Жартылай аэростатикалық ұшақтар: Гибридтік дирижабльдер, династаттар мен ротастаттар туралы біліңіз. Қанаттары бар ұзаққа созылатын және ауыр жүк көтеруге арналған ұшақтар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жартылай аэростатикалық ұшақ
Partially aero static aircraft
Гибридтік дирижабль – қозғалтқышпен жабдықталған ұшақ, оның көтеру күшінің бір бөлігін ауадан жеңіл (LTA) дирижабль ретінде, ал қалғанын ауадан ауыр аэродинамикалық күш арқылы алады. Династат – тұрақты қанаттары және/немесе көтеру корпусы бар гибридтік дирижабль, көбінесе ұзаққа созылатын ұшулар үшін жасалады. Аэродинамикалық көтеруді қамтамасыз ету үшін алға қарай ұшу қажет. Ротастат – айналмалы қанаттары бар гибридтік дирижабль, әдетте ауыр жүктерді көтеруге арналған. Оның айналмалы қанаттары тік бойымен сүзетін немесе маневр жасайтын кезде де көтеру күшін қамтамасыз етеді, тіпті тікұшақ сияқты. Қазірге дейін өндірістік үлгілер жасалмаған, бірақ бірнеше пилотты және пилотсыз прототиптер сынақтан өтті. "Гибридтік дирижабль" термині қатаң, жартылай қатаң және қатаң емес конструкциядан тұратын дирижабльді сипаттау үшін де қолданылады.
A hybrid airship is a powered aircraft that obtains some of its lift as a lighter than air (LTA) airship and some from aerodynamic lift as a heavier than air aerodyne. A dynastat is a hybrid airship with fixed wings and/or a lifting body and is typically intended for long endurance flights. It requires forward flight to create the aerodynamic lift component. A rotastat is a hybrid airship with rotary wings and is typically intended for heavy lift applications. Its rotary wings can provide lift even when hovering or manoeuvring vertically, like a helicopter. No production designs have been built, but several crewed and uncrewed prototypes have flown. The term "hybrid airship" has also been used to describe an airship comprising a mix of rigid, semi rigid, and non rigid construction.
Ерекшеліктері
Әдеттегі дирижабльдердің пайдалану шығындары төмен, себебі олар әуеде қалу үшін қозғалтқыш қуатына мұқтаж емес, бірақ олардың мүмкіндіктері бірнеше жағынан шектеледі, соның ішінде төмен жүк көтеру/көлем қатынасы және төмен жылдамдық. Сонымен қатар, дирижабльді жерде қолдану қиын болуы мүмкін. Ол тіпті жеңіл желде де желдің соққысына ұшырайды. Ал әуеден ауыр ұшақтар, немесе аэродинамикалық ұшақтар, әсіресе тікұшақтар, көтеру күшін жасау үшін үнемі қуатты пайдалануды қажет етеді, ал дәстүрлі ұшақтарға ұшу-қону жолағы қажет. Гибридтік дирижабль дирижабльдің гелий сияқты ауадан жеңіл газдың көмегімен қамтамасыз етілген статикалық көтеруін, ауадан ауыр ұшақтың ауадағы қозғалысынан туындайтын динамикалық көтеруімен біріктіреді. Мұндай гибридтік ұшақ әуеден ауыр болып табылады, сондықтан ол кейбір жағынан дәстүрлі ұшаққа ұқсас. Динамикалық көтеру тікұшақтардағы роторлық қанаттар (ротастат) арқылы, көтеру корпусына ұқсас пішіндегі динамикалық көтеру корпусы (династат) арқылы немесе олардың комбинациясы арқылы қамтамасыз етілуі мүмкін. Гибридтік дирижабльдер дәстүрлі дирижабльдердің төмен пайдалану шығындары мен төмен жылдамдығы, сондай-ақ әуеден ауыр ұшақтардың жоғары жылдамдығы мен жоғары отын тұтынуы арасындағы орталық нүктені толтыруға бағытталған. Динамикалық және статикалық көтеруді біріктіру арқылы, гибридтік ұшақтар таза дирижабльмен салыстырғанда әуе жылдамдығын, әуедегі жүк көтеру қабілетін және (кейбір түрлерінде) тоқтау мүмкіндігін жақсартуға, сонымен қатар ұзаққа созылған ұшуға және жоғары көтеру қабілетіне ие болуға арналған. Гибридтік ұшақтардың технологиясы ұшу көрсеткіштерін жақсартудың кең ауқымын қамтиды, ауырлықтан әлдеқайда ауырдан, дерлік статикалыққа дейін. Тиісті қону жүйесімен үйлесімде, бұл сирек кездесетін динамикалық ұшу диапазоны өте ауыр және қолжетімді әуе тасымалдарын ұйымдастыруға мүмкіндік береді деп есептеледі.
Conventional airships have low operating costs because they need no engine power to remain airborne, but are limited in several ways, including low payload/volume ratios and low speeds. Additionally, ground handling of an airship can be difficult. Because it is floating, in even a light breeze it is susceptible to wind buffeting. On the other hand, heavier than air aircraft, or aerodynes, especially rotorcraft, require the constant use of power to generate lift, and conventional airplanes also require runways. The hybrid airship combines the airship's aerostatic lift, from a lighter than air gas such as helium, with the heavier than air craft's dynamic lift from movement through the air. Such a hybrid craft is still heavier than air, which makes it similar in some ways to a conventional aircraft. The dynamic lift may be provided by helicopter like rotary wings (the rotastat), or a lift producing shape similar to a lifting body combined with horizontal thrust (the dynastat), or a combination of the two. Hybrid airships are intended to fill the middle ground between the low operating cost and low speeds of traditional airships and the higher speed but higher fuel consumption of heavier than air craft. By combining dynamic and buoyant lift, hybrids are intended to provide improved airspeed, air cargo payload capacity and (in some types) hovering capability compared to a pure airship, while having longer endurance and greater lifting capacity compared to a pure aerodyne. Hybrid aircraft technology is claimed to allow a wider range of flight performance optimizations ranging from significantly heavier than air to near buoyant. This perception of uncommon dynamic flight range when coupled with an appropriate landing system is claimed to allow ultra heavy and affordable airlift transportation.
Дизайн
Әдеттегі дирижабльмен салыстырғанда, гибридтің өлшемін кішірейте беруге болады және биіктікті реттеу үшін баласт тасу қажеттілігі болмайды. Ал, ауадан ауыр ұшақтармен салыстырғанда, гибридке кішірек ротор немесе қысқа ұшу-қону жолағы талап етіледі. Алайда, ұшу беттерін дирижабль қабығына қоса тікелей бекіту үшін, салмағы артатынымен, конструкцияны күшті нығайту қажет болады. Соның салдарынан, қанаттарды пайдаланғандағысымен салыстырғанда, көтеруге байланысты кедергі күші артады. Екінші жағынан, династат тікұшақтан гөрі, белгілі бір жылдамдық шегінде отынды тиімдірек пайдаланады. Осы себепті, династат көбінесе тік түсу-көтерілуге (VTOL) емес, қысқа ұшу-қонуға (STOL) қабілетті ұшақ ретінде қарастырылады, сондықтан ол әдеттегі ұшаққа қарағанда қысқа ұшу-қону жолағын қажет етеді.
Compared to a conventional airship, the hybrid can be made smaller and does not need to carry ballast for altitude control, while compared to a heavier than air craft the hybrid requires either a smaller rotor or a shorter runway. Moreover, the attachment of flying surfaces to the airship's envelope would require significant structural strengthening, with attendant weight gain. As a result, the lift comes at a higher drag penalty than when using wings. On the other hand, compared to a helicopter, the dynastat has better fuel efficiency within a given speed range. For this reason, the dynastat is often conceived of as a STOL rather than VTOL aircraft, requiring a shorter runway than a conventional airplane.
Ертедегі будандар
Ауырлық күшімен сырғанау Америка Азамат соғысы кезінде және одан кейін Соломон Эндрюс екі мұндай дирижабль салған кезден басталады. Олардың біріншісі, Aereon, жалпақ жазықтықта біріктірілген үш жеке сигара пішіндес шарды пайдаланды; екіншісі, Aereon #2, бір "лимон пішіндес" шарды қолданды. Эндрюстің Aereon дирижабльдері шарларды жоғары көтеріп, балласты түсіру арқылы қозғалды, содан кейін процесс кері қайтарылды, шарлар төмен қарай бұрылып, көп мөлшерде газ шығарылды. 1905 жылы Альберто Сантос Дюмон өзінің алғашқы ұшағы Сантос Дюмон 14 bis-пен түрлі тәжірибелер жасады, оны алғаш рет ұшыруға тырысқанша. Ол үшін оны болат кабельге іліп, сүйреп, кейіннен бұрын салынған дирижабльдің (No 14) қаптамасының астына іліп қойды – бұл "су қанаттарымен" жүзуге үйренуге ұқсас болды. Біріктірілген аппарат пайдасыз болды және бөлшектелді, оны "қорқынышты гибрид" деп атады. Осы "дайындықтардан" кейін Сантос Дюмон Еуропада әуеден ауыр ұшақты алғаш рет көрсетті. 1907 жылы британ армиясының No 1 дирижаблі (Nulli Secundus деп аталды) алғаш рет ұшты. Ол ұшу кезінде бағытты басқару үшін аэродинамикалық беттерді пайдаланды және алғашқы рейсі үшін орта бөлігіне үлкен қанаттар орнатылды. Қанаттар көтергіштік емес, тұрақтылықты арттыру үшін арналған және барлық келесі рейстерге дейін алынып тасталды. Дирижабльтің мұрын бөлігін жоғары немесе төмен қарай бұру арқылы динамикалық көтергіш күшті пайдалану да осы дирижабльде танылды және тәжірибеленді. 1907 жылдың маусым айында Альберто Сантос Дюмон өзінің No. 16 дирижабін жасады, ол l'Aérophile журналында "аралас аппарат" деп сипатталды. Оның қаптамасы болды, бірақ қанаттың көмегімен қосымша көтергіш күш болмаса, ұша алмады. 1907 жылдың 8 маусымында сынақтан өткізілді, бірақ сәтті болмады.
Gliding under gravity dates from the period during and shortly after the American Civil War, when Solomon Andrews built two such airships. The first of these, Aereon, used three individual cigar shaped balloons rigged together in a flat plane; the second, Aereon #2, employed a single "lemon shaped" balloon. Andrews' Aereons were propelled by angling the balloons upward and dropping ballast, then process was then reversed with the balloons being angled downward and large quantities of lifting gas being vented. In 1905 Alberto Santos Dumont conducted various experiments with his first airplane, the Santos Dumont 14 bis, prior to attempting to fly it for the first time. These included hanging it from a steel cable and towing it, and subsequently hanging it beneath the envelope of a previously built airship (Number 14) akin to learning to swim with "water wings". The combined craft was unusable, and was broken up, being referred to as "a monstrous hybrid". After these "rehearsals" were completed, Santos Dumont made the first public demonstration of a heavier than air aircraft in Europe. In 1907 the British Army Dirigible No 1 (named Nulli Secundus) first flew. It used aerodynamic surfaces for attitude control in flight, and for its first flight was also fitted with large wings amidships. The wings were intended to aid stability rather than provide lift and were removed for all subsequent flights. The use of dynamic lift by pitching the nose of the airship up or down was also recognised and practised on this airship. In June 1907 Alberto Santos Dumont constructed his No. 16, described by l'Aérophile as an appareil mixte. This had a envelope but was too heavy to fly without supplementary lift supplied by a wing surface. It was tested without success on 8 June 1907.
Қазіргі гибридтер
Aereon 26 ұшағы 1971 жылы алғашқы ұшуын жасады. Бұл Aereon Dynairship гибридтік әуе кемесінің кіші масштабтағы прототипі және "TIGER" жобасының бір бөлігі болды. Бірақ гибридтік дирижабльдерге сұраныс болмағандықтан, ол ешқашан салынбады. 1984 жылы AeroLift CycloCrane гелистаты қысқа ғана уақытқа ұшты. 1986 жылы Piasecki PA 97 Helistat эксперименталдық жобасында орман шаруашылығы жұмыстары үшін ауыр жүк көтеруге арналған құрал жасау мақсатымен төрт тікұшақ пен дирижабль біріктірілді. Бірақ ол алғашқы ұшуының соңында бұзылып қалды. SkyCat немесе "Sky Catamaran" көлік технологиясы – гибридтік ұшақтың құрамы; 2000 жылы Advanced Technologies Group Ltd компаниясы салған 12 метрлік "SkyKitten" үлгісі ұшты. АҚШ Қорғаныс министрлігінің Ғылыми-зерттеулер агенттігі (DARPA) 2005 жылы "Walrus Hybrid Ultra Large Aircraft" бағдарламасын бастады, ол өте ауыр жүк көтеру технологиясын зерттеуге бағытталған технологиялық даму жобасы болды. Бағдарлама 2007 жылы тоқтатылды. 2006 жылы Lockheed Martin P 791 ұшағы ұшқыштарсыз сынақ ұшуларын өткізді. Ол әскери ұзаққа созылатын көп мақсатты көлік бағдарламасына кандидат болды, бірақ 2016 жылдың 7 тамызына дейін ұшқан жалғыз сәтті гибридтік әуе кемесі еді. 2008 жылы Boeing, SkyHook компаниясымен бірлесіп ауыр жүк көтеруге арналған SkyHook JHL 40 құрылғысын жасауды жоспарлады, бірақ Boeing кейіннен жобаны тоқтатты. Гибридтік әуе кемесі HAV 304 АҚШ Армиясының ұзаққа созылатын көп мақсатты көлік (LEMV) бағдарламасы үшін салынды. Ол 2012 жылдың тамызында 90 минут бойы сәтті ұшты. LEMV жобасы тоқтатылғаннан кейін Hybrid Air Vehicles HAV 304 көлігін қайта сатып алып, Ұлыбританияға әкелді. Ол жаңартылып, Airlander 10 деп аталды. 2016 жылдың 17 тамызында Airlander 10 RAF Cardington-дағы Cardington ангарларының сыртында алғашқы сәтті сынақ ұшуын жасады. Бас сынақ пилоты Дейв Бернс мәлімдеме жасап: "Airlander-ді алғаш рет ұшу мүмкіндігіне ие болғаным үшін мақтан тұтамын, ол керемет ұшты. Оны әуеге көтеруге асығам." деді. Толық сертификаттау үшін тағы 200 сағат ұшу қажет. Airlander 10 2017 жылдың 18 қарашасында Cardington әуежайындағы қатты жел кезінде өзінің орнынан жылғақтап кеткеніне байланысты жобалау сертификаттау сынағын аяқтады.
The Aereon 26 was an aircraft which made its first flight in 1971. It was a small scale prototype of the hybrid Airship Aereon Dynairship and part of the "TIGER" project. But it was never built due to lack of market for a hybrid airship. In 1984 the AeroLift CycloCrane helistat flew briefly. The 1986 Piasecki PA 97 Helistat experimental design combined four helicopters with a blimp in an attempt to create a heavy lift vehicle for forestry work. It broke up at the end of its first flight. The SkyCat or "Sky Catamaran" vehicular technology is a hybrid aircraft amalgamation; a scale version at 12 meters called "SkyKitten", built by the Advanced Technologies Group Ltd, flew in 2000. The U. S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) initiated the Walrus Hybrid Ultra Large Aircraft program in 2005, a technology development initiative focused on ultra heavy air lift technology explorations. The program was terminated in 2007. In 2006, the Lockheed Martin P 791 underwent uncrewed flight tests. It was an unsuccessful candidate for the military Long Endurance Multi intelligence Vehicle program even though it was the only successful Hybrid Airship to have ever flown until 7 August 2016. In 2008, Boeing announced that it was teaming up with SkyHook to develop a heavy duty lifting vehicle, the SkyHook JHL 40 Boeing subsequently shelved the project. The Hybrid Air Vehicles HAV 304 was built for the US Army Long Endurance Multi intelligence Vehicle (LEMV) program. It flew successfully for 90 minutes in August 2012. Following cancellation of the LEMV project, Hybrid Air Vehicles re purchased the HAV 304 vehicle and brought it back to the UK. It has been refurbished and renamed the Airlander 10. On August 17, 2016, the Airlander 10 had its first successful test flight outside the Cardington Hangars at RAF Cardington. Chief Test Pilot Dave Burns said in a statement "It was privilege to fly the Airlander for the first time and it flew wonderfully. I’m really excited about getting it airborne. It flew like a dream." Over 200 more flight hours are needed for full certification. Airlander 10 completed design certification testing before being written off when it came loose from its moorings in a high wind on 18 November 2017 at Cardington Airfield.