Hybridní vzduchová vozidla Airlander 10 - Hybrid Air Vehicles Airlander 10
| Airlander 10 | |
|---|---|
|
|
| Airlander 10 v Cardingtonském hangáru dne 21. března 2016 | |
| Role | Hybridní vzducholoď |
| národní původ | Spojené království |
| Výrobce | Hybridní vzduchová vozidla |
| První let | 7. srpna 2012 (jako HAV 304) |
| Postavení | Prototyp |
| Číslo postaveno | 1 |
Hybrid Air Dopravní Airlander 10 , původně vyvinutý jako HAV 304 , je hybridní vzducholoď navržený a postavený britský výrobce hybridní vozidla (HAV). Skládá se z heliové vzducholodi s pomocnými křídly a ocasními plochami, létá pomocí aerostatického i aerodynamického vztlaku a je poháněn čtyřmi vrtulemi poháněnými vznětovým motorem .
HAV 304 byl původně postaven pro program LEMV (Long Endurance Multi-Intelligence Vehicle) americké armády . Jeho první let se uskutečnil v roce 2012 v Lakehurst v New Jersey v USA . V roce 2013 byl projekt LEMV americkou armádou zrušen.
Znovu získal vzducholoď a přivezl ji zpět na letiště Cardington v Anglii. Byl znovu sestaven a upraven pro civilní použití a v této podobě byl přeznačen na Airlander 10. Upravené letadlo dokončilo certifikační testování návrhu, než bylo odepsáno, když se uvolnilo ze svých kotvících míst za silného větru 18. listopadu 2017 na Cardington Airfield.
Sériová výroba Airlanderu 10 je nyní plánována na rok 2025.
Rozvoj
HAV 304 a požadavek LEMV
V průběhu devadesátých let vytvořila britská společnost Hybrid Air Vehicles (HAV) partnerství s americkou leteckou a obrannou společností Northrop Grumman za účelem propagace typu na obranných trzích, zejména v USA.
V návaznosti na úspěšnou demonstraci malého demonstrátoru HAV-3 a Northropa Grummana jako hlavního zájemce byl koncept hybridní vzducholodi přijat pro americký projekt LEMV (Long Endurance Multi-Intelligence Vehicle), před Lockheed Martin P -791, které byly také předloženy.
Program LEMV měl demonstrovat bezpilotní letoun s dlouhou životností ve střední nadmořské výšce schopný poskytovat pozemním jednotkám podporu zpravodajských služeb, dohledu, získávání cílů a průzkumu (ISTAR). Kromě HAV patří mezi britské a americké subdodavatele společnosti Warwick Mills (inženýrství a vývoj tkanin), ILC Dover (specializovaný inženýrský vývoj a výrobní služby), dceřiná společnost Textron AAI Corporation (US Army OneSystem UAV/kontrolní a distribuční stanice dohledových letadel), Stafford Aero Technologies ( systémy řízení letu ) a SAIC (zpracování pohybového videa). Northrop Grumman byl zodpovědný za integraci různých elektrooptických / infračervených , signálových zpravodajských , radarových a komunikačních reléových užitečných zatížení do vzducholodi.
Provozní požadavky
Požadavky zahrnovaly schopnost provozu v šesti kilometrech nad střední hladinou moře, akční rádius 3 000 kilometrů a 21denní dostupnost na stanici, poskytující až 16 kilowattů elektrické energie pro užitečné zatížení , být nezávislý na dráze a nést několik různých senzorů současně. Podle americké armády měl být LEMV obnovitelnou a opakovaně použitelnou platformou pro více misí. Mohlo by to být umístěno vpřed, aby podporovalo rozšířené geostacionární operace ze strohých míst a bylo schopno velení a ovládání mimo dohled. Vývojový prototyp se ukázal jako HAV 304, heliem plněná vzducholoď s dvojitými spojenými trupy s celkovou vnitřní kapacitou 38 000 m 3 (1 300 000 krychlových stop). S celkovou délkou 91 metrů (299 stop) byla vzducholoď delší než současní soupeři. Několik vzducholodí v polovině 20. století však bylo delších: například německé vzducholodě třídy Hindenburg měly délku 245 metrů (804 stop). „ Vůbec největší“ netuhá vzducholoď, vojenská výsadková vzducholoď včasného varování z 50. let minulého století amerického námořnictva ZPG-3W , byla delší 123 m (404 stop) a větší s obálkou 42 450 krychlových metrů (1 499 000 krychlových stop) kapacita.
Provozně měl LEMV obvykle létat samostatně nebo jako dálkově ovládané letadlo ; pro přepravu do operačních divadel nebo do běžného civilního vzdušného prostoru mohou vzducholodi létat také palubní operátoři. Podle projekcí společnosti Northrop by jeden LEMV mohl poskytnout ekvivalentní práci 15 letounům se střední výškou s pevnými křídly .
LEMV byl zamýšlen tak, aby byl schopen široké škály rolí, včetně rozšířených schopností ISR (inteligence, sledování a průzkum), komunikace mimo přímou viditelnost a shromažďování zpravodajských informací . Integrovalo by se se stávajícími velitelskými středisky pozemních stanic a vybavením používaným pozemními jednotkami v dopředných operačních základnách, čímž by byla jeho data dostupná více uživatelům a analytikům a snížil by nedostatek informací během operací.
LEMV by byl schopen operovat, jako helikoptéra, z malých předních základen. Očekávalo se, že jeho provozní náklady a výdrž budou lepší než jiné možnosti sledování.
Vzducholoď by mohla sloužit jako stabilní komunikační relé a zajistit, aby skupiny vojáků v horských oblastech nikdy navzájem neztratily kontakt, i když na sebe nemají přímou viditelnost. LEMV mohl sledovat důležité konvoje, klíčové vozovky nebo jinou klíčovou infrastrukturu jako polotrvalé doprovodné hlídky, monitorovat městskou oblast zájmu, aby se připravil na velké bitvy nebo prosadit zabezpečení, nebo se soustředit na vypnutí hraničních bodů. LEMV by umožnil americkému DoD létat v nejbližší době s technologicky nejpokročilejšími užitečnými náklady, jakmile budou k dispozici.
Konverze Airlander 10
Po zrušení projektu LEMV byl vyfouknutý HAV 304 odkoupen HAV, vrácen do Velké Británie a visel na letišti Cardington . Tam byl znovu sestaven, zrekonstruován a upraven pro obecnější roli; letadlo již proto nebylo příkladem konstrukce HAV 304, místo toho bylo přestavěno na prototyp Airlander 10.
Airlander 10 je určen především pro civilní použití. Může však být, stejně jako HAV 304, vybaven pro širokou škálu obranných rolí.
Design
Přehled
HAV 304 / Airlander 10 je hybridní vzducholoď , která dosahuje vztlaku, a tím letu, jak aerostatickými, tak aerodynamickými silami. Na rozdíl od většiny návrhů vzducholodí nemá kruhový průřez, protože přijal eliptický tvar s konturovaným a zploštělým trupem. Toto tvarování je záměrné, aby působilo jako zvedací těleso a přispívalo k aerodynamickému vztlaku, zatímco je vzducholoď v pohybu vpřed; generování až poloviny zdvihu vzducholodi podobným způsobem jako u konvenčního letounu s pevnými křídly . Vztlak zajišťuje také helium obsažené v obalu, jehož tlak udržuje jedinečný tvar vzducholodi , přičemž helium lehčí než vzduch podporuje 60 až 80 procent hmotnosti letadla. Airlander 10 je vybaven sadou pneumatických smyků, které jsou navrženy tak, aby umožnily vzducholodi přistát a vzlétnout z nejrůznějších terénů i z vody.
Airlander 10 je schopen zůstat nahoře pět dní v posádce a více než dva týdny bez posádky. Typ měl potenciál pro různé civilní a vojenské aplikace; mezi ně patří přepravní účely, provádění leteckého dohledu, fungující jako komunikační relé, podpora operací pomoci při katastrofách a různé služby cestujícím, jako jsou lety pro volný čas a luxusní VIP povinnosti. Mnoho z těchto povinností by mohlo zahrnovat různé konfigurace modulu mise vzducholodi, který by vyhovoval. Northrop také uvedl, že LEMV by mohl být použit jako nákladní letadlo, přičemž tvrdil, že má dostatečný vztlak k přepravě 7 tun (7 000 kg; 15 000 lb) nákladu 3 900 km při rychlosti 50 km/h. Podle společnosti HAV by konstrukce umožnila operátorům vybrat si mezi kompromisy mezi vytrvalostí a kapacitou nákladu, přepravovat až 14 000 kg (30 000 liber) nákladu.
Letová paluba a ovládací prvky
Airlander 10 má značnou letovou palubu se čtyřmi velkými okny od podlahy ke stropu, které zajišťují vysokou úroveň vnější viditelnosti. Zatímco vzducholoď byla původně představována jako bezpilotní , HAV přijal volitelně pilotovaný přístup v důsledku zájmu zákazníků o tyto operace. V roce 2015 byly do Airlanderu 10 instalovány pozice pro jednoho pilota a pozorovatele; MĚLI v úmyslu přijmout v budoucnosti konfiguraci s dvojitým pilotem spolu s větším výskytem ovládacích prvků a přístrojového vybavení ve skleněném kokpitu . Vzducholoď je ovládána postranní páčkou namontovanou na pravé straně, poněkud připomínající rotorové letadlo ; neexistují žádné kormidelní pedály, boční páka je místo toho automaticky podřízena lopatkám . Kokpit je vybaven avionikou vyrobenou společností Garmin ; sada obsahuje televizní systém s uzavřeným okruhem, který umožňuje pilotovi sledovat jinak vzdálené motory.
Pohonné jednotky a létající povrchy jsou obě připojeny k systému řízení letu pomocí optiky fly-by-optics , pomocí kabelů z optických vláken, aby se efektivně vyrovnaly s velkým rozsahem vozidla. Pilotními ovládacími prvky jsou různé spínače a potenciometry , které jsou připojeny k systému řízení letu a vytvářejí digitální signály zakódované do světelných pulzů jedním ze tří FCS-Masters a vysílají se na příslušný satelit (y) FCS umístěný kolem vozidla. Těchto 11 satelitů FCS se poté elektricky připojí k příslušnému vybavení, včetně akčních členů pro létání, ovládacích prvků motoru, sekundárních distributorů energie atd. Výstupy z těchto různých jednotek také vedou zpáteční cestou zpět do letové paluby prostřednictvím systému řízení letu, aby poskytly zpětnou vazbu pilot na podmínkách motoru, polohách letové plochy, podmínkách sekundárního výkonu atd. Přechod mezi více režimy letu vozidla je regulován přímo systémem řízení letu, který umožňuje ovládání vozidla lokálně, na dálku nebo v konfiguraci bez posádky. Podle HAV bylo navržení režimu řízení letu usnadněno přirozenou kyvadlovou stabilitou vzducholodi.
Struktura
Trup vzducholodi obsahuje plášť vyrobený z trojvrstvé kombinace kompozitních materiálů . Kůže drží v plynu a zajišťuje tuhost, takže si plavidlo při nafukování zachovává svůj tvar. Čtyři motory, ploutve a letová paluba jsou připevněny přímo na něm. Mezi použité materiály patří Vectran , Kevlar , Tedlar , Polyurethane a Mylar ; vrstva Mylar, obalená ve vrstvách polyuretanového filmu, tvoří plynovou bariéru vzducholodi. Airlander 10 má jako vnitřní rámec pouze membrány a baletky (viz níže); hmotnost z modulu užitečného zatížení je rozložena na každý rám pomocí kabelů vedených napříč a také do trupu. Podle technického ředitele HAV Mika Durhama je celková konstrukční pevnost vzducholodi odvozena z nafouknutí na těsně nad atmosférický tlak s tlakem vodoměru 4 palce (kolem 0,15 psi, 1 kPa nebo 1% standardní atmosféry) ; tato pevnost je dána průměrem nádoby i přes relativně nízký tlakový rozdíl.
Trup je vnitřně rozdělen membránami na celkem šest hlavních oddílů s dalšími dílčími divizemi; tyto divize mohou být zapečetěny v případě mimořádných událostí, jako je například poškození bitvy, což umožňuje zachování většiny helia vzducholodi, a tím i zvedací kapacity. V těchto oddílech jsou umístěny balóny za účelem regulace tlaku plynu; ty jsou nafouknuty na zemi, aby se zvýšila hustota a snížil vztlak. V balónech se nesmí míchat vzduch a helium, což umožňuje, aby každý byl vybaven ventily a ventilátory, aby bylo možné nezávisle zvyšovat a snižovat objem vzduchu; tento přístup je podle HAV jedinečný pro vzducholoď.
Podle odhadů provedených Northropem jsou největší předpokládanou hrozbou pro HAV 304 nepříznivé povětrnostní podmínky, jako je silný vítr nebo bouřky, které by mohly plavidlo ztuhnout. Hrozba, kterou představují větrné podmínky, je částečně způsobena jeho obrovským povrchem ve srovnání s většinou letadel; zejména pozemní operace jsou v takových podmínkách obtížnější, ale nepředpokládá se, že by dosáhly takové míry, že se stanou nemožnými. Podle hlavního zkušebního pilota HAV Davida Burnse bylo nebezpečí z raket relativně nízké, protože mohou vzducholodí projít, aniž by ji nutily dolů. Kůže je údajně schopná zvládnout palbu z ručních zbraní a další příčiny slz kvůli úrovni vestavěné nadbytečnosti a relativně nízkému rozdílu tlaku mezi vnitřkem a vně trupu.
Pohon
Airlander 10 pohání celkem čtyři vznětové motory Thielert Centurion 325 hp (242 kW) V8, které pohánějí sady třílistých trubkových vrtulí, které zajišťují tah při letu i manévrování. Tyto motory jsou umístěny ve dvojicích, přičemž jedna sada je umístěna směrem k zadní části vzducholodi, zatímco druhá je umístěna po stranách předního trupu, upevněného na pahýlových křídlech. Každý motor je vybaven generátorem o výkonu 67 hp (50 kW) , který dodává elektrickou energii vzducholodi a jejím misijním systémům. Sestavu pro každý z bočně uložených motorů lze otočit o 20 stupňů v obou směrech, vektorovat tah, aby byla zajištěna kontrola letu, zejména během přistávání a vzlétání; motory namontované vzadu jsou pevné. Použitím vektorování tahu mohou motory nasměrovat svůj tah dolů a zajistit tak další vztlak během vzletu. Série čtyř variabilních lopatek trojúhelníkového tvaru je umístěna za motory, aby poskytla další řídicí autoritu přesměrováním tahu ze zadních motorů přes ocasní ploutve .
Při plavbě ve výškách lze pohon přepnout na účinnější elektrický pohon napájený z centrálního generátoru vzducholodi. Díky hybridnímu aerostatickému/aerodynamickému vztlakovému přístupu lze palivo vynakládat, aniž by se vstoupil do stavu pozitivního vztlaku, který by vyžadoval rutinní odvětrávání hélia, aby mohl přistát, což je nákladná slabina přítomná u konvenčních vzducholodí. Palivo je primárně obsaženo v 12 metrů dlouhém (40 ft) hlavním palivovém modulu, kde je uloženo až devět tun paliva; hlavní nádrž je doplněna samostatnými zadními a předními nádržemi, které obsahují až čtyři tuny (4 000 kg; 8 800 lb) . Aby se optimalizovala cestovní účinnost, lze úhel dopadu upravit čerpáním paliva mezi přední a zadní nádrží.
Provozní historie
Projekt LEMV a HAV 304
Dne 14. června 2010 byla podepsána dohoda o vývoji projektu mezi americkým armádním vesmírným velitelstvím a strategickým velením protiraketové obrany/armádních sil a Northrop Grumman. Dohoda také zahrnovala možnosti pro pořízení dalších dvou vzducholodí. Časová osa pro LEMV byla 18měsíční plán začínající v červnu 2010, který zahrnoval inflaci vozidla přibližně v 10. měsíci. Další provozní charakteristika by nastala v Yuma Proving Ground , Arizona, v měsíci 16. Náklady na projekt se pohybovaly mezi 154 miliony a 517 miliony dolarů, závisí na všech možnostech. Náklady zahrnovaly návrh, vývoj a testování systému vzducholodí během 18měsíčního období, po němž následoval transport do Afghánistánu za účelem vojenského posouzení.
Během vývoje došlo k technologickým výzvám a mnohonásobnému zpoždění. V říjnu 2011, letecká publikace Flight International oznámila, že LEMV byl naplánován provést svůj první let v listopadu 2011, o tři měsíce později, než bylo původně plánováno. Podle mediálních zpráv byl první let LEMV přeplánován na začátek června 2012; blíže nespecifikované problémy však zpozdily let až do srpna 2012.
LEMV vyžadoval minimálně 300 m (1 000 stop) dráhy (porušující požadavek nezávislý na dráze) a bod uvázání s 100 m (300 stop) volnou rovnou plochou, na které je možné zaparkovat, což jim znemožnilo provozovat maximálně velké základny a všechny malé základny.
Dne 7. srpna 2012 provedl LEMV, nesoucí registraci US Army 09-009, svůj první let nad Joint Base McGuire-Dix-Lakehurst , New Jersey. Let trval 90 minut a byl proveden s posádkou na palubě, pilotován hlavním testovacím pilotem Davidem Burnsem. Prvním primárním cílem letu bylo provést bezpečné spuštění a zotavení se sekundárním cílem ověřit provoz systému řízení letu. Mezi další cíle prvního letu patřilo testování a předvádění letové způsobilosti a ověřování výkonnosti na úrovni systému. V tomto okamžiku se předpokládalo, že k bojovému nasazení LEMV do Afghánistánu dojde počátkem roku 2013.
Dva měsíce po zkušebním letu americká armáda uvedla, že má obavy z odeslání vzducholodi do zahraničí; mezi ně patřila bezpečnost, doprava na místo operace a časová osa nasazení. Americká armáda plánovala předvést první LEMV v Afghánistánu 18 měsíců po podpisu smlouvy; v jednom okamžiku návrhy zahrnovaly plány na výstavbu dalších pěti vzducholodí po dokončení mise. V říjnu 2012 Úřad pro vládní odpovědnost (GAO) uvedl, že projekt LEMV byl o 10 měsíců pozadu oproti plánu z důvodu kombinace faktorů, včetně problémů s výrobou tkanin, odstraňováním cizích složek prostřednictvím cel a vlivem nepříznivých povětrnostních podmínek.
Dne 14. února 2013 americká armáda potvrdila, že zrušila vývojové úsilí LEMV. V prohlášení tiskového mluvčího amerického velitelství vesmírné a protiraketové obrany bylo zrušení důsledkem technických a výkonnostních výzev, se kterými se setkaly, a také omezení zdrojů, která vstoupila v platnost. Získané praktické a teoretické znalosti byly přesměrovány z LEMV do programu JLENS .
Znovuzískání a prototyp Airlander 10
Americká armáda věřila, že technická data a počítačový software projektu mohou být užitečné pro budoucí projekty, ale že jeho prodej ušetří peníze. Společnost Hybrid Air Vehicles projevila zájem o koupi vzducholodi s tím, že ji chtějí použít pro lety za chladného počasí a další testování pro vývoj jejich navrhované 50tunové nákladní vzducholodi „Airlander 50“. Nabídka HAV zahrnovala základní avioniku, kotvicí stožáry a náhradní motory, ale nikoli speciální vybavení nebo helium. Díky této jediné nabídce na stole Pentagon v září 2013 prodal vzducholoď LEMV zpět společnosti HAV za 301 000 dolarů.
Vyfouknutá vzducholoď byla vrácena do Velké Británie, kde prošla opětovnou montáží a úpravou jako prototyp Airlander 10 na letišti Cardington . V dubnu 2014 společnost HAV oznámila, že vytváří průmyslový tým se společnostmi Selex ES a QinetiQ, aby vyvinula a předvedla senzorické schopnosti modelu Airlander 10, a že bylo naplánováno tříměsíční demonstrační období pro britské ministerstvo obrany . Jedno navrhované použití je jako mateřská loď pro spuštění více UAV.
V dubnu 2014 bylo oznámeno, že jak Evropská agentura pro bezpečnost letectví (EASA), tak britský úřad pro civilní letectví (CAA) schválili potřebná povolení pro návrat Airlanderu 10 na let. V jednom okamžiku měl HAV v úmyslu, aby vzducholoď dokončila opětovnou montáž a byla připravena na zkušební lety do prosince 2014; při hledání dalšího financování od komerčních a vládních subjektů však došlo ke zpoždění. Projekt získal financování Spojeného království i EU na podporu dalšího rozvoje vzducholodi, v březnu 2016 činil celkem 7 milionů GBP. Crowdfunding od široké veřejnosti také získal 2,1 milionu GBP.
Znovu zaregistrován jako G-PHRG, 21. března 2016 byl veřejně odhalen plně sestavený Airlander 10; v tomto bodě HAV oznámil, že typ bude v budoucnu nabízen pro civilní i vojenské použití. Airlander 10 má také sloužit jako prototyp pro ještě větší verzi vzducholodi, označovanou jako Airlander 50 . Podle zpráv několik vojenských zákazníků projevilo zájem o potenciální využití tohoto typu, včetně projektované bezpilotní konfigurace. Pojmenovaná Martha Gwyn po manželce předsedy společnosti, vzducholoď se stala populárně známá jako „létající zadek“ pro „podobnost jejích baculatých předních konců sdílí s lidským zadním koncem“.
Dne 17. srpna 2016, první zkušební let se konal na mateřském letišti letadla, Cardingtonu Airfield v Bedfordshire , Anglie , a trval 30 minut. Při konečném přiblížení ke kotvícímu stožáru na konci druhého zkušebního letu dne 24. srpna 2016 se kotevní lano vzducholodi zapletlo do drátů a nos narazil na zem, čímž poškodil kokpit. Posádka byla bez zranění.
Airlander 10 byl opraven a vybaven nafukovacími „patkami“ navrženými tak, aby se daly nasadit za 15 sekund, aby chránil kokpit při nouzovém přistání. Letové zkoušky obnovilo 10. května 2017. Dne 13. června 2017 dosáhl Airlander během svého čtvrtého zkušebního letu výšky 3 070 stop (1 070 m).
Dne 18. listopadu 2017 se vzducholoď za silného větru vymanila ze svých kotvících míst, automaticky zatáhla za bezpečnostní roztrhávací panel, aby se vyfoukl a spadl na zem. Dva lidé utrpěli lehká zranění. V lednu 2019 bylo oznámeno, že letoun shromáždil dostatečné údaje k dokončení svého testovacího a certifikačního programu a bude v důchodu.
Produkční verze Airlander 10
Po testovacích letech prototypu získal Airlander 10 schválení organizace CAA a organizace EASA Design Organization.
V lednu 2020 společnost plánuje výrobu šarže certifikovaných, standardních hybridních vzducholodí Airlander 10. Ve srovnání s prototypem se plánuje snížení aerodynamického odporu, vylepšený podvozek a větší kabina užitečného zatížení. HAV odhadli, že stopa CO2 na cestujícího v Airlanderu 10 bude asi 4,5 kg, ve srovnání s asi 53 kg na cestujícího v proudovém letadle.
Technické specifikace
MÁ 304
Zdroj:
- Délka: 91 m (298 ft 7 v)
- Šířka: 34 m (111 ft 7 v)
- Výška: 26 m (85 ft 4 v)
- Obálka: 38 000 m 3 (1 300 000 krychlových stop)
- Motory: čtyři × 350 hp (260 kW), 4 L přeplňovaný vznětový osmiválec
Airlander 10
Data z hybridairvehicles.com
Obecná charakteristika
- Kapacita: 10 000 kg (22 050 lb)
- Délka: 92 m (302 ft 0 v)
- Rozpětí: 43,5 m (143 ft 0 v)
- Výška: 26 m (85 ft 0 v)
- Objem: 38 000 m 3 (1 340 000 krychlových stop)
- Hrubá hmotnost: 20 000 kg (44 100 lb)
- Maximální vzletová hmotnost: 33 285 kg (73 381 lb)
- Pohonná jednotka: 4 × 4 litrové přeplňované vznětové motory V8, každý o výkonu 242 kW (325 k)
Výkon
- Cestovní rychlost: 148 km/h (92 mph, 80 Kč)
- Výdrž: 5 dní s posádkou
-
Servisní strop: 6 100 m (20 000 stop) Rychlost
loiteru 20 uzlů (37 km/h)