Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из НАСА Гелиос )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Прототип Гелиоса
Гелиос в полете.jpg
Прототип Гелиоса в полете
РольБеспилотный летательный аппарат
ПроизводительAeroVironment
Первый полет8 сентября 1999 г.
СтатусРазрушен в 2003 г.
Основной пользовательПрограмма НАСА ЭРАСТ
Количество построенных1
Разработано изNASA Pathfinder, Pathfinder Plus и NASA Centurion

Helios Прототип был четвертым и последним самолетом , разработанный в рамках эволюционной серии солнечного - и топливные элементы -системы с питанием от беспилотных летательных аппаратов . Компания AeroVironment, Inc. разработала аппараты в рамках программы НАСА по программе « Самолеты и сенсорные технологии для исследования окружающей среды» (ERAST). Они были построены для разработки технологий, которые позволят долгосрочным высотным самолетам служить в качестве спутников в атмосфере , выполнять задачи исследования атмосферы, а также служить в качестве коммуникационных платформ. [1] Он был разработан на базе самолетов NASA Pathfinder и NASA Centurion .

Прототип Гелиоса [ править ]

Pathfinder Plus (слева) и Helios Prototype (справа) на рампе Драйден
Председатель правления AeroVironment Пол МакКриди показывает поперечный разрез лонжерона крыла AeroVironment / Helios Prototype.

НАСА Центурион был изменен в конфигурацию Helios прототипа путем добавления шестых 41 футов (12 м) секция крыла и пятое шасси и систему стручка, став четвертую конфигурацию в серии солнечных батарей летающего крыла самолета - демонстратор , разработанный AeroVironment под проект ЭРАСТ. В большем крыле прототипа Helios было больше солнечных батарей, чтобы обеспечить достаточную мощность для последующих полетов на солнечных батареях. [1] Первый полет самолета состоялся 8 сентября 1999 года. [2]

При разработке прототипа Helios программа ERAST преследовала две цели: 1) устойчивый полет на высоте около 100 000 футов (30 000 м) и 2) продолжительность полета не менее 24 часов, включая не менее 14 часов на высоте более 50 000 футов (15 000 м). С этой целью прототип Helios может быть настроен двумя разными способами. Первый, получивший обозначение HP01, был ориентирован на достижение заданной высоты и питал самолет от батарей и солнечных элементов. Вторая конфигурация, HP03, оптимизировала самолет для обеспечения долговечности и использовала комбинацию солнечных элементов, аккумуляторных батарей и модифицированной коммерческой системы водородно-воздушных топливных элементов для работы в ночное время. В этой конфигурации количество моторов было уменьшено с 14 до десяти. [3]

Используя традиционный поэтапный подход к летным испытаниям, прототип Helios впервые был запущен в серии опытно-конструкторских полетов с батарейным питанием в конце 1999 года для проверки характеристик более длинного крыла и управляемости самолета. Аппаратура, которая использовалась для последующих высотных и длительных полетов на солнечных батареях, также была проверена и откалибрована во время первых полетов на малой высоте в НАСА Драйден . [1]

Описание самолета [ править ]

Прототип летающего крыла Гелиоса через мгновение после взлета, начало своего первого испытательного полета на солнечной энергии с Тихоокеанского ракетного полигона ВМС США на Кауаи, Гавайи, 14 июля 2001 года.

Прототип Helios - это сверхлегкий самолет с летающим крылом с размахом крыла 247 футов (75 м), что больше, чем размах крыльев военного транспорта ВВС США C-5 (222 фута (68 м) или Boeing 747 (195 или 224 фута (59 или 68 м), в зависимости от модели), два крупнейших действующих самолета, построенных в Соединенных Штатах. Helios с электрическим приводом изготовлен в основном из композитных материалов, таких как углеродное волокно , графитовая эпоксидная смола, кевлар , пенополистирол и тонкая прозрачная пластиковая обшивка. Основной трубчатый лонжерон крыла изготовлен из углеродного волокна. Лонжерон, который более толстый сверху и снизу, чтобы поглощать постоянные изгибающие движения, возникающие во время полета, также обернут номексом.и кевлар для дополнительной прочности. Нервюры крыла также изготовлены из эпоксидной смолы и углепластика. Профилированный пенополистирол используется для передней кромки крыла, а прочная прозрачная пластиковая пленка покрывает все крыло. [1]

Прототип Helios имеет ту же хорду крыла 8 футов (2,4 м) (расстояние от передней до задней кромки), что и его предшественники Pathfinder и Centurion. Размах крыла 247 футов (75 м) дает прототипу Helios соотношение сторон почти 31 к 1. Толщина крыла одинакова от кончика до кончика, 11,5 дюймов (29 см) или 12 процентов хорды, и у него нет. конус или развертка . Наружные панели имеют встроенный 10-градусный двугранный угол для обеспечения большей поперечной устойчивости самолета. Незначительный вверх поворот на концах задней кромки помогает предотвратить законцовки крыла киосков во время медленных посадок и поворотов. Площадь крыла составляет 1 976 кв. Футов (183,6 м 2).)., что дает кораблю максимальную нагрузку на крыло всего 0,81 фунта / кв. футов при полете с полной массой 1600 фунтов [1]

Самолет «летающее крыло» состоит из шести секций, каждая длиной около 41 фута (12 м). Подкрыльевые капсулы прикреплены к каждому стыку панелей, чтобы нести шасси, систему питания от аккумуляторной батареи, компьютеры управления полетом и контрольно-измерительные приборы. Пять гондол аэродинамической формы сделаны в основном из тех же материалов, что и само крыло, за исключением прозрачного покрытия крыла. Два колеса на каждом отсеке составляют фиксированное шасси - прочные колеса для горного велосипеда сзади и колеса меньшего размера для скутера спереди. [1]

Единственные поверхности управления полетом, используемые на прототипе Helios, - это 72 руля высоты с задней кромкой, которые обеспечивают управление по тангажу. Они охватывают все крыло и приводятся в движение крошечными серводвигателями.связан с компьютером управления полетом самолета. Чтобы развернуть самолет в полете, применяется управление рысканием путем подачи дифференциальной мощности на двигатели - ускорение двигателей на одной внешней панели крыла и замедление двигателей на другой внешней панели. Основным испытанием во время первой серии полетов была оценка дифференциальной мощности двигателя как средства управления по тангажу. Во время нормального крейсерского полета внешние панели крыла Helios изогнуты вверх и придают самолету форму неглубокого серпа при взгляде спереди или сзади. Эта конфигурация размещает двигатели на внешних панелях крыла выше, чем двигатели на центральных панелях. Повышение скорости двигателей внешней панели заставило самолет понизиться и начать снижение. И наоборот, подача дополнительной мощности на двигатели в центральных панелях заставила Гелиос наклониться и начать набор высоты.[1]

С 2000 по 2001 год HP01 получил ряд обновлений, включая новую авионику, высотные системы контроля окружающей среды и солнечную батарею SunPower, состоящую из более чем 62 000 солнечных элементов, установленных на верхней поверхности крыла. [3] Эти элементы имели конструкцию ячейки с задним контактом, в которой провода размещались на нижней стороне элементов, чтобы не препятствовать воздействию солнечного излучения на ячейки .

Записи [ править ]

Гелиос с очень высоким двугранным крылом непосредственно перед распадом
Гелиос распадается при падении к Тихому океану
Обломки Гелиоса в Тихом океане

13 августа 2001 года [1] прототип Helios, дистанционно пилотируемый Грегом Кендаллом, достиг высоты 96 863 фута (29 524 м), что стало мировым рекордом для продолжительного горизонтального полета крылатого самолета. [4] Достигнутая высота была более чем на 11 000 футов (3400 м) - или более чем на 2 мили (3,2 км) - выше предыдущего рекорда высоты для продолжительного полета крылатого самолета. Кроме того, самолет провел более 40 минут на высоте 96 000 футов (29 000 м). [1]

Сбой [ править ]

26 июня 2003 года прототип Helios распался и упал в Тихий океан примерно в десяти милях (16 км) к западу от гавайского острова Кауаи во время полета для проверки дистанционно пилотируемых систем в рамках подготовки к испытаниям на выносливость, запланированным на следующий месяц. [5]

Утром в день аварии прогнозы погоды показали, что условия были в пределах допустимого диапазона, хотя во время предполетной проверки «годен / запрещен» синоптик дал «очень маргинальное значение». Одной из основных проблем была пара зон сдвига ветра у побережья острова. После отложенного взлета из-за того, что ветер не сместился, как предполагалось, Гелиос провел больше времени, чем ожидалось, пролетая через зону низкой турбулентности на подветренной стороне Кауаи, потому что он поднимался медленнее, чем обычно, поскольку ему приходилось бороться с тенями облаков и, как следствие, уменьшением солнечной энергии.

Согласно последующему отчету о расследовании происшествий, когда самолет поднялся на высоту 2800 футов (850 м) за 30 минут после начала полета, «самолет столкнулся с турбулентностью и превратился в неожиданную, устойчивую, высокую двугранную конфигурацию. самолет стал нестабильным в режиме очень изменяющегося тангажа, в котором отклонения воздушной скорости от номинальной скорости полета примерно удваивались за каждый цикл колебаний . Впоследствии была превышена расчетная воздушная скорость самолета, и в результате высокие динамические давления привели к тому, что вторичная структура передней кромки крыла наложила Внешние панели крыла вышли из строя, а солнечные элементы и обшивка на верхней поверхности крыла оторвались. Самолет врезался в океан в пределахИспытательный полигон Тихоокеанского ракетного полигона и был уничтожен. Была восстановлена ​​большая часть конструкции транспортного средства, за исключением гондолы водородно-воздушного топливного элемента и двух из десяти двигателей, которые затонули в океане » [3].

В отчете о расследовании установлена ​​основная причина аварии, состоящая из двух частей:

  1. «Отсутствие адекватных методов анализа привело к неточной оценке риска последствий изменений конфигурации, что привело к неправильному решению летать на самолете с конфигурацией, очень чувствительной к помехам».
  2. «Изменения конфигурации самолета, вызванные программными и технологическими ограничениями, превратили его из спарлоадера в самолет с точечным распределением массы на той же конструкции, что значительно снизило надежность конструкции и запасы безопасности». [3]

Технические характеристики [ править ]

Эволюция солнечных самолетов в рамках программы ERAST
Схема водородно-воздушного топливного элемента Helios HP03
Технические характеристики [1] [3] [6] [7]
 СледопытПатфайндер-ПлюсЦентурионГелиос HP01Гелиос HP03
Длина ft (м)12 (3,6)12 (3,6)12 (3,6)12 (3,6)16,5 (5,0)
Длина хорды (м)8 (2,4)
Размах крыльев ft (м)98,4 (29,5)121 (36,3)206 (61,8)247 (75,3)
Соотношение сторон12 к 115 к 126 к 130,9 к 1
Коэффициент скольжения18 к 121 к 1???
Скорость полета узлы (км / ч)15–18 (27–33)16,5–23,5 (30,6–43,5)?
Максимальная высота ft (м)71 530 (21 802)80 201 (24 445)н / д96 863 (29 523)65 000 (19 812)
Вес пустого фунта (кг)???1322 (600)?
Максимум. вес фунт (кг)560 (252)700 (315)± 1 900 (± 862)2048 (929)2320 (1052)
Полезная нагрузка фунт (кг)100 (45)150 (67,5)100–600 (45–270)726 (329)?
Двигателиэлектрическая, 2 л.с. (1,5 кВт) каждая
Кол-во двигателей68141410
Мощность солнечной энергии (кВт)7,512,531 год?18,5
Дополнительная мощностьбатарейкибатарейкибатарейкиЛитиевые батареиЛитиевые батареи, топливный элемент

См. Также [ править ]

Воспроизвести медиа
На кадрах виден Гелиос в воздухе
  • История беспилотных летательных аппаратов
  • Электрический самолет
  • Регенеративный топливный элемент
  • QinetiQ Zephyr
  • Пегас БПЛА
  • Чешуйчатые композиты Proteus
  • Проект Solar Impulse

Ссылки [ править ]

Эта статья содержит материал, изначально взятый из веб-статьи Грега Гебеля «Беспилотные летательные аппараты» , которая существует в открытом доступе.  Эта статья включает материалы, являющиеся  общественным достоянием, с веб-сайтов или документы Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .

  1. ^ a b c d e f g h i j Информационный бюллетень NASA Armstrong: Прототип Гелиоса
  2. ^ Информационный бюллетень Helios Prototype - старое издание; заархивировано на archive.org
  3. ^ a b c d e Исследование неудач с прототипом самолета Helios - Том 1, TE Noll et al., январь 2004 г.
  4. ^ "Мировые рекорды авиации и космоса" . Международная авиационная федерация. Архивировано из оригинального 16 октября 2013 года . Проверено 14 октября 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ "Helios Prototype Solar Aircraft Lost In Flight Mishap", Science Daily , 1 июля 2003 г., просмотрено 8 сентября 2003 г.
  6. ^ Информационный бюллетень NASA Pathfinder, заархивированный на archive.org
  7. ^ Информационный бюллетень NASA Centurion заархивирован на archive.org
  • «Photovoltaic Finesse: Лучшие солнечные элементы - с проводами там, где не светит солнце», статья Дэниела Чо на странице тридцать три сентябрьского номера журнала Scientific American за 2003 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Прототип самолета НАСА Helios на солнечной энергии
  • Гелиос для детей
  • Модель Helios от DesignsbyALX .
  • "3G протестирован на высоте 65 000 футов (20 000 м) в стратосфере" Пресс-релиз 3G от 23 июля 2002 г.
  • Статья в Science Daily о рекорде высоты Pathfinder Plus
  • Достижения Telecom relay в международном аэропорту
  • Статья Space.com
  • История БПЛА на солнечной энергии в будущем вещей
  • Pathfinder Plus в NASM
  • Контракт NASA-AeroVironment для последующих проектов
  • Статья о попытке записи Гелиоса
  • Коллекции изображений НАСА:
    • Следопыт
    • Pathfinder Plus
    • Центурион
    • Helios Prototype , видео