Регистрация / Вход
Прислать материал

Проектирование, разработка конструкции и изготовление демонстратора гибридного аэростатического летательного аппарата нового типа (ГАЛАНТ).

Докладчик: Демин Вадим Юрьевич

Должность: главный конструктор

Цель проекта:
Опыт развитых стран и прежде всего США показывает, что существует широкий спектр задач, эффективно решаемых авиацией общего назначения (АОН). Ежегодный оборот всей инфраструктуры АОН в США составляет более 63 млрд. долларов и обеспечивает занятость более полумиллиона человек. К основным областям, где применение такой техники дает ощутимый экономический эффект, можно отнести: - обеспечение транспортной доступности в отдаленных, труднодоступных и малонаселенных регионах; - воздушное патрулирование нефте- и газопроводов, ЛЭП, лесных массивов, водоемов и пр.; - аэрофотосъемка, инструментальный мониторинг окружающей среды; - обеспечение надежной связи в малодоступных районах и районах стихийных бедствий (ретрансляторы); - организация досуга и популяризация авиации, авиа туризм. Наиболее актуальной и проблемной задачей во всем мире и, особенно, в России является обеспечение транспортной доступности в отдаленных, труднодоступных и малонаселенных регионах с отсутствием транспортной и аэродромной инфраструктуры. Воздушным судном, способным эффективно решать задачу обеспечения транспортной доступности в этих регионах является гибридный аэростатический летательный аппарат. Гибридный аэростатический летательный аппарат сочетает в себе преимущества дирижаблей и самолетов за счет того, что аэростатика и аэродинамика участвуют в создании подъемной силы примерно в равных долях. Именно поэтому такой летательный аппарат называют гибридным. Данная комбинация позволяет добиться характеристик и эксплуатационных свойств, недостижимых по отдельности, как для дирижаблей, так и для аппаратов тяжелее воздуха. К общим преимуществам ГАЛАНТ, обеспечивающим им конкурентоспособность по сравнению с традиционными летательными аппаратами, относятся: - более высокая энергетическая эффективность перевозки, возникающая за счет аэростатической компенсации собственного веса, по сравнению с другими видами воздушного и некоторых видов наземного транспорта; - за счет аэростатической разгрузки летательные аппараты такого типа могут обходиться силовыми установками значительно меньшей мощности, чем потребовались бы самолету при равной величине полезной нагрузки; - требуется на порядок менее затратное строительство и содержание наземной инфраструктуры, включая сооружения для начально-конечных перевозочных операций и технического обслуживания; - более высокий уровень навигационного потенциала по сравнению с возможностями других видов транспорта, позволяющий обеспечивать спрямление и оптимизацию маршрутов, доставку грузов и пассажиров в нужное место «от двери до двери» без дополнительных временных и экономических затрат на подвоз. ГАЛАНТ лишен главного недостатка самолетов - необходимости взлётно-посадочных полос; повышенного удельного расхода топлива характерного для вертолетов и не требуют сложной наземной инфраструктуры (передвижная и стационарная причальные мачты, причальная команда) в отличие от дирижаблей. Целью проекта является получение значимых научных результатов в области авиационной техники для создания нового вида транспорта - гибридного аэростатического летательного аппарата, обладающего уникальными лётно-техническими характеристиками, повышенным уровнем безопасности полетов, экологичностью эксплуатации, многоцелевым применением. В рамках ПНИ предполагается сформировать облик и оптимизировать параметры малоразмерных гибридных аэростатических летательных аппаратов, построить и испытать демонстратор (объем 15 куб. м). Это позволит при незначительных инвестициях исследовать вопросы аэродинамики, устойчивости и управляемости, проверить правильность принятых конструктивно-технологических решений, оценить эксплуатационные особенности подобных аппаратов.

Основные планируемые результаты проекта:
Основными результатами исследований будут являться научные и научно-технические основы для создания гибридных аэростатических летательных аппаратов нового типа и способов их производства (технологий), на базе которых будет разработан и изготовлен демонстратор гибридного аэростатического летательного аппарата, получены результаты его испытаний.
В результате реализации ПНИ будут получены:
- анализ отечественных и зарубежных литературных источников, и нормативно-технической документации по существующим и проектируемым гибридным аэростатическим летательным аппаратам;
- информационные и прогнозные исследования по конструктивным, технологическим и эксплуатационным решениям гибридных аэростатических летательных аппаратов;
- расчеты геометрических, энергетических, массовых и летно-технических характеристик демонстратора гибридного аэростатического летательного аппарата;
- анализ и оптимизация конструктивно-силовой схемы демонстратора гибридного аэростатического летательного аппарата;
- эскизная документация для изготовления демонстратора перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата;
- изготовлен демонстратор перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата;
- программы и методики исследовательских испытаний демонстратора перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата;
- результаты исследовательских испытаний демонстратора перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата
- оценка результатов исследовательских испытаний, сопоставление данных научно-информационных источников и результатов теоретических и экспериментальных исследований, оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
Новизна предлагаемого к разработке в рамках ПНИ гибридного аэростатического летательного заключается в том, что он сочетает в себе преимущества дирижабля и самолета и вследствие этого обладает уникальными техническими характеристиками, повышенным уровнем безопасности полетов, экологичностью эксплуатации, многоцелевым применением. Уникальные технические характеристики ГАЛАНТ достигаются за счет использования аэростатической и аэродинамической составляющих при формировании подъемной силы.
Ввиду большого «перетяжеления» и благодаря более обтекаемой в боковой проекции форме, данный летательный аппарат в отличие от дирижабля может эксплуатироваться без причальной мачты и обходиться без причальной команды.
Основным преимуществом перед самолетом является малая посадочная скорость и, практически, отсутствие сваливания на больших углах атаки, что позволяет безопасно эксплуатировать данный летательный аппарат с неподготовленных площадок. Посадка может выполняться как по самолетному, так и вертикальным парашютированием, при этом скорость снижения будет мало отличаться от скорости спуска человека на десантном парашюте. Обдувка оперения и наличие поворотных двигателей позволяет иметь отличную управляемость на малых и околонулевых скоростях.
Повышенный уровень безопасности является следствием уникальных технических характеристик. Малые посадочные скорости и отсутствия сваливания позволяют безопасно эксплуатировать летательный аппарат на любых режимах полета. Даже в случае отказа двигателей ГАЛАНТ имеет возможность совершить посадку с вертикальной скоростью, соответствующей ограничениям по безопасности.
Экологичность эксплуатации связана с возможностью использования в качестве двигателей электромоторов, так как по сравнению с самолетом для создания достаточной подъемной силы необходима существенно более низкая тяговооруженность за счет использования аэростатической силы, что существенно снижает вес силовой установки в целом.
Многоцелевое применение определяется отсутствием необходимости ВВП и возможностью с одним и тем же шасси совершать взлеты и посадки, как с твердого покрытия, так и с водной поверхности, а также со снежной целины.
В зависимости от назначения аппарата предполагается использовать два типа двигателей: традиционные поршневые двигатели на автомобильном бензине и электродвигатели на аккумуляторах с возможность подзарядки от солнечных батарей.
Наиболее близким и единственным аналогом исследуемого в рамках ПНИ воздушного судна является гибридный летательный аппарат с аэростатической разгрузкой канадской компании Solar Ship Inc. Данный проект реализуется за счет средств Фонда поддержки развития технологий (SDTC) правительства Канады (уровень государственных инвестиций 2,2 млн. долл.). Газонаполненная оболочка Solar Ship выполнена по схеме летающее крыло с небольшой стреловидностью, на которой установлены органы управления: элевоны и рули направлений. Такая схема обладает рядом недостатков, как с точки зрения аэродинамики, так и по сложности изготовления. Так как органы управления расположены вне зоны обдува двигателей, это существенно снижает управляемость аппарата на малых скоростях и увеличивает взлетно-посадочные скорости. В силу того, что газонаполненная оболочка имеет сложную пространственную форму летающего крыла, требуется большое количество внутренних продольных и поперечных силовых элементов, необходимых для ее обеспечения. Все этого существенно усложняет изготовление такой оболочки и как следствие стоимость ЛА.
Полученный в результате реализации проекта научно-технический задел позволит сформулировать ТЗ на ОКР малоразмерного гибридного аэростатического летательного аппарата с полезной нагрузкой 500 - 1500 кг.
ГАЛАНТ как объект проектирования исследуется как сложная техническая система (СТС), которая в свою очередь, состоит из сложных технических систем или подсистем (корпус, силовая установка, воздушно-газовая система и т.д.).
В ходе исследований необходимо сформировать облик летательного аппарата (ЛА), который должен сочетать в себе высокие аэродинамические характеристики, которые позволяют обеспечить уникальные эксплуатационные свойства этого вида транспорта, и обеспечить простоту конструкции, которая влияет на себестоимость готового изделия. В силу отсутствия проверенных методик аэродинамических расчетов и расчетов устойчивости и управляемости подобных летательных аппаратов, а также для проверки принятых конструкторско-технологических решений необходима постройка демонстратора гибридного летательного аппарата, его наземные и летные испытания. Проведение наземных и летных испытаний ГАЛАНТ с последующей доработкой по их результатам позволит приступить к серийному выпуску ГАЛАНТ и их внедрению в народное хозяйство.
Такой системный подход, предполагающий, что основные элементы исследования: цели компонентов сложной технической системы, критерии, модели и результаты исследований формируются как иерархические системы позволят достичь заявленных целей работы и минимизировать затраты на проведение ПНИ.
В силу новизны предлагаемого транспортного средства целый ряд конструкторско-технологических и эксплуатационных решений (форма ГАЛАНТ, система регулирования рабочего давления, полезная модель, промышленный образец и др.) обладают способностью к правовой охране.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения ПНИ будет создан демонстратор гибридного аэростатического летательного аппарата, в ходе проведения испытаний которого предполагается сравнить полученные технико-экономические характеристики с прогнозными и оценить эффективность его применения.
Максимальный экономический эффект достигается при применении гибридных аэростатических летательных аппаратов для обеспечения транспортной доступности отдаленных и труднодоступных населенных пунктов, так как эти воздушные судна не требуют аэродромной и транспортной инфраструктуры, что особенно актуально для России. Более 60% территории страны относится к районам Крайнего Севера. Разветвленность сети автомобильных и железных дорог России существенно ниже, чем в развитых странах мира. По данным Минтранса России, более 30% населенных пунктов, в которых проживает 8% населения, не имеют круглогодичной связи с дорожной сетью страны.
ГАЛАНТ лишен главного недостатка самолетов - необходимости взлётно-посадочных полос; повышенного удельного расхода топлива характерного для вертолетов и не требуют сложной наземной инфраструктуры (передвижная и стационарная причальные мачты, причальная команда) в отличие от дирижаблей. В случае сравнения с самолетами при прочих равных условиях они будут экономичнее (по критерию себестоимости т*км) в 2-3 раза и в 10-30 раз по сравнению с вертолетами. При выполнении специальных задач (геологоразведка, мониторинг, связь, обнаружение и тушение лесных пожаров и др.) ГАЛАНТ будут экономичнее аппаратов тяжелее воздуха в среднем в 5-6 раз, а по отдельным задачам - в 10-15 раз.
Перечисленные факторы эффективности ГАЛАНТ, вместе с более высокой безопасностью и экологичностью перевозок, позволяют ставить их в один ряд с другими транспортными средствами и реализовывать интенсивную научно-экспериментальную работу по внедрению в транспортную индустрию. Области применения гибридных летательных аппаратов с аэростатической разгрузкой, где достигается максимальный экономический эффект:
- обеспечение транспортной доступности в отдаленных, труднодоступных и малонаселенных регионах с отсутствием транспортной и аэродромной инфраструктуры;
- воздушное патрулирование нефте- и газопроводов, ЛЭП, лесных массивов, водоемов и пр.;
- аэрофотосъемка, инструментальный мониторинг окружающей среды;
- геологоразведка полезных ископаемых, в том числе железорудных, алмазоносных и нефтегазоносных структур;
- несение патрульной службы, охрана сухопутных территорий и акваторий, связь, инструментальная (оптическая, телевизионная, радиотехническая, радиолокационная, инфракрасная) разведка;
- обеспечение надежной связи в малодоступных районах и районах стихийных бедствий (ретрансляторы);
- организация досуга и популяризация авиации, авиатуризм.
Научно-технические результаты ПНИ могут быть использованы:
- для проведения ОКР по разработке, испытаниям и сертификация гибридных аэростатических летательных аппаратов;
- налаживания серийного производства гибридных аэростатических летательных аппаратов на основе разрабатываемых в проекте технологий производства газодержащих оболочек, технологий формования композиционных материалов методом вакуумной инфузии, сборки конструкций из полимерных композиционных материалов.
В результате проведения ПНИ будет построен демонстратор гибридного аэростатического летательного аппарата, получены результаты его летно-конструкторских и эксплуатационных испытаний. Это позволит приступить к поиску прямых инвестиций для организации серийного производства ГАЛАНТ. С одной стороны, задача поиска прямых инвестиций усложняется в силу инновационности продукта и отсутствия опыта реальной эксплуатации подобных воздушных судов. С другой стороны, уникальность летательного аппарата и отсутствие аналогов позволяет быстро занять рыночную нишу в областях, где применение подобной техники экономически целесообразно. Российская авиапромышленность остро нуждается в новых рыночных нишах, позволяющих достичь массового выпуска наукоемкой продукции, не вступая в непродуктивную и рискованную конкуренцию с лидерами мирового гражданского авиастроения. В то же время инновационное развитие отрасли должно способствовать решению насущных социально-экономических проблем страны. Изготовленный в результате выполнения ПНИ демонстратор гибридного аэростатического летательного аппарата будет способствовать получению инвестиций, так как на практике сможет показать преимущества нового вида транспорта. Предполагается экспонировать изготовленный демонстратор гибридного аэростатического летательного аппарата на специализированных выставках (AERO-2015 Фридрихсхафен (Германия), МАКС-2015 Жуквский, День инноваций Министерства обороны и т.п.), активно продвигать результаты ПНИ через специализированные СМИ и интернет.

Текущие результаты проекта:
На текущий момент в рамках реализации проекта:
- получены результаты аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему создания транспортных дирижаблей нового поколения;
- проведены расчеты геометрических, энергетических, массовых и летно-технических характеристик демонстратора гибридного аэростатического летательного аппарата;
- выполнен анализ и оптимизация конструктивно-силовой схемы демонстратора гибридного аэростатического летательного аппарата;
- разработана эскизная документация для изготовления демонстратора перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата;
- изготовлен демонстратор перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата;
- подготовлена программа и методики исследовательских испытаний демонстратора перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата;
- начаты испытания демонстратора перспективного гибридного аэростатического летательного аппарата.