![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Велор як останній етап гвинтової авіаціі
Jun. 25th, 2016 04:21 amНатрапив на фотографію макета морського варіанта V-280 з виставки
Гелікоптери доволі швидко (десь наприкінці) навздогнали гвинтові літакі за потрібною потужністю на одиницю польотної маси (і, відповідно, витратами палива на масу). Але швидкість гелікоптерів через асімметрію руху лопатей жорсткіше обмежена аеродінамічною хвилевою кризою, тож швидкості польоту гвинтових літаків у пару разів більша - а, відповідно, і краща економічність на кілометр траекторіі. Через це гелікоптери майже відсутні на регулярних коммерційних маршрутах і майже цілком належать або державним службам, або нафтовидобувним компаніям.
Міноборони США вже давно цікавиться шляхами підвищення скорості та економічності гелікоптерів - їх можливостей не вистачало ще за часів в'єтнамської війни (географія та клімат там взагалі були найбільшими загрозами для антагоністів). Пошуки сконцентрувалися навколо конвертопланів та комбінованих вертольотів. Сьогодні рівень техніки вже дозволяє прийняти їх у масову експлуатацію, тож у найбільш чисельному десятитонному класі розглядаються конвертоплан V-280 Valor та менш популярний гібрид JMR. Кожен з конкурентів має свої переваги та недоліки: негласний фаворит конвертоплан має вищу швидкість, економність та вантажопідйомність; гібрид обіцяє більш традиційну схему керування (застосована на конвертоплані V-22 доволі невдала) та менші габарити, більш пристосовані для морського базування (Велор створювався як максимально спрощений зменшений V-22, і на суходольному у першу чергу варіанті вирішили на складувати крило - що катастрофічно збільшило габарити). Судячи з малюнка, варіант компактифікаціі без складних технологічних змін був знайдений (особливо вдале оперення та можливість встановлення задньої рампи, що з часом можуть перейти на суходольний). Американські вимоги до компактифікаціі морських машин взагалі дуже жорсткі
головним чином, через умови базування на старих есмінціях/фрегатах - через невдалу уніфікацію це відобразилося і на UH-60.
Проект суходольного V-280 повторює цю помилку - хоча вочевидь сучасний гвинтокрил потребує більш місткий корпус (хоча б й ціною втрати 10% швидкості та паливної економіі). На десантних кораблях та авіаносцях, розрахованих на використання важких гелікоптерів та винищувачів, місця достатньо - проблеми виникають з базуванням на Берках. Чому так складно збільшити двері ангара (чи навіть підняти йому дах, який не несе навантаження та не загороджує кути обстрілу) - незрозуміло. Але якщо Пентагон схаменеться і мінімізує суспільні витрати - поширення Велора буде стримким.
Хоча й обмеженим. Папірцево цікавилися конвертопланами багато хто, але ризикували фінансами при створенні експериментальних машин лише організаціі США. Аугусто-уестлендський AW-609 створювався разом з Беллом, і наврядчи той щедро ділився ноу-хау з можливим конкурентом.
Радянські розробники теж намагалися експериментувати, але не знайшли підтримки в урядовців: пріорітет віддавався покращенню гелікоптерів, можливостей яких вистачало для щільних бойових порядків ядерної війни у Європі. Коли почали замислюватися над відстанями азіатських ТВД, грошей вже стало не вистачати. Авіаційне керівництво СРСР відправило під сукно навіть копійчаний надлегкий літак Болдирєва під приводом екологічних міркувань (насправді - бюджетних). Сучасним конструкторам не вистачить не тількі грошей чи можливостей виробництва, але й головним чином часу.
Доречі, коли я написав в себе, що російські урядовці й конструктори заглядаюсть в рота американцям, над цим іржала кодла іскандерів-сирнашів на чолі з бовдуром-пітерастом. Російським конструкторам, яким доручено зібрати хоча б JMR-опдібний гібрид на базі Мі-24 у строки "дайош пятілєтку в трі дня" на залишки грошей від закупівель музичних інструментів - чомусь не смішно.
Зрозуміло, що в таких умовах США не будуть поспішати ділитися з іншими країнами технологіями конвертоплана (скоріш за все й торгувати ними будуть лише з ближчим колом союзників). Проблемою є не самі розрахунки чи креслення, а необхідність коштовного розгортання виробництва досить високотехнологічних матеріалів та агрегатів. Щедрий великий заказ Пентагона дасть змогу мінімізувати витрати на запуск серіі і відкриє шлях на цивільний ринок. Белл обіцяє, що Велор буде дорожча за Блекхока на 10-15% - цілком йомвірни числа (ті ж блекхоки дорожчі за Мі-17 тільки через найсучасне навігаційно-пілотажне обладнання). Таке перевищення ціни компенсується економією на пальному - тож якщо вартість запчастин буде ненабагато більша, велори фактично витіснять блекхоків.
Початковими планами досягнення готовності перших велорів (або JMR) передбачалося аж у 2030-х: наприкінці 90-х-початку 00-х значна частина авіапарку Пентагона була переозброєна на нові модифікаціі блекхоків з великим ресурсом. Але війни останнього десятиріччя з масовим використанням гелікоптерів призвели до катастрофічної втрати їхнього ресурсу і потребували розпочати заміну вже зараз. Тож для Пентагона є сенс обмежити закупівлі перевірених блекхоків і сконцентрувати сили на швидкому доведенні та запуску у виробництво ненабагато дорожчого Велора.
Неамериканський світ відчує технологічну революцію переважно під час стихийних лих: останній великий землетрус у Непалі засвідчив, що чимало країн готово поділитися з постраждалими гуманітарною допомогою та засобами відновлення інфраструктури - але їх важко та дорого діставити на останню милю, від важких вантажних літаків до місця самої негоди. Перекидання та збирання транспортних гелікоптерів - вкрай дорогий та тривалий процес, а парашутних платформ не вистачить навіть на одне невелике лихо. Конвертоплани зможуть вирішити значну частку цієї проблеми.
Крім того, в велорів може з'явитися ще одна внутрішноамериканська ніша використання, пов'язана з впровадженням надшвидкісних потягів Hyperloop. У економічному сенсі у США домінуюють дві гигантські агломераціі, розташовані уздовж узбереж океанів. Нерідко їм дешевше і простіше мати логістичні стосунки з узбережжями інших країн (Китаю, Японіі, ЄС, Мексики), ніж одна з одною. До того ж західна тихоокеанська агломерація через роздрібненість Скелястими горами має гіршу внутрішню логістичну зв'язаність. Спочатку вирішити внутрішню проблему повинна була пришвидшена залізна дорога, потім - високошвидкісна, потім - маглев; зараз у якості перспективної розглядається Гіперлуп.
Очікується невелика вартість системи: кілометр звичайної залізниці коштує 0,5-1 мегабакс, швидкісної - 3, маглева - 100 (!, як підземного метро), отже очікувана вартість гіперлупа порядка 10 мегабаксів/кілометр. Тож це буде не просто найдешевший регіональний транспорт - з такими цінами стає можливим побудування трансконтінентального гіперлупа, що майже повністю замінить авіарейси між агломераціями. Але в такої системи є недолік: якщо літак може розвернутись і прилетіти у будь-яке місто (з аеродромом, звісно), то Гіперлуп такої можливості не має. Тож доведеться мати мережу невеликих літаків для регіональної доставки. (У Європі ця проблема не так гостра - відстані невеликі, можна використати автівки).
Наскільки реалістичен Гіперлуп? Нажаль, у пресі технічних подробиць обмаль, а існуючи нерідко протирічать один одному. Прототипів, на відміну від Фолкона чи електромобілів, теж бракує. Тож довелося продумати своє бачення цієї технологіі.
Звичайний потяг має статичний зв'язок зі своєю середою руху - рейковою колією - через колісний візок. Підвищені швидкості руху потребували більшої пружності та стйкості матеріала візка, доки не наштовхнулися на перешкоду з фізичних властивостей металів. Іншою стороною обмеження стала неможливість перевозки швидкісною залізницею великих обсягів звичайних вантажів - вугля, метала, контейнерів - що різко обмежило рентабельність. Наступним кроком у пришвидшені стала заміна металевого візка на більш гнучке магнітне поле. Нажаль, це потребувало великої кількості вкрай дорогого обладнання, великих витрат електроенергіі і обмежило пересування людей з металевими імплантантами або кардіостимуляторами.
Зрозуміла ідея спейсовців трохи знизити витрати енергіі на аеродинамічне тертя, проклавши дорожне середовище всередині труби зі зниженим тиском повітря. Потім виникла ідея: а навіщо взагалі потрібне магнітне поле у якості підтримуючої середи, якщо навколо є повітря з майже контрольованими властивостями? Стандартний 20-футовий контейнер має вагу приблизно 15 тонн, і у горизонтальному стані створює на опору тиск приблизно 0,1 атмосфери - цю різницю можна створити між дном та дахом вагона перерозподілом зустрічного повітря (наприклад, профілюванням носа). Таким чином вимальовується летючий у трубі зі зниженою щільністю повітря (наприклад не більше 0,4-0,6 атмосфери заради безпеки - така ж на висоті 7-10 км) екраноплан, рухомий магнітним полем. Вивчення малюнків Гіперлупа показало, що розробникі дійсно замислилися над транспортуванням вантажів, і для цього вирішили використовувати ефект аеродинамічного екрана. Але в їхньому проекті рух підтримується, вочевидь, не постійно: скоріш, у цьому просто немає потреби - витрати на тертя невеликі, і на відміну від маглева, магнітні "катапульти" достатньо встановити на нечисленні ділянки прискорення, зекономивши на найбільш коштовному обладнанні (труби, вакуум - не так дорого).
Деякі оцінки, наскількі реалістична вартість Гіперлупа. Для оцінки вартості катапульти узят електромагнітний EMALS (розгін 40 тонн до швидкості 75 м/с на 100 метрах, вартість 100 мегабаксів). Тобто задля розгону до швидкості 550 км/год (150 м/с) потрібно 4 EMALS-а (довжиною 0,4 км). Якщо аеродінамічна якість капсули Гіперлупа дорівнює 15, то можна вважати, що гальмівне прискорення у 15 разів менше прискорення свободного падіння і діє постійно (взагалі сила опору буде зменшуватися зі швидкістю). Тоді дальність пльоту у трубі становить 150^2/(2*10/15)=17 км, середня вартість обладнання становить 23 мільйона на кілометр. Тобто здешевшуючи катапульту, збільшуючи якість капсули, досить ймовірно досягти вартості 10 мегабакс/км.
Звісно, в проекта є труднощі - використання на капсулах магнітів з рідких та дорогих ніобієвих сплавів (що неприємно для вантажоперевізок). Забезпечення тискової безпеки у капсулах - наприклад, під час аварійної зупинки (керуючий апаратурі доведеться швидко піднімати тиск у трубі, інакше пасажири загинуть). Складною проблемою буде створення шляхових вузлів - залізничні стрілчасті переводи досить прості, конструкція ж для корекціі напряму польота капсули зі швидкістю 100 м/с є вкрай нетривіальною. Також непростою проблемою будуть криві ділянкі шляху, яких вистачить у тихоокеанській агломераціі. Величезною проблемою стануть відірвані елементи з попередніх капсул - як це сталося у останній катастрофі Конкорда; ймовірно, у конструкціі труб з'являться спеціальні кармани для уламків та пилу. Дещо незрозумілий дизайн Гіперлупа з гладкою капсулою та трубами з карманами-шпангоутами всередині - думається, гладка внутрішня труба (з невеликими карманами) та гребенями й іншими аеродінамічними поверхнями на капсулі більш безпечні з точки зору амортизаціі ударів та неточності керування.
Втім одна річ не лізе у мій бюрократичний мозок - чому вимоги до цього літаючого у суходольній вакуумованій трубі екраноплана мають регулюватися Міжнародною морською організацією?
Гелікоптери доволі швидко (десь наприкінці) навздогнали гвинтові літакі за потрібною потужністю на одиницю польотної маси (і, відповідно, витратами палива на масу). Але швидкість гелікоптерів через асімметрію руху лопатей жорсткіше обмежена аеродінамічною хвилевою кризою, тож швидкості польоту гвинтових літаків у пару разів більша - а, відповідно, і краща економічність на кілометр траекторіі. Через це гелікоптери майже відсутні на регулярних коммерційних маршрутах і майже цілком належать або державним службам, або нафтовидобувним компаніям.
Міноборони США вже давно цікавиться шляхами підвищення скорості та економічності гелікоптерів - їх можливостей не вистачало ще за часів в'єтнамської війни (географія та клімат там взагалі були найбільшими загрозами для антагоністів). Пошуки сконцентрувалися навколо конвертопланів та комбінованих вертольотів. Сьогодні рівень техніки вже дозволяє прийняти їх у масову експлуатацію, тож у найбільш чисельному десятитонному класі розглядаються конвертоплан V-280 Valor та менш популярний гібрид JMR. Кожен з конкурентів має свої переваги та недоліки: негласний фаворит конвертоплан має вищу швидкість, економність та вантажопідйомність; гібрид обіцяє більш традиційну схему керування (застосована на конвертоплані V-22 доволі невдала) та менші габарити, більш пристосовані для морського базування (Велор створювався як максимально спрощений зменшений V-22, і на суходольному у першу чергу варіанті вирішили на складувати крило - що катастрофічно збільшило габарити). Судячи з малюнка, варіант компактифікаціі без складних технологічних змін був знайдений (особливо вдале оперення та можливість встановлення задньої рампи, що з часом можуть перейти на суходольний). Американські вимоги до компактифікаціі морських машин взагалі дуже жорсткі
головним чином, через умови базування на старих есмінціях/фрегатах - через невдалу уніфікацію це відобразилося і на UH-60.
Проект суходольного V-280 повторює цю помилку - хоча вочевидь сучасний гвинтокрил потребує більш місткий корпус (хоча б й ціною втрати 10% швидкості та паливної економіі). На десантних кораблях та авіаносцях, розрахованих на використання важких гелікоптерів та винищувачів, місця достатньо - проблеми виникають з базуванням на Берках. Чому так складно збільшити двері ангара (чи навіть підняти йому дах, який не несе навантаження та не загороджує кути обстрілу) - незрозуміло. Але якщо Пентагон схаменеться і мінімізує суспільні витрати - поширення Велора буде стримким.
Хоча й обмеженим. Папірцево цікавилися конвертопланами багато хто, але ризикували фінансами при створенні експериментальних машин лише організаціі США. Аугусто-уестлендський AW-609 створювався разом з Беллом, і наврядчи той щедро ділився ноу-хау з можливим конкурентом.
Радянські розробники теж намагалися експериментувати, але не знайшли підтримки в урядовців: пріорітет віддавався покращенню гелікоптерів, можливостей яких вистачало для щільних бойових порядків ядерної війни у Європі. Коли почали замислюватися над відстанями азіатських ТВД, грошей вже стало не вистачати. Авіаційне керівництво СРСР відправило під сукно навіть копійчаний надлегкий літак Болдирєва під приводом екологічних міркувань (насправді - бюджетних). Сучасним конструкторам не вистачить не тількі грошей чи можливостей виробництва, але й головним чином часу.
Доречі, коли я написав в себе, що російські урядовці й конструктори заглядаюсть в рота американцям, над цим іржала кодла іскандерів-сирнашів на чолі з бовдуром-пітерастом. Російським конструкторам, яким доручено зібрати хоча б JMR-опдібний гібрид на базі Мі-24 у строки "дайош пятілєтку в трі дня" на залишки грошей від закупівель музичних інструментів - чомусь не смішно.
Зрозуміло, що в таких умовах США не будуть поспішати ділитися з іншими країнами технологіями конвертоплана (скоріш за все й торгувати ними будуть лише з ближчим колом союзників). Проблемою є не самі розрахунки чи креслення, а необхідність коштовного розгортання виробництва досить високотехнологічних матеріалів та агрегатів. Щедрий великий заказ Пентагона дасть змогу мінімізувати витрати на запуск серіі і відкриє шлях на цивільний ринок. Белл обіцяє, що Велор буде дорожча за Блекхока на 10-15% - цілком йомвірни числа (ті ж блекхоки дорожчі за Мі-17 тільки через найсучасне навігаційно-пілотажне обладнання). Таке перевищення ціни компенсується економією на пальному - тож якщо вартість запчастин буде ненабагато більша, велори фактично витіснять блекхоків.
Початковими планами досягнення готовності перших велорів (або JMR) передбачалося аж у 2030-х: наприкінці 90-х-початку 00-х значна частина авіапарку Пентагона була переозброєна на нові модифікаціі блекхоків з великим ресурсом. Але війни останнього десятиріччя з масовим використанням гелікоптерів призвели до катастрофічної втрати їхнього ресурсу і потребували розпочати заміну вже зараз. Тож для Пентагона є сенс обмежити закупівлі перевірених блекхоків і сконцентрувати сили на швидкому доведенні та запуску у виробництво ненабагато дорожчого Велора.
Неамериканський світ відчує технологічну революцію переважно під час стихийних лих: останній великий землетрус у Непалі засвідчив, що чимало країн готово поділитися з постраждалими гуманітарною допомогою та засобами відновлення інфраструктури - але їх важко та дорого діставити на останню милю, від важких вантажних літаків до місця самої негоди. Перекидання та збирання транспортних гелікоптерів - вкрай дорогий та тривалий процес, а парашутних платформ не вистачить навіть на одне невелике лихо. Конвертоплани зможуть вирішити значну частку цієї проблеми.
Крім того, в велорів може з'явитися ще одна внутрішноамериканська ніша використання, пов'язана з впровадженням надшвидкісних потягів Hyperloop. У економічному сенсі у США домінуюють дві гигантські агломераціі, розташовані уздовж узбереж океанів. Нерідко їм дешевше і простіше мати логістичні стосунки з узбережжями інших країн (Китаю, Японіі, ЄС, Мексики), ніж одна з одною. До того ж західна тихоокеанська агломерація через роздрібненість Скелястими горами має гіршу внутрішню логістичну зв'язаність. Спочатку вирішити внутрішню проблему повинна була пришвидшена залізна дорога, потім - високошвидкісна, потім - маглев; зараз у якості перспективної розглядається Гіперлуп.
Очікується невелика вартість системи: кілометр звичайної залізниці коштує 0,5-1 мегабакс, швидкісної - 3, маглева - 100 (!, як підземного метро), отже очікувана вартість гіперлупа порядка 10 мегабаксів/кілометр. Тож це буде не просто найдешевший регіональний транспорт - з такими цінами стає можливим побудування трансконтінентального гіперлупа, що майже повністю замінить авіарейси між агломераціями. Але в такої системи є недолік: якщо літак може розвернутись і прилетіти у будь-яке місто (з аеродромом, звісно), то Гіперлуп такої можливості не має. Тож доведеться мати мережу невеликих літаків для регіональної доставки. (У Європі ця проблема не так гостра - відстані невеликі, можна використати автівки).
Наскільки реалістичен Гіперлуп? Нажаль, у пресі технічних подробиць обмаль, а існуючи нерідко протирічать один одному. Прототипів, на відміну від Фолкона чи електромобілів, теж бракує. Тож довелося продумати своє бачення цієї технологіі.
Звичайний потяг має статичний зв'язок зі своєю середою руху - рейковою колією - через колісний візок. Підвищені швидкості руху потребували більшої пружності та стйкості матеріала візка, доки не наштовхнулися на перешкоду з фізичних властивостей металів. Іншою стороною обмеження стала неможливість перевозки швидкісною залізницею великих обсягів звичайних вантажів - вугля, метала, контейнерів - що різко обмежило рентабельність. Наступним кроком у пришвидшені стала заміна металевого візка на більш гнучке магнітне поле. Нажаль, це потребувало великої кількості вкрай дорогого обладнання, великих витрат електроенергіі і обмежило пересування людей з металевими імплантантами або кардіостимуляторами.
Зрозуміла ідея спейсовців трохи знизити витрати енергіі на аеродинамічне тертя, проклавши дорожне середовище всередині труби зі зниженим тиском повітря. Потім виникла ідея: а навіщо взагалі потрібне магнітне поле у якості підтримуючої середи, якщо навколо є повітря з майже контрольованими властивостями? Стандартний 20-футовий контейнер має вагу приблизно 15 тонн, і у горизонтальному стані створює на опору тиск приблизно 0,1 атмосфери - цю різницю можна створити між дном та дахом вагона перерозподілом зустрічного повітря (наприклад, профілюванням носа). Таким чином вимальовується летючий у трубі зі зниженою щільністю повітря (наприклад не більше 0,4-0,6 атмосфери заради безпеки - така ж на висоті 7-10 км) екраноплан, рухомий магнітним полем. Вивчення малюнків Гіперлупа показало, що розробникі дійсно замислилися над транспортуванням вантажів, і для цього вирішили використовувати ефект аеродинамічного екрана. Але в їхньому проекті рух підтримується, вочевидь, не постійно: скоріш, у цьому просто немає потреби - витрати на тертя невеликі, і на відміну від маглева, магнітні "катапульти" достатньо встановити на нечисленні ділянки прискорення, зекономивши на найбільш коштовному обладнанні (труби, вакуум - не так дорого).
Деякі оцінки, наскількі реалістична вартість Гіперлупа. Для оцінки вартості катапульти узят електромагнітний EMALS (розгін 40 тонн до швидкості 75 м/с на 100 метрах, вартість 100 мегабаксів). Тобто задля розгону до швидкості 550 км/год (150 м/с) потрібно 4 EMALS-а (довжиною 0,4 км). Якщо аеродінамічна якість капсули Гіперлупа дорівнює 15, то можна вважати, що гальмівне прискорення у 15 разів менше прискорення свободного падіння і діє постійно (взагалі сила опору буде зменшуватися зі швидкістю). Тоді дальність пльоту у трубі становить 150^2/(2*10/15)=17 км, середня вартість обладнання становить 23 мільйона на кілометр. Тобто здешевшуючи катапульту, збільшуючи якість капсули, досить ймовірно досягти вартості 10 мегабакс/км.
Звісно, в проекта є труднощі - використання на капсулах магнітів з рідких та дорогих ніобієвих сплавів (що неприємно для вантажоперевізок). Забезпечення тискової безпеки у капсулах - наприклад, під час аварійної зупинки (керуючий апаратурі доведеться швидко піднімати тиск у трубі, інакше пасажири загинуть). Складною проблемою буде створення шляхових вузлів - залізничні стрілчасті переводи досить прості, конструкція ж для корекціі напряму польота капсули зі швидкістю 100 м/с є вкрай нетривіальною. Також непростою проблемою будуть криві ділянкі шляху, яких вистачить у тихоокеанській агломераціі. Величезною проблемою стануть відірвані елементи з попередніх капсул - як це сталося у останній катастрофі Конкорда; ймовірно, у конструкціі труб з'являться спеціальні кармани для уламків та пилу. Дещо незрозумілий дизайн Гіперлупа з гладкою капсулою та трубами з карманами-шпангоутами всередині - думається, гладка внутрішня труба (з невеликими карманами) та гребенями й іншими аеродінамічними поверхнями на капсулі більш безпечні з точки зору амортизаціі ударів та неточності керування.
Втім одна річ не лізе у мій бюрократичний мозок - чому вимоги до цього літаючого у суходольній вакуумованій трубі екраноплана мають регулюватися Міжнародною морською організацією?
![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif){kind=small}
