Obrotnica - Tiltrotor

Tiltrotor jest statek powietrzny , który wytwarza windy i napędu za pomocą jednego lub więcej napędzanych wirników (nazywane proprotors ) zamontowane na obracających się wałów lub gondoli zwykle przy końcach stałego skrzydła . Prawie wszystkie tiltrotory wykorzystują konstrukcję wirnika poprzecznego , z kilkoma wyjątkami, które wykorzystują inne układy wielowirnikowe .

Konstrukcja Tiltrotor łączy możliwości VTOL śmigłowca z prędkością i zasięgiem konwencjonalnego samolotu o stałym skrzydle . W locie pionowym wirniki są ustawione pod kątem, dzięki czemu płaszczyzna obrotu jest pozioma, generując siłę nośną tak, jak ma to miejsce w przypadku normalnego wirnika helikoptera . Gdy samolot nabiera prędkości, wirniki są stopniowo przechylane do przodu, a płaszczyzna obrotu ostatecznie staje się pionowa. W tym trybie wirniki zapewniają ciąg jak śmigło , a profil nieruchomych skrzydeł przejmuje podnoszenie poprzez ruch do przodu całego samolotu. Ponieważ wirniki mogą być skonfigurowane tak, aby były bardziej wydajne dla napędu (np. z skręceniem wierzchołka korzenia) i unika się problemów helikoptera z cofającym się przeciągnięciem łopat , tiltrotor może osiągać wyższe prędkości przelotowe i masy startowe niż helikoptery.

Samolot z tiltrotorem różni się od tiltwinga tym, że obraca się tylko wirnik, a nie całe skrzydło. Ta metoda wymienia wydajność w locie pionowym na wydajność w operacjach STOL / STOVL .

Historia

Bell XV-15 przygotowuje się do lądowania

Wydaje się, że pierwsza praca w kierunku tilt-rotora (francuski „kabriolet”) powstała około roku. 1902 przez francusko-szwajcarskich braci Henri i Armanda Dufaux, na które otrzymali patent w lutym 1904 i opublikowali swoją pracę w kwietniu 1905.

Konkretne koncepcje budowy samolotów pionowego startu i lądowania (VTOL) przy użyciu wirników przypominających helikoptery zostały rozwinięte w latach 30. XX wieku. Pierwszy projekt przypominający nowoczesne tiltrotory został opatentowany przez George'a Lehbergera w maju 1930 roku, ale nie rozwijał on dalej tej koncepcji. Podczas II wojny światowej Weserflug w Niemczech pojawił się około 1938 roku z koncepcją ich P.1003/1, który był przechylany do góry z częścią skrzydeł, ale nie pełnymi skrzydłami, więc może być pomiędzy tilt-rotorem a pochyleniem -samoloty. Krótko po niemieckim prototypie , Focke-Achgelis Fa 269 , został opracowany w 1942 roku, który przechylał się na ziemię, ale nigdy nie latał. Platt i LePage opatentowali PL-16, pierwszy amerykański samolot typu tiltrotor. Jednak firma została zamknięta w sierpniu 1946 roku z powodu braku kapitału.

Dwa prototypy, które trafiły do ​​lotu, to jednomiejscowy Transcendental Model 1-G i dwumiejscowy Transcendental Model 2, każdy napędzany pojedynczym silnikiem tłokowym. Prace nad Modelem 1-G rozpoczęły się w 1947 roku, ale latał on dopiero w 1954 roku. Model 1-G latał przez około rok, aż do katastrofy w zatoce Chesapeake w dniu 20 lipca 1955 roku, niszcząc prototypowy samolot, ale nie uszkadzając poważnie pilot. Model 2 został opracowany i poleciał wkrótce potem, ale amerykańskie siły powietrzne wycofały finansowanie na rzecz Bell XV-3 i nie wyleciał on daleko poza testy w zawisie. Transcendental 1-G jest pierwszym samolotem z tiltrotorem, który latał i wykonał większość przejścia od śmigłowca do samolotu w locie (z dokładnością do 10 stopni w stosunku do rzeczywistego lotu poziomego samolotu).

Zbudowany w 1953 roku eksperymentalny Bell XV-3 latał do 1966 roku, udowadniając fundamentalną solidność koncepcji tiltrotora i zbierając dane o ulepszeniach technicznych potrzebnych w przyszłych projektach.

Wydajność podnośnika talerzowego VTOL

Powiązanym rozwojem technologii jest tiltwing . Chociaż dwa projekty, Canadair CL-84 Dynavert i LTV XC-142 , były sukcesami technicznymi, żaden z nich nie został wprowadzony do produkcji z innych powodów. Tiltrotory generalnie mają lepszą wydajność zawisu niż tiltwingi, ale mniej niż helikoptery.

W 1968 roku Westland Aircraft zaprezentował swoje własne projekty — mały eksperymentalny samolot (We 01C) i 68-miejscowy transportowiec We 028 — na pokazach lotniczych SBAC Farnborough Airshow .

W 1972 roku, dzięki funduszom NASA i US Army , Bell Helicopter Textron rozpoczął prace nad XV-15 , dwusilnikowym samolotem badawczym z przechylnym wirnikiem. Zbudowano dwa samoloty, aby sprawdzić konstrukcję tiltrotora i zbadać operacyjne obwiednie lotu do zastosowań wojskowych i cywilnych.

W 1981 roku, korzystając z doświadczenia zdobyte w XV-3 i XV-15, Bell i Boeing Helicopters rozpoczęła rozwój V-22 Osprey , twin-turboodrzutowy tiltrotor wojskowy samolot dla US Air Force i US Marine Corps .

Bell połączył siły z Boeingiem w opracowaniu komercyjnego tiltrotora, ale Boeing wyszedł w 1998 roku, a Agusta wszedł po Bell/Agusta BA609 . Samolot ten został przemianowany na AW609 po przeniesieniu pełnego prawa własności do AgustaWestland w 2011 roku. Firma Bell opracowała również bezzałogowy statek powietrzny (UAV) z nachyleniem wirnika (UAV), TR918 Eagle Eye .

Rosja miała kilka projektów tiltrotorów, w większości bezzałogowych, takich jak Mil Mi-30 , i rozpoczęła kolejny w 2015 roku.

W latach 2005-2010 Bell i Boeing ponownie połączyli siły, aby przeprowadzić studium koncepcyjne większego Quad TiltRotor (QTR) dla programu Joint Heavy Lift (JHL) armii amerykańskiej. QTR to większa, czterowirnikowa wersja V-22 z dwoma tandemowymi zestawami skrzydeł stałych i czterema uchylnymi wirnikami.

W styczniu 2013 r. FAA określiła amerykańskie przepisy dotyczące hałasu tiltrotorów, aby były zgodne z przepisami ICAO . Certyfikat hałasu będzie kosztował 588 000 dolarów, podobnie jak w przypadku dużego helikoptera.

AgustaWestland twierdzi, że w 2013 roku swobodnie latali załogowym elektrycznym tiltrotorem o nazwie Project Zero , z wirnikami wewnątrz rozpiętości skrzydeł.

W 2013 roku dyrektor generalny Bell Helicopter, John Garrison, zareagował na to, że Boeing wybrał innego partnera w zakresie płatowca dla przyszłych potrzeb armii amerykańskiej w zakresie podnoszenia samolotów, wskazując, że Bell sam przejmie inicjatywę w rozwoju Bell V-280 Valor wraz z Lockheed Martin.

W 2014 roku program Clean Sky 2 (przez Unię Europejską i przemysł) przyznał firmie AgustaWestland i jej partnerom 328 milionów dolarów na opracowanie projektu „cywilnego przechyłu wirnika nowej generacji” dla rynku offshore, z Critical Design Review pod koniec 2016 roku. cele to przechylane sekcje skrzydeł, 11 ton Maksymalna masa startowa , miejsca dla 19 do 22 pasażerów, pierwszy lot w 2021 r., prędkość przelotowa 300 węzłów, maksymalna prędkość 330 węzłów, pułap 25 000 stóp i zasięg 500 żegl. mil.

Względy techniczne

Sterownica

W locie pionowym tiltrotor wykorzystuje sterowanie bardzo podobne do śmigłowca z podwójnym lub tandemowym wirnikiem . Odchylenie jest kontrolowane przez przechylanie wirników w przeciwnych kierunkach. Rolka jest zapewniona dzięki sile różnicowej lub ciągu. Podziałka jest zapewniona przez cykliczne przechylanie łopatek wirnika lub gondoli . Ruch pionowy jest kontrolowany za pomocą konwencjonalnego nachylenia łopat wirnika i konwencjonalnej dźwigni sterowania zbiorowego helikoptera (jak w Bell/Agusta BA609 ) lub unikalnego sterowania podobnego do sterowania silnikiem o stałym skrzydle, zwanego dźwignią sterowania ciągiem (TCL) (jak w Bell-Boeing V-22 Osprey ).

Problemy z szybkością i ładownością

Zaletą tiltrotora jest znacznie większa prędkość niż śmigłowiec. W śmigłowcu maksymalna prędkość do przodu jest określona przez prędkość obrotu wirnika ; w pewnym momencie śmigłowiec będzie poruszał się do przodu z taką samą prędkością, jak wirowanie obracającej się do tyłu strony wirnika, tak że ta strona wirnika widzi zero lub ujemną prędkość i zaczyna się przeciągać . Ogranicza to nowoczesne śmigłowce do prędkości przelotowych około 150 węzłów /277 km/h. Jednak w przypadku tiltrotora można uniknąć tego problemu, ponieważ proprotory są prostopadłe do ruchu w szybkich częściach reżimu lotu (a zatem nie podlegają warunkom przepływu wstecznego), więc tiltrotor ma stosunkowo dużą prędkość maksymalną – ponad W dwóch dotychczas obsługiwanych typach tiltrotorów zademonstrowano 300 węzłów / 560 km/h, osiągając prędkość przelotową 250 węzłów / 460 km/h.

Ta prędkość jest osiągana nieco kosztem ładowności . W wyniku tego zmniejszonego udźwigu niektórzy szacują, że tiltrotor nie przekracza wydajności transportowej (prędkość razy udźwig) śmigłowca, podczas gdy inni są przeciwni. Dodatkowo, system napędowy tiltrotora jest bardziej złożony niż konwencjonalny helikopter ze względu na duże, przegubowe gondole i dodatkowe skrzydło; jednak poprawiona wydajność przelotowa i poprawa prędkości w stosunku do śmigłowców jest znacząca w niektórych zastosowaniach. Szybkość i, co ważniejsze, korzyści w zakresie ogólnego czasu reakcji to główna zaleta, na którą dążą siły wojskowe korzystające z tiltrotora. Tiltrotory są z natury mniej hałaśliwe podczas lotu do przodu (tryb samolotowy) niż helikoptery. Oczekuje się, że w połączeniu z ich zwiększoną szybkością poprawi to ich użyteczność na zaludnionych obszarach do celów komercyjnych i zmniejszy zagrożenie wykrycia do celów wojskowych. Jednak Tiltrotory są zazwyczaj tak samo głośne, jak helikoptery tej samej wielkości w locie w zawisie. Symulacje hałasu dla 90-osobowego tiltrotora wskazują na niższy poziom hałasu wewnątrz kabiny niż samolot Bombardier Dash 8 , chociaż wibracje o niskiej częstotliwości mogą być wyższe.

Tiltrotory zapewniają również znacznie większą zdolność przelotową niż helikoptery. Tiltrotory mogą z łatwością osiągnąć 6000 m / 20 000 stóp lub więcej, podczas gdy helikoptery zwykle nie przekraczają wysokości 3000 m / 10 000 stóp. Ta funkcja oznacza, że ​​niektóre zastosowania, które były powszechnie rozważane tylko dla samolotów ze stałymi skrzydłami, mogą być teraz obsługiwane przez tiltrotory bez potrzeby pasa startowego. Wadą jest jednak to, że tiltrotor ma znacznie zmniejszoną ładowność podczas startu z dużej wysokości.

Mono tiltrotor

Samolot mono tiltrotor wykorzystuje obrotowe śmigło uchylne lub współosiowy proprotor do podnoszenia i napędzania . W locie pionowym proprotor jest ustawiony pod kątem, aby skierować jego pchnięcie w dół, zapewniając siłę nośną. W tym trybie działania statek jest zasadniczo identyczny jak helikopter. Gdy statek nabiera prędkości, współosiowy proprotor jest powoli przechylany do przodu, a ostrza w końcu stają się prostopadłe do ziemi. W tym trybie skrzydło zapewnia siłę nośną, a większa wydajność skrzydła pomaga tiltrotorowi osiągnąć dużą prędkość. W tym trybie statek jest zasadniczo samolotem turbośmigłowym.

Samolot z pojedynczym tiltrotorem różni się od konwencjonalnego tiltrotora, w którym śmigła są zamontowane do końcówek skrzydeł , tym, że współosiowy śmigło jest przymocowany do kadłuba samolotu . W wyniku tej wydajności konstrukcyjnej, jednoosiowy tiltrotor przewyższa wydajność transportową (prędkość razy ładunek) zarówno helikoptera, jak i konwencjonalnego tiltrotora. Jedno z badań projektowych wykazało , że gdyby można było zrealizować technicznie jednoosiowy tiltrotor, byłby o połowę mniejszy, o jedną trzecią lżejszy i prawie dwa razy szybszy niż helikopter.

W locie pionowym mono tiltrotor wykorzystuje sterowanie bardzo podobne do śmigłowca współosiowego, takiego jak Kamov Ka-50 . Odchylenie jest kontrolowane na przykład poprzez zwiększenie siły nośnej górnego proprotora i zmniejszenie siły nośnej dolnego proprotora. Rolka i skok są zapewnione przez cykliczny wirnik. Ruch pionowy jest kontrolowany za pomocą konwencjonalnego skoku łopat wirnika .

Lista samolotów typu tiltrotor

Eksperymentalny samolot VTOL Curtiss-Wright X-19 w locie
BA609 (obecnie AW609) w trybie samolotu na Paris Air Show 2007

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki