3,6K подписчиков

Как развивались тейлситтеры с 30-х годов прошлого века до наших дней

171 прочитал
Кто решит проблему вертикальной аэромобильности, получит преимущество на рынке. Так считает Юрий Шеметун, лидер проекта «Стрекоза».

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.

Первый самолет типа VTOL «Луцкой-1» (ил. из Википедии)
Первый самолет типа VTOL «Луцкой-1» (ил. из Википедии)

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.

Focke-Wulf Triebflügel (ил. из статьи DronkRU)
Focke-Wulf Triebflügel (ил. из статьи DronkRU)

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.

Тейлситтер Heurobotics с независимыми винтами (ил. из статьи на nplus1.ru)
Тейлситтер Heurobotics с независимыми винтами (ил. из статьи на nplus1.ru)

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.

 WingtraOne (ил. с официального сайта wingtra.com)
WingtraOne (ил. с официального сайта wingtra.com)

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.

Elektra VTOL (ил. с официального сайта www.elektra-solar.com)
Elektra VTOL (ил. с официального сайта www.elektra-solar.com)

А Институт динамических систем и управления ETH Zurich разработала аппарат IDSC Tailsitte на основе аэродинамического профиля Clark Y.

Профиль крыла Clark Y в 1922 г. разработал Вирджиний Кларк, сейчас его широко применяют в конструкциях самолетов общего назначения (Робин Ритц, Институт динамических систем и управления, ETH Zurich)
Профиль крыла Clark Y в 1922 г. разработал Вирджиний Кларк, сейчас его широко применяют в конструкциях самолетов общего назначения (Робин Ритц, Институт динамических систем и управления, ETH Zurich)

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.

IDSC Tailsitte в руках у Раффаэльо Д'Андреа, профессора Швейцарского федерального технологического института (ETH Zurich)
IDSC Tailsitte в руках у Раффаэльо Д'Андреа, профессора Швейцарского федерального технологического института (ETH Zurich)
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.

Эволюция профиля крыла в первой половине XX века: с 1908 по 1944 год
Эволюция профиля крыла в первой половине XX века: с 1908 по 1944 год

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.

Справа — вторая версия аппарата с размахом крыльев 270 см. У него поменяли пропеллеры, моторы и камеру, теперь он может брать больше полезной нагрузки
Справа — вторая версия аппарата с размахом крыльев 270 см. У него поменяли пропеллеры, моторы и камеру, теперь он может брать больше полезной нагрузки

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.