Кто решит проблему вертикальной аэромобильности, получит преимущество на рынке. Так считает Юрий Шеметун, лидер проекта «Стрекоза». Таким дронам не нужна взлетно-посадочная полоса, а значит, их можно запускать практически в любых условиях. Пронеслись по волнам истории тейлситтеров и заглянули во внутреннюю кухню самой «Стрекозы».
Первая попытка — «Луцкой-1»
В 1909 году российско-немецкий инженер-конструктор и изобретатель Борис Луцкой собрал модель первого в мире Vertical Take-Off and Landing самолета. Первый в мире многомоторный летательный аппарат — самолет «Луцкой-1» — достиг на испытаниях в Штутгарте 90 км/ч — невероятной по тем временам скорости. Но один из боковых пропеллеров сломался, и аппарат упал с 30 метров. К счастью, пилот отделался легкими ушибами.
Тейлситтеры XX века
В Германии в 1944 году разработали концепт истребителя вертикального взлета и посадки Focke-Wulf Triebflügel.
ВМС США в 1954 году запустили прототип турбовинтового самолета Convair XFY-1 Pogo («Прыгун»). Испытания прошли хорошо, но самолет так и не пустили в серию.
Во Франции в 1958 году запустили самолет вертикального взлета и посадки с кольцевым крылом Snecma C-450 («Жук»). Он успешно взлетел, но двигатель заглох. При кольцевой конструкции крыла в такой ситуации сила подъема моментально исчезает. Самолет не планирует, а сразу же падает. Snecma решила больше не инвестировать в тейлситтеры.
Тейлситтеры нашего времени
Американская компания Heurobotics создала беспилотник по схеме «летающего крыла» с «вертолетной» концепцией воздушных винтов. Через редукторы подключаются два электромотора, связанные с валами воздушных винтов. Обгонные муфты на винтах размыкают связь с электромоторами для режима авторотации. Если двигатели отказывают, обгонная муфта ограничивает передачу вращения воздушного винта трансмиссии. Винт раскручивается набегающим потоком, тормозит падение и позволяет плавно приземлиться.
Увы, и этот аппарат тоже не вышел в серию.
В Швейцарии продолжили тему «летающего крыла». Аппарат WingtraOne может перевозить груз до 500 граммов на расстояние до 60 километров и летать на одной подзарядке до 55 минут.
Благодаря этим возможностям и бортовой камере его применяют для мониторинга больших площадей с воздуха. Студенты Инженерной школы информационных технологий ТПУ взяли этот аппарат за прототип своего тейлситтера MiracleSky.
В Германии компания Elektra Solar GmbH собрала электрический беспилотник Elektra VTOL с грузоподъемностью до 2 кг. Он может летать до 3 часов и преодолевать до 200 километров. Солнечные батареи продлевают работу еще на 1,5 часа.
А Институт динамических систем и управления ETH Zurich разработала аппарат IDSC Tailsitte на основе аэродинамического профиля Clark Y.
В тейлситтере аэродинамическая нейтральная точка совпадает с центром тяжести. Конструкция позволяет легко маневрировать между режимом коптера и самолета — зависания и полета. Второй режим был неполным. Пять лет компания ArduPilot создавала аэродинамическую схему тейлситтера. Расширенные настройки, представленные в декабре 2022 года, открыли новые возможности для разработок.
В 2016 году Раффаэльо Д'Андреа продемонстрировал, как аппарат садится на руку в ручном режиме. В декабре 2022 года в программу управления ArduPilot добавили параметры настройки автоматического взлета.
S-образные профили крыла перевернули мир БПЛА
Профили крыла начали разрабатывать в 30–50-е годы. СССР, США и европейские страны испытывали и отрабатывали их на различных скоростях, маневрах, положительных и отрицательных углах атаки. Это были гигантские усилия, потому что люди собирали все вручную.
В конце 1989 года в Германии создали математическую модель и два новых профиля крыла — серию S-образных профилей с самым широким динамическим диапазоном скоростей. Их нет смысла применять в большой авиации, потому что там используют предкрылки и закрылки. А вот для моделирования S-образные профили имеют неоспоримое преимущество.
Но при изготовлении вручную такой профиль выдержать очень сложно, тем более с аэродинамическим кручением. Поэтому их начали применять только с широким распространением ЧПУ и возможностью нарисовать самолет в цифре.
Тейлситтер «Стрекоза»
Инженер-радиоэлектронщик Юрий Шеметун считает, что тейлситтеры — самая оптимальная с энергетической точки зрения схема. В сентябре 2022 года он начал разрабатывать такой аппарат и в январе 2023-го собрал первую модель, взяв за основу готовый планер Skywalker X8.
Юрий пригласил в команду разработчика контроллера F-4 и эксперта по ПО для беспилотников ArduPilot Алексея Козина и КМС авиамодельного спорта и победителя чемпионатов Евгения Юскова.
Чтобы аппарат взлетал прямо с места, без разгона, Юрий установил на крылья моторы, используя винглеты, то есть законцовки крыла. С помощью напечатанных на 3D-принтере мотормаунтов установил на крылья моторы.
Аппарат взлетает, переворачивается за счет управляющих плоскостей на 90 градусов и летит, как самолет.
В тейлситтере используются три системы связи на тот случай, что одна-две будут заглушены и хотя бы одна будет работать. Поэтому после испытаний решили не выносить их на винглеты, а добавить стойки.
На крыле тейлситтера, как у обычного самолета, расположены элевоны — рули крена. С их помощью можно управлять самолетом. Кроме того, можно управлять вектором движения — когда один мотор тянет больше, другой меньше.
В третьей версии тейлситтера «Стрекоза» не будет элевонов, зато будет четыре мотора и только векторное управление. Третью версию собирают по схеме альбатроса, она будет больше остальных — около 3,5 метров. Пока тейлситтер в процессе сборки и точные параметры неизвестны.