ЛААС - дирижабль

Группа российских изобретателей разработала необычный гибрид самолёта и дирижабля, который, благодаря новому подходу создателей к такого рода машинам, можно выделить в отдельный тип летательных аппаратов.

Рис.1 ЛААС - гибрид самолёта и дирижабля

До гибели дирижабля «Гинденбург» в 1937 г. дирижаблестроение активно развивалось практически во всех передовых странах мира, в том числе в СССР. Затем разработку аппаратов легче воздуха забросили, в основном из-за их очень высокой пожароопасности. Причиной всему был водород, используемый в качестве несущего газа. При утечке он образует с кислородом воздуха взрывоопасную смесь.

Рис.2

В последние 15 — 20 лет дирижаблестроение получало новый импульс развития, прежде всего, благодаря появлению в достаточных количествах и по низким ценам пожаробезопасного гелия, который идеально подходит на роль несущего газа.

В этот период появилось несколько принципиально новых конструкций летательных аппаратов (ЛА). использующих подъёмную силу газов, одни из которых условно называются перетяжелёнными дирижаблями, а другие - безаэродромными аэростатически разгруженными самолётами (БАРС).

Указанные конструкции, в отличие от классических дирижаблей, можно назвать комбинированными, то есть использующими в разных сочетаниях подъёмную силу несущего газа (гелий, водород) и подъёмную силу двигателей.

Рис.3

Почему вдруг к такого рода ЛА проснулся в последние годы интерес? Ответ очень прост: всё дело в недостатках, присущих привычным нам самолётам и вертолётам.

Главные недостатки самолётов — ограничения по весу и габаритам перевозимого груза (до 50 т в салоне) и необходимость взлётно-посадочных площадок с твёрдым покрытием, длина которых возрастает пропорционально грузоподъёмности и скорости, уже достигая 5 км.

Основными недостатками вертолётов следует считать ограниченную грузоподъёмность (до 10-20 т) и повышенный удельный расход топлива, что приводит к небольшой дальности полёта и высокой стоимости транспортировки.

Самолётных и вертолётных недостатков лишены дирижабли. Они способны перевозить крупногабаритные сверхтяжёлые грузы (до 100—1000 т) на значительные расстояния, причём используя компактные ВПП. При этом себестоимость транспортировки грузов дирижаблями н несколько раз ниже себестоимости транспортировки самолётами и вертолётами.

Конечно, дирижабли не лишены недостатков. Например, они обладают большими габаритами, малым диапазоном скоростей полёта. Кроме того, они нуждаются в причальной мачте или наземной команде численностью от 10 до 200 человек в зависимости от грузоподъёмности дирижабля.

Для устранения указанных недостатков в последние 10-20 лет были предложены несколько гибридных конструкций:

• Вертостат - аэростат с 3-4 вертолётными винтами, расположенными по периметру оболочки, имеет улучшенные характеристики зависания и вертикального перемещения. Его основные недостатки — большие габариты и низкая скорость горизонтального перемещения, а также ограничения по скорости ветра. Предполагаемое использование — строительно-монтажные работы в безветренную погоду. При установке маршевых двигателей скорость полёта увеличивается и аппарат может использоваться как транспортное средство.
• Гибридный дирижабль или газотурбинный летательный аппарат (ГТЛА) — классический дирижабль жёсткой конструкции, дополненный снизу самолётными крыльями, самолётным стабилизатором, подъёмными двигателями и поворотными подъёмно-маршевыми двигателями. Несущий газ (гелий) уравновешивает 70% сухого веса конструкции или около 30% максимального взлётного веса. Предполагаемое использование — транспортировка крупнотоннажных грузов на неподготовленные площадки. Основной недостаток — невозможность длительного зависания и медленных перемещений ввиду ограниченного времени работы подъёмных двигателей (несколько минут) и небольшая скорость ввиду большого лобового сопротивления дирижабля с выступающей гондолой и длинными крыльями.
• Гибридный дирижабль А. Филимонова — безаэродромный аэростатически разгруженный самолёт (БАРС) представляет   собой   комбинацию дисколета с подъемным двигателем в центре и маршевыми двигателями позади крыла. Подъёмный газ расположен по периметру объёма диска и компенсирует от 20% до 70% сухой массы конструкции в зависимости от грузоподъёмности аппарата.
  На днище монтируется воздушная подушка для посадок на снег, песок, болота и другие поверхности. Главный недостаток этой конструкции — невозможность вертикального взлёта ввиду того, что нагнетаемый под днище воздух при частичном отрыве аппарата от земли образует расходящиеся снизу струи, которые создают разрежение и за счет разности давлений сверху и снизу аппарата притягивают его к земле (эффект Магнуса), что подтвердилось при лётных испытаниях образца.
• Перетяжелённый дирижабль представляет собой конструкцию тяжелее воздуха на величину от 3% до 10% (от 10 до 30% грузоподъёмности), что обеспечивает автономные посадки без причальной мачты и без наземной команды. Корпус обжат с соотношением высоты к ширине 1:1.5 - 1:2. что снижает ветровую нагрузку на стоянке. Гондола отсутствует, так как кабина экипажа и другие отсеки помещены внутрь нижней части корпуса, что уменьшает лобовое сопротивление и увеличивает скорость полёта. Для взлёта используются подъёмные двигатели, размещённые в вертикальных канатах внутри корпуса. Днище выполнено как основа для воздушной подушки с её помощью можно садиться на различные поверхности. Дополнительная подъёмная сила при горизонтальном полёте образуется за счёт аэродинамики корпуса: маршевые двигатели — традиционные винтовые с тягой 5-7% от веса конструкции. К недостаткам аппарата относится притягивание к земле при взлёте и посадке (подобно гибридному дирижаблю Л.Филимонова) и засорение подъёмных двигателей при их реверсе для удерживания на земле.

В настоящее время в России научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по аэростатическим летательным аппаратам проводят ФГУП «Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики» - ДКБА. ФГУП «Центральный аэродинамический институт им. проф. Н.Е.Жуковского» — ЦАГИ. «Военно-воздушная инженерная академия им. проф. Н.Е.Жуковского» — ВВИА. компании «Авгурь», «РосАэроСистемы» и другие организации.

Рис.4

Нашей инициативной группой в составе Б.В. Хакимова. АН. Черникова. Г.В. Демидова. Р.З. Хамитова для оптимизации сочетания лётно-технических качеств самолёта и дирижабля иредтожена новая конструкция летательного аппарата, защищенная патентом на изобретение М 2 337 855 от 10 ноября 2008 г. «Летательный аппарат аварийно-спасательный», не имеющая пока самостоятельного названия и условно обозначаемая аббревиатурой «ЛААС».

13 ноября 2008 г. летающая радиоуправляемая модель ЛААС хмной 2.6 м с электродвигателями была продемонстрирована в Государственном геолопгческом музее РАН им. В.И. Вернадского на открытии выставки, посвященной VI съезду геологов России.

Эта модель, внешним видом похожая на дирижабль с самолётными крыльями, летала более часа в зале длиной более 30 м. шириной окаю 15 м и высотой более 5 м и многократно выполняла следующие маневры:

• вертикальные взлёты с горизонтальной площадки и посадки
• зависание и развороты на месте:
• переход в горизонтальный полёт:
• посадки на наклонные площадки (30º) и взлёты с них:
• подход и зависание у стены:
• отход от стены (задним ходом):
• полёт «змейкой» между колоннами;
• «аварийное» снижение и посадки:
• устойчивость горизонтального положения — «неваляшка»:
• точность зависания по XYZ и посадок (± 5 см):
• малый расход энергии (аккумулятор).

Присутствовавшие на демонстрации опытные пилоты самолётов и вертолётов удивлялись и говорили, что ничего подобного они не видели.

ЛААС представляет собой комбинацию самолёта вертикального взлёта и посадки с дирижаблем в одном жёстком (пластиковом, металлическом) корпусе.

Большую часть объёма корпуса занимает десяток оболочек с несущим негорючим газом (гелием), подъёмная сила которых уравновешивает 95-99% сухой массы летательного аппарата (без экипажа, снаряжения и полезной нагрузки), то есть около 50% максимального взлётного веса.

Другая часть взлётного веса уравновешивается при вертикальном взлёте, зависании и посадке — тягой двигателей. Перевод ЛААС в режим горизонтального полёта после взлёта и набора высоты осуществляется поворотом движителей из вертикального положения в горизонтальное, а перед посадкой - вновь в вертикальное.

По сравнению с дирижаблями, имеющими скорость 100-130 км/ч, максимальная скорость ЛААС за счёт в 10 раз более высокой удельной тяги движителей и на 40-50% меньшим сечением получается в 3-4 раза выше и достигает 300-500 км/ч. Нижняя часть корпуса и короткие крылья, расположенные в одной плоскости, выполнены как многосекционная жёсткая поплавковая конструкция, что позволяет выполнять посадки на воду и различные площадки (болота, снег, кустарник, россыпи камней);

Внутри корпуса ЛААС три сквозных прохода: продольный, образующий силовую балку, соединяющий кабину экипажа со всеми отсеками и используемый для погрузки-выгрузки: поперечный — с выходами на крылья: вертикальный, оборудованный лебёдкой — для спуска-подъёма людей, грузов, а также для возможного подвешивания ЛААС и его спуска-подъёма.

Продольный проход может быть оборудован выдвижной лестницей-трапом с перилами и тележкой, используемой для причаливания ЛААС к вертикальным объектам и выполнения спасательных операций.

Очень интересная особенность ЛААС — увеличенная метацентрнческая высота (центр подъёмной силы несущего газа значительно выше центра тяжести). Это позволяет ЛА в горизонтальном положении прикасаться к наклонным площадкам и при плавном снижении вертикальной тяги движителей опускаться на них, а после включения вертикальной тяги частично отрываться от площадки, принимать горизонтальное положение и взлетать.

Увеличенная метацентрнческая высота обеспечивает также повышенную устойчивость горизонтального положения ЛААС при налётах в турбулентных потоках и исключает возможность вертикального штопора.

Для перевозки крупных грузов можно объединять несколько ПА в единую жёсткую конструкцию (грузовую систему) с управлением всей системы одним пилотом.

Рис.5

Уравновешивание половины максимального взлётного веса несущим газом и увеличенный диаметр фюзеляжа обеспечивают малое удельное давление на нижние плоскости, что гарантирует плавное снижение ЛААС при аварийном отключении двигателей, а значит, и спасение жизни членов экипажа и пассажиров при чрезвычайных ситуациях.

По степени перетяжелённости или аэростатической разгрузки выделяются 4 класса конструкций известных летательных аппаратов (табл. 1).

По соотношению подъёмной силы газа к сухой массе и взлётной массе ЛААС относится к аппаратам тяжелее воздуха и занимает промежуточное положение между перетяжелёнными дирижаблями и аэростатически разгруженными самолётами. По габаритам ЛААС также находится между самолётами и дирижаблями.

Сравнительный расчёт удельного расхода топлива и экономичности для основных типов летательных аппаратов показывает высокие показатели нового Л А.

Приближённая оценка показывает, что себестоимость воздушных перевозок ЛААС должна быть в 3 раза меньше, чем при использовании вертолётов и в 2 раза меньше, чем при использовании самолётов, и даже несколько ниже транспортировки дирижаблями. Можно сказать, что по расходу топлива и себестоимости перевозки ЛААС имеет такие же показатели, как автомобиль «Газель» при движении по шоссе.

ЛААС демонстрировался на III Московском Международном форуме и выставке «Беспилотные многоцелевые комплексы» «UVS-ТЕСН 2009». Рядовые посетители проявляли повышенный интерес и подолгу не отходили от макета и экрана, на котором демонстрировались пробные полёты масштабной модели.

Уникальные летные качества, высокая экономичность и безопасность ЛААС позволяют использовать его для решения широкого круга задач.

Беспилотные ЛААС грузоподъёмностью от 1 до 10 кг (длиной 3-7,0 и) мри установке видеокамер и необходимой аппаратуры могут использоваться для мониторинга окружающей среды, в том числе для геофизических съёмок и отбора проб (воздуха, воды, почвы, камня) в труднодоступных точках.

Пилотируемые ЛААС грузоподъёмностью 1,5 — 2,0 т (длиной 35-40 м) и дальностью полёта 300 — 400 км как нельзя лучше подходят для местных авиалиний и рейсов в черте города. Его могут использовать пожарные, скорая медицинская помощь, госавтоинспекция и другие правоохранительные органы.

Пилотируемые ЛААС более высокой грузоподъёмности (до 10 т) могут, например, использоваться для заготовки древесины в труднодоступных местах: удалённых районах, горной местности.

Грузовые ЛААС грузоподъёмностью 10 - 100 т (длиной 60-120 м) и более смогут перевозить внутри или на внешней подвеске крупногабаритные массивные грузы без их вынужденной разборки на месте изготовления и сборки на месте установки.

Кроме того, для перевозки крупных грузов ЛААС обладают замечательным свойством — возможностью объединения нескольких ЛААС в единую жёсткую конструкцию (грузовую систему) с управлением всей системы одним пилотом.

Благодаря этому, отпадает необходимость в строительстве гигантских ЛААС грузоподъёмностью, например, более 100 т. так как уникальные грузы можно будет транспортировать временным объединением нескольких грузовых ЛААС.

Ещё одно достоинство ЛААС - возможность причаливания к объектам на высоте — позволяет производить дозаправку топливом в воздухе и обеспечивать дальние беспосадочные перелёты с максимальной полезной нагрузкой.

Источник: Журнал "Техника молодёжи" №917
2010 Февраль, стр. 2-5
Автор статьи: Борис Хакимов, Юрий Сергеев