Электролёты. Плохой бизнес?

В 2008 году произошёл обвал рынка плёночных фотоаппаратов. Фирма Кодак, трезво оценив перспективы, оперативно приняла решение о выводе на рынок цифровых камер. Логичный, на первый взгляд, шаг, который, тем не менее, привёл лидера рынка к банкротству. Причина, как оказалась, была в низком входном барьере в бизнес, что скачкообразно увеличило количество игроков и конкуренцию в данном секторе.

Сегодня мы наблюдаем схожее явление в области электрической авиации. Десятки компаний проводят лётные испытания концептуально схожих летательных аппаратов. Отдельные фирмы уже получили или получат допуск к коммерческой эксплуатации с грузами и пассажирами в ближайшее время. Простота, надёжность, удобство и низкая стоимость таких авиаперевозок сломают любые бюрократические барьеры и позволят множеству новых предприятий скопировать и поднять в небо наиболее удачные варианты летательных аппаратов. И произойти это может даже раньше, чем первопроходцы окупят вложения в НИОКР.

Кто-то при этом будет в выигрыше? Вероятно, опять китайские производители.

Экзотические проекты

Как известно из истории техники, значительное отличие облика изделий сходного функционала обычно свидетельствует о незрелости конструкции. Данное правило вполне применимо и к передовой аэромобильности, в которой наметилась некоторая консолидация концепций. Тем не менее, в СМИ с завидной периодичностью появляются всё новые, иногда достаточно экзотичные проекты летательных аппаратов вертикального взлёта, поражающие воображение инвесторов, далёких от авиационной инженерии вообще и аэродинамических труб, в частности. В формате поста Телеграм трудновато изложить курс авиастостроительного факультета МАИ. Но можно обозначить некоторые нерушимые физические принципы, которые позволяют отличить прожекты в области ЛАВВП от проектов.

1. Вертикальный взлёт предъявляет особо высокие требования к энерговооружённости, кратно превышающей аналогичные показатели вертолётов, составляющей сотни киловатт на тонну массы ЛА;
2. Потребность в относительно большой площади лопастей подъёмных роторов, исходя из предельной нагрузки 500 кг на квадратный метр, отсекает прототипы «с вентиляторами Карлсона»;
3. Обтекатели винтов добавляют не только шарма, но и аэродинамическое сопротивление;
4. Любые красивости в виде выпуклостей и изгибов, ведущие к отклонению формы от идеального каплевидного сечения, существенно ухудшают лётные данные, что отрицательно сказывается на скорости и дальности полёта;
5. За семьдесят лет экспериментов удалось понять, что хорошо летающих автомобилей, как и успешно передвигающихся по дорогам самолётов, не бывает;
6. Чем выше удлинение лопастей винта и чем меньше их количество, тем выше его удельная тяга и кпд, особенно при малой скорости потока воздуха;
7. У несущих винтов в крейсерском режиме неважная аэродинамика, их косая обдувка создаёт вибрации, а максимальная скорость полёта ограничена.

Человек против компьютера в воздушном бою, ч.2

Из сообщений о победе искусственного интеллекта в ближнем воздушном бою было бы опрометчиво делать далеко идущие выводы. Тому есть ряд причин.

Следует учесть, что подобные воздушные бои обычно* проводятся не в небе, а в виртуальной среде. То есть компьютер изначально имеет информацию о параметрах полёта самолёта под управлением человека. В реальном воздушном бою получение таких данных затруднено в связи отсутствием кругового радиолокационного обзора. Оптические системы распознавания, обеспечивая такой обзор, определить расстояние с нужной точностью не в состоянии.

Теоретически проблема разрешима. Сделать этом можно за счёт дооснащения ЛА радарами бокового обзора, оптическими и лазерными дальномерами. Задача совсем непростая, особенно с учётом того, что лётные характеристики и параметры оружия соперника неизвестны и не все они поддаются расчёту в ходе боя. К тому же вычисление оптимальной траектории предъявляет особенно высокие требования к программно-аппаратному комплексу.

Однако, у специалистов может появиться более принципиальный вопрос. Дело в том, что вероятность ближнего пушечного боя в стиле середины ХХ века в условиях современных конфликтов мала. Исход противостояния в значительно большей степени зависит от параметров систем дальнего обнаружения и поражения цели, причём соответствующие задачи алгоритмизуются и решаются проще, чем вычисление параметров воздушного боя с участием даже двух самолётов. Вот только надёжность любого автопилота в бою ниже, чем безотказность системы управления, состоящей и из человека, и из автопилота. К тому же предусмотреть любые ситуации, которые могут возникнуть в условиях реальных боевых действий, ни стратегам генеральных штабов, ни программистам, ни даже ИИ, не по силам. Иначе бы войны потеряли смысл.

* Публикация о воздушном бое между двумя легкомоторными самолётами в Китае, который, как следует из заявлений авторов разработки, ничего, кроме факта исследований в данной области, не доказывает.

Что мы видим на кадрах "лазерного перехвата"?

Вероятная цель - неуправляемые ракеты. О попадании свидетельствует две фазы первой части эпизода. Если приглядеться, то плазменный шлейф сгоревших атмосферных частиц сначала достигает только объекта в небе и лишь через мгновение распространяется дальше. Из-за этого создаётся впечатление, будто мы видим движение "луча смерти" снизу вверх.

Вероятно, поражения либо не произошло, либо оно не полное, о чём говорит отсутствие характерных следов взрыва. Вторая же цель была только "подсвечена" гораздо менее интенсивным импульсом.

Специалистам известно, что эффективной работе лазерной "пушки" препятствуют несколько факторов, в числе которых и сложность накопления необходимой для его работы электроэнергии, и малый коэффициент поглощения фотонов металлами, и рассеяние импульса, и расфокусировка, и 50%-й кпд источника излучения, и уязвимость оборудования..

Аккумуляторы боевого лазера весят многие тонны, поэтому сегодня такие противоракетные/противоснарядные системы применимы только на флоте и, возможно, в космосе..
либо для поражения дронов, что, ввиду запредельной цены оборудования, заставляет вспомнить поговорку о пушке и воробьях. При этом ещё неизвестно, кто при этом выйдет из такой схватки победителем.

Поскриптум. По последним данным, видео не настоящее.

Репост:

ПЯТНИЦА 13. НАЧАЛО

В пятницу, 13 октября 23 года, eVTOL EH216-S допущен к коммерческим перевозкам. На двухместном аппарате вертикального взлета разрешено перевозить пассажиров сразу в автоматическом режиме. То есть это двойной приоритет.

Новость не попадёт на первые полосы медиа. Но появление первого в мире сертифицированного, вертикально взлетающего автомобиля сулит эпохальные перемены.

В процессе валидации ЛАВВП проведены обширные испытания материалов, прочности, огнестойкости, ударопрочности, газовой токсичности, воздействия окружающей среды на оборудование и системы. Проверялось программное обеспечение, связь, станции управления, электромагнитная совместимость, летные характеристики. Компоненты, оборудование и ЛА тестировались в ходе 500 проверок и 40 000 испытательных полетов, охватывающих 65 основных категорий летной годности по 450 программам.

Сегодня Акции EHang Holdings Limited выросли на 19%. ► https://www.nasdaq.com/market-activity/stocks/eh, но, видимо, это только начало.

Интересно отметить, что изображения CityAirbus NextGen носят явно рекламный характер. Ну не делают обтекатели гранёными, это же драгоценные камни. Зато такая форма нужна для привлечения внимания журналистов и инвесторов.

Нет на сайте Эрбаса и ТТХ данного аппарата. Вызывает также сомнение возможность складывания показанных четырёх лопастей во что-то более обтекаемое в крейсерском полёте. А ещё можно отметиь нерациональную аэродинамику треугольника оперения, малую площадь опорного периметра шасси, большую относительную толщину профиля крыла, неудачное размещение поворотных винтов, да и всех пилонов..

Всё это напоминает историю, которую рассказывал генеральный конструктор РСК МИГ, Ростислав Беляков, о том, как давалось поручение о передаче проекции вида сверху Миг-29, в то время секретного, организаторам зарубежного авиасалона: "И чтобы ни одна линия не совпала!"

► https://youtu.be/WFR3iUnMs-4

Airbus тестирует "однорукие" органы управления полетом eVTOL

FlightLab компании Airbus Helicopters протестировала электрическую систему управления полетом как часть нового человеко-машинного интерфейса (HMI) для прототипа Airbus CityAirbus NextGen eVTOL. Впервые предполагается использовать единую ручку управления полетом, заменяющую традиционные трёхканальные органы управления вертолетом (циклический шаг, "шаг-газ" и педали) для выполнения всех маневров ЛА, включая взлет и посадку, набор высоты, снижение, разгон и замедление, развороты и др.

Единая ручка занимает меньше места, улучшает обзор.

После окончания летных испытаний Airbus Helicopters проведет адаптацию новой концепции в рамках проекта Vertex в партнерстве с инновационной экосистемой Airbus UpNext, с целью повышения автономности авиатранспортной системы и для упрощения подготовки к полетам.

«Наши органы управления полетом имеют значительные преимущества для снижении рабочей нагрузки пилота и, в конечном итоге, для повышения безопасности полетов. Это отличный пример разработки подсистем, закладывающей основы новой реальности вертикального полета», — сказал Томаш Крысински, руководитель отдела исследований и инноваций Airbus Helicopters.

Испытательная лаборатория FlightLab представляет собой модифицированный однодвигательный вертолет H130, предназначенный для разработки новых технологий для нынешних вертолетов компании, а также для будущих конструкций самолетов и eVTOL. Airbus представил электрический прототип CityAirbus NextGen в 2021 году.
► https://www.airbus.com/en/newsroom/press-releases/2023-10-airbus-helicopters-pioneers-user-friendly-ways-to-fly-evtols

Дополнение: 25-9-2023 фирма Joby объявила о первой коммерческой поставке ЛАВВП в рамках государственного контракта США на 9 аппаратов, по цене 14,6 миллионов долларов каждый. Видео тут ►https://www.youtube.com/watch?v=6qVLQsz_YJc
Кино большое, не только про новинку, но и про историю ведущего американского ЛИИ.

..
И вот, на фоне букета положительных июньских новостей компании о получении пермита на полёты серийного ЛА, решения о начале производства, назначения менеджера партнёрской Тойоты в совет директоров, за которым последовал рост котировок и 100 млн инвестиций, такие новости. Рынок акций на данное "эпохальное" событие не отреагировал никак ►nyse.com/quote/XNYS:JOBY. Сомнения в успехе не развеяли даже аллюзии с заводом братьев Райт в Дейтоне, где для Джоби выделена площадка в 57 гектар. Не впечатлили биржевых маклеров ни близость штаба ВВС США, ни важность расположения в центре распределения населения страны, ни локация в международном аэропорту.

А зря. Электролёт имеет рекордную дальность (248 км). Доказал хорошую управляемость и надёжность выбранной аэродинамической схемы. Получил зелёный свет и поддержку министерства энергетики. Обоснованно рассчитывает на заказы от министерства обороны, Uber и Тойота..

Джобс и Маск о таких стартовых условиях, да ещё при отсутствии конкуренции, могли только мечтать.

ДЖОБИ В ТОЧКЕ БИФУРКАЦИИ

Калифорнийская компания Joby 19 сентября объявила планах по постройке мощностей для ежегодного производства 500 вариопланов ►jobyaviation.com/news. Новая фабрика будет построена в самом центре депрессивного «Ржавого пояса» США. Видимо, на данное решение повлияла беспрецедентная поддержка заинтересованных в привлечении инвестиций властей штата Огайо, интегрально оцениваемая в сумму 325 миллионов долларов. При этом инвестиции Джоби в строительство фабрики составят 500 миллионов и создадут 2000 рабочих мест, что, по меркам штата, совсем немного. Вероятно, местные власти заворожены перспективами прогнозируемого рынка VTOL, оцениваемого в триллионы долларов. А Джоби, как лидер гонки электро-ЛАВВП, по нашей оценке (см. предыдущие посты), имеет все шансы добиться впечатляющего коммерческого успеха.

Взлёт и падение индустриальных штатов США связан с автопромом. Новая отрасль могла бы быстро поправить имидж "мёртвых" городов Америки, воспетых Драйзером, Хейли, Рэнд и Шелдоном. (см далее..)

"Сапожная" конверсия.

При выполнении фигуры пилотажа "сапог" (U-turn), маневрирование в верхней точке происходит на околонулевой скорости, за счёт обдува рулей потоком воздуха от винтов. При этом изменение положения ЛА происходит плавно и предсказуемо.

Обратная конверсия может производиться после вывода аппарата из горизонтального полёта на вертикаль, с последующим снижением в режиме висения. Тут картина обтекания будет более сложной из-за вероятности обратного обтекания рулей при скольжении на хвост. В связи с этим может потребоваться значительно ограничить вертикальную скорость. Особую трудность будет представлять собой (из-за вихреобразования, особенно в районе рулей) предпосадочное маневрирование у земли.

Впрочем, что мешает сделать рули убираемыми?

.. продолжение

Обращает на себя внимание отсутствие вертикального оперения, что, по причине смещения центра давления (по вертикальной оси), сулит проблемы на пикировании или при планировании, особенно в режиме малой тяги.

Неясно также, почему разработчики не используют эффект повышения устойчивости в полёте за счёт логичной, для данной схемы, стреловидности крыла.

Но всё решаемо. Например, для улучшения обзора можно использовать, к примеру, технологии FPV. Вероятно и применение для этих целей автопилота, для надёжности дополнительно контролируемого человеком.

С конверсией всё сложнее (см., к примеру, историю SNECMA C.450 Coléoptère
► https://aircrafttechnic.com/wp-content/uploads/2020/10/plan-c3a9corchc3a9-colc3a9-1-1024x533.jpg,
Видео аварии в процессе конверсии ► https://www.facebook.com/GIGadgets.Fans/videos/snecma-c450-col%C3%A9opt%C3%A8re-vtol-aircraft/678805219706459/ ).

Переход от вертикального набора высоты к горизонтальному полёту по пологой траектории проходит через зону критического обтекания, называемую вторым режимом, чреватым штопорными вращениями и большой потерей высоты. Гораздо проще было бы применить практику спортивного пилотирования, с использованием стандартных фигур, такиз, как "поворот на вертикали" и "сапог". Это, кстати, позволит сократить площадь несущих поверхностей, как минимум, втрое, что приведёт к увеличению максимальной скорости ЛА процентов на 40. В конце концов, концепция J1A построена из расчёта минимизации времени прибытия оператора в заданную точку.

..продолжение

Суммарную площадь четырёх плоскостей пары крыльев J1A можно оценить, по картинке, величиной около 8 мкв, что, при конверсии на скорости около 120 км/ч, приводит к оценке взлётной массы в районе 400 кг.

Кстати, конверсия для тэйлситтеров – та ещё задачка. Как и вертикальная посадка на городскую площадку в условиях ограничения обзора.

И если для улучшения обзора можно использовать технологии FPV в комбинации с системами автоматизации пилотирования, то с конверсией придётся помучится. Видимо, недаром пилот на картинке чешет в затылке.

Возможно, решение проблемы состоит в изменении схемы конверсии, о чём скажем ниже. Это, кстати, позволит сократить площадь плоскостей, как минимум, втрое, что приведёт к заметному (процентов эдак на 30) увеличению крейсерской скорости ЛА.

..продолжение

Анализ ЛАВВП JA1

По информации разработчиков, компактный одноместный восьмидвигательный электролёт способен перевозить 150 кг полезной нагрузки на расстояние 50 км со скоростью до 322 км/ч (а это, кстати, составляет всего 9 минут полёта на максималке).

На сайте фирмы Jump Aero нет данных, подтверждающих заявленные характеристики, но предыдущий опыт работы президента компании, авиационного инженера Карла Дитриха, создателя летающего автомобиля Террафуга, позволяет отнестись к предоставленной информации, несмотря на отсутствие даже уменьшенной модели демонстратора, с определённым доверием.

Североевропейская компания оказания скорой помощи Falсk ►falck.com, https://brandportal.falck.com/m/23f1fc7802250987/Web_4_3-Falck-Drones_2020_Ambulance_3.jpg
имеющая многолетний опыт использования дронов, объявила 8 сентября 2023 г. о намерении приобрести вариоплан JA1 Pulse, разрабатываемый небольшой калифорнийской компанией Jump Aero Inc. ► https://jumpaero.com/aircraft

В пресс-релизе покупателя не освещаются правовые, технические и организационные аспекты применения одноместного пилотируемого аппарата вертикального взлёта, из чего можно сделать вывод о преимущественно рекламном характере акции, на данном этапе. Тем не менее, поскольку сертификация одноместных пилотируемых ЛА проводится по упрощенной схеме, можно ожидать опережающего применения подобных аппаратов в нишах, связанных со спасением жизни – в медицине, на поле боя, при пожарах и в полиции. По оценке Фальк, только за счет двукратного сокращения времени прибытия пилота-парамедика, можно ежегодно спасать дополнительно 100 тысяч пациентов.