Идея летающего автомобиля оказалась востребованной не только среди гражданского населения, но и у военных. Хотя в данном случае речь идет не столько о дополнительном комфорте, сколько о решении проблемы безопасного передвижения по заминированной местности. То, что летающий автомобиль Transition Personal Air Vehicle, изготовленный расположенной в Массачусетсе компанией Terrafugia, получил одобрение Федерального управления гражданской авиации США (Federal Aviation Administration, FAA), было воспринято всеми как хороший знак, предвещающий большие перемены в малой авиации. Компания Logi Aerospace на днях сообщила об отправке в Управление научных исследований Пентагона ДАРПА (Defense Advanced Research Projects Agency - DARPA) предложения по созданию еще одного летающего автомобиля, предназначенного для морской пехоты и других родов войск. пехоты и других родов войск.
 |
| Рис.1. Летающий автомобиль Tyrannos |
| Источник: Подзирей Ю.С. |
Главным преимуществом этого автомобиля является возможность передвижения по вражеской территории на безопасном удалении от размещенных на дорогах мин.
У Tyrannos есть интересная особенность — он способен взлетать вертикально. Такая способность стала возможной благодаря поддержке технологии «shrouded propeller» (закрытый воздушный винт), разработанной компанией Trek Aerospace. На борту Tyrannos может находиться экипаж из 4-х человек. Скорость перемещения летающего автомобиля в воздухе составляет до 250 км/ч и около 100 км/ч — на земле. Высота полета — 1000-2000 футов (300-600 м). В настоящее время Tyrannos находится на стадии прототипа.
Вертикальный взлет чрезвычайно энергозатратная процедура и рассчитывать на широкое использовании подобных ЛА, тем более в гражданском варианте, невозможно. Применяемые винты поворотного типа имеют недостаточную крутку и размеры - уступают по своим характеристикам вертолетным при взлете и посадке и самолетным в крейсерском полете. Сейчас ведущие конструкторские бюро склоняются к укороченному взлету и посадке.
Начинать следует с того, что требуется транспортное средство вписывающееся в существующую инфраструктуру и создающее новое качество в области перемещения грузов и пассажиров. Пока его определяют как платформу с грузоподъемностью порядка 300кг. Термины автомобиль и самолет относятся к транспорту который имеет определенный, сложившийся за десятилетия облик. Разработано несколько десятков проектов летающих автомобилей экспериментального типа и они уже есть в продаже.
Рис.2. Двухместный летательный аппарат, выполненный по схеме автомобиль-самолет Источник: Подзирей Ю.С.
Основанная в 2006 году в Массачусетском технологическом университете, компания Terrafugia создала двухместный самолет Transition, который может ездить по улицам городов и даже парковаться в просторном домашнем гараже (рис. 1). Новая разработка Terrafugia – это компактное и неприхотливое гибридное транспортное средство. В новой модели внесены следующие изменения: улучшена форма крыльев, они стали полностью складными; в носовой части появилась зона ударогашения; кабину оснастили сенсорным пультом управления и подушками безопасности. Автомобиль-самолет оборудован парашютом. Летающий автомобиль превращается в самолет примерно за 30 секунд. На земле переднеприводный Terrafugia Transition приводится в движение обычным бензиновым мотором, а в воздухе использует авиационный двигатель Rotax 912S мощностью 100 л.с. Запас хода в воздухе – 724 км, максимальная скорость – 185 км/ч. По земле Transition при полностью заправленном баке сможет проехать около 105 км. Летающий автомобиль предлагается по цене 194 тыс. долларов США.
Очевидны два основных требования, которые надо предъявить к подобному гибридному транспортному средству – это компактность и независимость от аэродромов. Помимо этого – цельное крыло, большая скорость полета, подвеска, гасящая колебания вне зависимости от веса корпуса и состояния дороги, полный привод на все четыре колеса шасси, высокая устойчивость и управляемость, как в режиме полета, так и в режиме качения. При достаточно мощном источнике электроэнергии последние требования могут быть выполнены за счет индивидуального электропривода на каждое колесо и использования вместо обычных амортизаторов активной электроподвески на основе линейных электродвигателей. Условия для этого есть. Электропривод и управление на каждое колесо используется в многоосных тягачах МАЗ, а фирма BSS (Bose Suspension system) разработала экспериментальный лимузин, оборудованный электроподвеской. Он остается невозмутимым при самых резких маневрах – поворотах, разгоне, торможении. Никаких кренов, клевков, приседаний, минимальные толчки от ухабов. Подобные новшества позволят свести к минимуму вес трансмиссии и подвески гибридного транспортного средства.
Основные проблемы компактности и независимости от аэродромов могут быть решены на основе газотурбинного двигателя (ГТД) с линейной геометрией. Компактность обеспечивается при размахе крыла не более 2,5–3 м, а независимость – малой скоростью отрыва, которую можно обеспечить только при нагрузке на крыло в диапазоне 50–70 кг/м². Совмещение столь противоречивых требований возможно при использовании широкого и короткого крыла с ламинарным обтеканием по всей хорде, которое можно обеспечить за счет его принудительного обдува.
 |
| Рис.3 Схема интеграции поперечно поточного нагнетателя с несущим элементом |
| Источник: Подзирей Ю.С. |
Попытка осуществить обдув крыла (на все 100%) за счет движителя приведена в работе [1], рис.3. Двигатель и трансмиссия расположены в фюзеляже, что ограничивает номенклатуру перевозимых грузов. Исключить этот недостаток может применение двигателя, встроенного в крыло и имеющего отличную от общепринятой геометрию.
 |
| Рис.4. Линейный газогенератор. 1-воздухозаборник; 2,5,6-роторы компрессора; 3- картер; 4- статорные лопатки; 7- камера сгорания; 8-газовая турбина; 9-сопло; 10-вал отбора мощности; 11-трансмиссия. |
| Источник: Подзирей Ю.С. |
На рис.4 представлена принципиальная схема ГТД с плоской струей выхлопа. Его отличие от известного [2], состоит в замене компрессора на основе поперечно поточного нагнетателя на двухроторный компрессор [3]. Двигатель состоит из щелевого прямоугольной формы воздухозаборника 1, картера 3 в котором расположены три ступени двухроторного компрессора 2,5.6. Роторы соединены между собой и с газовой турбиной полуоткрытого типа 8 шестеренчатой трансмиссией 11. Камера сгорания 7 с форсунками испарительного типа (на рис.3 не показаны) через корпус газовой турбины 8, подсоединена к плоскому соплу 9. Двигатель имеет вал отбора мощности 10 для электрогенератора и иных вспомогательных механизмов. Роторы компрессора имеют винтообразную форму. Оси симметрии поперечных сечений каждого на границах проточной части корпуса повернуты друг относительно друга вокруг и оси вращения этого ротора, Углы поворота осей разных роторов, лежащих в одной плоскости, равны по величине и противоположны по знаку. Поворот обеспечивает уменьшение виброакустической активности и улучшение равномерности потока газа. При синхронном вращении роторов 2,5,6 относительно их осей в противоположных направлениях происходит перенос воздуха из области всасывания в область нагнетания. При этом винтообразная форма роторов обеспечивает повышенное перекрытие фаз процессов всасывания, переноса и нагнетания осуществляемых каждым из роторов, что способствует улучшению равномерности потока и уменьшению виброакустической активности. .
Двигатель работает следующим образом. Атмосферный воздух через воздухозаборник 8 попадает на лопатки первого ротора. Трансмиссия 11 в виде комбинации шестерен позволяет вращать каждую пару роторов с заданной скоростью и оптимизировать процесс сжатия воздуха. Сжатый воздух попадает в камеру сгорания 7, куда форсунками испарительного типа подается топливо. Рабочий газ приводит во вращение газовую турбину 8. Крутящий момент передается трансмиссией 11 на компрессор и вал отбора мощности 10. Тяга двигателя регулируется изменением площади воздухозаборника 1.
 |
| Рис.5. Схема гибридного шестиместного транспортного средства: 1 – грузовой отсек; 2 – плоское сопло; 3 – турбина полуоткрытого типа; 4 – камера сгорания; 5 – топливный бак; 6, 7 – роторы компрессора; 8 – щелевой воздухозаборник; 9 – баллоны сжатого воздуха; 10 – аккумуляторы; 11 – аэродинамический гребень; 12 –сопла газодинамического управления. |
| Источник: Подзирей Ю.С. |
На рис.5 представлен общий вид летающего автомобиля выполненного по схеме «летающее крыло малого удлинения». Верхняя часть крыла разделяется на три участка, на каждом из которых обеспечивается ламинарное обтекание. На первом от носка - турбулентный поток откачивается воздухозаборником, а на третьем он сдувается реактивной струей. При ширине гибридного ТС 2.6м и длине 8м - площадь крыла 20,8м². Для взлетного веса 1,5тс нагрузка на крыло ~ 70 кг/м², что обеспечит скорость отрыва менее 110 км/час. Отсутствие плоскостей управления означает использование газодинамической системы управления, которая, в отличии от такой же системы самолета вертикального взлета и посадки, должна в полете использоваться постоянно. Для регулирования центровки автомобиля некоторые его детали могут быть выполнены подвижными. При аварийном отключении двигателя воздух в систему управления должен подаваться из баллонов 9 до момента вынужденной посадки. Основным режимом движения является полет, а режим качения является вспомогательным. Ресурс в 50 км будет вполне достаточным и может быть обеспечен батареей аккумуляторов или суперконденсаторов, особенностью которых является малая деградация даже после сотен тысяч циклов заряда/разряда и малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной ёмкости.
ЛИТЕРАТУРА
- Коровкин А.Г., Савчук В.Д., Долгополов А.А. Новые области применения диаметральных вентиляторов // Полет – научно-технический журнал, М., №4, 2002, С.51-57.
Подзирей Ю.С. Летающий самолет или ездящий автомобиль // Авиация общего назначения. научно-технический журнал. №5 2014. С 48-51.
Попырин О.И. Двухроторный компрессор Патент РФ № 2196251.
Подзирей Ю.С.
