Наши партнеры ArtmMisto
Років десять тому один із засновників провідної компанії по виробництву безпілотних апаратів формулював головну мету галузі жартівливою фразою: «Нам би день простояти та ніч протриматися». Першу частину конструктори подолали швидко - безпілотники на сонячних батареях миттєво завоювали небо. А ось над нічними польотами довелося попотіти.
З легкої руки журналістів літальні апарати на сонячній енергії, здатні перебувати в повітрі необмежений час, стали називати атмосферними супутниками, хоча це поняття вміщує в себе набагато більше об'єктів, наприклад аеростати. Найбільш Розпіарені проектом в цій області став Solara 50 американської компанії Titan Aerospace, картинки якого заполонили інтернет і сторінки журналів. Але реальних польотів так ніхто і не дочекався. Концепція провалилася через те, що великий літак не можна зробити таким же, як маленький. Ролик вийшов дуже красивим, але такий літак, на жаль, не зміг полетіти.
ніч протримались
З деякою натяжкою «батьком» атмосферних супутників можна назвати безпілотний апарат на сонячних батареях NASA Helios, який 3 серпня 2001 року досяг висоти 29 524 м, що залишається чинним на поточний момент світовим рекордом висоти сталого горизонтального польоту для крилатих літальних апаратів без реактивних двигунів, і провів на висоті більше 29 км більше 40 хвилин. Однак протриматися хоча б добу в повітрі йому не вдалося, і в 2003 році в ході випробувального польоту на максимальну тривалість перебування в повітрі на висоті 850 м Helios потрапив в зону сильної турбулентності, зруйнувався і впав в Тихий океан.
Юрій Тицик Автор ідеї і керівник проекту, авіаційний конструктор, майстер планерного спорту. Концептуальна схема апарату, аеродинаміка, технологічне проектування.
Набагато більших успіхів домігся розроблений британською компанією QinetiQ надлегкий безпілотник Zephyr, який поставив в 2007 році неофіційний світовий рекорд тривалості польоту для БПЛА - 54 години. У 2008 році 30-кілограмовий Zephyr-6 провів в повітрі 82,5 години, а в 2010 році вже 30-кілограмовий Zephyr-7 протримався над аризонской пустелею два тижні, причому максимальна висота польоту складала 18 км. Після цього компанію QinetiQ придбала Airbus Defence and Space, і проект став повністю військовим і секретним. Новий Zephyr-8 в 2015 році протримався в повітрі ті ж два тижні, але вже з корисним навантаженням в 5 кг. І в цьому році повідомляється про початок випробувань Zephyr S з 22,5-метровим розмахом крил. Проект Zephyr отримав доступ до найостаннішими технологіями. Наприклад, він використовує літій-сірчані акумулятори Li-S, які мають питому ємність в два рази вище, ніж ті, які доступні на ринку.
В цьому році в гру вступив могутній Facebook, який раніше придбав британську компанію Ascenta, що розробила гігантський висотний дрон Aquila. У червні 2016 року Aquila здійснив перший, поки 90-хвилинний політ. Про російські розробки в області атмосферних супутників довгий час не було чути нічого до серпня 2016 року.
В'ячеслав Шпилевський Головний конструктор, літати і конструювати авіаційну техніку почав з 14 років. Основні алгоритми системи управління, питання стійкості і керованості.
2 серпня 2016 року з'явилася новина, що в Росії вдало випробуваний безпілотний апарат, який протримався в повітрі більше 50 годин на висотах до 9 км. Заступник генерального директора Фонду перспективних досліджень Ігор Денисов оголосив, що був здійснений експериментальний політ масштабної моделі в рамках проекту «Сова», що реалізується Фондом перспективних досліджень та компанією «Тайбер». І через тиждень ми сиділи в московському офісі «Тайбера» і розпитували керівника проекту Юрія Тицика і головного конструктора В'ячеслава Шпилевський про технічні подробиці.
новий підхід
Думка про літак з гнучким крилом прийшла Юрію в голову два роки тому. Він поділився ідеєю зі своїми друзями з планерного спорту: майже вся команда розробників «Сови» - вихідці з планерних клубів, і це видно по проекту. Друзі його підтримали, і, не відкладаючи в довгий ящик, Юрій та В'ячеслав з пінопласту змайстрували першу модель з розмахом крил під два метри. Збереглися зворушливі кадри перших пусків, які проходили у дворі будинку. Модель полетіла, та ще й як! Так сформувався кістяк команди - Юрій став керівником проекту, В'ячеслав Шпилевський - головним конструктором, а Олексій Стратилата взявся за інтеграцію своєї системи управління в нову схему літального апарату, електронну начинку і автопілот. За минулі кілька років хлопці зробили близько двадцяти прототипів. Рік тому проект підтримав Фонд перспективних досліджень, і в вересні в повітря повинен піднятися повнорозмірний апарат з розмахом крил в 28,5 м.
Зв'язані однією ниткою
Як поводяться в небі атмосферні супутники, які повинні знаходитися в повітрі місяцями? Вдень вони заряджають через сонячні панелі свої акумуляторні батареї і набирають максимально можливу висоту, накопичуючи потенційну енергію. Після заходу сонця вони повинні якомога повільніше втрачати висоту, економно витрачаючи електроенергію, - літаючих енергозаправщіков ще не придумали. Тому апарати повинні мати аеродинаміку на рівні найкращих планерів, а ще краще - перевершувати їх. Один з головних прийомів збільшення аеродинамічного якості (скільки метрів може пролетіти літальний апарат при зниженні на один метр) - подовження крила (відношення розмаху крила до середньої ширині). Тільки у трьох в світі рекордних планерів це значення перевищує 50 одиниць, і це практично межа. При класичному компонуванні зламатися крила не дає лонжерон - потужний силовий елемент, розташований по всій довжині крила і сприймає вигинає момент. Чим довше крило, тим важче лонжерон, і навіть сучасні вуглепластики не рятують ситуацію. А від скручування крило рятує потужна обшивка. У будь-якому підручнику з проектування літаків чітко написано, що при збільшенні лінійних розмірів літака його маса зростає в кубі, через що масштабування красивих ажурних моделей-прототипів на реальні розміри часто призводить до катастроф. Саме тому ми не побачили повнорозмірного спроектованого за класичною схемою Solara.
Ідея Юрія Тицика була незвичайною - зробити гнучке крило без класичних лонжеронів і працює на кручення обшивки. Хто-небудь чув, щоб у альбатроса в польоті від навантажень зламалися крила? Але ж ці птахи літають в штормовий вітер. Звичайні літаки уникають цього, не кажучи вже про експериментальні або рекордних апаратах. Природа явно підказує застосування «гнучких рішень». Також у птахів немає елеронів - для повороту вони закручують все крило.
«Ось ми на фотографії втрьох тримаємо літак, - Юрій відкриває файл на комп'ютері. - Якщо дві людини по краях відпустять, він зламається. Апарат гнучкий і неміцний. Ми його навіть кілька разів ламали при перенесенні. Але в польоті такого не відбувається ». В'ячеслав Шпилевський намагається пояснити мені ідею доступними образами: «Наш апарат подібний до одвірка птахів, кінчики крил яких пов'язані, щоб їм простіше було тримати дистанцію». По суті «Сова» - це три літаки, що летять в дуже-дуже щільному строю. Більш щільному, ніж літають легендарні «Стрижі». І якщо вони зламають лад, літак розвалиться. Політ даної схеми апарату став можливий завдяки електроніці, на базі автопілота, створеного Олексієм, і унікальних алгоритмів, написаних В'ячеславом.
У «Сови» немає і елеронів - класичних аеродинамічних органів управління на задній кромці крила, що регулюють кут крену літака. Креном керують горизонтальні стабілізатори на хвостовій частині фюзеляжів бічних корпусів. За курс і тангажу відповідає оперення центрального корпусу. На «Сові» два електромотора. «Чим більше моторів, тим більше гвинтів, а чим їх більше, тим менше їх діаметр і вони легше. - У Юрія на все є прості і логічні відповіді. - До того ж мотори компенсують вагу хвостових балок із стабілізаторами ».
планерні гени
Нагадуючи про планерних коренях творців, питаю, чи використовує апарат висхідні потоки. Набирає чи в них висоту в автоматичному режимі? «Зараз у нас реалізовано алгоритм центрування висхідного потоку. Якщо апарат натикається на зону висхідних потоків, то закладає віраж, зміщуючись в область, де скоропідйомність вище, - Юрій руками наочно показує маневр планера, - і в автоматичному режимі відпрацьовує потік до самої кромки хмар. Висхідні потоки працюють до висоти нижньої кромки кучевой хмарності - близько 2000 м. Якщо потік пропадає, він продовжує летіти далі за програмою. Поки що він не вміє самостійно шукати висхідні потоки, та й ніхто зараз не вміє. Але це скоріше наш інтерес як планеристів, адже більшу частину часу «Сова» проводить вище хмар, де термічні висхідні потоки майже відсутні. Ми використовували терміки ще й для того, щоб перевірити живучість апарату в неспокійній атмосфері, - в них відчутно трясе ».
За весь час польоту заряд акумуляторних батарей «Сови» не опускався нижче 30%, і я задаю питання, який збирався поставити на самому початку бесіди: якщо був такий запас по енергії, чому не встановили новий рекорд? «Такого завдання у нас просто не було, - усміхається Юрій Тицик. - А для того щоб з'ясувати здатність енергетичної системи працювати автономно, досить двох циклів зарядки-розрядки ».
Стаття «Гнучкий підхід» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №10, Грудень 2016 ).
Хто-небудь чув, щоб у альбатроса в польоті від навантажень зламалися крила?Набирає чи в них висоту в автоматичному режимі?
