Tiltrotor

Bell Boeing V-22 Osprey

Tiltrotor to statek powietrzny , który generuje siłę nośną i napęd za pomocą jednego lub więcej napędzanych wirników (czasami nazywanych śmigłami ) zamontowanych na obracających się wałach lub gondolach , zwykle na końcach stałego skrzydła . Prawie wszystkie tiltrotory wykorzystują poprzeczną konstrukcję wirnika, z kilkoma wyjątkami, które wykorzystują inne układy wielowirnikowców .

Konstrukcja Tiltrotora łączy możliwości VTOL helikoptera z prędkością i zasięgiem konwencjonalnego stałopłata . W locie pionowym wirniki są ustawione pod kątem, więc płaszczyzna obrotu jest pozioma, generując siłę nośną tak, jak robi to normalny wirnik helikoptera . Gdy samolot nabiera prędkości, wirniki są stopniowo pochylane do przodu, a płaszczyzna obrotu ostatecznie staje się pionowa. W tym trybie wirniki zapewniają ciąg jako śmigło i płat stałych skrzydeł przejmuje zapewnienie siły nośnej poprzez ruch do przodu całego samolotu. Ponieważ wirniki można skonfigurować tak, aby były bardziej wydajne pod względem napędu (np. ze skrętem nasady) i pozwala to uniknąć problemów helikoptera z przeciągnięciem łopat cofających się , tiltrotor może osiągnąć wyższe prędkości przelotowe i masę startową niż helikoptery.

Samolot typu tiltrotor różni się od tiltrotora tym, że obraca się tylko wirnik, a nie całe skrzydło. Ta metoda polega na zamianie wydajności w locie pionowym na wydajność w STOL / STOVL .

Historia

Oryginalny patent złożony 28 maja 1929 r
Transcendentalny Model 1-G unoszący się w powietrzu
Dzwon X-22
Bell XV-15 przygotowuje się do lądowania

Wydaje się, że pierwsze prace w kierunku tilt-rotoru (francuski „Convertible”) pochodzą z ok. 1902 przez francusko-szwajcarów braci Henri i Armanda Dufaux, na które uzyskali patent w lutym 1904, a swoje dzieło upublicznili w kwietniu 1905. [ niewiarygodne źródło? ]

Konkretne pomysły budowy samolotów pionowego startu i lądowania (VTOL) przy użyciu wirników przypominających helikoptery zostały posunięte dalej w latach trzydziestych XX wieku. Pierwszy projekt przypominający nowoczesne tiltrotory został opatentowany przez George'a Lehbergera w maju 1930 roku, ale nie rozwijał on dalej tej koncepcji. Podczas II wojny światowej firma Weserflug w Niemczech wpadła na pomysł swojego P.1003/1 około 1938 roku, który przechylał się do góry z częścią skrzydeł, ale bez pełnych skrzydeł, więc może to być coś pomiędzy pochylanym wirnikiem a płaszczyzny pochylenia. Wkrótce po niemieckim prototypie Focke -Achgelis Fa 269 , został opracowany począwszy od 1942 roku, który przechylał się na ziemię, ale nigdy nie latał. Platt i LePage opatentowali PL-16, pierwszy amerykański samolot typu tiltrotor. Jednak firma została zamknięta w sierpniu 1946 roku z powodu braku kapitału.

Dwa prototypy, które wzbiły się w powietrze, to jednomiejscowy Transcendentalny Model 1-G i dwumiejscowy Transcendentalny Model 2, każdy napędzany pojedynczym silnikiem tłokowym. Prace nad Modelem 1-G rozpoczęto w 1947 r., chociaż nie wzbił się on w powietrze aż do 1954 r. Model 1-G latał przez około rok, aż do katastrofy w zatoce Chesapeake 20 lipca 1955 r., która zniszczyła prototyp samolotu, ale nie spowodowała poważnych obrażeń . pilot. Model 2 został opracowany i latał wkrótce potem, ale Siły Powietrzne USA wycofał fundusze na rzecz Bell XV-3 i nie wyleciał daleko poza testy w zawisie. Transcendental 1-G jest pierwszym samolotem typu tiltrotor, który latał i wykonał większość przejścia helikoptera do samolotu w locie (z dokładnością do 10 stopni względem rzeczywistego poziomego lotu samolotu).

Zbudowany w 1953 roku eksperymentalny Bell XV-3 latał do 1966 roku, udowadniając fundamentalną słuszność koncepcji tiltrotoru i gromadząc dane na temat ulepszeń technicznych potrzebnych do przyszłych projektów.

Wydajność podnośnika załadunkowego VTOL

Powiązanym rozwojem technologicznym jest tiltwing . Chociaż dwa projekty, Canadair CL-84 Dynavert i LTV XC-142 , odniosły sukces techniczny, żaden nie wszedł do produkcji z powodu innych problemów. Tiltrotory generalnie mają lepszą wydajność zawisu niż tiltwingi, ale mniejszą niż helikoptery.

W 1968 roku Westland Aircraft zaprezentował własne projekty - mały statek eksperymentalny (We 01C) i 68-osobowy transportowiec We 028 - na pokazach lotniczych SBAC Farnborough Airshow .

W 1972 roku, dzięki funduszom NASA i armii amerykańskiej , firma Bell Helicopter Textron rozpoczęła prace nad XV-15 , dwusilnikowym samolotem badawczym typu tiltrotor. Zbudowano dwa samoloty w celu sprawdzenia konstrukcji tiltrotoru i zbadania obwiedni lotu operacyjnego do zastosowań wojskowych i cywilnych.

W 1981 roku, korzystając z doświadczenia zdobytego przy XV-3 i XV-15, firma Bell i Boeing Helicopters rozpoczęła prace nad V-22 Osprey , dwuwałowym, wojskowym samolotem typu tiltrotor dla Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych i Korpusu Piechoty Morskiej Stanów Zjednoczonych .

Bell współpracował z Boeingiem przy opracowywaniu komercyjnego tiltrotoru, ale Boeing wyszedł w 1998 roku, a Agusta weszła na Bell / Agusta BA609 . Ten samolot został przemianowany na AW609 po przeniesieniu pełnej własności na AgustaWestland w 2011 roku. Firma Bell opracowała również bezzałogowy statek powietrzny (UAV) z odchylanym wirnikiem, TR918 Eagle Eye .

Rosja miała kilka projektów tiltrotorów, głównie bezzałogowych, takich jak Mil Mi-30 , i rozpoczęła kolejny w 2015 roku.

Około 2005–2010 Bell i Boeing ponownie połączyli siły, aby przeprowadzić koncepcyjne badanie większego Quad TiltRotor (QTR) dla programu Joint Heavy Lift (JHL) armii amerykańskiej. QTR to większa, czterowirnikowa wersja V-22 z dwoma tandemowymi zestawami skrzydeł stałych i czterema odchylanymi wirnikami.

W styczniu 2013 r. FAA określiła amerykańskie przepisy dotyczące hałasu tiltrotorów, aby zachować zgodność z przepisami ICAO . Certyfikacja hałasu będzie kosztować 588 000 USD, tyle samo, co w przypadku dużego helikoptera.

AgustaWestland mówi, że w 2013 roku swobodnie latał załogowym elektrycznym tiltrotorem o nazwie Project Zero , z wirnikami wewnątrz rozpiętości skrzydeł.

przyszłych wymagań armii amerykańskiej w zakresie podnoszenia , wskazując, że Bell sam przejmie inicjatywę w opracowaniu Bell V-280 Valor wraz z Lockheed Martin.

W 2014 roku program Clean Sky 2 (przez Unię Europejską i przemysł) przyznał AgustaWestland i jej partnerom 328 milionów dolarów na opracowanie projektu „cywilnego tiltrotoru nowej generacji” dla rynku offshore, z Critical Design Review pod koniec 2016 roku. cele to odchylane sekcje skrzydeł, 11 ton metrycznych Maksymalna masa startowa , miejsca dla 19 do 22 pasażerów, pierwszy lot w 2021 r., prędkość przelotowa 300 węzłów, prędkość maksymalna 330 węzłów, pułap 25 000 stóp i zasięg 500 mil morskich.

Względy techniczne

Sterownica

W locie pionowym tiltrotor wykorzystuje sterowanie bardzo podobne do helikoptera z dwoma lub tandemowymi wirnikami . Odchylenie jest kontrolowane przez przechylanie wirników w przeciwnych kierunkach. Rolka jest zapewniana przez różnicową moc lub ciąg. Skok jest zapewniony przez cykliczne przechylanie łopat wirnika , czyli gondoli . Ruch pionowy jest kontrolowany za pomocą konwencjonalnego skoku łopaty wirnika i albo konwencjonalnej dźwigni sterowania zbiorczego helikoptera (jak w Bell/Agusta BA609 ) lub unikalne sterowanie podobne do sterowania silnikiem stałopłatu, zwane dźwignią sterowania ciągiem (TCL) (jak w Bell-Boeing V-22 Osprey ).

Problemy z prędkością i ładownością

Zaletą tiltrotoru jest znacznie większa prędkość niż helikoptera. W śmigłowcu maksymalna prędkość jazdy do przodu jest określona przez prędkość obrotu wirnika ; w pewnym momencie helikopter będzie poruszał się do przodu z tą samą prędkością, co obracająca się do tyłu strona wirnika, więc ta strona wirnika widzi zerową lub ujemną prędkość i zaczyna się przeciągać . Ogranicza to nowoczesne helikoptery do prędkości przelotowych około 150 węzłów / 277 kilometrów na godzinę. Jednak w przypadku tiltrotoru można uniknąć tego problemu, ponieważ śmigła są prostopadłe do ruchu w szybkich częściach reżimu lotu (a zatem nie podlegają tym warunkom przepływu wstecznego), więc tiltrotor ma stosunkowo dużą prędkość maksymalną - ponad W dwóch dotychczas pilotowanych typach tiltrotorów wykazano prędkość 300 węzłów / 560 km/h i osiągnięto prędkość przelotową 250 węzłów / 460 km/h.

Prędkość ta jest osiągana nieco kosztem ładowności . W wyniku tej zmniejszonej ładowności niektórzy [ kto? ] szacują, że tiltrotor nie przekracza wydajności transportowej (prędkość razy ładowność) helikoptera, podczas gdy inni dochodzą do wniosku przeciwnego. Ponadto układ napędowy tiltrotoru jest bardziej złożony niż konwencjonalny helikopter ze względu na duże, przegubowe gondole i dodatkowe skrzydło; jednak poprawiona wydajność przelotu i poprawa prędkości w porównaniu z helikopterami jest znacząca w niektórych zastosowaniach. Szybkość i, co ważniejsze, korzyści związane z całkowitym czasem reakcji to główna zaleta poszukiwana przez siły zbrojne korzystające z tiltrotorów. Tiltrotory są z natury mniej hałaśliwe podczas lotu do przodu (tryb samolotowy) niż helikoptery. [ potrzebne źródło ] Oczekuje się, że to, w połączeniu z ich zwiększoną prędkością, poprawi ich przydatność w zaludnionych obszarach do zastosowań komercyjnych i zmniejszy zagrożenie wykrycia w zastosowaniach wojskowych. Tiltrotory są jednak zazwyczaj tak głośne, jak helikoptery tej samej wielkości podczas lotu w zawisie. Symulacje hałasu dla 90-osobowego tiltrotoru wskazują na niższy hałas podczas lotu wewnątrz kabiny niż w Bombardier Dash 8 , chociaż wibracje o niskiej częstotliwości mogą być wyższe.

Tiltrotory zapewniają również znacznie większe możliwości lotu na wysokości niż helikoptery. Tiltrotory mogą z łatwością osiągnąć wysokość 6000 m / 20 000 stóp lub więcej, podczas gdy helikoptery zwykle nie przekraczają wysokości 3000 m / 10 000 stóp. Ta cecha oznacza, że ​​niektóre zastosowania, które były powszechnie rozważane tylko dla stałopłatów, mogą być teraz obsługiwane przez tiltrotory bez konieczności budowy pasa startowego. Wadą jest jednak to, że tiltrotor ma znacznie zmniejszoną ładowność podczas startu z dużej wysokości.

Monochromatyczny tiltrotor

Jednosilnikowy samolot typu tiltrotor wykorzystuje przechylne, obracające się śmigło lub współosiowe śmigło do podnoszenia i napędzania . W locie pionowym śmigło jest ustawione pod kątem, aby skierować jego ciąg w dół, zapewniając siłę nośną. W tym trybie działania statek jest zasadniczo identyczny z helikopterem. Gdy statek nabiera prędkości, współosiowy proprotor jest powoli pochylany do przodu, a łopaty ostatecznie stają się prostopadłe na ziemię. W tym trybie skrzydło zapewnia siłę nośną, a większa wydajność skrzydła pomaga tiltrotorowi osiągnąć dużą prędkość. W tym trybie statek jest zasadniczo samolotem turbośmigłowym.

Jednosilnikowy samolot typu tiltrotor różni się od konwencjonalnego samolotu typu tiltrotor, w którym śmigła są zamontowane na końcach skrzydeł , ponieważ współosiowe śmigło jest zamontowane na kadłubie samolotu . W wyniku tej wydajności strukturalnej, jednosilnikowy tiltrotor przewyższa efektywność transportową (prędkość razy ładowność) zarówno helikoptera, jak i konwencjonalnego tiltrotoru. Jedno z badań projektowych wykazało, że gdyby monochromatyczny tiltrotor mógł zostać technicznie zrealizowany, byłby o połowę mniejszy, o jedną trzecią lżejszy i prawie dwa razy szybszy niż helikopter.

W locie pionowym jednosilnikowy tiltrotor wykorzystuje sterowanie bardzo podobne do współosiowego helikoptera, takiego jak Kamov Ka-50 . Odchylenie jest kontrolowane na przykład poprzez zwiększanie siły nośnej na górnym śmigle i zmniejszanie siły nośnej na dolnym śmigle. Rolka i skok są zapewniane przez cykliczny wirnik. Ruch pionowy jest kontrolowany za pomocą konwencjonalnego skoku łopaty wirnika .

Lista samolotów tiltrotorowych

Główny artykuł: Lista samolotów typu tiltrotor
Eksperymentalny samolot VTOL Curtiss-Wright X-19 w locie
BA609 (obecnie AW609) w trybie samolotowym na Paris Air Show 2007

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tiltrotor&oldid=1138162128 ”