Команда из американского Университета Лехай занимается подготовкой крупного беспилотного летательного аппарата, который предназначен для проведения непрерывных полетов. Еще в 1883 году лауреат нобелевской премии Джон Струтт, а также физик Барон Релей выдвинули одну радикальную идею. Джон Струтт изучил механику полета птиц, в частности пеликанов, и выдвинул предположение, согласно которому птицы черпали энергию для полета из разности скоростей ветра, что в свою очередь позволяло им парить в небе, не взмахивая крыльями. Применяя такую технику полета, которая получила обозначение динамического парения, летательный аппарат мог бы, по крайней мере, теоретически, совершать полеты практически не используя топливо в течение многих недель, месяцев, а может даже и лет.
Динамическим парением называют такой метод парения, при котором высота полета поддерживается при помощи постоянно изменяющихся слоев воздуха, обладающих отличными горизонтальными скоростями. Районы значительных градиентов скорости ветра чаще всего встречаются у каких-либо помех движению потокам воздуха или у поверхности земли. Данный метод достаточно часто применяют птицы. Чаще всего им пользуются морские птицы, которые парят над океанскими волнами, задействуя очень мало энергии для полета. Особенно опытными в применении данного метода считаются альбатросы, которые с помощью динамического парения могут путешествовать на многие тысячи километров. Пилоты планеров в свою очередь достаточно редко находят подобные градиенты на больших высотах.
Динамическое парение основано на том, что скорость ветра в каждом последующем слое выше, чем в предыдущем. Например, скорость сильного ветра на высоте в 1 метр составляет 10 м/с, но если подняться на высоту 10 метров, скорость ветра на ней увеличиться в 1,5 раза. Данным явлением, которое особенно заметно над водной поверхностью, очень активно пользуются крупные пернатые: морские и океанские птицы. Первоначально они поднимаются в верхние слои воздуха, для того чтобы запастись необходимой инерцией, после чего выполняют петлю, возвращаясь в нижние слои воздуха на большей скорости. В момент повторения цикла птицы или какие-либо их искусственные аналоги разгоняются еще сильнее.
На протяжении десятков лет, работы над динамическим парением двигались очень медленно. Операторы радиоуправляемых глайдеров использовали преимущества данной техники, для того чтобы увеличить дальность полетов, однако ученые не знали, можно ли применить данное знание к более крупным летательным аппаратам. Несмотря на это в 2006 году команда инженеров, которая состояла из членов NASA и ВВС США совершила длительный полет на модифицированном планере L-23 Blanik над военно-воздушной базой Эдвардс, на практике доказав, что достаточно крупный летательный аппарат в состоянии применять методику динамического парения.
Стоит отметить, что современные планеры достаточно часто и уже давно используют птичьи приемы для ускорения и набора высоты. К примеру, в 2005 году Центр летных исследований NASA им. Драйдена запустил планер с автопилотом, который смог продержаться в небе на целый час дольше обычного за счет того, что ловил восходящие потоки теплого воздуха (так называемое статическое парение). А в 2009 году сравнительно небольшой радиоуправляемый самолет смог разогнаться до 630 км/ч, благодаря использованию метода динамического парения.
В настоящее время команда из Университета Лехай, которую возглавляет профессор инженерии Иохим Гренштедт, трудится над усовершенствованием концепции динамического парения. Они пытаются создать крупный беспилотный летательный аппарат, который предназначается для выполнения непрерывных полетов. Не так давно они завершили работы по созданию 7-метрового крыла, выполненного из углеволокна и спроектированного для выполнения полетов в реактивных потоках воздуха на высоте более 6 километров. Данная модель должна выдерживать перегрузки до 20 G (динамическое парение вызывает серьезные нагрузки на крыло машины), а также скорости до 480 км/ч.
Позднее в 2013 году данная команда исследователей собирается осуществить испытания технологии с моделью планера на небольшой высоте. В том случае, если данные испытания пройдут успешно, отмечает Гренштедт, они собираются запустить свой летательный аппарат, получивший название «Jet Streamer», в реактивный поток, в котором скорость ветра может достигать 320 км/ч. Как только авиаинженерам удастся избавиться от груза топлива и силовой установки, полеты в небе могут превратиться во что-то совершенно новое.
В отдаленном будущем, динамически парящие летательные аппараты смогут стать наблюдательными платформами, которые будут в состоянии вести наблюдение за дикими животными, людьми или погодой. Также они смогут служить коммуникационными передатчиками, ретранслируя сотовые или телевизионные сигналы. Помимо этого они даже получат возможность путешествовать с очень большой скоростью на большие расстояния.
Как это функционирует: Динамическое парение основано на разности в скорости ветра
1. Планер поднимается, преодолевая слои спокойного воздуха на малой высоте к более высоким и бурным слоям воздуха носом к ветру. 2. Планер сохраняет собственную наземную скорость по мере прохождения через границу воздушных потоков. Встречный ветер придает ему более высокую скорость полета и генерирует больше подъемной силы по мере движения ветра поперек его крыльев. 3. Совершив поворот, планер парит вниз, преодолевая при этом существенные расстояния. 4. Покинув ветреные слои воздуха, планер забирается обратно, для того чтобы повторить свой маневр. До тех пор, пока будет существовать разница в скоростях ветра, данный цикл можно будет выполнять бесконечное количество раз.
Автор Юферев Сергей
|
