Hibrit hava gemisi - Hybrid airship

HAV 304 Dynastat, görülen yay üzerinde

Bir hibrid uçak a, motorlu uçaklar bir olarak asansör bazı elde havadan hafif (LTA) , hava gemisine den ve bazı aerodinamik kaldırma bir şekilde ağır havadan daha AeroDyne .

Bir Dynastat ile melez hava gemisi olup , sabit kanatlı ve / veya bir kaldırıcı cisim ve tipik olarak uzun dayanıklılık uçuşlar için tasarlanmıştır. Aerodinamik kaldırma bileşenini oluşturmak için ileri uçuş gerektirir.

Bir rotastat ile melez hava gemisi olan döner kanatları ve tipik olarak ağır kaldırma uygulamalar için tasarlanmıştır. Döner kanatları, bir helikopter gibi dikey olarak hareket ederken veya manevra yaparken bile kaldırma sağlayabilir .

Hiçbir üretim tasarımı yapılmadı, ancak birkaç insanlı ve insansız prototip uçtu.

"Hibrit zeplin" terimi aynı zamanda rijit , yarı rijit ve rijit olmayan yapının bir karışımını içeren bir hava gemisini tarif etmek için kullanılmıştır .

Özellikleri

Konvansiyonel hava gemileri, havada kalmak için motor gücüne ihtiyaç duymadıkları için düşük işletme maliyetlerine sahiptir, ancak düşük yük/hacim oranları ve düşük hızlar dahil olmak üzere çeşitli şekillerde sınırlıdır. Ek olarak, bir hava gemisinin yer hizmetleri zor olabilir. Yüzdüğü için hafif bir esintide bile rüzgar çarpmasına karşı hassastır.

Öte yandan, havadan ağır uçaklar veya aerodinler, özellikle rotorlu araçlar , kaldırma oluşturmak için sürekli güç kullanımını gerektirir ve geleneksel uçaklar da pistlere ihtiyaç duyar .

Hibrit hava gemisi, hava gemisinin helyum gibi havadan daha hafif bir gazdan gelen aerostatik kaldırma kuvveti ile havadan ağır taşıtın havadaki hareketinden dinamik kaldırma gücünü birleştirir. Böyle bir hibrit araç hala havadan daha ağırdır, bu da onu bazı yönlerden geleneksel bir uçağa benzer kılar. Dinamik kaldırma, helikopter benzeri döner kanatlar ( rotastat ) veya yatay itme ( dynastat ) ile birleştirilmiş bir kaldırıcı cisme benzer kaldırma üreten bir şekil veya ikisinin bir kombinasyonu ile sağlanabilir.

Hibrit hava gemileri, geleneksel hava gemilerinin düşük işletme maliyeti ve düşük hızları ile havadan ağır gemilerin daha yüksek hızlı ancak daha yüksek yakıt tüketimi arasındaki orta yolu doldurmayı amaçlamaktadır. Dinamik ve yüzer kaldırmayı birleştirerek hibritlerin, saf bir hava gemisine kıyasla daha iyi hava hızı, hava-kargo taşıma kapasitesi ve (bazı tiplerde) havada asılı kalma kabiliyeti sağlaması ve saf bir aerodine kıyasla daha uzun dayanıklılık ve daha fazla kaldırma kapasitesine sahip olması amaçlanmıştır.

Hibrit uçak teknolojisinin, havadan önemli ölçüde daha ağırdan neredeyse yüzer duruma kadar değişen daha geniş bir uçuş performansı optimizasyonu yelpazesine izin verdiği iddia ediliyor. Uygun bir iniş sistemi ile birleştiğinde bu olağandışı dinamik uçuş menzili algısının, ultra ağır ve uygun fiyatlı hava taşımacılığına izin verdiği iddia edilmektedir.

Tasarım

Geleneksel bir zeplinle karşılaştırıldığında, hibrit daha küçük yapılabilir ve irtifa kontrolü için balast taşımasına gerek yoktur, havadan ağır bir gemiye kıyasla hibrit daha küçük bir rotor veya daha kısa bir pist gerektirir.

Dynastat'ın daha uzun mesafeli yolcu ve yük rollerinde daha umut verici görüldüğü yerlerde, rotastat'ın daha kısa mesafeler için ağır dış yükleri kaldırabilen bir " uçan vinç " olarak daha uygun olması bekleniyor .

Bazı hava gemileri , ileri tahrik için motor itişine artık ihtiyaç duyulmadığında ek kaldırma sağlamak için tipik olarak pivot kanallı fan iticileri kullanan itme vektörü kullanır . Hava hızı kazanıldığında, tekne, tek başına aerostatik kaldırma kapasitesinden daha büyük bir yükün taşınmasına yardımcı olmak için vücut kaldırmayı kullanabilir. Ancak, bu tür hava gemileri genellikle hibrit olarak kabul edilmez.

dynastatlar

Dynastat, havada uçarak ek kaldırma sağlar. İncelenen konfigürasyonlar arasında deltoid (üçgen), merceksi (dairesel) veya düzleştirilmiş gövdelerin kullanılması veya sabit bir kanat eklenmesi yer almaktadır.

Bazı erken hava gemileri, ek dinamik kaldırma sağlamak amacıyla kanatlı uçaklarla donatıldı. Bununla birlikte, eklenen uçak kaldırması, sadece hava gemisinin hacmini artırmaktan daha az verimli olabilir. 60 mph (97 km/s) veya daha düşük düşük hava hızlarında, uçakların bir zeplin üzerinde kullanılmasıyla elde edilen kaldırma gücündeki artış, gaz torbalarının boyutunun arttırılmasına kıyasla motor gücünde ve yakıt tüketiminde orantısız bir artış gerektirecektir. . Ayrıca, uçan yüzeylerin zeplin kabuğuna bağlanması, beraberinde ağırlık artışıyla birlikte önemli yapısal güçlendirme gerektirecektir.

Konvansiyonel hava gemileri , hava gemisinin ana gövdesinin uçarken bir miktar kaldırma sağlaması için burun yukarı bir tutum ayarlamak için asansörlerini kullanarak genellikle aerodinamik kaldırmadan yararlanır; bununla birlikte, bu tipik olarak küçük trim dışı koşulları önlemek için yapılır ve kaldırmayı azaltmak için burnun aşağı doğru çevrilmesi gerekebilir.

Lockheed Martin LMZ1M gibi bazı Hibrit tasarımlar, elde edilebilecek aerodinamik kaldırmayı artırmak için düzleştirilmiş veya çok loblu bir gövde kullanır. Aerodinamik yaklaşım, ilgili hava hızları çok daha düşük olmasına rağmen, kaldırıcı gövdeli bir uçağınkine benzer . Ulaşılabilir dinamik kaldırma-sürükleme oranları, kısmen , azalan en-boy oranı ile indüklenen sürtünmenin artması nedeniyle, verimli sabit kanatların oranlarının önemli ölçüde altındadır . Sonuç olarak, kaldırma, kanatları kullanmaya göre daha yüksek bir sürükleme cezası ile gelir. Öte yandan, bir helikopterle karşılaştırıldığında, dynastat belirli bir hız aralığında daha iyi yakıt verimliliğine sahiptir.

Kalkış ve iniş sırasında, daha sakin koşullarda hava hızı yeterli aerodinamik kaldırma sağlamak için çok düşük olduğunda başka bir sorun ortaya çıkar. Bu nedenle, dynastat, geleneksel bir uçaktan daha kısa bir pist gerektiren VTOL uçağı yerine genellikle bir STOL olarak düşünülür .

Rotastatlar

Rotastat, bir helikoptere benzer şekilde, güç verilen rotorlardan ek kaldırma sağlar. Tek, çift ve dört rotorlu tasarımların tümü incelenmiştir.

Savaş arası dönemde Erken örnekler tarafından tasarımları dahil OEHMICHEN ve Zodyak . Bunlar rotorları sadece dikey kontrol için kullandılar ve gyrocopter'de olduğu gibi ileri uçuş için ilave güçlendirilmiş pervaneler vardı .

Daha yakın zamanlarda, deneysel Piasecki PA-97 "Helistat" dört helikopter gövdesini bir helyum keşif balonuna bağlarken, SkyHook JHL-40 bir proje olarak kaldı. Tipik olarak, aerostatik kaldırma, aracın ağırlığını desteklemek için yeterlidir, bir yük taşındığında, rotorlar gerektiği gibi ek kaldırma sağlar.

Yerçekimi altında kayma

Bir zeplin yeterli kaldırma kuvvetine sahip değilse, yerçekimi altında batar. Burnu aşağı eğmek, tıpkı geleneksel bir planör gibi ileriye doğru süzülerek uçuşa yol açabilir . Bir zeplin fazla kaldırma kuvvetine sahipse, yükselecektir. Burnu yukarı doğru eğmek de ileriye doğru harekete neden olabilir. Bu şekilde, kaldırma gücünü periyodik olarak pozitif ve negatif arasında değiştiren bir hava gemisi, tutumunu buna göre ayarlarken, neredeyse sürekli aerodinamik ileri itme kazanabilir. Böylece uçuş yavaş bir dikey zikzak düzeninde ilerler. İtki yaratmada doğrudan enerji tüketilmediği için prensip, düşük hızlarda da olsa uzun süreli uçuşlara izin verir. Önerilen Hunt GravityPlane, yerçekimi kaymasından tam olarak yararlanmak için tasarlanmış bir hibrit hava gemisidir.

Prensip aynı zamanda su altı planöründe operasyonel olarak kullanıldığı su altında da çalışır .

Tarihsel olarak, Wellenflug (dalgalı uçuş) adı altında bu hava seyrüsefer ilkesi ilk olarak 1899 yılında Konstantin Danilewsky tarafından Ukrayna'nın Kharkiv kentinde formüle edilmiş ve deneysel olarak test edilmiş ve kitabında ayrıntılı olarak anlatılmıştır.

Tarih

Erken melezler

Yerçekimi altında süzülme , Solomon Andrews'un bu tür iki hava gemisi inşa ettiği Amerikan İç Savaşı sırasında ve kısa bir süre sonrasındaki dönemden kalmadır . Bunlardan ilki olan Aereon , düz bir düzlemde bir araya getirilmiş üç ayrı puro şekilli balon kullandı; ikincisi, Aereon #2 , tek bir "limon şekilli" balon kullandı. Andrews' Aereon'ları, balonların yukarıya doğru açılandırılması ve balastın düşürülmesiyle hareket ettirildi, daha sonra işlem, balonların aşağı doğru açılı olması ve büyük miktarlarda kaldırma gazının boşaltılmasıyla tersine çevrildi.

1905'te Alberto Santos-Dumont ilk uçağı Santos-Dumont 14-bis ile ilk kez uçmayı denemeden önce çeşitli deneyler yaptı . Bunlar, onu çelik bir kabloya asmak ve onu çekmek ve ardından daha önce inşa edilmiş bir hava gemisinin ( 14 Numara ) zarfının altına asmayı içeriyordu - " su kanatları " ile yüzmeyi öğrenmeye benzer . Kombine zanaat kullanılamazdı ve "canavarca bir melez" olarak anılan parçalandı. Bu "provalar" tamamlandıktan sonra, Santos-Dumont Avrupa'da havadan ağır bir uçağın ilk halka açık gösterimini yaptı.

1907'de İngiliz Ordusu Zeplin No 1 ( Nulli Secundus olarak adlandırılır ) ilk kez uçtu. Uçuşta durum kontrolü için aerodinamik yüzeyler kullandı ve ilk uçuşunda gemi ortasında büyük kanatlar da vardı. Kanatlar, kaldırma sağlamak yerine dengeye yardımcı olmayı amaçlamıştı ve sonraki tüm uçuşlar için kaldırıldı. Zeplin burnunu yukarı veya aşağı sallayarak dinamik kaldırmanın kullanımı da bu zeplin üzerinde tanındı ve uygulandı.

Haziran 1907'de Alberto Santos Dumont tarafından tarif edilen onun No. 16, inşa l'Aérophile bir şekilde APPAREIL mixte . Bu 99 metre vardı 3 (3.500 cu ft) zarf ancak 4 m (13 ft) kanat yüzeyi tarafından sağlanan ek asansör olmayan uçmak için çok ağır. 8 Haziran 1907'de başarısız olarak test edildi.

Modern melezler

Aereon 26 O melez Airship küçük ölçekli prototip 1971 yılında ilk uçuşunu yaptı bir uçak oldu Aereon Dynairship ve "Tiger" projesi kapsamında. Ancak hibrit bir hava gemisi için pazar eksikliği nedeniyle asla inşa edilmedi.

1984'te AeroLift CycloCrane helistat kısa bir süre uçtu.

1986 Piasecki PA-97 Helistat deneysel tasarımı, ormancılık çalışmaları için bir ağır kaldırma aracı oluşturmak amacıyla dört helikopteri bir keşif balonuyla birleştirdi. İlk uçuşunun sonunda dağıldı.

Skycat veya "Gök Katamaran" araç teknolojisi melez bir uçak birleşmesidir; Advanced Technologies Group Ltd tarafından inşa edilen " SkyKitten " adlı 12 metrelik bir ölçek versiyonu 2000 yılında uçtu. ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) , 2005 yılında Walrus Hybrid Ultra Büyük Uçak programını başlattı. ultra ağır hava kaldırma teknolojisi keşifleri. Program 2007 yılında sonlandırılmıştır.

2006 yılında, Lockheed Martin P-791 , insanlı uçuş testlerinden geçti. 7 Ağustos 2016'ya kadar uçabilen tek başarılı Hibrit Zeplin olmasına rağmen, askeri Uzun Dayanıklılık Çok İstihbarat Aracı programı için başarısız bir adaydı.

2008'de Boeing, ağır hizmet tipi bir kaldırma aracı geliştirmek için SkyHook ile birlikte çalıştığını duyurdu, ardından SkyHook JHL-40 Boeing projeyi rafa kaldırdı.

Hava Taşıtları 304 HAV Hibrid ABD Ordusu için inşa edildi Uzun Dayanıklılık Çoklu zeka Araç (LEMV) programı. Ağustos 2012'de 90 dakika başarıyla uçtu. LEMV projesinin iptal edilmesinin ardından Hibrit Hava Araçları, HAV 304 aracını yeniden satın alarak İngiltere'ye getirdi. Yenilenmiş ve Airlander 10 olarak yeniden adlandırılmıştır . 17 Ağustos 2016'da Airlander 10, RAF Cardington'daki Cardington Hangarları dışında ilk başarılı test uçuşunu gerçekleştirdi. Baş Test Pilotu Dave Burns yaptığı açıklamada, "Airlander'ı ilk kez uçurmak bir ayrıcalıktı ve harika bir şekilde uçtu. Onu havaya uçurmak için gerçekten heyecanlıyım. Bir rüya gibi uçtu." Tam sertifikasyon için 200'den fazla uçuş saati daha gereklidir.

Diğer güncel projeler

Kanadalı bir start-up olan Solar Ship Inc, yalnızca güneş enerjisiyle çalışabilen güneş enerjisiyle çalışan hibrit hava gemileri geliştiriyor. Buradaki fikir, herhangi bir yakıt veya altyapıya ihtiyaç duymadan Afrika ve Kuzey Kanada'daki konumlara soğuk tıbbi malzeme ve diğer ihtiyaç maddelerini ulaştıran, dünyanın herhangi bir yerine seyahat edebilen uygulanabilir bir platform oluşturmaktır. Umut, güneş pillerindeki teknolojik gelişmelerin ve hibrit zeplin sağladığı geniş yüzey alanının, pratik bir güneş enerjisiyle çalışan uçak yapmak için yeterli olmasıdır. Solarship'in bazı önemli özellikleri, herhangi bir kaldırma gazı olmadan tek başına aerodinamik kaldırma üzerinde uçabilmesi ve güneş pillerinin büyük zarf hacmiyle birlikte hibrit hava gemisinin pilleri ve diğer ekipmanı şarj edebilen mobil bir sığınak olarak yeniden yapılandırılmasına izin vermesidir. .

Hunt GravityPlane (yer tabanlı yerçekimi düzlemi ile karıştırılmamalıdır ), ABD'de Hunt Aviation tarafından önerilen yerçekimi ile çalışan bir planördür. Ayrıca, kaldırma-sürükleme oranını artıran ve daha verimli hale getiren aerofoil kanatlara sahiptir. GravityPlane, bu kanat yapısını desteklemek için yeterince büyük bir hacim-ağırlık oranı elde etmek için büyük bir boyut gerektirir ve henüz bir örneği yapılmamıştır. Elektrikli bir planörün aksine , GravityPlane uçuşun tırmanma aşamasında güç tüketmez. Ancak kaldırma gücünü pozitif ve negatif değerler arasında değiştirdiği noktalarda güç tüketir. Hunt, bunun, sualtı planörlerinin geleneksel tahrik yöntemlerine göre geliştirilmiş enerji verimliliğine benzer şekilde, aracın enerji verimliliğini artırabileceğini iddia ediyor . Hunt, düşük güç tüketiminin, teknenin süresiz olarak havada kalması için yeterli enerjiyi toplamasına izin vermesi gerektiğini öne sürüyor. Bu gereksinime geleneksel yaklaşım, güneş enerjisiyle çalışan bir uçakta güneş panellerinin kullanılmasıdır . Hunt iki alternatif yaklaşım önerdi. Biri bir rüzgar türbini kullanmak ve kayma hareketinin ürettiği hava akımından enerji toplamak, diğeri ise farklı irtifalarda hava sıcaklığındaki farklılıklardan enerji çıkarmak için bir termal döngü.

hibrit hava gemilerinin listesi

Tip Ülke Sınıf Tarih rol Durum Notlar
AeroLift CycloCrane Amerika Birleşik Devletleri rotastat 1984 Uçan vinç Prototip
Andrews Aereon Amerika Birleşik Devletleri yerçekimi planör Deneysel Prototip Dönüşümlü olarak balast düşürerek ve gazı boşaltarak tahrik.
Andrews Aeron 2 Amerika Birleşik Devletleri yerçekimi planör Deneysel Prototip Dönüşümlü olarak balast düşürerek ve gazı boşaltarak tahrik.
ATG SkyKitten Birleşik Krallık dinastat 2000 Deneysel Prototip Önerilen SkyCat için ölçek gösterici.
Yerçekimi Uçağı Avı Amerika Birleşik Devletleri yerçekimi planör Proje Çeşitli balast kontrolü ve enerji hasadı yöntemleri önerildi.
Hibrit Hava Araçları HAV-3 Birleşik Krallık dinastat 2008 Deneysel Prototip Teknoloji göstericisi.
Hibrit Hava Araçları HAV 304/Airlander 10 Birleşik Krallık dinastat 2012 çok rol Prototip Northrop Grumman ile birlikte ABD Ordusu LEMV programı için HAV 304 olarak inşa edilmiştir . Airlander 10 olarak yeniden inşa edildi.
Lockheed Martin P-791 Amerika Birleşik Devletleri dinastat 2006 Deneysel Prototip Önerilen LMZ1M ve LMH1'e yol açtı.
Nimbus EosXi İtalya dinastat 2006 İHA Delta kanatlı melez.
Piasecki PA-97 Helistat Amerika Birleşik Devletleri rotastat 1986 Uçan vinç Prototip
SkyHook JHL-40 Amerika Birleşik Devletleri rotastat Uçan vinç Proje Ortak proje Boeing .
Termoplan ALA-40 Rusya dinastat 1992 Deneysel Prototip Önerilen ALA-600 için merceksi ölçekli gösterici.
Mors HULA Amerika Birleşik Devletleri dinastat 2010 Ulaşım Proje DARPA projesi, 2010'da iptal edildi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Notlar

bibliyografya

  • Huti, G.; Airship Technology , 2. Baskı, CUP (2012), Bölüm 19.
  • Av, Robert D.; "Atmosferik Güç Döngüsü ile Güçlendirilen Uçuş", AIAA 5. Havacılık Teknolojisi, Entegrasyon ve Operasyon Konferansı (ATIO) 26–28 Eylül 2005 , Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (2005) [2] . İndirmek için ücretsiz kopya

Dış bağlantılar