CarterCopter — это экспериментальный составной автожир , разработанный компанией Carter Aviation Technologies в США для демонстрации технологии замедленного ротора . 17 июня 2005 года CarterCopter стал первым винтокрылым аппаратом, достигшим mu-1 (μ=1), равного отношения воздушной скорости к скорости кончика несущего винта, [3] , но разбился во время следующего полета [2] и с тех пор был неработоспособен. [4] Его заменяет личный летательный аппарат Carter .
CarterCopter — это автожир толкающей конфигурации с крыльями и хвостовым оперением с двойной стрелой, предназначенный в качестве прототипа и демонстратора технологий. [5] Несущий винт представляет собой двухлопастную конструкцию, на каждом конце которой находится обедненный уран весом 55 фунтов (25 кг) . Он установлен на наклонной мачте, что позволяет крылу сохранять оптимальную эффективность на всех скоростях. [6] Это цельнокомпозитная конструкция [7] с корпусом , находящимся под давлением до 0,69 бар .
Трехколесная ходовая часть убирается и имеет большой ход, позволяющий приземляться со скоростью до 20 футов в секунду без отскока. Самолет был модифицирован и перестроен после аварии (приземления с повышенным шасси) в 2003 году. [6] НАСА профинансировало разработку на сумму 1 миллион долларов за счет трех исследовательских грантов, и самолету удалось достичь как минимум одной из пяти целей НАСА. [8]
Концепт CarterCopter представляет собой гирокоптер с необычайно жестким и относительно тяжелым ротором, дополненным обычными крыльями. На низкой скорости аппарат летает как гирокоптер и может предварительно раскрутить винт для вертикального взлета и очень короткого зависания (около 5 секунд) [9] и может приземлиться более или менее вертикально. Несколько технических проблем затрудняют полет на медленном несущем винте, но стабильность несущего винта достигается за счет сочетания расположения концевых грузов несущего винта впереди центральной линии лопасти (передний центр тяжести ) и центра подъемной силы позади центральной линии лопасти. [10] На высокой скорости (около 100 миль в час) самолет летает в основном с использованием неподвижных крыльев, а ротор просто вращается. Несущий винт вращается с начальной скоростью ниже скорости полета, а это означает, что отступающая лопасть летит полностью остановленной. На вертолете это привело бы к значительной асимметрии подъемной силы и неразрешимым проблемам с управлением, но неподвижные крылья удерживают самолет в воздухе и сохраняют устойчивость.
Низкая скорость вращения и плоское флюгирование несущего винта означают, что он вызывает небольшое сопротивление, и компания утверждает, что самолет потенциально сможет использовать преимущества неподвижных крыльев, а также гирокоптеров, предоставляя почти все возможности вертолетов (кроме зависания). ), но с относительно простой механической системой. Carter Aviation также утверждает, что система безопаснее, чем типичный самолет с неподвижным крылом, а другие [ требуется цитирование ] отмечают, что конструкция намного безопаснее, гораздо менее сложна и менее дорога, чем вертолет, конвертоплан или Boeing X- 50 Ротор/крыло Dragonfly Canard . [11] [12] CarterCopter должен быть способен развивать более высокие скорости полета, которые сейчас достижимы только для самолетов, но также иметь возможность приземляться как автожир на любой небольшой территории в случае чрезвычайной ситуации.
При взлете пилот выравнивает верхний винт (нулевой угол атаки) и раскручивает его до очень высокой скорости (от 365 до 425 об/мин). [13] Затем ротор отсоединяется от двигателя, и угол атаки лопастей несущего винта внезапно увеличивается, так что транспортное средство подпрыгивает в воздух. Несущий винт самолета имеет достаточную инерцию благодаря тяжелым противовесам на законцовках, что позволяет ему безопасно зависать на короткое время. Затем пилот подает полную мощность на задний толкающий винт, и машина начинает двигаться вперед. При этом воздух прогоняется через главный ротор, вращая его быстрее и создавая большую подъемную силу. Транспортное средство поднимается в воздух, летая как автожир.
Когда CarterCopter достигает скорости около 90 миль в час (140 км/ч), его короткие и легкие крылья обеспечивают большую часть подъемной силы. Затем пилот может сгладить угол атаки несущего винта, чтобы он создавал очень небольшую подъемную силу, что значительно снижает величину индуцированного сопротивления , создаваемого несущим винтом. Хотя ротор не используется на высокой скорости, он продолжает вращаться со скоростью около 80 об/мин, поскольку вращение удерживает ротор в растянутом состоянии, предотвращая чрезмерное вращение. [14] [15]
Обычно вертолет или автожир не может лететь вперед с той же скоростью, что и скорость кончика его несущего винта, или превышать ее. Это связано с тем, что низкая воздушная скорость удаляющейся лопасти несущего винта может вызвать сваливание отступающей лопасти , в то время как наступающая лопасть несущего винта будет двигаться со скоростью, вдвое превышающей скорость самолета, что приведет к неуправляемому полету из-за асимметрии подъемной силы .
Однако в CarterCopter фиксированные крылья обеспечивают подъемную силу, необходимую для того, чтобы оставаться в воздухе. Поскольку ротор не нагружен, аэродинамические силы на нем очень незначительны. Это означает, что CarterCopter теоретически может летать намного быстрее, чем скорость вращения ротора. Несущие винты по-прежнему будут колебаться во время вращения из-за несимметрии подъемной силы между двумя сторонами транспортного средства, но Carter Aviation утверждает, что с этим можно справиться.
Заявленная теоретическая максимальная скорость самолета типа CarterCopter составляет около 500 миль в час (800 км/ч), [16] что примерно в два раза превышает рекорд скорости полета вертолета . [17]
Двигатель прототипа был обычно безнаддувным и, следовательно, его мощность была ограничена всего 320 л.с. (240 кВт), а скорость самолета составляла около 173 миль в час (270 км/ч); [18] , что по-прежнему на ~40% быстрее обычного автожира, но медленнее, чем гиродины 1950-х годов. Изготовленный на заказ автожир может развивать скорость 168,29 км/ч (104,6 миль в час), [19] и Картер говорит, что персональный летательный аппарат Картера развивает скорость 200 миль в час (170 узлов; 320 км/ч). [20]
При весе 4000 фунтов CCTD может подниматься со скоростью 750 футов в минуту. [6]
С 1999 по 2001 год было зарегистрировано 4 случая дорожно-транспортных происшествий без смертельного исхода, [4] [21] [22 ] [23], в то время как Картер утверждает, что за 7 лет произошло 10 несчастных случаев, [24] все без смертельного исхода. [25]
Летчик-испытатель Ларри Нил заявил, что летать на CarterCopter сложно, поскольку он представляет собой комбинацию вертолета, автожира и самолета . [26]
CarterCopter достиг максимального значения mu (mu — отношение воздушной скорости к скорости кончика несущего винта) [10] [27] равного 1,0 на короткое время 17 июня 2005 года, впервые какой-либо винтокрылый самолет достиг этого уровня. Пилот CarterCopter утверждал, что особой драмы не было, и мю 1 был достигнут случайно из-за обычных изменений частоты вращения ротора (при 107 об / мин) [4] и воздушной скорости корабля; пилот описал его как «гладкий» без значительной вибрации. [28] Испытания проводились по контракту с армией США. [25] Картер говорит, что они повторили мю-1 с PAV в 2013 году. [20]
Однако во время следующего испытательного полета в тот же день в 2005 году CarterCopter совершил жесткую посадку (разбился), [2] причинив значительные повреждения, но пилоты не пострадали. Причиной крушения стал выход из строя болтов гребного винта, в результате чего были повреждены тросы, управляющие ротором. Пропеллер был разработан Картером и представлял собой 8-футовый ятаганный гребной винт регулируемого шага, весом 15 фунтов [6] и тягой 1850 фунтов-силы. [29] [30] Первоначально считалось, что CarterCopter не подлежит ремонту; более поздняя проверка показала, что его можно отремонтировать, но вместо этого компания предпочла работать над небольшим открытым бескрылым демонстратором автожира. [31] Также позже в 2005 году, используя уроки, извлеченные из CarterCopter, началось проектирование последующего составного самолета Carter PAV , [32] [33] , который поднялся в воздух в 2011 году. [34]
Компания утверждает, что испытания показали [35] [ необходима ссылка ] , что архитектура транспортного средства потенциально может превзойти вертолеты по всем параметрам, за исключением устойчивого зависания, и должна быть намного дешевле в покупке и обслуживании. Компания также утверждает, что он также очень близко соответствует L/D самолетов авиации общего назначения с неподвижным крылом на крейсерской скорости [35] , но с почти вертикальным взлетом и посадкой. Однако способность взлета в прыжке с использованием накопленной энергии ротора никогда не демонстрировалась на высоте более 16 футов с прикрепленным крылом.
НАСА создало компьютерные модели ротора CarterCopter со скоростью выше mu=1 и скоростью до 400 узлов. [36]
Данные Aviation Week , [37] American Helicopter Society , [38] AeroNews, [29] Jane's , [4] CarterCopters.com [39]
Общие характеристики
Производительность
Связанные разработки
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи