Nemez_06 (nemez_06) wrote in engineering_ru,
Nemez_06
nemez_06
engineering_ru

Joby Aviation Lotus VTOL - оригинальный БпЛА с вертикальным взлетом

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
Tags: авиация и воздухоплавание, испытания и эксперименты, проектирование & проекты
Subscribe
promo engineering_ru march 2, 2015 08:17 174
Buy for 200 tokens
Помните байку о разработке космической ручки? Да, она не основана на реальных событиях, но очень наглядно иллюстрирует идею, что простое решение может оказаться лучше сложного. Ракета, построенная по принципу "большого глупого носителя" ("Big Dumb Booster") находится не в диапазоне…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 76 comments