CC BY
27Решетневские чтения
УДК 629.014.01; 629.038
Г. Д. Коваленко, А. М. Спирин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С РОТОРНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ - АЛЬТЕРНАТИВА НАЗЕМНЫМ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВАМ
Проанализировано техническое решение летательного аппарата, содержащее роторные движители, как альтернатива наземного городского транспортного средства.
В связи с активным ростом городов, увеличением их населения, увеличивается и количество автотранспорта на дорогах. В результате этого возникла транспортная проблема, которая состоит в том, что пропускная способность городских автодорог, да и междугородных трасс не справляется с растущим потоком автомобилей. По этой причине миллионы людей ежедневно часами простаивают в автомобильных «пробках». Актуальность этой проблемы увеличивается с каждым днем.
Частично данную проблему решает строительство метро: оно позволяет без препятствий перемещаться по городу с одной станции на другую со скоростью выше средней скорости автотранспорта. Но само строительство метро требует больших денежных затрат. В России первое метро было открыто в Москве в 1935 г., на сегодняшний день этот вид транспорта существует лишь в восьми городах нашей страны.
Также эту проблему на данный момент пытаются решить с помощью авиатранспорта, а именно авиатакси. Да, летать на вертолетах и самолетах надежно, быстро и удобно, но это дорогое удовольствие может себе позволить лишь небольшой процент населения. К тому же производить взлет (посадку) существующие летательные аппараты могут только на специально подготовленных площадках. Да и их маневренность оставляет желать лучшего, поэтому летать даже на небольших вертолетах в мегаполисах, где много домов-небоскребов, небезопасно, так как это требует высокой квалификации пилотов.
Решение объективно существующей проблемы транспорта может быть получено путем создания принципиально нового вида летательного аппарата, в переходе от движения по поверхности к движению в объеме. К тому же такой аппарат сразу решит одну из глобальных проблем нашей страны - проблему дорог. Появление транспортного агрегата типа семейного всепогодного 2-4-х местного «летающего авто» стало просто неизбежным. При этом будущий аппарат должен иметь вертикальный взлет, в связи с чем отпадает необходимость строить взлетно-посадочные полосы. Габариты предполагаемого летательного аппарата
предпочтительно меньше традиционных схем (наибольший размер в плане - 4-5 метров). Исходя из условий эксплуатации, летательный аппарат (ЛА) не нуждается в высокой скорости и большой дальности полетов, что дает возможность минимизировать вес, одновременно с этим увеличивая его безопасность в аспекте маневрирования на ограниченных пространствах.
Из числа разработок, наиболее удовлетворяющих всем вышеперечисленным требованиям, следует выделить летательный аппарат с роторным движителем - цикложир (еуе1о§уго).
К цикложирам относят ЛА с движителем в виде ротора из двух и более лопастей, вращающихся вокруг горизонтальной оси (параллельной продольным осям лопастей) и создающих как подъемную силу, так и тягу [1] .
Следует выделить ряд особенностей роторной конструкции: 1) возможность поворота вектора тяги на 360о с помощью автомата перекоса; 2) по всей длине скорость вращения лопастей одинакова, что снижает уровень шумов цикложира; 3) для цикложира не требуется дополнительных устройств как, например, для вертолета (хвостовой винт).
К недостаткам цикложира следует отнести большие центробежные нагрузки на лопасти, сложность системы управления углом атаки лопастей.
Несмотря на эти недостатки, конструкции цикложиров, как перспективного аналога существующим ЛА, исследовались конструкторами-любителями и инженерами, собирались опытные образцы. Так еще в 1933 г. Джоном Б. Уитли были теоретически проверены аэродинамические принципы схемы цикложира [2].
Основные выводы его расчетов следующие: схема цикложира признана работоспособной; висящий полет, вертикальный подъем и горизонтальный полет с разумной скоростью осуществимы при не чрезмерно высокой мощности двигателя; цикложир способен к авторотации при планирующем полете.
Факты последующих лет подтверждают теоретические расчеты [3; 4].
Проектирование и производство летательнъхаппаратов, космические исследования и проекты
Анализ реализованных схем дает возможность выявить следующие направления исследований: 1) роторный движитель является реальной конструкцией для осуществления решения объективной транспортной проблемы; 2) для выполнения проектирования необходимо проанализировать прочностные, аэродинамические и эксплуатационные аспекты системы, сформировать образ безопасного летательного аппарата на основе экспериментальной оценки функционирования и эксплуатационной пригодности экспериментального макета роторного движителя, а также оптимизировать параметры роторного движителя.
Библиографический список
1. Исследование цикложира [Электронный ресурс] // Youtube. Режим доступа: http://www. you-tube. com. Загл. с экрана.
2. Форум сайта «Мембрана» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://forum. membrana. ru. Загл. с экрана.
3. Ротоплан [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://rotoplan. narod. ru. Загл. с экрана.
4. Youtube [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www. youtube. com. Загл. с экрана.
G. D. Kovalenko, A. M. Spirin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
FLYING MACHINE WITH ROTOR PROPELLING DEVICE AS AN ALTERNATIVE
TO LAND-BASED VEHICLE
The technology of flying machine with rotor propelling device as an alternative to land-based vehicle is analysed.
© Коваленко Г. Д., Спирин А. М., 2009
УДК 629.782
А. В. Колычев, В. А. Керножицкий
Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д. Ф. Устинова, Россия, Санкт-Петербург
ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ГИПЕРЗВУКОВЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ*
Рассматривается новый способ тепловой защиты элементов корпуса летательного аппарата, основанный на использовании явления испускания электронов нагретым металлом, называемого термоэлектронной эмиссией. Часть тепловой энергии аэродинамического нагрева частей корпуса гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) передается электронам, в результате чего они выходят из металла. Тем самым происходит электронное охлаждение металла, по своему значению превосходящее охлаждение тепловым излучением. При этом электроны за счет части этой энергии могут совершать полезную работу под нагрузкой, питая электричеством бортовые системы ГЛА.
Перспективным направлением развития ракетно-космической и авиационной техники является разработка и создание летательных аппаратов (ЛА), способных длительное время двигаться в атмосфере с гиперзвуковыми скоростями. Освоение гиперзвуковых технологий приведет к появлению принципиально новых типов средств выведения полезного груза на орбиты, гиперзвуковых пассажирских лайнеров и транспортных гиперзвуковых самолетов, позволит упростить спуск аппаратов с орбит.
Одной из основных проблем создания таких ЛА является интенсивный тепловой нагрев элементов конструкции ГЛА. Особенно это касается
передних кромок аэродинамических поверхностей, носовых частей и др. Существует и используется пассивный способ тепловой защиты, который осуществляется покрытием корпуса ЛА углеродными плитками, как, например, у «орбите-ра» Space Shuttle и «Буран» [1]. Однако такая тепловая защита имеет большую массу и габариты, существенно влияющие на аэродинамические характеристики ГЛА, обладает высокой стоимостью и при этом не обеспечивает требуемой надежности, что подтверждается частыми происшествиями и авариями на Space Shuttle. Есть и другие способы тепловой защиты, но они достаточно сложны и имеют высокую стоимость.
Работа выполнена при финансовой поддержке правительства Санкт-Петербурга (код 3.1/30-04/015).
