В 21 веке пора летать, а не ездить! Алаверды.

На эту статью натолкнула одноименная статья Хохлова. Я солидарен с тезисом, что в 21 веке пора начинать летать. Безусловно, летательные аппараты должны  не полностью вытеснить автомобили, а в некоторых нишах:

1. междугородние поездки. Это сократит время. Города, допустим, в которые езжу я - это 200, 500 и 600 км. По времени 2, 6 и 8 часов соответственно. В наше время это долго. Время в пути сильно зависит от типа дороги. И если есть дорога двух полосная, ты мы движемся большую часть со скоростью фур 80-90км/ч. Люди, которым дорого свое время и которые ездят на дорогих автомобилях, с удовольствием пересели бы на что-то летающее уже сегодня.
2. Городские поездки. Опять же, состоятельные люди, которые могут себе позволить дорогой автомобиль и их работа связана с передвижением по городу с удовольствием бы передвигались над пробками.

В такой ситуации междугородние дороги остались бы фурам и прочему транспорту. Со временем процент «летающих» бы увеличивался по мере развития инфраструктуры и удешевления ЛА.

Давайте рассмотрим какие у нас сейчас есть ЛА с их плюсами и минусами в этом разрезе.

Самолет

Плюсы: потенциально самый быстрый транспорт. Самый экономичный.

Минусы: нужна большая взлетная полоса.  Большие размеры.

Вывод: для города не годится. Для межгорода нужна хорошая инфраструктура частных мини-аэродромов. Такое есть в США, в других странах никто не будет вкладывать деньги в инфраструктуру на которую нет спроса. И никто не будет покупать самолеты, пока в стране нет инфраструктуры.

Но в США не смотря на наличие базовой инфраструктуры (по памяти более 1500 частных мини-аэродромов) еще нет самолета в каждой второй семье. Почему?

Во-первых, проблема хранения. В гараж его не поставишь, а значит надо хранить на аэродроме, а это аренда ангара. Вторая проблема до аэродрома можно доехать на своей машине, а на чем передвигаться там, куда мы прилетим?

Вторая проблема – это то, что получение лицензии пилота намного дольше, дороже и сложнее, чем получение водительского удостоверения. Я, как начинающий пилот сверхлегких ЛА, могу сказать, что 5ый океан норовист и не очень гостеприимен . И если в хорошую погоду самый ответственный момент – это посадка, а на взлете и в полете все будет отлично, то даже в средне неспокойном небе вам пригодятся ваши знания аэрологии, микрометеорологии, теории полета, теории крыла и много-много часов практики. Именно поэтому пилотом стать не тривиальная задача. Это не просто научиться правильно дергать за ручки и давить на педальки. Даже при легкой атмосферной активности воздух заметно неоднородная среда и вам надо постоянно реагировать на её изменения. Безусловно, чем тяжелее ваш ЛА, тем меньше проблем. Но личный транспорт по определению легкий ЛА. Кроме того, даже такие громадины как А380 облетают грозы. Потому что в «наковальне» грозового облака не сладко будет и ему. Может что-нибудь и отломать. Поэтому же отменяют рейсы, когда грозовой фронт в районе взлета/посадки. Потому что попади авиалайнер в ротор между главным восходящим и нисходящим потоком грозового облака и его может разорвать на части. Буквально.

Какие есть решения озвученных проблем?

За решение первой взялось множество компаний. Это гибрид самолет-машина со складными крыльями, который способен поместиться в гараж и своим ходом доехать до ВПП по дорогам общего пользования. Здесь примеров масса.

Это Transition

Это AirCar

Это BiPod

И любимый мною SkyCar:

На самом деле таких проектов множество. Но пробемы одни и те же. Такой гибрид плохо летает и еще хуже ездит. А цены начинаются от 200 килобаксов что намного дороже авто премиум класса.

В ближайшем будущем не видно приемлемого решения этого вопроса.

Гидроплан

Плюсы: потенциально самый быстрый транспорт. Чуть менее экономичен в сравнении с самолетом

Минусы: нужна большая взлетная полоса.  Сильно широкий.

Вывод: На самом деле здесь тот же набор проблем, что и у самолета. Заметный плюс – это отсутствие необходимости в ВПП в странах с достаточным количеством рек и озер. К которым относятся Украина, Россия и Белоруссия!

В этом направлении не так активно, но тоже ведутся работы. Например:

FlyNano. Да, он маловат, но можно считать его масштабной моделью.

Это складной ICONAircraft

С удовольствием хочу сообщить, что прекрасные гидропланы делаются в России. Хоть и не складные. Например Л-42м:

Конвертоплан

Плюсы: потенциально быстрый как самолет. Чуть менее экономичен в сравнении с самолетом. Вертикальный взлет и посадка.

Минусы: пока что за более чем 30 лет так и не удалось решить проблему нестабильности переходного режима. Цена.

Выводы: Очень перспективное направление. Я уверен, что накопленный опыт и автоматизация процессов приведут к появлению надежных и безопасных конвертопланов.

Здесь выбор вообще не густой. Компания BellHelicopterпродавала модель ВА609, но в данный момент я не нашел информации о ней на сайте.

Это гражданская мини-версия знаменитого «Оспрей». Цена зашкаливает из-за применения турбин.

Вертосамолет

Плюсы и минусы не до конца ясны т.к. это ЛА, которые почти не выходили из стадии прототипа. Но это ведь не значит что не выйдут. Просто для примера можем рассмотреть концепт ConardRotor/wind.

И более реальный проект Sikorsky S-72.

Вертолет

Плюсы: достаточно быстрый. Вертикальный взлет и посадка.

Минусы: Большие эксплуатационные расходы. Сложность управления. Цена.

Выводы: Основные проблемы этой техники – это сложность управления. Не цена и не расход. Двухместный вертолет можно купить сейчас менее чем за 200 килобаксов и таких предложений достаточно. Большой расход топлива – преувеличенная проблема. У легкого двухместного вертолета на крейсерской скорости в 170-220 км/ч расход будет до 20 литров на сотню. Что сравнимо с тяжелыми многолитровыми авто. Не забывайте, что вертолет может лететь по прямой, а дорога петляет.

А вот ТО вертолета обходится в копеечку. В основном, из-за сложной дорогой трансмиссии. Проблема в том, что вам надо передать огромный крутящий момент на винт через такую сложную штуку, как автомат перекоса.

Очень популярный в мире фирмы Robinson вертолет R22:

В два раза дешевле можно приобрести Российский Беркут-ВЛ( 130 килобаксов).

Или канадский Safari 400 в виде KIT’а за ~150 килобаксов.

И на последок. Конкурент реактивного ранца и прочих индивидуальных ЛА. Встречайте Libelula от мексиканской компании Tecnologia Aeroespacial Mexicana.

Как видно, современные вертолеты стали намного доступнее по цене. Но вам придется потратить уйму денег, времени и сил, чтоб научиться водить эту штуку.

Автожир

Плюсы: Очень короткий взлет и посадка. Почти самолетное управление. Эксплуатация дешевле вертолета. Самый безопасный ЛА тяжелее воздуха. Возможен гибрид с самолетом. В серийном производстве должен быть дешевле вертолета.

Минусы: Большой расход топлива, больше чем у вертолета. Медленная крейсерская скорость.

Выводы: Как известно автожиры были изобретены до вертолета, но последние полностью их вытеснили своей невероятной свободой маневров в воздухе. Однако, в последнее время автожиры начали подниматься из пепла и вот почему. 

Во-первых. Несмотря на заметно большой расход топлива на нем дешевле летать чем на вертолете, если считать эксплуатационные расходы. Все из-за отсутствия автомата перекоса и необходимости подавать всю мощность двигателя на ротор. 

Во-вторых, по этой же причине они должны быть дешевле. Должны быть, потому что еще нет серийно выпускаемых автожиров. 

В-третьих, благодаря решению некоторых проблем. Если с посадкой у автожира проблем нет и ему достаточно десятков метров для посадки, а при ветре в 8 м/с он садится по вертолетному вертикально, то на взлете загруженному автожиру понадобится до 50 метров разбега. Это конечно не легкие самолеты с их 200-300 метров, но какая-никакая, а ВПП нужна. Этот вопрос решают с помощью предраскрутки ротора и мощных двигателей, что позволяет взлетать так же с разбегом в десятки метров. Согласитесь организовать ВПП в 30 метров уже можно и в городе и даже на крышах некоторых домов.

Остается проблема небольшой крейсерской скорости - около 130 км/ч. Ее пытаются решить гибридизацией с самолетом. Автожир в этом смысле больше подходит нежели вертолет.

Здесь мы можем с вами рассмотреть несколько прекрасных примеров расцвета идеи автожира.

Это российский Охотник-3, который в базовой комплектации можно приобрести за 100 килобаксов. И это трехместный ЛА.

Так же безумный сплав автожира и самолета, способного передвигаться по дорогам общего пользования! Знакомьтесь  с детищем CarterAviation:

И завершающий аккорд в виде PAL-V. Гибрид автожира и автомобиля, который совсем недавно начал выпускаться серийно.

Остальное

К остальным можно отнести индивидуальные ЛА вроде:

Конечно же тарелка Пола Моллера:

Martin Jetpack

Dragonfly  и Springtail от компании Trek Aerospace

Сюда же можно отнести экстравагантный проект Hoverbike

и иже с ними. В целом все это попытки избавиться от автомата перекоса и турбин. 

Последние работали по заказу DARPA, но «умирали» уже несколько раз и сейчас не проявляют особой активности. По сути все эти проекты имеют один плюс перед автожиром или вертолетом – это то что их лопасти заключены в кольцо, что делает их более безопасными и способными летать между домами, а не только над ними. Однако, главная характеристика винта – ометаемая им площадь. Сделать винты большими они не могут, так как кольца начинают весить слишком много. Увеличение количества лопастей и повышение оборотов – ведет к падению кпд винта.

По сути проекты компании TrekAerospace«умерли». Тоже ждет и MartinJetpack. Его проект может выжить, если они поменяют двигатель. Я за последние лет 6 видел несколько новых 2-тактных двигателей с выдающимися характеристиками. Например, Pivotal Engine.

Но все они разбиваются о стену экологических норм, которым они не в состоянии соответствовать. Вот и упомянутый PivotalEngineвынужден был перейти на водород, чтоб не «умереть» как остальные. 

К тому же, с двух литров 200 л.с. и 60кг уже никого не удивишь. Renaultпредставила новый двигатель для гонок Формула-1 в 2014 году. 1.6 литра – 550 л.с. и то благодаря ограничениям в расходе 100кг топлива в час. У Мерседеса, вроде как на 100 л.с. больше. Сами движки весят тоже в районе 40-50кг на сколько мне известно. Безусловно, это «одноразовые» не серийные двигатели, работающие на 15 тыс. оборотах, но все же. 

В машинах Пола Моллера сделан упор на двигатели Ванкеля с заметно большей удельной мощностью, но меньший вес ЛА не компенсирует проблем маленьких винтов. 

Полагаю, что наиболее жизнеспособный проект – это hoverbike, если его хозяин откажется от идеи мотоцикла и перенесет центр масс ниже винтов. 

В целом, такие проекты «оживут», когда можно будет создать электрический квадро- гексокоптер, способный поднимать пару сотен кг и пролетать более 100 км. 

Отдельно в списке стоят ЛА на эффекте Коанды. Попытки создать такой ЛА были еще в третьем рейхе. Сейчас эстафету перехватила компания AESIR. В основном их ЛА представлены в нише малых беспилотников, но есть и более крупные проекты. Например Hoder. Который при весе в 1.5т должен поднимать 1т с длительностью полета в 8 часов.

Перспективы этих ЛА туманны. 

Перейдем от рассмотрения самих ЛА к другим проблемам. 

Первая проблема – это лицензии. Учиться долго, дорого, не легко. Допустим, чтобы научиться летать на автожире в России придется отдать 10 килобаксов и потратить суммарно 260 часов. Из них 40+ часов налета. И это вы только начинающий пилот, который будет бояться летать в неспокойную погоду. 

Выход один – это отдать управление ЛА в руки электронике и исключить человеческий фактор вовсе. Вы же не хотите, чтобы вам на голову в городе регулярно падали железные птицы? А ведь город тот еще подарок в смысле воздушных потоков. И если летать над городом и садиться на крыши еще не проблема, то взлетать и садиться между зданиями можно только в фильмах. В этом направлении развитие идет семимильными шагами. Проблема будет в разработке инфраструктуры для поддержки виртуальных воздушных коридоров над городами, по которым будут передвигаться ЛА. 

Вторая проблема – цена. В этом направлении тоже есть хорошие подвижки и я думаю что в ближайшие 10 лет мы увидим с вами хорошие ЛА по цене дорогих автомобилей. Т.е. от 100 до 150 килобаксов, а может и дешевле. 

Третья проблема – безопасность. 

Несмотря на то, что самолеты  один из самых безопасных видов транспорта, где-то в 10 раз безопаснее поездов, которые в свою очередь в 1000 раз безопаснее автомобилей, среди людей около 20% аэрофобов. Благодаря замечательной работе новостных каналов среднестатистический гражданин уверен, что при любой авиакатастрофе не выживает никто. Хотя статистика утверждает, что только в 1 из 10 аварий есть человеческие жертвы. И среди тех аварий, где есть человеческие жертвы в среднем выживает треть людей.

Но будет ли так же с малыми ЛА, где многое будет отдано на откуп владельца. Давайте разберемся. Самым безопасным по праву считается автожир. Он все время движется в режиме авторотации. В современных автожирах шасси рассчитывают на поглощение энергии при вертикальной скорости до 25м/с 

И они способны летать при ветре до 20 м/с в чем им нет равных. Из слабых сторон можно назвать опасность отрицательных перегрузок, что обычно является ошибкой пилота или сильным воздушным потоком. 

На втором месте пожалуй тарелка Моллера. Она многодвигательна и имеет программное ограничение на высоту полета, может садиться на месте. Кстати, тут уже всем управляет автоматика, а «пилот» только джойстиком указывает направление и скорость движения. 

На третьем месте самолеты, гидропланы и вертолеты. Именно. Обычно считается, что вертолет безопаснее т.к. в случае отказа двигателя переходит в режим авторотации. Однако на переход требуется 2-3 секунды, что на малых высотах может быть летально. Самолеты с двумя двигателями имеют преимущество т.к. могут летать на одном. Так же все самолеты, которые мы обсуждаем достаточно легки и могут быть оборудованы спасательным парашютом. Здесь с вертолетом паритет – нужен запас высоты. Казалось бы, самолет с парашютом становится более безопасным, ан нет. Вертолет может экстренно сесть на пяточек, а самолету нужна полоса. Кроме того, сейчас появились airbagдля вертолета.

Остальные места с большим отрывом достаются остальным рассмотренным ЛА. 

Так же стоит упомянуть, что все малые дешевые ЛА упираются в малую удельную мощность поршневых двигателей, а турбины стоят запредельно дорого. В этом вопросе тоже забрезжила надежда не так давно. Речь о ротационных детонационных турбинах, которые потенциально имеют удельную мощность на 10% больше обычных турбин, на 25% ниже расход и стоимость сравнимую с поршневыми. Однако, не в военной технике мы увидим их очень не скоро. 

Последний важный пункт – шум. Если для междугородних перелетов это не так важно, то для городских полетов очень. А все что может на сегодняшний день летать в городе – очень шумно. 

Возможно, чуть меньше шумят ЛА на эффекте Коанды, но не думаю, что заметно. И здесь хочется вспомнить другие разработки – это орнитоптеры. Не спешите смеяться. Ведь есть первые «ласточки» в этой области. Посмотрите сначала на SmartBirdот Festoи оцените ее энергитическую эффективность. Она ведь лучше чем у вертолетов при тех же свободах полета.

Вы возразите, что есть уже и нано-беспилотники, которые летают как насекомые и даже колибри. Но масштабировать такое устройство пока не получилось. Возможно у вас станет чуть меньше скептицизма после просмотра вот этого видео:

На сим всё. Выводы, господа, оставляю за Вами.