Возвращение великанов
 Компания Lockheed Martin совместно с Aviation Capital Enterprises ведет работы над линейкой гибридных дирижаблей, что в ближайшие пять лет будут использоваться в коммерческих и военных целях. Lockheed Martin уже отработала технологии на прототипе (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Спустя менее года сгоревшие останки «Гинденбурга» ознаменовали конец эры больших жестких наполненных водородом дирижаблей.
В 2013 году старая идея возродится и капитан первого аппарата SkyTug отдаст приказ: «Поднять корабль». Длиной почти с футбольное поле гибридный дирижабль, способный нести 20 тонн груза, – отчасти аэростат, отчасти самолет – впервые оторвется от земли. А к 2016 году капитан еще большего дирижабля – длиной почти в три футбольных поля и способного нести 454 тонны – отдаст аналогичную команду перед рейсом через Атлантику.
Возрожденный интерес к дирижаблям может быть напрямую связан с глобальной торговлей. Более 36 млрд тонн груза – от цветов и продовольствия до суперкаров Формулы 1 – ежегодно перевозится морем по всему миру. Кроме того, последние 20 лет военные говорят о потребности в быстром перемещении разнообразных грузов в больших объемах [от припасов до танков] в районы, где либо нет инфраструктуры вовсе, либо она в неадекватном состоянии.
«Существует большой разрыв между использованием кораблей и использованием самолетов для транспортировки грузов как в коммерческом, так и в военном мире», - отмечает доктор Боб Бойд [Bob Boyd, руководитель программы гибридных дирижаблей Lockheed Martin Skunk Works]. «Корабль может нести много и недорого, но он медленный. Грузоперевозчикам данный вид транспорта обойдется от 6 до 10 центов за тонно-милю. Однако рейс от Китая до США займет от двух до трех недель», - рассказывает Бойд. «Грузовой самолет A-747 может переместить грузы по всему миру за часы, но это обойдется в 50 – 60 центов за тонно-милю, кроме того, объем груза лимитирован. С гибридным дирижаблем мы выходим на транспортировку значительных объемов грузов в течение трех дней по цене 25 центов за тонно-милю. Мы пытаемся заполнить эту среднюю нишу».
Абсолютно новый проект
Разработка технологий новых дирижаблей началась в 1990 году, когда инженеры Skunk Works рассматривали концепции летательных аппаратов легче воздуха [поднимающихся лишь за счет силы Архимеда] для компании торгового судоходства. В 1999 году Skunk Works запустила финансируемую из собственных средств программу по созданию гибридного дирижабля, получившего название AeroCraft, в котором подъем осуществлялся за счет негорючего гелия, заполняющего оболочку, а также тяги двигателей и аэродинамической формы аппарата.
«Есть несколько моментов, связанных с негибридными дирижаблями», - продолжает Бойд. «Они очень большие, что делает их трудными в управлении, они не приземляются на взлетно-посадочные полосы, у них трудности с посадкой при боковом ветре и они всегда приземляются носом против ветра. Обычно для посадки необходима большая круглая бетонная платформа с причальной мачтой для швартовки. По экономическим причинам в аппаратах предполагалось использовать минимальный экипаж, поэтому они должны были работать с низкой рабочей нагрузкой на экипаж».
Ключ к решению проблемы управляемости был найден использованием поворачивающихся двигателей и винтов, которые обеспечили не только движение, но и выступили в качестве органов управления, работающих в сочетании с рулями дирижабля. Двигатели должны быть экономичными в эксплуатации, быть небольшими и тратить меньше топлива, чем сегодня используемые в самолетах, чтобы вся концепция [использования] дирижаблей была жизнеспособна.
Проведенные по программе AeroCraft опытно-конструкторские работы показали, что трехдольная оболочка летает лучше, чем имеющие форму сигары исторические дирижабли или почти овального профиля аппараты. «При данной конструкции аппарата около 80% полной силы обеспечивает сила Архимеда, оставшиеся 20% - подъемная сила», - отмечает Бойд. «Что подняться в воздух аппарат должен развить скорость около 23 км/ч. Ветер должен обдувать всю оболочку».
Важным элементом в создании действующего дирижабля стала разработка системы посадки на воздушной подушке [ACLS, air cushion landing system]. ACLS позволила дирижаблю работать как аппарат на воздушной подушке над свободными участками суши или даже над водой.
Посадочные опоры представляют собой пары соединенных овальных контуров. В каждой опоре вентилятор накачивает внешнее кольцо, которое обеспечивает форму и полутвердую поверхность для приземления. На стоянке вентиляторы внутреннего кольца каждой опоры работают в противоположном направлении, создавая низкое давление в центральном пространстве опор, по сути, выступая присоской, удерживающей дирижабль на земле во время порывов ветра. Данная система устраняет необходимость в причальной мачте и большой бетонной площадке.
«Вся наша опытно-конструкторская работа показал необходимость в строительстве демонстратора», - продолжает Бойд. «Мы должны были доказать, что гибридный дирижабль может быть построен. Мы должны были показать, что можем припарковать его и его не снесет ветром. Мы должны были показать, что вся система в целом будет работать».
P-791
В Skunk Works проекты обозначаются случайно выбранными числами, поэтому природа последовательности не выявлена. Демонстратору гибридного дирижабля был присвоен идентификатор P-791. Финансируемый из собственных средств компании демонстратор был построен в 2005 году, аппарат имеет около 37,5 м в длину, около 16 м в ширину и около 9 метров в высоту. Первый полет прошел 31 января 2006 года.
«P-791 был сконструирован с использованием подхода «Мистер Картофельная голова» [американская игрушка, представляющая картофелеподобную пластиковую голову с приложениями]», - продолжает Бойд. «Все основные компоненты – рубка, двигатели, топливопроводы, рули управления, подушки ACLS – крепятся на внешней стороне оболочки». Единственные элементы, что лежат внутри оболочки – это гибкие перегородки, простирающиеся вдоль швов трех долей дирижабля, обеспечивая форму и прочность, и баллонеты, расширяющиеся и сужающиеся для выравнивания давления, связанного с расширением и сужением гелия с высотой.
Оболочка аппарата соткана из вектрана – легкого высокопрочного материала, подобного кевлару. Соединение элементов материала осуществлялось термосклеиванием или химическим склеиванием по швам.
«Дирижабли имеют очень низкое давление [в оболочке] – около 690 Па», - отмечает Бойд. «Дирижабли «Goodyear» постоянно получают пробоины от выстрелов идиотов, пытающихся сбить их. Однако газ выходить настолько медленно, что экипаж может приземлиться и залатать пробоину. В наш дирижабль не стреляли, но если бы это случилось, оболочку можно было бы восстановить, используя самоклеющуюся заплатку».
Моторы и винты смонтированы на алюминиевых обручах, что позволяет направлять их вверх, вниз, влево, вправо для подъема, спуска и руления. Узлы крепления передних двигателей прикреплены к оболочке, два кормовых двигателя крепятся на композитных дугообразных рамах, повторяющих контуры оболочки. Мотор, винт и крепежная система образуют двигатель, 4-ре двигателя обеспечивают P-791 максимальную скорость около 56 км/ч.
Летчик-испытатель компании Эрик Хансен [Eric Hansen] совершил первые два полета, за которыми последовали полеты под управлением Билла Френсиса [Bill Francis]. Пилоты сидели в герметичной гондоле бок о бок с бортинженером Тимом Бланком [Tim Blunck]. «Трудно обнаружить изменения в ветре в настолько большом аппарате», - рассказывает Бойд. «Мы разработали автоматически регулирующуюся цифровую систему управления полетом, которая использует ультразвуковой анемометрический датчик давления для сбора данных. Данная система позволяет пилоту просто нанести линию на дисплей с подвижной картой, показывая, куда он хочет отправиться, и система отреагирует, адаптируется к условиям и позаботится обо всем остальном».
По программе испытаний P-791 было выполнено шесть полетов, каждый около 30 минут длиной. Испытания в большей части были посвящены демонстрации наземной эксплуатации. Вне зоны эффекта поверхности экипаж дирижабля оставался в рамках схемы движения у Палмдейл, держась ниже 610 м.
«Все отработало по плану», - констатирует Бойд. «Мы выключили двигатели и корабль отреагировал хорошо. Мы даже случайно порвали одну из посадочных опор и смогли приземлиться без происшествий. В конце мы подошли к очень прочной конструкции. После этого мы начали составлять бизнес-план для более крупных дирижаблей».
Большой, еще больший, по-настоящему большой
17 марта 2011 года компания Aviation Capital Enterprises [Калгари, Канада] объявила, что объединяет усилия с Skunk Works по созданию, испытаниям и сертификации в соответствии со стандартами Федерального управления гражданской авиации США семейства гибридных дирижаблей, предназначенных для коммерческой транспортировки тяжелых грузов. Aviation Capital будет реализовывать гибридные дирижабли на коммерческом рынке, в то время, как Lockheed Martin сохраняет права на военный рынок.
Первая модель аппаратов, получившая обозначение SkyTug, будет подобна гигантскому вертолету, но почти в десять раз дешевле. SkyTug будет иметь дальность полета до 1852 км [1000 морских миль] на крейсерской скорости в 111 км/ч. Аппараты данной модели будут использоваться на 4 – 8 часовых миссиях для поддержки удаленных буровых площадок или рудников, где нет инфраструктуры, необходимой для самолетов. Согласно планам, 88 – метровый SkyTug начнет полеты в начале 2013 года. Предусмотренные первоначальным контрактом два дирижабля будут построены в Палмдейл, там же в будущем будут построены остальные аппараты типа SkyTug.
Вторая модель, получившая обозначение SkyFreighter, - это региональный транспортный летательный аппарат, способный нести 70 тонн груза. «Дирижабли такого размера станут для стран инструментом развития их экономик», - отмечает Бойд. Ожидается, что первый полет аппарата SkyFreighter, имеющего 122 метра в длину, состоится в 2014 году.
Как SkyTug, так и SkyFreighter будут оснащены поршневыми дизельными двигателями, которые смогут поворачиваться только вверх и вниз. При испытаниях P-791 было показано, что для управления направлением движения достаточно возможности поворота рулей, поэтому в возможности поворота двигателей в горизонтальной плоскости нет необходимости. Существует рынок [сбыта] для 50 дирижаблей поменьше.
Третья и самая крупная модель получила название SkyLiner. Ожидается, что этот исполин поднимется в небо в 2016 году, будет иметь 244 метра в длину и сможет поднять 500 тонн груза. Корабль будет оборудован шестью турбовинтовыми двигателями, каждый из которых будет вращать винт большого диаметра. SkyLiner будет использоваться на международных и трансокеанских маршрутах. Опоры системы посадки на воздушной подушке [ACLS] SkyLiner [длиной 24 м и высотой 4 м] будут убираться для уменьшения сопротивления.
«SkyLiner будет идеален для товаров вроде электроники, овощей или спорткаров, которые имеют короткий промежуток смены курса [валюты], тяжелы и дороги в транспортировке самолетом», - поясняет Бойд. Прогнозируемая [потребность] рынка – несколько сотен кораблей данного типа.
Все три модели будут иметь длинные прямоугольные грузовые контейнеры, прикрепляемые под оболочкой. Кабина экипажа будет находиться спереди. Грузовой отсек SkyLiner длиной – 91,4 м, шириной – 15,2 м и высотой – 9,1 м будет иметь две палубы.
«Кабина экипажа на аппаратах типа SkyLiner будет больше походить на мостик корабля, чем кабину летчика. SkyLiner будет иметь помещения для камбуза, уборных, спальных мест», - рассказывает Бойд. «Подобно морским контейнерным судам, на дирижабле будет находиться минимальный экипаж для уверенности, что все работает. Честно говоря, там будет не так много работы для экипажа. Дирижабль будет двигаться по прямой на скорости 185,2 км/ч в течение нескольких дней, поэтому мы рассматриваем пути передачи для экипажа программ кабельного телевидения».
Ролик Lockheed Martin о P-791
Источники: