в области солнечных батарей и большой площади поверхности гибридного дирижабля будет достаточно, чтобы создать практичный самолет на солнечных батареях. Некоторые ключевые особенности Солнечного корабля заключаются в том, что он может летать только на аэродинамической подъемной силе без какого-либо подъемного газа, [ проверка не удалась ] , а солнечные элементы вместе с большим объемом оболочки позволяют переконфигурировать гибридный дирижабль в мобильное укрытие, которое можно перезаряжать. аккумуляторы и другое оборудование. [23]
Hunt GravityPlane (не путать с наземным гравитационным самолетом ) — планер с гравитационным приводом, предложенный компанией Hunt Aviation в США. [24] Он также имеет крылья с аэродинамическим профилем, что улучшает его подъемную силу и делает его более эффективным. GravityPlane требует больших размеров, чтобы получить достаточно большое соотношение объема к весу для поддержки этой конструкции крыла, и ни один пример еще не построен. [7] В отличие от планера с двигателем , GravityPlane не потребляет энергию во время фазы набора высоты. Однако он потребляет энергию в тех точках, где его плавучесть меняется между положительными и отрицательными значениями. Хант утверждает, что это, тем не менее, может повысить энергоэффективность корабля, аналогично повышению энергоэффективности подводных планеров по сравнению с традиционными методами движения. [7] Хант предполагает, что низкое энергопотребление должно позволить кораблю собирать достаточно энергии, чтобы оставаться в воздухе неопределенно долго. Традиционным подходом к этому требованию является использование солнечных панелей в самолетах, работающих на солнечной энергии . Хант предложил два альтернативных подхода. Один из них — использовать ветряную турбину и собирать энергию из воздушного потока, создаваемого планирующим движением, другой — тепловой цикл для извлечения энергии из разницы температур воздуха на разных высотах. [7]
На каждые 1000 фунтов. Подъемная сила, переносимая самолетами, составляет около 60 фунтов. сопротивление должно преодолеваться тягой винтов. С другой стороны, 5 000 000 куб. футов. Дирижабль, летящий со скоростью 60 миль в час, испытывает вес всего около 20 фунтов. сопротивление на подъемную силу в 1000 фунтов, и относительное сопротивление уменьшается с увеличением размера и уменьшением скорости. Очевидно, поэтому, что увеличение подъемной силы, полученное за счет использования самолетов на дирижабле, потребует непропорционального увеличения мощности двигателей и расхода топлива.
все еще остаются явно непреодолимые проблемы запуска и посадки дирижабля. комбинированное ремесло