аэромобиль что это такое
Аэромобили на циклороторах: почему Россия и Австрия выбрали для «транспорта будущего» технологию вековой давности Статьи редакции
Циклокоптеры вместо обычных винтов используют роторы особой конструкции, похожие на гребные колёса старых пароходов.
Австрийская компания CycloTech показала первый испытательный полёт своей платформы для будущих электрических аэротакси с вертикальным взлётом и посадкой. Конструкция массой 83 килограмма оторвалась от земли и провела в воздухе несколько минут благодаря тяге четырёх цилиндрических циклороторов, расположенных по бокам.
Весной 2021 года похожую платформу с четырьмя циклороторами успешно испытал российский Фонд перспективных исследований. На базе этой платформы Фонд планирует создать к 2022 году летающее такси «Циклокар» грузоподъёмностью 600 килограммов. Такси сможет перевозить шесть человек на расстояние до 500 километров со скоростью 250 километров в час.
В мире есть и другие проекты летающих такси, но все они используют традиционные пропеллеры. Сотрудники CycloTech и разработчики «Циклокара» посчитали, что для воздушного транспорта будущего лучше подходит концепция вековой давности.
Циклоидный ротор или пропеллер Фойта-Шнайдера — это «воздухоплавательная версия» гребного колеса старых пароходов с расположенными по кругу лопастями. Но если у гребного колеса лопасти жёстко зафиксированы, то лопасти циклоротора немного поворачиваются вокруг своей оси, причём на каждом обороте ротора.
Для вертикального взлёта циклоротор задирает передний край каждой лопасти, когда она проходит верхнюю точку оборота, и опускает этот край в нижней точке. Таким образом, лопасть циклоротора дважды за оборот разрезает воздух под углом и отталкивается от него — так же, как режет воздух лопасть обычного вертолётного винта. Обе точки расположены на вертикальной линии, так что циклоротор отталкивается от воздуха в вертикальном направлении, создавая подъёмную силу.
После взлёта циклоротор начинает задирать и опускать край каждой лопасти с некоторым запозданием, смещая точки с вертикальной линии на диагональную. Это меняет направление тяги — теперь циклоротор отталкивается от воздуха не вертикально вверх, а по диагонали. Если пароход медленно гребёт своими колёсами по воде горизонтально вперёд, то циклокоптер гребёт роторами по воздуху вперёд и вверх, причём очень быстро, поскольку плотность воздуха в 770 раз меньше, чем плотность воды.
Концепция простая, но реализовать её оказалось крайне сложно. Прототипы летательных аппаратов на некотором подобии циклороторов начали безуспешно испытывать ещё в начале прошлого века. В 1924 году шведский инженер Страндгрен запатентовал первый полноценный циклокоптер с вертикальным взлётом и посадкой. После девяти лет подробных расчётов и экспериментов инженер построил финальный прототип, который ездил по земле, но не взлетал.
В последующие десятилетия изобретатели в США и Европе патентовали и строили разные варианты циклокоптеров, ни один из которых не поднялся в воздух. Только в 2007 году инженеры Сеульского национального университета убедились, что концепция всё же работает — их циклокоптер с четырьмя роторами вертикально взлетал, устойчиво держался в воздухе и благополучно садился.
В 2011 году достижение корейских инженеров повторили сотрудники Мэрилендского университета. Появились и другие рабочие прототипы, но все они были небольших размеров. Российский «Циклокар» считается первым в истории большим летающим циклокоптером, пригодным для создания полноценного воздушного транспорта.
Главное преимущество циклокоптеров — их схожесть с вертолётами. Они взлетают и садятся вертикально, а для горизонтального полёта им не нужны крылья. Более того, «Циклокар» на испытаниях успешно садился на площадки с наклоном до 30° и причаливал к вертикальным поверхностям. Всё это важно для воздушных такси и прочих аэромобилей, которые будут курсировать в плотно застроенных городах. Обычные летающие автомобили с крыльями и горизонтальным взлётом слабо годятся для такого сценария.
Циклоротор переходит от вертикального взлёта к горизонтальному полёту регулировкой наклона лопастей — но таким же образом он может направить тягу в любую сторону, причём независимо от соседних циклороторов. Это обеспечивает циклокоптеру сверхманёвременность, которая недостижима для вертолётов — он способен буквально крутиться на месте в любом направлении.
Регулировка наклона лопастей циклоротора меняет не только направление тяги, но и её силу — если наклонить лопасть на больший угол, то она будет сильнее отталкиваться от воздуха. Все эти изменения тяги у циклокоптеров происходят почти мгновенно и не требуют повышать или понижать обороты двигателя, в отличие от других винтовых летательных аппаратов.
Отсутствие задержек и надобности менять обороты дают возможность использовать на циклокоптерах традиционные двигатели на ископаемом топливе, которые не нуждаются в массивных аккумуляторах. Например, бензиновый роторно-поршневой двигатель планируют ставить на «Циклокар», чтобы он мог пролететь до 500 километров — у платформы CycloTech на электромоторах дальность полёта составляет всего 85 километров.
Наконец, циклороторы относительно компактны и малошумны. Диаметр роторов у платформы CycloTech составляет 1,2 метра, у «Циклокара» — полтора метра, при вместимости от четырёх до шести человек. Самый маленький в мире вертолёт — японский GEN H-4 использует соосные винты диаметром четыре метра и может поднять только одного человека. Циклоротор же за один оборот отталкивается от воздуха в двух точках, что делает его энергоэффективным решением.
Главная проблема циклоротора — его сложность. Он должен менять наклон каждой своей лопасти при каждом обороте с помощью неких приводов. Вся эта конструкция совершает 1600-3100 оборотов в минуту — то есть, циклоротор вращается в 5-10 раз быстрее вертолётного винта. Здесь не обойтись без очень прочных и лёгких материалов, также желательно использовать минимум деталей и соединений. Хотя «Циклокар» и платформа CycloTech смогли взлететь и удержаться в воздухе, но неизвестно, выдержат ли они полную нагрузку и как долго смогут проработать в режиме эксплуатации.
Циклокоптеры имеют больше проблем с безопасностью: если у вертолётов и традиционных аэротакси винты находятся высоко над головой человека, то циклороторы расположены по бокам и легко доступны. Разработчики «Циклокара» планируют оградить их сеткой, однако вряд ли она защитит от падения мелких предметов в работающий ротор. Также расположенные по бокам циклороторы могут затруднить посадку и высадку людей.
Недостатком может обернуться и одно из преимуществ циклороторов — они позволяют использовать экологически грязные двигатели на ископаемом топливе вместо электромоторов. Бензиновые циклокоптеры наверняка будут летать в несколько раз дальше электрических, что может затормозить переход транспорта на силовые установки с нулевыми выбросами.
Пока не появятся аэромобили на циклотронах не тревожьте меня.
На базе этой платформы Фонд планирует создать к 2022 году летающее такси «Циклокар» грузоподъёмностью 600 килограммов. Такси сможет перевозить шесть человек на расстояние до 500 километров со скоростью 250 километров в час.
Не сможет. Скриньте.
* похожие на гребаные колёса старых пароходов
Главная проблема циклоротора — его сложность. Он должен менять наклон каждой своей лопасти при каждом обороте с помощью неких приводов.
Ну так вертолёт также работает, ну то что скорости больше это да, ну так и технологии сотня лет уже
Они эффективнее обычных автомобилей и самолётов?
Хотя бы в теории. ред.
Все что не сжигает тонну углеводородов на каждый пук эффективней автомобилей и самолетов
Нет, я говорю про соотношение полезной работы к затраченной энергии. Не про экологическую эффективность.
Данных про кпд нету, но сомневаюсь что он ниже 20-30%, как у двс двигателя
Автомобили сжигают тонны углеводоров на каждый пук, я правильно понял?
Комментарий удален по просьбе пользователя
Именно поэтому зелёная энергетика должна идти в тандеме с атомной энергетикой.
Аэромобиль, циклокар или автолёт: когда мы полетим на машинах?
AirCar
28 июня прототип гибридного автомобиль-самолета AirCar совершил 35-минутный перелёт между международными аэропортами в Нитре и Братиславе, Словакия.
Его создатель, профессор Стефан Кляйн, сказал, что автолёт может пролететь около 1000 км на высоте 2500 м и на данный момент наработал в воздухе 40 часов. В воздухе машина развила крейсерскую скорость в 170 км/ч.
Трансформация из автомобиля в самолет занимает 2 минуты 15 секунд. Узкие крылья складываются по бокам машины. Автолёт может перевозить двух человек с общим весом 200 кг. Но в отличие от прототипов дронов-такси, он не может взлетать и приземляться вертикально, и требует взлетно-посадочной полосы.
При этом на земле новинка ничем не отличается от спорткаров.
Известно, что Кляйн разрабатывал летающий автомобиль в течение 20 лет. Его модель совершила более 140 тестовых вылетов. Одним нажатием кнопки водитель способен развернуть/сложить крылья и хвост двухмоторной модели. Предел крейсерской скорости — порядка 190 км/ч, а в качестве силовой установки используются два двигателя BMW. Ожидается, что следующая версия AirCar будет иметь крейсерскую скорость 300 км/ч.
Пока большинство конкурирующих «летающих машин» на деле способны только летать и малопригодны для передвижения по обычным улицам, AirCar в этом плане выглядит интереснее, но, к сожалению, не поддерживает вертикальных взлёта и посадки — такая функциональность сделала бы её идеальной в городских условиях. Кроме того, прототип использует бензиновые, а не новомодные электрические двигатели.
Для того, чтобы уникальная машина Кляйна вышла в «мейнстрим», сначала придётся убедить регуляторов в её безопасности и надёжности, причём водителям AirCar понадобится как лицензия пилота, так и обычное водительское удостоверение.
Антон Заяц, советник и инвестор Klein Vision, сказал, что если бы компания смогла привлечь хотя бы небольшой процент от мировых продаж авиакомпаний или такси, она была бы чрезвычайно успешной.
«Только в Соединенных Штатах имеется около 40 тысяч заказов на самолёты», — сказал он. — «И если мы переманим хотя 5% из них, чтобы заменить самолёт на летающую машину, то у нас будет огромный рынок».
Компания Klein Vision заявляет, что на разработку прототипа потребовалось около двух лет, а инвестиции обошлись в 2 миллиона евро.
Доктор Стивен Райт, старший научный сотрудник Университета Западной Англии, заявляет следующее:
«Я должен признать, что это выглядит действительно круто, но у меня есть сотня вопросов о сертификации. Любая компания может сделать самолёт, но фокус в том, чтобы сделать самолёт, который летает и летает на протяжении тысячи часов с человеком на борту, без происшествий. Не могу дождаться, когда увижу листок бумаги, в котором говорится, что летать на летающих машинах безопасно».
Hyundai
Компания Hyundai ускорит разработку принципиально нового типа транспорта — воздушных такси, которые начнут работать в крупнейших городах США уже в 2025 году — на три года раньше, чем предполагалось прежде.
В компании видят огромные перспективы роста в новом сегменте. По оценкам Morgan Stanley, целевой рынок летающих машин к 2040 году может достигнуть 1 трлн долларов, а ещё через 10 лет вырасти до 9 трлн долларов.
В сентябре 2019 года компания Hyundai создала новое подразделение, занявшееся разработкой городского воздушного транспорта. В компании тогда отметили, что в скором времени сервис воздушного такси станет одной из важнейших транспортных систем, которая позволит снизить нагрузку на дорожную сеть в крупнейших городах мира.
На данный момент в компании ведут разработку летательных аппаратов на 5-6 пассажиров для больших агломераций, а также их более вместительных версий для междугородных полётов. Кроме того, в Hyundai работают над летающими транспортными средствами, которые смогли бы заняться и грузовыми перевозками.
В начале 2020 года Hyundai совместно с сервисом Uber представили концепцию нового вида транспорта под названием UAM (Urban Air Mobility). Ее основная идея заключается в создании в крупных городах огромной сети небольших площадок для воздушного транспорта, которому не придётся стоять в пробках.
В рамках проекта также был показан экспериментальный летающий автомобиль S-A1, представляющий собой компактный конвертоплан. Это аппарат с поворотными винтовыми двигателями, которые при вертикальном взлёте обеспечивают подъёмную силу, а при горизонтальном полёте работают как тянущие агрегаты. Воздушное такси вмещает до пяти человек и развивает скорость до 290 км/ч при высоте полёта 700 метров.
Аккумуляторы для летающих авто
Группа исследователей Университета Пенсильвании занялась изучением требований к электромобилям с вертикальным взлётом и посадкой, а также тестированием потенциально возможных в будущем и высокоэффективных источников питания для того чтобы создать полноценно функционирующий воздушный автомобиль.
«Я думаю, что летающие машины обладают широкими возможностями для экономии времени. Более того, они смогут повысить продуктивность городского траффика, используя воздушные трассы, — говорит Чао-Янг Вэн, директор центра электрохимических двигателей Университета Пенсильвании. — Но электрические аппараты вертикального взлета и посадки очень сложны в реализации из-за отсутствия должных элементов питания, так как аккумуляторы для летающих машин требуют большой плотности энергии, потому что им нужна высокая мощность во время взлётно-посадочных манёвров. Также, аккумуляторы потребуют достаточно частой зарядки».
Аэротакси от Airbus
Ожидается, что с коммерческой точки зрения, летающие электромобили должны будут совершать минимум по 15 вылетов в день, две из которых в час пик, чтобы окупить затраты на создание. Первыми маршрутами таких аэротакси, вероятно, станут поездки из города в аэропорт с тремя-четырьмя людьми на борту на расстояние, не превышающее 80 километров.
Так как динамические характеристики и полезная работа воздушного такси очень зависимы от перевозимого веса (в который входит и вес самого автомобиля) следует особое внимание уделить батареям, сделав их максимально лёгкими, ведь именно аккумуляторы составят основную часть массы летающего авто. Учёные протестировали две литий-ионные батареи с высокой плотностью энергии, которые могут за 5-10 минут достаточно зарядиться для полёта на расстояние до 80 километров. Срок их службы при этом может составлять до 2000 быстрых циклов «заряда-разряда».
Вэн и его команда использовали для создания батарей собственную технологию. Основная идея технического решения заключается в быстром нагреве аккумулятора с помощью никелевой фольги, повышающей температуру АКБ до 60°С и обеспечивающей быструю зарядку без повреждения или стремительной деградации батареи. Оказалось, что нагрев также способствует и быстрой отдаче энергии, повышая мощность элемента, что позволяет осуществлять вертикальный взлёт и посадку воздушного авто.
«В обычных условиях три атрибута литиевой батареи электромобиля — скорость зарядки, плотность и мощность — работают друг против друга, — говорит Вэн, — высокая плотность энергии снижает скорость заряда, а быстрая зарядка обычно сокращает количество циклов перезарядки. Но мы приблизились к тому, чтобы заставить работать эти параметры в единой среде без негативного воздействия друг на друга».
Для летающих транспортных средств важным фактором является и то, что их батареи всегда должны сохранять определённую часть заряда, в отличие, к примеру, от аккумуляторов в мобильных телефонах, ведь если батарея в летающем электромобиле полностью разрядиться в воздухе, это приведёт к печальным последствиям. В аккумуляторе летающего такси всегда должен оставаться запас. А остаточный заряд способствует увеличению времени дозарядки АКБ. Пример: когда батарея разряжена полностью, внутреннее сопротивление заряду находится на низком уровне и элемент быстрее заряжается, но чем больше в нём оставшейся энергии, тем дольше протекает зарядка. Поэтому пенсильванские учёные и решили использовать нагрев при перезарядке АКБ, так как «разогнанные теплом» энергоэлементы будут заряжаться намного быстрее даже несмотря на неизрасходованный заряд.
«Надеюсь, что наша работа даст людям твердое представление о том, что нам не нужно ждать ещё, допустим, 20 лет до появления летающих электромобилей, — сказал Вэн. — Считаю, что мы продемонстрировали и коммерческую, и практическую жизнеспособность воздушных авто».
Австралия не отстаёт
Компания Airspeeder сообщила, что их электрический летающий гоночный автомобиль компании совершил первые непилотируемые испытательные полеты на юге Австралии в начале 2021 года. Летательный аппарат, электрический мультикоптер вертикального взлета (electric vertical takeoff and landing, eVTOL), управлялся дистанционно, а испытательные полёты проходили под наблюдением Управления безопасности гражданской авиации страны.
Конечной целью компаний Airspeeder является создание летающих транспортных средств для участия в гонках. Согласно сайту Airspeeder, «успешное выполнение этих полетов означает, что Гран-при электромобилей без экипажа состоятся в 2021 году в трёх скоро объявленных международных местах».
Устройство весит 130 килограммов, может разгоняться с нуля до 100 км/ч за 2,8 секунды и подниматься на высоту до 500 м. Он оснащён съёмной батареей, которую можно заменить менее чем за 20 секунд. По словам компании, на одном аккумуляторе он может летать от 10 до 15 минут, оснащён лидаром и радаром для создания «виртуального силового поля», чтобы помочь предотвратить столкновения.
Airspeeder утверждает, что в первых гонках серии EXA, которые компания планирует провести в конце этого года, примут участие четыре команды с двумя удалёнными пилотами на команду.
I Believe I Can Fly
Крупнейший автопроизводитель Европы — концерн Volkswagen Group — работает над технико-экономическим обоснованием для выхода на рынок летающих автомобилей в Китае. Как следует из заявления Volkswagen Group, концепция «вертикальной мобильности» станет следующим шагом к реализации стратегии компании наравне с автономным вождением. При том китайский рынок немецкий производитель назвал «технически близким» к идее летающих автомобилей.
Согласно данным сервиса Statista, автомобильный рынок в Китае является крупнейшим как с точки зрения спроса, так и предложения. Ориентировочное количество автомобилей на дорогах страны в 2020 году составило 200 миллионов машин. При этом на 5 человек в среднем приходится менее 1 авто, в то время как в США на 1000 жителей — свыше 800 автомобилей.
В ноябре минувшего года базирующаяся в Мюнхене компания Lilium создаст свой первый хаб в США недалеко от Орландо, чтобы более 20 миллионов жителей Флориды оказались в пределах досягаемости их электрического самолёта. Он может взлетать вертикально и преодолевать расстояние до 300 километров.
Компания по разработке летающих автомобилей Kitty Hawk Corp., финансируемая соучредителем Google Ларри Пейджем (Larry Page), приобрела 3D Robotics, бывшего конкурента китайского производителя дронов DJI. В рамках сделки соучредитель 3D Robotics и бывший редактор журнала Wired Крис Андерсон (Chris Anderson) станет главным операционным директором Kitty Hawk.
Созданный компанией прототип электросамолёта Heaviside больше похож на традиционный самолёт и напоминает летающие автомобили, которые разрабатываются многими другими стартапами на рынке eVTOL, такими как Archer, Joby и Lilium.
12-летний американский стартап Joby Aviation готовится к коммерческому запуску летающего такси в 2024 году. И хотя это лишь начало гонки, Joby уже претендует на лидерство в забеге. Компания три года работает с Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA) – дольше, чем любой из его конкурентов, и недавно получила контрольный список, для прохождения сертификации на перевозку пассажиров.
Кроме того, компания привлекла больше денег, чем её конкуренты, включая 400 млн долларов от Toyota Motor, которые помогут ей начать производство. Недавно она также поглотила подразделение летающего такси Uber и в рамках сделки получила от последней 75 млн долларов инвестиций и обещание интегрировать летающие аппараты в сервис по аренде такси Uber.
Компания запускает программу обучения пилотов для своих летающих такси. Joby планирует эксплуатировать свои шаттлы автономно, но потребуется длительный переходный период, когда пилотам нужно будет находиться на борту.
Технически характеристики прототипа Joby: дальность полёта — 240 км, скорость – 320 км/ч. Цель – сравнять стоимость поездки на воздушном такси с тарифом эконом-класса Uber X. В связи с чем, эксперты изучают опыт авиакомпаний по минимизации времени простоя, заполняемости салона, простоты бронирования через мобильные приложения и тому подобные вещи.
Задолго до того, как летающие такси Joby начнут коммерческие перевозки в городах, их услугами начнут пользоваться американские военные. Ещё в конце прошлого года ВВС США сертифицировали эти машины наравне с аппаратами конкурентов Beta и Lift Aircraft.
К началу следующего года военные хотят начать испытания 10 самолётов Joby не для военных действий, а для медицинской эвакуации, оказания помощи в случае стихийных бедствий и гуманитарных кризисов.
По оценкам венчурного подразделения Минобороны Afwerx, основные преимущества эксплуатации аппарата – финансовые: эксплуатация транспортного средства Joby в четыре раза меньше обычных вертолётов. Кроме того, безопасность также сильная сторона машин – выход из строя двух из шести пропеллеров никак не влияет на полёт аппарата.
Очевидно, что Joby не единственный игрок, который выпустит на рынок своё летающее такси в скором времени, так как первые полёты воздушных такси начнутся уже в следующем году, а первые городские самолёты будут одобрены к 2023 году.
Аэроавтобус
Подавляющее большинство проектов — это лёгкие и сравнительно тихоходные летательные аппараты с вертикальным взлётом. Вариантов конструкций масса, но все они ограничены существующими технологиями — на батарейке далеко не улетишь и много в воздух не поднимешь. Известные проекты аэротакси вмещают в среднем 4 человек, в редких случаях, таких как доработанная летающая машина германского стартапа Lilium, могут взять на борт до 7 человек, а молодая компания Kelekona из Нью-Йорка предлагает поднять в воздух сразу 40 пассажиров либо 4,5 тонны груза и отвезти их на расстояние 530 км всего за час.
Корпус прототипа Kelekona выполнен из композитного материала и алюминия, по форме он напоминает сплюснутую каплю. По условным углам этой «капли» установлены четыре подвижных модуля силовой установки. Каждый состоит из двух сдвоенных роторных движителей и может поворачиваться вокруг оси крепления, то есть менять вектор тяги.
Пока непонятно, за счёт чего машина будет держаться в воздухе, когда роторы установлены перпендикулярно земле и обеспечивают крейсерскую скорость. Например, близкий по вместимости (рассчитан на 50 человек) проект британской компании GKN Aerospace всё-таки предусматривает сдвоенные крылья с довольно большим размахом, а Kelekona обходится без них. Взлететь Kelekona может с вертолётной площадки на крыше дома, то есть никаких специальных терминалов и аэропортов ей не нужно.
Энергию Kelekona берёт из быстросъёмной АКБ, расположенной в днище корпуса, то есть времени на зарядку тратить не нужно — прилетел, подцепил новую батарею и полетел дальше. Страшно представить себе массу, ёмкость и цену этих батарей.
Циклокар
Специалисты Института теплофизики Сибирского отделения РАН приступили к разработке инновационного аэромобиля с циклическими движителями «Циклокар», сообщает Фонд перспективных исследований.
Работы ведутся в рамках проекта «Циклон». Завершилось предварительное проектирование летающей машины, состоялись наземные испытания циклического движителя, а 60-килограмовый прототип совершил первый полёт.
Полёты первого полноразмерного прототипа планируются на 2022 год. Машина с полностью электрической силовой установкой сможет поднимать 600 килограммов груза или перевозить шесть человек. Длина «Циклокара» составит 6,2 м, а ширина — 6 м. Он сможет развивать максимальную скорость до 250 км/ч, дальность полёта будет достигать 500 км.
Помимо компактных, по сравнению с вертолетной техникой, габаритов, отличительной особенностью аппарата является возможность посадки на наклонную поверхность — до 30°, и причаливания к вертикальным поверхностям.
Энергоузел для «Циклокара» создадут на базе бензинового роторно-поршневого двигателя, а более мощный вариант — гибридная силовая установка на основе турбовального двигателя.
«Циклокар» — летательный аппарат, который удерживается и движется в воздухе благодаря циклическим движителям. Среди основных преимуществ таких движителей — быстрое управление вектором тяги на 360°, низкий уровень шума, компактность. При этом циклический движитель — один из самых сложных в проектировании аэродинамических устройств. Эту задачу в рамках реализации проекта успешно решили учёные и инженеры новосибирского Института теплофизики и его красноярского филиала.
В ФПИ пояснили, что управлять «Циклокаром» будет не сложнее, чем современными автомобилями. Пилотировать его можно будет непосредственно из кабины, через гаджет по сети или централизованно из наземного пункта управления.