"Новая волна" - конвертопланы в беспилотной авиации

Всем привет! В этой записи решил вкратце порассуждать о современных тенденциях в беспилотной авиации. На данный момент беспилотники очень быстро развиваются. Растёт уровень программного обеспечения и передачи данных. Всё усложняется. Единственное, что не сильно развивалось до недавнего времени - это дизайн лёгких носителей, т.е. небольших беспилотников. Я это связываю с желанием не заморачиваться и идти проверенным путём классических схем и летающих крыльев.

Также, параллельно самолётам, получила развитие мультикоптерная тема, которая быстро подошла к тупику из-за сильного энергопотребления, что не даёт возможности применять коптеры на большие расстояния.

Project Zero от AgustaWestland

Cейчас, похоже, продолжающийся рост уровня электроники ограничивается функциональностью её воздушного носителя. Время всё сильнее начинает требовать новых летательных аппаратов с универсальными возможностями и при этом достойными характеристиками. Это дало мощный импульс новой волне развития конвертопланов, с учётом возможностей современных технологий.

Среди образцов "нового" направления есть симпатичные и не очень, но все они вызывают, как минимум, интерес с точки зрения компоновочных решений и дизайнерской мысли. Одним из самых красивых вариантов мне видится концепт Project Zero от AgustaWestland

Трудно сказать на сколько он эффективен, много вопросов вызывает аэродинамика крыла и примерное расположение центра масс. Конечно, при желании, можно самому найти все вероятные ответы на многочисленные вопросы, но ясно одно - решение красивое!

Есть и более тривиальные и предсказуемые решения, корни которых уходят в далёкие 50-е - 60-е годы. Наиболее интересной компоновкой, на мой взгляд, обладает концепт Curtis-Wright Model 300 VTOL Local Service Transport, так как воздушные винты в вертикальном положении не затеняются ни крылом, ни фюзеляжем, а в маршевом положении образуют тандемное расположение в двух гондолах на крыле, что снижает сопротивление при горизонтальном полёте.

Curtis-Wright Model 300 VTOL Local Service Transport

В те года такую схему, где предполагается сложная трансмиссия, реализовывать не стали. А в наши дни в классе средних и малых БПЛА, где можно применять электродвигатели, такая схема становится очень привлекательной. Естественно последовало много различных вариаций, как в среде авиамоделистов, так и в отрасли беспилотной авиации, с похожей схемой, где применяются несколько поворотных двигателей и принцип совмещения мультироторных платформ с самолётом.

Среди моделей одним из известных аппаратов является экспериментальная модель на базе всем известного Бикслера:

Принципы мультироторных платформ и самолёта также легко совмещается в тандемных схемах с поворотными крыльями. Одним из известных представителей такого решения в беспилотной авиации является Иранский Koker 1 VTOL drone.

Koker 1 VTOL drone

Есть также и варианты, продолжающие тему бикоптеров, т.е. всем известного V-22 Osprey:

V-22 Osprey

Одним из таких вариантов является Eagle Eye:

Eagle Eye

Вторым путём развития конвертопланов стала комбинация мультироторных платформ с элементами самолёта без применения поворотных моторов. Такие схемы более простые и надёжные и, по сути, являются примерами винтокрылов в новом воплощении. Наибольшее распространение они получили пока среди авиамоделистов. Одним из самых простых, но интересных образцов, на мой взгляд, является Siniger One VTL:

Одним из моих взглядов на это направление является концепт "102" AL-102 TK "REGION ANGEL" :

AL-102 TK "REGION ANGEL"

Есть ещё одна ветвь конвертопланов без поворотных узлов в конструкции, но правда она опять же с применением поворота воздушных винтов в пространстве. Происходит это за счёт поворота всего летательного аппарата. Несколько примеров на этот счёт:

Вот такие дела. Казалось бы всё прекрасно, но не тут то было. Технологии то выросли, а законы физики как были так и остались. И основные характерные проблемы конвертопланов продолжают мучить умы конструкторов, хотя и есть сдвиги. Раньше основными проблемами, не считая трансмиссии, были переходные режимы и подбор воздушных винтов. На данный момент переходные режимы уже не являются серьёзной проблемой в плане управляемости и устойчивости, с электромоторами трансмиссии просто отсутствуют, а вот винтомоторные группы по-прежнему заставляют сильно задумываться, т.к. для висения и горизонтального полёта нужны разные воздушные винты. Для висения нужен большой диаметр и маленький шаг, для горизонтального полёта достаточно гораздо меньшего диаметра и необходим больший шаг, чтобы обеспечить необходимую скорость полёта.

В связи с этим возникают споры и разногласия. Кто-то считает, что с поворотными винтами более эффективные схемы по сравнению с теми, где есть отдельно ещё и маршевые моторы, т.к. экономится вес и энергопотребление, а также вроде как ничего лишнего. Другие считают, что поворотные механизмы в купе с усилением конструкции дают тот же вес, что и маршевый мотор, а неэффективность подъёмных винтов не дает выигрыша при горизонтальном полёте. Плюс схемы с поворотными моторами менее надёжны и более дорогие, т.к. более сложные. Где же правда? Правда есть там и там, на мой взгляд. Что же лучше? Я думаю, что как обычно всё сводится в конкретную специализацию, т.е. в конкретную функциональность, в то для каких конкретно функций проектируется летательный аппарат. Это должно дать некое разнообразие в данной нише авиационной техники. Единственное, что ещё можно заложить в компоновку конвертоплана - это использование естественных природных сил, косого обдува подъёмных винтов и поиграться на балансе этих эффектов, но пока не будут реализованы новые принципы в энергетике, создать универсальный аппарат с реально впечатляющими характеристиками не получится.