Tiltrotor - Tiltrotor

Bell Boeing V-22 Osprey

Un tiltrotor este o aeronavă care generează ridicare și propulsie prin intermediul unuia sau mai multor rotori alimentați (uneori numiți proprotori ) montați pe arbori sau nacele rotative, de obicei la capetele unei aripi fixe . Aproape toate înclinatoarele folosesc un design rotor transversal , cu câteva excepții care utilizează alte planuri multirotor .

Designul Tiltrotor combină capacitatea VTOL a unui elicopter cu viteza și autonomia unui avion convențional cu aripi fixe . Pentru zbor vertical, rotoarele sunt înclinate astfel încât planul de rotație să fie orizontal, generând ridicarea așa cum o face un rotor normal al elicopterului . Pe măsură ce aeronava câștigă viteză, rotoarele sunt înclinate progresiv înainte, planul de rotație devenind în cele din urmă vertical. În acest mod, rotoarele asigură tracțiune ca elice , iar volanul aripilor fixe preia asigurarea ridicării prin mișcarea înainte a întregului avion. Deoarece rotoarele pot fi configurate pentru a fi mai eficiente pentru propulsie (de exemplu, cu răsucirea vârfului rădăcinii) și evită problemele unui elicopter de retragere a blocării lamei , tiltrotorul poate atinge viteze de croazieră și greutăți la decolare mai mari decât elicopterele.

O aeronavă basculantă diferă de o aripă înclinabilă prin faptul că numai rotorul pivotează, mai degrabă decât întreaga aripă. Această metodă comercializează eficiența în zbor vertical pentru eficiență în operațiunile STOL / STOVL .

Istorie

Modelul transcendental 1-G planează
Clopot X-22
Un Clopot XV-15 se pregătește să aterizeze

Prima lucrare în direcția unui rotor de înclinare (franceză „Convertible”) pare să fi avut originea în cca. 1902 de frații franco-elvețieni Henri și Armand Dufaux, pentru care au obținut un brevet în februarie 1904 și și-au făcut publică lucrarea în aprilie 1905.

Idei concrete de construire a aeronavelor de decolare și aterizare verticale (VTOL) folosind rotoare de tip elicopter au fost împinse mai departe în anii 1930. Primul design care seamănă cu tiltrotorul modern a fost brevetat de George Lehberger în mai 1930, dar el nu a dezvoltat în continuare conceptul. În cel de-al doilea război mondial , Weserflug din Germania a apărut în jurul anului 1938 cu conceptul P.1003 / 1, care se înclină spre partea superioară cu o parte a aripilor, dar nu cu aripile pline, deci ar putea fi între rotitor de înclinare și înclinare -avioane. La scurt timp după un prototip german , Focke-Achgelis Fa 269 a fost dezvoltat începând cu 1942, care se înclină spre pământ, dar nu a zburat niciodată. Platt și LePage au brevetat PL-16, primul avion american cu tiltrotor. Cu toate acestea, compania a închis în august 1946 din cauza lipsei de capital.

Două prototipuri care au dus la zbor au fost Transcendental Model 1-G cu un loc și Modelul Transcendental 2 cu două locuri, fiecare fiind alimentat de un singur motor alternativ. Dezvoltarea a început pe modelul 1-G în 1947, deși nu a zburat până în 1954. Modelul 1-G a zburat aproximativ un an până la un accident în Golful Chesapeake pe 20 iulie 1955, distrugând prototipul aeronavei, dar nu rănind grav pilot. Modelul 2 a fost dezvoltat și a zburat la scurt timp după aceea, dar forțele aeriene americane au retras finanțarea în favoarea Bell XV-3 și nu a zburat mult dincolo de testele de zbor. Transcendental 1-G este primul avion de tip tiltrotor care a zburat și a realizat cea mai mare parte a elicopterului către aeronavă în tranziție în zbor (până la 10 grade față de zborul real al aeronavelor orizontale).

Construit în 1953, experimentul Bell XV-3 a zburat până în 1966, demonstrând soliditatea fundamentală a conceptului de tiltrotor și adunând date despre îmbunătățirile tehnice necesare pentru proiectele viitoare.

Eficiența ridicării încărcării discului VTOL

O dezvoltare tehnologică conexă este tiltwing . Deși două modele, Canadair CL-84 Dynavert și LTV XC-142 , au fost succese tehnice, niciunul nu a intrat în producție din cauza altor probleme. Tiltrotorii au, în general, o eficiență mai bună de plutire decât aripile înclinabile, dar mai puțin decât elicopterele.

În 1968, Westland Aircraft și-a prezentat propriile modele - o mică ambarcațiune experimentală (We 01C) și un transport de 68 de locuri We 028 - la SBAC Farnborough Airshow .

În 1972, cu finanțare de la NASA și armata SUA , Bell Helicopter Textron a început dezvoltarea XV-15 , un avion bimotor de cercetare cu tiltrotor. Două aeronave au fost construite pentru a demonstra designul tiltrotorului și a explora învelișul operațional de zbor pentru aplicații militare și civile.

În 1981, utilizând experiența dobândită din XV-3 și XV-15, Bell și Boeing elicoptere a început dezvoltarea V-22 Osprey , un avion militar tiltrotor-gemene turboexhaustor pentru US Air Force și US Marine Corps .

Bell a făcut echipă cu Boeing la dezvoltarea unui tiltrotor comercial, dar Boeing a ieșit în 1998 și Agusta a venit pentru Bell / Agusta BA609 . Această aeronavă a fost reproiectată ca AW609 ca urmare a transferului de proprietate deplină către AgustaWestland în 2011. Bell a dezvoltat, de asemenea, un vehicul aerian fără pilot (TRU), cu un vehicul cu pilot fără pilot , TR918 Eagle Eye .

Rusia a avut câteva proiecte de tiltrotor, majoritatea fără pilot, cum ar fi Mil Mi-30 , și a început un altul în 2015.

În jurul anului 2005-2010, Bell și Boeing s-au unit din nou pentru a efectua un studiu conceptual al unui Quad TiltRotor (QTR) mai mare pentru programul Joint Heavy Lift (JHL) al armatei SUA. QTR este o versiune mai mare, cu patru rotori, a V-22, cu două seturi de aripi tandem de aripi fixe și patru rotoare basculante.

În ianuarie 2013, FAA a definit regulile SUA privind zgomotul pentru tiltrotor pentru a se conforma regulilor OACI . O certificare de zgomot va costa 588.000 de dolari, la fel ca pentru un elicopter mare.

AgustaWestland spune că au zburat în 2013 un tiltrotor electric echipat cu echipaj numit Project Zero , cu rotoarele sale în anvergura aripilor.

În 2013, CEO-ul Bell Helicopter, John Garrison, a răspuns la faptul că Boeing a luat un alt partener de aeronavă pentru viitoarele cerințe de ridicare ale armatei SUA, indicând că Bell va prelua ea însăși conducerea în dezvoltarea Bell V-280 Valor , împreună cu Lockheed Martin.

În 2014, programul Clean Sky 2 (de către Uniunea Europeană și industrie) a acordat AgustaWestland și partenerilor săi 328 de milioane de dolari pentru a dezvolta un proiect de „următoare generație de tiltrotor civil” pentru piața offshore, cu Critical Design Review aproape de sfârșitul anului 2016. obiectivele sunt secțiuni de aripă înclinabile, 11 tone Greutate maximă la decolare , locuri pentru 19-22 de pasageri, primul zbor în 2021, o viteză de croazieră de 300 de noduri, o viteză maximă de 330 de noduri, un plafon de 25.000 de picioare și o autonomie de 500 de nave nautice mile.

Considerații tehnice

Controale

În zbor vertical, tiltrotorul folosește comenzi foarte asemănătoare cu un elicopter dublu sau tandem-rotor . Yaw este controlat prin înclinarea rotoarelor sale în direcții opuse. Rola este asigurată prin putere diferențială sau prin împingere. Pasul este asigurat prin pale de rotor inclinate ciclic sau nacelat . Mișcarea verticală este controlată cu pasul paletei rotorului convențional și fie cu o manetă de control colectivă elicopter convențională (ca în Bell / Agusta BA609 ), fie cu un control unic similar cu un control al motorului cu aripi fixe numit pârghie de control al tracțiunii (TCL) (ca în Bell-Boeing V-22 Osprey ).

Probleme de viteză și sarcină utilă

Avantajul tiltrotorului este o viteză semnificativ mai mare decât un elicopter. Într-un elicopter viteza maximă înainte este definită de viteza de rotație a rotorului ; la un moment dat, elicopterul se va deplasa înainte cu aceeași viteză ca rotirea părții rotorului în mișcare înapoi, astfel încât acea parte a rotorului să vadă viteza de aer zero sau negativă și începe să se blocheze . Acest lucru limitează elicopterele moderne la viteze de croazieră de aproximativ 150 de noduri / 277 km / h. Cu toate acestea, cu tiltrotorul, această problemă este evitată, deoarece proprotorii sunt perpendiculari pe mișcarea în porțiunile de mare viteză ale regimului de zbor (și, prin urmare, nu sunt supuși acestei condiții de flux invers), astfel încât tiltrotorul are o viteză maximă relativ mare - peste 300 de noduri / 560 km / h au fost demonstrate în cele două tipuri de tiltrotor zburate până acum, iar viteza de croazieră de 250 de noduri / 460 km / h este atinsă.

Această viteză este atinsă oarecum în detrimentul sarcinii utile . Ca urmare a acestei sarcini utile reduse, unii estimează că un tiltrotor nu depășește eficiența transportului (viteza de încărcare utilă) a unui elicopter, în timp ce alții concluzionează contrariul. În plus, sistemul de propulsie inclinabil este mai complex decât un elicopter convențional datorită nacelelor mari, articulate și aripii adăugate; cu toate acestea, eficiența îmbunătățită a croazierei și îmbunătățirea vitezei față de elicoptere sunt semnificative în anumite utilizări. Viteza și, mai important, beneficiul timpului general de răspuns este principala virtute căutată de forțele militare care utilizează tiltrotorul. Tiltrotorii sunt în mod inerent mai puțin zgomotoși în zborul înainte (modul avion) ​​decât elicopterele. Acest lucru, combinat cu viteza lor crescută, este de așteptat să le îmbunătățească utilitatea în zonele populate pentru utilizări comerciale și să reducă amenințarea de detectare pentru utilizări militare. Cu toate acestea, înclinatoarele sunt, de obicei, la fel de zgomotoase ca elicopterele de dimensiuni egale în zbor. Simulările de zgomot pentru un tiltrotor de 90 de pasageri indică un zgomot de croazieră mai mic în interiorul cabinei decât un avion Bombardier Dash 8 , deși vibrațiile de joasă frecvență pot fi mai mari.

Tiltrotorii oferă, de asemenea, o capacitate de altitudine de croazieră mult mai mare decât elicopterele. Tiltrotorii pot atinge cu ușurință 6.000 m / 20.000 ft sau mai mult, în timp ce elicopterele nu depășesc de obicei 3.000 m / 10.000 ft altitudine. Această caracteristică va însemna că unele utilizări care au fost luate în considerare în mod obișnuit doar pentru aeronavele cu aripi fixe pot fi acum susținute cu tiltrotori fără a avea nevoie de pistă. Cu toate acestea, un dezavantaj este că un tiltrotor suferă o sarcină utilă considerabil redusă atunci când decolează de la mare altitudine.

Mono tiltrotor

O aeronavă mono-inclinabilă folosește o elice rotativă basculabilă , sau proprotor coaxial , pentru ridicare și propulsie . Pentru zbor vertical proprotorul este înclinat pentru a-și direcționa împingerea în jos, oferind ridicare. În acest mod de funcționare, ambarcațiunea este în esență identică cu un elicopter. Pe măsură ce ambarcațiunea câștigă viteză, proprotorul coaxial este înclinat încet înainte, lamele devenind în cele din urmă perpendiculare pe sol. În acest mod, aripa oferă ridicarea, iar eficiența mai mare a aripii ajută tiltrotorul să-și atingă viteza mare. În acest mod, ambarcațiunea este în esență un avion cu turbopropulsie.

O aeronavă mono-tiltrotor este diferită de un tiltrotor convențional în care proprotorii sunt montați pe vârfurile aripilor , prin aceea că proprotorul coaxial este montat pe fuselajul aeronavei . Ca rezultat al acestei eficiențe structurale, un monotransformator depășește eficiența transportului (viteza de încărcare utilă) atât a unui elicopter, cât și a unui tiltrotor convențional. Un studiu de proiectare a concluzionat că, în cazul în care un tiltrotor mono ar putea fi realizat din punct de vedere tehnic, acesta ar avea jumătate din mărime, o treime din greutate și aproape de două ori mai rapid decât un elicopter.

În zbor vertical, tiltrotorul mono folosește comenzi foarte asemănătoare cu un elicopter coaxial, cum ar fi Kamov Ka-50 . Yaw este controlat, de exemplu, prin creșterea ridicării pe proprotorul superior, în timp ce scade ridicarea pe proprotorul inferior. Rolul și pasul sunt furnizate prin rotor ciclic. Mișcarea verticală este controlată cu pasul convențional al lamei rotorului .

Lista avioanelor cu rotor

Articol principal: Lista avioanelor cu rotor
Avionul VTOL experimental Curtiss-Wright X-19 în zbor
Un BA609 (acum AW609) în modul avion la Paris Air Show 2007

Vezi si

Referințe

linkuri externe