Żyrostacja - Gyrodyne

Gyrodyne jest rodzajem VTOL samolotów z wirnika śmigłowca -Jak systemu, który jest napędzany silnikiem tylko do startu i lądowania, i zawiera jeden lub więcej konwencjonalnych śmigła silników odrzutowych lub dostarczyć do przodu ciąg podczas lotu lot . Podczas lotu do przodu wirnik nie jest napędzany i obraca się swobodnie, jak wiatrakowiec (ale w przeciwieństwie do śmigłowca złożonego ), a unoszenie zapewnia połączenie wirnika i konwencjonalnych skrzydeł . Gyrodyne jest jednym z wielu podobnych pojęć próba połączenia helikopter jak wytrzymałości i niskiej prędkości z konwencjonalnymi stałopłatowych wysokich prędkościach oraz wiropłatami i tiltwings .

W odpowiedzi na prośbę Royal Navy o helikopter, dr James Allan Jamieson Bennett zaprojektował żyrostację, pełniąc jednocześnie funkcję głównego inżyniera firmy Cierva Autogiro . Żyrostacja została przewidziana jako pośredni typ wiropłatu , którego wirnik działa równolegle do toru lotu, aby zminimalizować przepływ osiowy z co najmniej jednym śmigłem zapewniającym napęd. Patent Bennetta obejmował różne projekty, co doprowadziło do zamieszania terminologicznego – inne kwestie, w tym znak towarowy Gyrodyne Company of America i klasyfikacja wiropłatów Federal Aviation Administration (FAA).

W ostatnich latach pokrewną koncepcję promowano pod nazwą heliplane . Termin ten, pierwotnie używany do sprzedaży wiatrakowców zbudowanych przez dwie różne firmy, został przyjęty w celu opisania programu Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) w celu opracowania postępów w technologii wiropłatów w celu przezwyciężenia obecnych ograniczeń śmigłowców zarówno pod względem prędkości, jak i ładunku.

Zasady działania

Tam, gdzie konwencjonalny helikopter ma napędzany wirnik, który zapewnia zarówno unoszenie, jak i ciąg do przodu, i jest zdolny do prawdziwej wydajności VTOL , wiatrakowiec lub wiatrakowiec ma swobodnie obracający się wirnik, który opiera się na niezależnym napędzanym ciągu, aby zapewnić prędkość do przodu i utrzymać go w wirowaniu. Żyrostacja łączy w sobie aspekty każdego z nich. Ma niezależny system ciągu, taki jak wiatrakowiec, ale może również napędzać wirnik, aby umożliwić pionowy start i lądowanie; następnie zmienia się na swobodny obrót jak wiatrakowiec podczas lotu przelotowego.

W helikopterze wirujące łopaty wirnika wciągają powietrze w dół przez tarczę wirnika ; aby uzyskać ciąg do przodu, tarcza wirnika przechyla się do przodu, dzięki czemu powietrze jest również wydmuchiwane do tyłu. W wiatrakowcu tarcza wirnika jest natomiast odchylona do tyłu; gdy główny ciąg napędza statek do przodu, powietrze przepływa przez tarczę wirnika od dołu, powodując jej obrót i unoszenie. Żyrostacja jest w stanie przechodzić pomiędzy tymi dwoma trybami lotu.

Zazwyczaj żyrostacja ma również stałe skrzydła, które zapewniają część siły nośnej podczas lotu do przodu, umożliwiając odciążenie wirnika. Symulacja komputerowa zasugerowała optymalny rozkład siły nośnej 9% dla wirnika i 91% dla skrzydła. Jednak jeśli wirnik jest zbyt lekko obciążony, może stać się podatny na niekontrolowane trzepotanie.

Historia

W Wielkiej Brytanii dr James Allan Jamieson Bennett , główny inżynier firmy Cierva Autogiro, wymyślił w 1936 r. pośredni typ wiropłatu, który nazwał „żyrodyną” i który został przekazany rządowi brytyjskiemu w odpowiedzi na specyfikację Ministerstwa Lotnictwa . W 1939 roku Bennett otrzymał patent z Urzędu Patentowego Wielkiej Brytanii , przyznany firmie Cierva Autogiro. 23 sierpnia 1940 Autogiro Company of America , licencjobiorcy Cierva Autogiro Company, Ltd., złożyło odpowiedni wniosek patentowy w Stanach Zjednoczonych . W dniu 27 kwietnia 1943 roku amerykański patent nr 2 317 340 został wydany firmie Autogiro Company of America. Patenty opisują żyrostację jako:

wiropłat pośredniego typu, zwany dalej „żyrodyną”, pomiędzy rotaplanem (z wirnikiem swobodnym do autorotacji i całkowitym osiowym przepływem w górę przez tarczę wirnika) z jednej strony, a czystym śmigłowcem (z napędzany wirnikiem i całkowity osiowy przepływ w dół przez tarczę wirnika), to znaczy ze średnim osiowym przepływem przez tarczę wirnika zasadniczo zerowym przy dużej prędkości do przodu.

Koncepcja Bennetta opisywała wirnik napędzany wałem, z blokadą momentu obrotowego i napędem do lotu translacyjnego zapewnianym przez jedno lub więcej śmigieł zamontowanych na krótkich skrzydłach. Z oporowe są zaopatrzone w śruby napędowej z prędkością pasażerskich, zasilanie zostanie dostarczone do wirnika tylko przezwyciężyć opór profilu wirnika, działające w sposób bardziej efektywny niż gaszącą wirnika w Autogyro w autorotacji . Bennett opisał ten reżim lotu żyrostacji jako „stan pośredni”, wymagający zasilania zarówno wirnika, jak i układu napędowego.

Wczesny rozwój

Studium projektowe dotyczące żyrostacji C.41 firmy Cierva Autogiro Company, Ltd sprzed II wojny światowej zostało zaktualizowane i zbudowane przez Fairey Aviation jako żyrostacja FB-1, począwszy od 1945 roku. Wysiłkami rozwojowymi Faireya początkowo kierował Bennett, a następnie jego następca, dr George S. Hislop . George BL Ellis i Frederick L. Hodgess, inżynierowie z przedwojennej Cierva Autogiro Company, Ltd., dołączyli do Bennetta w Fairey Aviation. Pierwszy prototyp Fairey Gyrodyne rozbił się podczas lotu testowego, zabijając załogę. Drugi prototyp Gyrodyne został przebudowany jako Jet Gyrodyne i wykorzystany do opracowania ciśnieniowego systemu napędowego wirnika dla wiatrakowca transportowego Rotodyne. Na końcu każdego skrzydełka znajdowały się śmigła skierowane do tyłu, które zapewniały zarówno kontrolę odchylenia, jak i napęd w locie do przodu. Odrzutowiec Gyrodyne poleciał w 1954 roku i dokonał prawdziwego przejścia z lotu pionowego do poziomego w marcu 1955 roku.

Fairey Rotodyne Y w 1959 roku

Doprowadziło to do powstania prototypu Fairey Rotodyne , który został opracowany w celu połączenia wydajności stałopłata podczas rejsu z możliwościami VTOL śmigłowca w celu zapewnienia obsługi samolotów krótkodystansowych z centrów miast na lotniska. Miał krótkie skrzydła z dwoma silnikami turbośmigłowymi Napier Eland do napędu do przodu i do 40% masy samolotu w locie do przodu. Wirnik był napędzany dyszami do startu i lądowania oraz lotu translacyjnego do 80 mil na godzinę. Pomimo znacznego komercyjnego i wojskowego zainteresowania na całym świecie prototypem Typ Y Rotodyne do transportu lotniczego, brytyjskie zamówienia nie nadchodziły, a wsparcie finansowe rządu brytyjskiego zostało zakończone w 1962 roku. Nowa matka dywizji, Westland Helicopters, nie widziała uzasadnionego powodu do dalszych inwestycji, a projekt został zatrzymany. Wraz z zakończeniem programów Fairey Aviation, rozwój żyrostacji został zatrzymany, chociaż kilka podobnych koncepcji było nadal rozwijanych.

Podobne wydarzenia

W 1954 roku McDonnell XV-1 został opracowany jako wiropłat z dyszami do pionowego startu. Samolot miał również skrzydła i śmigło zamontowane z tyłu kadłuba między dwoma wysięgnikami ogonowymi z dwoma małymi wirnikami zamontowanymi na końcu w celu kontroli odchylenia. Drugi prototyp XV-1 stał się pierwszym na świecie wiropłatem, który osiągnął prędkość 200 mil na godzinę w locie poziomym 10 października 1956 roku. Nie zbudowano więcej, a projekt XV-1 zakończono w 1957 roku.

Mieszany wiatrakowiec

W 1998 roku firma Carter Aviation Technologies z powodzeniem obleciała swój samolot demonstracyjny technologii. Samolot jest złożonym wiatrakowcem z wirnikiem o dużej bezwładności i skrzydłami zoptymalizowanymi do szybkiego lotu. W 2005 roku samolot zademonstrował lot z prędkością mu-1, przy czym końcówka wirnika miała prędkość równą prędkości lotu samolotu do przodu, bez żadnych wibracji ani problemów z kontrolą. Wirnik o dużej bezwładności pozwalał samolotowi zawisnąć przez krótką chwilę podczas lądowania, mimo że wirnik nie jest zasilany, a przekładnia przedobrotowa pozwala na przyspieszenie wirnika w celu wyskoku z wiatrakowca.

Heliplan

W 1954 roku KYB zbudował samolot o nazwie Heliplane . Heliplane to Cessna 170 B ze skrzydłami zredukowanymi do czopów i wirnikiem napędzanym strumieniami strumieniowymi.

Obraz podstawowej koncepcji samolotu GBA-DARPA Heliplane , pokazujący jego swobodnie obracający się wirnik, który jest wyposażony w integralne dysze dyszowe, zasilany powietrzem obejściowym z dwóch silników napędowych z turbiną gazową Williamsa.

DARPA sfinansowała projekt pod nazwą „Heliplane” mający na celu opracowanie koncepcji żyrostacji około 2007 roku. Samoloty opracowane na potrzeby projektu wykorzystywałyby wirnik do pionowego startu i lądowania oraz zawisu, wraz ze znacznymi skrzydłami, aby zapewnić większość wymaganej siły nośnej podczas rejsu , łącząc dużą ładowność, oszczędność paliwa i dużą prędkość przelotową stałopłatów z możliwościami zawisu śmigłowca. Projekt był „…wieloletni, czterofazowy program o wartości 40 milionów dolarów. Groen Brothers Aviation pracuje nad pierwszą fazą tego programu, 15-miesięcznym wysiłkiem… (to) łączy „wiatrakowiec”… z nieruchomym skrzydłem odrzutowiec biznesowy. Zespół korzystał z Adama A700 w klasie bardzo lekkich odrzutowców …” Wystąpiły problemy z hałasem końcówki odrzutowca i program został odwołany w 2008 roku.

Magazyn branżowy opisuje stopniową ewolucję tradycyjnych helikopterów jako „powolną” i pozbawioną rewolucyjnych kroków, a nietradycyjne związki wciąż nie są szeroko rozpowszechnione.

Znak towarowy

"Gyrodyne" została przyznana jako znak towarowy firmie Gyrodyne Company of America w 1950 roku. Firma nie była zaangażowana w rozwój żyrostacji, ale zamiast tego wyprodukowała zdalnie sterowany dron z silnikiem turbinowym, ze współosiowymi wirnikami , dla Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych , oznaczony jako QH-50 DASH .

Przykłady


Bibliografia

Uwagi
Bibliografia
  • „Wróżka żyrostacji”. JAJ Bennett. Journal of the Royal Aeronautical Society, 1949, tom. 53
  • „Aerodynamika helikoptera”. Alfred Gessow i Garry C. Myers, Jr. Frederick Ungar Publishing Company, NY. 1952, wznowiony 1962.
  • „Zasady aerodynamiki śmigłowca”. J. Gordon Leishman, Cambridge University Press, NY 2000, przedruk 2005.
  • „Zasady Inżynierii Śmigłowców”. Jacob Shapiro, Temple Press Ltd., Londyn, 1955.
  • Rozwój Autogiro: perspektywa techniczna ”: J. Gordon Leishman: Hofstra University , Nowy Jork, 2003.
  • Od Autogiro do wiatrakowca: niesamowite przetrwanie technologii lotniczej : Bruce H. Charnov, 2003.

Linki zewnętrzne

Multimedia związane z żyrodynami w Wikimedia Commons