Конструкции

Автолёт

Мы живём в то время, когда легковые автомобили достигли хорошего совершенства и очень нравятся своим владельцам. Спрос на это средство транспорта очень велик, что позволяет хорошо финансировать новые разработки.
У лёгких самолётов на 4-5 человек картина обратная: применение ограничено, спрос мал и как следствие — почти полное отсутствие прогресса. Оставим в стороне потребительские свойства и технические трудности. Рассмотрим эти транспортные средства с точки зрения их экологии. Человек не желает перемещаться медленно. Значит, потребная мощность для транспортного средства с полной массой 1500кг будет более 100кВт. Для самолётов мощность не превысит 400кВт. Поскольку самолёт должен лететь дальше, чем может ехать автомобиль, то его необходимо заправлять топливом, а не электричеством. А значит, на нём останется двигатель внутреннего сгорания ДВС. В этом диапазоне мощностей (100кВт...400кВт) хорошей экономичностью и весовым совершенством может обладать только поршневой двигатель — ПД.
Условия работы ПД на автомобиле плохие. В частности, тёплый воздух с поверхности дороги снижает эффективный КПД. Повышение температуры в камере сгорания способствует увеличению концентрации окислов азота в выхлопных газах.
На самолёте, с набором высоты, картина обратная. До высоты 11 000м эффективный КПД может расти. Росту КПД будет способствовать турбонаддув, который в стратосфере просто необходим. При одинаковой мощности, расход топлива на высоте будет меньше чем у поверхности земли, причём, уменьшаются и вредные выбросы за счёт поддержания оптимальной температуры в камере сгорания.
Сравним теперь аэродинамические недостатки автомобиля и самолёта. Их следствие — это шум. Чем больше вихрей, чем больше их мощность и скорость, тем больше шумит автомобиль или самолёт. Можно без преувеличения сказать, что вся мощность расходуется на образование воздушных вихрей. Поэтому, чем меньше вихрей и чем меньше их скорость, тем экономичней движение транспорта, и тем меньше он шумит.
Основной аэродинамической проблемой автомобиля является его движение на разделе двух сред: воздуха и дороги. Существенно уменьшить вихреобразование между днищем и дорогой нельзя, каким бы гладким это днище не было. Другая неприятность — колёсные ниши, особенно если учесть двойную скорость верхней части шин. Шины шумят ещё и от удара о дорогу.
Общий принцип борьбы с сопротивлением воздуха — это уменьшение поверхности смачивания, но на современных легковых автомобилях этот путь практически исчерпан.
У легкого самолёта на 4-5 человек площадь смачивания будет несколько больше за счёт площади крыльев и оперения. Однако на самолёте можно добиться хорошего обтекания всех поверхностей. Скорость конца лопасти воздушного винта может быть меньше двойной скорости полёта. Значит, такой самолёт может шуметь меньше, чем легковой автомобиль, при одинаковой скорости движения. А если винты заменить компрессорами (реактивным движителем), то маленький самолёт станет совсем тихим. Экономичность самолёта напрямую зависит от Качества К, Весовой отдачи ВО и КПД силовой установки. К=20, ВО=0,6. Таким образом, с применением высокопрочных материалов, прежде всего углеродного волокна, расход топлива на самолёте может быть меньше чем на легковом автомобиле с ДВС.
Но человек живёт на земле, опоясанной дорогами. Аэродромы встречаются не часто. Самолёт неудобен тем, что им нельзя пользоваться как автомобилем. Даже у очень маленьких самолётов размах крыла почти 10 м, а поперечный габарит по правилам дорожного движения— 2,5 м.
Биплан с кабиной на 4-5 человек и очень узкими крыльями, хорда которых не превышает 0,4 м, сможет ездить по дорогам, если его несущие поверхности будут автоматически складываться. Такое транспортное средство можно назвать летающий автомобиль «АВТОЛЁТ (Airvan)».
Его взлётная масса будет равна 2400 кг масса полезного груза 800 кг, при этом дальность полёта не менее 6000 км. Скорость взлёта 150 км/ч, крейсерская у Земли 250 км/ч. Движение по дороге планируется с помощью привода на колёса от вспомогательной силовой установки со скоростью 60 км/ч. Прототип Автолёта построен и успешно испытан автором в 1993 году на аэродроме «Рыбинск южный». Именно хорошие лётные данные, которые показал прототип — биплан «8М», позволяют надеяться на то, что идея Автолёта станет реальностью.
Петр Генрихович полагает, что Автолёт может быть экологически более чистым, чем автомобиль и найдёт спрос в приемлемых объёмах.

Слоганы к Автолёту

Автолёт — новый вид транспортного средства, сочетающего в себе: самолёт, автомобиль, парашют и запасной парашют.
Автолёт — это самолёт для трансконтинентальных перелётов.
Автолёт — это микроавтобус, оборудованный всеми системами безопасности и жизнеобеспечения.
Автолёт — это надёжная парашютная система.
Автолёт похож на вертолёт, но может гораздо больше. Он расширяет возможности человека, делает его свободным в двух средах: в воздухе и на земле.
Если Вы, пролетая над домом своего друга, захотели его навестить, Вам достаточно только нажать кнопку "Парашютный спуск", и Ваш Автолёт спланирует на дорожку перед домом, как парашютист. Кончается топливо? Автолёт может подъехать к любой АЗС, ведь крылья у него складываются, и его габариты не превышают разрешённых для транспортного средства.
Ну, а если надо лететь на другой континент? Взлетайте с аэродрома под вечер! Тогда утром Вы будете над заданной точкой. Кабина трансформируется в спальное помещение, а управление возьмёт на себя автопилот GPS. Комфортно ли отдыхать в Автолёте? Да! Как в высокогорном отеле. Передвигаться быстро — это не цель Автолёта.
Престиж, безопасность и экономичность — вот то, что даёт летающий автомобиль Автолёт.

 

 

Чертеж Автолёта с веретенообразной кабиной — в духе самолетов Берта Рутана. Лобовое остекление заменено видеокамерами и мониторами, заодно закрыт вопрос с попаданием гуся в лобовое стекло. Вмятину в кевларо-угольной обшивке гусь сделать может, но не пробьет. Добавлена пилотская дверь для входа со сложенными крыльями. Дверь-санузел может цепляться к левой полукоробке, позволяя пассажиру в инвалидной коляске самостоятельно попасть в кабину. Хвостовые винты для снижения шума заменены компрессорными движителями с приводом от дизеля мощностью 400 кВт и КПД 50%. Шасси нарисовано полностью электрифицированным с приводом от дизель-генератора в носовой части мощностью 40 кВт. Работа вспомогательной силовой установки прогревает крылья и маршевый двигатель во время поездки на аэродром. То есть не нужно дополнительное время для аэродромной подготовки. Стоит отметить, что значительная часть комплектующих выпускается автомобильной промышленностью — это необходимые двигатели, электронное и навигационное оборудование (причем не авиационное, а автомобильное), исполнительные механизмы, силовые электромоторы и электроника к ним. А вот то, что не имеет никаких аналогов, так это шасси, включая колёса, силовые замки и шарниры. Но тут нет ничего фантастического — на современном уровне техники можно подобрать нужные решения.

У любого Человека есть предшественник

У любого изделия есть прототип. У Автолёта — это биплан "8 Марта". Для понимания конструкции Автолёта необходимо знать идеологию биплана.
Крыло биплана (Бипланная Коробка) при всех прочих равных, во столько раз легче крыла моноплана, во сколько расстояние между плоскостями больше расстояния между центрами полок лонжерона моноплана — это сопроматный факт. С учетом ограничения по устойчивости БК (по модулю упругости для углепластика) этот показатель равен 4. У "8 Марта" при удлинении 13,5 — суммарной площади поверхностей 5,6 м2 и размахе 8,7 м масса БК составила 25 кг (при грузоподъёмности 300 кг). Если бы это было монопланное крыло, то прирост массы составил бы 75 кг и "автоматически" из двухместного самолёт превратился бы в одноместный! Но не всё так просто, из-за малой хорды крыльев появился новый вид "нежесткости" — это вращение плоскостей вокруг вертикальной оси. Выход один — замкнутый несущий фюзеляж без вырезов, конструктивно входящий в силовую схему БК (впервые применён в истории авиации). Другими словами БК большого удлинения должна быть широкофюзеляжной. В условиях болтанки визуально БК "8 Марта" была жестче БК "Ан-2" (хотя и на Антонове прогибы БК мало кто замечает, запас прочности тоже равен 10 — отсюда секрет долголетия). БК "8 Марта" одностоечная двухподкосная. Элероны-закрылки расположены на нижнем крыле. Подкосы, стойки и центропланы выполнены из углепластиковых стержней, оформленных на концах проушинами (впервые в мировой технологической практике), благодаря чему стала возможной надёжная сборка БК на болтах и стыковка полукоробок к фюзеляжу. Так что БК "8 Марта" — это шедевр. Всё остальное сделано на хорошем уровне с широким использованием сэндвич панелей.

Весовой расклад - он примечателен

Винтомоторная группа — 70 кг из них пилон 4 кг, два винта диаметром 0,9 м по 0,45 кг, два двигателя РМЗ-640 (20 кВт) по 32,5 кг, управление 0,1 кг
БК — 25 кг.
Шасси — 20 кг.
Кабина — 13 кг.
Хвост — 7 кг из них 2,5 кг стабилизатор и 4,5 кг хвостовая балка с килем.
Нормальная грузоподъёмностью – 165 кг:
Итого вся конструкция – 135 кг.
Понятно, что ВМГ такой же мощности на современном уровне должна иметь массу — 20 кг, а если вместо фанеры на шасси применить углепластик, то и масса шасси не превысит 10 кг. Получается, что масса конструкции (будь у меня эти деньги) могла бы быть 75 кг, добавим к ней полезных механизмов на 25 кг — получится ровно 100 кг. Взлётная масса 300 кг сохраняется, а это значит, что конструкция биплана может поднимать два собственных веса да еще со скрытым весовым резервом в четверть массы конструкции, напомню при 10 кратном конструктивном запасе.

Идеи летающего автомобиля

Именно этот скрытый весовой резерв натолкнул меня на мысль о принципиальной возможности создания "механического транспортного средства" (термин из правил дорожного движения), с оговоренными требованиями, с автоматически складывающимися несущими поверхностями. Конструктивное решение любого узла в изделии определяется не "озарениями и изобретениями", а финансированием, сроками, условиями производства, имеющимися материалами и личным знанием квалификации кадрового состава. И каждая линия на чертеже направлена на одно — сделать узел дешевле (заданные параметры дело само собой разумеющееся). Другими словами, конструировать узел не имея финансирования и так далее, бессмысленно. Инвестор должен понимать: если конструктор уложился в весовой расклад один раз, то какие причины могут быть для не укладывания этим же человеком в свой же расклад во второй раз! При оговоренных условиях этот конструктор сделает то, что обещает. Это его цель жизни!
Экономические перспективы Автолётостроения, как новой отрасли машиностроения
Автолёт является предметом роскоши. Миллионеров становится всё больше и больше — их в мире уже миллионы. Миллионеры будут покупать Автолёты десятками тысяч. По аналогии с созданием автомобильного рынка ясно, что увеличение рыночной стоимости автомобилей достигалось проведением мероприятий, широко освещаемых СМИ. Значит, продать первую партию Автолётов можно только, через выдающееся событие — кругосветный групповой перелёт-автопробег. Который несомненно станет

событием №1 в 21 веке и вполне может создать рыночную стоимость автолёта с нормой прибыли 100%. В дальнейшем, при программе выпуска 50 тыс, ежегодная прибыль составит около €50 миллиардов.

Технические условия создания летающего автомобиля

Для придания этому транспортному средству свойств Автолёта необходимо понять следующее:
Автолёт не может в полной мере обладать свойствами легкового автомобиля, его скорость ограничена возможностями очень сложного убирающегося шасси, удельная прочность которого должна в несколько раз превосходить автомобильное равной грузоподъёмности. Однако учитывая то, что движение по дороге должно происходить в основном в населённых пунктах, скорость 60 км/ч можно признать удовлетворительной.
Автолет должен обладать аэродинамическим качеством не менее 20 и способен поднимать 2 собственных веса, при конструктивном запасе прочности по положительной перегрузке 10. При существующих сегодня конструкционных материалах реализовать складывающееся крыло на этих условиях по схеме моноплана невозможно.
Бипланная коробка большого удлинения на основе углепластиковой композиции (опыт создания и лётных испытаний которой я имею) вполне может решить эту задачу.
При равной площади, удлинении (20) и грузоподъёмности (прочности) в сравнении с крылом моноплана, разработанная мной БК в 4 раза легче и в 5 раз дешевле. Этот замечательный факт позволяет надеяться, что себестоимость Автолёта может остаться равной себестоимости углепластикового моноплана аналогичного класса.
Таким образом, Автолёт по дальности, скорости и экономичности может конкурировать с самолётами, по комфорту с микроавтобусами (высота кабины от пола до потолка 1,9 м, сменный санузел), подарив новое потребительское качество — автоматически складывать крылья и уезжать с аэродрома.

Самолет назван в честь женского дня – 8 Марта

В период с 20 февраля по 10 марта на севере России устанавливается хорошая погода. Продолжительность дня для зимнего периода максимальна. Работать на открытом воздухе можно продолжительное время. Низкая температура способствует поддержанию высокого морального духа. Глубина снежного покрова достигает одного метра. Снег плотный и хорошо смягчает падения. Практически все поля становятся ровными, то есть пригодными для посадок самолёта на лыжах. Использование дежурных снегоходов в аварийных ситуациях очень эффективно. Эти факторы значительно повышают безопасность испытательных полётов, особенно при ограниченном финансировании.
Поэтому, дата 8 Марта является для меня символом безопасности, которой при создании самолёта было уделено особое внимание.

Например: плоскость вращения винтов выведена из зоны обслуживания, так как винты представляют наибольшую опасность при испытании авиатехники. Кроме того, конструкция была очень хорошо продумана по пассивной безопасности, особенно по части отсутствия вторичных повреждающих факторов.

Идея создания прототипа летающего автомобиля

К 1987 году мной был накоплен достаточный опыт по технологии стеклопластиковых конструкций. То есть, изготовлены авиамодели, размах крыла которых достигал 2500 мм. Причём масса моделей обычно была в три раза меньше возможной взлётной массы. Модели были совершенными с точки зрения весовой культуры. Но эти достижения годились для строительства самолёта лишь отчасти. Смущало то, что расчётная масса крыла получалась очень большой. Финансовые возможности и помещение не позволяли делать монолитную деталь массой более 50 кг. Именно столько должен был весить лонжерон моноплана. Пришлось обратиться к схеме бипланной коробки. Её масса обещала быть всего 25 кг (при равной с монопланным крылом площади и большей прочности). Конструктивный запас прочности по положительной перегрузке равнялся 10. Взлётная скорость с экипажем 2 человека получалась 90 км/ч.
Работая в Рыбинском аэроклубе, я участвовал в эксплуатации самолётов Ан–2 и Як–52 в зимнее время. Хорошие летом самолёты зимой становились плохими.
Вот только некоторые недостатки, которые проявляются у Як–52 – конструкции образца середины семидесятых годов прошлого века.

Недостатки	Способ устранения	Время
Замерзает масло	Подогрев маслосистемы и двигателя аэродромной печкой	30–40 мин.
Обмерзает остекление	Приоткрыть кабину	В течение полета
Печка не эффективна	Не устраняется	–
Сквозняки	Не устраняется	–
Не разворачивается	Разворачивает группа из 2–х человек	5–15 мин.

Я решил в своей конструкции этих недостатков избежать следующими способами:
Топливная смесь, применяемая в двухтактных двигателях, на морозе не замерзает.
Остекление выполнено двойным, на манер иллюминаторов высотных самолётов.

Применён электрообогрев кабины.
Сквозняки — это зазоры. Удалось их минимизировать, за счёт повышенной точности изготовления деталей кабины.
Применение двухмоторной схемы позволяет производить развороты двигателями независимо от условий покрытия аэродрома и силы бокового ветра. Такая схема, пожалуй, является единственно приемлемой для зимней эксплуатации самолётов.
Вся конструкция была тщательно рассчитана и выполнена с применением специальной, относительно дешевой технологии.
Например: как получить ровную глянцевую (с заданной шероховатостью) поверхность самолёта, не прибегая к специальным операциям выравнивания? Другими словами: шпатлёвки не должно быть, а краска должна включаться в силовую схему несущей обшивки. Ответ: надо покрасить самолёт не после сборки, а перед началом изготовления обшивки. Покрасить несуществующий самолёт значительно дешевле, чем изготовленный.
Сегодня такая технология применяется на некоторых видах спортивных изделий, но в начале девяностых годов прошлого века подобные "выверты" редко где можно было встретить. И так далее в таком духе. Не удивительно, что "8М" обладал хорошими техническими данными. Первый полёт состоялся 31.01.1993 г.

Назначение самолёта — многоцелевой
Экипаж — 2 человека
Размах, мм — 8 700
Длина, мм — 4 800
Высота, мм — 1900
Площадь крыла, м² — 5,6
Масса пустого, кг — 135
Масса взлётная, кг — 300
Максимальная скорость, км/ч — 200
Крейсерская скорость, км/ч — 150
Посадочная скорость, км/ч — 90
Скороподъёмность, м/с — 5

 

Цель создания биплана "8-М"

– установить мировой рекорд высоты для летательных аппаратов массой до 300 кг. Необходимо было достичь высоты в 10 000 метров над уровнем аэродрома. Конструкция самолёта позволяла произвести соответствующую модификацию. При подготовке к рекорду 24.02.2001 г. состоялся последний полёт "8М". Из-за отказа правого двигателя на взлёте не удалось координировано выполнить первый разворот, я потерял скорость, самолёт сорвался в правый штопор с высоты 70 метров и столкнулся с поверхностью аэродрома, сделав пол витка. Конструкция, разрушившись, полностью поглотила удар. Расчётное среднее ускорение превысило 200 м/с², однако обошлось без переломов. Я отделался царапинами и ушибами. Самолёт спас мне жизнь и здоровье — хороший был самолёт.

Отзыв "ОКБ Сухого" на разработку Автолёта конструкции Антипова

 

 

Немного из истории создания летающего автомобиля

 

В 1946 году дальний родственник изобретателя паровой машины Роберт Фултон (Robert Fulton) известный своим кругосветным мотопробегом и разбогатевший во время второй мировой войны на производстве стрелкового тренажера для зенитчиков, берётся за создание "Летающей амфибии" (Airphibian). Он твёрдо решил, что вместо адаптации автомобиля к небу нужно приспособить к дороге самолёт. Крылья и секция хвоста самолёта снимались, а пропеллер прикладывался к фюзеляжу. Имелся шестицилиндровый двигатель мощностью 150 лошадиных сил, "Амфибия" могла лететь со скоростью 120 миль в час и ехать на 50 милях в час. О преобразовании самолёта в авто и наоборот Фултон говорил, что "домохозяйка может сделать это одна за пять минут". Airphibian стала первым в мире летающим автомобилем, получившим сертификат Управления гражданской авиации США (Civil Aeronautics Administration) — предшественника FAA (Federal Aviation Administration). Однако, несмотря на очевидный успех летающей машины, Фултон не сумел довести её до массового производства — не удалось найти деньги.

Информация предоставлена www.membrana.ru
Несомненно, Фултон достиг наибольшего успеха за всю историю создания комбинированных транспортных средств. Вот только возить все время с собой домохозяйку-механика для складывания и раскладывания конструкции было не по карману среднему американскому миллионеру. Бесконечно что-то собирать и разбирать состоятельные люди (американцы в частности) не любят.

Летающий автомобиль-трансформер Transition https://terrafugia.com/transition/
Terrafugia — это пионерская разработка в области Летающих автомобилей. Если посмотреть в историю создания летающих автомобилей, то необходимо было в аэропорту перед взлетом пристегнуть крылья или отстегнуть хвост после полета. Terrafugia уникальная разработка, он может сложить свои крылья и перемещатся по любой дороге не создавая помех транспорту. Вам даже не нужно выходить из вашей машины, раскладные крылья активируются тумблером внутри кабины. Terrafugia отмечена наградами MIT-trained engineer. Летающий автомобиль Terrafugia готов к полетам и при желании Вы можете его купить.

Остальные «летающие автомобили» требуют определённой работы по раскладыванию крыльев и подготовке ЛА к полёту. Смотри статью на сайте https://airvan.ru/data/uploads/comparison_of_fly_cars.pdf

Что касается многочисленных мультикоптеров, то считать их летающими автомобилями нельзя по двум причинам. Они не складываются до габаритов транспортного средства - 2,5м. У них нет отдельного привода на колёса.

Наиболее перспективным в этом плане вертикально взлетающим средством может быть соосный вертолёт на четырёхколёсном электрошасси, возможно полностью электрический, Такой может вылетать из пробок если винты выше рядом стоящих легковушек.
http://www.clubrotor.ru/vert_rotorfly.html

Однако для городского воздушного перемещения нужна инфраструктура
https://airvan.ru/data/uploads/avianesuschee-zdanie-i-ego-strizhi.pdf

иначе это будет выглядеть как хулиганство.

 

 

• СВЕРХНИЗКОПРОФИЛЬНОЕ КОЛЕСО

Добиваться уменьшения трения качения шин — это современная тенденция в развитии транспортных средств. Результат достигается за счёт уменьшения толщины и высоты боковин шины низкопрофильного колеса. При этом жесткость шин уменьшается, что накладывает ограничение на их практическую эксплуатацию. Для того чтобы сделать низкопрофильную шину жёсткой, предлагается закрепить внутри неё двойной усечённый конус. Он сможет препятствовать деформациям шины от действия боковых сил. Условием эксплуатации такого колеса является необходимость активной электронной подвески. Задача которой — управлять положением пятна контакта шины с дорогой в соответствии с действующими боковыми силами. Доля потерь на сопротивление качению у грузовиков является наибольшей, поэтому предлагается конструкция колеса грузоподъёмностью 50 кН. Данная конструкция (патент РФ на изобретение № 2270101) может быть реализована только на основе новых технологий.

Подробная информация о разработке

 

Ил-103 и Биплан Региональный

Рассмотрим, какие возможности даёт бипланная коробка большого удлинения применительно к лёгким поршневым самолётам на 4-5 мест.
Для сравнения выберем Ил-103 неплохой классический низкоплан с американским двигателем.

1 Раз бипланная коробка легче в 4 раза аналогичного монокрыла, то есть возможность поставить отечественный автомобильный двигатель вместо импортного авиационного. Это снижает цену самолёта, упрощает его эксплуатацию.
2 Применение углекомпозита позволяет значительно увеличить размах крыла. Это приведёт к двукратному уменьшению расхода топлива за счёт уменьшения индуктивного сопротивления. Запас топлива может быть в полтора раза меньше, а дальность в полтора раза больше.
3 Углекомпозит позволяет создать высотную кабину с наддувом большего диаметра, что сделает полёт выше облаков комфортней, а экономичность двигателя на высоте возрастает.
4 Взлётная масса Биплана Регионального получается меньше Ил-103 при практически равной площади крыла. Это уменьшает взлётную дистанцию и посадочную скорость. В совокупности с «планерным» Аэродинамическим Качеством полёт без двигателя становится настолько безопасным, что необходимость в спасательном парашюте отпадает.
5 В носу самолёта вместо кресел пилотов предусмотрена зона деформации. Лобовой обзор виртуальный за счёт отображения картинки высокой чёткости на мониторе. Пассажиры сидят спиной к полёту. Такое положение значительно безопасней в случае столкновений.
6 Благодаря большой строительной высоте как бипланной коробки, так и контрподкосного горизонтального оперения, несущие поверхности можно складывать и буксировать самолёт на жёсткой сцепке за автомобилем. То есть, не платить за стоянку на аэродроме.
7 Жидкостная система охлаждения двигателя не только позволяет хорошо обогреть кабину, но и направить тепло в несущие поверхности, предотвратив образование льда.

 

Полярный биплан с размахом крыла 39 метров ПБ-39 и L-410.

Лучше всех на местных воздушных линиях СССР зарекомендовал себя чешский самолёт L-410. Его производство локализовано в России.
L-410 является классическим двухмоторным высокопланом. Цельнометаллическая конструкция оснащена двумя турбовинтовыми двигателями GE H80-200. На концах крыльев в обтекателях расположены топливные баки. Они частично разгружают крыло от изгибающего момента подъёмной силы. Такое решение ухудшает управляемость на взлёте и посадке, что иногда приводит к катастрофам.
Рассмотрим какие преимущества сулит нам переход от классического верхнеплана на композитный биплан, оснащённый аналогичными двигателями.

 

1 Бипланная коробка легче монокрыла в 4 раза. Это значит, что можно взять дополнительную полезную нагрузку. То есть не 19 пассажиров, как на L-410, а 30 у ПБ-39. И больше топлива: 3000кг вместо 1300кг.  Это в полтора раза больше с теми же двигателями.
2 Переход с алюминия на углекомпозит позволяет сделать герметичную кабину большего диаметра, увеличить длину хвоста и размах крыла. При этом, масса конструкции может быть снижена с 4050 кг до 3000 кг.
3 Благодаря увеличенной прочности и жесткости, а также уменьшенному индуктивному сопротивлению биплан может поднять больший груз на большую высоту: 10000м вместо 4200м у L-410.
4 Увеличенное аэродинамическое качество ПБ-39  за счёт большего удлинения крыла и большее количество топлива позволяет повысить дальность полёта на высоте 10000м в четыре раза. Соответственно, экономичность увеличивается более чем вдвое.
5 Поскольку биплан летит на большей высоте, то и скорость его больше 500км/ч вместо 335км/ч у L-410.
6 Посадочная скорость, наоборот, меньше, так как нагрузка на крыло уменьшена. На пустом ПБ-39 она сопоставима с Ан-2.
7 Безопасность ПБ-39 значительно выше остальных самолётов так как
1.    Меньше нагрузка на крыло
2.    Больше аэродинамическое качество
3.    Лучше управляемость
4.    Прочнее кабина
5.    В носу есть зона деформации
6.    Бипланная коробка безопасно повреждается
7.    При падении L-410 центроплан разрушает фюзеляж и давит людей, на ПБ-39 центроплан входит в силовую схему фюзеляжа укрепляя его.

 

 

Дирижабль Дух Цеппелина

Название «Дух Цеппелина» определяет принципы подхода к строительству, конструкции и эксплуатации дирижабля предложенные Графом Цеппелином.

1. Строительство начинается с плавучего корпуса сборочного цеха (эллинга) Рис 1.

Рис 1.

Цеппелин сделал плавучий эллинг на Боденском озере, который всегда поворачивался против ветра. Смысл этого решения в минимизации цены металлических конструкций которые выдерживают только одну ветровую нагрузку - вдоль корпуса. Эта нагрузка в 10 раз меньше боковой от порывов ветра. Значит, материала для создания конструкции с огромным объёмом надо во столько же меньше. На порядок ниже получится и цена.

Будущий плавучий корпус определяет конструкцию и технологию дирижабля в 10 раз большего объёма. То есть исходный дирижабль находится внутри "цеха-дирижабля". По окончании строительства, цех можно располовинить и дирижабль окажется в открытом воздушном пространстве. Этот подход ценен тем, что при переходе к следующему размерному порядку (2.2 по длине и 10 по объёму) опыт строительства уже будет. В этом дух Цеппелина - строителя.

Вывод: строим цех - тренируемся строить дирижабль.

2. Конструирование основано на принципе жёсткого каркаса, к которому крепится всё. У Цеппелина этим каркасом служили расчаленные фермы. Минус в огромном количестве деталей ферм, в сложности сборки и хрупкости элементов несобранной конструкции. Хороший результат по замене ферм даёт тонкостенная цилиндрическая газонаполненная оболочка Рис 2.

Рис 2.

При равной прочности с фермой она может практически на порядок меньшей массы за счёт "неограниченной" строительной высоты. Получается огромный выигрыш в материале и соответственно в цене. Практически всё как у Цеппелина, только вместо ферм газонаполненные тонкостенные оболочки, находящиеся строго под определённым давлением. И если оболочки не являются для промышленности чем то новым, то автоматы давления ещё предстоит создать. База для этого есть.

3. Эксплуатация транспорта связана с пожароопасностью. Горели не только Цеппелины, большой стальной корабль даже в порту может сгореть дотла. Для безопасности конструкторы Цеппелина решили применить принцип барьерных газов, когда Воздух (окислитель) не контактирует напрямую с водородом (горючим). В качестве барьерного газа планировалось использовать гелий. Гелий и в 21 веке редок и для массового дирижабельного флота подойдёт лишь ограниченно. Основной барьерный газ - азот. Если между водородом и воздухом есть пространство заполненное азотом, то водород будет инертным газом. Пока соблюдается этот принцип, дирижабли пожаробезопасны.

4. Почему нужны дирижабли?

Эмоции

Если говорить о далёком будущем, когда растает 10% льда Антарктиды и все прибрежные мегаполисы будут затоплены в значительной степени, а некоторые и полностью, то ущерб будет настолько велик, что органическое топливо можно смело жечь дальше. Похоже, что человечество уже сегодня начинает говорить этому нет. Сухопутные дизели пытаются поставить вне закона, пока только на легковых автомобилях. Несомненно, что аккумуляторами обзаведутся грузовики и морские суда. Но помогут ли им солнечные батареи? Нет - площадь транспорта очень мала. При повседневной эксплуатации мощность от панелей на транспорте недостаточна. На этом фоне, дирижабли, обладая большой поверхностью и очень малым сопротивлением, способны в теории только на солнечных лучах двигаться со скоростью около 70км/ч. То есть, в плане экологичности принципиально конкурентов у дирижаблей нет.

Прагматика

Регулярное транспортное сообщение имеет преимущество перед нерегулярным. И чем меньше интервалы отправки транспорта, тем удобнее пользователю. Для производителя желательно как можно быстрее доставить товар конечному потребителю. Ускорение денежного оборота в 2 раза эквивалентно двукратному росту богатства. По энергетическим затратам на тонну перевозимого товара дирижабль сопоставим с морским судном схожих размеров. При этом, грузоподъёмность дирижабля в 1000 раз меньше. То есть, сформировать груз в 1000 раз легче, чем для морского судна. Это главное логистическое преимущество воздухоизмещающих судов (дирижаблей) перед водоизмещающими (кораблями). Это похоже на конкуренцию между фурами и Ж/Д составами. Перевозка сверхтяжелых изделий от завода на стройплощадку и освоение новых территорий за пределами дорог по мнению конструктора транспортных средств – это лишь незначительный побочный эффект эксплуатации дирижаблей.

5. Оценим минимальные вложения. Рентабельный дирижабль должен иметь грузоподъёмность не менее 1 000т. 1кг конструкции может поднять 2 кг полезной нагрузки. Итого штука $500 млн. Флот минимум 5 штук - шестой резервный. Нужны ещё пару дирижаблепортов - ещё $2 млрд. Итого минимальная сумма первоначальных вложений $5 млрд.

Для уверенной конкуренции с крупными кораблями надо нарастить грузоподъёмность до 10 000т. То есть, нормальный дирижабль должен иметь длину около километра.

September 17th, 2020