Joby Aviation Lotus VTOL - оригинальный БпЛА с вертикальным взлетом

[nemez-06.livejournal.com]

Компания Joby Aviation, Санта-Круз, Калифорния по контракту с NASA разрабатывает оригинальный концепт БпЛА вертикального взлета и посадки с высокой крейсерской эффективностью. Ключевая идея состоит в использовании винтов как законцовок крыла. Изначально, идея Dos Samara из NASA (известная под названием “multifunctional reconfigurable propeller”) состояла в использовании широкохордовых однолопастных винтов, которые складываясь прижимались к крылу, продолжая его размах как законцовки. Однако использование однолопастных винтов тянуло за собой большие циклические нагрузки на шарнирный механизм из за инерции противовеса, да и сам винт имел небольшую эффективность. В компании Joby Aviation развили идею в направлении двухлопастного винта - чем почти убрали проблему циклических нагрузок. В отличии от других конструкций, с остановкой ротора. в этом концепте обе лопасти встречают поток передней кромкой в обоих режимах полета - вертикальном и горизонтальном




В вертикальном полете несущая схема трех-винтовая, два винта большого диаметра на концах крыла на режиме вертикального взлета вращаются со скоростью 35 об/сек и один малого диаметра на вершине крыла, который служит для балансировки. Задача обеспечения управляемости в вертикальном полете и переходном режиме без использования тяжелых и сложных механизмов вроде автомата перекоса - тот еще орешек. Управление по тангажу обеспечивается разными оборотами (следовательно тягой) моторов на крыле и киле, по крену разными оборотами моторов на крыле, по рысканью - дифференциальным изменением угла наклона законцовок-роторов.



Переход в горизонтальный полет начинается с поворота вперед хвостового винта, который создает тягу. На некоторое время вперед поворачиваются и винты на законцовках крыла, чтобы придать апарату поступательную скорость до возникновения подъемной силы.

В горизонтальном полете лопасти несущих винтов фиксируются, поворачиваются и реализовывают законцовку типа Split tip - расщепленное крыло, которое дает некоторое снижение индуктивного сопротивления при горизонтальном полете (по результатам ряда исследований крыло с расщепленной законцовкой при равному удлинении может иметь большую эффективность нежели эллиптическое, повсеместно принятое за эталон "наиболее эффективной формы крыла").

Особую хитрость представляет узел привода винта-законцовки. В законцовке крыла установлен бесколлекторный двигатель собственной разработки, с низким шумом, контроллер которого контролирует движение каждой лопасти как вместе (общие обороты ротора) так и друг относительно друга (поворот лопасти для фиксации). Разработать такой механизм, чтобы он был простым, надежным и легким было отдельным вызовом для команды исследователей во главе с JoeBen Bevirt, основателем фирмы Joby Aviation.



Передняя и задняя лопасти (передней и задней они становятся в горизонтальном полете, будучи зафиксированными) имеют одни и те же профиля, распределение хорд и крутку по размаху, однако установлены с разными углами поперечного V. Определение аэродинамического облика лопасти-законцовки, дабы обеспечить эффективность и как лопасти винта, и как законцовки крыла потребовало очень интересного компромиссного решения. Для расчета аэродинамики использовалась программа CD-Adapco STAR-CCM+®, в которой было прогнано десятки различных комбинаций этих переменных в крейсерской конфигурации, для определения крейсерской эффективности. Анализ режима вертикального взлета так же проводился в CFD, но только для подтверждения результата полученного иными методами низкого порядка точности.



Перед проведением летных испытаний аппарат был установлен на грузовике Ford F-150 оборудованном рамой с точными тензометрическими датчиками, которые позволяют замерять силы и моменты на аппарате, во время движения грузовика вдоль взлетной полосы - дешевая альтернатива аэродинамической трубе.





Аппарат демонстрировался на конференции Association for Unmanned Vehicle Systems International (AUVSI), Атланта, штат Джорджия. В будущем планируется разработать полноразмерный 125 килограммовый аппарат с гибридной электрической силовой установкой и длительностью полета 24 часа.



Характеристики - демонстратор
Взлетный вес - 25 кг
Полезная нагрузка - 3,2 кг
Размах крыла - 3,35 м
Продолжительность полета - 1 ч
Крейсерская скорость - 115 км/ч
Рабочая высота полета - 3000 м
Общая мощность силовой установки - 4 л.с.
Общий вес батарей - 4,5 кг

Характеристики - будущий серийный БпЛА
Взлетный вес - 125 кг
Полезная нагрузка - 27,2 кг
Размах крыла - 6,7 м
Продолжительность полета - 24 ч
Крейсерская скорость - 185 км/ч
Рабочая высота полета - 6400 м
Общая мощность силовой установки - 20 л.с.
Общий вес батарей - 11,3 кг
Запас топлива - 34 литра дизтоплива

Источники:
http://www.jobyaviation.com/lotus/
http://sustainableskies.org/9921/
http://aviationweek.com/technology/startup-gets-head-start-electric-vtol (но так как на нем доступ только через регистрацию, то текст доступен на форуме http://www.w54.biz/showthread.php?16-UAV-s-UCAV-s-and-other-such-matters/page270 )
http://electronicdesign.com/embedded/gallery-unusual-uavs-auvsi-2015#slide-1-field_images-839771
http://www.cd-adapco.com/article_ext/multifunctional-rotor-concept-quiet-and-efficient-vtol-aircraft
http://articles.sae.org/14580/

Публикации в научных журналах (для скачивания можно использовать сервис sci-hub.cc и вставить в него ссылку с DOI ниже)

A Multifunctional Rotor Concept for Quiet and Efficient VTOL Aircraft - Stoll 2013
http://dx.doi.org/10.2514/6.2013-4374
Design and Testing of the Joby Lotus Multifunctional Rotor VTOL UAV - Sinha 2015
http://dx.doi.org/10.2514/6.2015-3336

Видео:

Оригинал взят у thexhs в Joby Aviation Lotus VTOL - оригинальный БпЛА с вертикальным взлетом

Comments

[shamaner.livejournal.com]

красивая идея.

[einmorozov.livejournal.com]

Идиоты

[nemez-06.livejournal.com]

Где?

[dzmitry lazerka (from livejournal.com)]

Круто, только нигде не показали как оно летает-таки.

Более надёжный самолёт вертикального взлёта

[zampotehkenguru.livejournal.com]

Отказ одного из винтов приведёт к катастрофе. А вот в таком самолёте - не приведёт.


https://www.youtube.com/watch?v=RwtySwWHu8Q

Ему бы ещё водородные топливные элементы, вырабатывающие ток для электродвигателей винтов, и большой водородный бак, чтоб сел на заправочной станции, дозаправился - и летишь дальше - и будет самое оно.

[bad-cmpany.livejournal.com]

Ну и еще плюс заправочные станции бы- вообще цены бы не было

[zampotehkenguru.livejournal.com]

Гуглите Тойота Мираи и подобные водородомобили. К ним продают домашние водородные станции для получения водорода реформингом из природного газа или электролизом из воды.

[nemez-06.livejournal.com]

У этой модели как у любой другой есть свои недостатки. Например предполётная подготовка, особено в районах Крайнего Севера, мягко говоря выходит за границы разумного.

[zampotehkenguru.livejournal.com]

Большинство не живёт в условиях крайнего севера.

Это единственный недостаток который вы смогли найти?

[truzhenik-sela.livejournal.com]

Почему поворачиваются двигатели без крыла? Если вместе, то на плоскость крыла не давит отбрасываемый винтами поток. Подозреваю что веская причина есть, но какая?

[zampotehkenguru.livejournal.com]

А если поворотник крыла заклинит, то что? Падать вниз? ... А если заклинит только один поворотник двигателя, то ничего страшного не случится, так как двигателей много.

Re: Более надёжный самолёт вертикального взлёта

[alll]

А зачем собственно поворачивать большую часть винтов? Ну будут крутиться свободно под набегающим потоком, создадут дополнительную подъёмную силу по типу автожира. :)

[nemez-06.livejournal.com]

Здесь скорее всего требуется крыло планера. При минимальных затратах максимальная грузоподъёмность. Автожир имеет проблемы в этом плане.

[zampotehkenguru.livejournal.com]

Чтобы не создавали лишнего сопротивления воздуха. Для высокоскоростных полётов форма должна быть аэродинамичной.

Для этой же цели и лопости винтов складываются.

[general-drozd.livejournal.com]

Опять?
Сколько двигателей на V-22?
Сколько винтов на вертолёте Ми-8?
Что такое "отказ винта"?

[nemez-06.livejournal.com]

Сюда не зарастёт народная тропа. Всегда найдётся "гениальный" конструктор который знает лучше всех как правильно делать.

[Виталий (from livejournal.com)]

Это БПЛА, какая нафиг катастрофа? В нем людей нет. Ему не нужная такая же надежность как на пилотируемых.
Один большой винт эффективней как по весу так и по аэродинамике.
Завязывайте с тяжелыми наркотиками.

[zampotehkenguru.livejournal.com]

> Это БПЛА, какая нафиг катастрофа? В нем людей нет. Ему не нужная такая же надежность как на пилотируемых.

То есть пусть на головы падает что-ли? Высокая надёжность всем нужна.

[nemez-06.livejournal.com]

[xui sgory (from livejournal.com)]

Пропеллеров мало.
Надо бы еще штук 20 поставить - и подъемная сила возрастет и внешний вид усугубится.(так не достаточно круто)

[zampotehkenguru.livejournal.com]

> Пропеллеров мало.

Взлетает - значит достаточно.

[nemez-06.livejournal.com]

Подождите детки. Дайте только срок. Будут вам конфетки будет и свисток.

[logicandscience.livejournal.com]

Квадрокоптеры есть у каждого.

Почему вместо электрических двигателей - на квадрокоптер не поставить 4 двигателя от мотоцикла Ява.

На таком можно и человека увезти.

[zampotehkenguru.livejournal.com]

> Почему вместо электрических двигателей - на квадрокоптер не поставить 4 двигателя от мотоцикла Ява.

А если один из них заглохнет - что делать?

А так вообще ставили и восемь двигателей:



Но когда один из них отказал - произошла катастрофа.

[Виталий (from livejournal.com)]

приемистость у ДВС меньше чем у электро мотора. Коптеры же стабилизируются оборотами.
Хотя наверно дело даже не в этом. Дешевле один мотор и автомат перекоса, чем наоборот.