الطائرات الشخصية. فهم وانتظر

على مدار العشرين عامًا الماضية ، ظهرت طائرات خفيفة غير مأهولة مثيرة للاهتمام من تصميمات غير تقليدية - هذه هي كوادكوبتر ، سداسية المروحيات ، إلخ. إنها مصممة كآلات لنقل الأشخاص أو كوسيلة من وسائل الطيران حسب رغبتك. هذا هو البحث عن حلول جديدة ، وتطبيق تكنولوجيات جديدة ، بمعنى آخر ، العملية الطبيعية لتطوير الطيران الخفيف.

يسعى المصممون لإنشاء طائرة مدمجة توفر سهولة الوصول إلى السماء من المناطق الصغيرة. أود أن أرجع إلى ميزاتها:

• عمودي (أو تقصير) الإقلاع والهبوط
• مدمجة وآمنة للآخرين عند الإقلاع والهبوط
• التحكم الآلي (جزئي أو كامل).

وغالبًا ما يشار إلى هذه المركبات باسم الطائرات الشخصية. بالمعنى الدقيق للكلمة ، هذا ليس صحيحا تماما.

من الناحية الرسمية ، تم تقديم مصطلح "مركبة جوية شخصية" بواسطة ناسا في عام 2003 وكان الغرض منه توفير حل سريع للنقل من الباب إلى الباب للعميل. مثل هذا الجهاز ، وفقًا لوكالة ناسا ، كان يجب أن يكون قادرًا على القيادة على طرق مثل السيارة والطيران باستخدام المطارات الصغيرة أو المواقع المناسبة فقط.

متطلبات الطائرات الشخصية من ناسا (2003).

• لا يزيد عن 5 ركاب
• سرعة الانطلاق 240-320 كم / ساعة
• هادئة ومريحة وموثوقة وعالية مانعة لتسرب الماء ، وانخفاض استهلاك الوقود
• متاح للتجريب لأي شخص لديه رخصة قيادة
• متاح للسفر كسيارة وكطائرة
• مجموعة طيران من حوالي 1300 كم

كانت محاولات إنشاء مثل هذه التقنية قبل فترة طويلة من عام 2003. لذلك ، في عام 1946 ، أكمل روبرت فولتون (الولايات المتحدة الأمريكية) بناء أول سيارة طيران في العالم ، Airphibian ، لكنه فشل في الوصول إلى الإنتاج الضخم.



مشاكل النقل في المدن الكبرى ، وكذلك حلم الطيران من فناء منزلهم ، أجبرت المخترعين على تطوير اتجاه النقل الجوي الشخصي.

بعد سبعين عامًا ، قدمت إيرباص مفهوم نظام النقل المعياري الحضري.



تجدر الإشارة إلى أنه على مدار سبعين عامًا لم يشهد العالم سيارة إنتاج واحدة ، يمكن أن تُنسب إلى الطائرات الشخصية. إذا قمت بإزالة متطلبات إمكانية الحركة على طرق مثل السيارة ، فيمكن أن تعزى طائرات الهليكوبتر الخفيفة إلى هذه الأجهزة بامتداد.

لكن المروحيات لم تصبح "تاكسي طيران" ضخم. بادئ ذي بدء ، فإن التكلفة العالية لهذا العرض يخيف. المستهلك الشامل لا يستطيع تحمله. يحتاج السوق إلى حلول أرخص.

يمكن أن يوفر إنشاء طائرة إقلاع رأسية اقتصادية باستخدام نظام تحكم مستقل المزايا التالية:

• انخفاض كبير في وقت السفر عند استخدامه كنظام نقل (مقارنة بالنقل البري) ؛
• أرخص بسبب كتلة ونقص الطيارين (مقارنة بالسفر الجوي الحالي) ؛
• تقليل عدد حوادث الطيران والكوارث بسبب استبعاد العامل البشري من نظام التحكم.

بعد ذلك ، أود تقديم نظرة عامة على بعض ALSs التي ترفع حقًا من تصميم غير تقليدي تم إصداره على مدار العشرين عامًا الماضية ، ومقارنة مواصفاتها التقنية مع جهاز التصميم التقليدي.

دعنا نبدأ بالآلات التي أنسبها إلى الأصداف للأنشطة الخارجية.

1.1. GEN H-4

في عام 2000 ، قدمت الشركة اليابانية GEN Corporation طائرة هليكوبتر متحدة المحور خفيفة الوزن. تتكون محطة الطاقة من أربعة محركات ذات أسطوانة. فشل محركين يسمح لهبوط آمن. لا يتم توفير التحكم في درجة الملولبة (العامة والدائرية). في الواقع ، الدوار هو المروحة الثابتة الملعب. مراقبة طائرات الهليكوبتر متوازنة.

أثارت شركة GEN H-4 اهتمامًا كبيرًا بين المشترين المحتملين ، ولكن لم يتم جلب السيارة إلى الإنتاج الضخم. الآن على موقع الشركة المصنعة يمكنك شراء رسومات للبناء الذاتي.

الوزن الفارغ ، كجم	70
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	220
أقصى قوة المحرك ، حصان	4x10
الحد الأقصى لوقت الرحلة ، دقيقة	60
السرعة القصوى ، كم / ساعة	85
السقف ، م	3000
التكلفة ، $	59،500

1.2. مارتن jetpack

قدمت شركة Martin Aircraft النيوزيلندية في عام 2008 ، ربما ، جهاز الإقلاع العمودي الشخصي الوحيد حتى الآن ، الجاهز للإنتاج بالجملة. استمر العمل في المشروع لأكثر من 35 عامًا.

يتم إنشاء الجر من قبل اثنين من مراوح في القنوات الحلقي ، تدور بواسطة محرك الاحتراق الداخلي. يتم إنشاء إجراء التحكم بواسطة دروع قابلة للانعكاس تقع خلف البراغي.
يوفر نظام التحكم التلقائي استقرار الجهاز أثناء الطيران.
Martin Jetpack ، أحد الأجهزة القليلة في فئته ، مجهز بنظام إنقاذ بالمظلات.

الوزن الفارغ ، كجم	230
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	330
أقصى قوة المحرك ، حصان	200
الحد الأقصى لوقت الرحلة ، دقيقة	30
السرعة القصوى ، كم / ساعة	40
السقف ، م	760
التكلفة ، $	150،000

1.3. ايروفكس ايرو اكس

تطوير دراجة نارية تحلق على مقعدين تعمل في شركة ايروفكس . يتم تشغيل الماكينة بواسطة مراوح ثنائية الملعب في القنوات الحلقيّة. تتكون محطة الطاقة من ثلاثة محركات احتراق داخلية دوارة مجتمعة في وحدة واحدة. للهبوط الآمن ، يوجد محركان من أصل ثلاثة يكفيان.

يتم التحكم في الجهاز عن طريق تحويل التدفق وراء المراوح ، ولهذا الغرض يتم استخدام جهاز توجيه عند مخرج القنوات الحلقي.
يقتصر ارتفاع الطيران بشكل مصطنع على 3 أمتار ، لحفظ الطيار في تصادم مع الأرض ، وقد تم تجهيز الجهاز بأكياس هوائية.

* الجهاز يشبه إلى حد كبير VZ-8 Airgeep التي تم إنشاؤها بأمر من القوات المسلحة الأمريكية في عام 1962.

الوزن الفارغ ، كجم	356
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	496
أقصى قوة المحرك ، حصان	240
الحد الأقصى لوقت الرحلة ، دقيقة	75
السرعة القصوى ، كم / ساعة	72
السقف ، م	-
التكلفة ، $	85000

1.4. الهواء Flyboard

ربما تم تطوير واحدة من أكثر الطائرات الفردية المدمجة بواسطة فرانك زاباتا مع فريقه - Flyboard Air.

أربعة محركات نفاثة تعمل على إنشاء مصعد ، للتحكم المباشر في الدورة التدريبية ، يتم استخدام الدفاعات الكهربائية الثانية الموجودة على جانبي المنصة. يقع خزان الوقود مع الكيروسين في الجزء الخلفي من الطيار. يتم التحكم في Flybord Air بواسطة جهاز تحكم عن بعد محمول باليد.

الوزن الفارغ ، كجم	غير متوفر (50) *
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	n / a (140) *
أقصى قوة المحرك ، حصان	4x250 = 1000 (قوة دفع 160 كجم)
الحد الأقصى لوقت الرحلة ، دقيقة	10
السرعة القصوى ، كم / ساعة	150
السقف ، م	3000
التكلفة ، $	لا يوجد

* تقدير تقريبي

1.5. Arcaboard

تم تجهيز لوحة الطيران من شركة أركا الفضائية بـ 36 محرك كهربائي مع مراوح في القنوات الحلوية ، مدعومة ببطاريات.

حدّد منشئوها بحكمة ارتفاع الرحلة إلى 30 سم فوق السطح الأساسي. يجب أن يساعد نظام التثبيت التلقائي الطيار في الحفاظ على التوازن. يمكنك التحكم في اللوحة باستخدام هاتف ذكي أو تحقيق التوازن بين جسمك.

الوزن الفارغ ، كجم	82
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	162
أقصى قوة المحرك ، حصان	7.55 × 36 = 272
الحد الأقصى لوقت الرحلة ، دقيقة	6
السرعة القصوى ، كم / ساعة	20
السقف ، م	-
التكلفة ، $	14،900

فيما يلي الأجهزة التي تم تطويرها كوسيلة

2.1. CH-7 كومبرس

(أضيفت للمقارنة)


بدأت شركة Helisport الإيطالية عام 1996 الإنتاج الضخم للطائرة المروحية الخفيفة CH-7 Kompress Charle. يوفر التصميم الترادفي الكثيف لمقصورة السفينة المتوسطة الحجم خصائص ومدى سرعة جيدين. حتى الآن ، تم تصنيع أكثر من 330 سيارة.

تجدر الإشارة إلى أن CH-7 هي واحدة من عدد قليل من طائرات الهليكوبتر الخفيفة جدا الناجحة تجاريا.

الوزن الفارغ ، كجم	280
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	450
أقصى قوة المحرك ، حصان	115
مجموعة طيران ، كم	450
سرعة الانطلاق ، كم / ساعة	100
السقف ، م	2740
التكلفة ، $	115000

2.2. Volocopter VC200

طورت شركات تصنيع الطائرات الألمانية من E-volo كوادكوبتر مزدوج مجهز بـ 18 محرك كهربائي مستقل مع مراوح ثابتة الملعب.

يتم التحكم في الجهاز عن طريق تغيير سرعة المحرك. يحافظ نظام التحكم تلقائيًا على معايير الطيران المحددة ، حيث يتحكم في سرعة الدوران الفردية لكل محرك.

الجهاز قادر على مواصلة الرحلة في حالة تعطل ما يصل إلى ستة محركات ، وجود نظام إنقاذ المظلة يوفر سلامة إضافية للطاقم.

الوزن الفارغ ، كجم	290
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	450
أقصى قوة المحرك ، حصان	لا يوجد
الحد الأقصى لوقت الرحلة ، دقيقة	20
السرعة القصوى ، كم / ساعة	100
السقف ، م	2000
التكلفة ، $	340،000

2.3. إيهانغ 184

تقوم شركة Ehang الصينية بتطوير آلة كهربائية ذات مقعد واحد تشبه كوادروكوبتر موسعة. كما يتصور المبدعون ، يجب أن تكون هذه مركبة جوية مستقلة تمامًا (مركبة جوية مستقلة) ، يحتاج الراكب فقط للإشارة إلى نقطة الوصول ، وسيتم توفير الرحلة بأكملها من الإقلاع إلى الهبوط بواسطة نظام التحكم على متن الطائرة.

تتحرك الطائرة باستخدام فحوى أربعة مراوح ثابتة الملعب. يتم التحكم عن طريق تغيير سرعة الدوران لكل من المحركات الكهربائية الثمانية المستقلة.

من وجهة نظر الميكانيكا ، فإن الجهاز مثير للاهتمام في تصميمه البسيط ، ونقص الإرسال والاكتناز.

الوزن الفارغ ، كجم	240
أقصى وزن للإقلاع ، كجم	340
أقصى قوة المحرك ، حصان	207
الحد الأقصى لوقت الرحلة ، دقيقة	25
السرعة القصوى ، كم / ساعة	60
السقف ، م	3500
التكلفة ، $	لا يوجد

مقارنة

يوجد أدناه مقارنة بين الأجهزة المدرجة وطائرة هليكوبتر. تم إجراء المقارنة وفقًا لمعايير 3:

• مجموعة طيران
• الكتلة النسبية للحمولة (نسبة الحمولة إلى وزن الإقلاع الكامل ، تميز الكمال التقني للطائرة) ؛
• حمل الطاقة (نسبة كتلة الإقلاع إلى الطاقة المتاحة للطائرة ، بمعنى آخر ، تُظهر هذه القيمة كتلة الجهاز لكل حصان واحد من الطاقة).

تمت مقارنة السيارات المخصصة للأنشطة الخارجية ونقل الأشخاص (البضائع) بشكل منفصل. تم إجراء المقارنة بالنسبة للطائرة العمودية GEN H-4 للجدول الأول ونسبة CH-7 للجدول الثاني (من أجل الوضوح ، يتم أخذ معايير العينة كوحدة تقليدية).

---

الاستنتاجات

1. الإقلاع العمودي

سوف تقفز مركبة الإقلاع العمودي مع الطائرات الموفرة للطاقة السوق للنقل الجوي قصير المدى. ومع ذلك ، فإن الطائرة المقدمة بعيدة للغاية في أداء الرحلة ، حتى من طائرة هليكوبتر كلاسيكية.

حتى الآن ، لا يوجد حل بناء يسمح بالإقلاع العمودي والهبوط ويكون أكثر كفاءة من المروحية.

استطراد صغير
هنا العينة التجريبية التي قدمتها وكالة DARPA تبدو مثيرة للاهتمام. جهاز الإقلاع العمودي XV-24A بجناح دوار ونظام دفع كهربائي متباعد.



وفقًا للمطورين ، سيكون هذا الجهاز 25 ... أكثر كفاءة بنسبة 50 ٪ من طائرة هليكوبتر (بمعنى كفاءة الوقود). تتيح لك الدفاعات متباعدة بطول الجناح التحكم في دوران التيار ، وكذلك منع كشك المجرى في زوايا الهجوم الكبيرة. يتم توفير الطاقة من مولد على محرك التوربينات الغازية.

2. امدادات الطاقة

تتيح لك المحركات الكهربائية الناشئة (وحدات التحكم) ذات الكثافة المنخفضة في استهلاك الطاقة وزيادة استهلاك البطاريات إنشاء آلات كهربائية بالكامل. ومع ذلك ، ووفقًا لتقديرات الخبراء (تم تنفيذ العمل من قِبل الزملاء ، لم يتم نشره) ، مع زيادة في استهلاك الطاقة للبطاريات بنسبة 25-30 مرة لكل كتلة وحدة ونقصًا في تكلفة استهلاك عمر البطارية بمقدار يتراوح بين 1.5 و 3 مرات ، مقارنةً بمؤشرات اليوم ، استخدام النقل الكهربائي بالكامل الطيران سوف تصبح قابلة للحياة اقتصاديا. لذلك ، في حين أن هذه مسألة مستقبل غير بعيد.

على سبيل المثال ، يبلغ مدى طائرة إيرباص E-FAN الكهربائية ، التي تم إنشاؤها في عام 2014 ، حوالي 150 كم ، بينما يطير زميلها في البنزين سيسنا 150 على مسافة 680 كم.

3. الاتفاق

إن إنشاء طائرة مدمجة له ​​ما يبرره تجاريًا - فهو صغر حجم منطقة الإقلاع والهبوط ، ومنطقة تخزين صغيرة ، إلخ. ولكن ، كما يتضح من جدول المقارنة أعلاه ، فإن استبدال الدوار بعدة أقطار أصغر يقلل بشكل كبير من كفاءة نظام الدفع ، وبالتالي ، يؤدي إلى انخفاض كبير مجموعة.

4. التحكم الذاتي

الطيار الآلي الحديث بالتزامن مع البنية التحتية الأرضية يتيح لك أتمتة جميع مراحل الرحلة.

يمكن افتراض أن نظام التحكم الذي يوفر إنشاء الطريق والتحكم في الطائرات وحتى اختيار موقع الهبوط يمكن بناؤه في المستقبل القريب.

يصف المقال الحالة الراهنة. التكنولوجيا ليست ناضجة بعد لإنشاء طائرة شخصية ، والتي سوف يبدي السوق الشامل اهتمامًا بها. قد يستغرق عقودا. ولكن ، قد يتم استخدام الأجهزة المقدمة للترفيه أو المهام الخاصة ، إذا لم تأخذ في الاعتبار تكاليفها.