Рубрика развивается при поддержке
Advertisement

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.

Циклоротор, он же пропеллер Фойта-Шнайдера Фото CycloTech

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.

Как устроен и работает циклоротор

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.

Положение лопастей циклоротора при вертикальном взлёте Изображение Wikimedia

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.

Вращение циклоротора при полёте вперёд, синей стрелкой показано направление тяги Изображение Wikimedia

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.

Чем циклороторы хороши для аэромобилей

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.

Смена направления тяги циклоротора при изменении наклона лопастей Изображение Wikimedia

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.

Прототип «Циклокара» в 2020 году Фото Фонда перспективных исследований

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.

Проблемы и недостатки циклороторов

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.

Рендер финального облика «Циклокара» с защитными сетками Изображение Фонда перспективных исследований

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.

{ "author_name": "Никита Логинов", "author_type": "editor", "tags": ["\u0442\u0440\u0430\u043d\u0441\u043f\u043e\u0440\u0442","\u0440\u0430\u0437\u0431\u043e\u0440\u044b","\u0438\u0437\u043e\u0431\u0440\u0435\u0442\u0435\u043d\u0438\u044f"], "comments": 32, "likes": 47, "favorites": 30, "is_advertisement": false, "subsite_label": "tech", "id": 454089, "is_wide": true, "is_ugc": false, "date": "Wed, 13 Oct 2021 13:18:10 +0300", "is_special": false }
0
32 комментария
Популярные
По порядку
Написать комментарий...
Остальной Макс

Пока не появятся аэромобили на циклотронах не тревожьте меня.

16
Универсальный Паша
5

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.

5

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

4

Они эффективнее обычных автомобилей и самолётов?
Хотя бы в теории. ред.

2

Все что не сжигает тонну углеводородов на каждый пук эффективней автомобилей и самолетов

2

Нет, я говорю про соотношение полезной работы к затраченной энергии. Не про экологическую эффективность.

7

Данных про кпд нету, но сомневаюсь что он ниже 20-30%, как у двс двигателя

1

Автомобили сжигают тонны углеводоров на каждый пук, я правильно понял?

1

скорее всего нет

1

Нет

1
Тактический химик

* похожие на гребаные колёса старых пароходов

3

Ну гребные колеса парохода тоже имеют управляемые лопасти.
По сравнению с вертолетом скорее всего эффективность будет ниже, по сравнению с самолетом - еще ниже.
Аэродинамическое качество на дозвуке примерно пропорционально удлинению, удлинение вертолетной лопасти куда выше, чем этого циклоротора. Кроме того, поток от верхней лопасти попадает на нижнюю, чем снижает ее эффективность.
Эффективность такого ротора будет примерно соответствовать эффективности пропеллеров квадрокоптера схожих размеров, причем изображенный аппарат не имеет крыльев - то есть всю дорогу тяга по вертикали должна быть равна весу. Это очень много, при этом мощность двигателя для создания такой тяги нужна большая, чем вертолету - как раз из-за малого удлинения лопастей.
Самолету же для горизонтального полета при аэродинамическом качестве К достаточно тяги вес/К, для магистральных К примерно 18, то есть потребная тяга в 18 раз меньше, и мощность потребуется в 18 раз меньше - тут удлинение лопастей примерно одинаково.
Обычные винты точно так же умеют менять шаг лопастей, и точно так же как у них у циклоротора придется меняя угол установки менять и мощность двигателя. Тут никакого отличия от воздушного винта не будет.
В итоге в чем преимущество перед квадрокоптером - непонятно.
Были попытки сделать пассажирские квадрокоптеры - как и с этимироторами будет проблема с безопасностью - при отказе двигателя оно будет падать. Самолет может планировать, вертолет - сесть на авторотации, такой же агрегат может только упасть. Возможно, поможет парашют - но нужна высота.

3

И тут "зелёную повесточку" продвигают. ЛЮДИ, ОЧНИТЕСЬ!!! Чтобы получать электричество, в большинстве случаев, НАДО СЖИГАТЬ ТОПЛИВО!!! И то, что сжигается топливо не в черте города, это не важно - вам об этом любой химик расскажет!
А, так называемая, "зелёная энергетика" - ветряки и солнечные панели - это ОЧЕНЬ ДОРОГО, по сравнению с обычной нефтью и газом, не говоря про уголь!
Или вы думаете, газовый кризис сам по себе в мире сейчас набирает обороты? Чтобы ветряки и солнечные панели были конкурентноспособны с газовыми тепловыми электростанциями, надо чтобы цена газа была ОКОЛО 500$!!! за 1к кубов. ред.

–8
Крупный кавалер

Именно поэтому зелёная энергетика должна идти в тандеме с атомной энергетикой.

4

Расскажи об этом людям в регионах с сейсмической активностью.

1
Крупный кавалер

В Японии нет атомной энергетики? 🤔

3

Ну расскажи и че?

1

ЛЮДИ, ОЧНИТЕСЬ!!!

Не будем.

3

делал такую штуку, не взлетит

1

Взлетело же :)

3

Весьма не стабильно. На винтах показало себя сильно лучше и проще

2

Какие еще аэромобили? Пустая новость, посмотрите лучше это видео

1

Уже вижу как вместо электробусов и водоробусов будут летать аэробусы

1

Обычный винт квадрокоптера постоянно опирается на воздух, а не в 2-х точках.
Единственный плюс - быстрая регулировка тяги, что дает возможность быстрее и точнее стабилизировать полет. В остальном - сплошные минусы.

тот же автожир сложной стабилизации не требует, так как имеет один винт, к которому подвешен по сути, и даже есть модели с вертикальным взлетом, и ,тем более, работающие как на ископаемом топливе, так и на растительном ред.

0

Группа Арей 10 лет назад разработала конструкцию и далее концепцию. https://www.arey-group.ru/

0

Напомнило автомат перекоса лопостей вертолета

0
Читать все 32 комментария
null